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Verfahren zur Bestimmung von Rauchstärken in Kesselfeuerungsanlagen
In manchen Fällen, insbesondere bei ölgefeuerten Kesseln, ist es notwendig, nicht
nur den vorwiegend aus Kohlenstaubteilchen bestehenden schwarzen Rauch anzuzeigen
oder zu messen, sondern auch den sogenannten weißen Rauch, der 'z. B. infolge Emulsionierung
des unverbrannten Öldampfes mit Wasserdampf entstehen kann. Dabei soll nicht nur
die gesamte Rauchmenge, sondern vor allem eine getrennte Bestimmung des schwarzen
und weißen Rauchänteiles möglich sein. Es wurde nun festgestellt, daß in Feuerungsanlagen
der weiße Rauchanteil oft erst außerhalb des Schornsteines entsteht, so daß mit
Rauchstärkemessern normaler Bauart- und Entnahme des Rauchgases sich dieser weiße
Rauch nicht unbedingt und richtig erfassen läßt.
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Die Erfindung hat nun ein Verfahren zur Bestimmung von Rauchstärken
zum Gegenstand, dessen Hauptmerkmal darin besteht, daß ein Teilstrom des Rauchgases
zur Erfassung des Anteiles an schwarzem Rauch in heißem Zustande durch eine Rauchstärkemeßeinrichtung
geführt und der gleiche oder ein anderer Teilstrom zur Erfassung des Anteils an
schwarzem und weißem Rauch in abgekühltem Zustand durch eine andere Rauchstärkemeßeinrichtung
geleitet wird, derart, daß sich aus der Differenz der beiden Meßwerte der Anteil
an weißem Rauch ergibt. Die Erfindung beruht darauf, daß nur gut abgekühltes Rauchgas
die höchste weiße Rauchdichte ergibt.
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Es wurde festgestellt, daß der Grund für das Versagen der normalen
Rauchstärkemesser bei der Messung von weißem Rauch darauf zurückzuführen ist, daß
dieser sich im allgemeinen außerhalb oder am Ende des Schornsteines bildet. Die
Bildung von
weißem Rauch tritt also erst bei genügender Abkühlung
auf, und man muß deshalb dem Rauchstärkemesser abgekühltes Rauchgas zuführen, indem
man z. B. den Rauch oberhall? des Schornsteines entnimmt. Diese Maß'= nahme ist
aber oft nicht mit genügender Sicherheit durchzuführen, und es ist daher zweckmäßig,
den Rauch an tieferen Stellen, nämlich aus dem Schornstein selbst, wie üblich, zu
entnehmen, ihn aber zur Erzeugung von weißem Rauch künstlich abzukühlen, also ähnliche
Verhältnisse zu schaffen, wie sie bei der Entstehung des weißen Rauches unter normalen
Bedingungen vorliegen. Durch Abzapfen eines Teilstromes aus dem Schornstein und
durch Abkühlen dieses Stromes läßt sich also weißer Rauch erzeugen, sofern die Bedingungen
für die Bildung von weißem Rauch in der Feuerungsanlage gegeben sind und dieser
Rauch auch oberhalb des Schornsteines auftritt. Im allgemeinen bildet sich weißer
Rauch nicht gleichzeitig mit schwarzem, da ersterer fast nur bei Luftüberschuß entsteht.
Meist ist aber die Kenntnis der Anteile von schwarzem und weißem Rauch erforderlich.
Man leitet also den aus dem Strom abgezapften Rauchgasström durch zwei Rauchgasmeßeinrichtungen,
und zwar einen Rauchgasteilstrom unabgekühlt unter möglichster Wärmeisolierung durch
eine Rauchstärkemeßeinrichtung für schwarzen Rauch und einen Rauchgasteilstrom unter
Zwischenschaltung einer Kühlvorrichtung durch eine ähnlich gebaute Rauchstärkemeßeinrichtung
für schwarzen und weißen Rauch. Der Meßwert der letzteren Meßeinrichtung wird durch
die Summe der Stärken des schwarzen und des weißen Rauches gebildet, während der
Meßwert der ersteren Meßeinrichtung lediglich die Stärke des schwarzen Rauches anzeigt.
Die Differenz aus beiden Anzeigewerten gibt ein Maß für die Stärke des weißen Rauches.
Die Anzeige der Differenz läßt sich in bekannter Weise entweder in Differenzmeßgeräten
oder in einem Zweizeigergerät ereichen.
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Die beiden Rauchstärkemeßeinrichtungen selbst können getrennt voneinander
aufgestellt werden. Zweckmäßig werden sie aber in einem Gerät vereinigt, beispielsweise
etwa derart, daß nach Entfernen des Teiles für die Messung des weißen Rauches der
Rest des Gerätes zur Messung des schwarzen Rauches allein noch geeignet ist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Fig. i stellt einen Rauchstärkemesser für schwarzen und weißen Rauch
dar, bei dem die Meßeinrichtungen hintereinander unter Zwischenschaltung eines Kühlers
angeordnet sind. Fig.2 stellt einen Rauchstärkemesser für schwarzen und weißen Rauch
dar, bei dem beide Meßeinrichtungen parallel geschaltet sind.
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Fig. 3 gibt ein Schema der optischen An-or=dnung und ihrer Belüftung
zum Schutz gegen Verstaubung. .
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Fig. 4 stellt eine optische Einrichtung dar, bei der für beide Rauchstärkemeßeinrichtungen
eine gemeinsame Lichtquelle verwendet wird.
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In. Fig. i wird das Rauchgas aus dem Schornstein i von einer oder
mehreren Stellen aus entnommen, und zwar derart, daß das Entnahmerohr 2 dem Gasstrom
entgegengerichtet ist. Die Zuführungsleitung 3 vom Schornstein -bis zum Rauchstärkemesser,
der sowohl die Meßeinrichtung für schwarzen als auch für schwarzen und weißen Rauch
enthält, wird möglichst kurz gehalten und gut wärmeisoliert, unter Umständen auch
geheizt, so daß auch bei schwacher Kesselbelastung das Rauchgas in die Meßeinrichtung
für schwarzen Rauch mit einer Temperatur von über 2oo° C eintritt. Es hat sich nämlich
gezeigt, daß weißer Rauch sich erst unterhalb dieser Temperatur bildet. Das heiße
Rauchgas tritt nun zuerst in die Meßeinrichtung 4 für schwarzen Rauch ein, die hier
nur schematisch angedeutet ist. Sodann strömt es durch den Kühler 5, wird dort stark
abgekühlt, so daß sich der weiße Rauch bildet, und gelangt dann in die Meßeinrichtung
6 für weißen Rauch. Aus dieser Meßeinrichtung treten die Rauchgase entweder in das
Freie aus oder wieder in den Schornstein ein. Um aber auch bei sehr geringer Kesselbelastung
eine genügende Menge Rauchgas durch die Meßeinrichtung zu fördern, ist ein Ventilator
7 oder ein Dampfstrahlejektor zum Ansaugen der Gase eingeschaltet.
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Damit bei Kesselstillstand der Rauchstärkemesser nicht verschmutzt
werden kann, sind in dem Entnahmerohr 3 sowie in dem Ableitungsrohr 8 Drosseln 9
bzw. io vorgesehen. Die Drosselklappen werden über ein nicht dargestelltes Relais
geöffnet, und gleichzeitig wird der Motor des Ventilators 7 eingeschaltet, wenn
der Kessel in Betrieb genommen wird. Beim Abschalten des Kessels bzw. der Belüftung
schließen auch die Drosselklappen automatisch die Rauchstärkemeßeinrichtungen wieder
ab.
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In Fig. 2 ist ein Rauchstärkemesser dargestellt, bei dem beide Meßeinrichtungen
parallel geschaltet sind. Aus dem Entnahmerohr i i, das wiederum gut wärrneisoliert
ist, gelangt ein Teilstrom in die Meßeinrichtung i2 und der andere Teilstrom durch
den Kühler 13 in die Meßeinrichtung 14. Beide Teilströme gelangen dann in
ein gemeinsames
Ableitungsrohr 15. Zweckmäßig wird auch in diesem
Falle zum Ansaugen bzw. Absaugen der Rauchgase eine der vorher genannten Vorrichtungen
verwendet. Wie in der Figur angedeutet ist, wird nicht nur die Zuführungsleitung
i i, sondern auch die ganze Rauchstärkemeßeinrichtung 12 für den schwarzen Rauch
gut wärmeisoliert, um jede Bildung von weißem Rauch und damit mog.-licherweise verbundene
Fehlmessungen zu verhindern.
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Durch den Einbau des Kühlers 13 ist bei den parallel geleiteten Rauchgasströmen
durchdie Rauchstärkemeßeinrichtung für schwarzen Rauch und die für schwarzen und
weißen Rauch die Möglichkeit gegeben, daß durch beide Einrichtungen eine verschieden
starke Rauchgastnenge hindurchtritt. Man kann die Rauchgasmenge durch Einbau einer
verstellbaren Drossel 16 auf der Seite des Rauchstärkemessers für schwarzen Rauch
dadurch in beiden Zweigen auf gleichen Betrag bringen, daß man beim Schwarzqualmen
die Drossel 16 so lange verschiebt, bis beide Geräte gleiche Anzeige ergeben. Dadurch
ist auch die Möglichkeit gegeben, bei Verschmutzung des Kühlers und dadurch veränderter
Strömungsverteilung die ursprüngliche gleichmäßige Verteilung wiederherzustellen.
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Als Geber für die Rauchstärkemeßeinrichtung sind alle gebräuchlichen
Geräte verwendbar. Im allgemeinen wird man entweder die Messung der Absorption oder
die auf dem Tyndalleffekt beruhende Trübungsmessung des Lichtes als Maß für die
Rauchstärke benutzen. Bei den hier dargestellten Rauchstärkemessern ist beispielsweise
eine Einrichtung vorgesehen, durch die die Schwächung des Lichtes durch Absorption
derart gemessen wird, daß das Licht einer Lampe 17 in Fig. 3 durch einen Kondensator
18 und einen Spiegel i9 durch den Rauchgasstrom auf einen Hohlspiegel 2o fällt,
von dem aus es auf den Kondensator 21 reflektiert wird, der es auf ein Thermoelement
22 sammelt. Das Licht wird nun entsprechend der Stärke des Rauchgases geschwächt,
und die Änderung der Thermokraft des Thermoelementes dient als Maß für die Schwächung
und damit für die Rauchstärke.
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Damit beide Geräte, also das für schwarzen und das .für schwarzen
und weißen Rauch, die gleiche Empfindlichkeit besitzen, ist es zweckmäßig, für beide
Geber eine gemeinsame Lichtquelle zu benutzen. Der Strahlenweg einer derartigen
Anordnung ergibt sich beispielsweise aus Fig. q.. Von der Lampe 23 wird das Licht
durch einen Kondensator auf einen Winkelspiegel 2q. geworfen und in zwei Teilstrahlenbündel
zerlegt, die auf je einen Spiegel 25 und 26 auftreffen. Von hier aus werden die
beiden Strahlenbündel durch zwei weitere Spiegel 27 und 28 in je eine der
beiden Meßeinrichtungen 29 und 30 geworfen. Die weitere Ausbildung dieses
Gebers entspricht der in Fig. 3 mit den Zeichen i 9 und 22 dargestellten.
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Zweckmäßig hält man, um eine konstante Lichtintensität und damit einen
konstanten Ausschlag des Anzeigegeräts, in dem die Thermokräfte der beiden Thermoelemente
wirksam gemacht werden, bei gegebener Rauchstärke zu erzielen, die Spannung der
Lampe durch geeignete :Mittel konstant. Es ist aber auch möglich, das bekannte Differenzmeßprinzip
zu verwenden, bei dem ein Thermoelement mit dem nicht geschwächten Licht der Lampe
bestrahlt wird und ein anderes mit dem Licht, welches durch den Rauchkanal fällt
und dort eine Schwächung erfährt. Bei Anwendung einer derartigen Vorrichtung für
die vorliegenden Rauchstärkemeßeinrichtungen wären also vier Thermoelemente nötig.
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Um eine Verschmutzung der Spiegel bzw. der Fenster der Geber zu vermeiden,
ist es vorteilhaft, eine Belüftung dieser Teile vorzusehen, wie es bereits bei den
bekannten Rauchstärkemessern für schwarzen Rauch der Fall ist. Diese Belüftung erfolgt,
wie in den Fig.2 und 3 dargestellt ist, über eine Leitung 31 und über mit Öffnungen
32 versehene Ringkanäle. Zweckmäßig wird die Belüftung nun so eingerichtet, daß
sie sich mit der Menge des angesaugten Rauchgases proportional ändert, damit bei
Mischung der Luft mit dem Rauchgas in der Meßeinrichtung immer gleiche Rauchstärkeeinheiten
bei gleicher absoluter Rauchstärke angezeigt werden. Die Luftspülung wird deshalb
so gestaltet, daß die durch die Geber fließende Luftmenge von der Belastung des
Kessels abhängt. Dieses kann in verschiedener Weise geschehen. Steht der Heizraum
unter Überdruck, so ist einerseits dieser Überdruck abhängig von der Kesselbelastung
und andererseits von ihm die Strömung des Rauchgases abhängig. Entnimmt man daher
die Spülluft dem unter Überdruck stehenden Heizraum, so nimmt auch die Spülluftmenge
proportional der Strömung des Rauchgases zu, wodurch ein dauernd gleiches Rauchgas-Luft-Verhältnis
gewährleistet ist. Bei Kesseln, die nicht unter Überdruck stehen, wird die Spülluftmenge,
um das konstante kauchgas-Luft-Verhältnis zu erhalten, zweckmäßig in Abhängigkeit
von dem Kesselzug eingeregelt.
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Zur Anzeige der Meßwerte lassen sich verschiedene Anordnungen verwenden.
Beispielsweise können die Thermokräfte jedes der beiden Thermoelemente in zwei voneinander
getrennten
Meßwerken wirksam gemacht werden.' Übersichtlicher ist aber eine Anordnung, bei
der beide Meßwerke in einem Gerät vereinigt und die Zeiger derart angeordnet sind,
daß ein Unterschied in den Ausschlägen leicht erkennbar ist bzw. beim Vorhandensein
von schwarzem Rauch allein beide Zeiger sich decken oder in einer Geraden liegen.
Ferner ist es auch möglich, die beiden Thermokräfte einem Diferenzmeßgerät zuzuführen,
dessen Anzeige die Differenz beider Rauchstärken und damit also die Stärke des weißen
Rauches ergibt.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die hier dargestellten Meßeinrichtungen.
Wie bereits in der Beschreibung angedeutet wurde, sind Abänderungen der Einrichtungen
für das erfindungsgemäße Meßprinzip weitgehend möglich.