DE2251911C3

DE2251911C3 - Einrichtung zur Messung der Konzentration von Schwebeteilchen

Info

Publication number: DE2251911C3
Application number: DE19722251911
Authority: DE
Inventors: Wulf Borisowitsch Moskau Etkin
Original assignee: Wsesojusny ordena Trudowowo Krasnowo Snameni teplotechnitscheskij nautschno-issledowatelskij Institut lmem F E Dserschinskowo, Moskau
Filing date: 1972-10-23
Publication date: 1977-08-11

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 Schwe- to beteilchen 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, aa die Geber auf geringe Druckunterschiede ansprechen müssen.

Bei einer anderen bekannten derartigen Einrichtung (vgl. DT-PS 4 75 604, Abb. 2) sind die beiden Geber im Förderrohr angeordnete, aus Drahtwicklungen bestehende Meßwiderstände, die in eine Wheatstonesche 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 würden 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 der Schwebeteilchen ist.

Die Lösung diese.· 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 geschwindigkeiustabilisierten 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 bei 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 ihren' Transport.

Die Einrichtung zur Messung der Konzentration von Schwebeteilchen enthält erfindungsgemäß ein Förderrohr 1 (F i g. 1). durch das Schwebeteilchen (gegebenenfalls Kohlenstaub) mit Hilfe eines Gases (Luft) pneumatisch gefördert werden. Das Förderrohr 1 ist mit einer Stelle 2 zur Beladung des Gases mit Schwebeteilchen ausgestattet, die von einer Seite eine Meßstrecke 3 des Förderrohres 1 begrenzt, Von der anderen Seite wird die Meßstrecke durch eine Zone 4 der Geschwindigkeitsstabilisierung von Schwebeteilchen begrenzt.

In den Grenzen der Meßstrecke 3 ist in dem Förderrohr 1 ein gerades Meßrohr 5 so eingebaut, daß sein Ende, das bezüglich der in der Zeichnung mit einem Pfeil angegebenen Bewegungsrichtung des Gases als ausgangsseitiges Ende erscheint, in der Zone 4 der Geschwindigkeitsstabilisierung von Schwebeteilchen liegt, und das eingangsseitige Ende sich außerhalb der Meßstrecke 3 in einer Zone befindet, die frei von den zu transportierenden Schwebeteilchen ist.

In den Zonen des Förderrohrs 1 und des Meßrohrs 5, die frei von Schwebeteilchen sind und eine ausreichend gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit aufweisen, befinden sich zur Erfassung des Reingas- bzw. Schwebeteilchen-Durchsatzes dienende Geber 6 und 7. Sie stellen 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 7 sind an eine in bekannter Weise mit Halbleiterbauelementen aufgebaute Vergleichsschaltung 8 angeschlossen, die einen der Konzentration von Schwebeteilchen proportionalen Verhältniswert der Signale von den Gebern 6 und 7 liefert

Der Ausgang der Vergleichsschaltung 8 ist an den Eingang eines Gerätes 9 zur Registrierung der Teilchenkonzentration geschaltet, das ein in Konzentrationseinheiten geeichtes Millivoltmeter darstellt. Den Reingas-Durchsatz bestimmt man mittels eines an den Ausgang des Gebers 6 angeschlossenen Registriergeräts 10, das als ein in Einheiten des Reingas-Durchsatzes geeichtes Millivoltmeter ausgeführt ist.

In einigen Fällen kann das Meßrohr U (Fig.2) zweckmäßigerweise außerhalb des Förderrohrs 1 angeordnet werden.

Es sind Ausführungsbeispiele der Einrichtung zur Messung der Konzentration von Schwebeteilchen möglich, bei denen zur Erfassung des Reingas- und Schwebeteilchen-Durchsatzes Geber für veränderliches Druckgefälle, Hitzdrahtanemometer und Turbogeber benutzt werden können.

Wenn der Einbau des Gebers für den Reingas-Durchsatz dem Förderrohr vor der Stelle zur Beladung des Gases mit Schwebeteilchen wegen ungenügender Länge dieses Abschnittes des Förderrolirs unmöglich ist, kann dieser Geber im Rohrabschnitt angeordnet werden, der Schwebeteilchen enthält. Dabei ist die Benutzung des erwähnten Wärmegrenzschichtgebers besonders zweckmäßig, der eine geringe Empfindlichkeit gegenüber vorhandenen Schwebeteilchen bis zu deren bestimmten Konzentration aufweist.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Messung der Konzentration von Schwebeteilchen beruht auf der Abhängigkeit des Druckgefälles Δ Η auf der Meßstrecke, auf der die Beschleunigung der durch die Stelle 2 eingeführten Schwebeteilchen erfolgt, vom Impuls G Wdieser Teilchen pro Flächeneinheit des Querschnitts Fdes Förderrohrs 1:

AH «

GW

(D

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

ίο Das Druckgefälle an den Enden des Meßrohrs 5, 11 ruft die Bewegung des reinen Gases durch das Meßrohr hervor. Dabei kann der Staudruck am Eingang des Meßrohrs 5, 11 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 Meßstrecke 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:

Hierbei bedeuten

ei ·

und

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

Aus der Beziehung (2) erhält man

μ =

(3)

Gi und Gi 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

55 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

60 Kennerößen erfolgen kann, die den Reingas-Durchsatz in den Rohren 1 und 5, 11 kennzeichnen. Als solche Kenngrößen können dynamischer Druck, Geschwindigkeits- und Durchsatzwertc sowie Druckgefälle auftreten.

6s Werden die oben angeführten Bedingungen nicht eingehalten, so wird der Ausdruck (3) etwas komplizierter, dabei werden aber die Charakteristiken der Einrichtung nicht schlechter.

Zur Illustrierung sind in F i g. 3 Arbeitskennlinien der mit einem Meßrohr U ausgestatteten Einrichtung zur Messung der Konzentration von dem Dampferzeugerbrenner eines Kraftwerkes zugeführtem Kohlenstaub bei verschiedenen Verhältniswerten der Teilchen- und der Gasiemperaturen T und Tl 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 werden, 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. 2s

Zweckmäßigerweise wird in manchen Fällen die erfindungsgemäße Einrichtung mit einer breiter werdenden Meßstrecke ausgeführt, wobei der Öffnungswinke! mit der Bedingung gleicher statischer Druckwerte an ihren Grenzen beim Nichtvorhandensein von Schwebeteilchen bestimmt wird. Bei Benutzung des äußeren Meßrohrs U 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 mil Unterdruck arbeiten und keinen Zuteiler für die zi transportierenden Schwebeteilchen aufweisen, ζ. Β beim Entladen von pulverförmigen und körniger Stoffen. In diesem Falle wird das Eintrittsende de; Meßrohrs 5 außerhalb des Förderrohrs 1 in der vor Schwebeteilchen freien Zone angeordnet.

Das Austrittsende des Meßrohrs 5, 11 wird bein Betrieb der Einrichtung in allen Fällen ständig durch da; Gas ausgespült, um dadurch seine Verstopfung mi Schwebeteilchen bei deren Transport zu vermeider Wenn die Länge der Meßstrecke im Förderrohr 1 fü die volle Beschleunigung von Schwebeteilchen genügi so hängen die Meßergebnisse nicht vom Fraktionszu stand dieser Teilchen ab.

Hier/u 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Einrichtung zur Messung der Konzentration von Schwebeteilchen bei deren pneumatischer Förde- -"> rung mit Hilfe eines Gasstromes in einem mit einer Stelle zur Beladung des Gases mit Schwebeteilchen ausgestatteten Förderrohr, in dem ein erster Geber für den Reingas-Durchsatz und ein zweiter Geber für den Durchsatz von beladenem Gas angeordnet '° 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 Schwebeteil- '5 chen und sein anderes Ende stromaufwärts zur Beladungsstelle (2) liegt.