DE19856870C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Probeentnahme und zur rechnergestützten Analyse des Anteils unverbrannter Bestandteile von feinkörnigen Verbrennungsrückständen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Probeentnahme und zur rechnergestützten Analy­ se des Anteiles unverbrannter Bestandteile, insbesonde­ re des Kohlenstoffes von feinkörnigen Verbrennungsrück­ ständen (Asche), wobei aus einem pneumatischen Förder­ system zwischen Auffanggefäßen (Sendegefäße) der Asche an den Verbrennungs- bzw. Feuerungsanlagen und einer Aschesammelstation (Silo) eine Ascheprobe entnommen sowie zur Untersuchung mit der Mikrowellenresonanztech­ nik in einen Analysator eingespeist wird.

Es wird daher im folgenden überwiegend von Feuerungsan­ lagen gesprochen, ohne daß damit eine Einschränkung für den Einsatz der Erfindung verbunden ist. Ein weite­ res Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Baustoff- und Zementindustrie, wo aus mehreren Vorratsbehältern (Sendegefäße) Asche als Einsatz- oder Zuschlagstoff in einem Drehrohrofen (Sammelstation, Silo) eingespeist wird.

Feinkörnige Verbrennungsrückstände z. B. Filterasche aus Kraftwerken oder Müllverbrennungsanlagen werden in der Baustoff- und Zementindustrie als Einsatz- oder Zuschlagstoffe verwendet und müssen für diesen Zweck gewisse Qualitätsanforderungen erfüllen. Die Qualitätskontrolle ist daher zur Prozeßüberwachung sowohl im Kraftwerk (Produktions- und Ausgangskontrol­ le) als auch in der Zement- oder Baustoffindustrie (Eingangskontrolle, Dosierung von Brennstoff) erforder­ lich. Wichtigstes zu überwachendes Qualitätsmerkmal ist dabei der Restkohlenstoffgehalt bzw. der Anteil unverbrannter Bestandteile als Maß des Glühverlustes der Verbrennungsrückstände, welcher vom Verbrennungs­ prozeß in der Feuerungsanlage abhängt. Die Einhaltung eines Grenzwertes z. B. von 5% Glühverlust in Filter­ aschen ist durch regelmäßige Probeentnahmen und Unter­ suchungen nicht nur sicherzustellen, sondern auch zu dokumentieren. Instabile und wechselnde Brennstoff­ zusammensetzung, insbesondere bei Import- und Blendkoh­ len, unterschiedliche Müllzusammensetzung sowie wech­ selnde Lastbedingungen der Feuerungsanlagen (An- und Abfahren, Schwachlast, Vollast, Laständerungen) erfor­ dern eine kontinuierliche Überwachung des Kohlenstoff­ gehaltes bzw. der Anteile an unverbrannten Bestandtei­ len der Asche.

In der Regel erfolgt die Analyse der Verbrennungsrück­ stände zeitversetzt mit Zeit- und kostenaufwendigen Laboruntersuchungen. Eine Optimierung der Betriebsbe­ dingungen der Feuerungsanlagen ist auf diese Weise nicht möglich. Aus diesem Grund wird z. B. die Filter­ asche in Kraftwerken bis zum Vorliegen des Ergebnisses der Laboranalyse und zur Freigabe als Zuschlagstoff für die Zement- und Baustoffindustrie bzw. bis zum Verwerfen der Produktionscharge in Silos zwischengela­ gert.

Aus der WO 91/14936 A1 sind noch ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes von Flugasche unter Verwendung der Mikrowellenresonanztechnik bekannt. Diese bekannten Maßnahmen arbeiten unter den harten Betriebsbedingungen in Verbrennungsanlagen sowie der Baustoff- und Zement­ industrie nicht zuverlässig und sind sehr störanfällig, so daß verwertbare Meßwerte zur Prozeßsteuerung nicht erhalten werden.

Die US 5 173 662 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit denen die im Rauchgas einer Verbrennungsanlage enthaltenen feinkörnigen Verbren­ nungsrückstände wie der Kohlenstoffanteil mit Hilfe der Mikrowellenresonanztechnik bestimmt werden können.

Die Analyseergebnisse einer aus dem Rauchgas entnomme­ nen Probe geben keinen Aufschluß über die Atmosphäre eines bestimmten Bereiches im Feuerraum einer Verbren­ nungsanlage und liefern folglich keine verwertbaren Daten zur Steuerung eines Verbrennungsprozesses. Aus diesen Daten können außerdem keine Rückschlüsse darauf gezogen werden, ob die Asche der Verbrennungsanlage den Qualitätsanforderungen für Zuschlagstoffe in der Zementindustrie genügt.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln des Anteiles unverbrann­ ter Bestandteile in feinkörnigen Verbrennungsrückstän­ den zu schaffen, womit automatisch einerseits die Produktion z. B. von Filteraschen in Verbrennungsanla­ gen sowie die Dosierung z. B. von Einsatz- und Zu­ schlagstoffen in der Zementindustrie ständig vor Ort überwacht und andererseits die gegebenenfalls noch erforderlichen Laborproben (Rückstellproben) bereitge­ stellt werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß

• a) die Probeentnahme aus dem mit Asche gefüllten pneumatischen Fördersystem erfolgt,
• b) die entnommene Ascheprobe einem Sendegefäß zugeordnet wird,
• c) die Ascheprobe vor dem Eintritt in den, Analy­ sator entlüftet und vor Beginn der Analyse im Analysator verdichtet sowie auf eine vorge­ gebene Analysetemperatur erwärmt wird, und
• d) die untersuchte Ascheprobe aus dem Analysator entweder in das Fördersystem zurückgeführt oder als Referenzprobe gesammelt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch die Entnahme der Ascheprobe aus dem gefüllten Fördersystem nicht nur unterbunden, daß mit Aschepartikeln ange­ reicherte Förderluft dem Analysensystem zugeführt wird, wodurch Fehlmessungen ausgeschlossen werden.

Es ist zugleich auch möglich, die zum Zeitpunkt der Probeentnahme im Fördersystem transportierte Asche einem Auffanggefäß (Sendegefäß) exakt zuzuordnen und damit den Entstehungsort der untersuchten Asche so zu erfassen, daß der Verbrennungsprozeß optimiert werden kann; denn die elektronisch anfallenden Daten der untersuchten Ascheproben können one-line zur Pro­ zeßsteuerung weitergegeben werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht noch darin, daß für jede der gesammelten Referenzproben mit Mikrowellenresonanztech­ nik bestimmte Untersuchungsergebnisse vorliegen. Diese Ergebnisse können zur Überprüfung der Funktionsweise des Verfahrens der erfindungsgemäß eingesetzten Meß­ technik mit Werten verglichen werden, die bei der herkömmlichen Laboranalyse der Referenzprobe erhalten werden. Die automatische Probenahme und Analyse ermög­ licht es außerdem, ohne Aufwand Proben in beliebiger Anzahl, unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand der Anlage, zu entnehmen und zu analysieren.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einem zwischen Sendegefäßen, z. B. den Auffanggefäßen der Asche an Verbrennungs- oder Feuerungsanlagen und einer Aschesammelstation in einem pneumatischen Fördersystem angeordneten Probe­ nehmer, der mit einem nach der Mikrowellenresonanztech­ nik arbeitenden Analysator verbunden ist. Diese Vor­ richtung ist dadurch gekennzeichnet, daß in der zweck­ mäßigerweise beheizten Verbindungsleitung zwischen Probenehmer und Analysator ein Abluftfilter und eine Lichtschranke vorgesehen sind und der eine Auswertein­ heit umfassende Analysator, auf den ein Rüttler ein­ wirkt, mit einer Heizung ausgestattet ist sowie zum Austragen der untersuchten Proben an eine Abförderlei­ tung angeschlossen ist, die in ein Probeabfüllgerät mündet und über eine Zweigleitung mit dem Fördersystem verbunden ist.

Diese Vorrichtung ermöglicht eine störungsfreie und zuverlässige Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, da die Probenahme zeitverzögert zum Förder­ beginn (Entleerung) des Sendegefäßes erfolgt, wodurch eine Probenahme aus einem vollen Fördersystem sicher­ gestellt ist. Mit der Lichtschranke, welche die Probe vor dem Eintritt in den Analysator passieren muß, wird weiter überprüft, ob die zu untersuchende Probe nicht nur entlüftet ist, sondern auch die zur Unter­ suchung benötigte Feststoffmenge aufweist. Schließlich werden durch die Heizung und den Rüttler die Proben so aufbereitet, daß zur Untersuchung Proben von kon­ stanter Temperatur und Dichte bereitstehen. Sollte wider Erwarten aufgrund von Störungen im pneumatischen Fördersystem eine Probe entnommen werden, die zur Analyse nicht geeignet ist, wird diese aufgrund eines Signales von der Lichtschranke den Analysator ungehin­ dert passieren und über die Zweigleitung in das Förder­ system zurücktransportiert. Dagegen kann eine analy­ sierte Probe nach Verlassen des Analysators mit dem Probenabfüllgerät in ein Behältnis eingespeist und zusammen mit den ermittelten Analysedaten als Referenz­ probe aufbewahrt werden.

Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung hat es sich bewährt, in die zum Analysator hin- sowie vom Analysator wegführenden Transportleitungen für die Probe Absperrorgane einzufü­ gen, mit denen zur Verbesserung der Meßgenauigkeit konstante Druckverhältnisse im Analysator während der Untersuchung herstellbar sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel einer Vor­ richtung zur Durchführung dieses Verfahrens schematisch dargestellt ist, beschrieben.

Die in einem Sendegefäß 1 gesammelte Asche aus einem bestimmten Bereich einer Verbrennungsanlage wird auf­ grund eines Steuersignales in, die Förderleitung 2 eines pneumatischen Fördersystems eingespeist. Nach Ablauf einer Wartezeit, die sicherstellt, daß die Förderleitung 2 mit Asche aus dem Sendegefäß 1 gefüllt ist, wird aus dem Medienstrom in der Förderleitung 2 mit einem fest installierten Probenehmer 3 mindestens eine Ascheprobe entnommen. Diese Probe wird über eine Speiseleitung 13 in einen nach der Mikrowellenresonanz­ technik arbeitenden sowie auf eine vorgegebene Analyse­ temperatur aufgeheizten Analysator 7 zur Bestimmung des Anteiles an unverbrannten Bestandteilen, insbeson­ dere Kohlenstoff, eingespeist. Beim Durchströmen der Speiseleitung 13 passiert die Ascheprobe einen Abluft­ filter 4, um die das Analyseergebnis verfälschende Förderluft aus der Probe zu entfernen, und eine Licht­ schranke 6, mit der nicht nur der Feststoff- oder Partikelgehalt der Probe überprüft, sondern auch ent­ schieden wird, ob der Partikelgehalt zur Durchführung einer Analyse ausreicht, d. h. ob die Probe signifikant ist. Eine signifikante Probe wird vor Beginn der Unter­ suchung im Analysator 7 mit einer Heizung 8 auf die Analysetemperatur erwärmt und mit einem Rüttler 10 verdichtet, der unmittelbar am Analysator 7 angreift oder - wie dargestellt - mittelbar über eine Abförder­ leitung 14 auf den Analysator 7 einwirkt. Vor dem Eingeben einer signifikanten Probe in den Analysator wird geprüft, ob dieser auch leer ist, um Fehlmessungen auszuschließen. Die untersuchte Probe verläßt den Analysator 7 über die Abförderleitung 14 und kann wahlweise über eine Zweigleitung in die Förderleitung 2 zurück oder in ein Probeabfüllgerät 11 transportiert werden. Im Abfüllge­ rät 11 wird die Probe in ein Behältnis gefüllt, das mit den Analysedaten der Probe versehen und als Refe­ renzprobe aufbewahrt wird.

In der Speiseleitung 13 sowie der Abförderleitung 14 vor und hinter dem Analysator 7 vorgesehene Absperr­ ventile 5, die während der Untersuchung einer Probe im Analysator 7 geschlossen sind, gewährleisten die Durchführung einer Analyse unter nicht nur konstanten, sondern auch reproduzierbaren Bedingungen.

Ein von der Lichtschranke 6 wegen zu geringen Partikel­ gehaltes als nicht zur Untersuchung geeignet, d. h. als nicht signifikant klassifizierte Probe, passiert den Analysator 7 ungehindert und wird in die Förderlei­ tung 2 zurücktransportiert.

Mit der beschriebenen Vorrichtung wird somit eine als signifikant klassifizierte Probe im beheizten Analysator 7 bei konstanter Temperatur, definierter Schüttdichte und definierten Druckbedingungen mit Hilfe der Mikrowellenresonanztechnik analysiert. Unter Nutzung der dielektrischen Eigenschaften des Kohlen­ stoffes in der Asche werden die Resonanzfrequenz, Amplitude sowie Halbwertsbreite der Resonanzkurve des mit einer Probe gefüllten Analysators 7 ermittelt. In einer Auswerteinheit 9 werden die ermittelten Meß­ werte mit einer Kalibrierkurve verglichen und daraus der prozentuale Anteil des Kohlenstoffes bzw. der unverbrannten Bestandteile als Maß für den Glühverlust des in der Förderleitung 2 zum Zeitpunkt der Probenahme transportierten Gutes bestimmt. Die Anzeige und Ausgabe des festgestellten Glühverlustwertes an die übergeord­ neten Informationssysteme, wie den Leitstand einer Verbrennungsanlage zur Prozeßoptimierung, erfolgt mit der Zuordnung des Wertes zum Sendegefäß 1 bzw. Sendeort. Dadurch wird es möglich, den Glühverlustwert einem bestimmten Entstehungsort zuzuordnen und vom Leitstand aus eine Prozeßoptimierung vorzunehmen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Probenahme und zur rechnergesteuerten Analyse des Anteiles unverbrannter Bestandteile, insbesondere des Kohlenstoffes von feinkörnigen Verbrennungsrückständen, wobei aus einem pneumati­ schen Fördersystem (2) zwischen Sendegefäßen (1), beispielsweise Auffanggefäßen für Asche aus Verbren­ nungs- oder Feuerungsanlagen, und einer Aschesammel­ station eine Ascheprobe entnommen sowie zur Unter­ suchung mit der Mikrowellenresonanztechnik in einen Analysator (7) eingespeist wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• a) die Probenahme aus dem mit Asche gefüllten För­ dersystem (2) erfolgt,
• b) die entnommene Ascheprobe einem Sendegefäß (1) zugeordnet wird,
• c) die Ascheprobe vor dem Eintritt in den Analysator (7) entlüftet und vor Beginn der Analyse im Analysator (7) verdichtet sowie auf eine vorgege­ bene Analysetemperatur erwärmt wird, und
• d) die untersuchte Ascheprobe aus dem Analysator (7) entweder in das Fördersystem (2) zurückge­ führt oder als Referenzprobe gesammelt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem zwischen Sendege­ fäßen (1), beispielsweise Auffanggefäßen für Asche aus Ver­ brennungs- oder Feuerungsanlagen, und einer Asche­ sammelstation in einem pneumatischen Fördersystem (2) angeordneten Probenehmer (3), der mit einem nach der Mikrowellenresonanztechnik arbeitenden Analysator (7) verbunden ist, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Verbindungsleitung (13) zwischen dem Probenehmer (3) und dem Analysator (7) ein Abluftfilter (4) und eine Lichtschranke (6) angeord­ net sind und der eine Auswerteinheit (9) umfassende Analysator (7), auf den ein Rüttler (10) einwirkt, mit einer Heizung (8) ausgestattet ist sowie zum Austragen der untersuchten Proben an eine Abförder­ leitung (14) angeschlossen ist, die in ein Probeab­ füllgerät (11) mündet und über eine Zweigleitung mit dem Fördersystem (2) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die zum Analysator (7) hinführende Verbin­ dungsleitung (13) und die vom Analysator (7) wegfüh­ rende Abförderleitung (14) Absperrorgane (5) eingefügt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindungsleitung (13) beheizt ist.