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Verfahren zur Überwachung von heißen Gas- oder Feststoff-
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strömen Die Erfindung betrifft ein Veriahren zur Überwachung von
heißen Gas- oder feinkörnigen Feststoffströmen durch eine Temperaturmessung mittels
eines Thermoelementes.
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In Anlagen mit einer Kohlenstaubfeuerung oder einem Gasbrenner, die
heiße Rauchgase zur pneumatischen Förderung von feinkörnigen Feststoffen erzeugen,
sowie bei der Förderung von heißen ieinkörnigen Feststofien ist eine Überwachung
der heißen Gas- oder Feststofiströme nach Art einer Flammenüberwachung erforderlich.
Diese Überwachung soll einerseits das Ausbleiben heißer Gase, beispielsweise nach
einem Erlöschen der Flammen, andererseits eine Unterbrechung im heißen Feststofistrom
ieststellen und in diesem Fall das Abstellen der Gas- oder Kohlenstaubzufuhr zum
Brenner oder die Abriegelung von Feststoffströmen sicherstellen.
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Es ist bekannt, eine Flammenüberwachung mit FlammeniUhlern durchzuführen,
die die Lichtemissionen der Flammen mit geeigneten Empfängern auiiangen, woraui
sie nach einer entsprechenden
Verstärkung als Signal für das Vorhandensein
einer Flamme dienen. Ausgenutzt wird hierfür sowohl der Ultraviolett- als auch der
Infrarotanteil der Lichtemission.
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Ultraviolettfuhler arbeiten jedoch nur in reinen Gasströmen von Gasieuerungen
absolut sicher. In Anlagen mit Gasbrennern, in denen von den Brennern erzeugte heiße
Rauchgase körniges Gut fördern sollen, besteht dagegen durch Feststoffsträhnen die
Gefahr einer Verschmutzung oder einer zumindest kurzzeitigen Verdunkelung der Ultraviolettdioden
durch Unterbrechung des Strahlenganges. Hierdurch kommt es zu Störmeldungen, obwohl
die Flamme nicht erloschen ist. Infrarotempiänger sind in solchen Anlagen noch weniger
brauchbar, da die keramische Auskleidung der Brennkammer oder einer Förderleitung
neben den heißen Gasen ebenialls Licht im Inirarotbereich emittiert.
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Eine Unterscheidung zwischen Wechsellichtsignalen einer Flamme und
Gleichlichtsignalen des glühenden Mauerwerks bringt kein beiriedigendes Ergebnis.
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Es ist ierner bekannt, eine Flammenüberwachung mittels Ionisationselektroden
unter Messung der Leitfähigkeit einer Flamme oder mittels eines Thermoelementes
unter Messung der Temperatur durchzuführen. Beide Einrichtungen sind jedoch in heißen,
ieststoirhaltigen Rauchgasen nicht brauchbar, da die ersteren-durch Brückenbildung
aus leitfähigem Feststoff, beispielsweise
Koks, zwischen Elektroden
und der Flammendüse elektrisch kurzgeschlossen werden. Demgegenüber sind Thermoelemente
zu träge und in Anlagen mit Kohlenstaubfeuerungen oder mit pneumatischen Rauchgasförderleitungen
wegen ihrer großen Abschaltzeiten nicht brauchbar. (Anlagenschutz durch Flammenüberwachung",
Brinke und Lang, Gas-Wärme-International, Bd.24, Nr. 4 (1975), Seite 168 - 177)
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Überwachung von heißen Gas- oder feinkörnigen
Feststoffströmen in Rohrleitungen durch eine Temperaturmessung mittels Thermoelementen
zu vereinfachen und soweit zu verbessern, daß keine Störungen eintreten und auch
kein vorzeitiges Abschalten, trotz schnellen Ansprechens der Überwachung eintritt.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs geschilderten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch Differenzieren des Thermoelement-Ausgangssignals
die Temperaturänderungsgeschwindigkeit ermittelt und bei Überschreitung eines vorgegebenen
Grenzwertes des differenzierten Thermoelement-Ausgangssignals eine Sicherheitsschaltung
ausgelöst wird.
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Das erfindungsgemaße Überwachungsverfahren eignet sich überraschenderweise
trotz der wegen ihrer zu trägen Ansprechzeit bisher kaum genutzten temperaturabhängigen
Flammenwächter gerade dann zur Überwachung von Brennern, wenn optische Systeme nicht
sicher arbeiten. Die differenzierte Temperaturkurve
eines unmittelbar
hinter einer Flamme im heißen Gasstrom oder in einem heißen Feststoffstrom angeordneten
Thermoelementes zeigt nämlich ihren größten Wert direkt nach dem vollständigen Erlöschen
der Flamme oder bei einer Unterbrechung des Feststoffstroms.
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Alle anderen Temperaturveränderungen, wie sie beispielsweise in Auf-
oder Abheizperioden, bei unruhiger Verbrennung oder beim Flackern der Flamme entstehen,
bewirken in jedem Fall absolut gesehen kleinere zeitliche Temperaturgradienten.
Somit ist es möglich, mit einer an sich bekannten Schaltungseinrichtung mit einer
Schwellenwertvorgabe eine Sicherheitsschaltung auszulösen, die beispielsweise die
Gaszufuhr zum Brenner unterbricht, sobald der differenzierte Temperaturverlauf einen
eingestellten Grenzwert überschreitet.
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Neben der Überwachung von Flammen durch Temperaturmessung in den heißen
Rauchgasströmen ist auch die Überwachung von heißen ieinkörnigen Feststoffströmen
in Rohrleitungen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich. Dies kann beispielsweise
bei der Förderung von heißen Schüttgütern in Rohrleitungen wichtig sein, wenn diese
heißen Schüttgüter einem Mischwerk zugeführt werden und das Abreißen der heissen
Schüttgutsäule Einiluß auf die herzustellende Mischung hat. In diesem Fall muß je
nach der Größe der Störung der
Zufluß der zweiten Mischkomponente
verringert oder abgeschaltet werden. Heiße Schüttgutsäulen in Rohrleitungen reißen
nämlich häufig durch Brückenbildung ab. Diese Brücken können aber auch sehr schnell
wieder einbrechen.
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In einem solchen Fall wäre aber eine Abschaltung bei dieser Störung
äußerst unerwünscht. Mit dem erfindungsgemässen Uberwachungsverfahren ist eine Unterscheidung
zwischen einer kurzzeitigen und einer langandauernden Brükkenbildung, also zwischen
einer kurzen oder längeren Störung möglich. Der Grenzwert des Abschaltzeitpunktes
in Verbindung mit einem Zeitglied kann daher wunschgemäß eingestellt werden.
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Anhand der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert: Figur 1 zeigt
den Temperaturverlauf und den zeitlichen Temperaturgradient in der Flammenzone nach
dem Erlöschen einer Flamme; Figur 2 zeigt den Temperaturverlauf und den zeitlichen
Temperaturgradient in einem heißen Feinkoksstrom und Figur 3 zeigt ein schematisches
Blockschaltbild zur Durchführung des Überwachungsverfahrens.
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Gemäß Figur 1 ist in einem Temperatur-Zeit-Diagramm der Temperaturverlaui
- und der daraus durch Differenzieren der Temperaturwerte ermittelte zeitliche Temperaturgradient
d
/dt nach dem Erlöschen der Flamme aufgetragen, und zwar einmal von einer Temperatur
von 8000C und einmal von 5000C ausgehend. Aus dem Verlauf der differenzierten Temperaturkurven
erkennt man, daß die aus dem eingestellten Schwellenwert resultierenden Schaltzeiten
A tl und 4 t2 bis zum Abschalten bzw. bis zur Alarmauslösung immer kleiner werden,
Je höher die Betriebstemperatur lag.
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Deshalb muß die Einstellung des Schwellenwertes bei einer vorgegebenen
gewünschten Abschaltzeit, in den meisten Fällen maximal 1 sec bei der niedrigst
möglichen Temperatur vorgenommen werden.
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Gemäß Figur 2 ist in einem Temperatur-Zeit-Diagramm der Temperaturverlauf
und die daraus ermittelte differenzierte Temperaturkurve d ebei der Überwachung
eines heißen Feinkoksstromes in einer Rohrleitung auf dem Weg zu einem Mischwerk,
wo eine zweite Mischkomponente zugemischt wird, aufgetragen. Außerdem sind für einen
Temperaturabfall und -anstieg Je ein Schwellenwert S (-) und S (+) eingetragen.
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Sobald der zeitliche Temperaturgradient den vorgegebenen, iest eingestellten
negativen Schwellenwert des Temperaturabfalls überschreitet, also ein Temperaturabfall
durch fehlenden heißen Koks angezeigt wird, wird ein vorher fest eingestelltes Zeitglied
betätigt. Ein Temperaturanstieg durch Wiedereinsetzen des heißen Koksstroms bewirkt,
daß der zeitliche TemperatuTgradient einen positiven Anstieg
hat
und somit einen positiven Schwellenwert überschreitet.
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Wenn das Überschreiten beider Schwellenwerte innerhalb der eingestellten
Laufzeit des Zeitgliedes, also der vorgegebenen Abschaltzeit erfolgt, liegt keine
echte und dauerhafte Störung vor, wird also kein Alarm ausgelöst. Wird jedoch der
positive Schwellenwert nicht innerhalb einer vorgegebenen Abschaltzeit ts überschritten,
wird Alarm gegeben. In Figur 2 ist das Zeitglied auf eine Abschaltzeit ts von z.B.
2,5 sec eingestellt. Zu dem Zeitpunkt t - 43 sec wurde wegen Überschreitung des
negativen Schwellenwertes ein Steuerimpuls zur Schließung des Schiebers der zweiten
Mischkomponente gegeben.
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Figur 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild zur Durchführung des
Überwachungsverfahrens. Hierin bedeuten 1 ein Thermoelement, 2 ein Differenzierglied,
3 ein Signalschreiber für die Temperatur und die differenzierte Temperatur, 4 ein
Verstärker mit positivem Schwellenwert, 5 ein Verstärker mit negativem Schwellenwert,
6 eine Steuerung mit einem Zeitglied und 7 ein Stellglied.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß statt der störanfälligen optischen Geräte Thermoelemente für die Flammenüberwachung
und die Überwachung heißer Feststoffströme verwendet werden können, die trotz der
den Thermoelementen eigenen langen Ansprechzeit,
bei einer Signalverarbeitung
über die differenzierte Temperaturkurve als Meßwertgeber sehr gut brauchbar sind.
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Es wird nämlich nicht mehr das Unterschreiten einer vorgegebenen Temperatur
beobachtet, sondern die Temperaturveränderungsgeschwindigkeit (zeitlicher Temperaturgradient).
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Diese ist dann am größten absolut gesehen, wenn die Flamme erloschen
oder der heiße Feststoffstrom unterbrochen ist.
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