DD297707A5 - Verfahren und vorrichtung zum messen der konzentration von staub in der atmosphaere - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen der Konzentration von in der Atmosphaere suspendiertem Staub, der durch Wind von einem Pulverhaufen aufgenommen worden ist, wobei man in einer Ebene, die etwa senkrecht zur Hauptwindrichtung in einem Abstand von dem Haufen angeordnet ist, in geeigneter Hoehe die Windgeschwindigkeit miszt. Die Erfindung besteht darin, dasz man eine einzige Luftauffangvorrichtung vorsieht und die Messung waehrend ihrer gesamten Dauer derart durchfuehrt, dasz die Ansaugmenge der gemessenen und sich gegebenenfalls aendernden Windgeschwindigkeit angepaszt ist.{Staubmessung; Atmosphaere; Konzentration; Staub}

Description

Hierzu 6 Seiten Zeichnungen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Konzentration von in der Atmosphäre suspendiertem Staub, der durch Wind von einem Pulverhaufen aufgenommen worden ist.

Man weiß, daß Staub von einem Pulverhaufen, z. B. Kohle oder Mineralien, in die Luft gelangt und dann nicht nur eine Verschmutzung der Umgebung, sondern auch beträchtliche Schäden bewirkt.

Um die Aufnahme des Staubes von der Luft zu begrenzen, hat man bereits vorgeschlagen, auf den Pulverhaufen Wasser zu sprühen. Jedoch ist es, wenn der Wind weht, häufig unmöglich, eine wirksame Besprühung zu erhalten. Das gilt besonders dann, wenn das Material trocken ist und in beträchtlichen Mengen hochgewirbelt wird. Diese Methode ist also für die Praxis ungeeignet.

Um zu bestimmen, wie es möglich ist, die Staubaufwirbelung wirksam zu begrenzen, ist es notwendig, präzise die Materialmengen zu bestimmen, die vom Wind aufgenommen werden.

Man hat schon verschiedene Meßverfahren vorgeschlagen, indessen sind diese relativ kompliziert. Bei diesen wird der Staubemissionsfaktor für verschiedene meteorologische Bedingungen und verschiedene Berieselungsbedingungen bestimmt.

In der US-PS 4159635 wird ein Verfahren zur Entnahme von Luft beschrieben. Für dieses ist eine Ansaugvorrichtung mit mehreren Lufteinlässen vorgesehen, die abwechselnd in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit verwendet werden, um auf diese Weise eine etwa isocinetische Erfassung zu erhalten.

Jedoch ist bei diesem Verfahren die isocinetische Messung nicht exakt genug, weil die Lufteinlässe nicht präzise den verschiedenen Windgeschwindigkeiten angepaßt sind. Als weiterer Nachteil kommt hinzu, daß die während einer Messung aufgefangenen Staubmongen sich in verschiedenen Auffängern befinden können, wenn die Geschwindigkeit des Windes während der Messung sich ändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die verschiedenen Probleme zu lösen und eine einfache Methode zur isocinetischen Bestimmung zu schaffen.

Die Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren zum Messen der Konzentration von in der Atmosphäre suspendiertem Staub, der durch Wind von einem Pulverhaufen aufgenommen worden ist, wobei man in einer Ebene, die etwa senkrecht zur Hauptwindrichtung in einem Abstand von dem Haufen angeordnet ist, in geeigneter Höhe die Windgeschwindigkeit mißt und

eine isocinetische Messung durch Erfassung eines Luftvolumens mittels einer Luftauffangvorrichtung, einer Ansaugvorrichtung und eines den Staub festhaltenden Filters bewirkt. Die Erfindung besteht darin, daß man eine einzige Auffangvorrichtung verwendet und die Messung während ihrer gesamten Dauer isocinetisch durchführt derart, daß die Ansaugmenge der gemessenen und sich gegebenenfalls ändernden Windgeschwindigkeit angepaßt ist.

Vorzugsweise wird die Messung in verschiedenen Höhen durchgeführt, z.B. in den Höhen 5 Λ' ter, 10 Meter und 15 Meter, gemessen vom Gipfel des Materialhaufens.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bestehend aus einer Einheit zur Messung der Geschwindigkeit des Windes, einer Einheit zum Auffangen eines Luftprobevolumens, die dicht neben der erstgenannten Einheit angeordnet ist, und aus einer Einheit zum Ansaugen der Luft, die mit der zweitgenannten Einheit verbunden ist, wobei letztere ein Organ zum Erfassen der Luft und einen Filter aufweist, mit dem der Staub aufgefangen werden kann. Die Erfindung besteht darin, daß die Ansaugeinheit mit Organen verbunden ist, die bewirken, daß die aufgefangene Menge eine Funktion der Geschwindigkeit des Windes, gemessen mⁱ⁽ .eis der Einheit zur Messung der Windgeschwindigkeit,

Vorzugsweise ist die Vorrichtung derart ausgebildet, daß ein Mast mit veränderbarer Länge vorgesehen ist, der mindestens eine Meßvorrichtung der erwähnten Art, vorzugsweise drei, in verschiedenen Höhen trägt.

Eine Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, daß der Mast teleskopartig ausgebildet ist und zusammen mit der Meßvorrichtung auf einem Wagen montiert ist.

Die Maschenweite des Filters ist den Teilchen dos Staubes angepaßt.

Die Abtastung innerhalb einer Meßebene kann dadurch realisiert werden, daß man den Mast vom Rand der Menge in geeignete Abstände, z. R. in Abständen von 5 Metern, verrückt. Eine Felderfassung kann man erhalten, Indem man die Konzentrationen auf Flächen,z.B. 20m χ 15m, bezieht.

Nach Festlegung der Konzentration des hochgewirbelten Staubes bewirkt man eine Berieselung des Haufens mit einem geeigneten Produkt, z. B. einem solchen, daß eine Kruste oder einen Film auf der Oberflächa des Haufens bewirkt. Dann kann man eine neue Messung durchführen und auf diese Weise die Wirksamkeit der Berieselung überprüfen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung. Darin zeigen

Fly. 1: schematisch eine Meßvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2: eine Seitenansicht uines Wagens zum Transport einer erfindungsgemäßon Müßvorrichtung,

Fig. 3. in Perspektive und in einem im Hinblick auf die Fig. 2 vergrößerten Maßstab eine Auffangvorrichtung,

Fig.4: schematisch einen Materialhaufen und Meßpunkte,

Fig. 5a u. 6a: Karten, welche die Konzentration des Staubes in der Meßebene und den Strom des Staubes durch ein Meßfenster

in der Meßebene veranschaulichen, Fig. 5 b u. 6b: Karten entsprechend denjenigen der Figuren 5a und 6a für eine mittlere Geschwindigkeit des Windes bei

unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten und Fig. 7: ein Diagramm, das sich aus den Figuren 5a bis 6b ergibt und das die Menge an aufgenommenem Staub bei

Berieselung und ohne Berieselung des Haufens zeigt.

Figur 1 zeigt schematisch oine erfindungsgemäße Vorrichtung. Mit dieser kann die Geschwindigkeit des Windes gemessen werden. Sie besteht aus einem Windmesser 1, wobei die Richtung des Windes durch den Pfeil ν angezeigt wird. Ferner besteht sie aus einer Vorrichtung 2 zum Auiiangen eines bestimmten Volumens der Luft, die mit Staub beladen ist. Die Vorrichtung 2 befindet sich unmittelbar neben dem Windmesser 1. Die Vorrichtung 2 besteht aus einer Düse 3, die eine Öffnung 3 a aufweist. In diese tritt die Luft ein. Letztere wird durch einen Treonfilter 4 geschickt, der den Staub herausfiltriert. Dieser Filter 4 besitzt Maschen, die den Größen der Staubkörner entsprechen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt ferner eine Ansaugeinheit 5, die durch eine Pumpe gebildet wird. Diese ist mit dem Ausgangskanal 6 der Auffangvorrichtung 2 verbunden. Andererseits ist sie mit einer Dosiermeßvorrichtung 7 verbunden, die beispielsweise durch eine Turbine gebildet wird, die in ein Luftausgangsrohr 8 mündet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ferner Aggregate zur Erfassung der verschiedenen Werte auf. Es handelt sich hierbei um einen Komparator 9, der einerseits mit dem Windmesser 1 unter Zwischenschaltung eines Konverters 11, welcher die Windgeschwindigkeit in elektrische Signale umwandelt, und andererseits mit der Dosiermeßvorrichtung 7 verbunden ist.

Letztere weist ebenfalls einen Ko' werter auf, der den Strom der Pumpe 5 in elektrische Signale umwandelt.

Weiterhin ist eine Verstellvorrichtung 12 vorgesehen, die einerseits mit dem Komparator 9 und andererseits mit der Pumpe 5 verbunden ist. Letztere wird auf diese Weise in Abhängigkeit von Ausgangswerten des Komparator 9 gesteuert. Schließlich ist eine Wählvorrichtung 13 und ein Zählwerk 14 vorgesehen. Diese befinden sich zwischen der Verstellvorrichtung 12 und dem Komparator 9. Die Wählvorrichtung 13 ermöglicht die Einstellung auf ein bestimmtes Luftvolumen, das von der Auffangvorrichtung 2 erfaßt werden soll, beispielsweise üOm³. Das Zählwerk 14 zählt die Mengen, die von der Pumpe 5 angesaugt werden. Wenn die Gesamtmenge gleich dem Wert ist, der in der Wählvorrichtung 13 eingestellt worden ist, gibt letzterer ein Signal ab, das automatisch die Vorrichtung anhält.

Der Filter 4 sitzt derart entfernbar in der Auffangvorrichtung 2, daß er nach dem Auffangvorgang gewogen werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Die Luft, die mit in Suspension vorliegenden Staubpartikeln beladen ist, tritt in die Auffangvorrichtung 2 durch die Öffnung 3a der Düse 3 ein. Sie durchläuft den Filter 4, wo sie den Staub ablagert. Die Staubteilchen sind größer als die Maschen des Filters.

Dann durchläuft die Luft den Kanal 6 und gelangt zur Pumpe 5, die sie in die Meßvorrichtung 7 fördert, von wo sie zum Ausgang 8 gelangt. Der Windmesser 1 liefert an den Komparator 9 die Signale, welche die Geschwindigkeit ν des Windes repräsentieren, während die Meßvorrichtung 7 an den Komparator 9 ein Signal liefert, das der von der Pumpe 5 gelieferten Luftmenge entspricht.

Der Komparator 9 nimmt die elektrischer Signale des Konverters 11 und der Meßvorrichtung 7 auf, vergleicht sie und gibt an die Verstellvorrichtung 12 einen Befehl zum Steuern des Ausgangs der Pumpe 5 gemäß der Geschwindigkeit des Windes, die vom

Konverter 11 angegeben wird. Die Pumpe 5 ist so gewählt, daß sie sehr schnell auf Änderungen des Ausgangssignals der Verstellvorrichtung 12 anspricht, um die Geschwindigkeit, mit der die Luft in der Auffangvorrichtung 2 aufgefangen wird, auf die Windgeschwindigkeit einzustellen, die mit dem Windmesser 2 gemessen wird. Wenn das Luftvolumen, das in die Auffangvorrichtung 2 einströmt und von dem Zählwerk 14 gemessen wird, dem Volumen entspricht, das in der Wählvorrichtung gespeichert ist, wird automatisch die Vorrichtung arretiert.

Der Filter 4 kann dann aus der Auffangvorrichtung 2 herausgenommen werden, um gewogen zu werden und um die Staubkonzentration in der zu analysierenden Probe zu bestimmen.

Die Steuerung einer Ansaugeinheit 5,2 durch die Windgeschwindigkeit, die mittels eines Windmessers 1 gemessen wird, ermöglicht eino isocinetische Festlegung, d. h. eine Festlegung der Geschwindigkeit der Probe, bei der die Ansauggeschwindigkeit der Windgeschwindigkeit entspricht. Eine isocinetische Festlegung hat Vorteile gegenüber der nichtisocinetischen Festlegung. Wenn nämlich die Ansauggeschwindigkeit in der Auffangvorrichtung bzw. in der Sonde größer ist als die Geschwindigkeit in der Gasschicht, ergibt sich eine Einschnürung in dem untersuchten Gasabschnilt mit der Folge, daß die größeren Partikel und damit schwereren Partikel, die sich in der Peripherie des Gasabschnittes befinden, aufgrund ihrer Trägheit außen um die Sonde herum laufen. Die Folge davon ist, daß die untersuchte Probe verarmt an diesen Partikeln ist und insofern eine Unterbewertung der Probe die Folge ist.

Wenn andererseits die Ansauggeschwindigkeit kleiner ist als die Geschwindigkeit des Gases in der gemessenen Schicht, dann ist der Querschnitt der Gasschicht, die untersucht wird, vergrößert. Das hat zur Folge, daß man mehr schwere Partikel auffängt.

Infolgedessen entsteht scheinbar eine Anreicherung an g roßen Partikeln in der Probe mit der Folge, daß eine Überbewertung der Messung sich ergibt.

Figur 2 zeigt eine Ausführungsform dei Erfindung. Es ist bei dieser ein Wagen 17 vorgesehen, der einen Teleskopmast 15 aufweist. An diesem sind mehrere Meßvorrichtungen 16a, 16b, 16c entsprechend denjenigen in Figur 1 befestigt.

Der Wagen 17 besitzt ein Chassis 21, das auf Rädern 18,19 montiert ist. Ferner ist eine Anhängekupplung 22 vorgesehen, mit der der Wagen an oin Zugfahrzeug (nicht dargestellt) angehängt werden kann. Der Wagen weist einen Rahmen 26 auf, an dem ein zentraler Pfosten 27 sitzt. Dieser ist um eine horizontale Achse schwenkbar. Der Teleskopmast 15 ist in drei Abschnitten 15 a, 15 b, 15c ausgebildet. Sodann ist eine Winde 28 vorgesehen, die es ermöglicht, den Mast 15 zu verschwenken, um ihn in die vertikale oder horizontale Position zu bringen. Ferner ist eine Winde 29 vorgesehen, die an dem Abschnitt 15a sitzt und das Ausfahren der verschiedenen Abschnitte 15bund 15c ermöglicht.

Jede Meßvorrichtung 16 a, 16b, 16c kann fixiert werden und ist andererseits abnehmbar an dem Ende jeweils eines Abschnittes 15a, 15b bzw. 15c beispielsweise mittels eines Winkelstückes (nicht dargestellt) befestigt.

Jede Meßverrichtung 16a, 16b, 16c kann wie die Ausführungsform gemäß Figur 3 ausgebildet sein.

Die Vorrichtung ist teilweise montiert auf einem horizontalen Balken 31, der am Ende eines Abschnittes 15a, 15b oder 15c entfernbar sitzt. Im mittleren Bereich des Balkens 31 befindet sich eine Halterung 32 mit Querstreben 30. An diesen sitzt ein Filtei träger 17, der den Filter 4 enthält. Die Halterung 32 trägt ferner die Auffangvorrichtung 2, deren Eingang 3 durch ein horizontales Rohrstück 3 b und ein vertikales Rohrstück 3c gebildet wird. Die Leitung 6 erstreckt sich unterhalb des Filterträgers 17. Der Windmesser 1 und eine Wetterfahne 10 sitzen auf Stützen 33,34, die sich an den Endendes Balkens 31 befinden.

Die Pumpe 5 und die Dosiervorrichtung 7 befinden sich im Chassis 21. Die drei erfindungsgemäßen Vorrichtungen 16a, 16b und 16c sind unabhängig voneinander. Das Steuerungssystem (9,12,13,14) befindet sich an einem entfernten Ort, der in den Figuren nicht dargestellt ist.

Der Wagen 17 kann per Hand betätigt werden, um die Eingänge 3a für die Luft entsprechend der Richtung, die die Wetterfahne 10 angibt, zu orientieren.

In Figur 4 sind schematisch zwei Mengen aus pulverisiertem Material 24,25, z. B. Kohle, veranschaulicht. Die Richtung des Windes ist mit V bezeichnet. Ferner ist eine Meßebene P gewählt worden. Auf dieser liegen ein zentraler Punkt P1 und weitere Punkte P2, P3, P4. Beispielsweise ist die Ebene P in einem Abstand d 1 von 30 Metern von der Menge 24 angeordnet. (Dieser Abstand hängt von der Höhe und der Ausdehnung der Menge 24 ab.) Die äußersten Punkte P3 und P4 können in Abständen d 2 von 10 Metern vom Zentralpunkt P1 angeordnet sein. Der Wind weht etwa parallel zur Achse der Menge 24 und etwa senkrecht zur Ebene P.

Die Figuren 5a bis 6 b veranschaulichen Beispiele für zwei Meßbereiche, in denen die Konzentrationen des Staubes in Abhängigkeit von der mittleren Windgeschwindigkeit gemessen wurden. Die Figur 5a zeigt die Konzentrationen in mg/cm³. Die Figur 6a zeigt den Strom des Staubes, der durch ein Fenster von 20m x 15m strömt in mg/m² sek. Die mittlere Geschwindigkeit des Windes während der Versuche war 15 m/s, d. h. 54km/h.

Bei den Versuchen, die die Figuren 5b ind 6b veranschaulichen, war im Gegensatz zu den erstgenannten Versuchen der Wind nicht stationär. Die Geschwindigkeit des Windes betrug im Mittelwert 71 km/h (19m/s), wobei allerdings Windböen mit einer Geschwindigkeit von 100 km/h auftreten konnten.

Der Staubstrom, der durch die Meßebene trat (Figuren 6a und 6 b) wurde erhalten in Abhängigkeit von Windgeschwindigkeiten, die in den Punkten P1, P2 ... vorlagen.

Nachdem die aus Pulver bestehende Materialmenge (Kohle) mittels eines geeigneten polymerisierbaren Produktes besprengt war, das eine Kruste oder einen Film auf der Oberfläche der Menge bildete, wurde erneut gemessen. Die neuen Werte sind in der folgenden Tabelle angegeben. Ferner ergeben sie sich aus Figur 7. In der Tabelle veranschaulicht die erste Zeile die Verhältnisse der Figuren 5a und 6a und die zweite Zeile die Verhältnisse der Figuren 5b und 6b.

Datum	Windgeschwin digkeit (m/s)	Feuchtigkeit der Kruste· (%)	Abstand von der Menge (m)	errech neter Strom (kg/h)
22.11.88 7.12.88	14,6 19,7	4,5 3,5	60 300	346 1372

Das Diagramm der Figur 7 zeigt den Staubstrom in kg/h als Funktion der Windgeschwindigkeit (in km/h). Gewisse Meßpunkte entsprechen dem Fall ohne Besprengen, andere Punkte entsprechen dem Fall mit Besprengungen der Menge. (Einzelheiten ergeben sich aus den Angaben im Diagramm.)

Man sieht, daß sich der Staubflug bei Besprengung beträchtlich reduziert.

Es ergibt sich bei einer Messung über einen Tag, daß die Emission des Pulvermaterials, das ein Referenzfenster durchquert, vor Besprengung der Menge 8 Tonnen pro Tag bei einer Windgeschwindigkeit von 50km/h und 32 Tonnen pro Tag bei einer Windgeschwindigkeit von 70 km/h ist. Das gilt für eine einzige Menge. Wenn andererseits die Menge besprengt wird, dann ist für eine Windgeschwindigkeit von 50km/h der Emissionsfaktor der Kohlenmenge reduziert, und zwar um den Faktor 3 bis 8. Man kann feststellen, daß bei eine · Windgeschwindigkeit von 70km/h der Emissionsfaktor einer Menge, die besprüht ist, von der gleicher) Größenordnung ist wie derjenige einer nicht-besprühten Menge, die einer Windgeschwindigkeit von 50km/h unterliegt.

Claims (7)

1. Verfahren zum Messen der Konzentration von in der Atmosphäre suspendiertem Staub, der durch Wind von einem Pulverhaufen (24,25) aufgenommen worden ist, wobei man in einer Ebene (P), die etwa senkrecht zur Hauptwindrichtung in einem Abstand (d 1) von dem Haufen angeordnet ist, in geeigneter Höhe die Windgeschwindigkeit mißt und eine isocinetische Messung durch Erfassung eines Luftvolumens mittels einer Luftauffangvorrichtung (2), einer Ansaugvorrichtung (2,5) und eines den Staub festhaltenden Filters (4) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß man eine einzige Auffangvorrichtung (2) verwendet und die Messung während ihrer gesamten Dauer isocynetisch durchführt oerart, daß die Ansaugmenge der gemessenen und sich gegebenenfalls ändernden Windgeschwindigkeit angepaßt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung in verschiedenen Höhen durchgeführt wird.

3. Vorrichtung zum Messen der Konzentration von in der Atmosphäre suspendiertem Staub, bestehend aus einer Einheit (1) zur Messung der Geschwindigkeit (V) des Windes, einer Einheit (2) zum Auffangen eines Luftprobevolumens, die dicht neben der erstgenannten Einheit angeordnet ist, und aus einer Einheit (5) zum Ansaugen der Luft, die mit der zweitgenannten Einheit (2) verbunden ist, wobei letztere (2) ein Organ (3) zum Erfassen der Luft und einen Filter (4) aufweist, mit dem der Staub aufgefangen werden kunn, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugeinheit (5) mit Organen (9,12) verbunden ist, die bewirken, daß die aufgefangene Menge eine Funktion der Geschwindigkeit des Windes, gemessen mittels der Einheit (1) zur Messung der Windgeschwindigkeit, ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mast (15) mit veränderbarer Länge vorgeselien ist, der mindestens eine Meßvorrichtung der erwähnten Art, vorzugsweise drei, in verschiedenen Höhen trägt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dad jrch gekennzeichnet, daß der Mast (15) teleskopartig ausgebildet ist und daß er an jedem Abschnitt (15a, 15b, 15c) eine Meßvorrichtung (16a, 16b, 16c) trägt, wobei alles auf einem Wagen (17) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Ansaugeinheit (5) die Organe (9,12) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschen des Filters (4) den Teilchen des Staubes angepaßt sind.