DD285533A7 - MEASURING ARRANGEMENT AND METHOD FOR MEASURING THE SOLID SOLID STREAM OF STERLING GAS SOLID MIXTURES - Google Patents

MEASURING ARRANGEMENT AND METHOD FOR MEASURING THE SOLID SOLID STREAM OF STERLING GAS SOLID MIXTURES Download PDF

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DD285533A7 DD88318066A DD31806688A DD285533A7 DD 285533 A7 DD285533 A7 DD 285533A7 DD 88318066 A DD88318066 A DD 88318066A DD 31806688 A DD31806688 A DD 31806688A DD 285533 A7 DD285533 A7 DD 285533A7
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Meszanordnung zur Messung des Feststoffmassenstromes von in technologische Reaktionsraeume stroemenden Gas-Feststoff-Gemischen. Ziel der Erfindung ist es, dasz unabhaengig von der Stroemungsform des Gas-Feststoff-Gemisches der Massenstrom ermittelt wird, um eine dem Verfahrensprozesz angepaszte, genaue Regelung und sichere UEberwachung des Massenstromes zu sichern. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die aus den Entmischungsvorgaengen resultierenden Meszprobleme bei der Massenstrommessung der festen Phase von Gas-Feststoff-Stroemungen zu beseitigen. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz unter Ausnutzung der Ergebnisse von Entmischungsuntersuchungen die Sensoren und Detektoren am Foerderrohr so angeordnet werden, wie es aufgrund der Entmischungen notwendig ist und dasz damit signifikante Dichte-, Geschwindigkeitsmeszwerte sowie Stroemungsquerschnitte fuer die Berechnung des Massenstromes erhalten werden. Erfindungsgemaesz werden die Dichte- und Konzentrationsmeszwerte in wesentlich kleineren Zeitintervallen bestimmt, als die Laufzeit eines geschlossenen Feststoffpfropfens einer Pfropfenstroemung an einem Sensor vorbei betraegt. Figur{Gas-Feststoff-Rohrstroemung; Kornschicht; Feststoffmassenstrom; Entmischung; feinkoerniges Schuettgut; Dichte; Geschwindigkeit; Dichtemessung; Konzentrationsmessung; Geschwindigkeitsmessung; kapazitiver Sensor; radiometrischer Detektor}The invention relates to a method and a Meszanordnung for measuring the mass flow of solids flowing into technological Reaktionsraeume gas-solid mixtures. The aim of the invention is that regardless of the flow form of the gas-solid mixture, the mass flow is determined in order to ensure a process procedure adapted to accurate control and safe monitoring of the mass flow. The object of the invention is to eliminate the Meszprobleme resulting from the Entmischungsvorgaengen in the mass flow measurement of the solid phase of gas-solid streams. According to the invention, the object is achieved by using the results of demixing investigations, the sensors and detectors are arranged on the conveyor tube, as necessary due to the demixing and so that thus significant density, Geschwindigkeitsmeszwerte and Stroemungsquerschnitte for the calculation of the mass flow are obtained. According to the invention, the density and concentration measurements are determined at much smaller time intervals than the transit time of a closed solid plug of a plug flow past a sensor. Figure {gas-solid Rohrstroemung; Grain layer; Solids mass flow; segregation; fine-grained Schuettgut; Density; Speed; Density measurement; Concentration measurement; Speed measurement; capacitive sensor; radiometric detector}

Description

Kornschicht wird dabei infolge des Entspannungseffektes des Lückengaseo aufgelockert end ist gut fließfähig. Die Auflockerung ist aber analog einer Wirbelschicht begrenzt. Bei Absinken der mittleren Dichte (p( =s 0,6 am) nimmt die Durchströmungsgeschwindigkeit des Lückengases ab. Die Gas reststoff-Strömung entmischt. Es bildet sich eine entmischte, strömende Kornschicht mit einer hohen Dichte D10 und dynamischen Viskosität aus. Wegen der hohen dynamischen Viskosität gleitet die Kornschicht an der Rohrwand, und es entsteht ein flaches Geschwindigkeitsprofil. Der Turbulenzgrad der entmischten Kornschicht steigt mit Erhöhung des Massenstromes an, weil sich mit dem erforderlichen Förderdruckanstieg die Lückengasgeschwindigkeit infolge des Gasentspannungseffektes erhöht. Die Dichte der entmischten Kornschicht p,0 sinkt, erreicht aber nicht die Dichte, wie sie bei einer quasihomogenen Fließförderung vorliegt. Die Auflockerungswirkung bei einer entmischten Kornschicht ist u. U. um Größenordnungen kleiner als bei einer qualihomogenen Fließförderung, weil das entspannende Lückengas auf kürzestem Wege radial in die angrenzende Gasströmung hineinströmt. Bei der Fließförderung strömt das entspannende Lückengas in axialer Richtung in der Kornschicht. Der Dichtebereich der entmischten Kornschicht p(0 erstreckt sich maximal von p,„ bis pf und im üblichen Bereich der Dichtstromförderung von pfD bis p)L. Dabei stellt p(D die maximal mögliche Dichte der aufgelockerten Kornschicht dar. Sie ist ein Fixpunkt einer Feststoffwirbelschicht. PfL ist die Dichte am herkömmlichen Lockerungspunkt und pf die Dichte am Punkt des freien Fiießens der aufgelockerten Kornschicht. Dichtewerte unter ρT treten in einer Wirbelschicht und damit bei einer entmischten, strömenden Kornschicht nicht auf. Eine Dichte p(0 < Pi führt wieder zu einer quasihomogenen Strömung, d. h. schließlich zu einer Flugförderung. Sie tritt ein, wenn die Gasgeschwindigkeit u, der separierten Gasströmung etwa folgende Größe überschreitet:Grain layer is thereby loosened up due to the relaxation effect of Gap end is well flowable. The loosening is limited but analogous to a fluidized bed. When the average density decreases (p ( = s 0.6 a m )) , the flow velocity of the gaseous liqueur decreases and the gaseous residue flow separates, forming a segregated, flowing grain layer with a high density D 10 and dynamic viscosity The degree of turbulence of the segregated grain layer increases with increasing mass flow, because the required gas pressure increase increases the gap gas velocity due to the gas relaxation effect. 0 decreases, but does not reach the density, as it exists in a quasi-homogeneous flow promotion.The loosening effect with a segregated grain layer is smaller by orders of magnitude than with a qualihomogeneous flow promotion, because the relaxing gap gas in the shortest path radially into the adjacent gas flow h In the flow promotion, the relaxing gaseous gas flows in the axial direction in the grain layer. The density range of the segregated grain layer p (0 extends maximally from p, "to pf and in the usual range of dense phase conveying from p fD to p ) L. Here, p (D represents the maximum possible density of the loosened grain layer, which is a fixed point of a solid fluidized bed, PfL is the density at the conventional loosening point and pf is the density at the point of free flow of the loosened grain layer, densities below ρT occur in a fluidized bed and thus A density p (0 <Pi leads again to a quasi-homogeneous flow, ie finally to a fly-off, it occurs when the gas velocity u, the separated gas flow exceeds approximately the following size:

PgPg

Hieraus erkennt man die Druckabhängigkeit der notwendigen Gasgeschwindigkeit einer Gas-Feststoff-Strömung. Mit ErhöhungFrom this one can see the pressure dependence of the necessary gas velocity of a gas-solid flow. With increase

des Druckniveaus steigt die Förderstetigkeit.the pressure level increases the conveying continuity.

Untersuchungen haben ergeben, daß eine Gas-Feststoff-Strömung in Abhängigkeit von der Durchströmbarkeit einesInvestigations have shown that a gas-solid flow depending on the flowability of a Schüttgutes radial und axial entmischen kann. Bei radialer Entmischung treten bei waagerechter Förderung die segmentförmigBulk material can separate radially and axially. In the case of radial segregation, the segmental shape occurs in the case of horizontal conveyance

und bei senkrechter Förderung die ringförmig strömenden Kornschichten auf. Bei axialer Entmischung entsteht dieand when conveyed vertically, the annularly flowing grain layers. With axial segregation arises the

Propfenströmung.Plug flow. Die Vorhersage der eintretenden Strömungsform, die für die Festlegung des signifikanten Strömungsquerschnittes A5 derThe prediction of the incoming flow shape, which is used to determine the significant flow cross section A 5 of the

entmischten, strömenden Kornschicht benötigt wird, würde umfangreiche Wirbelschichtuntersuchungen mit dem Schüttgut erfordern. Wegen der Kenntnisse über die Entmischung kann und wegen der strömungsbedingten Abhängigkeit der Dichte ςιο, der Geschwindigkeit u, sowie des Strömungsquerschnittes As müssen die signifikanten Größen derDemixing, flowing grain layer is needed would require extensive fluid bed investigations with the bulk material. Because of the knowledge about the demixing can and because of the flow dependent dependence of the density ςιο, the speed u, as well as the flow cross section As, the significant sizes of

Feststoffmassenstrombestimmung direkt in der entmischten Kornschicht gemessen werden. Hierin liegt der überraschende,Solid mass flow determination can be measured directly in the segregated grain layer. Herein lies the surprising,

erfinderische Weg zur Lösung der Aufgabe, um die Probleme der Geschwindigkeits- sowie Dichteungleichverteilung iminventive way of solving the problem to solve the problems of speed and density inequalities

Förderrohr und die veränderliche Empfindlichkeit der Sensoren entlang des Meßweges zu eliminieren.To eliminate delivery pipe and the variable sensitivity of the sensors along the measuring path. Die Unterscheidung der Form der entmischten Gas-Feststoff-Strömung kann mittels der gemessenen Konzentrationen Kr, Kra The distinction of the shape of the segregated gas-solid flow can by means of the measured concentrations Kr, K ra

bzw. Dichten Pr, pro wie folgt vorgenommen werden:or densities Pr, pro are made as follows:

- Kf < Kfo bzw. pt < Pto bedeuten bei der waagerechten Förderung eine Segmentströmung und bei der senkrechten Förderung eine Ringströmung- Kf <Kfo or pt <Pto mean a segment flow for horizontal conveyance and a circular flow for vertical conveyance

- Kt» Kf0 bedeutet Pfropfenströmung, wenn p(£ 0,6 · p<0 ist, oder entmischungsfreie Fließförderung, wenn p, > 0,6 · pro ist. Für die Feststoffmassenstrombestimmung wird folgende Gleichung mit den signifikanten Meßgrößen pra, u„ A„ wobei A, allgemein den Strömungsquerschnitt der entmischten Kornschicht darstellt, benötigt:- Kt »Kf 0 means plug flow if p ( 0,6 0.6 · p < 0) or demixing-free flow promotion if p> 0.6 · pro For the solid mass flow determination, the following equation with the significant measurands p ra , u "A" where A, generally represents the flow cross-section of the segregated grain layer, requires:

Erfindungsgemäß wird beim Verfahren zur Messung des Feststoftmassenstromes m, eines entmischten Gas-Feststoff-Gemisches in einem Förderrohr für feinkörnige Schüttgüter mit bekannten Verfahren zur Geschwindigkeits-, Dichte- und Konzentrationsmessung unter Berücksichtigung des Entmischungseffektes strömender Medien mit den gemessenen Werten der Konzentrationen K( des Gas-Feststoff-Gemisches und Kf0 der entmischten Kornschicht, der Dichten p, des Gas-Feststoff-Gemisches und pto der entmischten Kornschicht nach den folgenden Beziehungen die Form der entmischten Gas-Feststoff-Strömung als Grundlago für die Berechnung des Strömungsquerschnittes A1, Ar bzw. der Pfropfenlänge IpAccording to the invention in the method for measuring the solid mass flow m, a segregated gas-solid mixture in a conveying tube for fine-grained bulk materials by known methods for speed, density and concentration measurement taking into account the demixing effect of flowing media with the measured values of concentrations K (of the gas -Feststoff-Gemisch and Kf 0 the segregated grain layer, the densities p, the gas-solid mixture and pto the segregated grain layer according to the following relationships the shape of the segregated gas-solid flow as Grundlago for the calculation of the flow cross-section A 1 , Ar or the plug length Ip

- Pt < Pra bzw. Kr < Kfo bedeuten bei der waagerechten Förderung Segmentströmung der Kornschicht mit der Segmenthöhe h, und bei der senkrechten Förderung eine Ringströmung der Kornschicht mit dem Ringinnendurchmesser d| sowie außondurchmesser d- Pt <Pra or Kr <Kfo in the horizontal conveying segment flow of the grain layer with the segment height h, and in the vertical promotion a ring flow of the grain layer with the ring inner diameter d | as well as outside diameter d

- K1 w Kro bedeutet Pfropfenförderung, wenn p( < 0,6 · pro, oder entmischungsfreie Fließförderung, wenn p( > 0,6 · p(D, wobei pio die charakteristische, bei Aufwirbelung eines Schüttgutes auftretende, maximale Dichte eines Gas-Feststoff-Gemisches darstellt,- K 1 w Kro means plug conveying, if p ( <0.6 · p ro , or demixing-free flow promotion, if p ( > 0.6 · p (D , where pio the characteristic, occurring during fluidization of a bulk material, maximum density of a gas Represents solid mixture,

ermittelt.determined.

Die signifikanten Werte A5, Ar bzw. IP werden mit Hilfe der ProportionenThe significant values A 5 , Ar and I P are determined by means of the proportions

_ Pt . _ _d^ _ Pt Jp^ _ pt d ρ« d pro I pto h » _ Pt . _ _d ^ _ Pt Jp ^ _ pt d ρ «d per I pto

A Kro A Kfo I Kfo wie folgt berechnet.A Kro A Kfo I Kfo calculated as follows.

Es ergibt sich fürIt turns out for

- den Strömungsquerschnirt- the flow cross section

Asace

360360

α -— = arc cosα - = arc cos

/, 2h, \/, 2h, \

\1--d-j\ 1 --y

- die Dichte pro unter Nutzung der radiometrisch gemessenen, mittleren Dichte Pf bei derthe density p ro using the radiometrically measured mean density Pf at the

Segmentströmung: P10 = — -——Segment flow: P 10 = - ---

h,/dh / d

D. ... p,-(dj/d) pg D. ... p, - (dj / d) p g

Ringstromung: Pro =Ring current: Pro

1 - dj/d Pfropfenströmung: p« = Pt =* Pro1 - dj / d plug flow: p «= Pt = * Pro

1P 1 p

- die Strömungsgeschwindigkeit u, als unmittelbarer Meßwert.- The flow velocity u, as an immediate reading.

Der Feststoffmassenstrom rh, wird nach der bekannten Kontinuitätsgleichung mit m, = u, · pro · A, für die Segment- undThe solid mass flow rh, according to the known continuity equation with m, = u, · p ro · A, for the segment and Ringströmung und rh, = u, · pra · A · lp/l = u, · p, · A für die Pfropfenströmung berechnet.Ring flow and rh, = u, · p ra · A · l p / l = u, · p, · A calculated for the plug flow. Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Meßanordnung eingesetzt, die aus einer Kombination von kapazitiven undTo carry out the method, a measuring arrangement is used, which consists of a combination of capacitive and

radiometrischen Meßeinrichtungen, die sich in einem engen axialen Strömungsbereich mit konstanten Eigenschaftsmerkmalen befinden und wobei die Strahlenquelle und der Detektor der radiometrischen Meßeinrichtung diametral an der äußeren Wand des Förderrohres angeordnet ist.radiometric measuring devices, which are located in a narrow axial flow area with constant property characteristics and wherein the radiation source and the detector of the radiometric measuring device is arranged diametrically on the outer wall of the conveying tube.

Das kollimierte Sirahlenbündel liegt bei radialer Entmischung parallel und bei axialer Entmischung senkrecht zurThe collimated Sirahlenbündel is parallel with radial separation and perpendicular to the axial demixing Entmischungsrichtung.Entmischungsrichtung. Erfindungsgemäß sind die beiden kapazitiven Elektrodenpaare für die Messung der Kornschichtgeschwindigkeit u, und dasAccording to the invention, the two capacitive electrode pairs for the measurement of the grain layer velocity u, and

kapazitive Elektrodenpaar 5 für die Messung der Konzentration Kf0 bzw. der Dichte pm der entmischten Kornschicht 2 auf dercapacitive electrode pair 5 for the measurement of the concentration Kf 0 or the density p m of the segregated grain layer 2 on the

Innenseite der Rohrwand 1 mit Kontakt zur Kornschicht in einem Winkel < 180° angeordnet. Die Strahlenquelle 8 und derInside the tube wall 1 with contact to the grain layer at an angle <180 °. The radiation source 8 and the Detektor 9 sind am Förderrohrumfang in einem Winkel < 180° angeordnet und die StrahlerVDetektorachse bildet eine SekanteDetector 9 are arranged at the conveyor tube circumference at an angle <180 ° and the StrahlerVDetektorachse forms a secant

des Förderrohrquerschnittes.of the delivery pipe cross-section.

Ausführungsbeispieleembodiments

1. Ausführungsbeispiel gemäß Figur 11st embodiment according to FIG. 1

Die A-Jsführungsform des Meßverfahrens und der Meßanordnung nach Figur 1 wird für ein waagerechtes Förderrohr 1 mit dem Nenndurchmesser DN40mm, in dem feinkörniges PVC mit einer engen Teilchengrößenverteilung gefördert wird, beschrieben. PVC besitzt eine leichte Durchströmbarkeit, was bedeutet, daß beim Fördern unter der Bedingung p, s 0,6 pID eine axiale Entmischung eintritt und damit Pfropfenförderung vorliegt. Die maximal mögliche Dichte pm beim Auflockern des PVC beträgt 588 kgm"3.The A-Jsführungsform the measuring method and the measuring arrangement of Figure 1 is described for a horizontal conveyor pipe 1 with the nominal diameter DN40mm, is promoted in the fine-grained PVC with a narrow particle size distribution. PVC has an easy flow-through capability, which means that during conveyance under the condition p, s 0.6 p ID an axial segregation occurs and thus plug propagation occurs. The maximum possible density pm when loosening the PVC is 588 kgm- 3 .

Für die Messung und Berechnung des Feststoffmassenstromes m, werden in die Förderleitung 1 nacheinander eine radiometrische Meßeinrichtung mit der Strahlenquelle 8 und dem Detektor 9 zur Messung der mittleren Dichte Pi der Gas-Feststoff-Strömung, ein kapazitives Elektrodenpaar 4 zur Messung der mittleren Konzentration Kf der Gas-Feststoff-Strömung, ein kapazitives Elektrodenpaar 5 zur Messung der Konzentration Κκ> der entmischten Kornschicht 2 und zwei kapazitive Elektrodenpaare 6; 7 für die Messung der Knrnschichtgeschwindigkeit u, eingebaut. Strahlenquelle 8 und Detektor 9 sowie die Elektroden des Elektrodenpaares 4 liegen auf dem Rohrumfang diametral gegenüber, wobei ihre Verbindungslinien vertikal stehen. Die Elektroden der Elektrodenpaare 5; 6; 7 sind in einem Winkel von 45° angeordnet. Die Meßwerte der Konzentrationen Ki, K(o und der Dichte pi werden in Zeitintervallen von 50 ms erfaßt.For the measurement and calculation of the solid mass flow m, in the conveyor line 1 successively a radiometric measuring device with the radiation source 8 and the detector 9 for measuring the average density Pi of the gas-solid flow, a capacitive electrode pair 4 for measuring the average concentration Kf Gas-solid flow, a capacitive electrode pair 5 for measuring the concentration Κκ> of the segregated grain layer 2 and two capacitive electrode pairs 6; 7 for the measurement of the film layer speed u. Radiation source 8 and detector 9 and the electrodes of the electrode pair 4 are diametrically opposed to the tube circumference, with their connecting lines are vertical. The electrodes of the electrode pairs 5; 6; 7 are arranged at an angle of 45 °. The measured values of the concentrations Ki, K (o and the density pi are detected in time intervals of 50 ms.

Bei Ausführung der Messungen ergibt sich für die in kurzen Zeitintervallen ermittelten Konzentrationen Kf =» K10. Die aus Kurzzeitmeßwerten gemittelte Dichte p, beträgt 200 kgm"3, die kleiner ist als 0,6 p,D = 353 kgm""3. Damit wird die Existenz einer Pfropfenströmung bestätigt. Aus der 'jemittelten Konzentration Kf und den hohen Kurzzeitmeßwerten Kf0 ergibt sich das Pfropfenlängenverhältnis IP/I ~ K(/Kw = 0,34. Mit den Elektrodenpaaren 6; 7 wird die Geschwindigkeit u, der Pfropfen zu 2,1 ms"1 gemessen. Entweder dire'.t mit p/ = 200kgm"3 oder mit p« = p» · l/lp = 588kgm"3 ergibt sich der Feststoffmassenstrom m, zuWhen carrying out the measurements, Kf = »K 10 results for the concentrations determined at short time intervals . The density p, averaged over short-term readings, is 200 kgm " 3 , which is less than 0.6 p, D = 353 kgm"" 3. This confirms the existence of a plug flow from the average concentration Kf and the high short-term measured values Kf 0 results in the plug length ratio I P / I ~ K ( / K w = 0.34 With the pairs of electrodes 6, 7 the velocity u, the plug is measured to 2.1 ms " 1. Either dire'.t with p / = 200kgm " 3 or with p" = p »· l / l p = 588kgm" 3 results in the solid mass flow m, too

m, = u. · ρ» · A · lp/l · 3600 = u, · ρ, · A · 360 = 1905kgh-\m, = u. · Ρ »· A · lp / l · 3600 = u, · ρ, · A · 360 = 1905kgh

Die mittlere Länge eines Feststoffpfropfens beträgt 0,53m, die Meßlänge an den Elektrodenpaaren 6; 7 der Geschwindigkeitsmessung 20mm und die gesamte Meßanordnung ist auf einsr Rohrstrecke von 400 mm untergebracht.The average length of a solid plug is 0.53m, the gauge length at the electrode pairs 6; 7 of the speed measurement 20mm and the entire measuring arrangement is housed on a 400 mm pipe section.

2. Ausführungsbeispiel gemäß Figur 22nd embodiment according to FIG. 2

Die Ausführungsform des Meßverfahrens und der Meßanordnung nach Figur 2 wird für ein senkrechtes Förderrohr 1 mit demThe embodiment of the measuring method and the measuring arrangement of Figure 2 is for a vertical conveyor pipe 1 with the Nenndurchmesser DN 65mm erläutert. Es wird sehr feinkörnige, getrocknete Steinkohle mit einer breiten KorngrößenverteilungNominal diameter DN 65mm explained. It is very fine-grained, dried hard coal with a broad particle size distribution

in einen Reaktor dosiert. Die maximal mögliche Dichte pm des Schüttgutes bei Auflockerung beträgt etwa 680 kgm"3. Aufgrund des hohen spezifischen Durchströmungswiderstandes des Schüttgutes tritt bei p< S 0,6 pm eine radiale Entmischung und damit im senkrechten Förderrohr eine Ringströmung auf.metered into a reactor. The maximum possible density pm of the bulk material during loosening is about 680 kgm -3 . Due to the high specific flow resistance of the bulk material occurs at p <S 0.6 pm a radial segregation and thus in the vertical conveying pipe a ring flow.

In das senkrechte Förderrohr 1 sind stromabwärts nacheinander eine radiometrische Meßeinrichtung mit der Strahlenquelle 8In the vertical conveyor pipe 1 downstream of a radiometric measuring device with the radiation source. 8

und dem Detektor 9 zur Messung der mittleren Dichte p, der Gas-Feststoff-Strömung, zwei kapazitive Flektrodenpaare 6; 7 zurand the detector 9 for measuring the mean density p, the gas-solid flow, two capacitive pairs of electrodes 6; 7 to

Geschwindigkeitsmessung u, der entmischten Kornschicht 2 sowie eine radiometrische MeßeinrichU ng mit derVelocity measurement u, the segregated grain layer 2 and a radiometric MesseinrichUng with the Strahlenquelle 10 und dem Detektor 11 zur Messung der Dichte pro der entmischten Kornschicht 2 eingebaut. Strahlenquelle 8Radiation source 10 and the detector 11 for measuring the density p ro of the segregated grain layer 2 installed. Radiation source 8

und Detektor 9 stehen sich diametral gegenüber und am Rohrumfang angeordnet. Die Elektrodenpaare 6; 7 sowie dieand detector 9 are diametrically opposite and arranged on the pipe circumference. The electrode pairs 6; 7 as well as the

Strahlenquelle 10 und der Detektor 11 stehen jeweils im Winkel von 60° zueinander, wobei die Achse der Strahlenquelle 10 undRadiation source 10 and the detector 11 are each at an angle of 60 ° to each other, wherein the axis of the radiation source 10 and

des Detektros 11 auf einer Sekante des Förderrohrquerschnittes liegen. Seide Dichtemeßainrichtungen besitzen eine Möglichkeit der Meßwerterfassung in Kurzzeitintervallen von 35ms. Die Meßlänge der Elektrodenpaare 6; 7 für dieof Detektros 11 lie on a secant of the conveyor tube cross-section. Silk density measuring devices have a possibility of measured value acquisition in short-term intervals of 35 ms. The measuring length of the electrode pairs 6; 7 for the

Geschwindigkeitsmessung beträgt 20mm.Speed measurement is 20mm. Die Meßwerterfassung zeigt beim vorliegenden Dosierfall eine aus Kurzzeitmeßwerten gemittelte Dichte Of = 330 kgm"3 undIn the present dosing case, the measured value recording shows a density averaged from short-term measured values of = = 330 kgm -3 and

eine Dichte O10 = 630 kgm"3 der Kurzzeitwerte. Daraus wird bestätigt, daß eine Ringströmungsform mit p( < pro unda density O 10 = 630 kgm -3 of short-term values, it is confirmed that a ring flow form with p ( <p ro and

Pf/Pro = 0,48 < 0,6 vorliegt. Diese Kontrolle der Meßvorrichtung wird immer zur Festlegung der Strömungsform benötigt. DiePf / Pro = 0.48 <0.6. This control of the measuring device is always needed to determine the flow shape. The Dichte ρ» der entmischten Kornschicht braucht wegen der direkten Messung mit dem Detektor 11 nicht erst berechnet zuDensity ρ »of the segregated grain layer does not need to be calculated first because of the direct measurement with the detector 11

werden.become.

DersignifikanteStrömungsquerschnittA, = Anfolgtmiti - (d|/d) = pf/p« = 0,52 zu 25,5cm2, wenn der FörderrohrdurchmesserThe significant flow cross-section A, = Followed by - (d | / d) = pf / pn = 0.52 to 25.5 cm 2 when the conveyor tube diameter

65mm beträgt. Daraus berechnet sich der Massenstrom m, mitu, = 4,4ms"1, ρ«) = 630kgm"3, AH = 25,5cm2 wie folgt:65mm. From this we calculate the mass flow m, mitu, = 4.4ms " 1 , ρ") = 630kgm " 3 , A H = 25.5cm 2 as follows:

m, = u, · Pf0 · Ar · 3600 = 25500kgh~'m, = u, · Pf 0 · Ar · 3600 = 25500kgh ~ '

Die Meßanordnung ist innerhalb einer Förderrohrstrecke von 450mm angeordnet. The measuring arrangement is arranged within a conveying pipe section of 450 mm.

3. Ausführungsbeispiel gemäß Figur 33rd embodiment according to FIG. 3

Die Ausführungsform des Meßverfahrens und der Meßanordnung nach Figur 3 wird für ein waagerechtes Förderrohr 1 mit demThe embodiment of the measuring method and the measuring arrangement of Figure 3 is for a horizontal conveyor pipe 1 with the Nenndurchmesser DN 50mm, in dem ein mineralisches Schüttgut mit hoher Feinkörnigkeit und enger TeilchengrößenverteilungNominal diameter DN 50mm, in which a mineral bulk material with high fine grain size and narrow particle size distribution

zu einem Mischer gefördert wird, beschrieben.is conveyed to a mixer described.

Das zu fördernde Schüttgut besitzt einen hohen spezifischen Durchströmungswiderstand, so daß beim Fördern im DichtebereichThe bulk material to be conveyed has a high specific flow resistance, so that when conveying in the density range Pi S 0,6 · Pf0 eine radiale Entmischung in Form einer Segmentströmung auftritt. Die maximal mögliche Dichte beim AuflockernPi S 0.6 · Pf 0 a radial segregation in the form of a segment flow occurs. The maximum possible density when loosening

beträgt Pid = 855kgm~3.Pid = 855kgm ~ 3 .

Für die Messung und Berechnung des Feststoffmassenstromes m, werden in das Förderrohr 1 nacheinander stromaufwärts eineFor the measurement and calculation of the solid mass flow m, one after the other in the conveying pipe 1 upstream

radiometrische Meßeinrichtung mit der Strahlenquelle 10 und dem Detektor 11 zur Messung der Dichte ρκ> der entmischtenradiometric measuring device with the radiation source 10 and the detector 11 for measuring the density ρκ> the demixed

Kornschicht, zwei kapazitive Elektrodenpaare 6; 7 für die Messung der Kornschichtgeschwindigkeit, ein kapazitivesGrain layer, two capacitive electrode pairs 6; 7 for the measurement of the grain layer velocity, a capacitive Elektrodenpaar 5 für die Messung der Konzentration Kro der entmischten Kornschicht und ein kapazitives Elektordenpaar 4 fürElectrode pair 5 for the measurement of the concentration Kro of the segregated grain layer and a pair of capacitive electrodes 4 for

die Messung der mittleren Konzer'ration Kf des Gas-Feststoff-Gemisches eingebaut. Strahlenquelle 10 und Detektor 11 sowie die Elektroden der Elektrodenpaare 5; 6; 7 sind in einem Winkel von 60" am Rohrumfang so angeordnet, daß sie symmetrisch zur tiefsten Rohrlängslinie auf dem Rohrumfang liegen. Die Elektroden des Elektrodenpaares 4 liegen auf dem Rohrumfang diametral gegenüber. Die mittleren Feldlinien zeigen in vertikale Richtung. Die Meßwerte der Elektrodenpaare 4; 5 und der radiometrischen Meßeinrichtung 10; 11 werden in Zeitintervallen von 35ms erfaßt.the measurement of the average concentration K f of the gas-solid mixture is incorporated. Radiation source 10 and detector 11 and the electrodes of the electrode pairs 5; 6; 7 are arranged at an angle of 60 "at the circumference of the tube so that they lie symmetrically to the deepest tube longitudinal line on the tube circumference .The electrodes of the electrode pair 4 are diametrically opposite each other on the tube circumference The middle field lines point in the vertical direction. 5 and the radiometric measuring device 10, 11 are detected at time intervals of 35 ms.

Die Kontrollmessungen zur Bestimmung der Strömungsform mittels der kapazitiven Meßeinrichtungen 4; 5 ergeben, daßThe control measurements for determining the flow shape by means of the capacitive measuring devices 4; 5 show that K|/Kfo = 0,51 beträgt und wegen Pi < 0,6· pm eine radial entmischte Strömungsform vorliegt. p(0 wird mit 820kgm~3 K | / Kfo = 0.51 and because of Pi <0.6 · p m is a radially segregated flow form. p (0 comes with 820kgm ~ 3

gemessen.measured.

As wird mittels Kf/K(0 und A mit folgender Beziehung errechnet:As is calculated by Kf / K (0 and A with the following relationship:

A8 = A · Kf/Kfo = 19,6 · 0,51 = 10,0cm2 Unter Anwendung der GleichungenA 8 = A · Kf / Kfo = 19.6 · 0.51 = 10.0cm 2 Using the equations

As =· - (d/2 - "·>d/2 " 8ina/2 As = · - (d / 2 - "·> d / 2 " 8ina / 2

ODUOH YOU

a/2 = arc cos(1 - 2h,/d) erhält man h, = 25,3mm, α = 181,4° und dann mit folgender Beziehung sowie mit der Dichte pQ = 2,5kgm"3 des Gasstromes 3a / 2 = arc cos (1 - 2h, / d) gives h, = 25.3 mm, α = 181.4 ° and then with the following relationship and with the density p Q = 2,5kgm " 3 of the gas stream 3rd

Pi - (h„/d) pfl Pt0" h./d Pi - (h "/ d) p fl Pt0" h./d

die mittlere Dichte pt = 417 kgm"3 der Gas-Feststoff-Strömung, α ist der Sehnenwinkel der entmischten Kornschicht 2 im Förderrohr 1. Mit den Elektrodenpaaren 6; 7 wird eine Geschwindigkeit u, = 6,3ms"1 gemessen, so daß sich der Feststoffmassenstrom zuthe average density pt = 417 kgm " 3 of the gas-solid flow, α is the chord angle of the segregated grain layer 2 in the conveyor tube 1. With the electrode pairs 6, 7 a speed u, = 6.3 ms" 1 is measured, so that the solid mass flow too

m, = u, ITi10 · A5 · 3600 = 18600kgh"' ergibtm, = u, ITi 10 · A 5 · 3600 = 18600kgh "'

Die Meßlänge der Geschwindigkeit u, beträgt 20mm. Die Meßanordnung ist auf einer Rohrstrecke von 500mm untergebracht. The measuring length of the speed u is 20mm. The measuring arrangement is housed on a pipe section of 500mm.

Claims (2)

1. Verfahren zur Messung des Feststoffmassenstromes rh8 eines entmischten Gas-Feststoff-Gemisches in einem Förderrohr für feinkörnige Schüttgüter mit bekannten Verfahren zur Geschwindigkeits-, Dichte- und Konzentrationsmessung unter Berücksichtigung des Entmischungseffektes strömender Medien, wobei 'der Feststoff massenstrom rha nach der Koritinuitätsgleichung mit m8 = u8 · pf0 · A8 für die Segment- und Ringströmung und m8 = U8 · p(o · A · Ip/I = U8 · Pf · A für die Propfenströmung berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit den gemessenen Werten der Konzentrationen Kf des Gas-Feststoff-Gemisches und Kfo der entmischten Kornschicht, der der Dichten Pf des Gas-Feststoff-Gemisches und P(o der entmischten Kornschicht nach den folgenden Beziehungen die Form der entmischten Gas-Feststoff-Strömung als Grundlage für die Berechnung des Strömungsquerschnittes As, AR bzw. der Pfropfenlänge IP
- Pf < Pro bzw. Kf < Kfo bedeuten bei der waagerechten Förderung Segmentströmung der Kornschicht mit der Segmenthöho h„ und bei der senkrechten Förderung eine Ringströmung der
1. A method for measuring the mass flow of solids rh 8 a segregated gas-solid mixture in a conveying pipe for fine-grained bulk materials with known methods for speed, density and concentration measurement, taking into account the demixing effect of flowing media, wherein 'the solid mass flow rh a according to the Koritinuitätsgleichung with m 8 = u 8 · p f0 · A 8 for the segment and ring flow and m 8 = U 8 · p (o · A · Ip / I = U 8 · Pf · A) for the plug flow is calculated, characterized that with the measured values of the concentrations K f of the gas-solid mixture and Kfo of the segregated grain layer, the densities Pf of the gas-solid mixture and P (o the segregated grain layer according to the following relationships, the shape of the segregated gas-solid Flow as a basis for the calculation of the flow cross-section As, A R or the plug length I P
- Pf <Pro or Kf <Kfo mean in the horizontal promotion segment flow of the grain layer with the segment height h "and in the vertical promotion a ring flow of the
Kornschicht mit dem Ringinnendurchmesser dj sowie -außendurchmesser d -Kf» Kfo bedeutet Pfropfenförderung, wenn Pf ^ 0,6 · pm, oder entmischungsfreie Fließförderung, wenn pf > 0,6 Pf0, wobei p(D die charakteristische, bei Aufwirbelung eines SchüttgutesGrain layer with the ring internal diameter dj and -outside diameter d -Kf »Kfo means plug conveying, if Pf ^ 0.6 · pm, or demixing-free flow promotion, if pf> 0.6 Pf 0 , whereby p (D the characteristic, with Aufwirwirung of a bulk material auftretende, maximale Dichte eines Gas-Feststoff-Gemisches darstellt, ermittelt wird und daß die signifikanten Wert * As, Ar bzw. IP mit Hilfe der Proportionenis determined, and that the significant value * As, Ar or I P by means of the proportions h8 Pf Λ dj Pf Ip qi
,1
h 8 Pf Λ dj Pf Ip qi
,1
d pro d pfo ' I ςd pro d pfo 'I ς As Kf Ar Kf IP KfAs Kf Ar Kf I P Kf A Kfo A Kfo I KfoA Kfo A Kfo I Kfo wie folgt berechnet werden, wobei sich ergibt für
- den -ctrömungsquerschnitt
be calculated as follows, which yields for
- the - c flow cross section
π · (d/2)2 · α /d t \dπ · (d / 2) 2 · α / d t \ d α
— = arc cos
α
- = arc cos
- die Dichte Pfo unter Nutzung der radiometrisch gemessenen, mittleren Dichte pf bei der- the density Pfo using the radiometrically measured mean density pf at the Segmentströmung: p,0 = ——τ-%-.——Segment flow: p, 0 = - τ -% -. - hs/dh s / d Ringströmung: pf0 = -^-; Ring flow: p f0 = - ^ -; Pfropfenströmung: Pf0 = Pf ·7- « ProPlug flow: Pf 0 = Pf · 7- «Pro Ipip - die Strömungsgeschwindigkeit us bei allen Strömungsformen ohne eine notwendige Korrektur als unmittelbarer Meßwert.- The flow velocity u s in all flow forms without a necessary correction as a direct measurement.
2. Meßanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 durch Kombination von kapazitiven und radiometrischen Meßeinrichtungen, die sich in einem engen axialen Strömungsbereich mit konstanten Eigenschaftsmerkmalen befinden und wobei die Strahlenquelle2. A measuring arrangement for carrying out the method according to claim 1 by combination of capacitive and radiometric measuring devices, which are located in a narrow axial flow area with constant property characteristics and wherein the radiation source und der Detektor der radiometrischen Meßeinrichtung diametral an der äußeren Wand des Förderrohres so angeordnet ist, daß das kollimierte Strahlenbündel bei radialer Entmischung parallel und bei axialer Entmischung senkrecht zur ^ntmischungsrichtung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden kapazitiven Elektrodenpaare (6; 7) für die Messung der Kornschichtgeschwindigkeit U8 und das kapazitive Elektrodenpaar (5) für die Messung der Konzentration Κκ> bzw. der Dichte pro der entmischten Kornschicht (2) auf der Innenseite der Rohrwand (1) mit Kontakt zur Kornschicht in einem Winkel < 180° angeordnet sind und daß die Strahlenquelle (8) und der Detektor (9) am Förderrohrumfang in einem Winkel < 180° angeordnet sind und die Strahler-/Detektorachse eine Sekante des Förderrohrquerschnitts bildet.and the detector of the radiometric measuring device is arranged diametrically on the outer wall of the conveying tube so that the collimated beam is parallel with radial segregation and perpendicular to the mixing direction with axial segregation, characterized in that the two pairs of capacitive electrodes (6; Measurement of the grain layer velocity U 8 and the capacitive electrode pair (5) for the measurement of the concentration Κκ> or the density of the segregated grain layer (2) on the inside of the tube wall (1) are arranged with contact to the grain layer at an angle <180 ° and that the radiation source (8) and the detector (9) are arranged at the conveyor tube circumference at an angle <180 ° and the radiator / detector axis forms a secant of the conveyor tube cross-section. Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Meßanordnung zur Messung des Feststoffmassenstromes feinkörniger Schüttgüter beim Fördern und Dosieren in technologische Reaktionsräume, Behälter und sonstige Aggregate.The invention relates to a method and a measuring arrangement for measuring the solids mass flow of fine-grained bulk materials during conveying and dosing in technological reaction chambers, containers and other aggregates. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Die Messung des Feststoffmassenstromes rti, einer Gas-Feststoff-Strömung feinkörniger Schüttgüter mittels radiometrischer und kapazitiver Meßeinrichtungen isi aus einer Vielzahl von Informationsquellen bekannt und gehört zum Stand der Technik. Grundlagen der radiometrischen Dichte- und Dickemessung sowie der Kapazitätsmessung werden in /1 / und /7/ für homogene Medien erläutert. In 121 wird für Zweiphasenströmungen und speziell für die Gas-Feststoff-Strömung ein Korrelationsgeschwindigkeitsmeßsystem in Verbindung mit einer Konzentrationsmessung auf der Basis von kapazitiven Sensoren vorgestellt. Die Elektroden der Meßelektrodenpaare befinden sich auf dem Rohrumfang und liegen sich diametral gegenüber. Die beschriebenen Meßsysteme berücksichtigen bei der Meßwertermittlung keine Ungleichverteilungen des strömenden Feststoffes über den Förderrohrquerschnitt. Diese Ungleichverteilung und die stark veränderliche Meßempfindlichkeit entlang der Meßstrocke bei kapazitiven Sensoren führen zu Dichte- und Geschwindigkeitsmeßwerten, die für die auf den Gesamtförderrohrquerschnttt bezogene Massenstromberechnung nicht signifikant sind. Kapazitive Sensoren haben außerdem den Nachteil, daß die Konzentrationsmeßwerte stark vom Feuchtegehalt des Dielektrikums, d. h. vom Feuchtegehalt des Schüttgutes abhängen. Die Verwendung der kapazitiven Maßeinrichtung zur Dichtemessung ist damit stark eingeschränkt. In 131, Seite 53 wird auf diese Probleme verwiesen, ohne Lösungen zur Abwendung des angesprochenen Problems aufzuzeigen.The measurement of the solid mass flow rti, a gas-solid flow of fine-grained bulk materials by means of radiometric and capacitive measuring isi known from a variety of sources of information and belongs to the prior art. Fundamentals of radiometric density and thickness measurement as well as capacitance measurement are explained in / 1 / and / 7 / for homogeneous media. In 121 a correlation velocity measurement system in combination with a concentration measurement based on capacitive sensors is presented for two-phase flows and especially for the gas-solid flow. The electrodes of the measuring electrode pairs are located on the pipe circumference and are diametrically opposite. The measuring systems described take into account in the determination of the measured value no unequal distributions of the flowing solid over the delivery pipe cross-section. This unequal distribution and the highly variable measuring sensitivity along the Meßstrocke in capacitive sensors lead to density and Geschwindigkeitsmeßwerten that are not significant for the related to the Gesamtförderrohrquerschnttt mass flow calculation. Capacitive sensors also have the disadvantage that the Konzentrationsmeßwerte depend heavily on the moisture content of the dielectric, ie the moisture content of the bulk material. The use of the capacitive measuring device for density measurement is thus severely limited. In 131, page 53, these problems are referred to, without demonstrating solutions to averting the problem addressed. Dagegen werden in /3/ Verfahren zur Markierung der Gas-Feststoff-Strömung zwecks Erhöhung der Sicherheit der Geschwindigkeitsmeßwerterfassung und in IAI sowie /5/Verfahren der kontinuierlichen Injektionsgaszuführung in die Gas-Feststoff-Strömung zwecks gezielter Dichteveränderung für die Ermöglichung einer Massenstromberechnung angegeben, die zwar radiometrische Dichtemeßeinrichtungen verwenden, aber keine Lösungsansätze für die meßtechnische Erfassung des signifikanten Strömungsquerschnittes einer entmischten Strömung erkennen lassen. Mit einer kombinierten Direktdurchstrahlungs- und Streustrahlungsmethode wurde nach /6/ eine sogenannte Vierpunktmeßtechnik zur örtlichen Dichtebestimmung von Luft-Wasser-Gemischen in großen Prozeßquerschnitten entwickelt. Die netzartige Mehrfachdurchstrahlung des Prozeßquerschnittes bzw. die Notwendigkeit der quasikontinuierlichen Verdrehung der Meßeinrichtung und die zeitaufwendige Auswertung der Meßdaten gestatten es nicht, diese Meßmethode für eine schnelle Prozeßregelung und -überwachung zu nutzen.In contrast, in / 3 / method for marking the gas-solid flow for the purpose of increasing the safety of the Geschwindigkeitsmeßwerterfassung and in IAI and / 5 / method of continuous Injektionsgaszuführung in the gas-solid flow for the purpose of a targeted density change for enabling a mass flow calculation, the Although using radiometric Dichtemeßeinrichtungen, but no solutions for the metrological detection of the significant flow cross-section of a segregated flow can be seen. With a combined direct transmission and scattered radiation method, a so-called four-point measuring technique was developed for / 6 / for the local density determination of air-water mixtures in large process cross-sections. The net-like Mehrfachdurchstrahlung of the process cross-section or the need for quasi-continuous rotation of the measuring device and the time-consuming evaluation of the measured data do not allow this method of measurement for fast process control and monitoring to use. Ziel der ErfindungObject of the invention Das Ziel der Erfindung sind ein Verfahren und eine Meßanordnung zur Messung des Feststoffmassenstromes von strömenden Gas-Feststoff-Gemischen bei der Förderung sowie Dosierung in technologische Reaktionsräume und sonstige Aggregate, bei denen unabhängig von der Strömungsform des Gas-Feststoff-Gemisches der Massenstrom ermittelt wird, um eine dem im Reaktionsraum ablaufenden Verfahrensprozeß angepaßte, genaue Regelung und sichere ÜL-"wachung des Massenstromes rh, zu gewährleisten.The object of the invention is a method and a measuring arrangement for measuring the solid mass flow of flowing gas-solid mixtures in the promotion and dosage in technological reaction chambers and other aggregates, in which regardless of the flow shape of the gas-solid mixture, the mass flow is determined in order to ensure a precise control and safe monitoring of the mass flow rh, adapted to the process taking place in the reaction space. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die aus den Entmischungsvorgängen resultierenden Meßprobleme, bei der Feststoffmassenstrommessung von Gas-Feststoff-Strömungen feinkörniger Schüttgüter mit in der Meß- und Regeltechnik bekannten kapazitiven und radiometrischen Meßeinrichtungen zu beseitigen. Die überraschenden Effekte für die Lösung der gestellten Aufgabe liegen in der Aufdeckung der Entmischungsvorgänge von Gas-Feststoff-Strömungen sowie des Verhaltens der entmischten, strömenden Kornschicht im Förderrohr und in der Überwindung der Anpaßprobleme der Sensorempfindlichkeit an die Geometrie der entmischten Gas-Feststoff-Strömung. Bei feinkörnigen, strömenden Gas-Feststoff-Gemischen existiert bei einer Dichte des Gemisches p/ > 0,6 · prD eine quasihomogene Fließförderung. Der Querschnitt des Förderrohres ist dabei mit der strömenden Kornschicht ausgefüllt. DieThe object of the invention is to eliminate the resulting from the segregation measurement problems in the solid mass flow measurement of gas-solid flows of fine-grained bulk solids with known in the measurement and control capacitive and radiometric measuring devices. The surprising effects for the solution of the problem are the detection of the segregation processes of gas-solid flows and the behavior of the segregated, flowing grain layer in the delivery pipe and in overcoming the matching problems of sensor sensitivity to the geometry of the segregated gas-solid flow. In fine, flowing gas-solid mixtures at a density of the mixture p /> 0.6 x p r D a quasi-homogeneous flow promoter exists. The cross section of the delivery tube is filled with the flowing grain layer. The
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