DE2251911B2 - Einrichtung zur messung der konzentration von schwebeteilchen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine derartige Einrichtung ist insbesondere für Anlagen vorgesehen, die die Aufrechterhaltung einer konstanten Konzentration von transportierten Schwebeteilchen erfordern.

Bei einer solchen Einrichtung (vgl. z. B. die SU-Zeitschrift »Teploenergetika«, 1957, Nr. 8, S. 44) sind die Geber als Drosselklappen unmittelbar im die Schwebeteilchen tragenden Gasstrom angeordnet, was zu deren schnellem Verschleiß sowie zum Zusetzen von Druckerfassungsöffnungen führt, so daß die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit der mit einer solchen Einrichtung durchgeführten Messungen sich schnell verschlechtern, weshalb eine solche Einrichtung nur zeitlich begrenzt einsetzbar ist. Es ist auch nicht möglich, robustere Geber zu verwenden, da die Geber auf geringe Druckunterschiede ansprechen müssen.

Bei einer anderen bekannten derartigen Einrichtung (vgl. DTPS 4 75 604, Abb. 2) sind die beiden Geber im Förderrohr angeordnete, aus Drahtwicklungen bestehende Meßwiderstände, die in eine Wheatsionesche Brücke geschaltet sind, von denen der stromabwärts gelegene Meßwiderstand bei Vorbeiströmen von staubbeladenem Gas eine größere Widerstandswertänderung als der andere Meßwiderstand zeigt, da die Temperatur und damit der Widerstandswert der Meßwiderstände von deren Wärmeverlusten an den Gasstrom abhängen. Daher wird bei staubbeladenem Gas die Wheatstonesche Brücke verstimmt, die ein den Staubgehalt anzeigendes Signal erzeugt.

Abgesehen davon, daß der stromabwärts gelegene Meßwiderstand bzw. Geber einem Abrieb durch die Schwebeteilchen ausgesetzt ist, so daß er im Laufe der Zeit zerstört wird und sich sein Widerstandswert ändert, hängt die von Schwebeteilchen im Gasstrom hervorgerufene Änderung seines Widerstandswerts, die auf seiner unterschiedlichen Abkühlung gegenüber dem stromaufwärts gelegenen Meßwiderstand beruht, nicht nur von der Konzentration der Schwebeteilchen im Gasstrom, sondern auch von zahlreichen anderen Gas-Parametern ab, z. B. der Dispersion, der Temperatur und der Reynolds-Zahl des Gasstroms sowie dem Niederschlag von Schwebeteilchen auf dem Meßwiderstand selbst, so daß der Wärmeaustausch zwischen Meßwiderstand und Gasstrom entsprechend der Dicke dieses Niederschlags geändert wird. Diese Schwierigkeiten wurden im wesentlichen auch dann auftreten, wenn man den stromabwärts gelegenen Geber auf der Außenwand des Förderrohrs (vgl. DT-PS 4 75 604, Abb. 1) anbringen würde, da dann lediglich der von den Schwebeteilchen verursachte Abrieb wegfiele.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die nicht nur eine genaue Konzentrationsmessung unabhängig von sonstigen Parametern, insbesondere des mit den Schwebeteilchen beladenen Gasstroms, gestattet, sondern auch frei von einer Verkürzung ihrer Lebensdauer durch Einwirkung d«r Schwebeteilchen ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung hängt der Durchsatz des Reingases durch das Meßrohr von der Konzentration der Schwebeteilchen in ihrer geschwindigkeitsstabilisierten Zone ab, d. h., bei einer hohen Konzentration von Schwebeteilchen ist der Durchsatz durch das Meßrohr geringer, da die Schwebeteilchen dem aus dem Meßrohr austretenden Reingas einen größeren Widerstand entgegensetzen, so daß letztlich aus den mit den beiden Gebern gewonnenen Meßwerten überhaupt die Konzentration der Schwebeteilchen ermittelt werden kann. Da auch der zweite Geber nur mit Reingas in Berührung kommt, unterliegt er weder einem Abrieb noch einem Niederschlag von Schwebeteilchen, so daß seine Meßgenauigkeit und Standzeit außerordentlich hoch sind. Außerdem ist man be. der Wahl der Bauart auch des zweiten Gebers völlig frei, da nicht auf eine besondere Robustheit Rücksicht genommen werden muß, so daß die empfindlichste Geber-Bauart genommen werden kann.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zeigt also nicht nur eine hohe Empfindlichkeit, Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messungen bei industriellem Einsatz, sondern zeichnet sich auch gegenüber bekannten derartigen Einrichtungen mit Drosselklappen als Gebern durch einen geringeren Strömungswiderstand und damit geringere Druckverluste im Förderrohr aus.

Trotzdem ist die erfindungsgemäße Einrichtung einfach aufgebaut und billig herzustellen, zumal für die Geber eine beliebige bekannte Bauart genommen werden kann, z. B. für veränderliches Druckgefälle, Hitzdrahtanemometer, Wärmegrenzschichtgeber

od. dgl. Schließlich ist die erfindungsgemäße Einrichtung einfach zu warten, d. h., sie erfordert insbesondere kein hochqualifiziertes Bedienungspersonal.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Messung der Konzentration von Schwebeteilchen mit einem Meßrohr, das im Innenraum des Förderrohrs angeordnet ist (Längsschnitt),

F i g. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Messung der Konzentration von Schwebeteilchen mit einem Meßrohr, das außerhalb des Förderrohrs angeordnet ist (Längsschnitt), und

F i g. 3 die Arbeitskennlinien der erfindungsgemäßen Einrichtung mit dem außerhalb des Förderrohrs angeordneten Meßrohr bei verschiedenen Temperatur-

Verhältnissen des Gases und der Schwebeteilchen bei *nie Einrichtung zur Messung der Konzentration von schwebeteilchen enthält erfindungsgemäß ein Förderüri iF i ε D durch das Schwebeteilchen (gegebenen-[Τ Kohlenstaub) mit Hilfe eines Gases (Luft) Imatisch gefördert werden. Das Förderrohr 1 ist mit ^P"r Stelle 2 zur Beladung des Gases mit Schwebeteil-⁶LIn ausgestattet die von einer Seite eine Meß^trecke 3 SeFörderrohres 1 begrenzt Von der anderen Seite .„ ^d die Meßstrecke durch eine Zone 4 der Geschwin-Seitsstabilisierung von Schwebeteilchen begrenzt

in den Grenzen der MeBstrecke 3 ist in dem rarderrotar 1 ein gerades Meßrohr 5 so eingebaut daß

•n Fnde das bezüglich der in der Zeichnung mit einem Seil angegebenen Bewegungsrichtung des Gases als «messeitiges Ende erscheint, in der Zone 4 der refchwindigkeitsstabüisierung von Schwebeteilchen S Jnd das eingangsseitige Ende sich außerhalb der Sstrecke 3 in einer Zone befindet, die frei von den zu transportierenden Schwebeteilchen ist

In den Zonen des Förderrohrs 1 und des Meßrohrs 5, Hie frei von Schwebeteilchen sind und eine ausreichend σ eichmäßige Strömungsgeschwindigkeit aufweisen, befinden sich zur Erfassung des Reingas- bzw. Schwebeethen Durchsatzes dienende Geber 6 und 7. Sie ,teilen Wärmegrenzschichtgeber dar, deren Wirkungsweise auf der Abhängigkeit der Temperatur eines von einer Wärmequelle mit konstanter Leistung erwärmten Körpers vom Durchsatz der diesen Körper umfließenden Strömung beruht. Die Ausgänge der Geber 6 und Jnd an eine in bekannter Weise mit Halbleiterbauelementen aufgebaute Vergleichsschaltung 8 angeschlos-Ξ die einen der Konzentration von Schwebete.lchen proportionalen Verhältniswert der Signale von den Gebern 6 und 7 liefert. .

Der Ausgang der Vergleichsschaltung 8 .st an den Eingang eines Gerätes 9 zur Registrierung der Teilchenkonzentration geschaltet, das e.n in Konzentraionseinheiten geeichtes Millivoltmeter darstellt. Den Reingas-Durchsatz bestimmt man mittels eines an den Ausgang des Gebers 6 angeschlossenen Registriergerät 10 das als ein in Einheiten des Reingas-Durchsatzes geeichtes Millivoltmeter ausgeführt ist. ^g in einifren Fällen kann das Meßrohr 11 (F. g. 2 zweckmäßigerweise außerhalb des Förderrohrs vom Impuls G Wdieser Teilchen pro Flächeneinheil des Querschnitts Fdes Förderrohrs 1:

ΔΗ

GW ~~F~'

(D

wobei G den Schwebeteilchen-Durchsatz beim Transport und W die Schwebeteilchengeschwindigkeit bedeutea

Das Druckgefälle an den Enden des Meßrohrs S₁ 11 ruft die Bewegung des reinen Gases durch das Meßrohr hervor. Dabei kann der Staudruck am Eingang des Meßrohrs 5_C11 gleich dem Staudruck im entsprechenden Querschnitt des Förderrohrs 1 gesetzt werden. Praktisch sind auch die statischen Druckwerte in den Rohren 1 und 5, 11, bezogen auf den Ausgangsquerschnitt des Meßrohrs 5,11 gleich. Es gilt deswegen für den Fall, wenn die Reibungsverluste in der MeBstrecke 3 im Vergleich mit der Energieabgabe des Gases für die Teilchenbeschleunigung vernachlässigbar sind, wenn der Reingas-Durchsatz beim Durchströmen des Meßrohrs 5,11 viel kleiner als der Durchsatz im Förderrohr 1 ist, wenn die längs der Achse des Förderrohrs 1 gerichtete Geschwindigkeitskomponente der in die Strömung durch die Stelle 2 eingeführten Schwebeteilchen klein gegenüber der Teilchengeschwindigkeit in der Geschwindigkeits-Stabilisierungszone 4 ist und wenn die stabilisierte Schwebeteilchengeschwindigkeit annähernd gleich der Gasgeschwindigkeit ist:

■ μ =

_ j?2_

Hierbei bedeuten

und

den dynamischen Druck in den Rohren 1 bzw. 5, 11, μ. die Massenkonzentration, ξ den Widerstandskoeffizient der Rohre 5,11.

Aus der Beziehung (2) erhält man

ErldSührungsbeispiele der Einrichtung zur Messung der Konzentration von Schwebeteilchen Sch bei denen zur Erfassung des Reingas- und Shbeteilchen-Durchsatzes Geber für veränderliches

Se, Hitzdrahtanemometer und Turbogeber

^„S^teGcbenlOrdenlU^Dord satz dem Förderrohr vor der Stelle zur Beladung des Gases mit Schwebeteilchen wegen ungenügender Länge dieses Abschnittes des Förderrohrs unmöglich irt kann dieser Geber im Rohrabschnitt angeordnet werden der Schwebeteilchen enthält. Dabei .st die «ung des erwähnten Wärmegrenzschichtgebers besonders zweckmäßig, der «ne geringe Empfindlichkeit gegenüber vorhandenen Schwebeteilchen bis zu deren bestimmten Konzentration aufweist

Die Wirkungsweise der erfindungsgemaßen EinnchtungzuV Messung der Konzentration von Schwebettrichen beruht auf der Abhängigkeit des Druckgefalles ΔΗ auf der Meßstrecke, auf der die Beschleunigung der durch die Stelle 2 eingeführten Schwebete.lchen erfolgt, (3)

Gi und G₂ bedeuten den Massendurchsatz des Gases in den Rohren 1 und 5,11; T\ und T2 die Temperaturwerte der Strömungen in den Rohren 1 und 5,11; Fi und F₂ die Querschnittsflächen der Rohre 1 und 5,11.

Aus den Beziehungen (2) und (3) folgt, daß die Messung der Konzentration von Schwebeteilchen im Förderrohr 1 mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung auf indirektem Wege durch Messung der Kenngrößen erfolgen kann, die den Reingas-Durchsatz in den Rohren 1 und 5, 11 kennzeichnen. Als solche Kenngrößen können dynamischer Druck, Geschwindigkeits- und Durchsatzwerte sowie Druckgefälle auftreten.

Werden die oben angeführten Bedingungen nicht eingehalten, so wird der Ausdruck (3) etwas komplizierter, dabei werden aber die Charakteristiken der Einrichtung nicht schlechter.

Zur lllustrierung sind in F i g. 3 Arbeitskennlinien der mit einem Meßrohr 11 ausgestatteten Einrichtung zur Messung der Konzentration von dem Dampferzeugerbrenner eines Kraftwerkes zugeführtem Kohlenstaub bei verschiedenen Verhältniswerten der Teilchen- und der Gastemperaturen T und Ti angeführt. Auf der Abszissenachse sind die Konzentrationswerte μ (kg/kg) und auf der Ordinatenachse die Verhältniswerte der Reingas-Durchsatzmengen in den Rohren 5, 11 und 1 aufgetragen.

Aus dieser graphischen Darstellung kann man ersehen, daß die Empfindlichkeit der Einrichtung im Konzentrationsbereich von 0 < μ < 2 genügend hoch ist, wobei sie mit Konzentrationsminderung ansteigt und mit Konzentrationsvergrößerung fällt.

Falls notwendig, kann die Empfindlichkeit erhöht weiden, indem man die Meßstrecke des Förderrohrs 1 mit kleinerer Querschnittsfläche im Vergleich mit dem übrigen Teil des Förderrohrs 1 ausführt. Dies führt zur Steigerung der Geschwindigkeit, bis zu welcher die zu fördernden Schwebeteilchen beschleunigt werden, zur Vergrößerung des Druckgefälles an den Enden des Meßrohrs 5, 11 und folglich zur Vergrößerung des Durchsatzes des das Förderrohr 1 durchströmenden Gases.

Zweckmäßigerweise wird in manchen Fällen die erfindungsgemäße Einrichtung mit einer breiter werdenden Meßstrecke ausgeführt, wobei der öffnungswinkel mit der Bedingung gleicher statischer Druckwerte an ihren Grenzen beim NichtVorhandensein von Schwebeteilchen bestimmt wird. Bei Benutzung des äußeren Meßrohrs 11 wird das Signal des Gebers 7 in diesem Falle beim Fehlen von Schwebeteilchen gleich Null sein.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann auch für pneumatische Förderanlagen benutzt werden, die mit Unterdruck arbeiten und keinen Zuteiler für die zu transportierenden Schwebeteilchen aufweisen, z. B. beim Entladen von pulverförmigen und körnigen Stoffen. In diesem Falle wird das Eintrittsende des Meßrohrs 5 außerhalb des Förderrohrs 1 in der von Schwebeteilchen freien Zone angeordnet.

Das Austrittsende des Meßrohrs 5, 11 wird beim Betrieb der Einrichtung in allen Fällen ständig durch das Gas ausgespült, um dadurch seine Verstopfung mil Schwebeteilchen bei deren Transport zu vermeiden Wenn die Länge der Meßstrecke im Förderrohr 1 füi die volle Beschleunigung von Schwebeteilchen genügt so hängen die Meßergebnisse nicht vom Fraktionszu stand dieser Teilchen ab.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zur Messung der Konzentration von Schwebeteilchen bei deren pneumatischer Förderung mit Hilfe eines Gasstromes in einem mit einer Stelle zur Beladung des Gases mil Schwebeteilchen ausgestatteten Förderrohr, in dem ein erster Geber für den Reingas-Durchsatz und ein zweiter Geber für den Durchsatz von beladenem Gas angeordnet, ι ο sind, gekennzeichnet durch ein den zweiten Geber (7) enthaltendes Meßrohr (5; 11), das in bezug auf das Förderrohr (1) so angeordnet ist, daß sein stromabwärts gelegenes Ende in einer Zone (4) der Geschwindigkeitsstabilisierung der Schwebeteilchen und sein anderes End? stromaufwärts zur Beladungsstelle (2) liegt