AT390143B - Messverfahren zur ermittlung des massenstromes staubfoermiger und feinkoerniger stoffe - Google Patents

Messverfahren zur ermittlung des massenstromes staubfoermiger und feinkoerniger stoffe Download PDF

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Description

Nr. 390 143
Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren zur Ermittlung des Massenstromes beim Transport staubförmiger und feinkörniger, in einem Trägergasstrom suspendierter Stoffe beliebiger Feststoffkonzentration sowie beliebiger Betriebsdrücke.
Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung des Massenstromes für staubförmige und feinkörnige Güter, die für Kohlenstäube nicht geeignet sind, d. h. die keine exakt quantitativen Meßwerte sondern nur qualitative Meßsignale liefern oder die nur für den pneumatischen Transport bei sehr kleinen Feststoffdichten CRtof2 < 30 kg/m^) geeignet sind.
Die Meßverfahren nach den DD*PS 199 246 und DD-PS 145 958 liefern analoge Massenstromwerte, die nur für einen exakt definierten Dichtezustand und für eine bestimmte Staubqualität reproduzierbar sind und eine technisch ausreichende Genauigkeit besitzen. Diese Verfahren erfordern ein Eichen der Meßverfahren bei Staubqualitätsänderungen. Die lichtoptischen Meßverfahren nach DD-PS 142 606 sind trotz der Vielfalt an gleichzeitiger Meßwertgewinnung wegen der fehlenden Lichttransparenz und -refiexion der Kohlestäube bei dichten Zweiphasenströmungen nicht geeignet. Die Meßverfahren nach den DE-OS 2 554 565, DE-OS 2 902 911 und DE-OS 2 757 032 berücksichtigen nicht den wahren Zustand des in die Meßstrecke strömenden Staub-Gas-Gemisches, so daß diese Meßverfahren nur angenäherte Meßwerte liefern können und für hohe Feststoffbeladungen (^1¾ ^ 50 kg/m^) nicht mehr anwendbar sind.
Das Ziel der Erfindung ist ein kontinuierlich arbeitendes Massenstrommeßverfahren, das unabhängig von der Technologie der Staubzufuhr zum Förderrohr und bei allen Staubkonzentrationen sowie Systemdrücken, die technisch realisierbar sind, quantitativ richtige Meßwerte liefert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Meßverfahren anzubieten, das die komplizierte Geschwindigkeitsmessung in Zweiphasenströmungen umgeht und keine strömungsbehindernden Meßfühler innerhalb des Förderkanals besitzt, zur Sicherung der Förderstetigkeit und -kontinuitäl sollen keine Förderrohrverengungen oder -erweiterungen vorhanden sein und das Meßverfahren muß ohne Eichung der Meßstrecke und unabhängig von der Staubart arbeiten.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Ermittlung des zur Prozeßsteuerung wichtigen Staubmassenstromes ihj, innerhalb des Förderrohres zur Herabsetzung der Fließdichte von Ino.^ auf stoßfrei und diffusionsartig über einen Mischapparat Injektionsgas in das Förderrohr eingeleitet wird und daß die Fließdichte Knc^j, der Systemdruck pj und die Temperatur Tj nach dem Bunker bzw. Dosiergefaß, jedoch vor dem Mischapparat sowie die Fließdichte Kiloder Systemdruck P2 und die Temperatur T2 nach dem Mischapparat gemessen und gemeinsam mit dem Meßwert des Injektionsgasstromes Vq^ und den Festwerten der Feststoffkomdichte Kno^ und der Gasnormdichtdliio einem Prozeßrechner eingegeben werden, der den
Staubmassenstrom mk nach den gefundenen Berechnungsformeln im Anspruch 1 berechnet. Zur Durchführung wird ausgangs eines Bunkers oder eines Dosiergefäßes zur Bestimmung der Anfangsdichte Rohfj eines Staubstromes, die je nach technologischer Notwendigkeit und Fließeigenschaft des Gutes unterschiedlich sein wird, eine Dichtemeßsonde für RIkxq angeordnet. Nach dieser Dichtemeßsonde wird dem Feststoffstrom über einen speziellen Mischapparat ein Gas zur Verringerung der Staubstromdichte Rho £> stoßfrei zugegeben. Diese abgesenkte Dichte Rho^ und der Strom des injizierten Gases Vq^ (bezogen auf den Normzustand) werden ebenfalls mit einer Dichtemeßsonde bzw. mit einer Meßblende gemessen. Der stoßfrei arbeitende
Mischapparat besitzt den gleichen, freien Strömungsquerschnitt wie das Fördenohr und enthält ein poröses, gasdurchlässiges, staubspenendes Filterrohr.
Weiter werden die Staubstromtemperaturen Tj, T2 und die Drücke pj,p2 in der Förderleitung vor resp. nach dem Mischapparat gemessen. Es läßt sich die Massenbilanzgleichung
“k + ™G1+ VG(N) R^GfN) = mk + mG2 W aufstellen, in der mk der zu messende Feststoffmassenstrom, mGj und mG2 die als Gasmassenstrom ausgedrückten Gasmengen im Förderrohr vor bzw. nach dem Mischapparat sind. mGi und Aq2 sind zunächst unbekannt, sie lassen sich jedoch durch die Größen mk, sowie durch die Gasdichte k^10qj und die bekannte Staubkorndichte bzw. durch die Größen i\3ho q» W*(j2 un(l Ri*>k ausdrücken: (RhOk - Rhoifj) RhoiQi mG1 = mk--- CRhcfj -RIioqj) Rho k -2-
Nr. 390 143 (™Vifll0‘ß) ^°G2 mG2 = mk-;-*- 0¾) f2 "Rho 'G2^ Rho k
Durch Einsetzen in Gleichung (1) sowie durch Einführung der Meßwerte Tj, T2, Pj und P2 sowie der bekannten oder gemessenen Gasnormdichte Rh°G(N)> also der Gasdichte in dem durch die Normtemperatur TN und den Normdruck p^ gekennzeichneten Zustand, ergibt sich das folgende Gleichungssystem: -*ϊ!κ> k(FlOf 1 -RIioq 1 )-(Rho¢2^^02) Pl k'fl mk = VG(2)--[1 + (--1) (-fl'1 (2) (W>ok-Rlio.G1) (Hho^-kno^ p2 I<ho.k-Tho.G1
Pl TN
Rho ei =Rho g(n) * — *— (2.1) PN t1
P2 TN
Rho G2=W» g(n) · — · — (2.2) PN T2
T2 PN VG(2) = VG(N) * —' — (2·3) TN P2
Bei hohen Systemdrücken und höherer Feststoffkonzentration wird praktisch p^ = p2, Tj = T2 und Rho<31 - RboG2· Das ist dadurch bedingt, daß die Wärmekapazität des Feststoffanteils die Wärmekapazität des Gasanteils im geförderten Staub-Gasgemisch um ein Vielfaches übersteigt und daß der Druckabfall im Mischapparat im Vergleich zum absoluten Druck an dieser Stelle völlig vernachlässigt werden kann. Unter diesen Bedingungen gilt das vereinfachte Gleichungssystem:
Rho k (W»fl *Pho G2^ 0^ί2 'R1« G2^ (3) ‘"k=VG(2)-- (Rhok 41ho G2) (Rl®:fj t£2)
P2 TN G2=WioG(N) · — ·— (3.1) PN T2 PN T2 VG(2) = VG(N)·--- (3-2)
P2 TN
Die Gleichungen werden mittels eines Mikroprozessors während des Betriebsregimes kontinuierlich nach Eingabe der Meßgrößen (T, p, Vq^.Fho Rho^)und Festwerte (Rlio^RiiOj^) ausgewertet.
Zur Erzielung einer hohen Meßgenauigkeit des Massenstromes m £ muß die Injelrtionsgasmenge VG^, die von der Höhe des Systemdruckes p und des Massenstromes abhängt, so gewählt werden, daß damit bis zu Rho f2-Werten von R*10-f2 <= 0,6, 5 (Rho 5 ... Schüttdichte) ein Dichtesprung von -3-

Claims (3)

  1. Nr. 390 143 Rho.fl -Rho.Q = 100 kg/m1 erzielt wird. Die Erfindung sei an zwei Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 und 2 erläutert. Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschema der Massenstrommessung aus einem Dosiergefaß bei erhöhtem Systemdruck. Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschema der Massenstrommessung aus einem Bunker. Ausführungsbeispiel 1 Bei der Ausführung des Verfahrens nach Fig. 1 wird bei einem Betriebsdruck pj = 3.0 MPa aus einem Dosiergefäß (1) Kohlenstaub einer Korndichte Rio ^ = 1400 kg/m2 3 1 4 5 6 pneumatisch mittels Stickstoff der Normdichte RIo.q^ = 1,25 kg/m1 über die Rohrleitung (3) gefördert. Zwecks Ermittlung des Massenstromes mK werden in einem in der Rohrleitung (3) befindlichen Mischapparat (5) Injektionsgas (4) in Höhe von ^G(N) ~ ^50 m i-N-/h dem Staubstrom zugeführt und die Fließdichten vor und nach dem Mischapparat (5) radiometrisch mit einer Größe vonWoij-j = 380 kg/m7 8 9 und?®0^ = 280 kg/m1 gemessen. Die Temperatur vor und nach dem Mischapparat sei annähernd gleich und beträgt T j, T2 = 353 K. Aus den angegebenen Gleichungen (2), (2.1), (2.2), (2.3) folgt damit aus dem Prozeßrechner (6) ein Massenstrom von 10 t/h. Die Länge des porösen Rohrstückes des Mischapparates beträgt bei einer lichten Rohrweite von 40 mm und bei einer Durchströmgeschwindigkeit von 5 cm/s ca. 1 = 500 mm. Ausführungsbeispiel 2 Bei der Ausführung des Verfahrens nach Fig. 2 wird bei einem Überdruck von pj = 0,15 MPa aus einem Bunker (7) Kohlenstaub einer Komdichte^10 = 1400 kg/m1 und einer Anfangsfließdichte RI» G = 470 kg/m1 pneumatisch mittels Luft mit einer Gasnormdichte Rohg^ = 1,293 kg/m1 in eine Rohrleitung (3) gefördert. Unmittelbar nach dem Bunkerauslauf wird dem Staubstrom über den Mischapparat (5) Injektionsgas (4) mit Vq(N) = 29 m1 i.N./h zugegeben, so daß sich die Fließdichte Rho q auf 280 kg/m1 verringert und der Druck an der Meßstelle nach dem Mischapparat P2 = 0,10 MPa beträgt. Die Temperatur vor und nach dem Mischapparat ist gleich und beträgt Tj = T2 - 313 K. Mittels des Prozeßrechners (6) folgt damit unter Auswertung der Gleichungen (2), (2.1), (2.2), (2.3) ein Massenstrom von m^ = 10 t/h. Die Länge des porösen Rohrstückes des Mischapparates (5) beträgt unter Voraussetzung einer lichten Rohrweite von 40 mm und einer Durchströmgeschwindigkeit von 5 cm/s 1» 750 mm. PATENTANSPRÜCHE ^=νσ(2)*
    (Khok.l^.G1)(W».flEho.Q) RI» Ri» Pl k* ’fl
    (2) -4- 1 gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des zur Prozeßsteuerung wichtigen Staubmassenstromes mk innerhalb des 2 Meßverfahren zur Ermittlung des Massenstromes beim Transport staubförmiger und feinkörniger, in einem 3 Trägergasstrom suspendierter Stoffe beliebiger Feststoffkonzentration sowie beliebiger Betriebsdrücke, dadurch 4 Förderrohres (3) zur Herabsetzung der Fließdichte von RI» auf Rl»j2 st°ßfrei und diffusionsartig über einen 5 Mischapparat (5) Injektionsgas (4) in das Förderrohr (3) eingeleitet wird und daß die Fließdichte PJiOfj, der 6 Systemdruck pj und die Temperatur Ti nach dem Bunker (7) bzw. Dosiergefäß (1), jedoch vor dem 7 Mischapparat (5) sowie die Fließdichte ?!»^, der Systemdruck P2 und die Temperatur T2 nach dem 8 Mischapparat (5) gemessen und gemeinsam mit dem Meßwert des Injektionsgasstromes Vq^ (4) und den 9 Festwerten der Feststoffkomdichte. :k und der Gasnormdichte einem Prozeßrechner (6) eingegeben 10 werden, der den Staubmassenstrom mk nach den gefundenen Berechnungsformeln (2), (2.1), (2.2), (2.3) berechnet Nr. 390 143 Pl TN (2.1) (2.2) (2.3) ‘““fll = l3l°G(N) * — ‘ — PN T1 P2 TN PxilpG2 = Wl° G(N) * — * — PN T2 T2 PN VG(2) = VG(N)--* — TN P2 wobei mk den Staubmassenstrom q die Anfangsfeststoffdichte und Rho .qj die Gasstromdichte vor dem Mischapparat (5) bei Systemdruck Pj und Temperatur Tj, RI» f2 die abgesenkte Feststoffdichte und RhöiQ2 die Gasstromdichte nach dem Mischapparat (5) bei Systemdruck und Temperatur T2, Rho^ die Feststoffkomdichte und RI»q^ die Gasnormdichte bei Normdruck und Normtemperatur Tj^, ^G(N) der Injektionsgasstrom bezogen auf den Normzustand und Vq(2) der Injektionsgasstrom bezogen auf den Systemzustand nach dem Mischapparat (5) ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Förderung aus einem fluidisierenden (2) Dosiergefäß (1) mit mehreren, parallelen Förderrohren (3) die Dichte Ri» ^ j nur in einem Förderrohr (3) gemessen und dieser Meßwert für alle anderen Förderrohre als Rohfi für die Staubmassenstromermittlung eingesetzt wird.
  3. (3) •G2= G(N)' P2 TN PN T2 (3.1) PN T2 VG(2) “ VG(N) * — *— (1·2) P2 TN verwendet werden, wobei für den Systemdruck P2 und die Temperatur T2 die Meßwerte der Meßstellen nach dem Mischapparat in den Prozeßrechner (6) eingegeben werden. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -5- 1 Verfahren nach Anspruch 1, insbesondere für Dichtstromförderung (&» q > 160 kg/m1) und/oder höhere Betriebsdrücke (P2 > 0,6 MPa), wobei der Temperaturunterschied zwischen Tj und T2 sowie der Entspannungseffekt pj zu P2 vernachlässigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungsgleichungen (3), (3.1), (3.2) Rno k(»»fl.KhoG2)(hi»£2.RhoJG2) mk ^G(2) Rho Rho "ix> Eho ( k' GV ( · fl ‘ f2>
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