DE4129697A1 - Filterkopfsonde zur gravimetrischen bestimmung des staubgehaltes in stroemenden gasen, insbesondere fuer die beurteilung staubfoermiger emissionen - Google Patents
Filterkopfsonde zur gravimetrischen bestimmung des staubgehaltes in stroemenden gasen, insbesondere fuer die beurteilung staubfoermiger emissionenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Filterkopfsonde zur gravimetrischen
Bestimmung des Staubgehaltes in strömenden Gasen insbesondere
für die Beurteilung staubförmiger Emissionen. Speziell werden
damit Messungen zur Ermittlung der Abscheideleistung von
Entstaubungsanlagen oder zur Kalibrierung registrierender
Staubmeßeinrichtungen durchgeführt.
Im Streben nach einheitlichen Messungen auch unter unterschied
lichen Einsatzbedingungen werden in der VDI-Richtlinie 2066 B1.1
die grundlegenden Bedingungen und Anforderungen an Geräte und
Methoden genannt.
Filterkopfgeräte sind Innenfiltergeräte, das heißt, das
Staubrückhaltesystem des Gerätes befindet sich im Hauptgasstrom
in Nähe der Probenahmestelle. Durch diese Bauart werden
insbesondere Staubverluste im Absaugrohr minimiert aber auch
störende Kondensatniederschläge im Teilgasstrom ohne zusätzliche
Geräteheizung vermieden. Innenfiltergeräte werden vorzugsweise
zum Messen geringer Staubkonzentrationen angewendet.
Die VDI-Richtlinie 2066 B1.2 beschreibt speziell
Filterkopfgeräte mit Hülsenfiltern aus Papier, Glasfasern oder
Edelstahl gestopft mit Quarzwatte. Ein Nachteil der Hülsenfilter
ist, der Staubniederschlag ist kaum für weitere Analysen
verwendbar. Das Filtertara von 30 . . . 60 g ist mit entscheidend
für die Nachweisgrenze. Sie liegt nach W. Jockel (STAUB UND STAUBINHALTSTOFFE
ANALYSIEREN UND REGISTRIEREN, VDI-Sem. Nov. 90) bei 0,7 bzw. 2 mg/m3. Hülsenfilter,
insbesondere gestopfte Wattefilter, erfordern auch eine
aufwendige Vorbehandlung, um Meßfehler z. B. durch Faseraustrag
beim Durchsaugen des Teilgases zu vermeiden.
Die weiterführende VDI-Richtlinie 2066 B1.7 beschreibt an zwei
Ausführungsbeispielen ein Planfilterkopfgerät für die Messung
niedrigster Staubkonzentrationen mit einer Nachweisgrenze von
0,2 mg/m3. Das Entnahme- und Rückhaltesystem besteht hier wie
auch bei anderen Filterkopfgeräten aus mehreren miteinander
verschraubten Elementen wie Entnahmesonde, Einlaufkonus,
Filterhalter, deren Demontage zum Herausnehmen der Staubprobe
für die Auswertung eine aufwendige Handhabung erfordert, um
Fehler durch Staubverluste zu vermeiden.
Solche Fehler können entstehen durch Kontamination von
Staubteilchen in der Entnahmesonde (Absaugrohr) und im
Einlaufkonus aber auch schon durch unkontrollierbares Lösen und
Herausfallen von Staubteilchen aus dem Filterkopf bei dessen
Handhabung nach dem Absaugen.
Eine besondere Forderung ist das isokinetische Absaugen des
Teilgasstromes, um Meßfehler durch Entmischungsvorgänge in der
Einlaufströmung des Teilgases schon vor der Absaugöffnung zu
vermeiden. Allgemein geht deshalb der Absaugung an einem
bestimmten Meßpunkt im Kanal die Bestimmung der Strömungs
geschwindigkeit an dieser Stelle (in der Regel mit einem
Staurohr) voraus. Aber die nicht zeitgleiche Messung von
Strömungsgeschwindigkeit und von Teilgasstrom ist keine Gewähr
für isokinetisches Absaugen insbesondere bei länger dauernden
Netzmessungen. Umständlich ist auch der wechselnde Ein- und
Ausbau von Staudrucksonde und Filterkopfsonde.
Die Anwendung von Nulldrucksonden mit ihren Vorteilen bei der
isokinetischen Absaugung ist offensichtlich wegen der
komplizierten Anordnung von Druckmeßstellen im Absaugrohr bei
Filterkopfgeräten wenig gebräuchlich und auch in den speziellen
VDI-Richtlinien nicht bedacht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filterkopfsonde
mit Absaug- und Rückhaltesystem zu schaffen, bei welcher
Meßfehler durch Kontamination prinzipiell ausgeschlossen sind,
welche bei Staubprobenahme und Filterwechsel leicht und ohne
die Gefahr von Staubverlusten zu handhaben ist, mit deren
Rückhaltesystem die Staubprobe ohne Gefahr von Verlusten
transportiert werden kann und welche des weiteren die Kontrolle
und Sicherung der Isokinetik durch gleichzeitige Erfassung der
Strömungsgeschwindigkeit und des Teilgasstromes gewährleistet
sowie relativ geringe Transportabmessungen aufweist.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ergeben sich folgende
Vorteile: Mit dem Staubsammler, der einheitlich aus Absaugrohr
und Meßfilter besteht, werden Meßfehler durch Kontamination von
Staubteilchen im Absaugrohr grundsätzlich vermieden. Die
geschlossene Bauart des Staubsammlers ermöglicht ein leichtes
Wechseln vor Ort ohne die Gefahr von Verlusten der Staubprobe
auch beim weiteren Transport. Die Anwendung des Planfilters
reduziert gegenüber dem gestopften Hülsenfilter den Aufwand für
Vor- und Nachbehandlung und gestattet die Verwertbarkeit der
Staubprobe für weitere Analysen.
Die Bauform des Staubsammlers ermöglicht eine dünnwandige
Ausführung mit geringem Leergewicht und damit eine niedrige
Nachweisgrenze der Staubkonzentration.
Die Erfassung aller notwendigen Meßwerte mit nur einer Sonde für
die Kontrolle und Sicherung der Isokinetik und zur Ermittlung
des Teilgasstromes reduziert den sonstigen Meßaufwand.
Der zerlegbare Sondenschaft erleichtert den Transport der
mobilen Meßeinrichtung für Einsatz an großen Meßkanälen.
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 die Filterkopfsonde in Seitenansicht und Längsschnitt,
Fig. 2 die zugehörige Vorderansicht in Anströmrichtung und dazu,
Fig. 3 einen Querschnitt mit Anordnung der Druckmeßleitungen,
Fig. 4 den Staubsammler 1 aus Fig. 1 in detailierter Darstellung,
Fig. 5 die Funktionsschaltung der Druckmeßstellen beim Absaugen,
Fig. 6 die Funktionsschaltung der Druckmeßstellen zur Korrektur
der Staudruckmessung.
Nach Fig. 4 ist der Grundkörper des Staubsammlers (1) ein
dünnwandiges Blechformteil - bestehend aus dem gekrümmten
Absaugrohr (2) und einem gewölbten Filterteller (3). Am flachen
Rand des Filtertellers ist die Filtermembran (4) mit einem
umlaufenden Falz (5) aus Alu-Folie befestigt. Für die
Durchführung von Staubmessungen steht zweckmäßig eine Serie von
Staubsammlern mit unterschiedlich großen Absaugöffnungen (6) zur
Verfügung. Gestufte Durchmesser der Absaugöffnung (6)
ermöglichen für isokinetisches Absaugen die Anpassung der
Absaugleistung des Filterkopfgerätes an die örtliche
Strömungsgeschwindigkeit im Hauptgasstrom.
Nach Fig. 1 ist der Staubsammler (1) im Filtergehäuse (7) mit
einer ringförmigen Verschlußschraube (8) befestigt. Die
Verschlußschraube (8) drückt über eine konzentrische Druckfläche
(9) den Staubsammler gleichmäßig am Außenrand über Filtermembran
(4) und Falz (5) auf den Dichtring (10). Dabei liegt die
druckbelastete Filtermembran (4) auf der Stützscheibe (11), die
das Bersten der Membran verhindert. Für die Stützscheibe (11),
oft als Lochscheibe gestaltet, kann vorteilhafterweise eine
Porenscheibe aus Sintermetall (Metallfilter) Verwendung finden.
Hinter der Stützscheibe (11) ist zur Bestimmung des
Teilgasstromes eine Durchflußmeßdüse (12) mit den
Druckmeßstellen (13, 14) angeordnet. Auf der zylindrischen Außen
fläche des Filtergehäuses (7) sind Druckmeßbohrungen (15, 16, 17)
zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit des Hauptgasstromes
angeordnet. Dabei ist die Gesamtdruckbohrung (16) parallel zur
Absaugöffnung (6) ausgerichtet. Die beiden statischen
Druckmeßbohrungen (15, 17) sind, wie Fig. 3 zeigt, symmetrisch zur
Gesamtdruckbohrung (16) angeordnet.
Mit der weiterführenden Absaugleitung (18) und den fünf
Druckmeßleitungen (19) ist das Filtergehäuse (7) bzw. der
komplette Filterkopf, bestehend aus den Positionen (1 bis 17),
am Sondenschaft (20) befestigt. Die Leitungen (18, 19) sind in
den mehrkanaligen Profilschlauch (21) eingebunden, der den
Teilgasstrom und die Druckmeßimpulse nach außen führt.
Zur vollständigen Erfassung des Gaszustandes ist ein
Temperaturmeßfühler (22) in Nähe des Filterkopfes angeordnet.
Die zugehörige Meßleitung (23) ist parallel zu den
Druckmeßleitungen angeordnet.
Durch einen oder mehrere Rohrschüsse (24) mit der bündigen
Rohrverschraubung (25) kann der Sondenschaft (20) auf die
jeweils geforderte Eintauchtiefe des Filterkopfes in den
Hauptgaskanal verlängert werden.
Die Funktionen der Druckmeßstellen (13 bis 17) beim
isokinetischen Absaugen sollen an den Funktionsschaltbildern
Fig. 5 und Fig. 6 näher erläutert werden.
Besonders wichtig für das isokinetische Absaugen nach Fig. 5 sind
die Differenzdrücke (26, 27).
Für den Differenzdruck (26) wird der Gesamtdruck (16) gegen den
gemittelten statischen Druck von (15) und (17) gemessen. Dieser
Differenzdruck ist abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des
Hauptgasstromes. Nach einer Berechnung (28) - von Hand oder
automatisch - liefert der Differenzdruck (26) unter
Berücksichtigung weiterer Einflußgrößen den "isokinetischen"
Teilgasstrom bzw. den entsprechenden Sollwert für den
Differenzdruck (27) der Durchflußmeßdüse (12). Der Regler (29) -
Mensch oder Automat - paßt den Meßwert (27) dem Sollwert (26)
an. Bei dieser Anpassung kann durch den räumlichen Abstand von
Absaugöffnung (6) und Druckmeßstelle (16) ein Absaugfehler
entstehen, wenn das Geschwindigkeitsprofil des Hauptgasstromes
in diesem Bereich einen Gradienten hat.
Dieser Störeinfluß wird aber durch eine vorausgehende
Staudruckmessung nach Fig. 6 systematisch ausgeschaltet.
Bei abgesperrter Absaugleitung (18) - Absperrhahn (30) - nimmt
das Absaugrohr den Gesamtdruck an der Absaugöffnung (6) auf, der
mit dem umgestellten Wegeventil (31) gegen den gemittelten
statischen Druck der Meßstellen (15) und (17) gemessen wird und
den Differenzdruck (32) liefert. Dieser Differenzdruck im
Verhältnis zum gleichzeitig gemessenen Differenzdruck (26)
kennzeichnet den Einfluß des Geschwindigkeitsprofiles im
Hauptgasstrom und gewährleistet als berücksichtigte Einflußgröße
in der Berechnung (28) die Isokinetik.
Auch durch Quer- oder Drallkomponenten im Hauptgasstrom
entstehen Absaugfehler. Diese Fehler lassen sich reduzieren,
wenn die Sonde auf die Strömungsrichtung ausgerichtet und der
entsprechende Strömungswinkel in der Auswertung berücksichtigt
wird. Dieser Strömungswinkel läßt sich besonders sensibel mit
einer Gegeneinanderschaltung der Druckmeßstellen (15, 17) durch
Nullabgleich dieses Differenzdruckes bei entsprechendem Drehen
des Sondenschaftes bestimmen.
Claims (9)
1. Filterkopfsonde zur gravimetrischen Messung des Staubgehaltes
in Gasströmen (Kanalströmungen) durch Absaugen eines
Teilgasstromes, Abscheidung des Staubes des Teilgases auf einer
Filtermembran mit Messung der Teilgasmenge und nachträglichem
Auswiegen der abgeschiedenen Staubmenge, dadurch gekennzeichnet,
daß am Filtergehäuse (7) der Filterkopfsonde ein auswechselbarer
Staubsammler (1) angeordnet ist, welcher einheitlich aus einem
Absaugrohr (2), einem Filterteller (3) und der Filtermembran (4)
besteht, wobei auf der konvexen Seite des Filtertellers (3) das
Absaugrohr zentral fest eingebunden ist, und die Filtermembran
die konkave Seite des Filtertellers überspannt und verschließt.
2. Filterkopfsonde zur gravimetrischen Messung des Staubgehaltes
in Gasströmen (Kanalströmungen) durch Absaugen eines Teilgas
stromes, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Filtergehäuse (7)
Druckmeßbohrungen (15, 16, 17) zur Staudruckmessung im
Hauptgasstrom angeordnet sind.
3. Filterkopfsonde zur gravimetrischen Messung des Staubgehaltes
in Gasströmen (Kanalströmungen), dadurch gekennzeichnet, daß ein
Sondenschaft (20) vorhanden ist, der aus Rohrschüssen (24)
besteht, die mit einer bündigen Rohrverschraubung (25) verbunden
sind und in welchen zur Teilgasabführung, zur Übertragung der
Meßdrücke, zur Aufnahme von Temperaturmeßleitungen ein
dickwandiger Profilschlauch (21) und mit separaten Kanälen in
der Schlauchwand angeordnet ist.
4. Filterkopfsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Staubsammler (1) im Filtergehäuse (7) mit einer ringförmigen
Verschlußschraube (8) befestigt ist, wobei eine konzentrische
Druckfläche (9) nahe am Innenrand der Verschlußschraube und auf
der konvexen Seite des Filtertellers (3) vorhanden ist.
5. Filterkopfsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Filtermembran (4) am Rand des Filtertellers (3) mit einer
Klebverbindung oder mit einem Falz (5), z. B. aus Plast oder
Metallfolie, befestigt ist.
6. Filterkopfsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
im Filtergehäuse (7) eine Stützscheibe (11), z. B. eine Loch
oder Porenscheibe, für die Filtermembran (4) und ein Dichtring
(10) zur Auflage des Tellerrandes des Staubsammlers (1)
angeordnet sind.
7. Filterkopfsonde nach Anspruch 1 und 6 , dadurch
gekennzeichnet, daß im Filtergehäuse (7) mit Abstand zur
Stützscheibe (11) eine Durchflußmeßdüse (12) mit
Druckmeßstellen (13, 14) im Teilgasstrom angeordnet ist.
8. Filterkopfsonde nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß
der Sondenschaft (20) und das Filtergehäuse (7) koaxial
angeordnet sind und daß das Absaugrohr (2) hakenförmig gebogen
ist, und zwar so, daß die Normale der Absaugöffnung (6) senkrecht
zur Achse des Sondenschaftes steht.
9. Filterkopfsonde nach Anspruch 1, 2 und 8, dadurch
gekennzeichnet, daß auf der zylindrischen Außenfläche des
Filterkopfgehäuses (7) eine Gesamtdruckbohrung (16) und
symmetrisch dazu im spitzen Winkel zwei statische Druckbohrungen
(15, 16) angeordnet sind, wobei die Normalen der
Gesamtdruckbohrung und der Absaugöffnung (6) parallel und
gleichgerichtet sind.
Priority Applications (1)
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