DE3223915A1

DE3223915A1 - Verfahren zur messung des feststoff-massenstromes

Info

Publication number: DE3223915A1
Application number: DE19823223915
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl.-Phys. DDR 9230 Brand-Erbisdorf Beiermann; Klaus-Dieter DDR 9200 Freiberg Blaschke; Hans-Heinrich DDR 7050 Leipzig Deicke; Johannes Dr. Dr.rer.nat. Dipl.Chem. DDR 7050 Leipzig Flachowsky; Peter Dr. Dr.-Ing. Göhler; Lothar DDR 9388 Oederan Heinz; Horst Dipl.-Ing. Kretschmer; Jürgen Dipl.-Ing. Noack; K.-P. Dr. Dr.rer.nat. Dipl-Chem. DDR 7030 Leipzig Rudolph; Manfred Dipl.-Ing. Scheller; Hans-Joachim Dipl.-Ing. DDR 9200 Freiberg Schweigel
Original assignee: Brennstoffinstitut Freiberg
Current assignee: Brennstoffinstitut Freiberg
Priority date: 1981-09-22
Filing date: 1982-06-26
Publication date: 1983-04-07
Also published as: HU194395B; GB2106645B; CS247119B1; YU209082A; JPH0249447B2; US4483199A; JPS5866818A; SU1702184A1; GB2106645A; DD207122A3; FR2513374A1; FR2513374B1

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zur Messung des Peststoff-Massenstromes

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Peststoff-Massenstromes "bei der Förderung von Peststoff-Gas-Suspensionen in Rohrleitungen, insbesondere bei der Förderung im Dichtstrom und bei erhöhtem Druck, wie beispielsweise bei der Zuführung von staubförmigen Brennstoffen zu unter hohem Druck betriebenen Vergasungsreaktoren.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Wegen der großen Breite des Brennstoffprogrammes hat sich die Vergasung von staubförmigen Brennstoffen mit Sauerstoff als Vergasungsmittel in Form einer Flammenreaktion als besonders vorteilhaft erwiesen. Vielfach läuft ein solcher Vergasungsprozeß unter hohem Druck, beispielsweise bei einem Druck von 3 MPa ab. Es sind - wie z. B. in DD TO C 10 J 201 O64 beschrieben - Technologien bekannt, bei denen der staubförmige Brennstoff über ein Schleusensystem auf ausreichenden Druck gebracht und anschließend in einem Trägergasstrom suspendiert über Förderleitungen dem oder den Brennern des eigentlichen Vergasungsreaktors zugeführt wird. Wie in der oben zitierten Schrift dargelegt, wird angestrebt, die Staubkonzentration im Trä-

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gergasstrom exbrem hoch zu halten. So werden z. B, Verhältniswerte vom Peststoff zu Trägergas-Volumenstrom (bezogen auf Betriebstemperatur und Betriebsdruck) größer als 300 kg/mr eingestellt. Für die Wirtschaftlichkeit des Betriebes und die technische Sicherheit der Anlage ist es erforderlich, die einem Brenner des Vergasungsreaktors in der Zeiteinheit zugeführte Menge an staubförmigem Brennstoff zu messen und zu regeln.

Es ist z. B. aus DE-OS 25 56 957 bekannt, mit mehreren, intermittierend betriebenen Druckvorratsbehältern zu arbeiten und den staubfö'rmigen Brennstoff aus diesen Behältern einer gemeinsamen Förderleitung zum Brenner des Vergasungsreaktors zuzuführen. In diesem Fall können die Druckvorratsbehälter z. B, auf .Gewichtsmeßdosen gelagert werden und so der Staubaustrag aus den Vorratsbehältern und damit die dem Brenner zugefUhrte Staubmenge in der Zeiteinheit bestimmt werden. Diese Methode versagt, wenn aus einem Druckvorratsbehälter mehrere, gleichzeitig und einzeln zu überwachende Förderleitungen nach jeweils einem Brenner zu speisen sind, oder wenn aus einem Druckvorratsbehälter, der über geeignete Schleusen oder Fest stoffpumpen periodisch nachgefüllt wird, ein kontinuierlicher Feststoffstrom entnommen wird.

Es ist weiter bekannt, als Maß für den Staubmengenstrom den Druckabfall der Staub-Trägergas-Suspension an einer in der Förderleitung installierten Venturidüse (DE-OS 14 33 327) oder über eine bestimmte Längender Förderrohrleitung (K, R. Barker et al., Pessure Feeder for Powdered Coal., Industrial and Engineering Chemistry 43 (1951) S. 1204 bis 1209) heranzuziehen. Abgesehen davon, daß die Installation einer Drosselstelle wie z. B, einer Venturi-Düse bei der Förderung

von Staub-Trägergas-Suspensionen mit hoher Feststoff-Konzentration die Gefahr von Betriebsunterbrechungen durch Verstopfung mit sich bringt, ist der Zusammenhang zwischen Druckabfall und Staubmengenstrom durch eine Vielzahl weiterer Einflußgrößen, wie Geometrie der Meßanordnung, Art des zu fördernden Peststoffes (Körnung, Korngestalt, Oberflächeneigenschaften, Härte, Dichte), Verhältnis von Feststoffmenge zu Trägergasvolumen und Betriebszustand des Trägergases an der Meßstelle, gekennzeichnet. Es sind also umfangreiche Eicharbeiten erforderlich, so daß eine solche Messung in der Regel nur als Tendenzmessung genutzt wird.

Bekannt sind Vorschläge, den Trägergasstrom vor der Beladung mit dem staubförmigen Brennstoff und die Dichte der Staub-Trägergas-Suspension in der Förderleitung zu messen und über geeignete Rechnerschaltungen den Staubmassenstrom, also die in der Zeiteinheit geförderte Staubmasse zu berechnen, wobei als zusätzliche Eingabegrößen die Dichte der Feststoffpartikel und die Dichte des Trägergases eingehen (DE-OS 27 57 032). Diese Methode versagt allerdings, wenn mit höheren Feststoffkonzentrationen, also spezifisch kleinen Trägergas-Volumenströmen gearbeitet wird. Selbst wenn man die Probleme der genauen Messung kleiner Gasvolumenströme bei hohem Druck oder der Verluste durch Leckagen bzw. der zusätzlich z. B. zur Spülung von Druckmeßstellen in die Rohrleitung einzuführenden (geringen) Trägergasmengen beherrschen könnte, ergeben sich hinsichtlich der Momentanwerte unter diesen Bedingungen erhebliche Differenzen zwischen dem Trägergasvolumenstrom an der Meßstelle vor der Beladung mit Staub und dem echten Trägergasvolumenstrom in der Förderleitung. Diese Differenzen sind

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bedingt durch Drucfcausgleichsvorgänge zwischen dem (unter Druck stehenden) Staubvorratsbehältern und der Förderleitung", die aus dem Sehleusenbetrieb zum Nachfüllen des Vorratsbehälters und aus an sich kleinen Druckschwankungen im ganzen System resultieren. Diese Differenzen sind vernachlässigbar, wenn große Trägergasmengen zur Förderung des Staubes eingesetzt werden ("Dünnstromförderung"). Unter den Bedingungen einer Dichtstromförderung, bei der beispielsweise unter einem Druck von 3,0 MPa eine Braunkohlenstaub-Trägergas-Suspension mit einer Konzentration von 500 kg Braunkohlenstaub je nr Trägergas transportiert wird, können diese Differenzen momentan die Größenordnung des gesamten Trägergasstromes erreichen, so daß der aus Trägergasstrom und Dichte der Suspension berechnete, für den Betrieb und die technische Sicherheit des Vergasungsreaktors wichtige Momentanwert des Staubmassenstromes mit erheblichen Fehlern behaftet ist.

Die Lehre von DE-OS 27 57 032 ist schließlich auch nicht anwendbar, wenn aus einem Druckvorratsbehälter mehrere getrennt zu regelnde und überwachende Förderströme abgehen und die gesamte Trägergasmenge als einheitlicher Strom diesem Vorratsbehälter" zugeführt wird.

Ebenfalls für ein Dünnstrom-Fördersystem ist das in DE-OS 25 54 565 angegebene Verfahren zugeschnitten, bei dem als Führungsgröße für die Regelung des Staubmassenstromes ein Produkt aus der Feststoffdichte an der Meßstelle und der Differenz zwischen -einem Trägergasvolumenstrom und einem Vergleichswert herangezogen wird. Ohnehin ist bei diesem Verfahren eine quantitative Aussage zum Staubmassenstrom nicht gegeben. Als Meßverfahren für die Feststoffdichte in der Staub-Trägergas-Suspension wurden Adsorptionsmessungen beim Durchgang elektromagnetischer Wellen

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durch die Suspension und Messungen der elektrischen Kapazität der Staub-Trägergas-Suspension zwischen zwei geeigneten Elektroden vorgeschlagen (DE-OS 27 11 114).

Bekannt sind weiter Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit der Peststoffpartikel auf optischen Wege, durch Zusatz radioaktiver Tracer-Substanzen und durch Messung des Impulses des Peststoff-Stromes, d. h. durch Messung der Kraft, die der Feststoffstrom auf einen in die Strömung hineinragenden Fühler ausübt.

Es hat sich gezeigt, daß optische Meßverfahren wie z. B. nach DD-V/P 142 606 bei Feststoff-Trägergas-Suspensionen sehr hoher Peststoff-Konzentration und hoher Feinheit nicht geeignet sind.

Meßverfahren mit radioaktiven Tracern sind zwar gut geeignet für die Durchführung einzelner Versuche, doch ergeben sich für den Dauerbetrieb aus Gründen des Strahlenschutzes und der kontinuierlichen Anlieferung und Dosierung radioaktiver Tracer Schwierigkeiten, die insbesondere unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit kaum lösbar sind. Schließlich sind Meßeinrichtungen, die nach dem Impuls-Verfahren arbeiten (siehe z, B. Weber, Aufbereitungstechnik 7(1966) S. 603 bis 613), bei hohen Feststoffkonzentrationen relativ störanfällig und geben durch den in den Peststoffstrom hineinragenden Pühler leicht Anlaß zu Verstopfungen der Förderleitung. Diese Verstopfungsgefahr ist besonders groß, wenn der Peststoff fasriger Partikel enthält, wie beispielsweise bei einigen Sorten von Braunkohlenstaub.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Messung des Peststoff-Massenstromes bei der Förderung von Feststoff-Gas-Suspensionen in Rohrleitungen, das für-

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Fest st off-Trägergas-Suspensionen mit sehr hoher Peststoff konzentration (Dichtstrom-Förderung) und hohem Druck geeignet ist und das auch wirtschaftlich im Dauerbetrieb eingesetzt werden kann.

Ziel der Erfindung ist "besonders ein Meßverfahren zur Überwachung der Zufuhr von im Trägergas suspendierfcen staubfb'rmigen Brennstoff zu den Brennern von Druckvergasungsreaktoren bzw. von Druckfeuerungen, das den hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Messung genügt, die bei diesen Anwendungsfällen gestellt werden. Das durch das Meßverfahren gewonnene Signal soll als Impuls für die Regelung des Prozesses geeignet sein.

Darlegung des Wesens der Erfindung

- Technische Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Messung des Peststoff-Massenstromes bei der Förderung von Peststoff-Gas-Suspensionen in Rohrleitungen insbesondere unter hohem Druck, das für Suspensionen mit sehr hoher Peststoff-Konzentration geeignet ist, also für die Förderung im Dichtstrom, das eine Strömung der Förderung in der Rohrleitung durch in den Förderstrom hineinragende Fühler oder durch Drosselstellen vermeidet, das ohne offene radioaktive Tracer auskommt, das hohe Genauigkeitsforderungen erfüllt, das weitgehend unabhängig ist von der Beschaffenheit des zu fördernden Feststoffes und das sich z. B. hinsichtlich seines Zeitverhaltens zur Impulsgabe für die Prozeßsteuerung und -regelung eignet.

- Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß an einer Stelle der die Feststoff-Gas-Suspension führenden Rohrleitung impulsartig die Feststoff-Konzentration der an der genannten Stelle

vorbeifließenden Suspension verändert wird, stromabwärts der genannten Stelle an mindestens zwei in einem Abstand voneinander befindlichen Meßstellen in der Rohrleitung nach an sich bekannten Meßverfahren kontinuierlich die !Peststoff-Konzentration C der Peststoff-Gas-Suspension (die Peststoffmasse, bezogen auf das Gesamtvolumen der Suspension) oder eine Größe, die dieser Konzentration entspricht oder mit ihr in funktionellem Zusammenhang steht, gemessen wird und die Differenz zwischen den Zeitpunkten bestimmt wird, zu denen die Veränderung der Peststoff-Konzentration an den genannten Meßstellen nacheinander indiziert wird.

Erfindungsgemäß wird weiter in an sich bekannter V/eise ein zeitlicher Mittelwert der Peststoff-Konzentration der Peststoff-Gas-Suspension für den Abschnitt der Rohrleitung bestimmt, in dem sich die genannten Meßstellen befinden, mit geeigneten Mitteln wie z. B, logischen Bausteinen ein Signal erzeugt, das proportional ist dem Quotienten aus dem genannten zeitlichen Mittelwert der Peststoff-Konzentration, dividiert durch die Differenz der Zeitpunkte, an denen die Veränderung der Peststoff-Konzentration an den Meßstellen nacheinander indiziert wird und dieses Signal als Maß für den Peststoff-Massenstrom.in der Rohrleitung benutzt wird.

Grundlage der offenbarten Lösung ist die bei halbtechnischen Versuchen überraschend gefundene Beobachtung, daß sich kurzzeitige, also impulsartige, relativ kleine Veränderungen der Peststoff-Konzentration von dichten Peststoff-Trägergas-Suspensionen, die in einer Rohrleitung strömen, zumindest innerhalb ausreichend geringer Toleranzen unter bestimmten, im weiteren näher beschriebenen Bedingungen mit der gleichen Geschwindigkeit in der Rohrleitung fortpflanzen,

mit der sich, der Pest stoff in der Rohrleitung "bewegt. Dieser Sachverhalt ist für den Fachmann deshalb überraschend, weil "bei einer pneumatischen Förderung die den Transport der Feststoffpartikel bewirkenden Kräfte ausschließlich Folge einer Relativbewegung zwischen Trägergas und Fest stoffpartikel sind. Das Trägergas wird (mindestens bei einer Förderung in horizontaler und aufwärts geführten Richtung) also mit größerer Geschwindigkeit durch die Rohrleitung strömen, als der Feststoff. Siehe dazu z. B. Weber "Strömungsfordertechnik", Verlag Mainz 1974.

Damit war an sich nach bisherigem Stand zu erwarten, daß eine absichtlich hervorgerufene kurzzeitige Veränderung der Feststoff-Konzentration in der Feststoff-Trägergas-Suspension, also eine Veränderung des Verhältnisses von Feststoffvolumen zu Trägergasvolumen, sich mit einer Geschwindigkeit in der Rohrleitung fortpflanzt, die entweder der Trägergasgeschwindigkeit oder einer Geschwindigkeit zwischen Trägergas- und Feststoff-Geschwindigkeit entspricht, zumal auch aus der Wirbelschichttechnik bekannt war, daß "Blasen", also Räume mit wesentlich verminderter Feststoff-Konzentration sich-relativ zur Feststoff-Wirbelschicht bewegen.

Im Gegensatz zu diesen Erwartungen wurde aber, wie oben dargelegt, gefunden, daß sich kurzzeitige, impulsartige Veränderungen der Feststoff-Konzentration einer Feststoff-Trägergas-Suspension in einer Rohrleitung unter bestimmten Bedingungen mit einer der Transportgeschwindigkeit des Feststoffes gleichen Geschwindigkeit fortpflanzen, und daß damit die Transportgeschwindigkeit ν des Feststoffes in der Rohrleitung direkt durch Messen der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von kurzzeitigen Veränderungen der Feststoff-Konzentration bestimmt werden kann. Wie oben dargelegt, wird die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der impulsartig-erzeugten Veränderung der Feststoff-Konzentration dadurch gemessen, daß die

- sr-

Differenz zwischen den Zeitpunkten bestimmt wird, an denen die Veränderung der Feststoff-Konzentration nacheinander an mindestens zwei im Abstand L befindlichen Feststoff-Konzentrations-Meßstellen in der Rohrleitung indiziert wird. Damit wird

L
^vs " TT '

wenn /Vt die genannte Zeitdifferenz ist.

Der Feststoff-Massenstrom F durch die Rohrleitung kann bestimmt werden durch Multiplikation von ν mit dem Rohrleitungsquerschnitt A und der auf das Volumen von Trägergas plus Feststoff bezogenen Feststoff-Konzentration C (in Masseneinheiten je Volumeneinheit). Da durch die impulsartigen Veränderungen der Feststoff-Konzentration diese nicht konstant ist, wird erfindungsgemäß zur Erfassung des Feststoff-Massenstromes nicht C , sondern ein zeitlicher Mittelwert der Feststoff-Konzentration C herangezogen, der mit bekannten Mitteln aus einer kontinuierlichen Messung der Konzentration gewonnen werden kann. Der Feststoff-Massenstrom wird somit

Ein diesem Feststoff-Massenstrom entsprechendes Signal wird, wie oben dargelegt, mit an sich bekannten Mitteln durch, eine dieser Gleichung entsprechenden Verknüpfung von C_ und dt gewonnen.

Erfindungsgemäß beträgt die Zeitdauer für die impulsartige Veränderung der Feststoff-Konzentration weniger als 1 s, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 s. Dabei wird die Feststoff-Konzentration um 10 bis 40 %, verglichen mit ihrem Normalwert, abgesenkt. Innerhalb dieses Bereiches wird der Grad der Absenkung der Feststoff-Konzentration durch Art und Empfindlichkeit des angewandten Meßverfahrens für die Feststoff-Konzentration und deren natürliche Schwankungsbreite bestimmt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die impulsartige Veränderung der Peststoffkonzentration durch eine impulsartige Injektion einer zusätzlichen Gasmenge in die Rohrleitung erreicht wird. Abhängig von der durch die äußeren Bedingungen gegebenen geometrischen Anordnung der Injektionsstelle und von den Eigenschaften des Fördergutes kann die Gefahr bestehen, daß die Injektionsöffnung in die Rohrleitung sich im Laufe der Zeit zusetzt, Erfindungsgemäß kann zur Vermeidung dieser Gefahr an der Injektionsstelle ständig ein vergleichsweise geringer Gasstrom eingeführt werden, der impulsartig auf einen Maximalwert vergrößert und anschließend wieder auf den ursprünglichen Wert reduziert wird.

Der für die Messung erforderliche, oben dargelegte Grad der Absenkung der Peststoff-Konzentration wird durch entsprechende Dosierung des injizierten Gasstromes erreicht.

Die impulsartige Veränderung der Peststoff-Konzentration kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung anstelle der oder zusätzlich zur Injektion einer zusätzlichen Gasmenge durch eine kurzzeitige Drosselung des Peststoffstromes in der Rohrleitung erreicht werden. Eine solche Drosselung läßt sich erfindungsgemäß bevorzugt durch eine kurzzeitige Veränderung des Einlaufquerschnittes am Peststoff-Einlauf in die Rohrleitung, vorzugsweise durch kurzzeitige Verstellung eines vor dem Peststoff-Einlauf in die Rohrleitung angeordneten Stell- und Schließkörpers beispielsweise entsprechend Patentanmeldung DD WP G 05 B/227 094/7 erreichen.

Es hat sich bei Vergleichsversuchen mit radioaktiven Tracern gezeigt, daß die kurzzeitige Drosselung nicht zu einer stoßweisen Pörderung führt, sondern schon kurz stromabwärts der Drosselstelle eine gleichmäßige

- VT-

- '5- 322391b;

Pest st off-Geschwindigkeit erhalten "bleibt, wobei über einen, der Dauer des Drosselvorgangs ungefähr entsprechenden Zeitraum die Feststoff-Konzentration abgesenkt ist.

Um eine quasi kontinuierliche Messung des Peststoff-Massenstromes zu erreichen, kann erfindungsgemäß die impulsartige Veränderung der Peststoff-Konzentration periodisch, vorgenommen v/erden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Impulsabstand 4 bis 30 s, Nach der Erfindung ist es jedoch auch möglich, daß die impulsartige Veränderung der Peststoff-Konzentration jeweils in Relation zu den Durchgangszeitpunkten der vorangegangenen impulsartigen Veränderung an den Meßstellen für die Peststoff-Konzentration ausgelöst wird. Dabei wird eine impulsartige Veränderung der Peststoff-Konzentration veranlaßt, nachdem der Durchgang des vorangegangenen Impulses an der in Strömungsrichtung gesehen zweiten Meßstelle indiziert worden ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Messung der Peststoff-Konzentration bzv/. einer mit ihr in funktionellem Zusammenhang stehenden Größe an den genannten Meßstellen ein radiometrisches Transmissions-meßverfahren, also die Erfassung der Intensitätsschwächung der von einer Quelle ausgehenden Strahlen durch den Pörderstrom, verwendet, wobei Art und Stärke der Strahlenquelle und die Geometrie der Anordnung der Strahlungsempfänger so auf die Rohrleitung, deren Querschnitt, ihre Wandstärke sowie auf Art und Konzentration des Peststoffes abgestimmt sind, daß die erforderliche Integrationszeit für die radiometrische Transmissionsmessung klein ist, verglichen mit der Differenz der Indikationszeitpunkte für die Veränderung der Peststoff-Konzentration an den genannten Meßstellen«

322391 §

Es entspricht der Erfindung, wenn für die Bildung des genannten zeitlichen Mittelwertes der Feststoff-Konzentration C^- mit geeigneten, an sich bekannten Mitteln das Ergebnis der radiometrisehen Transmissionsmessung an einer der genannten Meßstellen herangezogen wird. Bei erhöhten Genauigkeitsforderungen und bei relativ großen Abständen L zwischen den Meßstellen kann es aber zweckmäßig sein, vor der Bildung der zeitlichen Mittelwerte das arithmetische Mittel der gleichzeitigen Messung an den genannten Meßstellen zu bestimmten und diesen örtlichen Mittelwert der zeitlichen Mittelwert sbildung zugrunde zu legen.

Bei Einsatz eines radiometrischen Transmissions-Meßverfahrens hat es sich erfindungsgemäß als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Peststoff-Konzentration impulsartig soweit abgesenkt wird, daß sich die Zählrate für den Strahlungsdurchgang (also die empfangenen Strahlungsimpulse je Zeiteinheit) an den Meßsteilen um 3 bis 10 %, vorzugsweise um 4 bis 6 % bezogen auf den Ausgangswert erhöht. Zumindest bei der Peststoff-Pörderung im Dicht strom liegt dann der Relativbetrag der Senkung der Peststoff-Konzentration innerhalb des obe angegebenen Bereiches von 10 bis 40 %.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch charakterisiert, daß die Dielektrizitätskonstante der Peststoff-Gas-Suspension als die in funktioneilen Zusammenhang mit der Peststoff-Konzentration stehende Größe herangezogen wird, und daß als Meßverfahren an den genannten Meßstellen an sich bekannte Kapazitäts-Meßverfahren eingesetzt werden. Solche Meßverfahren ■ haben gegenüber der radiometrischen Transmissionsmessung den Vorteil kürzerer Totzeiten. Das Meßergebnis ist bei vielen Pördermaterialien verhältnismäßig stark durch Schwankungen in der Beschaffenheit des Pördergutes beeinflußt. Das stört nicht für die Ermittlung der

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Transportgescliv/indigkeit des Pest stoffes, so daß hier die Vorteile der kürzeren Totzeit roll zur Geltung kommen, kann aber die Genauigkeit der Peststoff-Konzentration so beeinträchtigen, daß eine zusätzliche radiometrische Transmissionsmessung für die Erfassung der Peststoff-Konzentration notwendig ist, die vorteilhafter Weise in der Mitte zwischen den genannten Kapazität smeß st eilen angeordnet wird.

Pur die Bestimmung der Differenz zwischen den Zeitpunkten, an denen die "Veränderung der Peststoff-Konzentra-; tion bzw. der mit ihr in funktionellem Zusammenhang stehenden Größe an den Meßstellen nacheinander indiziert werden, stehen bekannte analoge und digitale Auswertungsverfahren zur Verfügung.

Bewährt haben sich in der Reihenfolge steigender Genauigkeit, aber auch steigenden Aufwandes folgende Möglichkeiten zur Definition des Durchgangszeitpunktes einer impulsartigen Veränderung der Peststoff-Konzentration an einer Meßstelle:

- Zeitpunkt des Überschreitens einer festen üveau-Schranke außerhalb des natürlichen Schwankungsbereiches der Peststoff-Konzentration

- Arithmetisches Mittel zwischen den Zeitpunkten des Überschreitens und des darauf folgenden Uhterschreitens einer festen Hiveauschranke

- Einführung einer variablen Miveauschranke, die in einem fest vorgegebenen Abstand zu einem laufend berechneten Mittelwert der Peststoff-Konzentration des gerade vergangenen Zeitraumes geführt wird

- Zeitpunkt der Einstellung des Scheitelwertes der Peststoff-Konzentration-Zeit-Punktion an der jeweiligen Meßsteile

In d'em Bestreben, die impulsartige Veränderung der Peststoff-Konzentration so klein als möglich zu halten, sie

aber noch sicher indizieren zu können, ist schließlich eine Ausführungsform der Erfindung gekennzeichnet durch Anwendung eines automatischen Korrelationsverfahrens zur Bestimmung der Zeit'differenz für die Indizierung der impulsartigen Peststoff-Konzentrations-Änderung an den Meßstellen. Dazu können "bekannte Kreuzkorrelationen oder Polarisationskorrelationen herangezogen werden. Bei Anwendung der Korrelationstechnik ist es in der Regel vorteilhaft, die Auslösung der Pest stoff-Konzentrations-Änderungen durch den Korrelator selbst zu steuern und gegebenenfalls in dem für eine Korrelationsrechnung heranzuziehenden Zeitraum von z. B. 10 s mehrere Peststoff-Konzentrationsimpulse passieren zu lassen.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung sei an zwei Ausführungsbeispielen erläutert. Dazu wird Figur 1 mit einer schematischen Darstellung des Verfahrens zur Messung des Peststoff-Massenstromes bei der Zuführung eines staubförmigen Brennstoffes zu einem Vergasungsreaktor herangezogen.

1. Ausführungsbeispiel

In einer Anlage zur Vergasung staubförmiger Brennstoffe wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Staubmassenstrom gemessen und geregelt.

Entsprechend Pigur 1 wird der staubförmige Brennstoff über eine Schleuse 1 einem unter einem Druck von ca. 3 MPa stehenden Dosierbehälter 2 zugeführt. Im Unterteil des Dosierbehälters wird der Staub durch Einblasen eines Trägergases fluisiert und fließt als dichte Staub-Trägergas-Suspension über die Förderleitung 3 dem Brenner 4 eines Vergasungsreaktors 5 zu. Im Reaktor wird der staubförmige Brennstoff mit einem über Vergasungsmittelleitung 6 zugeführten, sauerstoffreichen Vergasungsmittelgemisch bei einem Druck von ca.

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2,8 MPa umgesetzt. Der zum Reaktor geführte Feststoff-Massenstrom wird über den dem Dosierbehälter über das Regelventil 7 zugeführten Trägergasstrom geregelt. Die Peststoffkonzentration der durch die Förderleitung 3 fließenden Peststoff-Gas-Suspension liegt in einem Bereich von 300 bis 500 kg Pest stoff je tn Suspensionsvolumen (Summe von Gas- und Peststoff-Volumen).

An der Injektionsstelle 8 wird über Leitung 9 und Drosselscheibe 10 ständig ein kleiner zusätzlicher Trägergasstrom in die Förderleitung 3 injiziert, die die Peststoff-Konzentration der Suspension nicht wesentlich beeinflußt. Durch kurzzeitiges Offnen des Magnetventils 11 wird der an der Stelle 8 injizierte zusätzliche Trägergasstrom impulsartig soweit erhöht, daß die Peststoff-Konzentration der während dieser Injektion an der Stelle 8 der Förderleitung vorbeifließenden Suspension deutlich vermindert wird.

Stromabwärts der Injektionsstelle 8 sind in einem Abstand zueinander von L = 6 m zwei Meßstellen zur Erfassung der Peststoff-Konzentration in der Suspension angeordnet. Die Meßstellen arbeiten nach dem Prinzip der y-Strahlen-Transmissionsmessung und bestehen jeweils aus der Jf -Strahlenquelle 12 bzw. 14 und dem Strahlungsdetektor 13 bzw, 15. Die Detektoren sind mit Strahlungsmeßgeräten 16 bzw. 17 verbunden, die jeweils sowohl ein analoges Signal (Strahlungsimpulsdichte oder Zählrate) als auch in regelmäßigen Zeitabständen ein digitales Signal abgeben.

Die an der Injektionsstelle 8 impulsartig erzeugte Absenkung der Peststoff-Konzentration pflanzt sich mit dem Transport der Suspension in der Förderleitung 3 fort und wird zunächst an der aus Strahlungsquelle 12 und Detektor 13 bestehenden Meßstelle indiziert. Das drückt sich darin aus, daß die vom Strahlungsmeßgerät 16 aufgenommene Zählrate impulsartig ansteigt und wieder auf den Normalwert bzw. den normalen Schwankungsbereich der Zählrate abfällt. Das Strahlungsmeßgerät

5 ■ t 9 ' *

gibt ein der Zählrate proportionales Analogsignal ab, das bei Überschreiten einer vorgegebenen Niveausehranke oberhalb des normalen Schwankungsbereiches ein Zeitmeßgerät 18 startet. Entsprechend, wird die Zeitmessung gestoppt, wenn über Detektor 15 und Strahlungsmeßgerät 17 der Durchgang der Pest stoff-Konzentrationsstörung indiziert und dem Zeitmeßgerät 18 aufgegeben wird.

Die von den Strahlungsmeßgeräten 16 und 17 in regelmäßigen Zeitabständen, im Beispiel aller 0,5 s, abgegebenen Digitalsignale (also die Zahl der in diesem Zeitabstand eingegangenen Strahlungsimpulse) werden einem Mikrorechner 19 zugeführt, der die gleichzeitig eingehenden Signale der beiden Meßstellen ermittelt und anschließend die in einem gerade vergangenen Zeitraum von im Beispiel 10 s bestimmten örtlichen Mittelwert vereinigt. Unter Berücksichtigung von Eichfunktionen, in die neben geometrischer Anordnung von Strahlungsquelle und Detektor und Art des Strahlers die Zählrate Z bei leerem Rohr und der separat zu bestimmende, insbesondere von Zusammensetzung und Anteil der Asche des staubförmigen Brennstoffes abhängige Massenschwächungskoeffizient des Staubes eingehen, und unter Eliminierung des Anteils der Trägergasdichte am Ergebnis der Transmissionsmessung wird durch den Rechner 19 weiter eine mittlere Feststoff-Konzentration

C berechnet. Gemäß der Gleichung s

F = L · A · -S-^s At

Wird anschließend diese Größe mit der vom Zeitmesser 18 übernommenen Zeit A t zum Peststoff-Massenstrom P in" kg/s verknüpft. Dabei ist A der lichte Querschnitt der Förderleitung 3 und L der Abstand der beiden Meßstellen.

Die erwähnte Eliminierung des Anteils der Trägergasdichte macht sich bei hohen Betriebsdrücken, wie in un-

- yt -

serem Beispiel, notwendig, v/eil die radiometrische Transmissionsmessung primär die Dichte der Suspension C. also das Verhältnis der Massen von Peststoff plus Trägergas zu Gesamtvolumen der Suspension gibt. Mit der in den Rechner zusätzlich eingegebenen, off-line bestimmten Reindichte des Peststoffes i_ und der Dichte des Trägergases unter Normbedingungen C ^ q)jj gilt die Beziehung

wobei die Zustandsgrößen des Gases Pg. und Tq wahlweise in den Rechner eingegeben oder (in Figur 1 nicht dargestellt) von speziellen Meßwertgebern an der Förderleitung übernommen werden können. Die Sezugszustandsgrößen Pjj und Tjj sind fest eingegeben. Der so berechnete Massenstrom P wird mit Hilfe von

Regler 21, der auf das Regelventil 7 in der Trägergaszuleitung wirkt, zur Steuerung des dem Reaktor 5 zufließenden Stromes von staubförmigen Brennstoff genutzt. Außerdem wird der Massenstrom vom Drucker 20 protokolliert.

Nach Abschluß eines Meß- und Rechenzyklus wird durch den Rechner 19 eine neue Gasinjektion über das Magnetventil 11 ausgelöst.

Bei einem Durchmesser der Förderleitung 3 von 50 mm werden 15 t/h Braunkohlenstaub gefördert. Die Trägergasmenge beträgt vor der Injektionsstelle ·°, bezogen auf Betriebszustand (3,0 KPa, 20 ⁰C) 27,5 m³/h entsprechend 770 m^ /h im ITormzustand. Über die Drosselscheite 10 wird ständig ein Gasstrom von 0,25 m /h, entsprechend 7 nr/h im Bbrmzustand zur Spülung der Injektionseinrichtung eingeführt. Durch öffnung des Magnetventils 11 werden impulsartig Über einen Zeitraum von 0,6 s zusätzlich 7,3 nr/h (200 nr/h im lormzustand.)

-23." f \ .;■.'

in das Pörderrohr injiziert. Durch diese Injektion Wird die Peststoff-Konzentration C der Kohlenstaub-Trägergas-Suspension von 400 kg/nr auf 328 kg/nr Suspensionsvolumen, also um 18 % abgesenkt. Etwa 1 s nach Beginn der Injektion steigt die vom Strahlungsmeßgerät 16 aufgenommene Zählrate um 6 % an. Nach einem weiteren Zeitraum von At = 1,13 s wird eine gleiche Erhöhung der Zählrate am Strahlungsmeßgerät 17 indiziert. Für die Berechnung des Peststoff-Massenstromes wird der Mittelwert der Peststoff-Konzentration beider Meßstellen über 8 s herangezogen. Der Peststoff-Massenstrom v/ird aller 10 s ausgedruckt.

Kontrollversuche mit V/ägung des aufgegebenen Staubes erbrachten eine Meßtoleranz für den Staubmassenstrom von £ 5 % .

Vergleichsmessungen zur Ermittlung der Peststoff-Geschwindigkeit bzw. der Fest stoff-Laufzeit mit einzelnen, radioaktiv markierten Partikeln als Tracer im Peststoffstrom erbrachten hinsichtlich der Geschwindigkeit Übereinstimmung mit dem Ergebnis des Ausführungsbeispiels in einer Toleranz von weniger als f 2 Der höhere Fehler der Massenstrommessung resultiert aus Fehlern bei der Bestimmung der Feststoff-Konzentrat ion C ,

2. Ausführungsbeispiel

Bei sonst gleicher Anordnung wie im Beispiel 1 ist vor dem konischen Einlauf 22 der in den Dosierbehälter 2 eintauchenden Förderleitung 3 ein Stell- und Schließkörper 23 angeordnet. Der Schließkörper ist durch einen pneumatischen Antrieb 24 axial verstellbar. Das Gestänge 25 ist druckdicht durch den Boden des Dosierbehälters und den im Unterteil des Dosierbehälters 2 befindlichen Anströmboden 26 geführt. In der Figur nicht dar-

gestellt, wird ein Teilstrom des Trägergases nach. Regelventil 7 abgezweigt und dem Stell- und Schließkörper zugeführt. Dieser Teilstrom tritt an der Spitze des Stellkörpers in das Förderrohr ein.

Mittels des pneumatischen Antriebes wird der Stellkörper impulsartig soweit in Richtung des Einlaufe verschoben, daß sich der freie, ringförmige Querschnitt zwischen dem konischen Einlauf 22 und dem ebenfalls konischen Oberteil des Stellkörpers auf etwa 50 % äer Normalst ellung reduziert. Dadurch, wird impulsartig die Feststoff-Konzentration der in die Förderleitung einlaufenden Konzentration um etwa 25 % abgesenkt. Der Meß- und Auswertungsvorgang entspricht Beispiel 1. Der Anstieg der Zählrate beim Durchgang von Suspension verminderter Fest stoff-Konzentration beträgt etwa 8 %.

Gegenüber Ausführungsbeispiel 1 entfallen die Einrichtungen zur Injektion zusätzlichen Gases, also die Position 8 bis 11. Abweichend vom Beispiel 1 wird die kurzzeitige, impulsartige Drosselung des Feststoff-Einlaufes durch einen separaten Zeitgeber 27 periodisch ausgelöst, wobei diese Perioden länger sind, als die für Messung und Auswertung eines Meßzyklus erforderliche Zeit.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 - Schleuse

2 - Dosierbehälter

3 - Förderleitung

4 - Brenner

5 - Vergasungsreaktor

6 - Vergasungsmittelleitung

7 - Regelventil

8 - Injektionsstelle

9 - Leitung

10 - Drosselscheibe

11 - Magnetventil

12 - y-Strahlungsquelle

13 - Strahlungsdetektor

14 - ^-Strahlungsquelle

15 - Strahlungsdetektor

16 - Strahlungsmeßgerät

17 - Strahlungsmeßgerät

18 - Zeitmeßgerät

19 - Rechner

20 - Drucker

21 - Regler

22 - Einlauf

23 - Schließkörper

24 - Antrieb

25 - Gestänge

26 - Anströmboden

27 - Zeitgeber

Claims

- je - Erfindungsansprüche

1. Verfahren zur Messung des Peststoff-Massenstromes "bei der Förderung von Fest st off-Gas-Suspensionen in Rohrleitungen, insbesondere bei der Förderung im Dichtstrom und bei erhöhtem Druck, dadurch gekennzeichnet , daß

- an einer Stelle der die Feststoff-Gas-Suspension führenden Rohrleitung impulsartig die Feststoff-Konzentration der an der genannten Stelle vorbeifließenden Suspension verändert wird,

- stromabwärts der genannten Stelle an mindestens zwei in einem Abstand voneinander befindlichen Meßstellen in der Rohrleitung nach an sich bekannten Meßverfahren kontinuierlich die Feststoff-Konzentration der Feststoff-Gas-Suspension oder eine mit dieser in funktionellem Zusammenhang stehende Größe gemessen wird,

- die Differenz zwischen den Zeitpunkten bestimmt wird, an denen die Veränderung der Feststoff-Konzentration bzw. der mit dem Meßverfahren bestimmten, mit der Feststoff-Konzentration in funktionellem Zusammenhang stehenden Größe an den stromabwärts der genannten Stelle im Abstand voneinander befindlichen Meßsteilen nacheinander indiziert wird,

- ein zeitlicher Mittelwert der Peststoff-Konzentration der Pest stoff-Gas-Suspension in einem Abschnitt der Rohrleitung, in dem sich die genannten Meßstellen befinden, bestimmt wird,

- mit an sich bekannten Mitteln ein Signal erzeugt wird, das proportional ist dem Quotienten aus dem genannten zeitlichen Mittelwert der Peststoff-Konzentration, dividiert durch die Differenz der Zeitpunkte, an denen die Veränderung der Peststoff-Konzentration an den Meßstellen nacheinander indiziert wird,

- und daß dieses Mittel als Maß für den Peststoff-Massenstrom in der Rohrleitung benutzt wird.

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer eines Impulses für die Veränderung der Pest stoff-Konzentration weniger als 1 s, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 s beträgt, während dieser Dauer die genannte Peststoff-Konzentration maximal um 10 bis 40 % ihres Normalwertes abgesenkt wird und daß zwischen der Stelle, an der impulsartig die Pest stoff-Konzentration der Suspension verändert wird, und der in Strömungsrichtung gesehen ersten Meßstelle eine Rohrlänge von mehr als etwa 2 m, vorzugsweise eine Rohrlänge von etwa 5 m liegt.

3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die impulsartige Veränderung der Peststoff-Konzentration durch eine impulsartige Injektion einer zusätzlichen Gasmenge erreicht wird.

4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stelle der Injektion ständig ein vergleichsweise geringer Gasstrom eingeführt wird, der impulsartig auf einen Maximalwert vergrößert und anschließend- wieder auf den ursprünglichen Wert reduziert wird.

5. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die impulsartige Veränderung der Feststoff-Konzentration durch eine kurzzeitige Drosselung des FeststoffStromes in der Rohrleitung erreicht wird,

6. Verfahren nach Punkt 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzzeitige Drosselung des Peststoffstromes in der Rohrleitung durch kurzzeitige Veränderung des Einlaufquerschnittes am Fest stoff-Einlauf in die Rohrleitung, vorzugsweise durch kurszeitige Umstellung eines vor dem Feststoff-Sinlauf in die Rohrleitung angeordneten Stell- und Schließkörpers erreicht wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der Punkte 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die impulsartige Veränderung der Feststoff-Konzentration periodisch erfolgt.

8. Verfahren nach mindestens einem der Punkte 1 "bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die impulsartige Veränderung der Feststoff-Konzentration ausgelöst wird, nachdem der Durchgang der vorangegangenen impulsartigen Veränderung an der in Strömungsrichtung gesehen zweiten Meßstelle indiziert worden ist.

9. Verfahren nach Punkt 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßverfahren für die der Feststoff-Konzentration entsprechende bzw. mit ihr in funktionellem Zusammenhang stehenden Größe an den genannten Meßstellen eine radiometrische Tran emission sines sung verwendet wird, wobei Art und Stärke der Strahlenquelle und die Geometrie der Strahlungsempfänger-Anordnung so auf die Rohrleitung, ihren Querschnitt sowie auf Art und Konzentration des Feststoffes abgestimmt sind, daß die erforderliche Integrationszeit der Transmissionsmessung klein ist, verglichen mit der Differenz zwischen den Indikationszeitpunkten für die Veränderung der Feststoff-Konzentration an den genannten Meßstellen,

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10. Verfahren nach. Punkt 9, dadurch, gekennzeichnet, daß während der Dauer der impulsartigen Veränderung der Peststoff-Konzentration diese soweit vermindert wird, daß die Tdei den radiometrischen Transmissionsöle ssungen auftretenden Zählraten, um 3 bis 10 %, vorzugsweise um 4 "bis 6 % gegenüber den Hormalwerten erhöht werden.

11. Verfahren nach Punkt 10, dadurch gekennzeichnet,

^aß für die Bildung des genannten zeitlichen Mittelwertes der Feststoff-Konzentration das Ergebnis der radiometrischen Transmissionsmessung an einer der genannten Meßstellen oder das arithmetische !.littel der gleichzeitigen Messung an den genannten Meßstellen herangezogen wird.

12. Verfahren nach Punkt 1 "bis 8, dadurch gekennzeichnet, da_tß die mit der Peststoff-Konzentration in funktionell era Zusammenhang stehende Größe die Dielektrizitätskonstante der Peststoff-Gas-Suspension ist und daß an den genannten Meßstellen jeweils an sich bekannte kapazitive Meßverfahren angewandt werden,

13. Verfahren nach Punkt 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen den Zeitpunkten, an denen die Veränderung der Peststoff-Konzentration bzw, der mit den Meßverfahren bestimmten, mit ihr in funktionellem Zusammenhang stehenden Größe an den genannten Meßstellen indiziert wird, nach einer an sich bekannten Korrelationstechnik bestimmt wird.

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