DD207122A3

DD207122A3 - Verfahren zur messung des feststoff-massenstromes

Info

Publication number: DD207122A3
Application number: DD81233471A
Authority: DD
Inventors: Norbert Beiermann; Manfred Scheller; Horst Kretschmer; Juergen Noack; Klaus-Dieter Blaschke; Lothar Heinz; Peter Goehler; Hans-Joachim Schweigel; Hans-Heinrich Deicke; Klaus-Peter Rudolph; Johannes Flachkowsky
Original assignee: Norbert Beiermann; Manfred Scheller; Horst Kretschmer; Juergen Noack; Blaschke Klaus Dieter; Lothar Heinz; Peter Goehler; Schweigel Hans Joachim; Deicke Hans Heinrich; Rudolph Klaus Peter; Johannes Flachkowsky
Priority date: 1981-09-22
Filing date: 1981-09-22
Publication date: 1984-02-15
Also published as: GB2106645A; JPH0249447B2; HU194395B; SU1702184A1; FR2513374B1; CS247119B1; US4483199A; DE3223915A1; JPS5866818A; FR2513374A1; YU209082A; GB2106645B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Feststoff-Massenstromes bei der Foerderung von Feststoff-Gas-Suspensionen in Rohrleitungen, insbesondere bei der Foerderung im Dichtstrom und bei erhoehtem Druck. Aufgabe der Erfindung ist ein Messverfahren hoher Genauigkeit und Zuverlaessigkeit, bei dem eine Stoerung der Foerderung in der Rohrleitung durch hineinragende Fuehler oder Drosselstellen vermieden wird und das sich zur Impulsgabe fuer die Prozesssteuerung eignet. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass an einer Stelle der Foerderleitung impulsartig die Feststoff-Konzentration der an dieser Stelle vorbeifliessenden Suspension veraendert, stromabwaerts dieser Stelle an zwei in einem Abstand voneinander befindlichen Messstellen die Feststoff-Konzentration der Suspension gemessen und die Zeitdifferenz zwischen der Indizierung der veraenderten Feststoff-Konzentration an den beiden Messstellen bestimmt, ein Quotient aus Feststoff-Konzentration durch Zeitdifferenz gebildet und ein diesem Quotienten proportionales Signal als Mass fuer den Feststoff-Massenstrom in der Foerderleitung benutzt wird. Die impulsartige Veraenderung der Feststoffkonzentration erfolgt durch kurzzeitige Injektion einer zusaetzlichen Traegergasmenge oder durch kurzzeitige Veraenderung des Einlaufquerschnitts in die Foerderleitung.

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren zur Messung des Peststoff-Massenstromes

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Peststoff-Massenstromes bei der Pörderung von Peststoff-Gas-Suspensionen in Rohrleitungen, insbesondere bei der Pörderung im Dicht strom und bei erhöhtem Druck, wie beispielsweise bei der Zuführung von staubförrnigen Brennstoffen zu unter hohem Druck betriebenen Vergasungsreaktoren.

Charakteristik der'bekannten technischen Lösungen

Wegen der großen Breite des Brennstoffprogrammes hat sich die Vergasung von staubfÖrmigen Brennstoffen mit Sauerstoff als Vergasungsmittel in Porm einer Plammenreaktion als besonders vorteilhaft erwiesen. Vielfach läuft ein solcher Vergasungsprozeß unter hohem Druck, beispielsweise bei einem Druck von 3 MPa ab. Es sind - wie z, 3, in DD W? C 10 J 201 O64 beschrieben - Technologien bekannt, bei denen der staubförtnige Brennstoff über ein Schleusensystem auf ausreichenden Druck gebracht und anschließend in einem Trägergasstrom suspendiert über Pörderleitungen dem oder den Brennern des eigentlichen Vergasungsreaktors zugeführt wird, Wie in der .oben zitierten Schrift dargelegt, wird angestrebt, die Staubkonzentration im Trä-

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gergasstrom extrem hoch zu halten. So werden z. B, Verhältniswerte vom Feststoff zu Trägergas-Volumenstrom ("bezogen auf Betriebstemperatur" und Betriebsdruck) größer als 300 kg/m eingestellt,

Für die Wirtschaftlichkeit des Betriebes und die technische Sicherheit der Anlage ist es erforderlich, die einem Brenner des Vergasungsreaktors in der Zeiteinheit zugeführte Menge an staubfö'rmigem Brennstoff zu messen und zu regeln.

Es ist z. B. aus DE-OS 25 56 957 bekannt, mit mehreren intermittierend betriebenen Druckvorratsbehältern zu arbeiten und den staubförmigen Brennstoff aus diesen Behältern einer gemeinsamen Förderleitung zum Brenner des Vergasungsreaktors zuzuführen. In diesem Fall können die Druckvorratsbehälter z, B. auf Gewichtsmeßdosen gelagert werden und so der Staubaustrag aus den Vorratsbehältern und damit die dem Brenner zugeführte Staubmenge in der Zeiteinheit bestimmt werden« Diese Methode versagt, wenn aus einem Druckvorratsbehälter mehrere, gleichzeitig und einzeln zu überwachende Förderleitungen nach jeweils einem Brenner zu speisen sind, oder wenn aus einem Druckvorratsbehälter, der über geeignete Schleusen oder Feststoffpumpen periodisch nachgefüllt wird, ein kontinuierlicher Feststoffstrom entnommen wird* . .

Es ist weiter bekannt, als Maß für den Staubmengenstrom den Druckabfall der Staub-Trägergas-Suspension an einer in der Förderleitung installierten Venturi-Düse (DE-OS 14 33 327) oder'über eine bestimmte Länge der Förderrohrleitung (K, R« Barker et al«, Pressure Feeder for Powdered Coal., Industrial and Engineering Chemistry 43 (1951) S. 1204 bis 1209) heranzuziehen. Abgesehen davon, daß die Installation einer Drossel-, stelle wie z, B, einer Venturi-Düse bei der Förderung

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von Staub-Trägergas-Suspensionen mit hoher Feststoff-Konzentration die Gefahr von Betriebsunterbrechungen durch Verstopfung mit sich bringt, ist der Zusammenhang zwischen Druckabfall und Staubmengenstrom durch eine Vielzahl weiterer Einflußgroßen, wie Geometrie der Meßanordnung, Art'des zu fördernden Feststoffes (Körnung, Korngestalt, Oberflächeneigenschaften, Härte, Dichte), Verhältnis von Peststoffmenge zu Trägergasvolutnen und Betriebszustand des Trägergases an der Meßstelle, gekennzeichnet. Es sind also umfangreiche Eicharbeiten erforderlich, so daß eine solche Messung in der Regel nur als Tendenzmessung genutzt wird.

Bekannt sind Vorschläge, den Trägergasstrom vor der Beladung mit dem staubförmigen Brennstoff und die Dichte der Staub-Trägergas-Suspension in der Förderleitung zu messen und über geeignete Rechnerschaltungen den Staubmassenstrom, also die in der Zeiteinheit geförderte Staubmasse zu berechnen, wobei als zusätzliche Eingabegrößen die Dichte der Feststoffpartikel und' die'Dichte des Trägergases eingehen (DE-OS 27 57 032). Diese Methode versagt allerdings, wenn mit höheren Feststoffkonzentrationen, also spezifisch kleinen Trägergas-Volumenströmen gearbeitet wird. -

Selbst wenn man die Probleme der genauen BIessung kleiner Gasvolumenströme'bei hohem Druck oder'der Verluste durch Leckagen bzw. der zusätzlich z, B, zur Spülung von Druckmeßsteilen in die Rohrleitung einzuführenden (geringen) Trägergasmengen beherrschen könnte, ergeben sich hinsichtlich der Momentanwerte unter diesen Bedingungen erhebliche Differenzen zwischen dem Trägergasvolumenstrom an der Meßstelle vor der Beladung mit Staub und dem echten Trägergasvolumenstrom in der Förderleitung. Diese Differenzen sind

ό ό 4 / 1

"bedingt durch Druckausgleichsvorgänge zwischen dem (unter Druck stehenden) Staubvorratsbehältern und der Förderleitung, die aus dem Schleusenbetrieb zum Nachfüllen des Vorratsbehälters und aus an sich kleinen Druckschwankungen im ganzen System resultieren. Diese Differenzen sind vernachlässigbar,' wenn große Trägergasmengen zur Förderung'des Staubes eingesetzt werden ("Dünnstromförderung"). Unter den Bedingungen einer Dichtstromförderung, bei der beispielsweise unter einem Druck von 3,0 B/D?a eine Braunkohlenstaub-Trägergas-Suspension mit einer Konzentration von 500 kg'Braunkohlenstaub je nr Trägergas transportiert wird, können diese Differenzen momentan die Größenordnung des gesamten Trägergasstromes erreichen, so daß der aus Trägergasstrom und Dichte der Suspension berechnete, für den Betrieb und die technische Sicherheit des Vergasungsreaktors wichtige Momentanwert des Staubmassenstromes mit erheblichen Fehlern behaftet ist.

Die Lehre von DE-OS 27 57 032 ist schließlich auch nicht anwendbar, wenn aus einem Druckvorratsbehälter mehrere getrennt zu regelnde und überwachende Förderströme abgehen und die gesamte Trägergasmenge als ein-' heitlicher Strom diesem Vorratsbehälter zugeführt wird.

Ebenfalls für ein Dünnstrom-Fördersystem ist das in DE-OS 25 54 5^5 angegebene Verfahren zugeschnitten, bei dem als Führungsgröße für die Regelung des Staubmassenstromes ein Produkt aus der Fest stoffdichte an der Meßstelle und der Differenz zwischen einem Trägergasvolumenstrom und einem Vergleichswert herangezogen wird. Ohnehin ist bei diesem Verfahren eine quantitative" Aussage zum Staubmassenstrom nicht gegeben. Als Meßverfahren für die Feststoffdichte in der Staub-Trägergas-Suspension wurden Adsorptionsmessungen beim Durchgang elektromagnetischer Wellen

Ί J ό 4 / 1 ό

durch die Suspension und Messungen der elektrischen Kapazität der Staub-Iragergas-Suspension zwischen zwei geeigneten Elektroden vorgeschlagen (DE-OS 27 11 114).

Bekannt sind weiter Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit der Peststoffpartikel auf optischen Wege, durch Zusatz radioaktiver Tracer-Substanzen und'durch'Messung des Impulses des'Feststoff-Stromes, d. h, durch Messung der Kraft, die der Feststoffstrom auf einen in die Strömung hineinragenden Fühler ausübt.

Es hat sich gezeigt, daß optische Meßverfahren wie z, B. nach DD-WP 142 606 bei Fest stoff-Trägergas-Suspensionen sehr hoher Feststoff-Konzentration und hoher Feinheit nicht geeignet sind. Meßverfahren mit radioaktiven Tracern sind zwar gut geeignet für die Durchführung einzelner Versuche, doch ergeben sich für den Dauerbetrieb aus Gründen des Strahlenschutzes und der kontinuierlichen Anlieferung' und Dosierung radioaktiver Tracer Schwierigkeiten, die insbesondere unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit kaum lösbar sind« Schließlich sind Meßeinrichtungen, die nach dem Impuls-Verfahren arbeiten (siehe z. B. Weber, Aufbereitungstechnik 7(1966) S. 603 bis 613), bei hohen Feststoffkonzentrat ion en relativ störanfällig und geben durch den in den Feststoffstrom hineinragenden Fühler leicht Anlaß zu Verstopfungen der Förderleitung, Diese Verstopfungsgefahr ist besonders groß, wenn der Feststoff fasrige Partikel enthält, wie beispielsweise bei einigen Sorten von Braunkohlenstaub, Mit DS OS 17 98- 182 wird schließlich ein Verfahren und eine'Einrichtung zur Messung des Mengenstromes körnigen, mittels'eines Strömungsmittels geförderten Gutes beschrieben, nach denen an zwei in bekannten

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Abstand längs einer pneumatischen Förderleitung angeordneten Stellen zufällige Störungen in Form von Konzentrationsschwankungen des Fördergutes gemessen wurden und durch' ein Korrelationsverfahren die Laufzeit solcher Störungen zwischen den beiden Meßstellen ermittelt 'wird. Außerdem wird an"einer weiteren Meßstelle die Masse an körnigem Gut, die sich in einer Längseinheit der Förderleitung "befindet bestimmt und daraus unter Berücksichtigung der durch das Korrelat ionsverfahren gefundenen Laufzeit die in der Zeiteinheit geförderte Masse körnigen Gutes berechnet« Als Meßeinrichtungen zur Ermittlung der Konzentrationsschwankungen werden in der genannten Schrift in der Wand der Förderleitung angeordnete Elektroden verwendet, deren Kapazität von"der Konzentration des Fördergutes beeinflußt wird. Für die Messung der Feststoffmasse ge Längeneinheit der Förderleitung wird eine ^-Strahlen-Transmissionsmessung herangezogen.

Obwohl in der genannten Schrift"nicht ausdrücklich darauf beschränkt,, ist das angegebene Meßverfahren auf Massenstrommessungen bei der pneumatischen Förderung zugeschnitten, die mit"Feststoffkonzentrationeu von z. B, 10 kg/m 'Trägergas arbeitet. Demgegenüber sind für das Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung um mehr als eine Größenordnung höheren Feststoffkonzentration, beispielsweise 300 kg/m zu beherrschen.

Es hat sich gezeigt, daß für solche Anwednungsfalle der in der genannten DE OS 17 98' 182 aufgezeigte Weg nicht zum Ziele führt und die durch Korrelationsverfahren bestimmte Laufzeit mit untragbaren Fehlern behaftet ist.

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Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Messung des Peststoff-Massenstromes bei der Förderung von Peststoff-Gas-Suspensionen in Rohrleitungen, das für Peststoff-Trägergas-Suspensionen mit sehr hoher Peststoff konzentration (Dichtstrom-Förderung) und hohem Druck geeignet ist und das auch wirtschaftlich im Dauerbetrieb eingesetzt werden kann.

Ziel der Erfindung ist insbesondere ein Meßverfahren zur überwachung der Zufuhr von im Trägergas suspen- dierten staubförmigen Brennstoff zu den Brennern von Druckvergasungsreaktoren bzw. von Druckfeuerungen, das den' hohen Anforderungen .an die Zuverlässigkeit der Messung genügt, die bei diesen Anwendungsfällen gestellt werden. Das durch das Meßverfahren gewonnene Signal soll als'Impuls für die Regelung des Prozesses geeignet sein.

Darlegung des Wesens der Erfindung

- Technische Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Messung des Feststoff-Massenstromes bei der Förderung von Feststoff-Gas-Suspensionen in Rohrleitungen insbesondere unter hohem Druck, das für Suspensionen mit sehr hoher Feststoff-Konzentration geeignet ist, also für die Förderung im Dicht strom, das eine Störung der Förderung in der Rohrleitung durch in den Förderstrom hineinragende Fühler oder durch Drosselstellen ver-' meidet, das ohne offene radioaktive Tracer auskommt, das hohe Genauigkeitsforderungen erfüllt, das weitgehend unabhängig ist von der Beschaffenheit des zu fördernden Feststoffes und das sich z. 3» hinsichtlich seines Zeitverhaltens zur Impulsgabe für die Prozeßsteuerung und -regelung eisnet.

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Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß an einer Stelle der die Feststoff-Gas-Suspension führenden 'Rohrleitung impulsartig die Feststoff-Konzentration der aus dieser Stelle vorbeifließenden Suspension verändert wird. Dabei beträgt die Zeitdauer für die impulsartige Veränderung der Feststoff-Konzentration weniger als 1s, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 s und die Feststoff-Konzentration wird während dieses Impulses um 10 bis 40 %, verglichen mit ihrem Normalwert, abgesenkt. Innerhalb dieses Bereiches wird der Grad der Absenkung der Feststoff-Konzentration durch Art und Empfindlichkeit des angewandten Meßverfahrens für die Feststoff-Konzentration und deren natürliche Schwindungsbreite bestimmt.

In an sich bekannter Weise wird nunmehr stromabwärts der genannten Stelle an mindestens zwei in einem Abstand voneinander befindlichen Meßstellen in der Rohrleitung nach bekannten Meßverfahren kontinuierlich die Feststoff-Konzentration C_ der Feststoff-Gas-Suspension (die Feststoffmasse, bezogen auf' das Gesamtvolumen der Suspension) oder eine Größe, die dieser Konzentration entspricht oder mit ihr in funktionellen Zusammenhang steht, gemessen und die Differenz zwischen den Zeitpunkten bestimmt, zu denen die Veränderung der Feststoff-Konzentration an den genannten Meßstellen nacheinander indiziert wird. . " . .

Weiter wird in an sich bekannter Weise ein zeitlicher Mittelwert der Feststoff-Konzentration der Feststoff-Gas-Suspension für den Abschnitt der Rohrleitung be- ' stimmt, in dem sich die genannten Meßstellen befinden, mit geeigneten Mitteln wie z. B, logischen Bausteinen ein Signal erzeugt, das proportional ist dem Quotienten aus dem genannten zeitlichen Mittelwert der

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Feststoff-Konzentration, dividiert durch die Differenz der Zeitpunkte, an denen die Veränderung der Feststoff-Konzentration an den Meßstellen nacheinander indiziert wird und dieses Signal als Maß für den Peststoff-Massenstrom in der Rohrleitung benutzt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die impulsartige- Veränderung der Feststoffkonzentration durch eine impulsartige Injektion einer'zusätzlichen Gasmenge in die Rohrleitung erreicht wird. Abhängig von der durch die äußeren Bedingungen gegebenen geometrischen Anordnung der Injektionsstelle und von den Eigenschaften des Fördergutes kann die Gefahr bestehen, daß die Insektionsöffnung in die Rohrleitung sich im Laufe der Zeit zusetzt. Erfindungsgemäß kann zur Vermeidung dieser Gefahr an der Inj'ektionsstelle ständig ein vergleichsweise geringer Gasstrom eingeführt werden, der impulsartig auf einen Maximalwert vergrößert und anschließend wieder auf den ursprünglichen Wert reduziert wird.

Der für die Messung erforderliche, oben dargelegte Grad der Absenkung der Feststoff-Konzentration wird durch entsprechende Dosierung des injizierten Gasstromes erreicht.

Die impulsartige Veränderung der Fest stoff-Konzentration kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung anstelle der oder zusätzlich zur Injektion einer zusätzlichen Gasmenge durch eine kurzzeitige Drosselung des' Feststoff stromes in der Rohrleitung erreicht Y/erden. Eine solche Drosselung läßt sich erfindungsgemäß bevorzugt durch eine kurzzeitige Veränderung des Einlaufquerschnittes am Feststoff-Einlauf in die Rohrleitung, vorzugsweise durch kurzzeitige Verstellung eines vor dem Feststoff-Einlauf in die Rohrleitung angeordneten Stell- und. Schließkörpers beispielsweise entspre- ' chend Patentanmeldung ΏΏ W G 05 3/227 094/7 erreichen.

-ίο

Es hat sich bei'Vergleichsversuchen mit radioaktiven Tracern gezeigt, daß die kurzzeitige Drosselung nicht zu einer stoßweisen Förderung führt, sondern schon kurz stromabwärts der Drosselstelle eine gleichmäßige Peststoff-Geschwindigkeit erhalten bleibt, wobei über einen, der Dauer des Drosselvorgangs ungefähr entsprechenden Zeitraum die Feststoff-Konzentration abgesenkt

Um eine quasi kontinuierliche Messung des Feststoff-Massenstromes zu erreichen, kann erfindungsgemäß die impulsartige Veränderung der Feststoff-Konzentration periodisch vorgenommen werden.'Bei einer bevorzugten' Ausführungsform beträgt der Impulsabstand 4 bis 30 s, Each der Erfindung ist es jedoch auch möglich, daß die impulsartige Veränderung der Feststoff-Konzentration jeweils in Relation zu den Durchgangszeitpunkten der vorangegangenen impulsartigen Veränderung an den Meßstellen für die Feststoff-Konzentration ausgelöst wird. Dabei wird eine impulsartige Veränderung der Feststoff-Konzentration veranlaßt, nachdem der Durchgang des vorangegangenen Impulses an der in Strömungsrichtung gesehen zweiten Meßstelle indiziert worden ist,

Bei einer bevorzugten Ausführungsförm der Erfindung' wird zur Messung der Feststoff-Konzentration bzw. einer mit ihr in funktionellen Zusammenhang stehenden Größe an den genannten Meßstellen in an sich bekannter Weise ein radiometrisches Transmissions-Meßverfahren, also die Erfassung der IntensitätsSchwächung der von einer Quelle'ausgehenden Strahlen durch den Förderstrom, verwendet, wobei Art und Stärke der Strahlenquelle und die Geometrie der Anordnung der Strahlungsempfänger so auf die Rohrleitung, deren Querschnitt, ihre Wandstärke sowie auf Art und Konzentration des Feststoffs abgestimmt

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sind, daß die erforderliche Integrationszeit für die radiometrische Transmissionsmessung klein ist, verglichen mit der Differenz der Indikationszeitpunkte für die Veränderung der Peststoff-Konzentration an den genannten Meßsteilen. . '

Es entspricht der Erfindung, wenn für die Bildung des genannten zeitlichen Mittelwertes der Pest stoff-Konzentration C_s mit geeigneten, an sich bekannten Mitteln das Ergebnis der radiometrischen Transmissionsmessung an einer der genannten Meßstellen herangezogen wird. Sei erhöhten Genauigkeitsforderungen und bei relativ großen Abständen L zwischen den Meßstellen kann es aber zweckmäßig sein, vor .der Bildung der zeitlichen Mittelwerte das arithmetische Mittel der gleichzeitigen Messung an den genannten Meßstellen zu bestimmen und diesen örtlichen Mittelwert der zeitlichen Mittelwert sbildung zugrunde zu. legen. .

Bei Einsatz eines radiometrischen Transmissions-Meßverfahrens hat es sich erfindungsgemäß als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Feststoff-Konzentration impulsartig soweit abgesenkt wird, daß sich die Zählrate für den Strahlungsdurchgang (also die empfangenen Strahlungsimpulse je Zeiteinheit) an den Meßstellen um 3 bis 10 %, Vorzugspreise um 4 bis 6 % bezogen auf den Ausgangswert, erhöht. Zumindest bei der Pest stoff-Pörderung im Dichtstrom liegt dann der Relativbetrag der Senkung der Peststoff-Konzentration innerhalb des obe angegebenen Bereiches von 1G. bis. 40 %*-

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch charakterisiert, daß' in ebenfalls an sich bekannter Weise die Dielektrizitätskonstante der Peststoff-Gas-Suspension als die in funktioneilen Zusammenhang mit der Peststoff-Konzentration stehende Größe herangezogen wird, und daß als Meßverfahren an den genannten

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Meßstellen bekannte Kapazitäts-Meßverfahren eingesetzt werden. Solche Meßverfahren haben gegenüber der radiometrischen Transmissionsmessung von Vorteil kürzerer Totzeiten. Das Meßergebnis ist bei vielen Fördermaterialien verhältnismäßig stark durch Schwankungen in der Be» schaffenheit des Fördergutes beeinflußt. Das stört nicht für die Ermittlung der Transportgeschwindigkeit des Feststoffes, so daß hier die Vorteile der kürzeren Totzeit voll zur Geltung kommen, kann aber die Genauigkeit der Feststoff-Konzentration so beeinträchtigen, daß eine zusätzliche radiometrische Transmissionsmessung für die Erfassung der Feststoff-Konzentration notwendig ist, die vorteilhafter Weise in der Mitte zwischen'den genannten Kapazitätsmeßstellen angeordnet wird.

Für"die Bestimmung der Differenz zwischen den Zeitpunkten, an denen die Veränderung der Feststoff-Konzentration bzw. der mit ihr in funktionellem Zusammenhang stehenden Größe an den Meßstellen nacheinander indiziert werden, stehen bekannte analoge und digitale Auswertungsverfahren zur Verfügung.

Bewährt haben sich in der Reihenfolge steigender Genauigkeit, aber auch steigenden Aufwandes folgende Möglichkeiten zur Definition des Durchgangszeitpunktes einer impulsartigen Veränderung der Feststoff-Konzentration an einer Meßstelle:

- Zeitpunkt des Überschreitens einer festen ETiveau-Schranke außerhalb des natürlichen Schwankungsbereiches der Feststoff-Konzentration

- Arithmetisches Mittel zwischen den Zeitpunkten des Überschreitens und des darauf folgenden Uhterschreitens einer festen Niveauschranke

-"- Ίό'όϊΊλ 3

- Einführung einer variablen iliveauschranke, die in einem fest vorgegebenen Abstand zu einem laufend berechneten Mittelwert der Peststoff-Konzentration des gerade vergangenen Zeitraumes geführt wird

- Zeitpunkt der Einstellung des Scheitelwertes der Peststoff-Konzentration-Zeit-Funktion an der geweiligen Meßsteile

In dem Bestreben, die impulsartige Veränderung der Peststoff-Konzentration so klein als möglich zu halten, sie aber noch sicher indizieren zu können j ist schließlich die Anwendung eines automatischen Korrelationsverfahrens zur Bestimmung der Zeitdifferenz für die Indizierung der impulsartigen Peststoff-Konzentrations-Änderungen an den Meßstellen möglich. Dazu können bekannte Kreuzkorrelationen oder Polarisationskorrelationen herangezogen werden. Bei Anwendung der Korrelationstechnik ist es in der Regel vorteilhaft, die Auslösung der Pest stoff-Konzentrations-Änderungen durch den ' Korrelator selbst zu steuern und gegebenenfalls in dem für eine Korrelationsrechnung heranzuziehenden Zeitraum von z. B. 10 3 mehrere'Peststoff-Konzentrationsimpulse passieren su lassen.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung sei an zwei Ausführungsbeispielen erläutert. Dazu wird Pigur 1 mit einer schematischen Darstellung des Verfahrens zur Messung des Peststoff-Massenstromes bei der Zuführung eines st.aubförmigen Brennstoffes zu einem Vergasungsreaktor herangezogen.

1. Ausführungsbeispiel

In einer Anlage zur Vergasung staubförmiger Brennstoffe wird mit dem erfindungsgemäßen^?Verfahren der Staubmassenstrom gemessen und geregelt.

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Entsprechend Figur 1 wird der staubförmige Brennstoff über eine Schleuse 1 einem unter einem Druck von ca, 3 MPa stehenden Dosierbehälter 2" zugeführt, Im Unterteil des Dosierbehälters wird der Staub durch Einblasen eines Trägergases fluidisiert und fließt als dichte Staub-Trägergas-Suspension über die Förderleitung 3 dem Brenner 4 eines Vergasungsreaktors 5 zu. Im Reaktor wird der staubförmige Brennstoff mit einem über Vergasungsmittelleitung 6 zugeführten, sauerstoffreichen Vergasungsmittelgemisch bei einem Druck von ca, 2,8 MPa umgesetzt. Der zum Reaktor geführte Peststoff-Massenstrom wird über den dem Dosierbehälter über'das Regelventil 7 augeführten Trägergasstrom geregelt. Die Pest stoffkonzentration der durch die Förderleitung 3 fließenden Peststoff-Gas-Suspension liegt in einem Bereich von 300 bis 500 kg Peststoff je m Suspensionsvolumen (Summe von Gas- und Feststoff-Vo lumen).

An der Injektionsstelle 8 wird über Leitung 9 und Drosselscheibe 10 ständig ein kleiner zusätzlicher Trägergasstrom in die Förderleitung 3 injiziert, die die Feststoff-Konzentration der Suspension nicht wesentlich, beeinflußt. Durch kurzzeitiges öffnen des Magnetventils 11 wird der an der Stelle 8 injizierte'zusätz-'liche Trägergasstrom impulsartig soweit erhöht, daß die Feststoff-Konzentration der während'dieser Injektion an der Stelle 8 der Förderleitung vorbeifließenden Suspension deutlich vermindert wird.

Stromabwärts der Injektionsstelle 8 sind in einem Abstand zueinander von I = 6 m zwei Meßstellen zur Erfassung der Feststoff-Konzentration in der Suspension angeordnet. Die Meßst eilen arbeiten nach dem Prinzip der 'Ύ -Strahlen-Transmissionsmessung und bestehen jeweils aus der ^-Strahlenquelle 12 bzw. 14 und dem Strahlungsdetektor 13 bzw, 15. Die Detektoren sind mit Strahlungsmeßgeräten 16 bzw, 17 verbunden, die jeweils

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sowohl ein analoges Signal (Strahlungsimpulsdichte oder Zählrate) als auch in regelmäßigen Zeitabständen ein digitales Signal abgeben.

Die an der Injektionsstelle 8 impulsartig erzeugte Absenkung der Pest stoff-Konzentration pflanzt sich mit dem Transport der Suspension in der Förderleitung 3 fort und wird zunächst an der aus Strahlungsquelle 12 und Detektor 13 bestehenden Meßstelle indiziert. Das drückt sich darinaus, daß die vom Strahlungsmeßgerät 16 aufgenomene Zählrate impulsartig ansteigt und wieder auf den !Tormalwert bzw. den normalen Schwankungsbereich der Zählrate abfällt. Das Strahlungsmeßgerät'16 gibt ein der Zählrate proportionales Analogsignal ab, das bei Überschreiten einer vorgegebenen Niveausehranke oberhalb des normalen Schwankungsbereiches ein Zeitmeßgerät '18 startet. Entsprechend wird die Zeitmessung gestoppt, wenn über Detektor 15 und Strahlungsmeßgerät 1? der Durchgang der Feststoff-Konzentrationsstörüng indiziert und dem Zeitmeßgerät 18 aufgegeben wird... .

Die von den Strahlungsmeßgeräten 16 und' 17 in regelmäßigen Zeitabständen, im Beispiel aller 0,5 s, abgegebenen Digitalsignale (also die Zahl der in diesem Zeitabstand eingegangenen Strahlungsimpulse) werden ' ' einem Mikrorechner 19 zugeführt, der die gleichzeitig eingehenden Signale der beiden Meßstellen mitteIt und anschließend die in einem gerade vergangenen Zeitraum von im Beispiel 10s bestimmten örtlichen'Mittelwerte zu einem zeitlichen Hittelwert vereinigt. Unter Berücksichtigung von Eichfunktionen, in die neben geometrischer Anordnung von Strahlungsquelle und Detektor und Art des Strahlers die Zählrate Z bei leerem Rohr

und der separat zu bestimmende, insbesondere von Zusammensetzung und Anteil der Asche des staubförmigen Brennstoffes abhängige llassenschwächungskoeffizient des Staubes eingehen, und un~er Elirninierung des Anteils der

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Trägergasdichte am Ergebnis der Transmissioiismessung wird durch den Rechner 19 weiter'eine mittlere Feststoff-Konzentration C berechnet, Gemäß der Gleichung

S At

wird anschließend diese Größe mit der vom Zeitmesser übernommenen Zeit A t zum Feststoff-Massenstrom F^ in kg/s verknüpft. Dabei ist A der lichte Querschnitt der ' Förderleitung 3 und I der Abstand der beiden Meß st eilen.

Die erwähnte Eliminierung des Anteils der Trägergasdichte macht sich bei hohen Betriebsdrücken, wie in unserem Beispiel, notwendig, weil die radiometrische Transmissionsmessung primär die Dichte der Suspension $ _Ί· also das Verhältnis der Massen von Feststoff plus Träger- gas zu Gesamtvolumen der Suspension"gibt. Mit der in den Rechner zusätzlich eingegebenen, off-line bestimmten Reindichte des Feststoffes j⁷ und der Dichte des'

-^ s

Trägergases unter-Normbedingungen (^J₁ gilt die Beziehung

c =

wobei die Zustandsgrößen des Gases ?_r und T_r wahlvi/eise in den Rechner eingegeben oder (in Figur 1 nicht dargestellt) von speziellen Meßwertgebern an der Förderleitung übernommen werden können. Die'Bezugszustandsgrößen Ρ_Λτ und T_Aj sind fest eingegeben.

Der so berechnete Massenstrom F_q wird mit Hilfe von Regler 21, der auf das Regelventil 7 in der Trägergaszuleitung wirkt, zur Steuerung des dem Reaktor 5 zufließenden Stromes von stauoförmigen Brennstoff genutzt. Außerdem wird der Massenstrom vom Drucker 20· protokolliert.

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ITach Abschluß eines Meß- und Rechenzyklus wird durch den Rechner 19 eine'neue Gasinjektion über das Magnetventil 11 ausgelöst.

Bei einem Durchmesser der Förderleitung 3 von 5ü werden 15 t/h Braunkohlenstaub gefördert. Die Trägergasmenge beträgt vor der Injektionsstelle 8 bezogen auf Betriebszustand (3,0 MPa, 20 ⁰C) 27,5 m³/h entsprechend 770 m /h im ITormzustand. Über die Drosselscheibe 10 wird ständig ein Gasstrom von 0,25 m /h, entsprechend 7 m /h im Uormzustand zur Spülung der Injektionseinrichtung eingeführt. Durch Öffnung des Magnetventils 11 werden impulsartig· über einen Zeitraum von 0,6 s zusätzlich"7,3 m /h (200 m /h im ITormzustand) in das Förderrohr injiziert. Durch, diese Injektion wird die Feststoff-Konzentration C " der Kohlenstaub-

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Trägergas-Suspension von 400' kg/nr auf 328 kg/m Suspensionsvolumen, also um 18 % abgesenkt. Etwa 1 s nach Beginn der Injektion steigt die vom Strahlungsmeßgerät 16 aufgenommene Zählrate.'um 6 % an. Fach einem weiteren Zeitraum von At= 1,T3 s wird " eine gleiche Erhöhung, der Zählrat.e am. Strahlungsmeßgerät 17 indiziert,

Für die Berechnung des Feststoff-Massenstromes wird der Mittelwert der Feststoff-Konzentration beider ' Meßstellen über 8 s herangezogen. Der Feststoff-Massenstrom wird aller 10 .s ausgedruckt...... . . . ...

Kontrollversuche mit Wägung des aufgegebenen Staubes erbracht en'eine Meßtoleranz für den Staubmassenstrom von f 5 %-

Vergleichsmessungen zur Ermittlung der Feststoff-Geschwindigkeit bzw," der Feststoff-Lauf zeit mit einzelnen, radioaktiv markierten Partikeln als Tracer im Feststoff strom... erbrachten hinsichtlich der Geschwindigkeit Übereinstimmung mit dem Ergebnis des Ausführungsbeispiels in einer Toleranz von weniger als f 2 %,

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Der höhere Fehler der Massenstrommessung resultiert aus Fehlern "bei der Bestimmung der Feststoff-Konzentration C ,

2.. .Ausfiih.rungsbe.ispi.el-

Bei sonst gleicher" Anordnung'wie im Beispiel T ist vor dem konischen Einlauf 22 der in den Dosierbehält er 2 eintauchenden Förderleitung 3 ein Stell- und Schließkörper 23 angeordnet. Der Schließkörper ist durch einen pneumatischen Antrieb 24 axial verstellbar. Das Gestänge 25 ist druckdicht durch den Boden des Dosierbehälters und den im Unterteil des Dosierbehälters 2 befindlichen Anströmboden 26 geführt. In der Figur nicht dargestellt, wird ein Teilstrom des Trägergases nach Regelventil 7 abgezweigt und dem Stell- und Schließkörper zugeführt. Dieser Teilstrom tritt an der Spitze des Stellkörpers. in. das Förderrohr, ein... .. .. . ~~

Mittels des pneumatischen Antriebes wird''der Stellkörper impulsartig soweit in Richtung des Einlaufs verschoben, daß sich der freie, ringförmige Querschnitt zwischen dem konischen Einlauf 22 und dem ebenfalls konischen Oberteil des Stellkörpers auf"etwa 50 % der normalstellung reduziert. Dadurch wird impulsartig die Feststoff-Konzentration der in die Förderleitung einlaufenden Konzentration um etwa 25 % abgesenkt. Der Meß- und Auswertungsvorgang entspricht Beispiel 1. Der Anstieg der Zählrate beim Durchgang von Suspension verminderter Feststoff-Konzentration beträgt etwa

Gegenüber Ausführungsbeispiel T entfallen die Einrichtungen zur Injektion zusätzlichen Gases, also die Position 8 bis TT. Abweichend' vom Beispiel 1 wird die kurzzeitige,'Impulsartige Drosselung des' Feststoff-Einlaufes"durch'einen separaten Zeitgeber 27 periodisch ausgelöst, wobei diese Perioden langer sind, als die für Messung und Auswertung eines Meßzyklus erforderliche Zeit.

Claims

Srfindungsansprüch

* Verfahren zur Messung des Peststoff-Massenstromes bei der Förderung von Peststoff-Gas-Suspensionen in Rohrleitungen, insbesondere bei der Förderung im Dichtstrom und bei erhöhtem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stelle der die Feststoff-Gas-Suspension führenden Rohrleitung impulsartig die Feststoff-Konzentration der an der genannten"' Stelle vorbeifließenden Suspension verändert wird, daß die Dauer eines Impulses für die Veränderung der Feststoff-Konzentration weniger als 1 s, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 s· beträgt, daß während dieser Dauer die genannte Feststoff-Konzentration maximal um 10 bis 40 % ihres ÜFormalwertes abgesenkt wird, und daß in an sich bekannter Weise an mindestens zwei im Abstand voneinander befindlichen Meßstellen in der Rohrleitung die Feststoff-Konzentration ermittelt wird,'die Differenz zwischen den Zeitpunkten bestimmt wird, zu denen an den genannten Meßstellen die impulsartige Veränderung der Feststoff-Konzentration nacheinander indiziert wird, und diese Zeitdifferenz mit einem zeitlichen Mittelwert der Feststoff-Konzentration der Fest stoff-Gas-Suspension in der Rohrleitung zu einem Signal für den Feststoff-, Massenstrom .verknüpft werden*
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der.Stelle, an der impulsartig die Fest-

stoff-Konzentration der Suspension verändert wird, und der in Strömungsrichtung gesehen ersten Meßstelle eine Rohrlänge von mehr als ihren 2 mj vor-. zugsweise eine. Rohr länge von. ihren 5 m liegt»
3, Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die impulsartige Veränderung der Feststoff-Konzentration durch eine impulsartige Injektion einer . zusätzlichen Gasmenge erreicht wird»
4..Verfahren nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stelle der Injektion ständig ein ' vergleichsweise geringer Gasstrom eingeführt wird, der impulsartig auf einen Maximalwert vergrößert und anschließend wieder auf den ursprünglichen Wert . reduziert wird« .
5. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die impulsartige Verädnerung der Peststoff-Konzentration durch eine kurzzeitige Drosselung des ' .. Peststoffstromes in. der Rohrleitung erreicht wird.
6« Verfahren nach Punkt 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzzeitige Drosselung des Peststoffstromes in der Rohrleitung durch kurzzeitige Veränderung des Einlaufquerschnittes am Feststoff-Sinlauf in die Rohrleitung, vorzugsweise durch kurzzeitige Umstellung eines vor dem Feststoff-Ein— lauf in die Rohrleitung angeordneten Stell- und . Schließkörpers erreicht, wird,.
7. Verfahren nach mindestens einem der Punkte' T bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die impulsartige Veränderung der Peststoff-Konzentration periodisch er-. folgt.. . ... .'..
8« Verfahren nach mindestens einem der Punkte 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die impulsartige Veränderung der Peststoff-Konzentration ausgelöst wird,

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nachdem der Durchgang der vorangegangenen impulsar- tigen Veränderung an der in Strömungsrichtüng gesehen zweiten Meßstelle indiziert v/orden ist,
9. Verfahren nach Punkt 1 bis 8, wobei als Meßverfahren für die Feststoff-Konzentration an den genannten Meßstellen eine radiometrische Transmissionsmessung angewandt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während der Deuer der impulsartigen Veränderung der Peststoff-Konzentration diese sowiet vermindert wird, daß die bei den radiometrischen Iransmissionsmessungen auftretenden Zählwerten um 3 bis 10 %, vorzugsweise um 4 bis 6 % gegenüber den Hormalwerten '. erhöht v/erden,
10.Verfahren nach Punkt 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bildung des genannten zeitlichen Mittelwertes der Pest stoff-Konzentration das Ergebnis der radionietris'chen Transmissionsmessung an einer der genannten Meßstellen oder das arithmetische Llittel der gleichzeitigen Messung an den genannten Meßstellen herangezogen wird.

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