DE19708331A1

DE19708331A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung der Feststoffverteilung in Rohrverteilern bei in Gasen transportierten Feststoffen

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Publication number: DE19708331A1
Application number: DE1997108331
Authority: DE
Original assignee: CONRADS HANS GEORG DIPL ING
Current assignee: CONRADS HANS GEORG DIPL ING
Priority date: 1997-03-04
Filing date: 1997-03-04
Publication date: 1998-09-10

Description

Bei in Rohren transportierten Feststoffen besteht häufig das Problem, das Feststoff/Gasgemisch an einem Rohrverteiler gleichmäßig auf die abgehenden Rohre aufzuteilen. Dies stellt besonders in Kohlekraftwerken ein Problem dar, da mehrere Kohlestaubbrenner über pneumatische Transportleitungen von einer Mühle gespeist werden. Eine häufig anzutreffende Bauart ist die, daß von einer Mühle ein Rohr ausgeht, das die Kohle über Rohrverteiler auf die Einzelbrenner aufteilt.

Die Rohrverteiler sind üblicherweise so ausgelegt, daß sich die Gasphase anhand der Strömungswiderstände gleichmäßig auf die abgehenden Rohre aufteilt.

Die Schwierigkeit besteht darin, die Feststoffphase genauso gleichmäßig auf die Rohre zu verteilen. Dies ist deshalb besonders schwierig, weil die Feststoffphase sich als Staubsträhne im Rohr ausbildet, die sich vorzugsweise in einem der abgehenden Rohre fortsetzt. So ist die Verteilung der Feststoff phase am Rohrverteiler anders als die der Gasphase.

Üblicherweise versucht man eine Strähnenbildung in den Rohren zu vermeiden. Dies wird versucht, indem man die vertikalen Einlaufstrecken vor den Rohrverteilern lang genug macht. Hier ist man allerdings häufig durch die baulichen Gegebenheiten des Kessels beschränkt. So kommt es immer wieder zu Strähnenbildung, die man durch Blenden und andere fest eingebaute Strömungshindernisse vor dem Verteiler auflösen will. Dies ist allerdings ebenfalls schwierig, da die Strähne über den Querschnitt wandern und somit ein fest eingebautes Hindernis umgehen kann.

Neuerung

Die Strähne wird erfindungsgemäß mit einem verfahrbaren Stab, der sich senkrecht zur Strömungs richtung im Rohrquerschnitt vor dem Rohrverteiler befindet, gestört, so daß sie sich vor dem Rohr verteiler durch Verwirbelung aufweitet und sich ähnlich wie die Gasphase auf die beiden Rohre ver teilt. Hierbei wird angenommen, daß die Abgänge des Rohrverteilers den gleichen Strömungswiderstand bezüglich der Gasphase aufweisen, so daß sie sich gleichmäßig auf die Rohrabgänge aufteilt. Als Folge wird sich die Feststoffphase ebenfalls weitgehend gleich auf die Rohrabgänge aufteilen.

Die Positionierung des Stabes über den Querschnitt an die Stelle, an der sich die Strähne im Quer schnitt befindet wird erfindungsgemäß durch eine rückgekoppelte Regelgröße wie eine akustische Messung am Stab bzw. eine On-Line-Durchflußmessung hinter oder vor dem Rohrverteiler über wacht, um so erfindungsgemäß die Position des Stabes der Strähnenposition im Rohr hinsichtlich ei ner optimalen Staubaufteilung auf die Rohrabgänge geregelt nachführen zu können.

Als On-Line-Messung werden hierbei Meßverfahren benannt, die kontinuierlich und in Echtzeit Meßwerte über der Durchsatz bzw. über die Position der Staubsträhne im Rohr liefern.

Eine Vorrichtung zur Realisierung dieser Erfindung ist das unten dargestellte Rohrpaßstück. In sei nem Innern befindet sich ein Halbring, der an seinen beiden Enden entlang einer Achse drehbar gelagert ist, wobei die Achse beide Enden berührt und senkrecht auf der Rohrlängsachse steht (die Konstruktion ist ähnlich der eines Eiskugelformers, bei dem die Speiseeiskugel durch einen schwenkbaren Halbring aus der metallenen Halbkugel gelöst wird). Durch einen Regelalgorithmus kann in Abhängigkeit vom Verfahrwinkel der Vorrichtung die optimale Gleichverteilung des Staubes hinter dem Rohrverteiler erreicht werden, indem man mittels einer On-Line-Messung hinter dem Staubverteiler die Aufteilung der Staubströme mißt. Der Aufprallstab wird dabei solange in seinem Winkel verstellt, bis sich bei der Differenz des Massedurchsatzes der beiden vom Verteiler abgehenden Rohre ein Minimum einstellt.

Alternativ hierzu läßt sich mit einer akustischen Messung an der Außenwandung des Rohres der durch Körperschall übertragene Aufprall der Strähne auf den Aufprallstab im Schall bzw. Ultra schallbereich ermitteln. Hierbei wird der Winkel des Aufprallstabes solange verstellt, bis ein Maximum bzw. eine charakteristische Frequenzverteilung des von dem Aufprall der Strähne auf den Aufprallstab herrührenden Schallpegels erreicht ist.

Die beiden Messungen lassen sich auch kombinieren, um so die Funktion von Aufprallverhalten (akustisch gemessen) und Änderung der Staubverteilung (On-Line-Messung) zu erhalten.

Beschreibung des Verfahrens und der Vorrichtungen Verfahren

Anhand Zeichnung 2 läßt sich das Verfahren erläutern. Hinter einer der unten beschriebenen Vorrichtungen zur Strähnenauflösung (9) befindet sich eine Einlaufstrecke (16) in den Staubverteiler (17). Die Staubdurchsätze der beiden abgehenden Rohre (14) werden durch On-Line-Sensoren (15) erfaßt. Die Signale werden in einen Prozeßrechner (12) geführt, der anhand der Staubverteilung des Antriebs (1), der zur hier beschriebenen Vorrichtung gehört so nachregelt, daß die Differenz der Staubdurchsätze der abgehenden Rohre (14) minimiert wird.

Bei der Vorrichtung wird der halbringförmige Aufprallstab solange rotiert, bis sich eine merkliche Veränderung in der Staubverteilung einstellt.

Alternativ zu den beiden o.g. Regelverfahren kann auch die Position der Staubsträhne (5) mittels einer On-Line-Positionsmessung (10) vor dem Staubverteiler gemessen werden (dies kann z. B. ein bekanntes Lasermeßverfahren sein, mit dem der Schwerpunkt der größten Staubkonzentration im Querschnitt bestimmt wird). Der Aufprallstab in Vorrichtung (9) wird anhand dieser Messung in die Strähne hineingefahren. Ordnet man eine solche Positionsmessung hinter der Vorrichtung zur Beeinflussung der Strähne an, kann die On-Line-Positionsmessung gleichzeitig als Rückkoppelgröße verwandt werden, da bei einem Auftreffen der Strähne auf den Aufprallstab eine eindeutige Lokalisierung der Strähne durch die On-Line-Positionsmessung aufgrund er sich ausbildenden Turbulenzen nicht mehr möglich ist. So kann überprüft werden, ob die Positionierung des Aufprallstabes hinsichtlich des zu erreichenden Effektes korrekt ist.

Alternativ hierzu läßt sich anstatt der On-Line-Durchflußmessung bzw. der On-Line-Positionsbestimmung der Strähne vor dem Rohr ein akustischer Sensor (11) anbringen, dessen Signal ausgewertet wird. Der Prozeßrechner (12) regelt der Antrieb dann so nach, daß der Stab (6) in Zeichnungen 1 und 3 in die Strähne gefahren wird, wobei ein charakteristisches Signal (Maximum oder spezielle Intensitätsverteilung über das Frequenzspektrum) als charakteristischer Schwellwert herangezogen werden kann.

Unabhängig von den o.g. Meßverfahren zur Ermittelung einer Führungsgröße hinsichtlich der Beeinflussung der Strähne wird durch das Verfahren eine Angleichung der Feststoff an die Gasphase vor dem Verteiler erreicht, und dies geschieht unabhängig von der Position der Strähne, da die Staubverwirbelungseinrichtung bei sich ändernder Strähnenlage geregelt nachführbar ist. Hierdurch wird also eine gezielte Beeinflussung der Feststoffphase erreicht, ohne die Gasphase zu verändern.

Vorrichtung

Die Vorrichtung 1 besteht aus einem Rohrpaßstück (3), in welchem ein Halbring (6) - nachfolgend auch Aufprallstab genannt - montiert ist. Er ist in Durchführungen (19) drehbar gelagert. Die Drehachse (9) berührt die beiden Enden des Ringes und steht senkrecht zur Rohrlängsachse (4). Der Halbring kann somit durch eine Drehung um die Achse (9) so verstellt werden, daß er jeden Punkt des Rohrquerschnittes erreicht. Hierbei ändert sich der Strömungswiderstand des Rohrpaßstückes nur unwesentlich, da eine wesentliche Verengung des Rohrquerschnittes nicht erfolgt. Die Verfahrrichtung (18) ist in Bild 1 rechts dargestellt.

Ein weiterer Vorteil des hier beschriebenen Halbringes (6) ist, daß er durch eine Bohrung in der Rohraußenwand eingeführt und an dieser, sowie an einer gegenüberliegenden Bohrung befestigt werden kann. Es ist also nicht zwingend notwendig ein eigenes Paßstück einzubauen, was bei großen Rohrleitungen die Installationskosten minimiert.

In Zeichnung (1) rechts ist das Paßstück im Längsschnitt zu sehen. Der Aufprallstab (6) ist in seinem Profil dreieckig ausgebildet, er kann aber auch andere optimierte Strömungsprofile haben. In Zeichnung 3 ist der Stab im Querschnitt zu erkennen. Der Stabkern (8) ist an seiner Vorderseite mit einer Panzerung (7) aus Hartmetall oder einem anderen harten keramischen Metall gegen Abrasion versehen.

Bezugszeichenliste

1

Antrieb

2

Antriebswelle

3

Rohrpaßstück

4

Längsachse

5

Staubsträhne

6

Aufprallstab

7

Panzerung

8

Kernstab

9

Drehachse des Halbringes

10

On-Line-Positionsmessung der Strähne

11

Mikrophon

12

Auswerterechner

13

Zuführendes Rohr

14

Rohrabgänge

15

On-Line-Sensoren

16

Einlaufstrecke in den Rohrverteiler

17

Rohrverteiler

18

Verfahrrichtung

19

Gelagerte gasdichte Durchführungen

Claims

1. Ein Verfahren zur Optimierung der Gleichverteilung der Feststoffphase in Rohrverteilern bei in Gasen transportierten Feststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Staubverteiler ein in seiner Position verfahrbares Strömungshindernis mittels einer rückgekoppelten On-Line-Durchflußmessung so verfahren wird, daß sich bei der Differenz der Durchflüsse der Feststoffphase aus den Rohrabgängen ein Minimum einstellt.

2. Verfahren nach Ansprüchen 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine On-Line-Messung der Strähnenposition innerhalb des Querschnitts vor dem Staubverteiler dazu herangezogen wird, einen Aufprallstab gezielt in die Strähne zu positionieren.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine akustische Messung des Aufpralls der Strähne auf den Auf prallstab zur Regelung des verfahrbaren Aufprallhindernisses herangezogen wird.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Aufprallstäbe entlang der Rohrachse hintereinandergeschaltet sind.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein in das Rohr integrierbares Paßstück mit einem Ringsegment halben Kreisumfanges versehen ist, welches von seinem Radius nur unwesentlich kleiner als der Innendurchmesser des Rohres ist und mit seinen beiden Enden auf einer Achse, welche die Rohrlängsachse senkrecht schneidet drehbar gelagert ist, und so durch eine 180 Grad Drehung jeden Punkt im Rohrquerschnitt erreichen kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbar gelagerte Ringsegment mittels eines geregelten Antriebes an jede Stelle des Querschnitts positioniert werden kann.

7. Vorrichtung nach Ansprüchen 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikrophon an der Außenwandung des Paßstückes angebracht ist und den Körperschall als Meßwert zur Regelung des Verstellantriebes aufnimmt.

8. Vorrichtung nach Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufprallstab durch eine Bohrung in der Außenwandung des Paß stückes entnehmbar ist.

9. Vorrichtung nach Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufprallstab mit Hartmetall oder einer anderen hoch abrasivfesten Keramik gepanzert ist.