DE2915550B1

DE2915550B1 - Messanordnung zur Staubmessung in stroemenden Gasen

Info

Publication number: DE2915550B1
Application number: DE19792915550
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr-Ing Luetzke
Original assignee: RHEIN WESTFAEL TECH UEBERWACH
Current assignee: RHEIN WESTFAEL TECH UEBERWACH
Priority date: 1979-04-18
Filing date: 1979-04-18
Publication date: 1980-06-19
Also published as: DE2915550C2

Description

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einer gattungsgemäßen Meßanordnung dadurch, daß das Meßgerät zur Eingabe der im Hauptvolumenstrom ermittelten Gasgeschwindigkeit als Soll-Wert unter Zwischenschaltung eines Meßwertumwandlers an einen als Mikroprozessor ausgebildeten Regler angeschlossen ist, und daß die Entnahmesonde zur Eingabe der im Teilvolumenstrom ermittelten Gasgeschwindigkeit als Ist-Wert unter Zwischenschaltung des Gasmengenmeßgerätes mit Impulsgeber an den Regler angeschlossen ist, und daß die Teilvolumenstrom-Einstellvorrichtung als regelbare Einstellvorrichtung mit einem impulsbetätigbaren Stellmotor ausgebildet ist und von dem Regler nach einem Ist/Soll-Ausgleich die für die Einstellung der geschwindigkeitsgleichen Absaugung des Teilvolumstroms erforderlichen Impulse bzw. Stellbefehle erhält.
- Diese Maßnahmen der Erfindung haben zur Folge, daß die Absaugung des Teilvolumenstroms und folglich die Einstellung der im Teilvolumenstrom an der Sondenmündung herrschenden Gasgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Gasgeschwindigkeit im Hauptvolumenstrom geregelt wird. Die jeweils im Teilvolumenstrom herrschende Gasgeschwindigkeit wird dem Regler von dem Gasmengenmeßgerät per Impuls mitgeteilt. Da der wirksame Querschnitt der Entnahmesonde festliegt, läßt sich aus dem abgesaugten Teilvolumen die Gasgeschwindigkeit in dem Teilvolumenstrom ermitteln und an den Regler weitergeben. Die mittels des Meßgerätes in dem Hauptvolumenstrom des Gases als physikalischer Meßwert ermittelte Gasgeschwindigkeit wird über den Meßwertumwandler in ein analoges elektrisches Signal umgewandelt, welches dem Regler aufgegeben wird. In dem als Mikroprozessor ausgebildeten Regler erfolgt die rechnerische Auswertung bzw. der Ist/Soll-Vergleich, so daß dann per Stellbefehl die erforderliche Einstellung der Einstellvorrichtung für den Teilvolumenstrom bzw. die Absauggeschwindigkeit erfolgen kann.
Meßsysteme, die fraktioniert abscheiden und in ihrer Charakteristik vom Volumendurchsatz abhängen, müssen mit einem definierten, konstanten Gasdurchsatz beaufschlagt werden. In einem solchen Fall wird also konstanter Teilvolumenstrom in der Absaugleitung verlangt. Da sich jedoch die Absaugung des Teilvolumenstroms in Abhängigkeit von der Gasgeschwindigkeit in dem Hauptvolumenstrom häufig ändert, muß dem Teilvolumenstrom falsche Zuluft zugeführt werden.
Diese Zuluftzufuhr muß ebenfalls geregelt werden. In diesem Zusammenhang sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, daß im Bereich der Sondenmündung eine Zuluftleitung mit einem Zulufterzeuger an die Entnahmesonde angeschlossen und in die Zuluftzuleitung dem Zulufterzeuger nachgeschaltet eine Zuluftvolumenstrom-Einstellvorrichtung mit impulsbetätigbarem Stellmotor eingesetzt ist, und daß die Zuluftvolumenstrom-Einstellvorrichtung von dem Regler nach einem Ist/Soll-Vergleich zwischen einer in den Regler eingegebenen Konstanten für einen definierten konstanten Teilvolumenstrom als Soll-Wert und dem tatsächlichen Teilvolumenstrom als Ist-Wert die für die Einstellung des Zuluftvolumenstroms zur Zuführung von Zuluft bis zur Erzeugung des konstanten Teilvolumenstroms erforderlichen Impulse bzw. Stellbefehle erhält. Die in den Regler eingegebene Konstante geht von einem maximalen Teilvolumenstrom aus, der in Abhängigkeit von der sich ändernden Gasgeschwindigkeit im Hauptvolumenstrom und der folglich nachzuregelnden Teilvolumenstromabsaugung zur Erzielung einer geschwindigkeitsgleichen Teilstromentnahme stets die Zuführung von falscher Zuluft verlangt.
Jedenfalls ist im Rahmen der Erfindung die geregelte Anpassung an Meßbedingungen für fraktioniert abscheidende Meßsysteme gewährleistet, und zwar in Kombination mit der geregelten Anpassung der Absauggeschwindigkeit bzw. Gasgeschwindigkeit im Teilvolumenstrom an die Gasgeschwindigkeit im Hauptvolumenstrom bzw. im Meßquerschnitt. Darüber hinaus ist ein exaktes Erfassen des abgesaugten Teilvolumenstroms gewährleistet. Um auch den zugeführten Zuluftvolumenstrom exakt erfassen zu können, sieht eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, daß in die Zuluftzuleitung ein Gasmengenmeßgerät mit Impulsgeber eingesetzt und an den Regler angeschlossen ist. Dadurch läßt sich stets unschwer feststellen, ob jene Bedingung erfüllt ist wonach das Zuluftvolumen und das Teilgasvolumen konstant sein müssen, um eben einen konstanten Teilvolumenstrom zu erreichen, obwohl sich die Gasgeschwindigkeit in dem Teilvolumenstrom in Abhängigkeit von der Gasgeschwindigkeit im Hauptvolumenstrom ändert bzw. entsprechend nachgeregelt wird. Die Erfassung des Teilvolumenstroms erfolgt dabei in Absaugrichtung hinter der Staubabscheidevorrichtung. - Die Teilvolumenstrom-Einstellvorrichtung und die Zuluftvolumenstrom-Einstellvorrichtung sind vorzugsweise als Regelventile ausgebildet.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß eine Meßanordnung zur Staubmessung in strömenden Gasen nach dem Teilstromprinzip verwirklicht wird, welche eine schneile, automatische und exakte Probennahme gewährleistet, weil unter Vermeidung des sonst üblichen Handbetriebs nunmehr im Wege der Regelung die Anpassung der Gasgeschwindigkeit im Teilvolumenstrom an die Gasgeschwindigkeit im Hauptvolumenstrom zur Erzielung einer geschwindigkeitsgleichen Teilstromentnahme automatisch erfolgt. Die einzelnen Messungen werden mit Hilfe eines Mikroprozessors rechnerisch ausgewertet zumal sich sämtliche physikalischen Meßgrößen elektrisch darstellen lassen. Nach Ende der Messungen liegt ein Endergebnis hinsichtlich der Teilstromabnahme und der Abgasmenge vor, auch der Abgaszustand kann berücksichtigt werden, wenn beispielsweise gleichzeitig die Temperatur, der CO2 und der 02-Gehalt gemessen werden, was regelmäßig der Fall ist. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung läßt sich trotz der ständigen Anpassung der Gasgeschwindigkeit des Teilvolumenstroms an die Gasgeschwindigkeit des Hauptvolumenstroms dennoch ein konstanter Teilvolumenstrom durch Zufuhr von falscher Zuluft im Wege der Regelung einstellen, was dann erforderlich ist, wenn im Rahmen fraktionierter Abschneidung konstanter Gasdurchsatz verlangt wird.
- Für Registrierzwecke können sämtliche Meßgeräte abgegriffen und einem Schreiber eingegeben werden.
Darüber hinaus lassen sich die Ergebnisse der rechnerischen Auswertung zum Ende der gesamten Messung auf einem Drucker ausgeben.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Meßanordnung in schematischer Darstellung.
In der Figur ist eine Meßanordnung zur Staubmessung in strömenden Gasen nach dem Teilstromprinzip dargestellt, mit zumindest einem Meßgerät 1 zum Messen der Gasgeschwindigkeit im Hauptvolumenstrom 2 des betreffenden Gases beim Durchströmen eines Strömungskanals 3 mit vorgegebenem Meßquerschnitt und mit einer Entnahmesonde 4 im Strömungskanal 5 zum Abzweigen eines Teilvolumenstroms 5 aus dem Hauptvolumenstrom 2 des Gases, ferner mit einer an die Entnahmesonde 4 angeschlossenen Absaugleitung 6, einer Staubabscheidevorrichtung 7 und einer Teilvolumenstrom-Einstellvorrichtung 8 zum Einstellen der Gasgeschwindigkeit im Teilvolumenstrom 5 an der Sondenmündung für geschwindigkeitsgleiche Teilvolumenstromabsaugung in der Absaugleitung 6 und einer an die Absaugleitung 6 angeschlossenen Absaugvorrichtung 9. Bei dem Meßgerät 1 zum Messen der Gasgeschwindigkeit handelt es sich z. B. um ein Prandtl-Staurrohr mit Differenzdruckmesser. Der Strömungskanal 3 und damit die Meßstrecke soll eine möglichst störungsfreie Strömung gewährleisten. Denn der Meßquerschnitt soll innerhalb einer geraden Meßstrecke mit gleichbleibender Größe und Querschnittsform sein, sowie störungsfreien Einlauf und Auslauf gewährleisten. Bei der Staubabscheidevorrichtung 7 kann es sich z. B. um einen Meßfilter oder bei einem fraktioniert abscheidenden Meßsystem um einen Meßzyklon handeln. Die Absaugvorrichtung 9 ist im allgemeinen als Vakuumpumpe oder Saugzuggebläse ausgeführt. Ferner ist ein Gasmengenmeßgerät 10 in die Absaugleitung 6 eingesetzt. - Nicht dargestellt sind der Einfachheit halber Kondensatabscheider, Trockenturm, Schutzfilter, Temperaturfühler, Barometer, Außenthermometer, Zeitmesser und Analysengerät zur Ermittlung der Feuchte und Gaszusammensetzung.
Das Meßgerät 1 zur Eingabe der im Hauptvolumenstrom 2 ermittelten Gasgeschwindigkeit als Soll-Wcrt ist unter Zwischenschaltung eines Meßwertumwandlers 11 an einen als Mikroprozessor ausgebildeten Regler 12 angeschlossen. Die Entnahmesonde zur Eingabe der im Teilvolumenstrom 5 ermittelten Gasgeschwindigkeit als Ist-Wert ist unter Zwischenschaltung des Gasmengenmeßgerätes 10, z. B. eine Gasuhr, mit einem Impulsgeber an den Regler 12 angeschlossen. Die Teilvolumen- strom-Einstellvorrichtung 8 ist als regelbare Einstellvorrichtung mit einem impulsbetätigbaren Stellmotor ausgebildet und erhält von dem Regler 12 nach einem Ist/Soll-Vergleich die für die Einstellung der geschwindigkeitsgleichen Absaugung des Teilvolumenstroms 5 erforderlichen Impulse bzw. Stellbefehle. Für fraktioniert abscheidende Meßsysteme, die einen konstanten Gasdurchsatz verlangen, muß der sich in Abhängigkeit von der Gasgeschwindigkeit im Hauptvolumenstrom 2 ändernde Teilvolumenstrom 5 konstant gehalten werden, indem falsche Zuluft zugeführt wird. Dazu ist im Bereich der Sondenmündung eine Zuluftzuleitung 13 mit einem Zulufterzeuger 14 an die Entnahmesonde 4 angeschlossen und in die Zuluftzuleitung 13 dem Zulufterzeuger 14 nachgeschaltet eine Zuluftvolumen-Einstellvorrichtung 15 mit impulsbetätigbaren Stellmotor eingesetzt. Der Zulufterzeuger 14 kann als Vakuumpumpe oder Gebläse ausgebildet sein. Die Zuluftvolumen-Einstellvorrichtung 15 erhält von dem Regler 12 nach einem Ist/Soll-Vergleich zwischen einer in den Regler 12 eingegebenen Konstanten für einen definierten konstanten Teilvolumenstrom als Soll-Wert und dem tatsächlichen Teilvolumenstrom 5 als Ist-Wert die für die Einstellung des Zuluftvolumenstroms 16 zur Zuführung von Zuluft bis zur Erzeugung des konstanten Teilvolumenstroms erforderlichen Impulse. In die Zuluftleitung 13 ist zusätzlich ein Gasmengenmeßgerät 17, z. B. ebenfalls eine Gasuhr, mit Impulsgeber eingesetzt und an den Regler 12 angeschlossen, so daß die Zuluftmenge erfaßt wird. Die Teilvolumenstrom-Einstellvorrichtung 8 und die Zuluftvolumenstrom- Einstellvorrichtung 15 können als Regelventile ausgebildet sein.

Claims

Patentansprüche: 1. Meßanordnung zur Staubmessung in strömenden Gasen nach dem Teilstromprinzip, mit zumindest einem Meßgerät zum Messen der Gasgeschwindigkeit im Hauptvolumenstrom des betreffenden Gases beim Durchströmen eines Strömungskanals mit vorgegebenem Meßquerschnitt und mit einer Entnahmesonde im Strömungskanal zum Abzweigen eines Teilvolumenstroms aus dem Hauptvolumenstrom des Gases, mit einer an die Entnahmesonde angeschlossenen Absaugleitung, einer Staubabscheidevorrichtung, einem Gasmengenmeßgerät, einer Teilvolumenstrom-Einstellvorrichtung zum Einstellen der Gasgeschwindigkeit im Teilvolumenstrom an der Sondenmündung für geschwindigkeitsgleiche Teilvolumenstromabsaugung in der Absaugleitung und einer an die Absaugleitung angeschlossenen Absaugvorrichtung, dadurch gekennz e i c h n e t, daß das Meßgerät (1) zur Eingabe der im Hauptvolumenstrom (2) ermittelten Gasgeschwindigkeit als Soll-Wert unter Zwischenschaltung eines Meßwertumwandlers (11) an einen als Mikroprozessor ausgebildeten Regler (12) angeschlossen ist, und daß die Entnahmesonde (4) zur Eingabe der im Teilvolumenstrom (5) ermittelten Gasgeschwindigkeit als Ist-Wert unter Zwischenschaltung des Gasmengenmeßgerätes (10) mit einem Impulsgeber an den Regler (12) angeschlossen ist, und daß die Teilvolumenstrom-Einstellvorrichtung (8) als regelbare Einstellvorrichtung mit einem impulsbetätigbaren Stellmotor ausgebildet ist und von dem Regler (12) nach einem Ist/Soll-Vergleich die für die Einstellung der geschwindigkeitsgleichen Absaugung des Teilvolumenstromes (5) erforderlichen Impulse erhält.
2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Sondenmündung eine Zuluftzuleitung (13) mit einem Zulufterzeuger (14) an die Entnahmesonde angeschlossen und in die Zuluftzuleitung (13) dem Zulufterzeuger (14) nachgeschaltet eine Zuluftvolumenstrom-Einstellvorrichtung (15) mit impulsbetätigbarem Stellmotor eingesetzt ist, und daß die Zuluftvolumenstrom-Einstellvorrichtung (15) von dem Regler (12) nach einem Ist/Soll-Vergleich zwischen einer in den Regler (12) eingegebenen Konstante für einen definierten konstanten Teilvolumenstrom als Soll-Wert und den tatsächlichen Teilvolumenstrom (5) als Ist-Wert die für die Einstellung des Zuluftvolumenstroms (16) zur Zuführung von Zuluft bis zur Erzeugung des konstanten Teilvolumenstroms erforderlichen Impuls erhält.
3. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zuluftzuleitung (13) ein Gasmengenmeßgerät (17) mit Impulsgeber eingesetzt und an den Regler angeschlossen ist.
4. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilvolumen-Einstellvorrichtung (8) und die Zuluftvolumenstrom-Einstellvorrichtung (15) als Regelventile ausgebildet sind.

Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung zur Staubmessung in strömenden Gasen nach dem Teil- stromprinzip, mit zumindest einem Meßgerät zum Messen der Gasgeschwindigkeit im Hauptvolumenstrom des betreffenden Gases beim Durchströmen eines Strömungskanals mit vorgegebenem Meßquerschnitt und mit einer Entnahmesonde im Strömungskanal zum Abzweigen eines Teilvolumenstroms aus dem Hauptvolumenstrom des Gases, mit einer an die Entnahmesonde angeschlossenen Absaugleitung, einer Staubabscheidevorrichtung, einem Gasmengenmeßgerät, einer Teilvolumenstrom-Einstellvorrichtung zum Einstellen der Gasgeschwindigkeit im Teilvolumenstrom an der Sondenmündung für geschwindigkeitsgleiche Teilvolumenstromabsaugung in der Absaugleitung und einer an die Absaugleitung angeschlossenen Absaugvorrichtung.

Staubmessungen in strömenden Gasen geben Aufschluß über die Staubgehalte in den Gasen, auch über Emissions- und Imissionsverhältnisse sowie über Abscheidegrade. Staubgehalt meint Beladung eines Gases mit Staub. Zur Messung der Staubbeladung selbst dienen Absaugaggregate, mit denen über eine Entnahmesonde für die Staubbeladung representative Proben aus dem Hauptvolumenstrom des Gases abgesaugt werden. Die abgesaugte Gasmenge und die daraus mit Hilfe der Staubabscheidevorrichtung abgeschiedene und ausgewogene Staubmenge werden zu dem gesamten Gasfluß in Relation gesetzt, um so auf die Gesamtmenge zu schließen. Die Absaugung der Probemenge und folglich die Teilvolumenstromabsaugung aus dem Hauptvolumenstrom des Gases muß geschwindigkeitsgleich erfolgen, da sonst eine Entmischung des Gas/Staubstromes möglich ist. Bei Schwankungen der Gasgeschwindigkeit im Hauptvolumenstrom kann die Absauggeschwindigkeit, d. h. die Gasgeschwindigkeit im Teilvolumenstrom oft nicht zu jedem Zeitpunkt der Gasgeschwindigkeit im Hauptvolumenstrom angepaßt werden, jedenfalls nicht bei den bekannten Meßvorrichtungen. Daher können bei groben Staubpartikeln Meßfehler auftreten, wenn mit der mittleren Gasgeschwindigkeit abgesaugt wird. Die häufig nicht rechtzeitige Anpassung der Gasgeschwindigkeit im Teilvolumenstrom an die Gasgeschwindigkeit im Hauptvolumenstrom, also die bisweilen geschwindigkeitsungleiche Teilstromentnahme ist bei den bekannten Meßvorrichtungen insbes. darauf zurückzuführen, daß die Teilvolumenstrom-Einstellvorrichtung lediglich als Reguliereinrichtung, z. B. handbetriebenes Drosselorgan, ausgebildet ist. Handbetrieb führt zwangsläufig zu erheblichen Verzögerungen in der Anpassung der beiden Gasgeschwindigkeiten zur Erzielung einer geschwindigkeitsgleichen Teilstromentnahme und ist darüber hinaus umständlich. - Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung zur Staubmessung in strömenden Gasen nach dem Teilstromprinzip der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche eine automatische Anpassung der Gasgeschwindigkeiten im Teilvolumenstrom an die Gasgeschwindigkeit im Hauptvolumenstrom gewährleistet und daher nahezu verzögerungs- und fehlerfrei arbeitet.