DE2853615B2

DE2853615B2 - Mehrstufiges Probeentnahmegerät zum Sammeln von festen und flüssigen Luftverunreinigungen

Info

Publication number: DE2853615B2
Application number: DE19782853615
Authority: DE
Inventors: Istvan Dipl.-Ing. Kalman; Jozsef Dipl.-Ing. Kutta; Arpad Martinek
Original assignee: VASIPARI KUTATO INTEZET BUDAPEST
Current assignee: VASIPARI KUTATO INTEZET BUDAPEST
Priority date: 1978-12-12
Filing date: 1978-12-12
Publication date: 1980-09-25
Also published as: DE2853615A1; DE2853615C3

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Probeentnahmegerät zum Sammeln von festen und flüssigen Luftverunreinigungen, mit einer Zentrifugalabscheidekammer, einem konstruktionsmäßig und strömungstechnisch an diese Zentrifugalabscheidekammer anschließenden Entlüftungsrohr sowie einer Impaktorabscheidekammer. Die Wirkungsweise derartiger Geräte beruht auf dem Zentrifugal- und Impaktionsprinzip. Derartige Geräte können insbesondere für Emissionsund Immissionsmessungen, für die Prüfung von Luftverunreinigungen an Arbeitsplätzen, sowie für die Prüfung von Trägergasen hoher Temperatur mit sehr gutem Wirkungsgrad eingesetzt werden.

Herkömmliche Probeentnahmegeräte, die nach dem Zentrifugal- oder dem Impaktionsprinzip arbeiten, erreichen im Falle einer beschränkten Staubbelastung und in einem bestimmten Fraktionsbereich einen befriedigenden Wirkungsgrad. Derartige Geräte werden zum Beispiel in der ungarischen Patentschrift 497, der DDR-Patentschrift I 15 212, der FR-PS 86 984 sowie in den US-PS 37 95 135 und 37 41 001 erläutert.

Geräte, die nach dem Zentrifugalprinzip arbeiten, müssen — um einen annehmbaren Abscheidegrad zu erreichen — einen sehr kleinen Zufuhrkanal aufweisen, so daß dadurch die Menge der gesammelten Probe stark beschränk I wird. Sie können also von vornherein nicht dort eingesetzt werden, wo der Verunreinigungsgehalt (Schutzstoffknnzentration) der Luft (,der des Gases niedrig ist (unter 50mg/m')- Im 'Ige der kleinen Ansaugöffnung ist nämlich die durchgesogene Luftmenge recht gering und die Menge des im Gerät abgeschiedenen Stoffes ist dementsprechend wenig, so daß sie praktisch zur weiteren Analyse ungeeignet ist Andererseits ist diese kleine Probenmenge im Vergleich zu der im Drillkanal abgesetzten und nicht mehr meßbaren Stoffmenge so unbedeutetend gering, daß dadurch die Genauigkeit der Messung schon unzulässigerweise beeinflußt wird. Diese Nachteile können in

ίο den meisten Fällen auch durch die Verlängerung der

Absaugzeit nicht beseitigt werden, weil die Zeit der Probeentnahme durch mehrere Umstände (z. B. durch

die Betriebstechnologie) bestimmt und begrenzt wird.

Ein weiterer Nachteil von nach dem Zentrifugalprin-

zip arbeitenden Probeentnahmegeräten besteht darin, daß der Abscheidewirkungsgrad bei Verunreinigungsstoffen, deren Fraktion unter 1 μπι liegt, sehr schnell abnimmt

Diejenigen Probeentnahmegeräte wiederum, die

nach dem Impaktionsprinzip arbeiten, haben den

Nachte::, daß sie bei einer hohen Staubbelastung nur

eine kurze Probeentnahme ermöglichen, weil das Gerät eine geringe Staublagerungskapazität besitzt

Ein weiterer Nachteil dieser Geräte besteht darin,

daß sie die strömungstechnischer. Voraussetzungen einer wirksamen Impaktionsabscheidung — besonders im Bereich der kleinsten Teilchen — nicht völlig sichern können, da die Ausbildung eines optimalen Radius für die kreisförmigen DüseneiniritBöffnungen der einzel-

xi nen Abscheidestufen der kleinsten Körner (unter 1 μπι) mit den heute bekannten Herstellungsverfahren praktisch undurchführbar ist.

Bei der Sammlung von haftenden Feststoffen ist die Reinigung der kreisförmigen und recht kleinen Düsen

r. der bekannten Impaktionsgeräte zudem relativ umständlich.

Die erwähnten Nachteile der bekannten Gerätetypen beschränken die Anwendungsir.öglichkeiten dieser Einrichtungen stark.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung eines vollkommen neuartigen Probeentnahmegerätes, das die Nachteile der bekannten Geräte, sowie deren Beschränkung in bezug auf die Anwendung beseitigt, bzw. auf ein Minimum reduziert sowie einfach und wirtschaftlich herstellbar ist, einen geringeren Strömungswiderstand (2000 N/m²) aufweist und pine beliebige Wahl der Probeentnahmestelle ermöglicht.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Entlüftungsrohr als Düse der ersten Impaktor-

^r>o stufe ausgebildet ist und die Impaktorabscheidekammer einen oder mehrere ringförmige Spalte bildende Spehimpaktorringc sowie Staubspeichercinsätze aufweist, wobei die Spaltimpaktorringe und/oder die Staubspeichereinsätze mit einer die Abscheidewirkung und die Staubspeicherkapazität erhöhenden Fasermenge versehen sind.

Die erfindungsgemäßc Vorrichtung ermöglicht innerhalb eines annehmbaren Wirkungsgradbereiches eine langzeitige Probeentnahme (z. B. 24 Stunden) in beliebi-

bo gen Staubkonzentrationsbereichen (1 mg/m^J— 20 000 mg/m') und beliebigen Korngrößenbercichcn (über 0,1 μηη). Sie ist weiterhin sowohl zur Abscheidung und Sammlung einer großen Stoffmenge (40 g) innerhalb der erwähnten Bereiche als auch zu einer

^hr- Fraktionsanalyse ohne Eingriff im Teilchenbereich über 0,1 μπι geeignet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung vereinigt ferner die bekannten Zentrifugal- und Impaktionsabscheide-

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methoden in einem konstruktiv und strömungstechnisch einheitlichen Gerät Durch die gemeinsame Anwendung der beiden Methoden in einem Gerät können gegenüber bekannten Vorrichtungen wesentliche neue Vorteile erzielt werden.

Ober die vorteilhafte Vereinigung der Zentrifugal- und Impaktionsabscheidemethoden hinaus enthält die prinzipielle konstruktive Gestaltung der Vorrichtung derart neue Eigenschaften, daß einerseits die Vergrößerung des Anwendungsbereiches des Gerätes und ι ο andererseits die Vereinfachung der Herstellung erreicht wird.

Die doppelte Abscheidewirkung, die als Ergebnis der zweckmäßigen Verknüpfung der bekannten Vorrichtungselemente zu einer neuartigen Konstruktionsein- '5 heit führte, ermöglicht eine lange kontinuierliche oder periodische Sammlung größerer Stoffmengen (20 bis 40 g) sogar im Falle einer größeren Staubbelastung (bis zu einem Bereich von 10 000 bis 20 000 mg/m³).

Die zweckmäßige Vereinigung der beiden Abscheidemethoden ermöglicht gegenüber den bekannten Vorrichtungen in einem wesentlich breiteren Fra^tionsbereich die Erreichung eines befriedigenden Abrcheidewirkungsgrades. Außerdem ist das erfindungsgemäße Gerät weniger empfindlich gegenüber Änderungen 2·> in der Verunreinigungskonzentration. Die konstruktive Gestaltung des Gerätes und die Verknüpfung der beiden Abscheidemethoden ermöglichen auch die Ablagerung einer größeren Stoffmenge.

Zur erhöhten Abscheidewirkung und Speicherkapazitat trägt erfindungsgemäß auch eine speziell angeordnete Fasermenge bei. Die vorteilhafte Wirkung der doppelten Abscheidung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Teilchen größerer Kornabmessung der durch das Ansaugrohr einströmenden, verunreinigten r> Luft in einer Zentrifugalabscheidekammer großer Speicherkapazität ausgeschieden werden, wobei diese Kammer zur besseren Abscheidung zweckmäßigerweise mit einer Anzahl von Aufpralleinsätzen versehen ist. Das hat zur Foige, daß die weiterströmende Luft nur die in feineren Fraktionen des Verunreinigungsstoffes enthält. Dadurch wird erreicht, daß das Medium, das durch ein Entlüftungsrohr in die Impaktionsabscheidekammer gelangt, mit Rücksicht auf die in diesem Raum angeordneten Staubspeicherelemente kleiner Speicher- -ti kapazität schon eine derart kleine Staubbelastung hat, die auch eine Probeentnahme über eine längere Zeitspanne ohne Verstopfung der Speicherteile ermöglicht, ohne daß eine wesentliche Verschlechterung des Abscheidewirkungsgrades eintritt. w

Die strömungstechnische Einheitlichkeit der doppelten Abscheidung und deren vorteilhafte Wirkung werden dadurch sichergestellt, daß das Entlüftungsrohr des Zcntrifugalabscheideraumes als Düse der ersten Impaktorstufe ausgebildet ist. v>

Die Impaktionswirkung bei der Teilchenabscheidung kann — vor allem im Bereich der kleinen Körner (unter 20μπι) — gegenüber den bekannten Geräten erfindungsgemäß dadurch wesentlich erhöhl werden, daß die Blenden (Düsen), die die Impaktionswirkung hervorru- m> fen, nicht als abgerundete Bohrungen, sondern als ringförmige Spalten mit abgerundeten Kanten ausgebildet sind, wobei die Spalten zwischen den einzelnen Spiiltimpaktorringen der Vorrichtung entstehen.

Durch diese Lösuirg ist die Fertigung vor, Düsenöff- tv? niingen optimaler Abmessung und Abrundung verfahrenstechnisch wesentlich onfachcr und die Sicherung der zur günstigsten impaktionswirkung bei der Abscheidung notwendigen strömungstechnischen Bedingungen leichter geworden. Durch die Anwendung des Ringspaltes kann die Gefahr von Verstopfungen praktisch beseitigt werden, die bei kleinen Düsen herkömmlicher Geräte im Falle der Abscheidung haftender Verunreinigungsstoffe häufig zu Betriebsstörungen führt

Durch das erfindungsgemäße Probeentnahmegerät wird auch ein weiterer Nachteil der bekannten Impaktionsgeräte beseitigt bei denen auf der glatten polierten Impaktorplatte (Aufprallplatte) schon nach einer relativ kurzen Absaugung eine Sättigung auftritt Dies bedeutet daß die weiteren abzuscheidenden Teilchen nicht mehr auf der Impaktorplatte verbleiben, sondern vielmehr durch die Gasströmung mitgenommen werden. In solchen Fällen ist eine wesentliche Verschlechterung des Abscheidegrades (oder Fraktionsabscheidegrades) die Folge, so daß die Probeentnahme beendet werden muß.

Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch behoben, daß zweckmäßigerweise »,nkrecht auf die Oberfläche der glatten Spaitimpakion in-je und Siaubspeichereinsätze, jedoch höchstens um 30° davon abweichend, eine aus speziellem Material (z. B. aus wärmebeständigem Kunststoff) gefertigte Fasesmenge aufgetragen wird. Der mit der Fasermenge ergänzte Impaktionsabscheider erhöht über seine wesentlich größere Staubspeicherkapazität hinaus den Fraktionsabscheidegrad und zugleich auch den Wirkungsgrad des Probeentnahmegerätes, weil die Fa-,ermenge teils infolge des Aufpralles, teils infolge des Filtereffektes auch in der Abscheidung mitwirkt So erhöht sich wesentlich der Fraktionsabscheidungsgrad des Gerätes, was zugleich auch eine Fraktionsanalyse ohne Eingriff — mit ausreichender Effektivität — ermöglicht.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß in dem erfindungsgemäßen Probeentnahmegerät eine mit Aufpralleinsätzen versehene Zentrifugalabscheidekammer großer Staubspeicherkapazität mit einem mehrstufigen Spaltimpaktor verbunden ist, wobei die Oberflächen der Spaltimpaktorringe und/oder der Staubspeichereinsätze der einzelnen Impaktorstufen mit einer die SSaubspeicherkapazität erhöhenden Fasermenge versehen sind und die Staubspeichereinsätze als Düsen der nächsten Impaktorstufen ausgebildet sind.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, teilweise geschnitten,

F i g. 2 einen Querschnitt der Vorrichtung nach F i g. 1 in der Ebene A-A in einem größeren Maßstab,

F i g. 3 einen Querschnitt der Vorrichtung nach F i g. 1 in der Ebene B-B in einem größeren Maßstab.

Das ^rfindungsgemäße Probeentnahmegerät besteht im wesentlichen aus einer Zentrifugalabscheidekammer 2 mit zylindrischen Aufpralleinsätzen 4, aus einem als Düse der ersten Impaktorstufe ausgebildeten Entlüftungsrohr 7, sowie aus einer oder mehreren Impaktionsabscheidekammern 9 mit Spaltimpaktorringen 10 und Staubspeichereinsätzen 11, wobei die letzteren als Düsen der nächsten Impaktorstufen ausgebildet sind. Die Spaltimpaktorringe 10 und/oder die Staubspeichereinsätze 11 sind mit einer zweckmäßig senkrecht stehenden Fasermenge 14 verschen. Zur Einleitung der Luft oder der Gasprobe weist die Einrichtung ein tangential angeordnetes, auswechselbares, zylindrisches Ansaugrohr 1 auf. Die Zentrifugalabscheidekammer 2 ist von der Seite durch einen Deckel J und eine Absehlußmuttcr 6 abgeschlossen. Die Aufpralleinsatze 4

sind durch eine Einsat/halterung 5 fixiert. Das Entlüftungsrohr 7 ist durch Vorsatzmuttern 8 an der Zentrifugalabscheidekammer 2 befestigt. Die zylinderförmigen Impaktionsabscheidekammern 9 sind zerlegbar mit der Zentrifugalabscheidekammer 2 bzw. miteinander verbunden. An die letzte Impaktorstufe ist ein Absaugrohr 13 angeschlossen.

Das erfindungsgemäße Probeentnahmegerät wird durch den Druckunterschied in Betrieb gesetzt, der durch eine strömungstechnische Vorrichtung, z. B. einen Ventilator oder einen Ejektor, hergestellt wird. Die zu prüfenden Luftproben oder Gasgemische, die auch feste und flüssige Stoffe enthalten, werden durch das /ylinderförmige Ansaugrohr 1 angesaugt und gelangen in die Zentrifugalabscheidekammer 2, wo die größeren Teilchen infolge der beim Rotieren des Mediums auftretenden Zentrifugalkraft an den Aufpralleinsätzen 4 ausscheiden. Die kleineren Teilchen strömen von hier mit dem Trägermedium durch das Entlüftungsrohr 7 hindurch in Richtung der ersten Spaltimpaktorringe 10. Das Entlüftungsrohr 7 ist als Erhöhung der Staubspeicherkapazität auf die Oberfläche der Spaltimpak- torringe 10 aufgetragen wurde, weitere Kornfraktionen ausgeschieden werden. Die noch nicht ausgeschiedenen Teilchen strömen beschleunigt durch den ringförmigen Spalt der Spaltimpaktorringe 10 auf die Fasermenge des -, Staubspeichereinsatzes 11. Hier werden infolge des Impaktions- und Filtereffektes weitere Fraktionen abgesetzt. Die Anzahl der in Reihe geschalteten Impaktorstufen hängt von der Abmessung des abzuscheidenden Grenzkornes ab. Das bis zur Grenzkornab-

IM messung gesäuberte strömende Medium kommt aus der letzten Impaktorslufe durch das Absaugrohr 13, den Mengenmesser, den Regler und die den Druckunterschied erzeugenden Vorrichtung ins Freie oder in den Hauptgasstrom. Das erfindungsgemäße Probeentnah-

i*> megerät kann in Abhängigkeit von den Meßumständen aus säure- und wärmebeständigem Stahl oder Kunststoff gefertigt werden. Das Material der Fasermenge wird dpn nhysikalisrhpn-rhemischrn Eigenschaften dps Verunreinigiingsstoffes entsprechend ausgewählt. So können zum Beispiel die wärme- und chemik-ilienbe· ständigen Kunstfasern breite Anwendung finden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprache:

1. Mehrstufiges Probeentnahmegerät zum Sam» mein vor festen und flüssigen Luftverunreinigungen, mit einer Zentrifugalabscheidekamtner, einem konstruktionsmäßig und strömungstechnisch an diese Zentrifugalabscheidekammer anschließenden Entlüftungsrohr sowie einer impaktorabscheidekammer, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlüftungsrohr (7) als Düse der ersten Impaktorstufe ausgebildet ist und die Impaktorabscheidekammer (9) einen oder mehrere ringförmige Spalte bildende Spaltimpaktorringe (10) sowie Staubspeichereinsätze (U) aufweist, wobei die Spaltimpaktorringe (10) und/oder die Staubspeichereinsätze (11) mit einer die Abscheidewirkung und die Staubspeicherkapazität erhöhenden Fasermenge (14) versehen sind.

2. Mehrstufiges Probeentnahmegerät nach Anspruch t, <fctdurch gekennzeichnet, daß in der Zentriiugalabschcidckamrncr (2) die Ausscheidung der Teilchen begünstigende Aufpralleinsätze (4) angeordnet sind.

3. Mehrstufiges Probeentnahmegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Staubspeichereinsätze (11) der Impaktionsabscheidekammer (9) zugleich als Düsen der nächsten Impaktorstufen ausgebildet sind.

4. Mehrstufiges Probeentnahmegerät, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermen./*. (14) auf den Spaltimpaktorringer. (10) und/oder den Staubspeichereinsätzen (11) zweckmäßig senkrecht stehend oder davon um ± 30° abweichend angeordnet ist.