DE4211225C2 - Partikelgehalt-Überwachungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Partikelgehalt-Überwachungseinrichtung ge­ mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Einrichtung ist bereits aus der DE-PS 11 26 649 bekannt. Diese bekannte Partikelgehalt-Überwachungseinrichtung zur Überwachung von Partikeln in einem Abgasstrom enthält:

• - einen Probensammelkopf mit einer Öffnung, die in eine zur Abgasstromrichtung entgegengesetzte Richtung weist;
• - einen Fliehkraft-Staubabscheider, der mit einem Probensammelkopf verbunden ist;
• - eine mit dem Fliehkraft-Staubabscheider zusammenarbeitende Waage;
• - eine mit der Waage verbundene Aufzeichnungseinrichtung zum Aufzeichnen des Gewichts der abgeschiedenen Partikel; und
• - eine mit dem Fliehkraft-Staubabscheider verbundene Vakuumpumpe zum Ansaugen eines Teils des Abgases in den Fliehkraft-Staubabscheider.

Ferner ist es aus der DE 34 22 062 C2 bekannt, bei einer Einrichtung zur Dauerüberwachung des Schadstoffgehalts von Abgasströmen mit Probensammelkopf, Fliehkraft-Staubabscheider und Vakuumpumpe den Druck im entnommenen Teilgasstrom sowie den Druck im Hauptgasstrom und den Gesamtdruck zu messen und auf der Basis dieser Meßwerte durch Regelung der Vakuumpumpe den erforderlichen Unterdruck in der Entnahmeleitung bzw. im Staubabscheider einzustellen.

Aus der DE 24 01 008 B2 ist ein Gerät zur Bestimmung des Staubgehalts der Außenluft bekannt, das einen Probensammelkopf, einen Staubabscheider und ein Druck-Einstellventil aufweist; die im Staubabscheider abgeschiedene Staubmenge wird durch Wägung bestimmt.

Nicht zuletzt ist aus der DE-OS 15 98 009 eine Einrichtung zur Bestimmung des bei einem industriellen Prozeß erzeugten Staubes bekannt, der in einem bei diesem Prozeß erzeugten Gasstrom verteilt ist. Diese Einrichtung zur Überwachung von Partikeln in einem Abgasstrom weist einen Probensammelkopf, einen Fliehkraft-Staubabscheider und eine Vakuumpumpe auf. Die abgeschiedenen Staubmengen werden durch Wägung bestimmt. Die Strömungsverhältnisse im Fliehkraft-Staubabscheider werden durch Regelung der Vakuumpumpe eingestellt, wobei auch der Druck im Abgasraum gemessen wird.

Dem Umweltschutz kommt heutzutage eine sehr große Bedeutung zu, so daß die Verringerung der Luftverschmutzung eine hohe Priorität hat. Eine wesentliche Maßnahme bei der Steuerung der Luftverschmutzung besteht darin, zunächst den Verunreinigungsgrad bzw. die ausgestoßene Partikel­ menge zu messen. Auf der Grundlage des Meßergebnisses kann dann ge­ zielt auf die Erzeugung der verunreinigenden Partikel Einfluß genommen werden, um den Verschmutzungsgrad zu verringern.

Gegenwärtig kommt die durch die Environmental Protection Agency/Taiwan in 40 CFR Ch. I (7-1-87 Edition), Seiten 552-557, veröffentlichte und in Fig. 5 dargestellte Einrichtung zur Überwa­ chung des in einem Luftstrom vorhandenen Partikelgehalts zum Einsatz. Die Überwachungseinrichtung enthält eine Staudüse 101 (Pitot-Rohr), ei­ nen Probensammelkopf 102 und einen Thermokoppler 103 (Thermopaar). Die genannten Elemente 101, 102 und 103 ragen alle durch die Wand eines Kaminschachts 104 in diesen hinein. Mit dem Probensammelkopf 102 sind ausgangsseitig hintereinanderliegend ein Filter 105, eine Kühlkammer 106, ein Prüfventil 120, ein Unterdruck-Einstellventil 107, eine Vakuum­ pumpe 108 und ein Durchflußmesser 109 verbunden, dessen Ausgang mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Das Unterdruck-Einstellventil 107 dient zur Einstellung des Unterdrucks beim Betrieb des Systems, um da­ durch die Strömungsgeschwindigkeit im System an diejenige im Kamin­ schacht 104 anzugleichen. Nach einer vorbestimmten Zeitperiode wird der Filter 105 entfernt. Es erfolgt dann eine quantitative Analyse unter Ver­ wendung der vom Filter 105 abgestreiften Partikel, wobei auch die durch den Thermokoppler 103 gemessene Temperatur berücksichtigt wird.

Während des Betriebs der oben beschriebenen Überwachungseinrichtung wird die Strömungsgeschwindigkeit im Kaminschacht 104 mit Hilfe der Staudüse 101 gemessen bzw. berechnet. Sodann wird die Strömungsge­ schwindigkeit innerhalb des Systems mit Hilfe des Unterdruck-Einstellventils 107 eingestellt, um diese an die Strömungsgeschwindigkeit im Ka­ minschacht 104 anzugleichen. Dieser Einstellvorgang erfordert relativ viel Zeit.

Sollen andererseits die Partikel vom Filter 105 abgestreift werden, so muß dieser, wie bereits erwähnt, aus dem System herausgenommen werden. Nach Einsetzen des Filters 105 in das System ist das Unterdruck-Einstell­ ventil 107 erneut zu justieren, so daß sich mit Hilfe der beschriebenen Ein­ richtung keine kontinuierliche Überwachung durchführen läßt.

Ein weiteres Problem wird durch die Partikel selbst verursacht. Durch sie kann die Staudüse 101 leicht verstopfen, die sehr dünn ausgebildet ist. Die Überwachungseinrichtung muß daher in vorbestimmten Zeitperioden diesbezüglich gewartet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Partikelgehalt-Überwa­ chungseinrichtung der eingangs genannten Art hinsichtlich breiterer Einsatzmöglichkeiten weiterzuentwickeln.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Lösung zeichnet sich aus durch:

• - eine Druckdifferenz-Meßeinrichtung, die zwei Röhren aufweist, welche Y-förmig zueinander angeordnet sind, an einem Ende miteinander kommunizieren sowie eine Flüssigkeit enthalten, wobei auf die freien Enden der Röhren jeweils der Druck im Probensammelkopf bzw. der Druck im Abgasraum übertragen wird, und
• - ein mit dem Fliehkraft-Staubabscheider und der Vakuumpumpe verbundenes Unterdruck-Einstellventil zum Einstellen des Unterdrucks im Fliehkraft-Staubabscheider.

Vorzugsweise befindet sich eine im Strömungsweg zwischen dem Fliehkraft- Staubabscheider und der Vakuumpumpe liegende Kühleinrichtung zur Kühlung des Abgases, so daß sich Partikelgehalt auch bei hohen Temperaturen einwandfrei überwachen lassen. Ein zur Vakuumpumpe paralleles Bypass-Ventil dient zur Ausgabe des Abgases, wenn die Vakuumpumpe nicht in Betrieb ist.

Vorzugsweise sind Mittel zur Einstellung des Unterdruck-Einstellventils in Abhängigkeit des von der Druckdifferenz-Meßeinrichtung gelieferten Meßergebnisses in Richtung auf einen Ausgleich der gemessenen Druckdifferenz vorhanden, um auf diese Weise automatisch die Strömungsge­ schwindigkeit des Abgases in der Partikelgehalt-Überwachungseinrich­ tung an die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases im Abgasschacht bzw. Abgasraum anzupassen.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, erste und zweite rohrför­ mige Meßleitungen der Druckdifferenz-Meßeinrichtung fest am vorderen Bereich des Probensammelkopfs anzuordnen, wobei die erste Meßleitung im Abgasraum und die zweite Meßleitung im Innern des Probensammel­ kopfs enden. Beide Meßleitungen liegen an gegenüberliegenden Seiten ei­ ner Wand des Probensammelkopfs und in der Nähe seiner Öffnung, wobei die Öffnungen der Meßleitungen ebenso wie die Öffnung des Probensam­ melkopfs auf den Abgasstrom zu gerichtet sind. Die erste und zweite Meß­ leitung werden an der Außenseite des Probensammelkopfs herangeführt, wobei die zweite Meßleitung dann durch die Wand des Probensammelkopfs nach innen geleitet ist. Dabei sind die Öffnungen beider Meßleitungen durch am Probensammelkopf befestigte Vorsprünge gegenüber dem Ab­ gasstrom abgeschirmt, um zu verhindern, daß die Meßleitungen durch im Abgasstrom enthaltene Partikel verstopfen können. Trotz der Abschir­ mung ist jedoch eine Druckmessung über die Meßleitungen möglich, die mit der Druckdifferenz-Meßeinrichtung verbunden sind.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung nä­ her beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau einer Partikelgehalt-Überwachungseinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Probensammelkopfs der Einrich­ tung nach Fig. 1 mit zum Teil herausgebrochener Seitenwand zur besseren Erläuterung seines Aufbaus,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Fliehkraft-Staubabscheider bzw. Zyklonseparator der Einrichtung nach Fig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Fliehkraft-Staubabscheider entlang der Linie IV-IV in Fig. 3, und

Fig. 5 den Aufbau einer konventionellen Partikelgehalt-Überwachungs­ einrichtung.

Gemäß Fig. 1 enthält die Partikelgehalt-Überwachungseinrichtung nach der Erfindung einen Probensammelkopf 201, einen Fliehkraft-Staubab­ scheider 203 bzw. Drallabscheider, eine Kühlkammer 205, ein Unter­ druck-Einstellventil 207 und eine Vakuumpumpe 208. Der Probensam­ melkopf 201 ragt durch die Wand eines Kaminschachts 202 in diesen hin­ ein und ist mit dem Fliehkraft-Staubabscheider 203 über ein Rohr 201a verbunden. Der Fliehkraft-Staubabscheider 203 ist weiterhin über eine evakuierte Leitung 204 mit Aufschlag-Abscheidern (Impingers) 205a, 205b, 205c und 205d verbunden, die in Strömungsrichtung nacheinander beaufschlagt werden, wobei der Aufschlag-Abscheider 205d ausgangssei­ tig mit einem Prüfventil 206 und dieses weiterhin über eine evakuierte Lei­ tung 204 mit einem Unterdruck-Einstellventil 207 verbunden ist, dem ei­ ne Vakuumpumpe 208 folgt. Die Vakuumpumpe 208 steht ausgangsseitig mit der Atmosphäre in Verbindung.

Entsprechend den Fig. 1 und 2 befinden sich die Enden zweier Leitungen 209a und 209b, die rohrförmig ausgebildet sind, in der Nähe des einen En­ des des Probensammelkopfs 201. Sowohl die offenen Enden dieser Leitun­ gen 209a, 209b als auch das genannte offene Ende des Probensammel­ kopfs 201 liegen im Kaminschacht 202. Die offenen Enden der Leitungen 209a und 209b sind dabei durch zwei Vorsprünge 213 und 214 (Laschen) abgeschirmt. Diese Vorsprünge 213, 214 können z. B. an der Wandung des Probensammelkopfs 201 befestigt sein. Die Öffnung des Probensammel­ kopfs 201 weist dabei in eine zur Abgasströmungsrichtung entgegenge­ setzte Richtung. Dabei liegt die eine Leitung 209a außerhalb des Proben­ sammelkopfs 201, während die andere Leitung 209b die Wand des Proben­ sammelkopfs 201 durchragt und ins Innere des Probensammelkopfs 201 mündet. Die Leitungen 209a und 209b sind ferner mit einer Druckdifferenz-Anzeigeeinrichtung 210 verbunden. Diese Druckdifferenz-Anzeige­ einrichtung 210 enthält zwei transparente Röhren (210a, 210b), die Y-för­ mig miteinander verbunden sind. Dabei mündet jeweils eine der Leitungen 209a, 209b in einen der oberen Zweige der Y-förmigen Druckdifferenz-Anzeigeeinrichtung 210, die mit gefärbter Flüssigkeit gefüllt ist, um die Druckdifferenz zwischen den beiden Röhren 210a, 210b deutlich anzeigen zu können. Befinden sich die Oberflächen der Flüssigkeitspegel in den bei­ den Röhren 210a, 210b der Druckdifferenz-Anzeigeeinrichtung 210 auf demselben Pegel, so herrscht auch gleicher Druck in den Leitungen 209a und 209b. In diesem Fall ist die Strömungsgeschwindigkeit im Proben­ sammelkopf 201 gleich der Strömungsgeschwindigkeit im Kaminschacht 202. Besteht dagegen eine Druckdifferenz zwischen den Leitungen 209a und 209b, so wird das Unterdruck-Einstellventil 207 so eingestellt, daß wieder Druckgleichheit herrscht, um eine korrekte Strömungsgeschwin­ digkeit in der Überwachungseinrichtung zu erhalten.

Die beiden Vorsprünge 213 und 214 sollen im wesentlichen verhindern, daß sich Partikel in den Leitungen 209a und 209b abscheiden und diese verstopfen. Die Vorsprünge 213 und 214 liegen also in Strömungsrichtung gesehen vor den offenen Enden dieser Leitungen.

Wie die Fig. 1, 3 und 4 erkennen lassen, tritt das Abgas zunächst in den Probensammelkopf 201 ein und strömt durch das Rohr 201a hindurch in Richtung zum Fliehkraft-Staubabscheider 203, wobei die eintrittsseitige Strömungsrichtung in Fig. 4 mit dem Pfeil A markiert ist. Im Fliehkraft- Staubabscheider 203 wird das Abgas verwirbelt, wie durch die Pfeile B an­ gedeutet ist. Dabei gelangen Partikel des Abgases infolge wirkender Zen­ trifugalkräfte nach außen, prallen gegen die Wand des Fliehkraft-Staub­ abscheiders 203 und fallen schließlich in eine Auffangeinrichtung 211a ei­ ner Mikrowaage 211. Ein Aufzeichnungsgerät 212 zeichnet das Gewicht der Partikel auf, die in die Auffangeinrichtung 211a hineingefallen sind, und zwar kontinuierlich oder jeweils nach einem vorbestimmten Zeitinter­ vall. Dabei kann auch eine Kumulation des aufgezeichneten Gewichts er­ folgen.

Wird die Partikelgehalt-Überwachungseinrichtung nach der Erfindung in Betrieb genommen, so wird zunächst die Vakuumpumpe 208 gestartet. Der Probensammelkopf 201 sollte dabei so ausgerichtet sein, daß seine Öffnung der Abgasströmungsrichtung entgegengesetzt ist. Danach wird das Unterdruck-Einstellventil 207 so eingestellt, daß sich gleiche Drucke in den Leitungen 209a und 209b ergeben, um sicherzustellen, daß die Strömungsgeschwindigkeit im Probensammelkopf 201 gleich der Strö­ mungsgeschwindigkeit im Kaminschacht 202 ist. Nach Einschalten des Aufzeichnungsgeräts 212 erfolgt die Aufzeichnung automatisch, also die laufende bzw. periodische Aufzeichnung des Gewichts der in der Auffangeinrichtung 211a enthaltenen Partikel. Die aufgezeichneten Daten werden im Aufzeichnungsgerät 212 gespeichert und können dort weiter rechne­ risch verarbeitet werden.

Nachdem das Abgas den Fliehkraft-Staubabscheider 203 durchströmt hat, wird es durch die vierAufschlag-Abscheider (Impingers) 205a, 205b, 205c und 205d hindurchgeleitet, die hintereinander geschaltet sind. Die Aufschlag-Abscheider 205a, 205b, 205c und 205d, die sich in der Kälte­ kammer 205 befinden, dienen dazu, das Abgas zu kühlen und zu trocknen.

Anschließend wird das gekühlte und getrocknete Abgas ausgegeben, nachdem es das Unterdruck-Einstellventil 207 und die Vakuumpumpe 208 durchströmt hat. Ist die Partikelgehalt-Überwachungseinrichtung nicht in Betrieb, so wird das Abgas durch das Bypass-Ventil 208a geleitet, das mit der Vakuumpumpe 208 verbunden ist und diese überbrückt.

Wie oben beschrieben, werden die Partikel mit Hilfe des Fliehkraft-Staubabscheiders 203 vom Abgas getrennt. Es ist daher nicht mehr erforderlich, die gesamte Einrichtung abzuschalten, um die Partikelmenge zu analysie­ ren und aufzuzeichnen. Vielmehr läßt sich jetzt der Partikelgehalt über ei­ nen längeren Zeitraum hinweg kontinuierlich bzw. in aufeinanderfolgen­ den Schritten überwachen. Da außerdem die Enden der Leitungen 209a und 209b durch die Vorsprünge 213 und 214 abgeschirmt sind, können die Partikel diese Leitungen nicht mehr verstopfen. Hierdurch wird der Wartungsaufwand für die Überwachungseinrichtung erheblich vermin­ dert. Die Vorsprünge 213, 214 können geeignete Laschen oder Bleche sein.

Da nach der Erfindung anstelle des Staurohrs eine Druckdifferenz-Anzeigeeinrichtung zum Einsatz kommt, läßt sich darüber hinaus die Kalibrie­ rung der Fluß- bzw. Strömungsgeschwindigkeit in einfacherer Weise vor­ nehmen, gegebenenfalls auch automatisch, und zwar ohne großen Re­ chenaufwand. Dadurch kann die Überwachungseinrichtung einfacher be­ dient werden.

Claims (7)

1. Partikelgehalt-Überwachungseinrichtung zur Überwachung von Partikeln in einem Abgasstrom, enthaltend:

• - einen Probensammelkopf (201) mit einer Öffnung, die in eine zur Abgas­ stromrichtung entgegengesetzte Richtung weist;
• - einen Fliehkraft-Staubabscheider (203), der mit dem Probensammelkopf (201) verbunden ist;
• - eine mit dem Fliehkraft-Staubabscheider (203) zusammenarbeitende Waage (211, 211a);
• - eine mit der Waage (211, 211a) verbundene Aufzeichnungseinrichtung (212) mit der das Gewicht der abgeschiedenen Partikel aufzeichenbar ist; und
• - eine mit dem Fliehkraft-Staubabscheider (203) verbundene Vakuumpumpe (208), mit der ein Teil des Abgases in den Fliehkraft- Staubabscheider (203) einsaugbar ist, gekennzeichnet durch
• - eine Druckdifferenz-Meßeinrichtung (210) die zwei Röhren (210a, 210b) aufweist, welche Y-förmig zueinander angeordnet sind, an einem Ende miteinander kommunizieren sowie eine Flüssigkeit enthalten, wobei auf die freien Enden der Röhren (210a, 210b) jeweils der Druck im Probensammelkopf (201) bzw. der Druck im Abgasraum übertragbar ist, und
• - ein mit dem Fliehkraft-Staubabscheider (203) und der Vakuumpumpe (208) verbundenes Unterdruck-Einstellventil (207), mit dem der Unterdruck im Fliehkraft-Staubabscheider (203) einstellbar ist.

2. Partikelgehalt- Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, ge­ kennzeichnet durch eine im Strömungsweg zwischen dem Fliehkraft- Staubabscheider (203) und der Vakuumpumpe (208) liegende Kühlein­ richtung (205) zur Kühlung des Abgases.

3. Partikelgehalt-Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein zur Vakuumpumpe (208) paralleles Bypass- Ventil (208a), über das das Abgas bei nicht in Betrieb befindlicher Vakuumpumpe (208) ausgebbar ist.

4. Partikelgehalt- Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 3, gekennzeichnet durch Mittel zur Einstellung des Unter­ druck-Einstellventils (207) in Abhängigkeit des von der Druckdifferenz- Meßeinrichtung (210) gelieferten Meßergebnisses in Richtung auf einen Ausgleich der gemessenen Druckdifferenz.

5. Partikelgehalt- Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdifferenz-Meßein­ richtung (210) eine erste (209a) und eine zweite (209b) rohrförmige Meßleitung aufweist, von denen die erste (209a) im Abgasraum und die zweite (209b) im Innern des Probensammelkopfs (201) enden.

6. Partikelgehalt-Überwachungseinrichtung nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß beide Meßleitungen (209a, 209b) an gegen­ überliegenden Seiten einer Wand des Probensammelkopfs (201) in der Nä­ he seiner Öffnung enden, die zweite Meßleitung (209b) durch die Wand hindurchgeführt ist, und die Öffnungen beider Meßleitungen (209a, 209b) durch am Probensammelkopf (201) befestigte Vorsprünge (213, 214) ge­ genüber dem Abgasstrom abgeschirmt sind.

7. Partikelgehalt-Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren (210a, 210b) transparent sind und die Flüssigkeit gefärbt ist.