EP3319731B1 - Trennvorrichtung und verfahren zum detektieren einer stoffansammlung in einer solchen trennvorrichtung - Google Patents

Trennvorrichtung und verfahren zum detektieren einer stoffansammlung in einer solchen trennvorrichtung Download PDF

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EP3319731B1
EP3319731B1 EP16741554.6A EP16741554A EP3319731B1 EP 3319731 B1 EP3319731 B1 EP 3319731B1 EP 16741554 A EP16741554 A EP 16741554A EP 3319731 B1 EP3319731 B1 EP 3319731B1
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EP
European Patent Office
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outlet
housing
separating device
interior
stream
Prior art date
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Active
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EP16741554.6A
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English (en)
French (fr)
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EP3319731A1 (de
Inventor
Alfons LEUER
Heinz BREDEMEIER
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.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Industrial Solutions AG filed Critical ThyssenKrupp AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C11/00—Accessories, e.g. safety or control devices, not otherwise provided for, e.g. regulators, valves in inlet or overflow ducting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/14—Construction of the underflow ducting; Apex constructions; Discharge arrangements ; discharge through sidewall provided with a few slits or perforations

Definitions

  • the invention relates to a separation device, for example in the form of a so-called cyclone.
  • the invention further relates to a method for detecting a substance accumulation in such a separation device.
  • separating devices which may be formed for example in the form of static or dynamic classifiers or in the form of cyclones. While in classifiers primarily a classification of solids of different particle sizes occurs, cyclones usually serve to separate solids (especially small grain sizes, i.e. dust) from a gas flow. In plants of the basic industry, cyclones are used, for example, as separation and preheater cyclones.
  • the solid-gas mixture flow is set in rotation and the different inertias of the gas flow on the one hand and the solids on the other exploited to separate them.
  • an outlet for the gas flow is arranged in such a way that the solids can not follow the gas flow into this outlet due to inertia. Rather, the solids fall downwards due to their separation from the mixture flow due to gravity and are discharged via a further outlet.
  • the interior of a cyclone is usually designed such that it tapers in the direction of this outlet for the solids in order to ensure the most complete possible discharge.
  • cyclones are regularly monitored, at least in plants of the basic industry, with regard to a possible blockage of the solids outlet.
  • This can be done by means of a radiometric measuring device in which the housing of a cyclone in Area of the solids outlet is irradiated with gamma rays.
  • a signal is output when the gamma radiation emitted by the gamma radiation source and received by a receiver falls below a defined limit value.
  • the radioactive gamma radiation source required for such a radiometric measuring device leads to considerable safety requirements for the operation of the separating device.
  • Monitoring of a cyclone for a developing blockage in the area of the solids outlet can also be done by means of a pressure or differential pressure measurement.
  • the measuring devices used for this purpose have so far been relatively maintenance-intensive. Furthermore, these measuring devices do not detect caking or braiding.
  • the DE 10 2012 003 948 A1 discloses a working according to the radar level measurement system for a medium receiving container, in the container wall for microwave radiation at least partially transparent, so-called microwave window is integrated.
  • the level measuring system comprises a radiation source arranged outside the container, from which microwave radiation is emitted through the microwave window into the container in order to determine the level of the medium within the container.
  • the WO 2015/005998 A1 discloses a drilling rig that utilizes a drilling fluid to cool a drill head and to flush cuttings out of the borehole.
  • the drilling fluid after use to rinse the cuttings, is passed through a separator to separate the cuttings from the drilling fluid.
  • Trained as a cyclone separator comprises a level sensor, which may be formed, inter alia, as a radar device.
  • a valve can be automatically activated, whereby an outlet for the separated cuttings can be released as needed.
  • the WO 2013/093245 A1 describes a cyclone that is part of a cyclone preheater of a plant for the production of cement clinker and the inlet for a Mixture of preheated oven dust and to be used for preheating exhaust gas.
  • the cyclone further includes a first outlet for the preheated oven meal and a second outlet for the waste gas (after the oven meal has been separated therefrom).
  • the cyclone comprises a microwave transmitter and a microwave receiver, which serve to detect deposits of oven dust on the inside of a housing of the cyclone.
  • the FR 2 194 489 A1 discloses a centrifugal separating device for separating sediment from a liquid with a two-part housing, wherein a first housing part forms an inlet for the fluid loaded with the sediment and a second housing part forms a (second) outlet for the fluid freed from the sediment , Between the housing parts, an annular (first) outlet is formed, which can be closed by sealingly pressing the edge of the first outlet limiting portions of the housing parts by means of electromagnets.
  • the separation device further comprises a radar device which emits radar beams and comprises a transmitter / receiver unit. By means of the radar device, the amount of accumulated within the housing sediment can be determined and carried out in accordance with a release of the first outlet.
  • the present invention seeks to provide an advantageous way to detect a substance accumulation in an outlet of a separation device.
  • a separating device with a housing which forms an inlet for a substance mixture flow, a first outlet for a first partial flow of the substance mixture flow and a second outlet for a second partial flow of the substance mixture flow is characterized according to the invention by a radar device which is designed and arranged such that by means of this electromagnetic radiation can be emitted by an interior formed by the housing in the direction of the first outlet and can be received again as reflected radiation.
  • the electromagnetic radiation emitted by the radar device detects at least the first outlet (i.e., the outlet opening), whereby a substance accumulation within the first outlet can be detected.
  • Such a separation device advantageously makes it possible to detect a substance accumulation in the region of the first outlet. As a result, timely countermeasures can be taken by which a blockage of the separator in the region of the first outlet can be avoided.
  • a method for detecting a substance pool in a first outlet of a separation device comprising an interior forming housing into which a mixture stream is introduced via an inlet and from which a first substream of the mixture flow via the first outlet and a second substream of the mixture flow via a second outlet is therefore characterized in that a substance accumulation by evaluating electromagnetic radiation emitted by a radar device of the separation device in the direction of the first outlet and thereby has detected the first outlet of the housing and which was received as reflected radiation again , detected and analyzed.
  • a comparison of a value of the reflected radiation with a reference value for the reflected radiation can be provided to determine from a difference of these values on a substance pool or a size value of to conclude such substance accumulation. It can in one According to a preferred embodiment of the method according to the invention, it is also provided that the comparison with a reference measurement not only detects the presence of a substance accumulation in the first outlet but also at least one layer thickness of this substance accumulation, for example an average layer thickness above the area detected by the electromagnetic radiation , If then several more staggered measurements are made, it can also be determined from a temporal change in the layer thickness. In this way, for example, an increase of the substance accumulation can be observed and a countermeasure can only be initiated when a critical value for this substance accumulation is reached. Furthermore, the very slow change of the measured Schichtdiche can point to a possible Wechte.
  • the detected substance accumulation can also be in a static part, which may be formed by adhesions on the inside of the housing, and a dynamic part, which can be dissipated by the over the first outlet first sub-stream of the substance mixture stream can be formed, can be distinguished. In this way, only the leading to blockages attachments can be detected as accurately as possible.
  • a significant advantage of the inventively provided use of a radar device for detecting a substance accumulation in an outlet of a separation device is in the case used, substantially harmless electromagnetic radiation, so that no additional safety requirements are required for the operation of the separator.
  • suitable radar device are available inexpensively and they can be operated permanently even with low maintenance.
  • a radar device for a separating device comprises at least one radiation source for the electromagnetic radiation and at least one receiver, by which at least part of the previously emitted electromagnetic radiation can be received again after reflection at a section of the inside of the housing. Furthermore, the Radar device also comprise an evaluation device, which serves for an evaluation of the received electromagnetic radiation and in this way can enable the detection of a substance accumulation in the first outlet. It can be provided that the radiation source (s) and / or the / the receiver and / or the evaluation device are integrated in a (same) structural unit.
  • the electromagnetic radiation may preferably have a frequency which is within a range comprising megahertz, gigahertz and / or terahertz frequencies.
  • the measure according to the invention is suitable for the detection of a substance accumulation in an outlet in a separation device which serves to separate (at least) one solid and (at least) one gas.
  • the separation device according to the invention may comprise a housing having an inlet for a solid-gas mixture flow, a first outlet for discharging a solid separated from the mixture flow, and a second outlet for discharging the flow Solid at least partially liberated gas stream is used.
  • the housing forms a tapering from the inlet and / or the second outlet in the direction of the first outlet interior, whereby a discharge of the separated from the mixture flow solid (stream) s can be positively influenced.
  • the inlet is oriented such that the substance mixture flow or solid-gas mixture stream decentralized with respect to a longitudinal axis of at least a portion rotationally symmetrical interior of the housing in this flows.
  • the first outlet and / or the second outlet are aligned such that the associated partial flow flows out of the housing in the direction of a longitudinal axis of the rotationally symmetrical interior of the housing.
  • the separating device can be designed in particular in the form of a so-called cyclone, as it can furthermore preferably be used in a plant of the basic industry, in particular as a separator and / or preheater cyclone.
  • it can furthermore preferably be provided that by means of the radar device or the electromagnetic radiation emitted and again received by the radar device, that (first) outlet of the separation device is monitored, which serves to remove the solid (current) separated from the gas flow.
  • the radar device is arranged partially or completely outside the interior of the housing. As a result, they can be protected from being exposed to the substance mixture stream or the partial streams or streams. Furthermore, it can be avoided that the radar device restricts the space available in the interior of the housing and / or influences the flow behavior of the substance mixture flow or one or more of the partial flows.
  • the housing In order to ensure that it is possible to monitor the first outlet by means of a radar device arranged outside the interior of the housing, it is possible to form the housing completely from a material which is at least partially transparent to the specific electromagnetic radiation. However, this can adversely affect the cost and / or structural properties of the enclosure. Therefore, it can preferably be provided that the radar device is arranged such that the emitted and reflected electromagnetic radiation by (at least) one for this electromagnetic Radiation passes at least partially transparent, hereinafter referred to as radiation-transparent wall portion.
  • this wall section for example, at least one of the in the DE 10 2012 003 948 A1 specified materials, for example of a glass or a ceramic (eg, meta-, quartz or Bohrsilikatglas) or of a plastic, such as polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE) or Polietheretherketon (PEEK) may be formed.
  • a glass or a ceramic eg, meta-, quartz or Bohrsilikatglas
  • a plastic such as polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE) or Polietheretherketon (PEEK)
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PEEK Polietheretherketon
  • the reflected electromagnetic radiation emitted by the radar device and received back by the latter passes through an opening of the housing, so that a relatively expensive embodiment of at least one wall section of the housing made of a radiation-transparent material may be dispensed with.
  • this transition is formed without offset at least on the inside of the housing.
  • an inner wall section of the housing delimiting the first outlet is detected by the electromagnetic radiation emitted by the radar device, whereby a collection of substances, which may be present in particular as adhesions on this inner wall section, can be detected.
  • the first outlet 3 and the second outlet 5 are aligned substantially coaxially with respect to a longitudinal axis 9 of the housing 1, the first outlet 3 formed by a jacket part 10 of the housing 1 being arranged below the second outlet 5 formed by an outlet pipe 11.
  • This outlet pipe 11 is integrated in a cover part 12 of the housing 1, wherein a portion of the outlet pipe 11 can extend into the interior 8 of the housing 1.
  • the separation device can thus be a separation of the solid-gas mixture stream. 7 in the more or less dust-free gas stream 6, which flows as a result of the relatively low (compared to the first outlet 3) flow resistance through the second outlet 5 from the housing 1, and in the solids flow 4, via the first outlet 3 from the housing is discharged, be realized.
  • a radar device 13 is provided according to the invention, which is arranged above the housing 1 and which emits electromagnetic waves 19 in the direction of the first outlet 3.
  • these electromagnetic waves 19 pass through an optional radiation-transparent wall section 14 of the ceiling part 12 of the housing 1.
  • the electromagnetic waves 19 emitted by a radiation source 15 of the radar device 13 are more or less reflected by an inner wall section of the housing 1 delimiting the first outlet 3 and / or by the solid 17 present in the region of this inner wall section and the first outlet 3, at least one part this reflected electromagnetic radiation 19 again passes through the optional radiation-transparent wall portion 14 of the housing 1 and impinges on a receiver 16 of the radar device 13.

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  • Cyclones (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung, beispielsweise in Form eines sogenannten Zyklons. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Detektieren einer Stoffansammlung in einer solchen Trennvorrichtung.
  • Zu den wesentlichen Teilen von Anlagen der Grundstoffindustrie gehören Trennvorrichtungen, die beispielsweise in Form von statischen oder dynamischen Sichtern oder auch in Form von Zyklonen ausgebildet sein können. Während in Sichtern primär eine Klassierung von Feststoffen unterschiedlicher Korngrößen erfolgt, dienen Zyklone in der Regel der Abscheidung von Feststoffen (insbesondere kleiner Korngrößen, d.h. von Staub) aus einer Gasströmung. In Anlagen der Grundstoffindustrie kommen Zyklone beispielsweise als Abscheide- und Vorwärmerzyklone zum Einsatz.
  • Zur Abscheidung von Feststoffen aus einer Gasströmung in einem Zyklon wird die Feststoff-Gas-Mischungsströmung in Rotation versetzt und die unterschiedlichen Trägheiten der Gasströmung einerseits und der Feststoffe andererseits ausgenutzt, um diese voneinander zu trennen. Dazu ist ein Auslass für die Gasströmung derart angeordnet, dass die Feststoffe trägheitsbedingt der Gasströmung nicht in diesen Auslass folgen können. Die Feststoffe fallen vielmehr nach ihrer Separierung aus der Mischungsströmung schwerkraftbedingt nach unten und werden über einen weiteren Auslass abgeführt. Dabei ist der Innenraum eines Zyklons in der Regel derart ausgebildet, dass dieser sich in Richtung dieses Auslasses für die Feststoffe verjüngt, um einen möglichst vollständigen Austrag zu gwährleisten.
  • Ablagerungen von Feststoffen im Bereich des dazugehörigen Auslasses können zu einer Zyklonverstopfung und damit zu einem Stillstand der den Zyklon integrierenden Anlage führen. Um dies zu vermeiden werden Zyklone zumindest in Anlagen der Grundstoffindustrie regelmäßig hinsichtlich einer möglichen Verstopfung des Feststoffauslasses überwacht. Dies kann mittels einer radiometrischen Messvorrichtung erfolgen, bei der das Gehäuse eines Zyklons im Bereich des Feststoffauslasses mit Gammastrahlen durchstrahlt wird. Dabei wird ein Signal ausgegeben, wenn die von der Gammastrahlungsquelle emittierte und von einem Empfänger empfangene Gammastrahlung einen definierten Grenzwert unterschreitet. Die für eine solche radiometrische Messvorrichtung erforderliche radioaktive Gammastrahlungsquelle führt zu erheblichen Sicherheitsauflagen für den Betrieb der Trennvorrichtung.
  • Eine Überwachung eines Zyklons auf eine sich entwickelnde Verstopfung im Bereich des Feststoffauslasses kann auch mittels einer Druck- oder Differenzdruckmessung erfolgen. Die dafür einsetzbaren Messvorrichtungen sind jedoch bislang relativ wartungsintensiv. Ferner detektieren diese Messeinrichtungen keine Anbackungen oder Wechten.
  • Die DE 10 2012 003 948 A1 offenbart ein nach dem Radarprinzip arbeitendes Füllstandmesssystem für einen ein Medium aufnehmenden Behälter, in dessen Behälterwand ein für Mikrowellenstrahlung zumindest teilweise transparentes, sogenanntes Mikrowellenfenster integriert ist. Das Füllstandmesssystem umfasst eine außerhalb des Behälters angeordneten Strahlungsquelle, von der Mikrowellenstrahlung durch das Mikrowellenfenster in den Behälter ausgesandt wird, um den Füllstand des Mediums innerhalb des Behälters zu ermitteln.
  • Die WO 2015/005998 A1 offenbart eine Bohranlage, bei der eine Bohrflüssigkeit zur Kühlung eines Bohrkopfs und zum Ausspülen von Bohrklein aus dem Bohrloch genutzt wird. Die Bohrflüssigkeit wird nach der Nutzung zum Ausspülen des Bohrkleins durch eine Trennvorrichtung geführt, um das Bohrklein aus der Bohrflüssigkeit abzuscheiden. Die als Zyklon ausgebildete Trennvorrichtung umfasst einen Füllstandsensor, der u.a. als Radarvorrichtung ausgebildet sein kann. In Abhängigkeit von dem Füllstand des abgeschiedenen Bohrkleins kann ein Ventil automatisch angesteuert werden, wodurch ein Auslass für das abgeschiedene Bohrklein bedarfsweise freigegeben werden kann.
  • Die WO 2013/093245 A1 beschreibt einen Zyklon, der Teil eines Zyklonvorwärmers einer Anlage zur Herstellung von Zementklinker ist und der einen Einlass für ein Gemisch aus vorzuwärmendem Ofenmehl und zur Vorwärmung zu nutzendes Abgas aufweist. Der Zyklon umfasst weiterhin einen ersten Auslass für das vorgewärmte Ofenmehl sowie einen zweiten Auslass für das Abgas (nachdem das Ofenmehl daraus abgeschieden worden ist). Weiterhin umfasst der Zyklon einen Mikrowellensender sowie einen Mikrowellenempfänger, die dazu dienen, Ablagerungen von Ofenmehl an der Innenseite eines Gehäuses des Zyklons zu detektieren.
  • Die FR 2 194 489 A1 offenbart eine zentrifugal wirkende Trennvorrichtung zur Abscheidung von Sediment aus einer Flüssigkeit mit einem aus zwei Teilen bestehenden Gehäuse, wobei ein erster Gehäuseteil einen Einlass für die mit dem Sediment belastete Flüssigkeit und ein zweiter Gehäuseteil einen (zweiten) Auslass für die von dem Sediment befreite Flüssigkeit ausbildet. Zwischen den Gehäuseteilen ist ein ringförmiger (erster) Auslass ausgebildet, der verschließbar ist, indem randseitig den ersten Auslass begrenzende Abschnitte der Gehäuseteile mittels Elektromagneten abdichtend gegeneinander gedrückt werden. Die Trennvorrichtung umfasst weiterhin eine Radarvorrichtung, die Radarstrahlen aussendet und eine Sender-/Empfänger-Einheit umfasst. Mittels der Radarvorrichtung kann die Menge des sich innerhalb des Gehäuses angesammelten Sediments ermittelt und in Abhängigkeit davon eine Freigabe des ersten Auslasses durchgeführt werden.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Möglichkeit zum Detektieren einer Stoffansammlung in einem Auslass einer Trennvorrichtung anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird mittels einer Trennvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 sowie mittels eines Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung sowie bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
  • Eine Trennvorrichtung mit einem Gehäuse, das einen Einlass für einen Stoffmischungstrom, einen ersten Auslass für einen ersten Teilstrom des Stoffmischungstroms und einen zweiten Auslass für einen zweiten Teilstrom des Stoffmischungstroms ausbildet, ist erfindungsgemäß durch eine Radarvorrichtung gekennzeichnet, die derart ausgebildet und angeordnet ist, dass mittels dieser elektromagnetische Strahlung durch einen von dem Gehäuse ausgebildeten Innenraum in Richtung des ersten Auslasses aussendbar und als reflektierte Strahlung wieder empfangbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass die von der Radarvorrichtung ausgesandte elektromagnetische Strahlung zumindest den ersten Auslass (d.h. die Auslassöffnung) erfasst, wodurch eine Stoffansammlung innerhalb des ersten Auslasses detektiert werden kann. Eine solche Trennvorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise, eine Stoffansammlung im Bereich des ersten Auslasses zu detektieren. Dadurch können rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergriffen werden, durch die eine Verstopfung der Trennvorrichtung im Bereich des ersten Auslasses vermieden werden kann.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Detektieren einer Stoffansammlung in einem ersten Auslass einer Trennvorrichtung, die ein einen Innenraum ausbildendes Gehäuse umfasst, in den über einen Einlass ein Stoffmischungstrom eingebracht und aus dem ein erster Teilstrom des Stoffmischungstroms über den ersten Auslass und ein zweiter Teilstrom des Stoffmischungstroms über einen zweiten Auslass ausgebracht wird, ist demnach dadurch gekennzeichnet, dass eine Stoffansammlung durch ein Auswerten von elektromagnetischer Strahlung, die von einer Radarvorrichtung der Trennvorrichtung in Richtung des ersten Auslasses ausgesendet wurde und dabei den ersten Auslass des Gehäuses erfasst hat und die als reflektierte Strahlung wieder empfangen wurde, detektiert und analysiert wird. Bei der Analyse kann insbesondere ein Vergleich eines Werts der reflektierten Strahlung mit einem Referenzwert für die reflektierte Strahlung, der beispielsweise im Neu- oder Leerzustand der Trennvorrichtung ermittelt worden sein kann, vorgesehen sein, um aus einer Differenz dieser Werte auf eine Stoffansammlung oder einen Größenwert einer solchen Stoffansammlung zu schließen. Dabei kann in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auch vorgesehen sein, dass durch den Vergleich mit einer Referenzmessung nicht nur die Anwesenheit einer Stoffansammlung in dem ersten Auslass detektiert sondern auch zumindest eine Schichtdicke dieser Stoffansammlung, beispielsweise eine gemittelte Schichtdicke über dem von der elektromagnetischen Strahlung erfassten Bereich, gemessen wird. Sofern dann noch mehrere zeitlich versetzte Messungen vorgenommen werden, kann daraus auch eine zeitliche Veränderung der Schichtdicke ermittelt werden. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Anwachsen der Stoffansammlung beobachtet und erst beim Erreichen eines kritischen Werts für diese Stoffansammlung eine Gegenmaßnahme eingeleitet werden. Desweiteren kann die sehr langsame Veränderung der gemessenen Schichtdiche auf eine mögliche Wechte hinweisen.
  • Durch eine geeignete Analyse, beispielsweise durch einen Vergleich einer Langzeitdetektion mit einer Kurzzeitdetektion, kann die detektierte Stoffansammlung auch in einen statischen Teil, der von Anhaftungen an der Innenseite des Gehäuses gebildet sein kann, sowie einen dynamischen Teil, der von dem über den ersten Auslass abzuführenden ersten Teilstrom des Stoffmischungstroms gebildet sein kann, unterschieden werden. Auf diese Weise kann nur die insbesondere zu Verstopfungen führenden Anhaftungen möglichst genau detektiert werden. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäß vorgesehenen Verwendung einer Radarvorrichtung zum Detektieren einer Stoffansammlung in einem Auslass einer Trennvorrichtung liegt in der dabei eingesetzten, im Wesentlichen ungefährlichen elektromagnetischen Strahlung, so dass für den Betrieb der Trennvorrichtung keine zusätzlichen Sicherheitsauflagen erforderlich sind. Weiterhin sind geeignete Radarvorrichtung kostengünstig erhältlich und diese können auch mit einem geringen Wartungsaufwand dauerhaft betrieben werden.
  • Eine Radarvorrichtung für eine erfindungsgemäße Trennvorrichtung umfasst zumindest eine Strahlungsquelle für die elektromagnetische Strahlung sowie zumindest einen Empfänger, durch den zumindest ein Teil der zuvor ausgesandten elektromagnetischen Strahlung nach einer Reflexion an einem Abschnitt der Gehäuseinnenseite wieder empfangen werden kann. Weiterhin kann die Radarvorrichtung auch eine Auswertungsvorrichtung umfassen, die einer Auswertung der empfangenen elektromagnetischen Strahlung dient und auf diese Weise die Detektion einer Stoffansammlung in dem ersten Auslass ermöglichen kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Strahlungsquelle(n) und/oder der/die Empfänger und/oder die Auswertungsvorrichtung in eine (diesselbe) Baueinheit integriert sind. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, einzelne oder alle dieser Komponenten voneinander separiert auszubilden und gegebenenfalls auch räumlich getrennt voneinander zu positionieren, was unter Berücksichtigung der konkreten Form der die Reflexion bewirkenden Flächen des Gehäuses einer vorteilhaften Positionierung der Radarvorrichtung, insbesondere des Senders und des Empfängers davon, dienlich sein kann.
  • Die elektromagnetische Strahlung kann vorzugsweise eine Frequenz aufweisen, die innerhalb eines Bereichs liegt, der Megahertz-, Gigahertz-und/oder Terahertz-Frequenzen umfasst.
  • Vorteilhaft eignet sich die erfindungsgemäße Maßnahme zur Detektion einer Stoffansammlung in einem Auslass bei einer Trennvorrichtung, die zur Trennung (mindestens) eines Feststoffs und (mindestens) eines Gases dient. Dementsprechend kann die erfindungsgemäße Trennvorrichtung ein Gehäuse aufweisen, das einen Einlass für einen Feststoff-Gas-Mischungsstrom, einen ersten Auslass, der dem Abführen eines aus dem Mischungsstrom separierten Feststoff(strom)s dient, sowie einen zweiten Auslass, der dem Abführen des von dem Feststoff zumindest teilweise befreiten Gasstroms dient. Insbesondere bei einer solchen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Trennvorrichtung kann zudem vorgesehen sein, dass das Gehäuse einen ausgehend von dem Einlass und/oder dem zweiten Auslass sich in Richtung des ersten Auslasses verjüngenden Innenraum ausbildet, wodurch ein Abführen des aus dem Mischungsstrom separierten Feststoff(strom)s positiv beeinflusst werden kann. Ebenso kann vorgesehen sein, dass der Einlass derart ausgerichtet ist, dass der Stoffmischungstrom beziehungsweise Feststoff-Gas-Mischungstrom dezentral bezüglich einer Längsachse des in zumindest einem Abschnitt rotationsymmetrisch ausgebildeten Innenraums des Gehäuses in diesen einströmt. Auch kann der erste Auslass und/oder der zweite Auslass derart ausgerichtet sind, dass der dazugehörige Teilstrom in Richtung einer Längsachse des rotationsymmetrischen Innenraums des Gehäuses aus diesem abströmt. Diese konstruktiven Maßnahmen können insbesondere die trennende Wirkung der Trennvorrichtung positiv beeinflussen.
  • Die Trennvorrichtung kann folglich insbesondere in Form eines sogenannten Zyklons, wie er weiterhin bevorzugt in einer Anlage der Grundstoffindustrie, insbesondere als Abscheide-und/oder Vorwärmerzyklon, zum Einsatz kommen kann, ausgebildet sein. Dabei kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass mittels der Radarvorrichtung beziehungsweise der von dieser ausgesandten und wieder empfangen elektromagnetischen Strahlung derjenige (erste) Auslass der Trennvorrichtung überwacht wird, der dem Abführen des aus dem Gasstrom separierten Feststoff(strom)s dient.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Radarvorrichtung teilweise oder vollständig außerhalb des Innenraums des Gehäuses angeordnet ist. Dadurch kann diese vor einer Beaufschlagung mit dem Stoffmischungstrom oder dem oder den Teilströmen geschützt werden. Weiterhin kann dadurch vermieden werden, dass die Radarvorrichtung das Raumangebot in dem Innenraum des Gehäuses beschränkt und/oder das Strömungsverhalten des Stoffmischungstroms oder eines oder mehrerer der Teilströme beeinflusst.
  • Um sicherzustellen, dass mittels einer außerhalb des Innenraums des Gehäuses angeordneten Radarvorrichtung eine Überwachung des ersten Auslasses möglich ist, kann vorgesehen sein, das Gehäuse vollständig aus einem zumindest teilweise für die konkrete elektromagnetische Strahlung transparenten Material auszubilden. Dies kann sich jedoch negativ auf die Kosten und/oder auf die strukturellen Eigenschaften des Gehäuses auswirken. Daher kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Radarvorrichtung derart angeordnet ist, dass die ausgesandte und reflektierte elektromagnetische Strahlung durch (mindestens) einen für diese elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise transparenten, nachfolgend als strahlungstransparent bezeichneten Wandabschnitt hindurchtritt. Dabei kann dieser Wandabschnitt beispielsweise aus zumindest einem der in der DE 10 2012 003 948 A1 angegebenen Materialien, beispielsweise aus einem Glas oder einer Keramik (z.B. Meta-, Quarz- oder Bohrsilikatglas) oder aus einem Kunststoff, wie beispielsweise Polypropylen, Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Polietheretherketon (PEEK), ausgebildet sein. Dies kann insbesondere ermöglichen, das Gehäuse mit Ausnahme dieses mindestens einen Wandabschnitts aus einem Metall, wie beispielsweise Stahl, auszubilden, wodurch die Trennvorrichtung kostengünstig mit einem stabilen Gehäuse versehen werden kann.
  • Möglich ist aber auch, dass die von der Radarvorrichtung ausgesandte und von dieser wieder empfangene reflektierte elektromagnetische Strahlung durch eine Öffnung des Gehäuses hindurchtritt, so dass gegebenenfalls auf eine relativ teuere Ausgestaltung zumindest eines Wandabschnitts des Gehäuses aus einem strahlungstransparenten Material verzichtet werden kann.
  • Um eine Stoffansammlung im Bereich des Übergangs des strahlungstransparenten Wandabschnitt in einen angrenzenden (nicht oder zumindest weniger strahlungstransparenten) Wandabschnitt des Gehäuses zu vermeiden, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass dieser Übergang zumindest innenseitig des Gehäuses absatzlos ausgebildet ist.
  • Zusätzlich zu einer Erfassung des ersten Auslasses kann vorgesehen sein, dass von der von der Radarvorrichtung ausgesandten elektromagnetischen Strahlung ein den ersten Auslass begrenzender Innenwandabschnitt des Gehäuses erfasst wird, wodurch eine Stoffansammlung, die insbesondere als Anhaftungen auf diesem Innenwandabschnitt vorliegen können, detektiert werden können.
  • Die unbestimmten Artikel ("ein", "eine", "einer" und "eines"), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung:
    • Fig. 1:
    eine erfindungsgemäße Trennvorrichtung in Form eines Zyklons in einer Seitenansicht.
  • Die in der Zeichnung in der für den Betrieb vorgesehenen Ausrichtung dargestellte, als Zyklon ausgebildete Trennvorrichtung umfasst ein Gehäuse 1, das einen Einlass 2 für einen Stoffmischungstrom, konkret einen Feststoff-Gas-Mischungstrom 7 ausbildet, der an dem oberen Ende des Gehäuses 1 in tangentialer Ausrichtung in einen von dem Gehäuse 1 ausgebildeten, rotationsymmetrischen Innenraum 8 mündet. Weiterhin bildet das Gehäuse einen ersten Auslass 3 auf, der dem Abführen eines ersten Teilstroms des Stoffmischungstroms, konkret dem aus dem Feststoff-Gas-Mischungstrom separierten Feststoffstrom 4 dient. Ein ebenfalls von dem Gehäuse 1 ausgebildeter zweiter Auslass 5 dient dem Abführen des von dem Feststoff 17 befreiten Gasstroms 6.
  • Der erste Auslass 3 sowie der zweite Auslass 5 sind bezüglich einer Längsachse 9 des Gehäuses 1 im Wesentlichen koaxial ausgerichtet, wobei der von einem Mantelteil 10 des Gehäuses 1 ausgebildete erste Auslass 3 unterhalb des von einem Auslassrohr 11 ausgebildeten zweiten Auslasses 5 angeordnet ist. Dieses Auslassrohr 11 ist in einen Deckenteil 12 des Gehäuses 1 integriert, wobei ein Abschnitt des Auslassrohrs 11 sich bis in den Innenraum 8 des Gehäuses 1 erstrecken kann. Dies führt dazu, dass der Feststoff-Gas-Mischungstrom 7, der über den Einlass 2 in den Innenraum 8 des Gehäuses 1 eingetreten ist und anschließend infolge der tangentialen Ausrichtung des Einlasses 2 sowie der rotationssymmetrischen Ausgestaltung des Innenraums 8 bezüglich der Längsachse 9 in eine Drallströmung um diese Längsachse 9 versetzt wird, realtiv stark umgelenkt werden muss, um über den zweiten Auslass 5 wieder abgeführt werden zu können. Dieser realtiv starken Umlenkung kann der aus dem Fetstoff-Gas-Mischungstrom 7 zu separierende Feststoff (Staub) nicht in ausreichendem Maße folgen, wodurch dieser - unterstützt von der auf die Feststoffpartikel wirkenden Schwerkraft - als Feststoffstrom 4 spiralförmig in Richtung des ersten Auslasses 3 bewegt wird. Eine sich verjüngende, konkret kegelstumpfförmige Ausgestaltung des unteren Abschnitts des Mantelteils 10 des Gehäuses 1 und damit auch des Innenraums 8 unterstützt dabei ein Zuführen des separierten Feststoffstroms 4 zu dem ersten Auslass 3. Mittels der Trennvorrichtung kann somit eine Trennung des Feststoff-Gas-Mischungstroms 7 in den mehr oder weinger staubfreien Gasstrom 6, der infolge des relativ (im Vergleich zu dem ersten Auslass 3) geringen Strömungswiderstand über den zweiten Auslass 5 aus dem Gehäuse 1 abströmt, sowie in den Feststoffstrom 4, der über den ersten Auslass 3 aus dem Gehäuse abgeführt wird, realisiert werden.
  • Um eine Stoffansammlung in dem ersten Auslass 3 zu detektieren und zu überwachen ist erfindungsgemäß eine Radarvorrichtung 13 vorgesehen, die oberhalb des Gehäuses 1 angeordnet ist und die elektromagnetische Wellen 19 in Richtung des ersten Auslasses 3 aussendet. Dabei treten diese elektromagnetischen Wellen 19 durch einen optionalen strahlungstransparenten Wandabschnitt 14 des Deckensteils 12 des Gehäuses 1 hindurch. Die von einer Strahlungsquelle 15 der Radarvorrichtung 13 ausgesandten elektromagnetischen Wellen 19 werden von einem den ersten Auslass 3 begrenzenden Innenwandabschnitt des Gehäuses 1 und/oder von dem im Bereich dieses Innenwandabschnitts sowie des ersten Auslasses 3 vorhandenen Feststoff 17 mehr oder weniger reflektiert, wobei zumindest ein Teil dieser reflektierten elektromagnetischen Strahlung 19 wieder durch den optionalen strahlungstransparenten Wandabschnitt 14 des Gehäuses 1 hindurchtritt und auf einen Empfänger 16 der Radarvorrichtung 13 auftrifft. Durch eine Auswertung eines oder mehrerer diese wieder empfangene elektromagnetische Strahlung kennzeichnenden Werte und einen Vergleich mit einem oder mehreren Referenzwerten kann auf die Menge des in dem überwachten Bereichs vorhandenen Feststoffs 17 geschlossen werden. Dies ermöglicht die Detektion von Anhaftungen 18 des Feststoffs 17 an dem entsprechenden Innenwandabschnitt des Gehäuses 1 und eine Messung eines Schichtzuwachses dieser Anhaftungen. Sämtliche dieser Informationen können dazu verwendet werden, eine drohende Verstopfung des ersten Auslasses 3, die zu einem Funktionsausfall der Trennvorrichtung und gegebenenfalls auch zu einem Stillstand einer die Trennvorrichtung integrierenden Anlage, beispielsweise einer Anlage der Grundstoffindustrie, frühzeitig zu erkennen, um geeignete Gegenmaßnahmen ergreifen zu können.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1.
    Gehäuse
    2.
    Einlass
    3.
    erster Auslass
    4.
    Feststoffstrom
    5.
    zweiter Auslass
    6.
    Gasstrom
    7.
    Feststoff-Gas-Mischungstrom
    8.
    Innenraum
    9.
    Längsachse des Gehäuses
    10.
    Mantelteil des Gehäuses
    11.
    Auslassrohr
    12.
    Deckenteil des Gehäuses
    13.
    Radarvorrichtung
    14.
    strahlungstransparenter Wandabschnitt
    15.
    Strahlungsquelle der Radarvorrichtung
    16.
    Empfänger der Radarvorrichtung
    17.
    Feststoff
    18.
    Anhaftung des Feststoffs
    19.
    elektromagnetische Wellen

Claims (12)

  1. Trennvorrichtung mit einem Gehäuse (1), das einen Einlass (2) für einen Stoffmischungstrom, einen ersten Auslass (3) für einen ersten Teilstrom des Stoffmischungstroms und einen zweiten Auslass (5) für einen zweiten Teilstrom des Stoffmischungstroms ausbildet, wobei eine Radarvorrichtung (13) vorgesehen ist, die derart ausgebildet und angeordnet ist, dass mittels dieser elektromagnetische Strahlung durch einen von dem Gehäuse (1) begrenzten Innenraum (8) in Richtung des ersten Auslasses (3) aussendbar und als reflektierte Strahlung wieder empfangbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Radarvorrichtung (13) ausgesandte elektromagnetische Strahlung den ersten Auslass (3) des Gehäuses (1) erfasst.
  2. Trennvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radarvorrichtung (13) teilweise oder vollständig außerhalb des Innenraums (8) des Gehäuses (1) angeordnet ist.
  3. Trennvorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radarvorrichtung (13) derart angeordnet ist, dass die elektromagnetische Strahlung durch einen strahlungstransparenten Wandabschnitt (14) hindurchtritt.
  4. Trennvorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der strahlungstransparente Wandabschnitt (14) innenseitig absatzlos in einen angrenzenden Wandabschnitt des Gehäuses (1) übergeht.
  5. Trennvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) einen ausgehend von dem Einlass (2) und/oder dem zweiten Auslass (5) sich in Richtung des ersten Auslasses (3) in zumindest einem Abschnitt verjüngenden Innenraum (8) ausbildet.
  6. Trennvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Radarvorrichtung (13) ausgesandte elektromagnetische Strahlung auch einen den ersten Auslass (3) begrenzenden Innenwandabschnitt des Gehäuses (1) erfasst.
  7. Trennvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (2) derart ausgerichtet ist, dass der Stoffmischungstrom dezentral bezüglich einer Längsachse (9) des in zumindest einem Abschnitt rotationsymmetrisch ausgebidleten Innenraums (8) des Gehäuses (1) in diesen einströmt.
  8. Trennvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Auslass (3) und/oder der zweite Auslass (5) derart ausgerichtet sind, dass der jeweilige Teilstrom in Richtung einer Längsachse (9) des Innenraums (8) des Gehäuses (1) aus diesem abströmt.
  9. Verwendung einer Trennvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Trennung eines Feststoffs und eines Gases.
  10. Verfahren zum Detektieren einer Stoffansammlung in einem ersten Auslass (3) einer Trennvorrichtung, die ein einen Innenraum (8) begrenzendes Gehäuse (1) umfasst, in den über einen Einlass (2) ein Stoffmischungstrom eingebracht und aus dem ein erster Teilstrom des Stoffmischungstroms über den ersten Auslass (3) und ein zweiter Teilstrom des Stoffmischungstroms über einen zweiten Auslass (5) ausgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stoffansammlung durch ein Auswerten von elektromagnetischer Strahlung, die von einer Radarvorrichtung (13) der Trennvorrichtung in Richtung des ersten Auslasses (3) ausgesandt wurde und dabei den ersten Auslass (3) des Gehäuses (1) erfasst hat und die nach einer Reflexion wieder empfangen wurde, detektiert wird.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtdicke der Stoffansammlung durch einen Vergleich mit einer Referenzmessung gemessen wird.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitliche Veränderung der Schichtdicke anhand von mehreren zeitlich versetzten Messungen ermittelt wird.
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