DD201507B1 - Verfahren zur ermittlung des massenstromes feinkoerniger materialien - Google Patents

Description

Anwendungsgebiete der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Massenstromes feinkörniger Materialien, insbesondere beim Transport staubförmiger und feinkörniger Brennstoffe bei der Zuführung in die Windformen des Hochofens zum teilweisen Ersatz von stückigem Koks bei der Erzeugung von Roheisen. Das Verfahren kann in ähnlicher Weise angewandt werden bei der Zuführung staubförmiger oder feinkörniger Brennstoffe als Zusatz in Kupolöfen, zur Beheizung von Siemens-Martin-Öfen, Kupferschachtöfen und ähnlichen metallurgischen Aggregaten sowie zur Zuführung staubförmiger oder feinkörniger Stoffe in Metallbäder zum Zwecke des Frischens, Legierens, Raffinierens und ähnlichen metallurgischen Prozessen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen außerhalb des Bereiches der Metallurgie zur Bestimmung des Massenstromes für staubförmige und feinkörnige Güter, die besonders 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 (p_f2 < 30 kg/m³) geeignet sind. Die Meßverfahren und Vorrichtungen nach den Patentschriften DD-PS 131361 und DD-PS 145958 liefern analoge Massenstrom werte, die nur füreinen exakt definierten Dichtezustand und für eine bestimmte Brennstaubqualität reproduzierbar sind und eine technisch ausreichende Genauigkeit besitzen. Diese Verfahren erfordern ein Eichen der Meßverfahren bei Änderungen der Zusammensetzung des geförderten Feingutes. Lichtoptische Meßverfahren nach Patentschrift DD-PS 142606 sind trotz der Vielfalt an gleichzeitiger Meßwertgewinnung wegen der fehlenden Lichttransparenz und -reflexion besonders der Brennstäube bei dichten Zweiphasenströmungen nicht geeignet. Die Meßverfahren nach den Patentschriften DE-OS 2554565, DE-OS 2902911 und DE-OS 2757032 berücksichtigen nicht den wahren Zustand des in der Meßstrecke strömenden Staub-Gas-Gemisches, so daß diese Meßverfahren nur angenäherte Meßwerte liefern können und für hohe Feststoffbeladungen (p_f2 ä 50kg/m³) nicht mehr anwendbar sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein für die Metallurgie kontinuierlich arbeitendes Massenstrommeßverfahren, das unabhängig von der Technologie der Staubaufgabe zum Staubförderrohr und bei allen Staubkonzentrationen, besonders im Dichtstrombereich, die technisch realisierbar sind, quantitativ richtige Meßwerte liefert.

Darlegung des Wesens Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung des Massenstromes feinkörniger Materialien,

insbesondere beim Transport staubförmiger und feinkörniger Brennstoffe sowie anderer in metallurgischen Prozesseneingesetzter Stoffe beliebiger Feststoffkonzentration sowie beliebiger Betriebsdrücke zu den Windformen des Hochofens, zur

Beheizung von Siemens-Martin-Öfen, Kupferschachtöfen und ähnlichen metallurgischen Aggregaten und in Metallbäder zum Zwecke des Frischens, Legierens, Raffinierens und ähnlichen metallurgischen Prozessen zu entwickeln, das die komplizierte Geschwindigkeitsmessung in Zweiphasenströmungen umgeht und keine strömungsbehindernden Meßfühler innerhalb des Förderkanals besitzen muß. Zur Sicherung der Förderstetigkeit und -kontinuität sollen keine Förderrohrverengungen oder

-erweiternngen vorhanden sein, und das Verfahren muß ohne Eichung der Meßstrecke und unabhängig von der Staubartarbeiten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ausgangs eines Bunkers oder eines Dosiergefäßes zur Bestimmung der Anfangsdichte Of₁ eines Staubstromes, die je nach technologischer Notwendigkeit und Fließeigenschaften des Gutes

unterschiedlich sein wird, eine Dichtemeßsonde Of₁ angeordnet ist. Nach dieser Dichtemeßsonde wird dem Feststoffstrom übereinen Mischapparat ein Gas zur Verringerung der Staubstromdichte auf pf₂ stoßfrei zugegeben. Diese abgesenkte Dichte Pf₂ unddas injizierte Gas V₀(Ni (bezogen auf den Normzustand) werden ebenfalls mit einer Dichtemeßsonde Of₂ sowie mit einer

Meßblende V_G(N) gemessen. Der stoßfrei arbeitende Mischapparat besitzt den gleichen freien Strömungsquerschnitt wie das Förderrohr und enthält ein poröses gasdurchlässiges, staubsperrendes Filterrohr. Es ist gleichfalls möglich, bei mehreren einen Bunker oder ein Dosiergefäß verlassenden Förderrohren in jedem einzelnen Förderrohr den Massenstrom nach der angeführten Methode zu bestimmen. Auf der Basis dieser Meßgrößen V_G(ni, Pf₁, fr₂ unter Berücksichtigung der Gasmenge rh_Gi im Staubstrom am Anfang der Meßstrecke und der Gasmenge rh_G2 im Staubstrom am Ende der Meßstrecke kann der Massenstrom mittels eines einfachen Bilanzansatzes bestimmt werden. Mit der bekannten Feststoff korn dichte p_K und Gasnormdichte p_G(N) sowie durch die Messung der Staubstromtemperaturen T₁, T₂

und Drücke p_1f p₂ vor und nach dem Mischapparat ergibt sich nach Umrechnung der Gasdichten und -volumina in den

Betriebszustand (V_G2, Pq₁, p_G2) der Massenstrom m_K. Bei höheren Systemdrücken und höheren Feststoffkonzentrationen im Dichtstrombereich genügt eine einfache Temperatur-

und Druckmessung, d.h., daß dann die Wärmekapazität des Feststoffes, soweit überhaupt Feststoff und Gas unterschiedliche

Temperaturen besitzen, überwiegt, daß die Entspannungseffekte vernachlässigt und daß somit

Pi =Pz,T₁ = T₂, p_G1 = Pg2 gesetzt werden können. Damit ergibt sich eine vereinfachte Berechnungsgleichung für den Massenstrom rh_K.

Ausführungsbeispiel Die Erfindung wird an 3 Ausführungsbeispielen erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1: Vereinfachtes Blockschema der Massenstrommessung aus einem Dosiergefäß bei erhöhtem Systemdruck. Fig. 2: Vereinfachtes Blockschema der Massenstrommessung aus einem Bunker. Fig. 3: Vereinfachtes Blockschema der Massenstrommessung im Förderrohr zu einer Hochofenwindform. Ausführungsbeispiel 1

Bei der Ausführung desVerfahrens nach Fig. 1 wird bei einem Betriebsdruck P₁ = 3,0MPa aus einem Dosiergefäß 1 Kohlenstaub einer Feststoffkorndichte Pk = 1400kg/m³ pneumatisch mittels Stickstoff der Normdichte p_G(_N) = 1,25 kg/m³ über ein Förderrohr 3 gefördert. Zwecks Ermittlung des Massenstromes m_K werden in einem in dem Förderrohr 3 befindlichen Mischapparat 5 Injektionsgas 4 in Höhe von V_G(_N) = 250m³(_N)/h dem Staubstrom zugeführt und die Fließdichten vor und nach dem Mischapparat 5 radiometrisch mit einer Größe von fti = 380kg/m³ und p« = 280 kg/m³ gemessen. Die Temperaturen vor und nach dem Mischapparat 5 seien annähernd gleich und betragen T₁ ~ T₂ = 353 K. Aus den Meßdaten ermittelt damit ein Prozeßrechner 2 einen Massenstrom von 10t/h.

Ausführungsbeispiel 2

Beider Ausführung des Verfahrens nach Fig. 2 wird bei einem Überdruck von P₁ = 0,15MPa aus einem Bunker 1 Kohlenstaub einer Feststoffkorndichte ρ* = 1400kg/m³ und einer Anfangsfließdichte Pn = 470kg/m³ pneumatisch mittels Luft mit einer Gasnormdichte Pqini = 1,293 kg/m³ in ein Förderrohr 3 gefördert. Unmittelbar nach dem Bunkerauslauf wird dem Staubstrom über einen Mischapparat 5 Injektionsgas 4 mit V_g<ni = 29m³ _(N)/h zugegeben, so daß sich die Fließdichte p« auf 280kg/m³ verringert und der Druck an der Meßstelle nach dem Mischapparat 5 p₂ = 0,10 MPa beträgt. Die Temperatur vor und nach dem Mischapparat 5 ist gleich und beträgt T₁ =T₂ = 313 K. Das Injektionsgas 4 wird dabei mit einer Geschwindigkeit von 5 cm/s dem Staubstrom zugemischt

Mittels eines Prozeßrechners 2 folgt damit ein Massenstrom von m_K = 10t/h.

Ausführungsbeispiel 3

Bei der Ausführung des Verfahrens nach Fig.3 wird bei einem Überdruck von P₁ = 0,16MPa aus einem Dosiergefäß 1 Kohlenstaub einer Feststoffkorndichte Pk — 1400 kg/m³ und einer Anfangsfließdichte Pf₁ = 420kg/m³ pneumatisch mittels Stickstoff mit einer Gasnormdichte p_Gmi = 1,25kg/m³ in Förderrohren 3 gefördert, die zu den Windformen eines Hochofens führen.

Unmittelbar nach dem Abgang vom Dosiergefäß 1 wird dem Staubstrom jedes Förderrohres 3 über einen Mischapparat 5 Injektionsgas 4 mit V_G(N) - 2,5m³ _(N)/h zugegeben, so daß sich die Fließdichte йг auf 300kg/m³ verringert und der Druck an der Meßstelle nach dem Mischapparat 5 p₂ = 0,10MPa beträgt. Die Temperatur vor und nach dem Mischapparat 5 ist gleich und beträgt T₁ * T₂ « 313K. Das Injektionsgas wird dabei dem Staubstrom mit einer Geschwindigkeit von 8cm/s zugemischt. Mittels des Prozeßrechners 2 folgt damit ein Massenstrom von m_K = 0,4t/h Rohr.

Claims (3)

1. Verfahren zur Ermittlung des Massenstromes feinkörniger Materialien, insbesondere beim Transport staubförmiger und feinkörniger Brennstoffe sowie anderer in metallurgischen Prozessen eingesetzter Stoffe beliebiger Betriebsdrücke zu den Windformen des Hochofens, zur Beheizung von Siemens-Martin-Öfen, Kupferschachtöfen und ähnlichen metallurgischen Aggregaten und in Metallbäder zum Zwecke des Frischens, Legierens, Raffinierens und ähnlichen metallurgischen Prozessen, gekennzeichnet dadurch, daß zur Ermittlung des zur Prozeßsteuerung wichtigen Massenstromes rh« innerhalb eines Förderrohres (3) zur Herabsetzung der Fließdichte p_f1 auf p_f2ein Injektionsgas (4) stoßfrei über einen Mischapparat (5) zugeführt wird und daß die Fließdichte Pf₁, der Systemdruck p_1f die Temperatur T₁ unmittelbar nach einem Bunker (1) bzw. Dosiergefäß (1), jedoch vor dem Mischapparat (5) sowie die Fließdichte p_f2, der Systemdruck p₂, die Temperatur T₂ nach dem Mischapparat (5) gemessen und gemeinsam mit den Festwerten der Feststoffkorndichte Pk, der Gasnormdichte Pg<n)» dem Meßwert des Volumenstromes des Injektionsgases (4) einem Prozeßrechner (2) eingegeben werden, der den Massenstrom rh_K nach entsprechenden Berechnungsformeln ermittelt.

2. Verfahren nach Anspruch !,gekennzeichnet dadurch, daß insbesondere bei der Dichtstromförderung (p_f2 > 160kg/m³) und/oder bei höheren Betriebsdrücken {p₂ > 0,6MPa) der Temperaturunterschied T₁ zu T₂ und der Entspannungseffekt P₁ zu p₂ vernachlässigbar sind und entsprechend vereinfachte Berechnungsgleichungen verwendet werden, wobei die Meßwerte T₂, P2> Vg2/ Pg2 der Meßstellen nach dem Mischapparat (5) in den Prozeßrechner (2) eingegeben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß durch den Mischapparat (5), der mit einem porösen, gasdurchlässigen, staubsperrenden Filterrohr ausgerüstet ist, das Injektionsgas (4) diffusionsartig, d. h. mit einer Geschwindigkeit S "lOcm/s in den Staubstrom eingebracht wird.

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen