EP2946191A1 - Staubleitung mit optischem sensor und verfahren zur messung der zusammensetzung von staub - Google Patents

Staubleitung mit optischem sensor und verfahren zur messung der zusammensetzung von staub

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EP2946191A1
EP2946191A1 EP14705317.7A EP14705317A EP2946191A1 EP 2946191 A1 EP2946191 A1 EP 2946191A1 EP 14705317 A EP14705317 A EP 14705317A EP 2946191 A1 EP2946191 A1 EP 2946191A1
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EP
European Patent Office
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dust
optical
optical sensor
line
light
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14705317.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Michael Gigler
Holger Hackstein
Remigiusz Pastusiak
Kerstin Wiesner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection

Definitions

  • the present invention relates to a dust duct for transporting dust with at least one optical sensor for monitoring a property of the dust. Furthermore, the invention relates to a method for measuring a property of dust in a dust line.
  • Dust lines are used in a number of automated dust transport processes, where the dust is either transported to the point of its use or transported away from the site of its formation. Dust is understood below to mean a collection of solid particles whose particle diameter is significantly below 1 mm, usually below 100 ⁇ m. Dust stirred up in air can float for a long time and thus be transported in pneumatically operated dust lines along with a stream of air, even in a fluidized manner. The most important application of such dust lines is in coal-fired power plants, in which finely ground coal dust with a particle diameter of usually a maximum of 0.5 mm is fed to a burner via a dust line. However, there are other automated processes in which dust is transported via dust lines, such as the supply of flour, cocoa or starch in food production or the removal of wood dusts and metal dusts in material processing processes.
  • the calorific value of coal is particularly important Parameter to be monitored.
  • the calorific value is a measure of the energy released during the combustion per unit mass of the fuel.
  • the calorific value depends, among other things, on the humidity of the pulverized coal, the chemical composition of the carbon particles and the particle size of the pulverized coal.
  • all these parameters should be kept within a given process window, whereby the given process window can also vary over time, for example if the nominal power of the power plant changes during the course of the day.
  • Object of the present invention is to provide a dust line for the transport of dust with at least one optical sensor, which avoids the disadvantages mentioned.
  • a further re object of the invention is to provide a method for measuring a property of dust in a dust line.
  • the dust line according to the invention for the transport of dust in an automated process comprises at least one optical sensor for monitoring a property of the dust.
  • the optical sensor is arranged in an indentation of the dust line, the indentation being equipped with at least one gas inlet nozzle for removing the dust from the optical sensor.
  • the dust line according to the invention makes it possible, for example, to transport the dust pneumatically through the line while monitoring the composition of the dust during the ongoing process by means of an optical measurement.
  • the arrangement of the optical sensor in a recess of the dust line reduces the wear of the sensor, since it is not directly exposed to the abrasive forces in the main channel of the transport stream. Instead, the measurement takes place in a mechanically protected area of the transport line.
  • the indentation of the dust line fills up to a large extent with dust. This filling corresponds to the automated removal of a sample from the transport stream.
  • this sample volume can be emptied again by the at least one gas inlet nozzle of the dust line according to the invention is put into operation in order to largely free the indentation by blowing air from dust.
  • the thus exposed sensor surface is then again available for further measurement.
  • the dust duct thus configured thus makes it possible to carry out repeated measurements of the optical parameters of the dust in a simple manner in order to determine the composition and further properties of the dust, and For example, to monitor compliance with a given process window.
  • Another advantage of the dust line according to the invention is that the measurement of the optical parameters can take place without contact, which means that the dust line can be configured as an explosion-proof environment. This is especially important for flammable dusts such as coal dust, flour, cocoa, starch and cellulose dust. Due to the low abrasion of the optical sensor in the recess of the dust line dust line according to the invention is also low maintenance.
  • the dust line may additionally have the following features:
  • the optical sensor may be a sensor for measuring a reflection comprising at least one probe body and an optical window.
  • the probe body acts as
  • Carrier for the optical measuring device and the optical window forms the interface between the optical sensor and the sample volume to be measured, ie the dust contained in the indentation.
  • the measurement of a reflection property is advantageous since most dusts are poorly transparent in the range of infrared light and visible light, but at some wavelengths have a relatively high reflection coefficient. Is particularly advantageous Also, an embodiment in which the optical window and the probe body can be separated from each other, for example, in case of any wear these components separately replaced and / or cleaned, because even in the protected environment within the indentation in continuous operation wear and / / or contamination of the components of the optical sensor occur.
  • the optical sensor may comprise at least one light source for emitting light into the optical window, at least one photodetector for measuring light and at least one light source
  • the at least one optical waveguide serves to forward the light from the light source to the optical window and to conduct the light to be measured from the optical window to the photodetector.
  • Advantageous wavelength ranges for the optical measurement are the visible range of the spectrum and the infrared range, in particular the near infrared range (NIR) between 780 nm and 3 ⁇ and the middle infrared range (MIR) between see 3 ⁇ and 50 ⁇ .
  • NIR near infrared range
  • MIR middle infrared range
  • the at least one optical waveguide comprises fluoride fibers and / or sapphire fibers.
  • the optical sensor may also comprise two or more optical fibers.
  • the optical sensor may comprise at least one element for splitting light into its spectral components.
  • This element can be for example a grid or a prism.
  • the decoupled light between the optical window and the photodetector can be decomposed into its spectral components in order to enable a wavelength-selective measurement.
  • the optical sensor may comprise at least one element for the computational determination of the spectral components of light by a Fourier analysis. This embodiment is particularly advantageous when using infrared light.
  • the element for computational determination of the spectral components can be, for example, an interferometer, which splits the light emitted by the light source by means of a beam splitter into two individual beams which interfere with one another. The path of one of the sub-beams is thereby changed continuously so that a measurement signal is obtained at the detector as a function of this distance. By Fourier transformation of the obtained interferogram, the spectral components of the light can be determined by calculation.
  • gas inlet nozzles can be arranged in the indentation of the dust line. These gas inlet nozzles can be designed so that they can blow in air or another non-flammable gas in at least two different angles to a transport direction of the dust in the indentation.
  • the use of a plurality of gas inlet nozzles and the injection of gas from several different angles makes it possible to remove dust from the indentation and the optical sensor arranged therein, in particular the optical window, in a particularly reliable and reproducible manner. Even if one of the gas inlet nozzles fails, one or more further nozzles can still reliably clear the indentation of dust.
  • the optical sensor may be a sensor suitable for measuring the attenuated total internal reflection of light in the sample window.
  • the method of weakened inner Total reflection is a measurement method in which total reflection radiation is guided in an optical window with a high refractive index.
  • a sample to be examined which is brought into contact or in close spatial proximity to the optical window can then attenuate the total reflection within the optical window.
  • the attenuation is due to the interaction of the evanescent electromagnetic field of the light with the sample, the range of this interaction being in the range of the wavelength of the light.
  • this embodiment of the invention can thus be measured with such a light sensor so essentially dust particles that rest directly on the optical window.
  • the attenuation of the total internal reflection of the light is particularly strong for those spectral regions in which an absorption of the sample to be measured is present.
  • characteristic bands are measured in a spectrally resolved measurement, which allow conclusions about the chemical composition of the sample to be examined.
  • the particle size of dust particles to be examined also influences the degree of weakening of the total internal reflection and thus the strength of the measured spectral bands.
  • the refractive index of the optical window is advantageously greater than 1.5, particularly advantageously greater than 2.
  • Suitable materials for such optical windows are, for example, diamond, sapphire, germanium, zinc selenide, silver halides, quartz glass, silicon, thallium bromoiodide or germanium arsenic. selenide.
  • the shape of the optical window is advantageously designed so that several reflections take place in the beam path of the light at the outer boundary surface of the optical window, that is, at several points of the optical window, a weakening of the total internal reflection by an optical interaction with the examined Sample can take place.
  • an embodiment of the optical window in prismatic form is particularly advantageous.
  • the optical sensor may be a sensor suitable for measuring the diffuse reflection of light on the dust.
  • light is coupled out of the optical window into the interior of the indentation.
  • the light is diffusely reflected by the dust particles to be measured and, to a certain extent, coupled back into the optical window and directed via one of the optical waveguides to the photodetector.
  • an optical window made of a material which has the lowest possible refractive index, for example below 2, so that the light can be coupled out into the interior of the indentation.
  • the method may additionally have the following features and / or steps:
  • the aforementioned method steps may be repeated several times in order to monitor an automated process.
  • the repetition can take place, for example, periodically.
  • Only the regular repetition of the measurement of the optical properties of the dust allows a continuous monitoring of a running process, for example a check, whether a predetermined process window with predetermined process parameters is maintained.
  • a regulation of such process parameters is made possible by such a continuous repetition of the optical measurement.
  • the optical property of the dust may be the attenuation of total internal reflection of light in an optical window of the optical sensor by deposited dust.
  • the optical property of the dust may be the diffuse reflection of light on dust contained in the recess.
  • the optical property of the dust can be measured as a function of the wavelength of light emitted by a light source of the optical sensor.
  • Such a measuring method is especially advantageous if the chemical composition of the dust is a relevant measurement parameter, because a spectrally resolved evaluation of the optical property of the dust allows a direct assignment to known substances by comparison with cataloged spectral band positions, band widths and band intensities of known Substances and known mixtures.
  • a predetermined process window can also be defined so that only a certain predetermined deviation from a predefined ideal spectrum can be tolerated. When measuring a larger than allowed deviation in any part of the spectrum, process parameters must be corrected.
  • the grain size of the dust can also be determined. For example, an average effective grain size can be determined from the extent of total internal reflection attenuation, since many small dust particles will cause much more matter to interact optically with evanescent waves of light in the optical window than a few large dust particles.
  • the chemical composition of the dust can also be determined. In particular, by analyzing the spectral dependence of the optical property of a monitoring of the chemical composition is easily possible.
  • One aspect which may be particularly relevant here is the monitoring of the moisture content of the dust, for example the measurement of the water fraction bound to the surface of the dust particles or else the measurement of structurally bound water.
  • the automated process to be monitored may be the supply of coal dust in a coal power plant.
  • compliance with a predetermined process window can be monitored and / or regulated.
  • Fig. 1 shows a cross section of the dust pipe after a first
  • FIG. 2 shows a detail of the optical sensor according to the first embodiment
  • Fig. 3 shows a comparable detail of the optical
  • Fig. 1 shows a schematic cross section of a dust pipe 1 according to a first preferred embodiment. Shown is a section of the dust line 1, which contains an optical sensor 15 for monitoring the dust 2, which is shown in FIG. 1 by its probe body 12 and its optical window 14. The optical sensor 15 is arranged in a recess 8 of the dust line 1.
  • the dust pipe 1 serves to transport dust 2 along a transporting direction 6.
  • the dust pipe 1 is a pipe for transporting pulverized coal to a combustion plant in a power plant.
  • the coal dust is produced here in the same location as the incinerator in a grinding plant. Alternatively, it can be delivered in dust form as an alternative.
  • the chemical composition of the pulverized coal should be constantly checked during the supply of pulverized coal in order to ensure that the incinerator is within the desired process range. ters and meets the nominal electrical output of the power plant. This nominal electrical power may vary throughout the day, necessitating repeated readjustment and verification of the process parameters. Even if the power plant has a constant nominal output, quality fluctuations in the calorific value of the pulverized coal can be compensated by other parameters, such as a changed mass flow, so that the overall heating power remains constant.
  • the measured chemical composition data can also be used to check the quality of the raw materials, ie the raw coal.
  • Measured data on the mean grain size of the pulverized coal can also serve as control variables in the adjustment of the parameters of the upstream grinding plant.
  • the coal-fired power plant is a power plant for hard coal dust.
  • alternative examples with power plants for brown coal dust and coal dust are conceivable.
  • the invention likewise relates to dust lines which transport dust-like starting materials to an installation in industrial production processes, for example flour, cocoa or starch in food production.
  • dusts that are generated as waste products in processes of material processing for example wood or metal dusts in sawing or grinding plants
  • the monitoring of the dust parameters by the optical measurement for example, serve to continuously check these waste products for polluting or harmful substances, or to monitor the process parameters of the material processing process.
  • the dust accumulates 2 during transport in the recess 8 of the dust line.
  • the superimposed Dust on the optical window 14, which allows an optical measurement of the dust parameters.
  • the indentation 8 is largely freed from dust 2 again by blowing air into the indentation 8 through the gas inlet nozzles.
  • the gas inlet nozzles are realized here as blocking air nozzles 10.
  • other non-flammable gases may be used to clean the optical window 14.
  • eight blocking air nozzles 10 are arranged around the optical window 14 in such a way that the different areas of the window 14 are cleaned successively with compressed air from different angles of incidence, thus removing as far as possible the dust 2 from the recess 8.
  • the air flow is switched off.
  • the indentation can be filled with dust again and a new measured value can be determined. For example, a repetition of the measurement can take place after a few seconds.
  • the blocking air nozzles can also be arranged asymmetrically.
  • a single barrier air nozzle can be arranged so that it blows the air flow in the direction of the dust line.
  • the finely divided dust particles 2 are to be understood only schematically.
  • the dust particles 2 will be transported through the line in a much denser concentration.
  • the measurement of the dust property within the indentation makes the measurement result relatively independent of the process-dependent variation of the density of the dust stream in the transport line. For a reproducible repetition of the measurement conditions, it is important that the packing density of the
  • Dust grains 2 is comparable from measurement to measurement.
  • the shape and size of the indentation 8 also has an influence on the amount of dust 2 deposited per measuring cycle. producibility of dust accumulation before a measurement and the possibility of a reprozierbaren cleaning the recess 8.
  • the indentation 8 may for example have a cylindrical shape and advantageously be about 3 to 30 mm wide and 3 to 30 mm deep.
  • the aspect ratio, ie the ratio between width and depth of the indentation, can be greater or less than 1.
  • other shapes are also conceivable, for example a curved shape, a cuboid shape, a part of a conical shape or a trapezoidal shape.
  • FIG. 1 A schematic detail view of the optical sensor 15 used in the first exemplary embodiment is shown in FIG.
  • This optical sensor works on the principle of attenuated total reflection. From a light source 22 here infrared radiation is coupled through a first optical waveguide 18 in the optical window 14.
  • the optical window 14 in this example has a trapezoidal cross-section, with the result that, in an exemplary beam path 17, the infrared light is reflected at three surfaces on the outside of the optical window 14.
  • the material of the optical window 14 has a refractive index above 2 at the wavelength of light used.
  • the optical window is made of zinc selenide.
  • the refractive index of the optical window 14 is so high that, in the case of a typical beam path 17, the light on the inside of the window 14 is totally reflected.
  • dust 2 is deposited close to the surface of the optical window 14, then an interaction of the dust with evanescent waves of the light can take place, and the inner
  • Total reflection is particularly attenuated for those wavelengths for which a strong absorption of the radiation in the dust grain is given.
  • the remaining totally reflected radiation 17 is guided by a second optical waveguide 12 through the probe body 12 to a photodetector 24.
  • the signal measured by the optical sensor 12 is forwarded to a readout unit, not shown here.
  • the light source 22 may be monochromatic or polychromatic Send out light.
  • an element, not shown here may additionally be present for splitting the light into its spectral components and / or for selecting one of these components.
  • an interferometer can be arranged in the beam path such that a mathematical determination of the individual wavelength components, in particular the attenuated total reflection as a function of the wavelength, is possible.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of an optical sensor 25 according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • the arrangement of the indentation 8 and the blocking air nozzles 10 in the dust line 1 should be analogous to the first embodiment shown in Figure 1.
  • the optical sensor 25 works on the principle of diffuse reflection.
  • two light sources 22 are arranged so that their radiation is coupled by two optical waveguides 20 and 28 in the optical window 14.
  • the optical window 14 is formed of a material with a refractive index below 1.6, in this example of quartz glass.
  • the light of the light source is here visible light, which is coupled out of the optical window 14 in an exemplary beam path 27 and can be diffusely reflected by a dust particle 2 located in the vicinity.
  • the angle of reflection is not necessarily equal to the angle of incidence.
  • Portions of the reflected light may be captured by the second optical fiber and directed to the optical sensor 25.
  • the wavelength of the light can be selected by additional elements not shown here.
  • the optical measurement can be carried out successively for different wavelengths in the spectral range of the light source, or a simultaneous measurement of all wavelengths via an interferometric measurement is possible.
  • the intensity of the diffuse reflection as a function of the wavelength can be determined, which results in a measurement of the material-dependent ablation. Sorption properties of the dust 2, but also the dust density and / or the average grain size makes possible.
  • Both embodiments make it possible to continuously monitor the properties of the dust such as chemical composition, moisture and grain size by regularly repeated measurements and to regulate associated process parameters using the measuring signals.
  • Dust line 1 enables measurements in an explosion-proof environment with low wear of the optical sensors 15, 25.

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Abstract

Es wird eine Staubleitung mit einem optischen Sensor und ein Verfahren zur Messung einer Eigenschaft von Staub angegeben. Die erfindungsgemäße Staubleitung zum Transport von Staub in einem automatisierten Prozess umfasst wenigstens einen optischen Sensor zur Überwachung der Eigenschaft des Staubs. Der optische Sensor ist in einer Einbuchtung der Staubleitung angeordnet, wobei die Einbuchtung mit wenigstens einer Gaseinlassdüse zur Entfernung des Staubs von dem optischen Sensor ausgestattet ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung einer Eigenschaft von Staub in einer Staubleitung wird Staub durch eine Staubleitung transportiert. Eine optische Eigenschaft des Staubs wird mittels wenigstens eines in einer Einbuchtung der Staubleitung angeordneten optischen Sensors gemessen. Anschließend wird der Staub von dem optischen Sensor durch Einblasen von Luft mittels wenigstens einer in der Einbuchtung angeordneten Gaseinlassdüse entfernt.

Description

Beschreibung
Staubleitung mit optischem Sensor und Verfahren zur Messung der Zusammensetzung von Staub
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Staubleitung zum Transport von Staub mit wenigstens einem optischen Sensor zur Überwachung einer Eigenschaft des Staubs. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung einer Eigenschaft von Staub in einer Staubleitung.
Staubleitungen werden in einer Reihe von automatisierten Prozessen zum Transport von Staub verwendet, wobei der Staub entweder gezielt zum Ort seiner Verwendung transportiert wird oder auch vom Ort seiner Entstehung abtransportiert wird. Unter Staub wird im Folgenden eine Ansammlung fester Partikel verstanden, deren Partikeldurchmesser deutlich unterhalb von 1 mm liegt, meist unterhalb von 100 μπι. In Luft aufgewirbelter Staub kann lange Zeit schweben und dadurch auch in aufge- wirbelter Form über pneumatisch betriebene Staubleitungen zusammen mit einem Luftstrom transportiert werden. Die wichtigste Anwendung solcher Staubleitungen besteht bei Kohlekraftwerken, bei denen feingemahlener Kohlenstaub mit einem Partikeldurchmesser von meist maximal 0.5 mm über eine Staub- leitung einem Brenner zugeführt wird. Es gibt jedoch auch andere automatisierte Prozesse, bei denen Staubmengen über Staubleitungen transportiert werden, beispielsweise bei der Zufuhr von Mehl, Kakao oder Stärke bei der Lebensmittelherstellung oder bei der Entfernung von Holzstäuben und Metall - stäuben bei Prozessen der Materialbearbeitung.
Für viele solche Prozesse ist die Überwachung der Zusammensetzung der transportierten Stäube wünschenswert. Aus Gründen der Qualitätskontrolle und der Überwachung der Prozesse kann eine Messung und Überwachung von mittleren Korngrößen, Feuchtigkeitsgehalten und anderen chemischen Zusammensetzungen relevant sein. Bei der Zufuhr von Kohlenstaub in einem Kohlekraftwerk ist vor allem der Heizwert der Kohle ein wichtiger Parameter, den es zu überwachen gilt. Der Heizwert ist ein Maß für die bei der Verbrennung freiwerdende Energie pro Masseneinheit des Brennstoffs. Für Kohlenstaub hängt der Heizwert unter anderem von der Feuchtigkeit des Kohlenstaubs, von der chemischen Zusammensetzung der Kohlepartikel und von der Korngröße des Kohlenstaubs ab. Während des Betriebs eines Kraftwerks sollen alle diese Parameter innerhalb eines vorgegebenen Prozessfensters gehalten werden, wobei das vorgegebene Prozessfenster auch zeitlich variieren kann, beispielswei - se wenn die Soll -Leistung des Kraftwerks sich im Tagesverlauf ändert .
Eine Überwachung der Staubeigenschaften mittels optischer Messmethoden ist prinzipiell wünschenswert. Es ist jedoch sehr schwierig, innerhalb einer Staubleitung optische Messungen durchzuführen, da eine optische Sonde innerhalb der Leitung starkem Verschleiß ausgesetzt ist. Vor allem beim Transport von Kohlestaub tritt an den Wänden der Staubleitungen eine sehr starke Abrasion auf, so dass eine optische Messson- de mit einem empfindlichen optischen Fenster sehr schnell beschädigt wird. Bekannt ist lediglich eine Möglichkeit der Reflexionsmessung, bei der eine Messsonde bündig mit der Innenwand der Staubleitung eingebaut ist. Auch hier ist jedoch der Verschleiß groß. Eine Reinigung oder ein Austausch der Sonde ist unter normalen Prozessbedingungen extrem schwierig und aufwendig. Da alle brennbaren Stäube wie Kohlenstaub, Holzstaub, Mehl, Kakao, Stärke und Zellulosestaub grundsätzlich explosionsgefährdet sind, muss eine solche Staubleitung explosionsgeschützt betrieben werden. Dies schließt eine re- gelmäßige Reinigung, Wartung oder den Austausch einer optischen Messsonde genauso aus wie die Verwendung von einigen anderen Messverfahren, beispielsweise elektrischen Messverfahren innerhalb der Staubleitung. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Staubleitung zum Transport von Staub mit wenigstens einem optischen Sensor anzugeben, die die genannten Nachteile vermeidet. Eine weite- re Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Messung einer Eigenschaft von Staub in einer Staubleitung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 beschriebene
Staubleitung und das in Anspruch 8 beschriebene Verfahren gelöst .
Die erfindungsgemäße Staubleitung zum Transport von Staub in einem automatisierten Prozess umfasst wenigstens einen opti- sehen Sensor zur Überwachung einer Eigenschaft des Staubs .
Der optische Sensor ist in einer Einbuchtung der Staubleitung angeordnet, wobei die Einbuchtung mit wenigstens einer Gas- einlassdüse zur Entfernung des Staubs von dem optischen Sensor ausgestattet ist.
Die erfindungsgemäße Staubleitung ermöglicht es, den Staub beispielsweise pneumatisch durch die Leitung zu transportieren und dabei während des laufenden Prozesses die Zusammensetzung des Staubs durch eine optische Messung zu überwachen. Die Anordnung des optischen Sensors in einer Einbuchtung der Staubleitung vermindert den Verschleiß des Sensors, da er den abrasiven Kräften im Hauptkanal des TransportStroms nicht direkt ausgesetzt ist. Stattdessen findet die Messung in einem mechanisch geschützten Bereich der Transportleitung statt. Während des Staubtransports durch die Leitung füllt sich die Einbuchtung der Staubleitung weitgehend mit Staub an. Dieses Auffüllen entspricht der automatisierten Entnahme einer Probe aus dem Transportström. Nach der Messung von optischen Parametern mittels des optischen Sensors kann dieses Probenvolu- men wieder geleert werden, indem die wenigstens eine Gaseinlassdüse der erfindungsgemäßen Staubleitung in Betrieb genommen wird, um die Einbuchtung durch Einblasen von Luft weitgehend von Staub zu befreien. Die so freigelegte Sensoroberfläche steht anschließend wieder für eine weitere Messung zur Verfügung. Die so ausgestaltete Staubleitung ermöglicht es also, auf einfache Weise wiederholte Messungen der optischen Parameter des Staubs durchzuführen, um daraus die Zusammensetzung und weitere Eigenschaften des Staubs zu bestimmen und beispielsweise die Einhaltung eines vorgegebenen Prozessfensters zu überwachen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Staubleitung ist, dass die Messung der optischen Parameter berührungslos stattfinden kann, was bedeutet, dass die Staubleitung als explosionsgeschützte Umgebung ausgestaltet sein kann. Dies ist vor allem für brennbare Stäube wie Kohlenstaub, Mehl, Kakao, Stärke und Cellulosestaub von Bedeutung. Aufgrund der geringen Abrasion des optischen Sensors in der Einbuchtung der Staubleitung ist die erfindungsgemäße Staubleitung außerdem wartungsarm.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung einer Eigenschaft von Staub in einer Staubleitung wird Staub durch eine Staubleitung transportiert. Eine optische Eigenschaft des Staubs wird mittels wenigstens eines in einer Einbuchtung der Staubleitung angeordneten optischen Sensors gemessen. Anschließend wird der Staub von dem optischen Sensor durch Ein- blasen von Luft mittels wenigstens einer in der Einbuchtung angeordneten Gaseinlassdüse entfernt. Die Vorteile des erfin- dungsgemäßen Verfahrens ergeben sich analog zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Staubleitung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Staubleitung gehen aus den von Anspruch 1 abhän- gigen Ansprüchen hervor. Demgemäß kann die Staubleitung zusätzlich folgende Merkmale aufweisen:
Der optische Sensor kann ein Sensor zur Messung einer Reflexion sein, der wenigstens einen Sondenkörper und ein opti- sches Fenster umfasst. Der Sondenkörper wirkt hierbei als
Träger für die optische Messanordnung, und das optische Fenster bildet die Schnittstelle zwischen dem optischen Sensor und dem zu vermessenden Probenvolumen, also dem in der Einbuchtung enthaltenen Staub. Die Messung einer Reflexionsei - genschaft ist vorteilhaft, da die meisten Stäube im Bereich von Infrarotlicht und sichtbarem Licht wenig transparent sind, aber bei manchen Wellenlängen einen relativ hohen Reflexionskoeffizienten aufweisen. Besonders vorteilhaft ist auch eine Ausgestaltung, bei der das optische Fenster und der Sondenkörper voneinander getrennt werden können, beispielsweise um bei einem eventuellen Verschleiß diese Komponenten getrennt voneinander auszuwechseln und/oder zu reinigen, denn auch in der geschützten Umgebung innerhalb der Einbuchtung kann im Dauerbetrieb ein Verschleiß und/oder eine Verunreinigung der Komponenten des optischen Sensors auftreten.
Der optische Sensor kann wenigstens eine Lichtquelle zum Aus- senden von Licht in das optische Fenster, wenigstens einen Photodetektor zum Messen von Licht und wenigstens einen
Lichtwellenleiter umfassen. Der wenigstens eine Lichtwellenleiter dient hierbei zur Weiterleitung des Lichts von der Lichtquelle zum optischen Fenster und zur Leitung des zu mes- senden Lichts von dem optischen Fenster zum Photodetektor. Vorteilhafte Wellenlängenbereiche für die optische Messung sind der sichtbare Bereich des Spektrums und der Infrarotbereich, insbesondere der nahe Infrarotbereich (NIR) zwischen 780 nm und 3 μπι und der mittlere Infrarotbereich (MIR) zwi- sehen 3 μπι und 50 μπι. Bei der Messung im Infrarotbereich ist es vorteilhaft, wenn der wenigstens eine Lichtwellenleiter Fluoridfasern und/oder Saphirfasern umfasst. Der optische Sensor kann auch zwei oder mehr Lichtwellenleiter umfassen. Der optische Sensor kann wenigstens ein Element zur Aufspaltung von Licht in seine spektralen Komponenten umfassen. Dieses Element kann beispielsweise ein Gitter oder ein Prisma sein. Besonders bei Verwendung von sichtbarem Licht ist es vorteilhaft, das Licht bereits zwischen der Lichtquelle und dem optischen Fenster in seine spektralen Komponenten aufzuspalten und/oder bestimmte spektrale Bereiche zur Einkopplung in das optische Fenster zu selektieren. Alternativ oder zusätzlich kann das wieder ausgekoppelte Licht zwischen dem optischen Fenster und dem Photodetektor in seine spektralen Be- standteile zerlegt werden, um eine wellenlängenselektive Messung zu ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich kann der optische Sensor wenigstens ein Element zur rechnerischen Ermittlung der spektralen Komponenten von Licht durch eine Fourieranalyse umfassen. Diese Ausführungsform ist vor allem bei der Verwendung von Infrarotlicht vorteilhaft. Das Element zur rechnerischen Ermittlung der spektralen Komponenten kann beispielsweise ein Interferometer sein, das das von der Lichtquelle ausgesendete Licht mittels eines Strahlteilers in zwei Einzelstrahlen aufspaltet, die miteinander interferieren. Die Wegstrecke einer der Teilstrahlen wird dabei kontinuierlich verändert, so dass am Detektor ein Messsignal in Abhängigkeit von dieser Wegstrecke erhalten wird. Durch Fouriertransformation des erhaltenen Interferogramms können die spektralen Komponenten des Lichts rechnerisch bestimmt werden.
In der Einbuchtung der Staubleitung können mehrere Gaseinlassdüsen angeordnet sein. Diese Gaseinlassdüsen können so ausgebildet sein, dass sie Luft oder ein anderes nicht entzündliches Gas in wenigstens zwei unterschiedlichen Winkeln zu einer Transportrichtung des Staubs in die Einbuchtung ein- blasen können. Die Verwendung von mehreren Gaseinlassdüsen und das Einblasen von Gas aus mehreren unterschiedlichen Winkeln ermöglicht es, die Einbuchtung und den darin angeordneten optischen Sensor, insbesondere das optische Fenster, be- sonders zuverlässig und reproduzierbar von Staub zu befreien. Auch bei Versagen einer der Gaseinlassdüsen können eine oder mehrere weitere Düsen die Einbuchtung immer noch zuverlässig von Staub befreien. Besonders vorteilhaft ist es, die Gaseinlassdüsen nicht gleichzeitig zu betreiben, sondern bei einer Mehrzahl von Düsen reihum abwechselnd Gas einzublasen. Dies verhindert die Entstehung von ungünstigen Verwirbelungen und ermöglicht eine zuverlässige Reinigung durch eine kontrollierte Zuführung des abgelagerten Staubs in den Transportstrom der Staubleitung.
Der optische Sensor kann ein Sensor sein, der zur Messung der abgeschwächten inneren Totalreflexion von Licht im Probenfenster geeignet ist. Die Methode der abgeschwächten inneren Totalreflexion (auch ATR-Spektroskopie) ist eine Messmethode, bei der Strahlung in Totalreflexion in einem optischen Fenster mit einem hohen Brechungsindex geführt wird. Eine zu untersuchende Probe, die in Kontakt oder in starke räumliche Nähe zu dem optischen Fenster gebracht wird, kann dann die Totalreflexion innerhalb des optischen Fensters abschwächen. Die Schwächung beruht auf der Wechselwirkung des evaneszenten elektromagnetischen Feldes des Lichts mit der Probe, wobei die Reichweite dieser Wechselwirkung im Bereich der Lichtwel- lenlänge liegt. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung können mit einem solchen Lichtsensor also im Wesentlichen Staubpartikel vermessen werden, die direkt auf dem optischen Fenster aufliegen. Die Schwächung der inneren Totalreflexion des Lichts ist für diejenigen Spektralbereiche besonders stark, bei denen eine Absorption der zu vermessenden Probe vorliegt. In diesen Spektralbereichen werden bei einer spektral aufgelösten Messung charakteristische Banden gemessen, die Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung der zu untersuchenden Probe ermöglichen. Auch die Korngröße von zu untersu- chenden Staubpartikeln beeinflusst das Ausmaß der Schwächung der inneren Totalreflexion und damit die Stärke der gemessenen spektralen Banden.
Für eine Messung der abgeschwächten inneren Totalreflexion liegt der Brechungsindex des optischen Fensters vorteilhaft größer als 1.5, besonders vorteilhaft größer als 2. Geeignete Materialien für solche optischen Fenster sind beispielsweise Diamant, Saphir, Germanium, Zinkselenid, Silberhalogenide, Quarzglas, Silizium, Thalliumbromoiodid oder Germaniumarsen- selenid. Die Form des optischen Fensters ist dabei vorteilhaft so ausgestaltet, dass im Strahlengang des Lichts mehrere Reflexionen an der äußeren Grenzfläche des optischen Fensters stattfinden, das heißt, dass an mehreren Stellen des optischen Fensters eine Abschwächung der inneren Totalreflexion durch eine optische Wechselwirkung mit der zu untersuchenden Probe stattfinden kann. Besonders vorteilhaft ist hierzu eine Ausgestaltung des optischen Fensters in Prismenform. Alternativ kann der optische Sensor ein Sensor sein, der zur Messung der diffusen Reflexion von Licht am Staub geeignet ist. Bei dieser Ausgestaltung wird Licht von dem optischen Fenster in den Innenraum der Einbuchtung ausgekoppelt. Das Licht wird von den zu vermessenden Staubpartikeln diffus reflektiert und zu einem gewissen Teil wieder in das optische Fenster eingekoppelt und über einen der Lichtwellenleiter zu dem Photodetektor geleitet. Vorteilhaft für die Messung der diffusen Reflexion am Staub ist ein optisches Fenster aus einem Material, das einen möglichst niedrigen Brechungsindex aufweist, beispielsweise unterhalb von 2, damit das Licht in den Innenraum der Einbuchtung ausgekoppelt werden kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfin- dungsgemäßen Verfahrens zur Messung einer Eigenschaft von
Staub in einer Staubleitung gehen aus den von Anspruch 8 abhängigen Ansprüchen hervor. Demgemäß kann das Verfahren zusätzlich folgende Merkmale und/oder Schritte aufweisen: Die vorgenannten Verfahrensschritte können mehrfach wiederholt werden, um einen automatisierten Prozess zu überwachen. Die Wiederholung kann beispielsweise periodisch erfolgen. Erst die regelmäßige Wiederholung der Messung der optischen Eigenschaften des Staubs ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung eines laufenden Prozesses, beispielsweise eine Überprüfung, ob ein vorbestimmtes Prozessfenster mit vorbestimmten Prozessparametern eingehalten wird. Auch eine Regelung solcher Prozessparameter wird durch solch eine laufende Wiederholung der optischen Messung erst ermöglicht.
Die optische Eigenschaft des Staubs kann die Abschwächung der inneren Totalreflexion von Licht in einem optischen Fenster des optischen Sensors durch angelagerten Staub sein. Alternativ kann die optische Eigenschaft des Staubs die diffuse Reflexion von Licht an in der Einbuchtung enthaltenem Staub sein. Die optische Eigenschaft des Staubs kann als Funktion der Wellenlänge von durch eine Lichtquelle des optischen Sensors ausgesendeten Lichts gemessen werden. Ein solches Messverfahren ist vor allem dann vorteilhaft, wenn die chemische Zusam- mensetzung des Staubes ein relevanter Messparameter ist, denn eine spektral aufgelöste Auswertung der optischen Eigenschaft des Staubes erlaubt eine direkte Zuordnung zu bekannten Stoffen durch Vergleich mit katalogisierten spektralen Bandenlagen, Bandenbreiten und Bandenintensitäten bekannter Stoffe und bekannter Mischungen. Weiterhin kann ein vorgegebenes Prozessfenster auch so definiert werden, dass nur eine bestimmte vorgegebene Abweichung von einem vordefinierten Idealspektrum toleriert werden kann. Bei der Messung einer größeren als der erlaubten Abweichung in irgendeinem Bereich des Spektrums müssen Prozessparameter korrigiert werden.
Mit Hilfe der Messung der optischen Eigenschaft des Staubs kann auch die Korngröße des Staubs bestimmt werden. Beispielsweise kann eine mittlere effektive Korngröße aus dem Ausmaß der Abschwächung der inneren Totalreflexion bestimmt werden, da viele kleine Staubpartikel wesentlich mehr Materie in optische Wechselwirkung mit evaneszenten Wellen des Lichts im optischen Fenster bringen als wenige große Staubpartikel. Mit Hilfe der Messung der optischen Eigenschaft des Staubs kann auch die chemische Zusammensetzung des Staubs bestimmt werden. Insbesondere durch Analyse der spektralen Abhängigkeit der optischen Eigenschaft ist eine Überwachung der chemischen Zusammensetzung leicht möglich. Ein Aspekt, der hier besonders relevant sein kann, ist die Überwachung des Feuchtigkeitsgehalts des Staubs, also beispielsweise die Messung des an der Oberfläche der Staubpartikel gebundenen Wasseranteils oder auch die Messung von strukturell gebundenem Wasser. Dies ist mit Hilfe der gut bekannten Absorptionsbanden von Wasser im infraroten Bereich des Spektrums besonders leicht möglich. Der zu überwachende automatisierte Prozess kann die Zuführung von Kohlenstaub in einem Kohlekraftwerk sein. Mit Hilfe der Messung der optischen Eigenschaft des Kohlenstaubs kann die Einhaltung eines vorgegebenen Prozessfensters überwacht und/oder geregelt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier bevorzugter Aus- führungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 einen Querschnitt der Staubleitung nach einem ersten
Ausführungsbeispiel in schematischer Seitenansicht zeigt , Fig. 2 einen Detailausschnitt des optischen Sensors nach dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
Fig. 3 einen vergleichbaren Detailausschnitt des optischen
Sensors nach dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Staubleitung 1 nach einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist ein Ausschnitt der Staubleitung 1, der einen optischen Sensor 15 zur Überwachung des Staubs 2 enthält, der in Fig. 1 durch seinen Sondenkörper 12 und sein optisches Fenster 14 wiedergegeben ist. Der optische Sensor 15 ist in einer Einbuchtung 8 der Staubleitung 1 angeordnet. Die Staubleitung 1 dient zum Transport von Staub 2 entlang einer Transport- richtung 6. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Staubleitung 1 eine Leitung zum Transport von Kohlenstaub zu einer Verbrennungsanlage in einem Kraftwerk. Der Kohlenstaub wird hier am selben Standort wie die Verbrennungsanlage in einer Mahlanlage erzeugt. Er kann aber auch alternativ bereits in Staubform geliefert werden. Die chemische Zusammen- setzung des Kohlenstaubs, insbesondere die Feuchtigkeit und der Heizwert der Kohle sollen während der Zufuhr des Kohlenstaubs laufend überprüft werden, um zu gewährleisten, dass die Verbrennungsanlage innerhalb des gewünschten Prozessfens- ters arbeitet und die elektrische Soll-Leistung des Kraftwerks erfüllt. Diese elektrische Soll -Leistung kann im Tagesverlauf unterschiedlich sein, was eine wiederholte Neueinstellung und Überprüfung der Prozessparameter notwendig macht. Auch bei konstanter Soll -Leistung des Kraftwerks können Qualitätsschwankungen im Heizwert des Kohlenstaubs durch andere Parameter, beispielsweise einen geänderten Massen- fluss, ausgeglichen werden, so dass die gesamte Heizleistung konstant bleibt. Die gemessenen Daten zur chemischen Zusam- mensetzung können weiterhin zur Überprüfung der Qualität der Ausgangsstoffe, also der Rohkohle dienen. Gemessene Daten zur mittleren Korngröße des Kohlenstaubs können außerdem als Regelungsgrößen bei der Einstellung der Parameter der vorgelagerten Mahlanlage dienen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Kohlekraftwerk ein Kraftwerk für Steinkohlenstaub. Es sind jedoch alternative Beispiele mit Kraftwerken für Braunkohlestaub und Steinkohlestaub denkbar. Es sind auch kombinierte Kraftwerke möglich, bei denen alternativ Steinkohlestaub oder Braunkohlestaub verbrannt werden kann, und bei de- nen die Bestimmung und Überwachung der zu einem jeweiligen Zeitpunkt verwendeten Kohleart besonders wichtig ist. Ebenfalls Gegenstand der Erfindung sind Staubleitungen, die in industriellen Herstellungsprozessen staubförmige Ausgangsstoffe zu einer Anlage transportieren, beispielsweise Mehl, Kakao oder Stärke bei der Lebensmittelherstellung. Alternativ können Stäube, die bei Prozessen der Materialbearbeitung als Abfallprodukte entstehen, beispielsweise Holz- oder Metallstäube in Säge- oder Schleifwerken, über eine ähnliche Staubleitung abtransportiert werden. Dabei kann die Überwachung der Staubparameter durch die optische Messung beispielsweise dazu dienen, diese Abfallprodukte laufend auf umweltbelastende oder gesundheitsschädliche Stoffe zu überprüfen, oder aber die Prozessparameter des Materialbearbeitungsprozesses zu überwachen .
Bei dem in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel sammelt sich der Staub 2 während des Transports in der Einbuchtung 8 der Staubleitung an. Insbesondere lagert sich der Staub auf dem optischen Fenster 14 an, was eine optische Messung der Staubparameter ermöglicht. Nach einer optischen Messung der Staubeigenschaften wird die Einbuchtung 8 wieder weitgehend von Staub 2 befreit, indem durch die Gaseinlassdü- sen Luft in die Einbuchtung 8 eingeblasen wird. Die Gaseinlassdüsen sind hier als Sperrluftdüsen 10 realisiert. Allerdings können auch andere nichtentzündliche Gase zur Reinigung des optischen Fensters 14 verwendet werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind acht Sperrluftdüsen 10 so um das op- tische Fenster 14 angeordnet, dass die verschiedenen Flächen des Fensters 14 aus verschiedenen Einfallswinkeln nacheinander mit Druckluft gereinigt werden und somit eine möglichst weitgehende Entfernung des Staubs 2 aus der Einbuchtung 8 erfolgt. Nach der Reinigung mit Sperrluft wird der Luftstrom abgeschaltet. Die Einbuchtung kann sich erneut mit Staub füllen, und es kann ein erneuter Messwert ermittelt werden. Beispielsweise kann eine Wiederholung der Messung jeweils nach einigen Sekunden erfolgen. Alternativ können die Sperrluftdüsen auch asymmetrisch angeordnet sein. Beispielsweise kann auch eine einzelne Sperrluftdüse so angeordnet sein, dass sie den Luftstrom in Richtung der Staubleitung bläst.
In der Figur sind die fein verteilten Staubpartikel 2 nur schematisch zu verstehen. Bei einem Prozess zur Zufuhr von Staubkohle werden in Wirklichkeit die Staubpartikel 2 in wesentlich dichterer Konzentration durch die Leitung transportiert werden. Es wird jedoch häufig so sein, dass sich in einer Einbuchtung 8 eine noch dichter gepackte Ansammlung von Staubpartikeln 2 absetzt als im eigentlichen Transportrohr, das in der Fig. 1 durch seine Außenwand 4 wiedergegeben ist. Die Messung der Staubeigenschaft innerhalb der Einbuchtung macht das Messergebnis relativ unabhängig von der prozessabhängigen Variation der Dichte des Staubstroms in der Transportleitung. Für eine reproduzierbare Wiederholung der Mess- bedingungen ist es wichtig, dass die Packungsdichte der
Staubkörner 2 von Messung zu Messung vergleichbar ist. Auch die Form und Größe der Einbuchtung 8 hat dabei einen Einfluss auf die Menge an pro Messzyklus abgelagertem Staub 2, die Re- produzierbarkeit der Staubansammlung vor einer Messung und die Möglichkeit zu einer reprozierbaren Reinigung der Einbuchtung 8. Die Einbuchtung 8 kann beispielsweise eine zylindrische Form aufweisen und vorteilhaft etwa 3 bis 30 mm breit sowie 3 bis 30 mm tief sein. Das Aspektverhältnis, also das Verhältnis zwischen Breite und Tiefe der Einbuchtung kann dabei größer oder kleiner als 1 sein. Alternativ zu einer zylinderförmigen Einbuchtung 8 sind auch andere Formen denkbar, beispielsweise eine gewölbte Form, eine Quaderform, ein Teil einer Kegelform oder eine Trapezform.
Eine schematische Detailansicht des im ersten Ausführungsbeispiel verwendeten optischen Sensors 15 ist in Figur 2 gezeigt. Dieser optische Sensor arbeitet nach dem Prinzip der abgeschwächten Totalreflexion. Von einer Lichtquelle 22 wird hier Infrarotstrahlung durch einen ersten Lichtwellenleiter 18 in das optische Fenster 14 eingekoppelt. Das optische Fenster 14 hat in diesem Beispiel einen trapezförmigen Querschnitt, was dazu führt, dass bei einem beispielhaften Strah- lengang 17 das Infrarotlicht an drei Flächen an der Außenseite des optischen Fensters 14 reflektiert wird. Das Material des optischen Fensters 14 hat bei der verwendeten Lichtwellenlänge einen Brechungsindex oberhalb von 2. In diesem Beispiel ist das optische Fenster aus Zinkselenid gefertigt. Der Brechungsindex des optischen Fensters 14 ist jedenfalls so hoch, dass bei einem typischen Strahlengang 17 das Licht auf der Innenseite des Fensters 14 totalreflektiert wird. Ist jedoch Staub 2 dicht an der Oberfläche des optischen Fensters 14 angelagert, so kann eine Wechselwirkung des Staubs mit evaneszenten Wellen des Lichts stattfinden, und die innere
Totalreflexion wird für diejenigen Wellenlängen besonders abgeschwächt, für die eine starke Absorption der Strahlung im Staubkorn gegeben ist. Die verbleibende totalreflektierte Strahlung 17 wird von einem zweiten Lichtwellenleiter 12 durch den Sondenkörper 12 zu einem Photodetektor 24 geleitet. Das durch den optischen Sensor 12 gemessene Signal wird an eine hier nicht gezeigte Ausleseeinheit weitergeleitet. Die Lichtquelle 22 kann monochromatisches oder polychromatisches Licht aussenden. Im Fall von polychromatischem Licht kann zusätzlich ein hier nicht gezeigtes Element zur Aufspaltung des Lichts in seine spektralen Komponenten und/oder zur Selektion einer dieser Komponenten vorhanden sein. Alternativ kann ein Interferometer so im Strahlengang angeordnet sein, dass eine rechnerische Bestimmung der einzelnen Wellenlängenanteile, insbesondere der abgeschwächten Totalreflexion als Funktion der Wellenlänge möglich ist. In Fig. 3 ist eine alternative Ausgestaltung eines optischen Sensors 25 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Anordnung der Einbuchtung 8 und der Sperrluftdüsen 10 in der Staubleitung 1 soll dabei analog zum in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel sein. Der opti- sehe Sensor 25 arbeitet nach dem Prinzip der diffusen Reflexion. Hierzu sind beispielsweise zwei Lichtquellen 22 so angeordnet, dass ihre Strahlung durch zwei Lichtwellenleiter 20 und 28 in das optische Fenster 14 eingekoppelt wird. Das optische Fenster 14 ist aus einem Material mit einem Brechungs- index unterhalb von 1.6 ausgebildet, in diesem Beispiel aus Quarzglas. Das Licht der Lichtquelle ist hier sichtbares Licht, das in einem beispielhaften Strahlengang 27 aus dem optischen Fenster 14 ausgekoppelt wird und von einem in der Nähe befindlichen Staubkorn 2 diffus reflektiert werden kann. Bei der diffusen Reflexion ergibt sich eine breite Winkelverteilung des reflektierten Lichts, und der Ausfallswinkel ist nicht notwendigerweise gleich dem Einfallswinkel. Teile des reflektierten Lichts können von dem zweiten Lichtwellenleiter eingefangen und zu dem optischen Sensor 25 geleitet werden. Auch hier kann die Wellenlänge des Lichts durch hier nicht gezeigte zusätzliche Elemente selektiert werden. Die optische Messung kann nacheinander für verschiedene Wellenlängen im Spektralbereich der Lichtquelle durchgeführt werden, oder es ist eine gleichzeitige Messung aller Wellenlängen über eine interferometrische Messung möglich. In jedem Fall kann die Stärke der diffusen Reflexion als Funktion der Wellenlänge ermittelt werden, was eine Messung der materialabhängigen Ab- Sorptionseigenschaften des Staubs 2, aber auch der Staubdichte und/oder der mittleren Korngröße möglich macht.
Beide Ausführungsbeispiele erlauben es, die Eigenschaften des Staubs wie chemische Zusammensetzung, Feuchtigkeit und Korngröße durch regelmäßig wiederholte Messungen kontinuierlich zu überwachen und zugehörige Prozessparameter unter Verwendung der Messsignale zu regeln. Diese Ausgestaltung der
Staubleitung 1 ermöglicht Messungen in einer explosionsge- schützten Umgebung bei geringem Verschleiß der optischen Sensoren 15, 25.

Claims

Patentansprüche
1. Staubleitung (1) zum Transport von Staub (2) in einem automatisierten Prozess mit wenigstens einem optischen Sensor (15,25) zur Überwachung einer Eigenschaft des Staubs (2), dadurch gekennzeichnet, dass
der optische Sensor (15,25) in einer Einbuchtung (8) der Staubleitung (1) angeordnet ist,
wobei die Einbuchtung (8) mit wenigstens einer Gaseinlassdüse (10) zur Entfernung des Staubs (2) von dem optischen Sensor (15,25) ausgestattet ist.
2. Staubleitung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (15,25) ein Sensor zur Messung einer Reflexion ist, der wenigstens einen Sondenkörper (12) und ein optisches Fenster (14) umfasst.
3. Staubleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (15,25) we- nigstens eine Lichtquelle (22) zum Aussenden von Licht in das optische Fenster (14) , wenigstens einen Photodetektor (24) zum Messen von Licht und wenigstens einen Lichtwellenleiter (18, 20, 22) umfasst.
4. Staubleitung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (15,25) wenigstens ein Element zur Aufspaltung von Licht in seine spektralen Komponenten und/oder zur rechnerischen Ermittlung der spektralen Komponenten von Licht durch eine
Fourieranalyse umfasst.
5. Staubleitung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gaseinlassdüsen (10) in der Einbuchtung (8) der Staubleitung (1) angeordnet sind, die so ausgebildet sind, dass sie Luft in wenigstens zwei unterschiedlichen Winkeln zu einer Transportrichtung (6) des
Staubs (2) in die Einbuchtung (8) einblasen können.
6. Staubleitung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der optische Sensor (15) ein Sensor ist, der zur Messung der abgeschwächten inneren Totalreflexion von Licht im optischen Fenster (14) geeignet ist, und bei dem der Bre- chungsindex des optischen Fensters (14) wenigstens 1.5 ist, insbesondere wenigstens 2.0.
7. Staubleitung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der optische Sensor (25) ein Sensor ist, der zur Mes- sung der diffusen Reflexion von Licht am Staub (2) geeignet ist .
8. Verfahren zur Messung einer Eigenschaft von Staub (2) in einer Staubleitung (1) , das wenigstens folgende Schritte auf- weist:
- Transport von Staub (2) durch eine Staubleitung (1)
- Messung einer optischen Eigenschaft des Staubs (2) mittels wenigstens eines in einer Einbuchtung (8) der Staubleitung (1) angeordneten optischen Sensors (15,25),
- Entfernung des Staubs (2) von dem optischen Sensor (15,25) durch Einblasen von Luft mittels wenigstens einer in der Einbuchtung (8) angeordneten Gaseinlassdüse (10) .
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die vorgenannten
Schritte mehrfach wiederholt werden, um einen automatisierten Prozess zu überwachen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem die optische Eigenschaft des Staubs (2) die Abschwächung der in- neren Totalreflexion von Licht in einem optischen Fenster
(14) des optischen Sensors (15) durch angelagerten Staub (2) ist .
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem die optische Eigenschaft des Staubs (2) die diffuse Reflexion von
Licht an in der Einbuchtung (8) enthaltenem Staub (2) ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die optische Eigenschaft des Staubs (2) als Funktion der Wellenlänge von durch eine Lichtquelle (22) des optischen Sensors (15,25) ausgesendeten Lichts gemessen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem mit Hilfe der Messung der optischen Eigenschaft des Staubs (2) die Korngröße des Staubs (2) bestimmt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei dem mit Hilfe der Messung der optischen Eigenschaft des Staubs (2) die chemische Zusammensetzung des Staubs (2) bestimmt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem der automatisierte Prozess die Zuführung von Kohlenstaub in einem Kohlekraftwerk ist und bei dem mit Hilfe der Messung der optischen Eigenschaft des Kohlenstaubs die Einhaltung eines vorgegebenen Prozessfensters überwacht und/oder geregelt wird .
EP14705317.7A 2013-02-26 2014-02-11 Staubleitung mit optischem sensor und verfahren zur messung der zusammensetzung von staub Withdrawn EP2946191A1 (de)

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