DE2702485A1

DE2702485A1 - Alarmsystem zur abtastung eines ueberdruckes in oefen

Info

Publication number: DE2702485A1
Application number: DE19772702485
Authority: DE
Inventors: Robert D Reed; Vernon A Street
Original assignee: John Zink Co
Current assignee: Zinklahoma Inc
Priority date: 1976-01-22
Filing date: 1977-01-21
Publication date: 1977-07-28
Also published as: JPS5290823A; GB1565001A; FR2339149A1; CA1096008A; IT1086756B; NL7700611A; US4080151A

Description

Alarmsystem zur Abtastung eines Überdruckes in öfen

Die Erfindung betrifft ein Alarmsystem zur Abtastung eines Überdruckes in öfen, in denen Brennstoffe verbrannt werden, wobei das System die Aufgabe hat, den in einem solchen Ofen herrschenden Druck zu ermitteln und Alarm zu geben, sobald der Ofendruck den Atmosphärendruck übersteigt.

Bei den Verfahren, bei denen in einem Ofen Wärme freigesetzt wird, die an in Rohren geführte Fluide abgegeben wird, wird der "Ofenzug" dazu benutzt, die zur Brennstoffverbrennung erforderliche Luft anzusaugen. In solchen öfen ist es schädlich und bedeutet gleichzeitig eine Verschwendung an Brennstoff, wenn der Druck innerhalb des Ofens größer als der Atmosphärendruck ist. Normalerweise wird in diesem Zusammen-

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hang unter dem Begriff "Zug" ein Druck innerhalb des Ofens verstanden, der unter dem Atmosphärendruck liegt. Der Begriff "Druck" bedeutet dagegen einen Druckzustand innerhalb des Ofens, der größer als der Atmosphärendruck ist.

Normalerweise haben die den Ofen betreibenden Personen keine Ahnung von dem im Ofen herrschenden Druck. Demzufolge wird Brennstoff vergeudet, und es kann zu Beschädigungen des Ofens kommen, da die sehr heißen Ofengase durch die in der Ofenkonstruktion vorhandenen öffnungen ausgetrieben werden. Insbesondere treten Beschädigungen an dem Ofendach und vor allem im Feuerraum auf, wo der Ofendruck am größten ist. Der Ofenzug steigt an, je weiter man sich im Ofen abwärts bewegt, und verkleinert sich im Ofen in Aufwärtsrichtung. Der kleinste Zug sollte im Ofen an einer beliebigen Stelle und zu einer beliebigen Zeit wenigstens 0,76 mm WS betragen. In diesem Zusammenhang wird auf die Druckschrift "Furnace Operations" von Reed, Gulf Publishing Company, Seite 84, verwiesen.

Der Wind bewirkt Veränderungen des Atmosphärendruckes, die 0,76 mm WS weit überschreiten, so daß bei der Messung von vergleichsweisen Ofen- und Atmosphärendrücken eine Stabilisierung des Atmosphärendruckes notwendig wird. Auf Seite 93 der obigen Veröffentlidiung sind Mittel zur piezometri sehen Stabilisierung des Atmosphärendruckes gezeigt, der von einem Meßgerät oder Manometer angezeigt wird. Die gleiche Vorrichtung wird bei der Stabilisierung des Atmosphärendruckes zur Anzeige des Ofendruckes benötigt, wobei nur ein Unterschied vorhanden ist, der darin besteht, daß bei der Druck- bzw. Oberdruckanzeige eine Gasbewegung stattfindet, während bei der Saugzug- oder Unterdruckmessung keine Gasbewegung erfolgt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine zum

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Einbau in einen Ofen geeignete Vorrichtung zu schaffen, die immer dann eine Anzeige liefert, wenn der Druck innerhalb des Ofens größer ist als der Atmosphärendruck, wobei die im obigen erwähnten Nachteile nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Kammer geschaffen wird, die unter einem Druck gehalten wird, der gleich dem mittleren oder Durchschnittswert des Atmosphärendrucks ist. Diese Kammer, die ein erhebliches Volumen aufweist, ist geschlossen und besitzt nur einen Anschluß für eine Rohrleitung am Boden sowie mehrere kleine öffnungen in der Nähe ihres Daches oder Deckels. Sie wird im Freien in einiger Entfernung von Gebäuden und insbesondere von dem betreffenden Ofen aufgestellt. Die Wirkung des über die Kammer blasenden Windes ist auf ein Kindestmaß beschränkt, und das große Luftvolumen innerhalb der Kammer dientals Mittel zur Durchschnittsbildung für den Atmosphärendruckwert über eine bestimmte Zeitspanne, die im Vergleich zu der Zeit^anne, in der einzelne Windstöße stattfinden, sehr lang ist.

Durch die Ofenwand wird eine Leitung an eine gewählte Stelle eingeführt, wo der im Ofen herrschende Druck gemessen werden soll. Das äußere Ende der Leitung ist durch ein Rohr an die Kammer angeschlossen. Wenn der im Ofen herrschende Druck geringer ist als der Atmosphärendruck, der von dem Luftdruck innerhalb der Kammer angegeben wird, dann findet ständig ein Luftstrom durch die öffnungen in die Kammer hinein statt, ferner von der Kammer durch das Anschlußrohr und von diesem dann durch die Leitung in den Ofen. Wenn jedoch zu einem beliebigen Zeitpunkt der Druck innerhalb des Ofens größer ist als der Atmosphärendruck, kehrt sich der Gasstrom um, und heiße Verbrennungsgase aus dem Ofen strömen durch die Leitung

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und das Anschlußrohr in die Kammer.

Ein Temperaturfühler wird vorzugsweise an der Verbindungsstelle zwischen der Leitung und dem Anschlußrohr in das System eingesteckt. Dieser Fühler ermittelt die Temperatur des Gases, das sich vom Anschlußrohr weg oder zum Anschlußrohr hin bewegt. Wenn die Gastemperatur hoch ist, so ist dies ein Anzeichen dafür, daß der in dem Ofen herrschende Druck größer ist als der Atmosphärendruck, und dann wird ein geeigneter Alarm ausgelöst.'

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Alarmsystem zur Ermittlung des Ofendruckes, der größer als der Atmosphärendruck ist,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der in Fig. 1 gezeigten Kammer längs der Linie 2-2 in Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein allgemein mit 10 bezeichnetes Alarmsystem dargestellt. Dieses System weist mehrere Teile auf. Zu diesen Teilen gehört ein allgemein mit 12 bezeichneter Probenentnahmeteil, ein allgemein mit 14 bezeichnetes Alarmsystem und ein allgemein mit 16 bezeichneter Bezugsdruckteil.

Ein Ofen 18 weist ein Dach oder eine Kuppe 22 und einen Wandteil 24 sowie andere Teile auf, die bekannt sind und hier nicht dargestellt wurden. Diese Teile umschließen einen Verbrennungsraum 20, in dem ein Innendruck P* herrscht. Der Druck P₁ soll gemessen werden, und es soll ein Alarm ausge-

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löst werden, sobald der Druck größer ist als der Druck P~ in der Kammer 16, die dazu dient, einen Druck zu liefern, der gleich dem kurzzeitigen durchschnittlichen Atmosphärendruck ist.

Der Probenentnahmeteil 12 des Systems 10 weist ein Rohr 26 auf, das durch die Wand des Ofens bis zu einer Stelle hindurchgeführt ist, an der der Druck gemessen werden soll. Dieses Rohr erstreckt sich aus der Ofenwand heraus und hat einen Seifenarm 32. Die Rohre 26 und 32 sind mit einer gewöhnlichen Isolierung 30 umgeben. Das Ende des Rohres ist verschlossen, und die Verbindungsstelle, an der das Rohr 32 an das Rohr 26 angeschlossen ist, ist in einiger Entfernung von dem Ende 28 angeordnet. Ein Wärmefühler 48, beispielsweise ein Thermoelement, ist an einer Stelle des Endes 34 des Rohres in das Rohr 32 eingeführt. An dem Ende 34 des Rohres ist eine Rohrleitung 36 an das Rohr angeschlossen.

Eine Bezugsdruckvorrichtung oder Kammer 16 ist so ausgebildet, daß der Druck Pp im Raum 44 innerhalb des Gehäuses 38 der Kammer im wesentlichen gleich dem Mittel- oder Durchschnittswert des momentanen Atmosphärendruckes ist. Die Kammer 16 hat einen rohrförmigen Teil 38 mit einem bodensei ti gen Teil 40 und einem kopfseitigen Ende 42, die beide geschlossen sind. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, mit der die Rohrleitung 36 an den Boden der Kammer angeschlossen werden kann. In der Nähe des oberen Endes der Kammer befinden sich mehrere kleine öffnungen 46, die rund um den Umfang angeordnet sind. Die öffnungen sind genauer in Fig. 2 dargestellt. Die gesamte Querschnittsfläche der öffnungen sollte vorzugsweise

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kleiner als 1% der Querschnittsfläche der Kammer sein. Im allgemeinen sollte das Verhältnis von Länge zu Durchmesser (L/D) der Kammer wenigstens 1 betragen, vorzugsweise jedoch größer sein.

Der Zweck der Kammer 16 besteht darin, ein großes, stabiles Luftvolumen zu schaffen, das durch eine Vielzahl kleiner öffnungen 46 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Immer dann, wenn eine Windbö auftritt, in der der Atmosphärendruck momentan ansteigt oder abfällt, strömt Luft durch die öffnungen 46 in oder aus der Kammer. Da der Luftstrom, durch die öffnungen begrenzt ist, kann sich die gesamte in der Kammer vorhandene Luftmenge nicht schnell ändern. Somit stellt über längere Zeit der Bezugsdruck ?2 innerhalb der Kammer einen Durchscnittswert des Atmosphärendruckes dar. Die Zeitspanne, über die diese Durchschnittswertbildung stattfindet, ist eine Funktion der Größe der öffnungen 46 in Abhängigkeit von dem Gesamtvolumen der in der Kammer befindlichen Luft. Dieses Verhältnis sollte groß genug sein, so daß der Durchschnittswert eine Periode mehrere aufeinanderfolgender Windböen abdeckt. Die Kammer 16 ist vorzugsweise senkrecht aufgestellt.

Da der Atmosphärendruck in der Nähe von Gebäuden oder Hindernissen, aufgrund der Tatsache, daß der Wind auf kritische Oberflächen, etc. auftritt, stark schwankt, sollte die Kammer vorzugsweise in einem Bereich angeordnet werden, der von dem Ofen selbst oder von Gebäuden entfernt ist, da nachteilige Windzustände die P.-Pg-Beziehung stören könnten, wodurch dann entweder ein unbegründeter Alarm ausgelöst wird oder gerade dann nicht ausgelöst wird, wenn er ausge-

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löst werden sol I te.

Der Druck P₁ innerhalb des Ofens ist entweder ein "Saugzug", der kleiner ist als der Atmosphärendruck, oder ein "Druck", also überdruck, der also größer ist als der Atmosphärendruck. Der Druck P₂ innerhalb der Kammer 16 wird als Atmosphärendruck betrachtet, wobei die Kammer so ausgelegt ist, daß sie verhältnismäßig unempfindlich für Druckschwankungen ist, die von Windböen oder anderen Luftwirbeln herrühren.

Wenn P₁ in dem Ofen kleiner ist als der Atmosphärendruck, wird Luft veranlasst, aus der Kammer 16 durch die Rohrleitung 36 in das Rohr 32 und das Rohr 36 und von dort in den Ofen 20 einzuströmen. Dieser Luftstrom ist kalt, und der Temperaturfühler, beispielsweise das Thermoelement 48, zeigt eine tiefe Temperatur an. Es wird kein Alarm ausgelöst, da dies nicht notwendig ist. Wenn jedoch P₁ größer ist als der Atmosphärendruck, strömt Gas aus dem Ofen durch die Rohre 26 und 32 und die Rohrleitung 36 in die Kammer 16 und von dort durch die öffnungen 46 in die Atmosphäre. Dieser Gasstrom aus dem Ofen ist sehr heiß, und da er sich über das Thermoelement 48 bewegt, vergrößert er die Ausgangsspannung, wodurch ein Alarm ausgelöst wird.

Die Klemmen des Thermoelements 48 sind mit 50 bezeichnet und liegen an einer Spannungsfühlervorrichtung 52 herkömmlicher Bauweise, die Kontakte bildet, welche sich schließen und über Leiter 56 an eine Signal- oder Alarmeinrichtung 58 Strom abgeben. Der Strom bzw. die Spannung zur Betätigung des Alarmsystems wird über die Leiter 60 in herkömmlicher Weise zugeführt. Da zwischen der Tempera-

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tür des über das Thermoelementes strömenden Gases, wenn sich das Gas von dem Ofen zur Kammer bewegt, im Vergleich zu der Temperatur, die auftritt, wenn das Gas in normaler Weise von der Kammer zum Ofen strömt, eine große Differenz vorhanden ist, wird am besten die Alarmerzeugung in Abhängigkeit von der von dem Thermoelement gelieferten elektrischen Spannung bewirkt.

Die Konstruktion der Rohre 26 und 32 ist so geartet, daß das Thermoelement vor direkter Strahlung geschlitzt werden muß, die vom Inneren des Ofens ausgesandt wird, da eine Messung der Ofengastemperatur verlangt wird. Somit ist das Rohr 32 in einger Entfernung von der Stirnwand 28 des Rohres 26 angebracht, so daß von der Wand 28 reflektierte Strahlung nicht direkt auf das Thermoelement 48 auftrifft, das seinerseits in einiger Entfernung abwärts des Rohres 32 angeordnet ist.

Es versteht sich, daß auch andere Fühler als ein Thermoelement Verwendung finden können, sowie auch andere Formen für die Rohrleitungen vorgesehen werden können, die genau so wirkungsvoll arbeiten, wie die in Fig. 1 gezeigte. Der wesentliche Gedanke, der berücksichtigt werden muß, ist der, daß der die Temperatur messende Fühler nur die Temperatur des Gases misst und nicht durch die ständige Strahlung aus dem Inneren des Ofens beeinträchtigt wird.

Die Größen der Rohre 26 und 32 sowie die Größe der Rohrleitung 36 und die Größe der Kammer 16 sind nicht kritisch. Die innere Querschnittsfläche der Kammer 16 sollte jedoch wenigstens das Hundertfache oder mehr der gesamten Quer-

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schnittsfläche der öffnungen 46 betragen. Je größer das Verhältnis desto besser, da es zu einem konstanteren Durch schnittswert für den Atmosphärendruck führt, und zwar unabhängig von durch den Wind und andere ähnliche Luftwirbel ausgelösten Wirkungen. Das Rohr 38 bzw. die zylindrische Wand der Kammer 16 kann einen Durchmesser von 2,54 cm oder mehr aufweisen, während die Rohrleitung 36 einen Durchmesser von 0,95 mm oder größer besitzen kann, und die Rohre 26 und 32 jede geeignete Größe aufweisen können.

Da normalerweise eine Luftströmung aus der Kammer 16 durch die Rohrleitung 36 und die Rohre 32 und 26 in den Ofenraum 20 hinein stattfindet, herrscht gegenüber dem im Raum 44 vorhandenen tatsächlichen Atmosphärendruck ein sehr geringer Unterdruck, der ausreicht, um durch die öffnungen 46 Luft in den Raum 44 einzusaugen, jedoch nicht groß genug ist, um die Verwendung des Druckes im Raum 44 als Bezugstnaß für einen ungestörten Atmosphärendruck zu beeinträchti gen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

MJ Alarmsystem zur Abtastung eines Überdruckes in öfen in Abhängigkeit von der eingesaugten Verbrennungsluft, gekennzeichnet durch eine Kammer (16), die auf einem Druck gehalten wird, der im wesentlichen dem durchschnittlichen Atmosphärendruck entspricht, eine durch die Wand (24) des Ofens (18) zu einer Stelle, an der die Druckmessung erfolgen soll, hindurchgeführte Leitung (26, 32), eine diese Leitung (26, 32) mit der Kammer (16) verbindende Rohrleitung (36) und durch eine Temperaturfühlereinrichtung (48), die nur der Temperatur des Gases ausgesetzt ist, das durch die Rohrleitung (36) entweder vom Ofen (18) oder zum Ofen (18) strömt, wodurch dann, wenn Gas vom Ofen (18) durch die Leitung (26, 32) zur Kammer (16) strömt, angezeigt wird, daß der Druck im Ofen größer ist als der Atmosphärendruck, und die hohe Temperatur des Gases durch die Temperaturfühlereinrichtung (48) abgetastet wird,und wobei die Kammer (16) eine rohrförmige Vorrichtung (38) mit einem gewählten Verhältnis von Länge zu Durchmesser aufweist, die an beiden Enden (40, 42) geschlossen ist, an dem einen Ende mit der Rohrleitung (36) in Verbindung steht und an dem anderen Ende mehrere kleine Öffnungen (46) aufweist, die rund um den Umfang angeordnet sind.
2. Alarmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Kammer (16) wenigstens 1 beträgt.
3. Alarmsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Querschnittsfläche der Offnungen (46) kleiner ist als 1% der Querschnittsfläche der Kammer (16)

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4. Alarmsystem nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (16) mit ihrer Längsachse senkrecht angeordnet ist, und daß sich die Offnungen (46) am Kopf der Kammer befinden.
5. Alarmsystem nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (16) im Freien in einiger Entfernung von dem Ofen (18) und in einer unbebauten Gegend angeordnet ist.
6. Alarmsystem nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (26, 32) ein erstes Rohr (26) aufweist, das durch die Wand (24) hindurchgeführt ist und an seinem äußeren Ende (28) geschlossen ist, ferner ein zweites Rohr (32), das rechtwinklig zu dem ersten Rohr (26) in einer gewählten Entfernung von dem geschlossenen Ende (28) angeordnet ist, und daß die Rohrleitung (36) an dem Ende des zweiten Rohres (32) angeschlossen ist.
7. Alarmsystem nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühlervorrichtung (48) im Inneren des zweiten Rohres (32) in der Nähe der Anschlußstelle mit der Rohrleitung (36) angeordnet ist.
8. Alarmsystem nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühlervorrichtung (48) ein Thermoelement ist.
9. Alarmsystem nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß es auf die Temperaturfühlervorrichtung (48) anspricht.
10.Alarmsystem nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Rohr (32), das rechtwinklig zu dem

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ersten Rohr (26) angeordnet ist, in einem gewählten Abstand von dessen geschlossenem Ende (28) mit dem ersten Rohr verbunden ist, und das an seinem zweiten Ende zur Atmosphäre in dem Raum geöffnet ist, in dem sich der Ofen befindet, und daß in dem zweiten Rohr (32) die Temperturfühlereinrichtung (48) eingebaut ist und nur der Temperatur des Gases ausgesetzt ist, das durch die Rohrleitung (36) entweder aus dem Ofen (18) herausströmt oder in den Ofen hineinströmt.

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