DE2655432A1

DE2655432A1 - Vorrichtung zur entnahme von staubfoermigen feststoffen

Info

Publication number: DE2655432A1
Application number: DE19762655432
Authority: DE
Inventors: Auzac Gerard D; Joseph Majerowicz
Original assignee: Societe dApplications de la Physique Moderne et de lElectronique SAPHYMO Stel
Current assignee: Societe dApplications de la Physique Moderne et de lElectronique SAPHYMO Stel
Priority date: 1975-12-09
Filing date: 1976-12-07
Publication date: 1977-06-30
Also published as: FR2334950A1; FR2334950B1

Description

H Dezember

M Ü N C H O N 2 1 ⁷· ^Dezember

OOTTHARDSTR. 81 9226-lV/Hg

Saphymo-Stel, Avenue Carnot 29, P-91302 Massy (Prankreich)

Vorrichtung zur Entnahme von staubförmigen Peststoffen

Priorität: Frankreich/ 9* Dezember 1975, 75 37665

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entnahme von staubförmigen Feststoffen (oder pulverförmigen Stoffen) aus Räumen, in denen die Dichte dieser Stäube gemessen werden soll, wobei es sich beispielsweise um Kamine handeln kann, die staubförmige Feststoffe in die Atmosphäre abgeben oder um staubbeladenes Gas führende Leitungen.

Staubförmige Feststoffe sind als die gefährlichsten atmosphärischen Verschmutzungen festgestellt worden, so daß sie mit großer Genauigkeit insbesondere an ihrem Entstehungsort kontrolliert werden müssen, das heißt beispielsweise beim Austritt aus Kaminen oder aus Gasabzugsrohren. Diese Kontrolle der Emission von staubförmigen Peststoffen mit in die Atmosphäre abgegebenen Gasen ist Gegenstand strenger Auflagen in den meisten Ländern.

Außerdem kann die Kenntnis der Konzentration der zurückgehaltenen Feststoffe im Rahmen einer Prozeßsteuerung dazu diaien, die Wirksamkeit von Filtern zu überwachen und deren Entstaubung auszulösen.

Ein bekanntes Verfahren zur Messung dieser Konzentration besteht darin, eine Gasprobe aus der Leitung oder dem Rohr zu entnehmen, den darin enthaltenen staubförmigen Feststoffanteil in einem FiI-

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ter zu sammeln und die Masse dieser Peststoffe - beispielsweise durch Wägung oder ein anderes bekanntes Verfahren - zu messen und gleichzeitig das Volumen und den Durchfluß des entnommenen Gases mitzumessen. Diese beiden Messungen der Masse und des Volumens erfordern eine hohe Genauigkeit.

Zur Entnahme einer Probe aus dem Inneren des Rohres und zum Transport bis zu dem Filter wird eine rohrförmige Vorrichtung verwendet, die als Entnahmerohr oder als Entnahmesonde bezeichnet wird und deren Länge drei Meter erreichen oder überschreiten kann. Dieses Entnahmerohr, das nachfolgend kurz als Sonde bezeichnet wird, spielt eine bestimmende Rolle bei der Genauigkeit der Messung.

Die von dem Gasstrom in dem Rohr mitgeführten Stäube haben die Neigung, sich an den Innenwänden der Sonde durch Sedimentierung oder durch Aufprallen abzusetzen.

Dies führt zu einem Verlust an Staub, der nicht zu dem Filter gelangt und im Laufe der Zeit kann das Rohr sich zusetzen oder eine Änderung des Durchmessers der Eintrittsdüse eintreten, die eine maßgebliche Rolle für die Repräsentativität der entnommenen Probe spielt.

Das Ausmaß der Massenverluste in der Sonde hängt von zahlreichen Faktoren ab, beispielsweise dem Oberflächenzustand, der Temperatur der Wände, dem Strömungszustand, der Art des Staubes, dem granulometrischen Spektrum und so weiter.

Es sind bereits verschiedene Verbesserungsversuche bekannt, so etwa die Verdünnung der entnommenen Gase durch Zuführung einer zusätzlichen Menge entstaubter Luft. Eine solche Vorrichtung führt zu einer Verdopplung der Durchflußmeßmittel, die im allgemeinen sehr teuer sind. Außerdem muß dann durch das Filter das Fünf- bis Zehnfache der aus dem Kamin entommenen Probemenge hin-

_ ~X mm

7 0 °: R 2 R / π 7 0 0

durchgeleitet werden und es stellen sich beträchtliche Probleme hinsichtlich des Druckverlustes. Die Wirksamkeit dieser Vorrichtung ist nicht sichergestellt.

Eine andere, verwickeitere Lösung besteht darin, die Stäube auf einer Art von Luftkissen zu transportieren. Das Ansaugrohr besteht dann aus einem porösen Werkstoff, beispielsweise rostfreiem Stahl bekannter Porosität. Man läßt dann durch die Wand zusätzliche, staubfreie Luft ansaugen, die im Inneren des Rohres einen Mantel bildet, so daß die längs der Rohrachse transportierten, staubförmigen Peststoffe nicht mit den Wänden in Berührung kommen. Eine solche Vorrichtung ist kostspielig und erfordert ebenfalls wieder die Kontrolle von zwei Durchflüssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Entnahme von staubförmigen Peststoffen aus einem gasgefüllten Raum zu schaffen, die sowohl im Aufbau als auch in der Verwendung einfach ist, die vorstehend erwähnten Nachteile vermeidet und vor allem auch vermeidet, daß die angesaugten Peststoffe an den Innenwänden der Sonde haften bleiben.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen angegeben. Sie beruht darauf, daß am Mundstück der Sonde ein Verschlußorgan angeordnet ist, das während einer Entnahmeperiode einmal oder mehrmals rasch betätigt wird, während die Ansaugmittel in Betrieb bleiben, so daß in der Sonde ein oder mehrere Druckstöße erzeugt werden, die verhindern, daß die Peststoffe sich im Inneren der Sonde absetzen. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise gleichzeitig die einleitend geschilderte Meßungenauigkext und das Risiko eines Zusetzens der Sonde vermieden.

Jede Messung durch Entnahme einer Gasprobe umfaßt eine Entnahmeperiode oder Ansaugperiode, gefolgt von einer Periode zum Filterwechsel und zur Messung der darin während der Ansaugperiode abgesetzten Stäube; es ist daher wünschenswert, daß außerhalb der eigentlichen Ansaug- oder Entnahmeperioden keine staubförmigen

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Peststoffe in die Sonde eindringen können. Hierzu wird das Verschlußorgan zu Beginn und am Ende jeder Entnahmeperiode betätigt, so daß es außerhalb der Entnahmeperioden die Mündung verschließt.

In der Zeichnung ist die Vorrichtung nach der Erfindung in einer beispielsweise gewählten Ausführungsform schematisch vereinfacht und in Verbindung mit einem erläuternden Diagramm dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Entnahmevor

richtung ,

Pig. 2 Zeit diagramme zur Veranschaulichung un

terschiedlicher Verwendungsmethoden der Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Entnahmerohr oder eine Sonde, die die Wand 1 eines Kamins oder einer Leitung 2 zum Abzug staubbeladener Gase durchquert.

Eine solche Sonde besteht in ansich bekannter Weise aus einem Rohr 3, das die staubbeladenen Gase einem Filter 4 zuführt, das die Form einer Scheibe, einer Kartusche oder eines automatisch weiterlaufenden Bandes haben kann und in einem Filterträger 5 untergebracht ist. Die Gase werden aus der Leitung 2 in Richtung auf das Filter durch eine Pumpe 6 angesaugt. Ein Rohr 7 verbindet das Rohr 3 der Sonde mit dem Filterträger.

Die Mündung der Sonde in der Leitung 2 besteht aus einer Düse 8, deren Profil, Durchmesser und Eintrittsquerschnitt mit großer Genauigkeit einerseits derart festgelegt sind, daß sie die Strömung der Gase in der Leitung nicht stören, was die Messungen verfälschen würde und andererseits keine Differenzierung der Stäube in Abhängigkeit von den Partikeldurchmesser stattfindet. Das äußere Rohr 9 bildet einen Schutzmantel für das Rohr 3. Dieses Rohr ist im übrigen besonders empfindlich, da es im allgemeinen mit einer Vorrichtung 10 zur Wiedererhitzung seiner Wände ausge-

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stattet ist. Diese Vorrichtung ist notwendig wegen der hohen in dem Rohr 2 herrschenden Temperatur und dem hohen Wasserdampfanteil, der dort gewöhnlich vorhanden ist. Die Abmessungen der die Sonde bildenden Teile sowie die Form des sie mit dem Filterträger 5 verbindenden Rohres 7 schwanken und hängen insbesondere von der Art des zu kontrollierenden Kamines 2 oder der Leitung 2 ab.

Die bis hierher beschriebene Sonde ist bekannt. Sie arbeitet folgendermaßen: Während einer ersten Ansaugperiode wird die Pumpe 6 in Betrieb gesetzt und die Gase aus der Leitung 2 werden von der Sonde angesaugt; während der zweiten, sogenannten Meßperiode arbeitet die Pumpe nicht, das Filter wird von seinem Träger genommen und der Staub, der sich darauf abgesetzt hat, wird gewogen. Hieraus ergeben sich die beiden schon genannten schwerwiegenden Nachteile, nämlich ein Teil des Staubes, der hätta gewogen werden müssen, bleibt in der Sonde und die Sonde setzt sich zu und kann verstopfen.

Die Vorrichtung hilft dem ab durch ein Verschlußorgan für die Mündung der Düse 8, das beispielsweise aus einem Ventilkörper 11 mit sphärischem Profil besteht, der von einer Pfanne 12 gehalten wird, Die Aufhängung des Ventilkörpers 11 in der Pfanne 12 besitzt hinreichende Freiheit, daß der Ventilkörper sich in passender Weise auf die öffnung der Düse 8 legen kann und eine gute Abdichtung während des Verschließens ergibt (dargestellte Stellung in Fig. 1).

Der Ventilkörper kann auch ein Kegelprofil haben oder eben sein (Ventilklappe); es genügt, daß dieser Ventilkörper ein gutes Verschließen der Düse 8 erlaubt. Der Ventilkörper besteht vorzugsweise aus Metall, wenn die Temperatur in der Leitung 2 hoch, das heißt z.B. zwischen 180 und 500 Grad Celsius liegt; der Ventilkörper kann auch aus einem weichen Werkstoff, beispielsweise Kunststoff,bestehen, wenn es sich um niedrigere Temperaturen handelt.

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Die Pfanne 12 besitzt hinreichend große Ränder in Bezug auf den Ventilkörper H₃ um als Ablenkorgan wirken und das Äußere der Düse gegen dagegenfliegende Teilchen und Niederschläge bei geschlossener Düse schützen zu können.

In dem hier dargestellten Beispiel ist die Pfanne 12 an einem Arm 18 befestigt, dessen Form und Abmessungen von denjenigen der Soröb abhängen. Ein einfaches Gelenk, das temperatur- und korrosionsfest ist, verbindet den Arm 18 mit einem Steuergestänge 14 und 15; diese gelenkige Verbindung ist beispielsweise so ausgeführt, daß dann, wenn die Stange 15 von links nach rechts verschoben wird, die Pfanne 12 sich hebt und die Düse 8 verschlossen wird, während bei Verschiebung der Stange 15 in der Gegenrichtung die Pfanne sich senkt und die Düse 8 freigegeben wird.

Das Steuergestänge wird durch ein Betätigungsorgan 16 betätigt, das vorzugsweise aus einem pneumatischen Zylinder besteht, das jedoch auch mittels eines Elektromagneten oder eines Motors verwirklicht sein kann. Dieses Betätigungsorgan 16 wird mit Hilfe einer Steuerschaltung 17 gesteuert.

Die Zeile a) in Fig. 2 veranschaulicht in Abhängigkeit von der Zeit t die Dauer Tp einer Entnahmeperiode oder Ansaugperiode; während der gesamten Zeit Tp ist die Pumpe 6 in Betrieb (Hoehlage der Linie a); vor und nach dieser Periode, deren Dauer je nach Art der Prüfung oder Messung sehr verschieden sein kann, ist die Pumpe stillgesetzt und es wird kein Gas angesaugt.

Die Zeilen b), c), d) und e) der Fig. 2 veranschaulichen sehematisch und nicht maßstäblich eine Anzahl von Möglichkeiten der Verwendung oder des Betriebes der beschriebenen Vorrichtung.

Die Hochlage entspricht in diesen Diagrammen der Offenstellung der Düse 8, während die Tieflage der Schließstellung F entspricht.

In allen hier dargestellten Fällen ist die Düse stets geschlos-

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sen, solange nicht angesaugt wird, das heißt außerhalb der Entnahmeperioden Tp. Diese Bedingung ist für das Arbeiten der beschriebenen Vorrichtung nicht unerläßlich, da von ihr das Auftreten der pneumatischen Stoßwellen oder Druckstöße nicht abhängt; dennoch ist die Einhaltung dieser Bedingung vorteilhaft, da ein Verschmutzen, beispielsweise ein Verrußen oder ein Verstopfen der Mündung und des Rohres durch die staubförmigen Peststoffe vermieden wird, die andernfalls mit geringer Geschwindigkeit zwischen zwei Perioden Tp in die Sonde eindringen würden, was vor allem bei kontinuierlich arbeitenden überwachungsvorrichtungen dieser Art schädlich ist, da sie ohne Unterbrechung mehrere Monate lang arbeiten können müssen.

Die Zeile b) zeigt eine Betriebsart, die angewendet werden kann, wennbexspxelswexse Tp sehr lang ist, z.B. 20 Minuten beträgt. In diesem Fall kann die Düse 8 während sehr kurzer Zeiten θ verschlossen werden, um Druckstöße zu erzeugen, und zwar mehrmals je Periode Tp, beispielsweise alle 5 Minuten.

Die so erzeugten Druckstöße oder pneumatischen Schockwellen in der Sonde, aus der fortlaufend angesaugt wird, bewirken, daß die noch in Suspension befindlichen Stäube aus der Sonde entleert werden und daß eine Ansaugkraft erzeugt wird, die die jfisch an den erhitzten Wänden abgesetzten Stäube löst, bevor sie Zeit haben, dort eine feste Haftung aufzubauen.

Die Zeile c) veranschaulicht eine Arbeitsweise der Vorrichtung, die noch wirkungsvoller als diejenige nach Zeile b) ist und wobei die Entnahmeperiode Tp mit einem kurzen Schließen, gefolgt von einem kurzen öffnen, endet, das mit dem Ende von Tp zusammenfällt. Der Druckstoß entsteht hier am Ende der Entnahmeperiode, was die Bedingung für einen optimalen Betrieb ist.

Die Zeile d) zeigt die gleiche Betriebsart wie c), was den abschließenden Zyklus - kurzes Schließen - kurzes öffnen - anbelangt, bezieht sich jedoch auf eine kürzere Periode Tp, bei der es nicht

— 8 —

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notwendig ist, im Laufe von Tp mehrere Druckstöße zu erzeugen.

Die Zeile e) zeigt schließlich eine Arbeitsweise, bei der die Entnahmeperiode mit mehreren Zyklen - kurzes Schließen - kurzes öffnen -,in diesem Fall zwei solcher Zyklen, endet.

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Claims

DIETRICH LEWINSKY HEiNZ- 3OACHiM HUBER REIFJER PRIETSCH MÖNCHEN 21 GOTTHARDSTR. 81 7. Dezember 1976 Saphymo-Stel 9226-IV/Hg Patentansprüche;

1. Vorrichtung zur Entnahme von staubförmigen Feststoffen aus einem gasgefüllten Raum, mit einem Entnahmerohr, dessen eines Ende, das sogenannte Mundstück, in den Raum reicht und dessen anderes Ende Mittel zum Ansaugen von staubbeladenem Gas aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück ein Verschlußorgan aufweist und Betätigungsmittel hierfür vorgesehen sind, die das Verschlußorgan wenigstens einmal für eine kurze Zeit während jeder Entnahmeperiode verschließen, wobei die Ansaugmittel"durchgehend in Betrieb bleiben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan jeweils zu Beginn und am Ende einer Entnahmeperiode öffnet und schließt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan wenigstens einmal kurz vor dem Ende jeder Entnahmeperiode kurz schließt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf das kurze Schließen ein kurzes öffnen folgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Zyklus - kurzes Schließen - kurzes öffnen - dem Ende der Entnahmeperiode entspricht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß meh-

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rere Zyklen - kurzes Schließen - kurzes öffnen - vor dem Ende einer Entnahmeperiode aufeinanderfolgen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmittel für das Verschlußorgan außerhalb der Entnahmevorrichtung liegen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis I₃ dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan einen auf dem Entnahmerohr gelagerten, beweglichen Ventilkörper (11) umfaßt, dessen Verschiebung die Betätigungsmittel steuern.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmittel ein Betätigungsorgan (16) umfassen, das nach Erhalt von Steuersignalen von einer Steuerschaltung (17) die Verschiebung des Ventilkörpers (11) steuert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9* dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper in einer Pfanne (12) gehalten ist, die mit dem Entnahmerohr beweglich verbunden ist und hinreichend hohe Ränder (13) besitzt, um das Mundstück zu schützen, wenn der Ventilkörper (11) in Schließstellung ist und um als Abweiser für das Mundstück zu dienen.

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