DD232762B1 - Prallstrahlpsychrometer fuer kontinuierliche messung in verunreinigten, warmen dampf-gas-gemischen - Google Patents

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein automatisch arbeitenden Prallstrahlpsychrometer zur kontinuierlichen Bestimmung, Überwachung, Steuerung und Regelung des Dampfgehaltes in verunreinigten, warmen bis heißen Gasen. Sie ist insbesondere für den Einsatz in der Textil-, Holz- und Lebensmittelindustrie sowie in der Verfahrenstechnik in und an energieaufwendigen Anlagen geeignet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die kontinuierliche Ermittlung der Gasfeuchtigkeit in energieaufwendigen Prozessen wird durch hohe Temperaturen, z.T. hohe Feuchtegehalte sowie Verunreinigungen erschwert. Von den bekannten Wirkprinzipien der Gasfeuchtemeßtechnik können deshalb nur Lithiumchlorid-Taupunkthygrometer im Wasserdampf-Gas- (Luft-) Gemisch, Fluidikoszillator oder sich selbst reinigende Psychrometer bedingt Anwendung finden. Die Lithiumchlorid-Taupunkthygrometer erweisen sich im Dauerbetrieb als ungenau, da verschmutzte Stellen eine ungleichmäßige Saugwirkung des Glasgewebestrumpfes und Bildung von Lithiumhydroxid sowie Lithiumcarbonat bewirken. Die Fluidikoszillatoren-vgl. z. B. Melliand Textilberichte 1974/3, S. 291-294-sind ebenfalls auf Verunreinigungen empfindlich und die Meßwertgenauigkeit wird von Temperaturschwankungen stark beeinträchtigt.

Das klassische psychrometrische Prinzip, das einen trockenen und einen mit Flüssigkeit, deren Dampf im Meßgas enthalten ist, befeuchteten Temperaturmeßfühler nutzt, ist auch nicht geeignet. Der feuchte Temperaturmeßfühler wird mit porösem Material umhüllt, welches nur einmalig (vor der Messung) oder kontinuierlich mit Flüssigkeit befeuchtet wird, wobei in letzter Zeit auch , das Kondensat des im Meßgas enthaltenen Dampfes Anwendung findet—z. B. Patent EP 0014809 A1. Die Flüssigkeitszufuhr zum feuchten Temperaturfühler, ob durch Kapillarkräfte im porösen Stoff oder durch flüssigkeitstragendes, den Fühler berührendes Band, erweist sich bei höheren Temperaturen und somit größeren Verdunstungsintensitäten sowie verunreinigtem Meßgas als nicht hinreichend. Aus diesem Grunde wurde vorgeschlagen, den feuchten Temperaturfühler periodisch in ein Flüssigkeitsbad zu tauchen, was allerdings eine kontinuierliche Messung ausschließt - FR-Patent Nr. 2343249.

Eine Modifikation des klassischen Psychrometers stellen Meßeinrichtungen dar, bei denen sich der feuchte Temperaturfühler in Flüssigkeit, deren Dampf im Meßgas enthalten ist, befindet. Bei einer intensiven Wärme- und Stoffübertragung zwischen Meßgas und Flüssigkeit liegt die Flüssigkeitstemperatur der des feuchten Temperaturfühlers eines klassischen Psychrometers nahe.

Wird die Wärme- und Stoffübertragung in einer Blasensäule realisiert - z. B. US-Patent Nr. 2302528 oder PCT-Patent WO 82/02771 —, weist das Meßgeräte eine zu große Trägheit und eine zu schnelle Verschmutzung der Flüssigkeit und somit einen erheblichen Wartungsaufwand auf. Das gleiche gilt für Einrichtungen mit Wirbelschicht oder Versprühen der Flüssigkeit in das Meßgas-vgl. Research Paper 2145 J. Res. Natl. Sur. Standt. 48 (1952), oder deutsche Patentschrift Nr. 502589. Findet die Wärme-und Stoffübertragung an einervom Meßgas überströmten Flüssigkeitsoberfläche statt, muß für eine wenig verzögerte, von der Umgebung des Meßgerätes im geringen Maß beeinflußte Feuchttemperaturanzeige die Intensität der Übertragungsvorgänge sehr hoch sein. Wird die in einer flachen Schale befindliche Flüssigkeit längs ihrer Oberfläche überströmt, wie z. B. beim DE-Patent Nr. 1 227 692, ist diese Forderung nicht erfüllt. Anders ist es, wenn die Flüssigkeitsoberfläche von einem Prallstrahl des Meßgases beaufschlagt wird.

Eine Variante der Prallstrahlanwendung ist im DD-Patent Nr.128952 enthalten. Auf dem Boden eines wärmeisolierenden Behälters ist ein Ring aus porösem Material angebracht, der die im Prallstrahl beaufschlagte Flüssigkeit faßt. Das Meßgas strömt drallfrei aus einer im Behälterdeckel befindlichen Düse, wird an der Flüssigkeitsoberfläche radial umgeleitet und verläßt den Behälter tangential oberhalb des Behälterbodens. Die Flüssigkeit wird mittels geringen Überdruckes durch eine um den Keramikring verlegte Kapillare zugespeist. Der Flüssigkeitszuspeisestrom ist höher als die Verdunstungsrate bemessen, so daß die überschüssige Flüssigkeit die Verunreinigung des Flüssigkeitsvorrats heraustragen kann. Der trockene Temperaturfühler befindet sich zwischen Düsenmündung und Flüssigkeitsoberfläche, der feuchte Temperaturfühler relativ tief unter der Flüssigkeitsoberfläche.

Diese recht einfache Meßeinrichtung weist beachtliche Mängel auf. Der Meßgasstrahl wird nach Umlenkung auf der Flüssigkeitsoberfläche mittels Behälterwandung radial nicht geführt. Dadurch entstehen Rezirkulationen und Mischvorgänge im Behälter, was eine Erhöhung der Anzeigeträgheit der Einrichtung zur Folge hat. Die Beaufschlagung der Außenwand des porösen Rings sowie der Zuspeisekapillare durch Meßgas ist angesichts der seitlichen Meßgasabfuhr minimal, somit die thermische Isolierung bzw. Vortemperierung der Außenwand des porösen Rings sowie der in der Zuspeisekapillare befindlichen Flüssigkeit nicht ausreichend. Da die Flüssigkeitszufuhr dem Verschmutzungsgrad des Meßgases zwecks Selbstreinigung des Flüssigkeitsvorrates anzupassen ist, ergeben sich der Verunreinigung entsprechende unterschiedliche Feuchttemperaturen bei gleichem Meßgaszustand. Bei stärkerer Verunreinigung der Flüssigkeitsoberfläche ist selbst eine intensive Zufuhr frischer Flüssigkeit nicht ausreichend.

Die Flüssigkeitsoberfläche besitzt einen unregelmäßigen welligen Charakter. Der Feuchttemperaturmeßfühler muß sich deshalb in einem relativ großen Abstand von der zeitlich gemittelten Flüssigkeitsoberfläche befinden, was zu einer deutlichen Temperaturdifferenz zwischen der Flüssigkeitsoberfläche und dem Ort des Fühlers führt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist, eine kontinuierliche, genaue Messung des Dampfgehaltes in verunreinigten warmen bis heißen Gasen zu erreichen. Die Meßeinrichtung soll die Mängel der bekannten Geräte beseitigen, einen minimalen Wartungsaufwand erfordern und eine kleine Zeitkonstante aufweisen, so daß sie sich zur kontinuierlichen Messung, Überwachung und als Geber für Steuerung oder Regelung des Dampfgehaltes eignet. Sie hat die Durchführung von Prozeßanalysen an energieaufwendigen Anlagen und als Nachrüstungsgerät einen wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen, was mit den bisher bekannten Geräten noch nicht gelungen ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, den Dampfgehalt in warmen bis heißen, verunreinigten Gasen an und in industriellen energieaufwendigen Anlagen, wie z.B. Trocknern in der Textil-, Holz-, Papier- und Lebensmittelindustrie, Backöfen und vielen verfahrenstechnischen Anlagen zwecks wirtschaftlichen Betriebs und gegebenenfalls Wärmerückgewinnung zu messen, zu überwachen, zu steuern oder zu regeln.

Sie soll die Mängel der bekannten Geräte nicht aufweisen, wie es die Empfindlichkeit auf die vom Gas mitgetragenen Verunreinigungen, die nicht ausreichende Befeuchtung des Feuchttemperaturfühlers, die Anzeigeträgheit und die durch Wechselwirkung mit der Umgebung oder Art der Flüssigkeitszuspeisung bedingte Ungenauigkeit sind. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Prallstrahlpsychrometer mit rotierendem Strahl undf einer Meßgasstrom-Zwangsführung gelöst.

Die Meßkammer des Psychrometers besteht aus einem niedrigen wärmeisolierenden Behälter, in dessen Deckel ein Drallerzeuger, eine Düse und ein Trockentemperaturfühler nahe der Düsenmündung angebracht sind, und in dessen Boden sich eine durch Flüssigkeit gefüllte Wanne mit eingeführtem Feuchttemperaturfühler sowie eine Gasabfuhreinrichtung befinden. Die in dem Boden eingehängte, nicht herausragende, flache Wanne ist mittels einer schwach durchlässigen Trennwand in einen innenliegenden Meßraum mit dem Feuchttemperaturmeßfühler und einen ringsherum befindlichen Zuspeiseraum geteilt. Die Zuspeisung der Flüssigkeit geschieht automatisch, diskontinuierlich, dosiert, tangential in den Zuspeiseraum der Wanne. Der gegebenenfalls durch eine Regelheizung auf konstanter Temperatur gehaltene Meßgasstrom wird im Drallerzeuger in Rotation versetzt und strömt aus der Düse in Form eines drallbehafteten Freistrahls von oben senkrecht auf die in der Wanne vorhandene Flüssigkeit, wo er gestaut und in radiale Richtung umgelenkt wird, während er die Flüssigkeitsoberfläche ebenfalls zur Drehung zwingt. Nach der Umlenkung gelangt der Meßgasstrom, von der Wandung des Behälterdeckels sowie des Behältermantels zwangsgeführt, über einen um den Wannenrand verlegten Kanal im Behälterboden nach außen oder in das Meßobjekt zurück. Damit werden Rezirkulationen innerhalb der Meßkammer ausgeschlossen. Der Trockentemperaturmeßfühler wird an der Düsenmündung nur vom frischen Meßgasstrom beaufschlagt, der Feuchttemperaturmeßfühler liegt im Meßraum der Wanne sehr nahe der durch Rotation stabilisierten Flüssigkeitsoberfläche. Die automatische Flüssigkeitszuspeisung wird durch die Trocken- und Feuchttemperatur gesteuert. Die Flüssigkeitszuspeisemenge ist größer als die verdunstete. Der diskontinuierliche, tangential zur Drehrichtung der Flüssigkeit, am Wannenrand eindringende Zuspeisestrahl beschleunigt periodisch die rotierende Oberfläche im Zuspeiseraum der Wanne, wo sich Verunreinigungen ansammeln, zieht sie zum Ringkanal für die Gasabfuhr hin und wirft die verunreinigte Flüssigkeit in den Meßgasabstrom. Die Deckung der Verdunstungsrate im Meßraum der Wanne erfolgt über die schwach durchlässige Trennwand. Die Bemessung des Flüssigkeitszuspeisestroms ist somit auf die Feuchttemperaturanzeige ohne Einfluß, die Reinigung des Flüssigkeitsvorrats sehr intensiv. Die dem Verunreinigungsgrad des Meßgases entsprechend einstellbare Zuspeisesteuerung sorgt bei unterschiedlichen Dampfgehalten im Meßgas für einen rationellen Verbrauch an Zuspeiseflüssigkeit.

Ausführungsbeispiel

Eine zweckmäßige Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung ist in der Zeichnung dargestellt. Der Meßgasstrom gelangt über die Zuleitung 1 in den Drallerzeuger 2 und danach in die Düse 3, an deren Mündung der Trockentemperaturmeßfühler 4 angebracht ist. Das Meßgas beaufschlagt in Form eines drallbehafteten Prallstrahls den Vorrat 5 an Flüssigkeit, deren Dampf im Meßgas enthalten ist, in der Wanne 6 und strömt durch die Wandung des Behälterdeckels 7 sowie den Mantel 8 geführt über den Ringkanal 9 im Behälterboden 10 nach außen oder in das Meßobjekt zurück. Die Wanne 6 ist mittels einer schwach durchlässigen Trennwand 11 in konzentrische Räume geteilt; in den Meßraum mit

Feuchttemperaturmeßfühler 12 und den außenliegenden Zuspeiseraum mit Flüssigkeitszuführung 13 und das Umlenksegment 14, das den Flüssigkeitszuspeiserstrahl in Rotationsrichtung des Flüssigkeitsvorrates führt. Die Führung des Prallstrahles, der Feuchttemperaturmeßfühler 12, nahe der durch Rotation stabilisierten Flüssigkeitsoberfläche liegend, die nur am Rand im Behälterboden 10 eingehängte Wanne 6 sowie die Behälterisolierung 15,16 garantieren eine wenig verzögerte, genaue Geräteanzeige.

Claims (2)

1. Prallstrahlpsychrometerfür kontinuierliche Messung in verunreinigten, warmen Dampf-Gas-Gemischen unter Verwendung von temperaturempfindlichen Meßwertgebern, mit Meßgaszufuhr über eine Düse, die senkrechtzur freien Flüssigkeitsoberfläche angeordnet ist und an ihrer Mündung den Trockentemperaturmeßfühler (4) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Düse (3) im Deckel (7) des Psychrometerbehäiters ein Drallerzeuger (2) vorgeschaltet ist, den Flüssigkeitsbehälter eine flache, im Boden (10) des Psychrometerbehäiters eingehängte, mittels durchlässiger Trennwand (11) in konzentrische Räume geteilte Wanne (6) darstellt, wobei im inneren Raum derWanne der Feuchttemperaturmeßfühler (12), in den Außenraum der Wanne die Flüssigkeitszuführung (13) mit Umlenksegment (14) in tangentialer Richtung mündet und zur Führung des Meßgasstromes die Düsenumrandung des Deckels (7) sowie der Behältermantel (8) vorgesehen sind.

2. Prallstrahlpsychrometernach Punkt 1,dadurch gekennzeichnet,daßfürdie Flüssigkeitszuspeisung eine automatische, diskontinuierliche, dosierte, durch Trocken- und Feuchttemperatur gesteuerte Zuspeiseeinrichtung vorgesehen ist.