DE1598068C3

DE1598068C3 - Vorrichtung zur selbsttätigen fortlaufenden Probenahme von Abgasen

Info

Publication number: DE1598068C3
Application number: DE1598068A
Authority: DE
Inventors: Horst 4358 Haltern Achterfeld; Hartmut 4250 Bottrop Kamphaus; Juergen Dr.-Ing. 8370 Regen Maatsch
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1965-08-17
Filing date: 1965-08-17
Publication date: 1978-11-09
Also published as: NL6611509A; DE1598068B2; US3457787A; ES330275A1; DE1598068A1; GB1155142A; BR6682110D0; LU51772A1; BE685514A; AT282238B

Description

bO

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur selbsttätigen fortlaufenden Probenahme von Abgasen schnell ablaufender metallurgischer Verfahren, insbesondere der Sauerstoffaufblasverfahren, die in Reihenschaltung eine Sonde, ein Filter, einen Kühler, ein Absperrventil, ein Druckmeßgerät und eine Förderpumpe und daran anschließend in Parallelschaltung Analysa

toren aufweist.

Bei schnell ablaufenden metallurgischen Verfahren und anderen chemischen Umsetzungen, wie es die Sauerstoffaufblasverfahren zur Stahlherstellung darstellen, ist es insbesondere für die Automatisierung dieser Verfahren erforderlich, wichtige Aussagen über den Prozeßablauf ohne wesentliche Meßverzögerungen aus den Abgasanalysen zu erhalten. Hinzu kommt die große Schwierigkeit, daß der in großer Menge anfallende feine braune Staub die bekannten Filtereinrichtungen in kurzer Zeit verstopft und betriebsunfähig macht.

Es ist bekannt, derartige Filter mittels Durchblasen von Preßluft von Zeit zu Zeit zu reinigen (deutsche Patentschrift 10 45 689). Die Verschmutzung des Filters läßt sich, wie aus der deutschen Patentschrift 7 48 610 bekannt, durch einen nachgeschalteten Druckmesser bestimmen. Die Reinigung des Filters kann wegen des damit verbundenen Zeitaufwandes und der die Analyse verfälschenden Menge des zugeführten Fremdgases bei den Sauerstoffaufblasverfahren nur in den Blaspausen durchgeführt werden. Die bekannten Filter sind jedoch nicht in der Lage, für die Dauer einer Blasperiode funktionsfähig zu bleiben.

Aus Stahl und Eisen 88, vom 14.1.1965, S. 41 bis 46, ist es bekannt, zur Probenahme für die Hochofengasüberwachung u.a. eine Sonde, ein Keramikfilter, ein Absperrventil, einen Kühler, ein weiteres Filter, eine Dosierpumpe und Analysegeräte hintereinanderzuschalten. Diese Einrichtung kann mit einem automatischen Probenwiederholer ausgestattet werden, sie ist jedoch lediglich in der Lage, etwa alle 25 min eine Analyse zu erstellen. Die Analysenwerte werden einem Rechenwerk zur Ermittlung eines Faktors zur Steuerung der Hochofenwind-Zufuhr zugeführt Eine selbsttätige fortlaufende Probennahme größerer Mengen von Abgas kann mit dieser bekannten Filtereinrichtung demgemäß nicht durchgeführt werden. Es ist in dieser Literaturstelle auch kein Hinweis auf einen dafür einzuschlagenden Weg enthalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe über längere Betriebszeiten eine weitgehend verzögerungsfreie Probenahme von staub- und gegebenenfalls wasserdampfbeladenen Abgasen möglich ist, die bei schnell ablaufenden metallurgischen Verfahren, insbesondere bei den Sauerstoff-Aufblasverfahren zur Stahlherstellung, entstehen, wobei das Probegas vor der Analyse mit Hilfe eines mechanischen Filters entstaubt wird, das selbsttätig regeneriert wird.

Die Erfindung besteht darin, daß das Filter, dem ein Druckgasventil zugeordnet ist, eine verhältnismäßig kleine wirksame Oberfläche aufweist, daß wenigstens einer der Analysatoren mit einem Gasstrommesser verbunden und daß ein Steuergerät vorgesehen ist, mit dem das Druckmeßgerät, der Gasstrommesser, das Druckgasventil und das Absperrventil in Verbindung stehen.

Die neue Vorrichtung ist in der Lage, das beladene Filter in kürzester Zeit, z. B. 2 bis 3 Sekunden, mittels Druckgas, das in den Hauptgasstrom zurückgefördert wird, zu reinigen. Die Unterbrechung der Probenahme während der Regeneration des Filters für eine derart kurze Zeit kann auch für die erforderliche fortlaufende Analysenbestimmung in Kauf genommen werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn in Parallelschaltung zu den Analysatoren ein Regelventil angeordnet ist, das mit dem Gasstrommesser und mit dem Steuergerät verbunden ist. Dadurch läßt sich unter Förderung einer

3 4

tung zu den Analysatoren ein Regelventil angeordnet meter 13 gemessenen Unterdruckes über das Steuerist, das mit dem Gasstrommesser und mit dem gerät 11 das Ventil 14 auf die zweite Probenahme-Steuergerät verbunden ist. Dadurch läßt sich unter einrichtung umgeschaltet und die Probenahme fort-Förderung einer etwas größeren Probegasmenge als geführt, während die Reinigung des parallelen für die Analysatoren erforderlich der diesen züge- 5 Systems automatisch erfolgt.

führte Gasstrom auf einfache Weise in engen Grenzen Unterschreitet der mit dem Manometer 13 ge-

auf konstante Stärke einregeln. messene Unterdruck des Probegases in der Leitung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der 17 einen bestimmten vorgegebenen Wert, der anlage-

Erfindung schematisch dargestellt. bedingt ist, so ist entweder die Pumpe nicht in Ord-

Das Probegas wird durch eine Sonde 1 aus dem 10 nung oder es liegt ein Leck in der Leitung vor der

nicht dargestellten Gasableitungssystem eines Sauer- Pumpe 6 vor. Vom Manometer 13 wird darauf ein

Stoffaufblaskonverters über ein Einlaßventil 2 in ein Signal zur Störungsanzeige der Einrichtung an das

Filter 3, durch ein weiteres Ventil 4, einen Kühler 5 Steuergerät 11 gegeben. Arbeitet die Pumpe 6 nicht

in eine Pumpe 6 gesaugt und von dort in Teilgas- ordnungsgemäß, so wird über das Steuergerät 11

strömen über Analysatoren 7 und ein Regelventil 8 15 gleichzeitig das Ventil 8 zugeregelt und beim Um-

zurück in das Gasableitungssystem gefördert. schalten auf die zweite Probenahmeeinrichtung 15

Hinter einem der Analysatoren 7 ist ein Strom- die gleiche Störung angezeigt. Im zweiten Fall kann messer 8 angeordnet, mit dessen Hilfe ein Regel- ein Umschalten auf die zweite Probenahmeeinrichventil 8 geregelt wird und der ebenso wie das Regel- tung 15 den Schaden beheben, wenn das Leck in der ventil 8 über elektrische Leitungen 10 mit einem 20 Leitung vor dem Ventil 14 liegt. Über das Steuer-Steuergerät 11 verbunden ist. Die Gasmengenmessung gerät 11 wird dem Steuerstand 18 eine entsprechende erfolgt vorteilhafterweise so, daß ein Teilstrom des Störmeldung der gesamten oder auch nur eines Probegases durch den Strommesser 9 so überwacht Teiles der Probenahmeeinrichtung gemeldet,
wird, daß bei zu großem Teilgasstrom das Regel- Fällt auch nach mehrmaliger, z. B. zweimaliger ventil 8 auf- und bei zu kleinem Teilgasstrom zu- 25 Regeneration des Filters 3 der Unterdruck am Manogeregelt wird. Die erforderliche Aufteilung des meter 13 nicht ab, so wird über das Steuergerät 11 Probegasstromes auf die verschiedenen Analysato- zum Steuerstand 18 eine Störung der Probenahmeren 7 kann mit Handventilen 12 erfolgen. Die ge- einrichtung angezeigt. Sind zwei parallele Probesamte, geförderte Probegasmenge muß immer so nahmeeinrichtungen vorhanden, so wird beim Umgroß bleiben wie die Summe der für die Analysa- 30 schalten auf die nicht regenerierbare Probenahmetoren 7 erforderlichen Teilgasströme. Ein vollständi- einrichtung sofort zurückgeschaltet. Auch dieser Fall ges Schließen des Regelventils 8 bedeutet eine wird sofort als Störung zum Steuerstand 18 gemeldet. Störung der Anlage und löst über das Steuergerät 11 Eine andere Möglichkeit der Gasstromregelung selbsttätig die Filterreinigung aus. besteht darin, die Förderleistung der Pumpe 6 durch

Eine günstige Überwachung der Gasmengen- 35 die Abgasmenge bzw. den Druck zu steuern. Dies

messung erhält man jedoch, wenn mit Hilfe des mit setzt jedoch eine gute Regelfähigkeit der Pumpe

einem Manometer 13 gemessenen Unterdruckes der voraus, die oft einen großen apparativen Aufwand

Gesamtgasstrom immer etwas größer gehalten wird erfordert.

als die Summe der notwendigen Teilgasströme, d. h., Wenn auch das Ausblasen des Staubes aus dem

daß das Regelventil 8 immer etwas geöffnet bleibt. 40 Filter 3 und der Feuchtigkeit aus dem Kühler 5 den

Überschreitet der mit dem Manometer 13 ge- Meßvorgang nur geringfügig beeinträchtigt, ist es messene Unterdruck einen vorgegebenen Wert, so doch vorteilhaft, das Reinigen der Anlage mit kurzwird über das Steuergerät 11 das Ventil 14 ge- zeitiger Unterbrechung der Probenahme bzw. Umschlossen, schalten auf das parallelgeschaltete Probenahme-Gleichzeitig wird das Ventil 4 und eventuell 4^45 system während des metallurgischen Prozesses mögüber das Steuergerät 11' geöffnet und ein Druckgas liehst selten durchzuführen. Das wird mit Vorteil über die Ventile 4 und 4 α in das Filter 3 eingeblasen, dadurch erreicht, daß die Regeneration des Filters 3 durch die Sonde in das Gasableitungssystem aus- und das Ausblasen des Wassers aus dem Kondensgeblasen und damit der Staub entfernt. Gleichzeitig gefäß des Kühlers 5 bei jeder Unterbrechung des mit den Ventilen 4 und 4 α wird ebenfalls über das 50 metallurgischen Prozesses selbsttätig erfolgt. Bei den Steuergerät 11 das Ventil 16 des Kühlers 5 geöffnet, Sauerstoffaufblas-Verfahren kann man z. B. beim wenn die Entstaubung und die Wasserentfernung Ausfahren der Blaslanze über eine vorgegebene Höhe gleichzeitig erfolgen sollen. Sollen die Entstaubung hinaus automatisch einen gegebenenfalls mehrfach und die Entwässerung gegeneinander phasenver- wiederholbaren Reinigungsprozeß durchführen,
schoben erfolgen, so werden bei geöffnetem Ventil 4 55 Auch eine weitere sehr empfindliche Prüfung der die Ventile 2, 4 a und 16 wechselweise geöffnet und Probenahmeeinrichtung auf ihre Dichtigkeit wird geschlossen. Im allgemeinen genügt ein Druckgas- mit Vorteil nur in Verfahrenspausen angewendet, strom bei z. B. 5 atü von etwa 1 see, um das Filter 3 Dabei wird das Ventil 2 z. B. im Anschluß an eine zu entstauben und das Kondensgefäß des Kühlers 5 Regeneration des Filters 3 geschlossen, während alle vom Wasser zu leeren. 60 übrigen Ventile arbeitsbereit sind. Ist die Probe-

Um eine höhere Betriebssicherheit zu erreichen, nahmeeinrichtung dicht, so geht der Gasstrom in

wird mit Vorteil parallel zu der aus Sonde 1, Einlaß- kurzer Zeit gegen Null. Im anderen Fall wird im

ventil 2, Filter 3, Ventil 4 und Kühler 5 bestehenden Strömungsmesser 9 auch nach Ablauf von einigen

Probenahmeeinrichtung ein in gleicher Weise auf- Sekunden noch eine geförderte Gasmenge gemessen,

gebautes System 15 vorgesehen, das in gestrichelten 65 Vom Steuergerät 11 wird dann zum Steuerstand 18

Linien dargestellt ist. ein Störungssignal gegeben. Auch der unter diesen

Bei zwei vorhandenen Probenahmeeinrichtungen Bedingungen erreichbare Unterdruck vor der Pumpe 6

wird daher bei Überschreiten des mit dem Mano- ist ein Maß für die Dichtigkeit der Probenahme-

5 6

einrichtung. Bei zwei parallel angeordneten Probe- Über das Ventil 4 wird das zur Reinigung des Filters

nahmesystemen erfolgt die Regeneration des Filters und Entwässerung des Kühlers erforderliche Druckgas

und die Dichtigkeitsprüfung vorteilhafterweise nach- eingeblasen. Da für die Entwässerung nur wenig

einander. Druckgas benötigt wird, wird gleichzeitig entstaubt

Ebenso wie die Filterregeneration und bei zwei 5 und entwässert. Nur etwa 10% des Druckgases

parallelen Probenahmesystemen die Umschaltung von strömt mit dem Kondenswasser durch das Ventil des

einem System auf das andere kann auch die Dichtig- Kühlers aus. Zur Reinigung wurde das Ventil 14

keitsprüfung mit Vorteil auf Anforderung vom Steuer- geschlossen und die Ventile 4 a, 4 und 16 gleichzeitig

stand 18 ausgelöst werden. für eine Sekunde geöffnet, wobei etwa 3 1 Druckgas

ίο mit 5 atü verbraucht wurden. Nach einem Druckgas-

Ausführungsbeispiel Stromstoß war das Filter und der Kühler wieder

betriebsfähig. Die Druckgasfüllung von der Sonde

An einen 3-t-Sauerstoffaufblaskonverter einer halb- bis zum Ventil 16 wurde nach der Regeneration in

technischen Versuchsanlage wurde in das wasser- die Analysatoren geleitet und dort angezeigt. Die

gekühlte Abgasableitungsrohr etwa 2,50 m vom Ein- 15 kurze Reinigungszeit und das geringe Tetvolumen

tritt des Abgases in die Abgashaube entfernt eine in den Leitungen und dem Filter ergaben nur eine

Sonde aus hochwarmfesten Material durch die Wand kurzzeitige Unterbrechung in der Abgaszufuhr zu

eingeführt. Die Sonde ragte etwa 10 mm aus der den Analysatoren und einen Einbruch von etwa

wassergekühlten Wand in das bis zu etwa 1100⁰C 3 Sekunden in der Anzeige. Stickstoff erwies sich

heiße Abgas hinein. Der innere Durchmesser der 20 unter den Betriebsbedingungen als das am besten

Sonde betrug 8 mm. Über ein Magnetventil war die geeignete Druckgas. Die Verbindungsleitung zwi-

Sonde mit dem Filter verbunden. Das Magnetventil sehen dem Ventil 14 bis zu den Analysatoren betrug

und der Filter waren durch Flanschverbindungen etwa 9 m und die Anzeigeverzögerung in den Analy-

verbunden, so daß sie leicht ein- und ausgebaut satoren selbst etwa 5 Sekunden bis zu 90% der

werden können. Das Magnetventil und der Filter 25 Anzeige. Die gesamte Anzeigeverzögerung betrug

wurden beheizt und auf über 100° C gehalten, damit knapp 8 Sekunden vom Eintritt des Gases in die

sich dort keine Feuchtigkeit niederschlagen konnte. Sonde 1 bis zur Anzeige.

Das Filtergehäuse ist leicht auseinanderzunehmen Im vorliegenden Beispiel wurde nur ein Filter-

und besitzt auf der Seite zur Sonde eine von oben system benutzt. Es traten im Verlauf einer Blas-

etwa tangential eingeführte Wirbelleitung, durch die 30 periode bis zu 4mal Verstopfungen des Filters auf,

über das Ventil 4a Druckgas eingeblasen werden d.h., der Unterdruck am Manometer fiel unter

konnte. Der eigentliche Filter ist ein Glasgewebe- 30 mm Hg ab, und die Reinigungsvorgänge Hefen

Filter, der nach etwa drei Chargen nahezu allen automatisch ab. In den Schreibstreifen für die Ana-

Feinststaub abfiltert, so daß eine weitere Filterung lysen war jeweils ein kleiner Einbruch zu erkennen,

nicht notwendig ist. Der runde Filter besaß bei einem 35 während die auf den Analysen aufgebaute Regelung

Probegasstrom von 500 bis 600 l/h einen Durch- der Lanzenstellung und des Sauerstoffstromes durch

messer von 100 mm. Das Tetvolumen des Filters die Filter-Regeneration nicht beeinträchtigt wurde,

betrug knapp 100 cm³. Der Innendurchmesser der Nach jeweils 30 Chargen war der Filter noch immer

Leitungen hinter dem Filter betrug nur noch 5 mm. voll einsatzfähig und bedurfte keinerlei Wartung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur selbsttätigen fortlaufenden Probenahme von Abgasen schnell ablaufender metallurgischer Verfahren, insbesondere der Sauerstoffaufblasverfahren, die in Reihenschaltung eine Sonde, ein Filter, einen Kühler, ein Absperr-Ventil, ein Druckmeßgerät und eine Förderpumpe und daran anschließend in Parallelschaltung Analysato- ι ο ren aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (3), dem ein Druckgasventil (4) zugeordnet ist, eine verhältnismäßig kleine wirksame Oberfläche aufweist, daß wenigstens einer der Analysatoren (7) mit einem Gasstrommesser (9) verbunden und daß ein Steuergerät (11) vorgesehen ist, mit dem das Druckmeßgerät (13), der Gasstrommesser (9), das Druckgasventil (4) und das Absperrventil (14) in Verbindung stehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Parallelschaltung zu den Analysatoren (7) ein Regelventil (8) angeordnet ist, das mit dem Gasstrommesser (9) und mit dem Steuergerät (11) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (3) zumindest etwa zylindrisch ausgebildet ist und das Filtergehäuse an den beiden Stirnseiten an das Leitungssystem angeschlossen ist und daß in das Filtergehäuse an dem der Sonde (1) zugewandten Ende tangential eine Druckgasleitung mündet, in der ein weiteres Druckgasventil (4a) angeordnet ist, das mit dem Steuergerät (11) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (3) ein Glasgewebe-Filter ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Druckgasventil (4) und dem Absperrventil (14) angeordnete Kühler (5) ein an das Steuergerät (11) angeschlossenes Kondenswasser-Aüslaßventil (16) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Sonde (1) und dem Filter (3) ein mit dem Steuergerät (11) verbundenes Einlaßventil (2) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderpumpe (6) leistungssteuerbar ist und mit dem Steuergerät (11) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sonden (1) vorgesehen sind und die beiden sich an diese anschließenden Leitungssysteme an einem einzigen Absperrventil (14) zusammengeführt sind.