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Vorrichtung zur Kontrolle des vorgeschriebenen Mengenverhältnisses mehrerer durch Leitungen strömender gasförmiger oder flüssiger
Medien und zur Anzeige der Abweichung von diesem Verhältnis
Bei verschiedenen Einrichtungen des Hüttenwesens und der chemischen Industrie, insbesondere aber bei industriellen Öfen und Kesseln, gelangen gasförmige oder flüssige Stoffe in konstantem Mengenververhältnis zur Verwendung. Es ist bekannt, dass der spezifische Brennstoffverbrauch bei industriellen Öfen und Kesseln, d. h. im allgemeinen bei Feuerungsanlagen, nur dadurch auf ein Minimum gebracht werden kann, dass zwischen dem Brennstoff und der Luft die Einhaltung eines optimalen Mengenverhältnisses laufend gesichert wird.
Dieses Verhältnis ergibt sich aus der Luftmenge, die zur vollkommenen Verbrennung von 1m3 Gas oder 1kg Öl notwendig ist. Es kommt daher auf die Einhaltung dieses optimalen Mengenverhältnisses zwischen Brennstoff und Luft in besonderem Masse an und es wurden bereits zahlreiche Massnahmen vorgeschlagen, um die Einhaltung dieses optimalen Mengenverhältnisses sicherzustellen.
Gemäss den bekannten diesbezüglichen Konstruktionen trachtete man die Einhaltung des vorgeschriebenen Gas-Luft- (bzw. Öl-Luft-) Verhältnisses dadurch zu erzielen, dass man den totalen Gas- bzw. Luftverbrauch (oder Öl-Luftverbrauch) des Ofens mit Hilfe von Stauscheiben mass und das Verhältnis durch Division der erhaltenen Werte errechnete. Das heisst, dass die Vorbedingung der Feststellung des Verhältnisses in einer Mengenmessung bestand. Solch ein Verfahren birgt aber zahlreiche Fehlerquellen in sich und es war in der Praxis auch nicht möglich, die Messung für jeden Brenner industrieller Öfen separat durchzuführen, da die hiezu notwendigen Gas- und Luftrohrleitungsabschnitte nicht genügend lang sind.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Kontrolle des vorgeschriebenen Mengenverhältnisses mehrerer durch Leitungen strömender gasförmiger oder flüssiger Medien und zur Anzeige der Abweichung von diesem Verhältnis zu schaffen, die insbesondere bei Verfahren des Hüttenwesens, bei chemischen Verfahren oder bei Feuerungseinrichtungen angewendet werden kann. Hiebei setzt sich die Erfindung zur Aufgabe, die Abweichung vom Optimalwert des Mengenverhältnisses ohne Mengenmessung mit Stauscheiben und in einer für jeden Brenner unmittelbar ablesbaren Weise zu gewährleisten, wobei kostspielige und störanfällige Apparaturen vermieden werden sollen.
Die Erfindung besteht nun im wesentlichen darin, dass das Anzeigeinstrument aus U-Röhrenmanometern von einer den Medien entsprechenden Anzahl besteht, dass mindestens eines der Manometer zwei nicht mischbare Flüssigkeiten enthält, der Querschnitt der Manometerrohre sich im oberen oder im unteren Teil der U-Röhrenmanometer erweitert, und dass das Niveau der Flüssigkeiten in einem oder in beiden Schenkeln der U-Röhrenmanometer gleichzeitig beobachtbar und vergleichbar ist, wobei die Instrumentenkonstante wenigstens eines der U-Röhrenmanometer veränderbar ist. Im Sinne der Erfindung sind die Anschlüsse der U-Röhrenmanometer an den Rohrleitungsabschnitten zwischen den Austrittsquerschnitten und den Brennstoff- bzw. Luftregelorganen vorgesehen.
Durch die erfindungsgemässe Massnahme können die Instrumentenausschläge einerseits bis zu einer entsprechenden Ablesbarkeit vergrössert bzw. verkleinert, anderseits aber auf eine gleiche Grösse gebracht werden.
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Gemäss der Erfindung kann die Veränderung der Instrumentenkonstante durch in den oberen Teil des Flüssigkeitsraumes des U-Röhrenmanometers veränderlicher Konstante, welches zwei Flüssigkeiten enthält, eintauchende Körper erfolgen. Es kann jedoch im Rahmen der Erfindung die Anordnung auch so getroffen sein, dass die Änderung der Instrumentenkonstante eines oder mehrerer Manometer veränderlicher Konstante durch Austausch der oberen Flüssigkeit mit Flüssigkeiten abweichenden spezifischen Gewichtes erfolgt.
Erfolgt die Angleichung der Instrumentenausschläge bei einer Betriebslage, bei welcher das Gas-Luft Verhältnis auf das vorgeschriebene Optimum mittels eines der bekannten feuerungstechnischen Verfahren zur Einstellung gelangte, so müssen später zur stetigen Sicherung des optimalen Verhältnisses lediglich die Gas-und Luftregulierorgane so weit geöffnet oder aber geschlossen werden, dass die Gleichheit der Manometerausschläge auch weiterhin aufrechterhalten bleibt.
Gewöhnlich herrscht im Feuerungsraum der Heizanlagen atmosphärischer Druck, oder aber es ist dort ein geringer Überdruck von einigen Zehntelmillimetern Wassersäule vorhanden. Diese kleine Abweichung vom atmosphärischem Druck kann aber in bezug auf den Druck der Brennerluft oder des Gases vernachlässigt werden. Der Austrittsquerschnitt am Brennkopf kann daher als eine verzerrte Stauscheibe aufgefasst werden ; der an dieser Stelle gemessene Druck entspricht im wesentlichen der Druckdifferenz zwischen den Drücken vor bzw. hinter dem Querschnitt. Folglich ist die Quadratwurzel der Drücke, die zwischen den Regelorganen und dem Austrittsquerschnitt auftreten, den durchströmenden Mengen proportional.
Demzufolge kann das konstante Verhältnis der einzelnen ausströmenden Medien auch durch Aufrechterhaltung des Druckverhältnisses der an den bezeichneten Stellen durchströmenden Medien festgelegt bzw. abgelesen werden. Falls das Verhältnis der Mengen selbst konstant ist, so weicht das Verhältnis der Drücke bloss durch eine Konstante von dem entsprechenden Mengenverhältnis ab.
Wird in einem optimalen Betriebszustand, bei dem das Brennstoff-Luftverhältnis den günstigsten Wert besitzt, der dem Brennstoffdruck entsprechende Ausschlag des Brennstoffmanometers dermassen durch Verändern der Instrumentenkonstanten vergrössert und gegebenenfalls auch der dem Druck der Brennerluft entsprechende Ausschlag des Luftmanometers durch Verändern der Konstanten so verkleinert, dass die beiden Ausschläge gleich gross sind, so ist bei Aufrechterhaltung dieser Gleichheit das Verhältnis der Luftmenge zur Gasmenge in jedem Falle konstant.
Falls aber der Druck z. B. vor dem Austrittsquerschnitt annähernd Null sein sollte oder aber ein geringer Unterdruck entsteht (wenn z. B. der Querschnitt zu gross ist), ist der zur Verfügung stehende kleine Druck zu einer genauen Vergrösserung ungeeignet. In solchen Fällen wird daher ein regelbares Drosselungsmittel (ein Hahn oder ein Schieber) zwischen dem Gasbrenner und dem Regelorgan eingebaut, welches so weit geschlossen wird, dass im Rohrleitungsabschnitt ein vergrösserungsfähiger Druck entsteht. In einem solchen Falle wird erfindungsgemäss das diesem Medium zugehörige Manometer als Differentialmanometer ausgebildet, welches an beiden Seiten des Drosselventils od. dgl. angeschlossen ist.
Dies hat zur Folge, dass durch entsprechende Einstellung der Drosselung eine zur Vergrösserung geeignete grö- ssere Druckdifferenz erzeugt werden kann. Die Regelung der durchströmenden Mengen erfolgt durch das vom Brenner weiter entfernte Regelorgan.
Die Einstellung des dem Brenner näher liegenden Drosselventils od. dgl. wird bloss dann geändert, wenn die Notwendigkeit einer Korrektur an die Einstellung der Instrumentenausschläge eintritt.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an Hand beispielsweiser Ausführungsformen schematisch veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Vorrichtung, welche ein den Instrumentenausschlag vergrösserndes U-förmiges Röhrenmanometer und ein den Instrumentenausschlag verkleinerndes U-förmiges Röhrenmanometer aufweist. Fig. 2 zeigt die Anordnung der erfindungsgemässen Vorrichtung für den Fall, dass die Drücke vor dem Austrittsquerschnitt sehr gering oder überhaupt gleich Null sind.
Falls die Drücke der Luft- bzw. Brennstoffseite (Druckdifferenzen) voneinander stark abweichen, werden die Instrumentenausschläge der Vorrichtung nach Fig. 1 dermassen vergrössert bzw. verkleinert, dass sie bis zu einer zur Ablesbarkeit nötigen Länge verändert werden. Ist die Druckdifferenz nicht allzu gross und auch die Ablesbarkeit gesichert, so genügt es, bloss den Anschlag des einen Manometers zu verkleinern oder zu vergrössern, das andere U-Rohr kann aus einem Rohr unveränderlichen Durchmessers bestehen.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 wird das im unteren Teil mit einem grösseren Querschnitt versehene U-Röhrenmanometer b, welches gegebenenfalls als Differentialmanometer ausgebildet sein kann, ungefähr bis zur Hälfte mit gefärbtem Wasser gefüllt.
In jeden der beiden darüber befindlichen Abschnitte wird eine gleichgrosse Menge einer Flüssigkeit,
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die ein spezifisches Gewicht kleiner als 1 aufweist und sich mit Wasser nicht vermischt, ungefähr bis zur Hälfte der oberen dünneren Rohrabschnitte eingefüllt. Diesem Manometer wird der höhere Druck bzw. die höhere Druckdifferenz angeschaltet. Unter der Einwirkung dieses Druckes pL ergibt sich unter Berück- sichtigung der Querschnittsverhältnisse des U-förmigen Rohres sowie des spezifischen Gewichtes der ober dem Wasserniveau befindlichen Flüssigkeit eine Säulenhöhe hL bzw. eine Säulenhöhe des gefärbten Wassers hL'. Wie ersichtlich, ist hL'kleiner als hL, so dass also der Ausschlag hL'eine Verkleinerung darstellt.
Das Manometer a, welches gegebenenfalls ebenfalls als Differentialmanometer ausgebildet sein kann, besteht aus einem U-förmigen Rohr, dessen Oberteil im Querschnitt erweitert und bis ungefähr zur Hälfte (Null-Linie) des unteren, engeren Teiles mit gefärbtem Wasser, darüber aber bis zur halben Höhe des oberen, erweiterten Teiles mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, welche leichter als Wasser ist. Diesem Manometer wird der niedere Druck angeschaltet, die geringe Säulenhöhe hG wird dabei unter Berücksichtigung der Querschnittsverhältnisse des U-förmigen Rohres und des spezifischen Gewichtes der ober dem Wasser befindlichen Flüssigkeit auf einen Wert hG'der Säulenhöhe des gefärbten Wassers vergrössert.
Die Manometer a und b können neben-hinter-oder ineinander angeordnet werden, damit die Wassersäulen der beiden Manometer eng nebeneinander von einer hinter ihnen mit waagrechten Linien versehenen Skala erscheinen.
Es ist vorteilhaft, das Querschnittsverhältnis der dünneren und dickeren U-Rohre auf Grund der Gasund Luftdruckwerte (Druckdifferenzen) derart zu wählen, dass hG'grösser als hL'und die Differenz zwischen ihnen nicht allzu gross ist. Nach Einstellung des optimalen Brennstoff-Luft-Verhältnisses (z. B.. an Hand einer Rauchgasanalyse mittels Orsat'schen Gerätes) werden dann in den oberen Teil des Flüssigkeitsraumes des U-Röhrenmanometers veränderlicher Konstante, welches zwei Flüssigkeiten enthält, Körper c eingetaucht. Durch das Eintauchen dieser Körper c wird der obere Teil des Flüssigkeitsraumes so verändert, dass hL'= hG'ist.
Die Einführung der erwähnten Körper und die Verminderung des Flüssigkeitsraumes ist gleichbedeu-
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Brennstoff-Luftverhältnis ist somit eingestellt und festgelegt.
Die Änderung der Instrumentenkonstante eines oder mehrerer Manometer veränderlicher Konstante kann aber auch durch Austausch der oberen Flüssigkeit mit Flüssigkeiten abweichenden spezifischen Gewichtes bzw. Mischungen derselben erfolgen.
Eine andere Einrichtung zur Veränderung der Instrumentenkonstante wird durch Fig. 2 veranschaulicht. Beträgt der Druck des einen Mediums, z. B. des Gases, im Brenner a, d. h. in dem zwischen dem Regelorgan und dem Austrittsquerschnitt liegenden Rohrabschnitt ci, bei normaler Belastung ungefähr Null, so wird dem entsprechenden Manometer jener Druck angeschaltet, der in dem zwischen den beiden Regelorganen b 1 und bz vorhandenen Rohrabschnitt C2 besteht.
In diesem Rohrabschnitt ca wird der Druck auf einen genügend grossen, natürlich von dem im Rohrabschnitt Cg zur Verfügung stehenden Druckwert abweichenden Druck eingestellt, indem man das Regelorgan b 1 so weit schliesst, dass der Druck im Rohrabschnitt C2 genügend erhöht wird. Durch das Regelorgan b 1 kann auch die Instrumentenkonstante verändert werden. Im Rohrabschnitt d sind ebenfalls zwei Regelorgane e 1 und e : l angebracht, wenn der Druckwert vor dem Austrittsquerschnitt annähernd gleich Null ist. Falls aber der Druck vor demAustrittsquerschnitt genügend gross ist, genügt hier ein einziges Regelorgan.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Kontrolle des vorgeschriebenen Mengenverhältnisses mehrerer durch Leitungen strömender gasförmiger oder flüssiger Medien und zur Anzeige der Abweichung von diesem Verhältnis, insbesondere zur Anwendung bei Verfahren des Hüttenwesens oder bei chemischen Verfahren oder Feuerungseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigeinstrument aus U-Röhrenmanometern von einer den Medien entsprechenden Anzahl besteht, dass mindestens eines der Manometer zwei nicht mischbare Flüssigkeiten enthält, der Querschnitt der Manometerrohre sich im oberen oder im unteren Teil der U-Röhrenmanometer erweitert, und dass das Niveau der Flüssigkeiten in einem oder in beiden Schenkeln der U-Röhrenmanometer gleichzeitig beobachtbar und vergleichbar ist,
wobei die Instrumentenkonstante wenigstens eines der U-Röhrenmanometer veränderbar ist.
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Device for checking the prescribed proportions of several gaseous or liquid liquids flowing through pipes
Media and to display the deviation from this ratio
In various facilities in the metallurgy and chemical industry, but especially in industrial furnaces and boilers, gaseous or liquid substances are used in constant proportions. It is known that the specific fuel consumption in industrial furnaces and boilers, i.e. H. in general in firing systems, can only be reduced to a minimum by continuously ensuring that an optimal quantity ratio is maintained between the fuel and the air.
This ratio results from the amount of air that is necessary for the complete combustion of 1m3 of gas or 1kg of oil. It is therefore a matter of maintaining this optimal quantitative ratio between fuel and air to a particular extent and numerous measures have already been proposed to ensure compliance with this optimal quantitative ratio.
According to the known constructions in this regard, the aim was to maintain the prescribed gas-air (or oil-air) ratio by measuring the total gas or air consumption (or oil-air consumption) of the furnace with the help of baffles and calculated the ratio by dividing the obtained values. This means that the precondition for determining the ratio was a quantity measurement. However, such a method harbors numerous sources of error and in practice it was not possible to carry out the measurement separately for each burner of industrial furnaces, since the gas and air pipe sections required for this are not long enough.
The purpose of the present invention is to create a device for controlling the prescribed quantitative ratio of several gaseous or liquid media flowing through lines and for displaying the deviation from this ratio, which can be used in particular in metallurgical processes, chemical processes or combustion equipment . The object of the invention is to ensure the deviation from the optimum value of the quantity ratio without quantity measurement with baffle plates and in a manner that can be read directly for each burner, with expensive and fault-prone apparatuses being avoided.
The invention consists essentially in that the display instrument consists of U-tube manometers of a number corresponding to the media, that at least one of the manometers contains two immiscible liquids, the cross-section of the manometer tubes expands in the upper or lower part of the U-tube manometer , and that the level of the liquids in one or both legs of the U-tube manometer can be observed and compared at the same time, the instrument constant of at least one of the U-tube manometers being variable. In the sense of the invention, the connections of the U-tube manometers are provided on the pipe sections between the outlet cross-sections and the fuel or air regulating elements.
As a result of the measure according to the invention, the instrument deflections can on the one hand be enlarged or reduced up to a corresponding readability, but on the other hand can be brought to the same size.
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According to the invention, the instrument constant can be changed by means of bodies immersing in the upper part of the liquid space of the U-tube manometer with variable constant, which contains two liquids. However, within the scope of the invention, the arrangement can also be made such that the change in the instrument constant of one or more manometers of variable constants takes place by exchanging the upper liquid with liquids of different specific gravity.
If the adjustment of the instrument deflections takes place in an operating situation in which the gas-air ratio has reached the prescribed optimum using one of the known firing methods for setting, then later only the gas and air regulating organs have to be opened so wide or else to ensure the optimal ratio it can be concluded that the equality of the manometer readings is still maintained.
Usually there is atmospheric pressure in the furnace of the heating system, or there is a slight overpressure of a few tenths of a millimeter of water. This small deviation from atmospheric pressure can, however, be neglected with regard to the pressure of the burner air or the gas. The exit cross-section at the combustion head can therefore be viewed as a distorted baffle plate; the pressure measured at this point corresponds essentially to the pressure difference between the pressures in front of and behind the cross-section. As a result, the square root of the pressures that occur between the regulating elements and the outlet cross-section is proportional to the quantities flowing through.
As a result, the constant ratio of the individual outflowing media can also be established or read off by maintaining the pressure ratio of the media flowing through at the designated points. If the ratio of the quantities themselves is constant, then the ratio of the pressures only deviates from the corresponding quantity ratio by a constant.
Is in an optimal operating state, in which the fuel-air ratio has the most favorable value, the deflection of the fuel pressure gauge corresponding to the fuel pressure is increased by changing the instrument constants and, if necessary, the deflection of the air pressure gauge corresponding to the pressure of the burner air is also reduced by changing the constants so that If the two deflections are equal, the ratio of the amount of air to the amount of gas is constant in each case if this equality is maintained.
But if the pressure z. B. should be approximately zero in front of the outlet cross-section or a slight negative pressure arises (e.g. if the cross-section is too large), the small pressure available is unsuitable for an exact increase. In such cases, a controllable throttling means (a cock or a slide valve) is installed between the gas burner and the regulating element, which is closed so far that a pressure that can be increased is created in the pipe section. In such a case, according to the invention, the manometer associated with this medium is designed as a differential manometer which is connected to both sides of the throttle valve or the like.
The consequence of this is that by setting the throttling appropriately, a larger pressure difference suitable for increasing can be generated. The flow rates are regulated by the regulating element further away from the burner.
The setting of the throttle valve or the like, which is closer to the burner, is only changed when it becomes necessary to correct the setting of the instrument deflections.
In the drawing, the subject matter of the invention is illustrated schematically using exemplary embodiments.
1 shows a device according to the invention which has a U-shaped tube manometer which increases the instrument deflection and a U-shaped tube manometer which reduces the instrument deflection. 2 shows the arrangement of the device according to the invention in the event that the pressures in front of the outlet cross section are very low or even zero at all.
If the pressures on the air or fuel side (pressure differences) differ greatly from one another, the instrument deflections of the device according to FIG. 1 are increased or decreased to such an extent that they are changed to a length necessary for legibility. If the pressure difference is not too great and readability is also assured, it is sufficient to simply reduce or enlarge the stop of one manometer; the other U-tube can consist of a tube of invariable diameter.
In the device according to FIG. 1, the U-tube manometer b, which has a larger cross-section in the lower part and which can optionally be designed as a differential manometer, is filled approximately halfway with colored water.
In each of the two sections above, an equal amount of a liquid,
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which has a specific gravity of less than 1 and does not mix with water, filled approximately up to half of the upper thinner pipe sections. The higher pressure or the higher pressure difference is switched on to this manometer. Under the action of this pressure pL, taking into account the cross-sectional ratios of the U-shaped pipe and the specific weight of the liquid located above the water level, a column height hL or a column height of the colored water hL 'results. As can be seen, hL 'is smaller than hL, so that the deflection hL' represents a reduction in size.
The manometer a, which can optionally also be designed as a differential manometer, consists of a U-shaped tube, the upper part of which widens in cross-section and up to about half (zero line) of the lower, narrower part with colored water, but above it up to half The height of the upper, enlarged part is filled with a liquid that is lighter than water. The low pressure is switched on to this manometer, the low column height hG is increased to a value hG 'of the column height of the colored water, taking into account the cross-sectional ratios of the U-shaped pipe and the specific weight of the liquid above the water.
The pressure gauges a and b can be arranged next to one another or one inside the other, so that the water columns of the two pressure gauges appear close to one another from a scale provided behind them with horizontal lines.
It is advantageous to choose the cross-sectional ratio of the thinner and thicker U-tubes based on the gas and air pressure values (pressure differences) so that hG 'is greater than hL' and the difference between them is not too great. After setting the optimum fuel-air ratio (e.g. using a flue gas analysis using Orsat's device), bodies c are then immersed in the upper part of the fluid space of the U-tube manometer of variable constant, which contains two fluids. By immersing this body c, the upper part of the liquid space is changed so that hL '= hG'.
The introduction of the bodies mentioned and the reduction of the fluid space are of equal importance.
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The fuel-air ratio is thus set and fixed.
The change in the instrument constant of one or more manometers of variable constants can also be done by exchanging the upper liquid with liquids of different specific gravity or mixtures thereof.
Another means for changing the instrument constant is illustrated by FIG. If the pressure of one medium, e.g. B. the gas, in the burner a, d. H. in the pipe section ci located between the control element and the outlet cross-section, approximately zero under normal load, the corresponding pressure gauge is switched on that exists in the pipe section C2 between the two control elements b 1 and bz.
In this pipe section ca, the pressure is set to a sufficiently high pressure which naturally differs from the pressure value available in pipe section Cg by closing control element b 1 to such an extent that the pressure in pipe section C2 is increased sufficiently. The instrument constant can also be changed by the control element b 1. Two regulating elements e 1 and e: l are also attached in pipe section d if the pressure value in front of the outlet cross section is approximately zero. However, if the pressure in front of the outlet cross-section is sufficiently high, a single control element is sufficient.
PATENT CLAIMS:
1. Device for checking the prescribed quantitative ratio of several gaseous or liquid media flowing through lines and for displaying the deviation from this ratio, in particular for use in metallurgical processes or in chemical processes or firing devices, characterized in that the display instrument consists of U-tube manometers from there is a number corresponding to the media, that at least one of the pressure gauges contains two immiscible liquids, the cross-section of the pressure gauge tubes widens in the upper or lower part of the U-tube pressure gauge, and that the level of the liquids in one or both legs of the U-tube Tube manometer can be observed and compared at the same time,
the instrument constant of at least one of the U-tube manometers being variable.