-
Sonde zur Entnahme von Staub aus Rohrleitungen Die Erfindung betrifft
eine Sonde zur Entnahme von Staub aus Rohrleitungen, welche mit einer Meßeinrichtung
zum Messen der statischen Drücke von Haupt- und abgesaugtem Teilstrom versehen ist.
-
Gleichdruck-Staubentnahmesonden bekannterBauarten haben auf Grund
ihrer Konstruktion einen Eichfaktor, der kleiner als Eins für die Teilstrom luftabsaugung
aus einem Staubstrom ist. Dies liegt im wesentlichen daran, daß die Entnahmebohrungen
für den statischen Druck des Teilstromes in einem bestimmten, relativ großen Abstand
von der Einlaufkante des Sondenkopfes angebracht sind. Daher wird je nach dem Einlaufdruckabfall
eine mehr oder minder schlechte Absaugegüte in bezug auf die erforderliche isokinetische
Abzweigung des Teilstromes erreicht. Ferner ist hierbei der Nachteil vorhanden,
daß bei unterschiedlichen Anströmgeschwindigkeiten wie z. B. bei einer Netzmessung
in einem Kanal unterschiedliche, von der Anströmgeschwindigkeit und Staubkonzentration
abhängige Eichfaktoren für die verschiedenen Meßpunkte auftreten.
-
Die Messungen und Auswertungen werden deshalb sehr umständlich und
zeitraubend. Ferner ergeben sich z. B. Rohgasstaubmessungen an Schmelzfeuerungsanlagen,
bei denen bekanntlich sehr feiner Staub auftritt und sich annähernd wie ein homogenes
Gemisch verhält, im Rahmen des Einlaufdruckabfalles liegende Staubmengenfehler je
nach Sondenbauart in der Größenordnung von 15 bis 250/0. Außerdem wird bei Sonden
herkömmlicher Bauart der Eichfaktor für die Teilstrom-Luftabsaugung durch gröberen
Staub zunehmend beeinflußt. Mit den bisher bekannten Staubentnahmesonden ist es
bei großer Staubstromdichte, z. B. in Staubförderleitungen, unmöglich, eine geschwindigkeitsgleiche
Probenahme durchzuführen, da sowohl ein Zusetzen der pitotrohrähnlichen Meßfühler
als auch der Meßbohrungen für den statischen Druck eintritt.
-
Die verschiedenen Nachteile der bekannten Gleichdrucksonden werden
durch die erfindungsgemäße Ausbildung einer Gleichdrucksonde zur isokinetischen
Probenahme beseitigt.
-
Die Erfindung besteht einerseits darin, daß die Sonde sowohl zur
Gleichdruckmessung bei isokinetischer Probenahme als auch zurDruckdifferenzmessung,
insbesondere zur Staudruckmessung und auch Richtungsmessung ausgebildet ist, andererseits
darin, daß der statische Druck des Teilstromes zur isokinetischen Probenahme unmittelbar
am Eintritt in die Sonde gemessen wird. Letztere Meßverfahren können beliebig durch
Umschaltung abwechselnd angewendet werden, ohne die Sonde aus dem zu messenden Staubstrom
zu nehmen.
-
Der Sondenkopf wird vorteilhaft mit einer sehr scharfen Einlaufkante
versehen und die Druckentnahmebohrungen für die Gleichdruckmessung bei isokinetischer
Probenahme dicht hinter der Einlaufkante im Innern des Sondenkopfes angeordnet,
so daß der noch auftretende Einlaufdruckverlust unterhalb der Meßgrenze des verwendeten
Meßgerätes, z. B. eines Mikromanometers, liegt.
-
Die Sonde ist, um sowohl die Gleichdruckmessung als auch die Druckdifferenzmessung
durchzuführen, mit einer Umschalteinrichtung versehen, mit welcher die Sonde von
außen, d. h. während einer Messung umgeschaltet werden kann. Diese Umschalteinrichtung
besteht vorteilhaft aus einem Seilzug bzw. Gestänge und einem damit verbundenen
Ring, der den Sondenkopf um vorzugsweise 450 verdrehen kann.
-
Die Umschalteinrichtung kann auch durch einen Seilzug und einen damit
verbundenen Ring gebildet werden, wobei der Ring um vorzugsweise 22,50 verdreht
wird und in der einen Endstellung die Gleichdruckmessung, in der anderen Endstellung
die Druckdifferenzmessung ermöglicht. Der Sondenkopf wird hierbei gegenüber dem
Sondenkörper nicht verdreht.
-
Die Sonde bringt große betriebliche Vorteile sowohl bei der Gleichdruckmessung
zur isokinetischen Probenahme als auch bei der Druckdifferenzmessung und überhaupt
erst die Möglichkeit der kontinuierlichen Messung von statischem Druck bzw. Differenzdruck
bei größerer Staubstromdichte bzw. Staubvolumenkonzentration durch die spezielle
Ausbildung der hinter den Druckentnahmebohrungen angeordneten Taschen mit ihren
zu den Bohrungen hin gebogenen, radialen Begrenzungswänden. Diese sichern bei der
üblichen Meßdauer ein Gleichgewicht zwi-
schen dem durch die Druckentnahmebohrungen
ein-und ausgeschleusten Fein- bzw. Feinststaub bei nach unten gerichteter Sonde.
Lediglich beim Einschalten des Anzeigegerätes, z. B. eines Mikromanometers, wird
ein vermehrter Staubanfall in den Taschen bemerkbar, der aber bei dem üblichen Speichervolumen
der verwendeten Feinmeßinstrumente keine Störungen in der Druckentnahme bewirkt.
Nach bisher vorliegenden Betriebserfahrungen mit der Sonde war eine Reinigung der
kreisringförmigen Druckentnahmekammern selten erforderlich. Durch die Form der Taschen
bedingt, läßt sich außerdem stets, auch während die Sonde in den zu messenden Staubstrom
hineinragt, eine Reinigung der Druck entnahmebohrungen durchführen. Erfahrungsgemäß
befanden sich in den Kammern Kohlenstaubkörner zwischen 1 und 100 tut bei einem
Durchmesser der Druckentnahmebohrungen von 700 y. Nach dem Ausblasen der Kammern
bleiben lediglich die feinsten Teilchen zwischen etwa 1 und 30 ffi infolge verstärkter
Adhäsion an den Taschenwandungen haften.
-
Diese Teilchen stören jedoch die Druckentnahme nicht.
-
Die Sonde bietet außerdem Vorteile bei der Ermittlung von Strömungsrichtung
und -geschwindigkeit an ungünstigen Meßstellen, da beide Meßverfahren (Druckdifferenzmessung,
insbesondere zur Richtungseinstellung und Gleichdruckmessung zur isokinetischen
Probenahme) durch einfache Verdrehung des Sondenkopfes an ein und derselben Stelle
im Kanal durchführbar sind. Es gelingt oft nicht, die für solche Messungen an sich
notwendige Einlauflänge zur Ausbildung einer vergleichmäßigten Gemischströmung vor
dem Meßstutzen einzuhalten.
-
Die Sonde liefert überhaupt erst die Voraussetzung für die Ermittlung
der Relativgeschwindigkeit zwischen Staub und Trägergas im zu messenden Staubstrom
durch die isokinetische Probenahme, da hierbei keine Störung im Anströmprofil vor
dem Sondenkopf und dadurch dort auch keine Entmischungen auftreten können. Zur Ermittlung
dieser Relativgeschwindigkeit ist allerdings noch eine zusätzliche Meßeinrichtung
zur Ermittlung der Raumkonzentration des Staubes erforderlich. Derartige Versuchseinrichtungen
sind an sich bereits bekannt. Hierbei hatte man allerdings die mittlere Raumkonzentration
des gesamten Hauptstaubstromes in der Förderleitung ermittelt, während oben beschriebene
Sonde in Verbindung mit einer solchen zusätzlichen Meßeinrichtung eine Netzpunktmessung
in einem zu untersuchenden Kanal erlaubt.
-
Die zusätzliche Meßeinrichtung besteht gemäß der weiteren Erfindung
aus einer waagerechten Meßkammer. die zwischen Sonde und Staubabscheidevorrichtung
eingebaut ist. Hierbei ist im Traggasstrom in Strömungsrichtung hinter der Staubabscheidevorrichtung
ein Schnellschlußorgan angeordnet, das gestattet, den abgesaugten Teilstromplötzlich
abzuschalten, so daß sich der darin enthaltene Staub in der Rohrleitung bis zur
Staubabscheidevorrichtung absetzt. Mit der in dieser Leitung eingebauten Meßkammer
kann dann eine Inhaltwägung des in einem bestimmten Abschnitt des Staubteilstromes
enthaltenen Staubes durchgeführt werden.
-
Ein weiterer Vorteil der Sonde besteht darin, daß bei der Druckdifferenzmessung
die vorderen, inneren Druckentnahmebohrungen abgeschaltet sind und
somit gegen Eindringen
von Staub bei schiefer Anströmung der Sonde geschützt werden. In der Meßschaltung
auf Druckdifferenzmessung kann bei Gleichdruck bzw. festgelegtem Nichtgleichdruck
eine Art selektive Staubentnahme bei heterodispersen Gekörnen durchgeführt werden.
Bei dieser bewußt anisokinetischen Absaugung kann das unterschiedliche Förderungsverhalten
von Kornklassen innerhalb eines Mischgekörns untersucht werden.
-
Schließlich kann bei Messungen, z. B. Roh- und Reingasstaubmessungen
hinter Schmelzfeuerungen, die nur eine korngerechte Entnahme zum Ziel haben, mit
den hinteren, inneren Bohrungen wie bisher gemessen werden, da hierbei die isokinetische
Entnahme wegen der großen Staubfeinheit nicht unbedingt eingehalten werden muß.
Zur Ermittlung der genauen Stromdichte des Staubes kann dann leicht auf die Messung
mit den vorderen, inneren Entnahmebohrungen umgeschaltet werden. Hierbei treten
keine meßtechnisch wesentlich voneinander abweichenden Eichwerte auf, da keine Beeinflussung
durch unterschiedliche Anströmgeschwindigkeiten, Staubkornform und Staubstromdichte
des Hauptstromes bzw. Verteilung des Staubstromes im Sondenkopf vorhanden ist.
-
Zur Erfassung von Trocknungsvorgängen mit großen Änderungen der Gutfeuchte,
z. B. bei der Rauchgastrocknung von Rohbraunkohle in Schläger-oder Schlagradmühlen
findet die Gleichdrucksonde zur isokinetischen Probenahme ein weiteres Anwendungsgebiet.
Hierbei muß die Bedingung der geschwindigkeitsgleichen Probenahme sehr genau eingehalten
werden, wenn das abgesaugte Staub-Traggasgemisch noch nicht im thermischen Gleichgewicht
ist. Bei stark anisokinetischer Entnahme würde sich durch Entmischungen vor dem
Sondenkopf eine verfälschte Abtrocknung des abgesaugten Staubes bereits vor Eintritt
in die Sonde ergeben.
-
Da auch bei isokinetischer Entnahme einer Probe eine Nachtrocknung
des entnommenen Teilstromes in der Sonde bis zur Abscheidevorrichtung stattfinden
kann, werden zur Feststellung dieser Abtrocknung in der Sonde in Wandnähe zum Teilstrom
hin und in der Abscheidevorrichtung Temperaturfühler angebracht.
-
Bei Benutzung einer Abscheidevorrichtung, insbesondere eines Zyklons
als Abscheideorgan, und isokinetischer Probenahme wird im allgemeinen Fall bei Nachtrocknungen
des Staubes in der ganzen, nach außen wärmedichten Entnahmevorrichtung der Zustand
des thermischen Gleichgewichtes von Gut (Staub) und Traggas im Zyklon bei gleichzeitiger
Sättigung des Reingases mit Wasserdampf erreicht, so daß mit den ermittelten Temperaturen
am Sondeneintritt und unmittelbar hinter dem Zyklon nicht nur der Teil-Trocknungsabschnitt
in der Entnahmeeinrichtung, sondern der Gesamttrocknungsvorgang (genügende Wärmeisolation
im ganzen System vorausgesetzt) gut verfolgt werden kann. Damit eignet sich die
Sonde ebenfalls als Meßgerät zur Prüfung von Trocknungsprozessen bei isokinetischer
Teilstromabsaugung.
-
Die geschilderten und weiteren Einzelheiten der Erfindung werden
an Hand der Zeichnungen nachfolgend näher erläutert Von den Figuren zeigt F i g.
1 die Sonde im Schnitt gemäß der Linie G-H in F i g. 2 mit der Umschalteinrichtung
in Meßstellung zur Druckdifferenzmessung,
F i g. 2 einen Schnitt
durch die Sonde gemäß der Schnittlinie A-B in F i g. 1, Fig. 3 einen Schnitt gemäß
der Linie C-D der Fig. 1, F i g. 4 den Ring der Umschalteinrichtung, F i g. 5 einen
Schnitt durch die Sonde gemäß der Schnittlinie E-F in F i g. 1, F i g. 6 einen Schnitt
gemäß der Schnittlinie K-L in F i g. 9, wobei der Kopfteil um 450 gegenüber der
in F i g. 1 dargestellten Sonde verdreht ist, F i g. 7 und 8 die Ausbildung der
Stelle A in Fig. 6, Fig.9 einen Schnitt nach der Schnittlinie I-J in Fig. 6, F i
g. 10 Ansicht des Kopfteils der Sonde von B in Fig. 6, F i g. 11 einen Ausschnitt
aus einem Längsschnitt der Sonde gemäß der SchnittlinieM-N der F i g. 12 mit einer
anderen Umschalteinrichtung, Fig. 12 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie O-P
der Fig. 11, F i g. 13 eine schematische Darstellung der Staubentnahmevorrichtung
mit einer Meßkammer zur Staubinhaltserwägung.
-
In den F i g. 1 und 6 ist der Teil der Sonde dargestellt, der in
einen zu messenden Kanal durch einen nicht gezeigten Staubentnahmestutzen eingeführt
wird. Dieser Teil besteht aus einem Sondenkopf 1, einem Sondenkörper 2 und Druckmeßleitungen
6 a, 6 b sowie einem Abführungsrohr 14> welches den zu messenden Staubteilstrom
aus dem Kanal nach außen leitet. Der Sondenkopf 1 ist hier im Sondenkörper 2 koaxial
drehbar gelagert. Da hier vorteilhaft eine Drehung um 450 angewendet wird, sind
zwei entsprechende Anschlagstifte 19 am Sondenkörper 2 befestigt, welche die Drehung
des Sondenkopfes 1 begrenzen.
-
Die Umschalteinrichtung von Gleichdruckmessung bei isokinetischer
Probenahme auf Druckdifferenzmessung besteht aus Seilen 15, einem Ring 16> der
in der Kammer 8 angeordnet ist drei Stiften 18 in den Bohrungen 17 zur Verbindung
des Ringesl6 mit dem Sondenkopf 1 sowie einer nicht dargestellten Betätigungsvorrichtung,
an die die druckdicht nach außen geführten Seile 15 angeschlossen sind.
-
Für die Druckdifferenzmessung, insbesondere für die Staudruckmessung
wird der Sondenkopf derart verdreht, daß die Sonde die in den F i g. 1 bis 5 gezeigte
Stellung erreicht, bei der die hinteren, inneren Bohrungen 5 zur Messung benutzt
werden. Diese Bohrungen 5 sind dann über die Tasche 9b mit der Kammer 8 verbunden.
Gleichzeitig ist die Querbohrung 26 (F i g. 6) durch den rechten vorderen Teil 28
des Sondenkörpers 2 verschlossen, so daß der durch die Bohrungen 4 meßbare Druck
die Messung mit den Bohrungen 5 nicht beeinträchtigt. Das Abführungsrohr 14 wird
in seinem nach außen geführten Teil mit einem nicht dargestellten Absperrorgan versehen,
mit dem der Teilstrom zur Staudruckmessung völlig abgedrosselt werden kann.
-
Der statische Druck des Hauptstromes wird mit Hilfe von Bohrungen
3 im Außenring 7, Taschen 9 a> einer Ringkammer 10, einem Kanal30, einem nach
außen führenden Rohr 6 a sowie einem geeigneten Manometer, z. B. einem Schrägrohrmanometer,
angezeigt bzw. dem statischen Druck des Teilstromes gegengeschaltet. An die Bohrungen
3, 4 und 5 schließen schmale Taschen 9a, 9b, 9c mit vorzugs-
weise derart gekrümmten
Wänden 11 a, 11 b, 11 c an, so daß beim Ausblasen der Bohrungen 3, 4 und 5 durch
die Druckmeßleitungen 6 a und 6b der sich hinter diesen Bohrungen ansammelnde Staub
zurückgeblasen werden kann. Der Außenring 7 ist z. B. durch Löten mit dem Sondenkopf
1 verbunden.
-
Vor der Gleichdruckmessung zur isokinetischen Probenahme wird nach
Einführen der Sonde in den Staubstrom bei einem beliebig, aber fest eingestellten
Teilstrom zunächst eine Druckdifferenzmessung mit den Bohrungen 3 und 5 (F i g.
1 bis 5) vorgenommen, wobei die Sonde in verschiedene Stellungen geschwenkt wird.
Mit dem dabei angezeigtenDifferenzdruck ist eine genaue, räumliche Ausrichtung der
Sonde innerhalb des Hauptstromes dadurch möglich, daß die Sonde beim Extremwert
des Differenzdruckes befestigt wird. An Stelle der Bohrungen 5 könnten auch die
Bohrungen 4 am Eintritt des Sondenkopfes benutzt werden, dabei besteht jedoch die
Gefahr, daß diese Bohrungen 4 sich bei Schiefanströmung schnell mit Staub zusetzen
können. Nun wird mittels der Umschalteinrichtung der Sondenkopf 1 um 450, gedreht
und die Teilstrommenge so lange variiert, bis Gleichdruck vorhanden ist. Damit ist
die isokinetische Probenahme gewährleistet.
-
Bei der Gleichdruckmessung zur isokinetischen Probenahme tritt ein
Teilstrom gleicher Luft- als auch Staubstromdichte wie der Hauptstrom an der Entnahmestelle
in die Sonde ein und wird durch das Abführungsrohr 14 über eine Abscheidevorrichtung
37 (Fig. 13) abgesaugt. Der Teilstrom wird durch die scharfe Kante 20 am Sondenkopf
1 gewissermaßen aus dem Hauptstrom herausgeschnitten. Unmittelbar hinter der Kante
26 sind im Sondenkopf 1 Entnahmebohrungen 4 angeordnet> welche den Druck am Einlauf
über Kammern 21> 22 und Kanäle 23, 24 der Kammer 8 zuleiten. Bei Stellung des
Sondenkopfes 1 auf Gleichdruckmessung zur isokinetischen Probenahme wird der durch
die Bohrungen 4 gemessene Druck von der Kammer 8 durch das Rohr 13 an das Rohr 6b
abgegeben, welches nach außen geführt und mit einem geeigneten Anzeigeinstrument
verbunden ist. Diese Stellung des Sondenkopfes 1 ist in den F i g. 6 bis 10 dargestellt.
Der Kanal 24 ist am Ende 25 (F i g. 6) verschlossen und vor diesem Ende mit einer
Querbohrung 26 versehen, die in diesem Falle an eine Nut 27 anschließt, welche in
die Kammehr 8 mündet. Der durch die hinteren, inneren Bohrungen 5 meßbare Druck
wird bei dieser Stellung des Sondenkopfes nicht in die Kammer 8 weitergeleitet,
da diese Bohrungen durch den hinteren Teil29 des Sondenkopfes 1 verschlossen werden.
-
Eine andere Möglichkeit zur Umschaltung von Druckdifferenzmessung
auf Gleichdruckmessung besteht darin, daß gemäß Fig. 11 und 12 der Sondenkopf 1
gegenüber dem Sondenkörper 2 durch einen Stift 35 gegen Verdrehen gesichert und
ein Ring 31 zwischen dem Sondenkopf und dem Sondenkörper um 22,50 verdrehbar angeordnet
ist. Das Verdrehen wird begrenzt durch Anschlagstifte 33 a und 33 b, an denen in
der jeweiligen Endstellung der radial angeordnete Stift 34 anliegt. Am Stift 34
ist das Seil 15 zum Bewegen des Sondenkopfes befestigt. In der in diesen Figuren
dargestellten Stellung des Ringes31 wird die Druckdifferenzmessung durchgeführt.
Hierzu sind in dem Ring 31 Bohrungen 32 angebracht, welche die Bohrungen 5 über
die Taschen 9 b mit der Kammer 8 und dem Kanal 13 verbinden. Der
von
den Bohrungen 4 kommende Meßdruck wird durch den Kanal 24 weitergeleitet, der bei
dieser Messung durch den Ring 31 verschlossen wird. Zur Gleichdruckmessung wird
der Ring 31 mittels Seile 15 um 22,50 nach rechts (Fig. 12) verdreht. Dann korrespondieren
der Kanal 24 und eine Bohrung 32 mit dem Ringraum8 sowie dem Kanal 13. Durch die
Verdrehung des Ringes werden die Taschen 9 b durch den Ring 31 verschlossen.
-
Die Meßkammer 38 ist mit einer Wiegeeinrichtung versehen und auf
der einen Seite über eine flexible Leitung 41 und die Teilstromleitung 43 mit der
Sonde 40 verbunden sowie auf der anderen Seite über eine flexible Leitung 42 an
die Abscheidevorrichtung 37 angeschlossen. In der Abscheidevorrichtung wird der
Staub aus dem Teilstrom ausgeschieden und das Reingas durch die Reingasleitung 44
abgeführt, in welcher ein Schnellschlußschieber 39 angeordnet ist. Zur Messung der
Temperatur des abgesaugten Teilstromes ist ein Thermoelement 12 (F i g. 6 und 13)
im Sondenkörper 2 bzw. in der Sonde 40 angebracht. Ein weiterer Temperaturfühler
36 ist in der nachgeschalteten Abscheidevorrichtung 37 am Eintritt in die Reingasleitung
44 vorgesehen.
-
Hierdurch wird eine Ermittlung der Trocknung des Teilstromes ermöglicht.