WO2013104971A1 - Vorrichtung zur entnahme von proben aus einem materialstrom - Google Patents

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WO2013104971A1
WO2013104971A1 PCT/IB2013/000007 IB2013000007W WO2013104971A1 WO 2013104971 A1 WO2013104971 A1 WO 2013104971A1 IB 2013000007 W IB2013000007 W IB 2013000007W WO 2013104971 A1 WO2013104971 A1 WO 2013104971A1
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rod
shaped body
sample chamber
heat exchanger
sample
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PCT/IB2013/000007
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Simone D'ARIENZO
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Holcim Technology Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
    • G01N1/20—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state for flowing or falling materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D7/00—Forming, maintaining, or circulating atmospheres in heating chambers
    • F27D7/02—Supplying steam, vapour, gases, or liquids
    • F27D2007/023—Conduits

Definitions

  • the invention relates to a device for taking samples from a stream of fine-grained and dry material, in particular in the cement industry, comprising a sample chamber which can be brought into the flow of material and retractable through an inlet nozzle.
  • the invention further relates to a heat exchanger assembly of a cement clinker production plant comprising a plurality of heat exchangers in which raw meal can be preheated in countercurrent to the hot exhaust gases from the clinker furnace and optionally precalcined, with one provided for a hot meal current, vertical or obliquely downwardly extending pipe of the cherries (2004)erstrangs- has an insertion, through which the sample chamber of the sampling device according to the invention can be brought into the hot meal stream.
  • the inner salt cycles can be calculated. From this, the specific salt content is determined according to a specific algorithm. If this salt content exceeds a critical limit, emerging process faults may be eliminated. be eliminated by reducing the salt content via a gas bypass system. This partial removal of hot kiln exhaust gases means considerable energy and material losses and therefore represents a correspondingly high cost factor. The minimization of by-pass quantities is therefore a primary objective of operational efforts.
  • the removal of hot meal samples also serves to determine the degree of calcination of the hot meal.
  • the degree of calcination is an important control parameter in the process control of a clinker production plant.
  • Sampling devices must be designed for use at temperatures of up to 1000 ° C in the case of hot meal extraction. 'Furthermore, it is important to cool the sample taken as soon as possible so that the material inlet the sample changes as little as possible, for example, to avoid further calcination of the hot meal. This means that the sample chamber filled with material must be removed from the flow of material as quickly as possible and then emptied as quickly as possible.
  • Another difficulty in taking a sample from a flow of material is the control of the amount of sample, since the free fall due to gravity alone material relatively uncontrolled in the sampling device.
  • it has to be ensured that the sample is present in a minimum amount that allows the respective desired analysis steps to be carried out. On the other hand, taking too much is uneconomical.
  • a clogging or blocking of the sampling device in particular of the intended for the introduction of the sample chamber in the hot material flow channel or Ein Industriesstutzens.
  • a clogging or blocking can happen, for example, that the material from the material flow attaches in said channel, in the inlet or on the material flow exposed components of the sampling device, which may lead to larger material agglomeration, which allows the unimpeded entry of the sample chamber in the material flow hamper or complicate.
  • the present invention therefore aims to provide a sampling device which can cope with the above-mentioned problems.
  • this object is achieved by the invention in that the sample chamber is formed in a rod-shaped body guided translationally between a sampling position and a retracted position, and in that the sample chamber has an open bottom.
  • the taking of a sample is carried out in a simple manner in that the rod-shaped body, in which the sample chamber is integrated, is at least partially pushed through the insertion tube into the material flow leading pipe, so that the sample chamber passes into the material flow.
  • the sample chamber is then held in the flow of material for a certain time until a desired amount of the fine-grained material has accumulated in the sample chamber.
  • the rod-shaped body is retracted to the extent that the sample chamber is removed from the flow of material and brought through the insertion tube into an area in which it can be emptied easily and quickly. It thus suffices a simple translational reciprocating motion of the rod-shaped body to remove a sample can. As a result, the structural complexity can be reduced and a reliable operation can be ensured.
  • the rod-shaped body has at the same time the function to seal the insertion, so that the usually very hot fine-grained material can not pass through the insertion through the outside.
  • a seal succeeds particularly well if, in accordance with a preferred embodiment of the invention, the rod-shaped body has a cross-section which essentially corresponds to the clear cross-section of the insertion nozzle. Blockages or blockages can be prevented in this case that any material deposits are taken inside the Ein Industriesstutzens by the reciprocating motion of the rod-shaped body and returned to the flow of material.
  • the formation is preferably made for this purpose such that the material flow facing the end face of the rod-shaped body substantially corresponds to the clear cross-section of the Ein GmbHstutzens.
  • a defined volume is provided, which can be filled with material, whereby excess material can fall over the edge of the sample chamber as soon as the sample chamber is fully filled.
  • An accumulation of material possibly projecting beyond the edge of the sample chamber is preferably stripped off at the mouth of the insertion tube when the rod-shaped body is retracted, so that the maximum sample quantity is actually limited by the volume of the sample chamber.
  • the evacuation of the sample chamber takes place by opening the bottom of the chamber.
  • the apparent floor is formed by a body displaceable in the ground plane.
  • the displaceable body is, for example, a rod-shaped body which is substantially flatter, but preferably can have the same width as the rod-shaped body accommodating the sample chamber.
  • the body housing the sample chamber and the bottom forming the sample chamber thus, bodies together form a rod-shaped overall body which has a rectangular cross-section. The rectangular cross section allows a backlash-free and reliable translational guidance of the body in the insertion or in an insertion channel.
  • the soil forming body can be displaced in the ground plane in various ways to open the sample chamber. For example, it is conceivable to retract the bottom body in the direction of the translational movement relative to the rod-shaped body accommodating the sample chamber.
  • the training is such that the body forming the bottom is pivotally mounted on the rod-shaped body to allow a scissor-like opening movement of the soil.
  • a control element in particular a control ramp of the body forming the base, interact with a stationary bed element to effect the opening movement of the soil in. Dependence on the stroke of the rod-shaped body.
  • the emptying of the sample chamber can in this case be facilitated by the fact that, as corresponds to a preferred development, the rod-shaped body cooperates with a stationary, effective in the direction of displacement stop which defines the retracted position of the rod-shaped body.
  • the striking of the stationary stop causes a jerky stopping of the rod-shaped body, wherein the resulting impact on the material contained in the sample chamber acts and causes a release of the material from the chamber walls and thereby allows a drop of the material from the open chamber under the action of gravity as a result. It is particularly advantageous if the abrupt stopping of the rod-shaped body takes place at a time when the bottom of the sample chamber has already been opened.
  • the control is arranged such that the opening movement of the bottom is completed when the rod-shaped body comes to rest on the stationary stop.
  • the material falling from the sample chamber passes into a collecting container, which is subsequently transported to a laboratory for carrying out the desired analyzes.
  • a preferred embodiment provides that a sample collection container is arranged below the sample chamber in the retracted position, wherein between the bottom of the sample chamber and the sample collection container, a free fall distance for the falling of the sample chamber material is provided.
  • the free fall of the material is of particular importance to ensure a sufficiently rapid cooling of the sample. Experiments have shown that the material cools over a fall distance of only 40 - 50 cm from 900 ° C to a sufficiently low temperature to prevent further calcination.
  • the sample chamber expands towards the bottom. This leads to the effect that the lower part of the sample chamber contains more material than the upper part, with the higher weight of the material in the lower part pulling the material in the upper part after the opening of the soil and destroying any bridges.
  • the sample chamber preferably widens conically, which, in the case of a sample chamber formed with a rectangular base, leads to the sample chamber having a trapezoidal cross section.
  • the rod-shaped body is in operative connection with a vibration device, for example an ultrasound probe.
  • the vibration device is preferably attached directly to the rod-shaped body and puts it into vibration.
  • Adhesion of the material in the sample chamber is preferably also prevented by the fact that the inner surface of the sample chamber surface-treated, in particular smoothed, to avoid adhesions.
  • the retraction of the sample chamber accommodating rod-shaped body and the subsequent emptying of the sample chamber can be made very quickly by design, the cost of any cooling of the sampling device is minimized, with even a separate cooling device can be dispensed with entirely.
  • the rod-shaped body and the body forming the base consist of metal, in particular steel.
  • a particularly robust and less prone to wear training succeeds here by the fact that the rod-shaped body is advantageously designed as a solid metal body.
  • the translational displacement of the rod-shaped body between the sampling position and the retracted position preferably takes place in that the rod-shaped body cooperates with a hydraulic or pneumatic drive. Such a drive is characterized by high reliability even in the high temperatures in the sampling area and allows fully automatic operation of the device.
  • a further preferred embodiment provides that the rod-shaped body is guided translationally on at least one guide rail.
  • the rod-shaped body in this case carries at least two rollers which cooperate with the guide rail.
  • the sampling device according to the invention is particularly suitable for the removal of hot meal samples from a heat exchanger of a cement clinker production plant.
  • the invention therefore according to another aspect, a heat exchanger assembly of a cement clinker production plant comprising a plurality of heat exchangers in which raw meal can be preheated in countercurrent to the hot exhaust gases from the clinker furnace and optionally pre-calcined, one provided for a hot meal current, vertical or obliquely downward extending pipeline of the planteixieeranordriung having an insertion, wherein the heat exchanger assembly comprises a sampling device according to the invention, the sample chamber can be brought through the insertion nozzle in the hot meal stream.
  • the rod-shaped body accommodating the sample chamber is introduced into the material flow in a horizontal or approximately horizontal direction, so that the material of the material flow, which as a rule is perpendicular or approximately perpendicular, can be collected efficiently in the sample chamber.
  • the described arrangement allows the removal of the sampling device during operation without hot material exiting the inlet nozzle. This improves the possibilities for maintenance and reduces the risk of accidents and injuries.
  • the introduction nozzle is preferably arranged on a hot meal outlet line of the lowermost floating gas heat exchanger stage of the heat exchanger line.
  • FIG. 2 shows the device according to FIG. 1 with the bottom of the sample chamber open
  • FIG. 3 shows a longitudinal section along the line III - III of FIG. 1
  • FIG. 4 shows an installation situation of FIG Device on a hot-meal outlet line of the lowermost floating gas heat exchanger stage of a raw meal preheater for the cement clinker production
  • FIG. 5 shows a view according to the arrow V of FIG. 4.
  • a rod-shaped body is denoted by 1, which has a substantially rectangular cross-section.
  • the rod-shaped body 1 made of solid material has an opening which forms a sample chamber 2 open at the top.
  • the sample chamber 2 provides a defined volume for fine-grained material to be collected from a material stream.
  • In the rear area of the rod-shaped body 1 is widened and carries two pairs of rollers 3 and 4, which are each mounted to rotate freely and can roll on stationary guide rails, not shown, to guide the rod-shaped body 1 in the direction of the double arrow 5 in a translatory manner.
  • Fig. 1 is further a rod-shaped body 6 can be seen, which is congruent with the rod-shaped body 1 at least in the front region of the device.
  • the rod-shaped body 6 thus has the same width in its front region as the rod-shaped body 1, but is substantially flatter. In this case, in the position shown in FIG. 1, the rod-shaped body 6 forms the bottom 7 of the sample chamber 2.
  • the rod-shaped body 6 is pivotally mounted in its rear region about a pivot axis 8 on the rod-shaped body 1 and can be pivoted from the position shown in Fig. 1 in the position shown in Fig. 2.
  • the rod-shaped body 6 performs a scissor-like movement relative to the rod-shaped body 1, whereby the bottom 7 of the sample chamber 2 is opened or pivoted to Sei ⁇ te and the material in the sample chamber 1 in the direction of the arrow 9 under the action of gravity can fall out.
  • the flat rod-shaped body 6 has a rectangular cross-section with a in the direction of displacement '(double arrow 5) extending rib, which ensures sufficient mechanical strength of the flat rod-shaped body 6.
  • the flat rod-shaped body 6 also has in its rear area a laterally projecting mechanical control element 10, which comprises a ramp 11 arranged behind the pivot axis 8. Upon retraction of the device in the direction of the arrow 12, the ramp 11 runs on a stationary Auflaufelement not shown for clarity, and causes with progressive stroke pivoting of the rod-shaped body.
  • FIGS. 4 and 5 show how the sampling device can be arranged on a hot meal outlet line of a raw meal preheater.
  • the hot meal pipe in which hot meal (not shown) flows in the direction of the arrow 16, is designated by 15.
  • the pipe .15 has an insertion 17, which passes through the wall of the pipe 15 and opens into the interior of the pipe 15.
  • the rod-shaped body 1 of the sampling device is pushed through the insertion tube 17 so far into the interior of the pipe 15 until, as shown in Fig. 4, the sample chamber 2 is disposed completely in the interior of the pipe 15.
  • the sampling device is attached to a support frame 18, which, inter alia, carries the guide rails 19, on which the rod-shaped body 1 is guided translationally by means of the roller pairs 3 and 4.
  • the support frame 18 further houses a hydraulic, pneumatic or electric drive, for example in the form of a hydraulic cylinder piston unit 20, to the rod-shaped body 1 between the in 4 and the retracted position shown in FIG. 5.
  • the sample chamber 2 passes into the region of a downcomer 21, likewise arranged on the support frame 18, via which the hot flour sample falling downward after opening the bottom of the sample chamber 2 into the sample collecting container 22 due to gravity.
  • a downcomer 21 likewise arranged on the support frame 18, via which the hot flour sample falling downward after opening the bottom of the sample chamber 2 into the sample collecting container 22 due to gravity.
  • the Einstocked- stages 17 can be closed by means of a correspondingly movable double arrow 24 slide valve 23 when the rod-shaped body 1 of the sampling device is in the retracted position.
  • the mechanism for automatically opening the sample chamber bottom can be seen.
  • the mechanism comprises a stationary, attached to the support frame 18 caster 25, on which the control ramp 11 runs, which is formed on the bottom 7 of the sample chamber 2 forming, laterally swingable body 6.
  • the emergence of the control ramp 11 thereby causes a force acting substantially perpendicular to the displacement direction 5 force is exerted on the body 6, which causes a progressive scissor-like pivoting of the body 6 with progressive displacement movement of the rod-shaped body 1.

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Entnahme von Proben aus einem Materialstrom von feinkörnigem und trockenem Material, insbesondere in der Zementindustrie, umfassend eine durch einen Einführstutzen in den Materialstrom bringbare und zurückziehbare, nach oben offene Probenkammer (2), ist die Probenkammer (2) in einem translatorisch zwischen einer Probenentnahmeposition und einer zurückgezogenen Position geführten stabförmigen Körper (1) ausgebildet und die Probenkammer (2) weist einen offenbaren Boden (7) auf.

Description

Vorrichtung zur Entnahme von Proben aus einem Materialstrom
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Entnahme von Proben aus einem Materialstrom von feinkörnigem und trockenem Material, insbesondere in der Zementindustrie, umfassend eine durch einen Einführstutzen in den Materialstrom bringbare und zurückziehbare, nach oben offene Probenkammer.
Die Erfindung bezieht sich weiters auf eine Wärmetauscheranordnung einer Zementklinkerherstellungsanlage umfassend eine Mehrzahl von Wärmetauschern, in denen Rohmehl im Gegenstrom zu den heißen Abgasen aus dem Klinkerofen vorgewärmt und ggf. vorkalziniert werden kann, wobei eine für einen Heißmehlstrom vorgesehene, vertikale oder schräg nach unten verlaufende Rohrleitung des Wärmetauscherstrangs- einen Einführstutzen aufweist, durch den die Probenkammer der erfindungsgemäßen Probenentnahmevorrichtung in den Heißmehlstrom bringbar ist.
Die regelmäßige Entnahme von Proben aus einem Materialstrom eines insbesondere heißen, feinkörnigen und trockenen Materials ist vor allem in der Zementindustrie von großer Bedeutung für die Prozesskontrolle und -Steuerung. Es ist beispielsweise bekannt, Proben von aus dem Rohmehlvorwärmer oder -vorkalzinator kommendem Heißmehl zu nehmen, wie dies in der Zeitschrift "Zement-Kalk-Gips", Nr. 8/1994, Seiten 468ff. beschrieben ist. Wie dort ausgeführt ist, ergibt sich die Notwendigkeit der Probenentnahme daraus, dass mit den Zementrohmaterialien und Brennstoffen u.a. flüchtige Verbindungen wie Alkalien, Schwefel und Chlor in den Brennprozess eingebracht werden. Erhöhte Konzentrationen dieser Stoffe verursachen in Verbindung mit überhöhten Flüchtigkeiten und daraus resultierenden Salzkreisläufen im Ofeneinlauf und im unteren Wärmetauscherbereich häufig erhebliche Betriebs- oder auch Quali- tätsprobleme . Ein erkennbares Zeichen für aufkommende Prozessveränderungen findet sich in den Salzanreicherungen im Heißmehl der untersten Zyklonstufe eines Schwebegaswärmetauscherstrangs. Bei Überschreitung eines für jede Ofenanlage spezifischen Grenzwertes werden Eingriffe bzw. Veränderungen in der Prozessführung erforderlich. Die dabei auftretenden betrieblichen Schwierigkeiten, wie z.B. Ansatzbildungen, lassen sich normalerweise nur durch manuelles Abreinigen, durch regelmäßiges Abschießen mittels Luftkanonen oder gelegentliches Zünden von Druckgaspatronen sowie durch Zuschaltung eines Gasbypasses im Ofeneinlaufbereich beherrschen.
Aus der Analyse der Rohmehl- und Heißmehlproben lassen sich die inneren Salzkreisläufe berechnen. Daraus wird nach einem bestimmten Algorithmus der spezifische Salzgehalt ermittelt. Übersteigt dieser Salzgehalt einen kritischen Grenzwert, so können aufkommende Prozessstörungen u.a. durch eine Verringerung des Salzgehaltes über ein Gasbypasssystem beseitigt werden. Dieser Teilabzug heißer Ofenabgase bedeutet erhebliche Energie- und Materialverluste und stellt deshalb auch einen entsprechend hohen Kostenfaktor dar. Die Minimierung von By- passmengen ist deshalb ein vorrangiges Ziel betrieblicher Bemühungen .
Die Entnahme von Heißmehlproben dient weiters der Bestimmung des Kalzinierungsgrades des Heißmehls. Der Kalzinierungsgrad ist ein wichtiger Kontrollparameter im Rahmen der Prozesssteuerung einer Klinkerherstellungsanlage.
Probenentnahmevorrichtungen müssen im Falle der Heißmehlentnahme für den Einsatz bei Temperaturen von bis zu 1000 °C ausgelegt sein. 'Weiters ist es wichtig, die entnommene Probe so schnell wie möglich abzukühlen, damit sich der stoffliche Zu- stand der Probe so wenig wie möglich ändert, beispielsweise um eine weitere Kalzinierung des Heißmehls zu vermeiden. Dies bedeutet, dass die mit Material gefüllte Probenkammer so schnell wie möglich aus dem Materialstrom entfernt und dann so schnell wie möglich entleert werden muss.
Eine weitere Schwierigkeit bei der Entnahme einer Probe aus einem Materialstrom ist die Kontrolle der Probenmenge, da das allein auf Grund der Schwerkraft frei fallende Material relativ unkontrolliert in die Entnahmevorrichtung gelangt. Bei der Entnahme einer Probe muss einerseits sichergestellt werden, dass die Probe in einer Mindestmenge vorliegt, die es erlaubt, die jeweils gewünschten Analyseschritte durchzuführen. Andererseits ist die Entnahme einer zu großen Menge unwirtschaftlich.
Außerdem besteht die Gefahr eines Verstopfens oder Blockierens der Probenentnahmevorrichtung, und zwar insbesondere des für die Einbringung der Probenkammer in den heißen Materialstrom vorgesehenen Kanals oder Einführstutzens. Ein Verstopfen oder Blockieren kann beispielsweise dadurch passieren, dass das Material aus dem Materialstrom sich im genannten Kanal, im Einführstutzen oder an den dem Materialstrom ausgesetzten Bauteilen der Entnahmevorrichtung ansetzt, was allenfalls zu größeren Materialagglomerationen führen kann, die den ungehinderten Eintritt der Probenkammer in den Materialstrom behindern oder erschweren können.
Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, eine Probenentnahmevorrichtung bereitzustellen, mit der den oben genannten Problemen Rechnung getragen werden kann. Zur Lösung . dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art vor, dass die Probenkammer in einem translatorisch zwischen einer Probenentnahmeposition und einer zurückgezogenen Position geführten stabför- migen Körper ausgebildet ist und dass die Probenkammer einen offenbaren Boden aufweist. Das Nehmen einer Probe erfolgt dabei in einfacher Weise dadurch, dass der stabförmige Körper, in den die Probenkammer integriert ist, durch den Einführstutzen zumindest teilweise in die den Materialstrom führende Rohrleitung hineingeschoben wird, sodass die Probenkammer in den Materialstrom gelangt. Die Probenkammer wird dann für eine bestimmte Zeit im Materialstrom gehalten, bis sich eine gewünschte Menge des feinkörnigen Materials in der Probenkammer angesammelt hat. Danach wird der stabförmige Körper soweit zurückgezogen, dass die Probenkammer aus dem Materialstrom entfernt und durch den Einführstutzen hindurch in einen Bereich gebracht wird, in dem sie einfach und schnell entleert werden kann. Es reicht somit eine einfache translatorische Hin- und Herbewegung des stabförmigen Körpers, um eine Probe entnehmen zu können. Dadurch kann der bauliche Aufwand reduziert und eine zuverlässige Funktionsweise sichergestellt werden .
Der stabförmige Körper hat gleichzeitig die Funktion, den Einführstutzen abzudichten, damit das meist sehr heiße feinkörnige Material nicht durch den Einführstutzen hindurch nach außen gelangen kann. Eine Abdichtung gelingt besonders gut, wenn in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung der stabförmige Köper einen Querschnitt aufweist, der im Wesentlichen dem lichten Querschnitt des Einführstutzens entspricht. Verstopfungen oder Blockierungen können hierbei dadurch verhindert werden, dass allfällige Materialablagerungen im Inneren des Einführstutzens durch die Hin- und Herbewegung des stabförmigen Körpers mitgenommen und in den Materialstrom zurückgebracht werden. Die Ausbildung ist zu diesem Zweck bevorzugt derart getroffen, dass die dem Materialstrom zugewandte Stirnfläche des stabförmigen Körpers im Wesentlichen dem lichten Querschnitt des Einführstutzens entspricht.
Durch die im stabförmigen Körper ausgebildete, oben offene Probenkammer wird ein definiertes Volumen bereitgestellt, das mit Material befüllt werden kann, wobei überschüssiges Material über den Rand der Probenkammer herabfallen kann, sobald die Probenkammer voll gefüllt ist. Eine gegebenenfalls über den Rand der Probenkammer vorragende Materialanhäufung wird beim Zurückziehen des stabförmigen Köpers bevorzugt an der Mündung des Einführstutzens abgestreift, sodass die maximale Probenmenge tatsächlich durch das Volumen der Probenkammer ■begrenzt ist.
Nach dem oder während des Zurückziehens des stabförmigen Körpers erfolgt die Entleerung der Probenkammer durch Öffnen des Bodens der Kammer. Durch den offenbaren Boden gelingt ein Entleeren der Kammer auch ohne dass eine gesonderte Manipula¬ tion des gesamten stabförmigen Körpers erforderlich wäre, wie beispielsweise ein Kippen oder Umdrehen. Die Entleerung gelingt dadurch wesentlich schneller und effizienter. Bevorzugt ist der offenbare Boden von einem in der Bodenebene verlagerbaren Körper gebildet. Der verlagerbare Körper ist beispielsweise ein stabförmiger Körper, der wesentlich flacher ausgebildet, aber bevorzugt die gleiche Breite haben kann wie der die Probenkammer beherbergende stabförmige Körper. Der die Probenkammer beherbergende Körper und der den Boden bildende Körper bilden gemeinsam somit einen stabförmigen Gesamtkörper, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Der rechteckige Querschnitt ermöglicht eine möglichst spielfreie und zuverlässige translatorische Führung des Körpers im Einführstutzen bzw. in einem Einführkanal.
Der den Boden bildende Körper kann auf verschiedene Art und Weise in der Bodenebene verlagert werden, um die Probenkammer zu öffnen. Beispielsweise ist es denkbar den Bodenkörper in Richtung der translatorischen Bewegung relativ zum die Probenkammer beherbergenden stabförmigen Körper zurückzuziehen. Mit Vorteil ist die Ausbildung jedoch so getroffen, dass der den Boden bildende Körper zur Ermöglichung einer scherenartigen Öffnungsbewegung des Bodens am stabförmigen Körper verschwenkbar gelagert ist.
Um den Boden nach dem Zurückziehen oder auch noch während des Zurückziehens der Probenkammer aus dem Materialstrom möglichst ohne Zeitverzug automatisch öffnen zu können, ist bevorzugt vorgesehen, dass ein Steuerelement, insbesondere eine Steuerrampe des den Boden bildenden Körpers mit einem ortsfesten Auflaufelement zusammenwirkt, um die Öffnungsbewegung des Bodens in. Abhängigkeit vom Hub des stabförmigen, Körpers zu steuern.
Das Entleeren der Probenkammer kann hierbei dadurch begünstigt werden, dass, wie dies einer bevorzugten Weiterbildung entspricht, der stabförmige Körper mit einem ortsfesten, in Verschieberichtung wirksamen Anschlag zusammenwirkt, der die zurückgezogene Position des stabförmigen Körpers definiert. Das Anschlagen an den ortfesten Anschlag bewirkt ein ruckartiges Stoppen des stabförmigen Körpers, wobei der dabei entstehende Stoß auf das in der Probenkammer enthaltene Material wirkt und ein Lösen des Materials von den Kammerwänden bewirkt und dadurch in der Folge ein Herabfallen des Materials aus der geöffneten Kammer unter der Wirkung der Schwerkraft ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn das abrupte Stoppen des stabförmigen Körpers zu einem Zeitpunkt erfolgt, zu dem der Boden der Probenkammer bereits geöffnet wurde. Eine bevorzugte Weiterbildung sieht in diesem Zusammenhang vor, dass das Steuerelement derart angeordnet ist, dass die Öffnungsbewegung des Bodens beendet ist, wenn der stabförmige Körper am ortsfesten Anschlag zu liegen kommt.
Das aus der Probenkammer herabfallende Material gelangt in einen Sammelbehälter, der in der Folge zur Durchführung der gewünschten Analysen in ein Labor transportiert wird. Eine bevorzugte Ausbildung sieht dabei vor, dass ein Probesammelbehälter unterhalb der Probenkammer in der zurückgezogenen Position angeordnet ist, wobei zwischen dem Boden der Probenkammer und dem Probensammelbehälter eine freie Fallstrecke für das aus der Probenkammer herabfallende Material vorgesehen ist. Der freie Fall des Materials ist hierbei von besonderer Bedeutung, um ein ausreichend schnelles Abkühlen der Probe zu gewährleisten. Versuche haben gezeigt, dass das Material über eine Fallstrecke von lediglich 40 - 50 cm von 900°C auf eine ausreichend tiefe Temperatur abkühlt, um eine weitere Kalzinierung zu unterbinden.
Bei bestimmten Materialien besteht die Gefahr, dass das Material an den Wänden der Probenkammer anhaftet oder innerhalb der Probenkammer zu einer Brückenbildung neigt, was zu Prob- lernen beim Entleeren der Probenkammer führt. Diesem Problem kann dadurch Rechnung getragen werden, dass, wie dies einer weiteren bevorzugten Ausbildung entspricht, die Probenkammer sich zum Boden hin erweitert. Dies führt zu dem Effekt, dass der untere Bereich der Probenkammer mehr Material beinhaltet als der obere Bereich, wobei das höhere Gewicht des im unteren Bereich enthaltenen Materials nach dem Öffnen des Bodens das im oberen Bereich enthaltene Material mitzieht und all- fällige Brücken zerstört werden. Bevorzugt erweitert sich die Probenkammer konisch, was bei einer mit rechteckigem Grund- ris.s ausgebildeten Probenkammer dazu führt, dass die Probenkammer einen trapezförmigen Querschnitt aufweist. Eine weitere Maßnahme, mit der das vollständige Entleeren der Probenkammer begünstigt werden kann, liegt bevorzugt darin, dass der stabförmige Körper mit einer Vibrationseinrichtung, z.B. einer Ultraschallsonde in Wirkverbindung steht. Die Vibrationseinrichtung ist bevorzugt unmittelbar am stabförmigen Körper befestigt und versetzt diesen in Schwingung.
Ein Anhaften des Materials in der Probenkammer wird bevorzugt auch dadurch verhindert, dass die Innenfläche der Probenkammer zur Vermeidung von Anhaftungen oberflächenbehandelt, ins- besondere geglättet ist.
Dadurch, dass das Zurückziehen des die Probenkammer beherbergenden stabförmigen Körpers sowie das anschließende Entleeren der Probenkammer konstruktionsbedingt sehr schnell erfolgen können, wird der Aufwand für eine allfällige Kühlung der Probenentnahmevorrichtung minimiert, wobei auf eine gesonderte Kühleinrichtung sogar gänzlich verzichtet werden kann. Dies wird noch dadurch begünstigt, wenn der stabförmige Körper und der den Boden bildende Körper gemäß einer bevorzugten Weiter- bildung aus Metall, insbesondere Stahl bestehen. Eine besonders robuste und wenig verschleißanfällige Ausbildung gelingt hierbei dadurch, dass der stabförmige Körper mit Vorteil als Metallvollkörper ausgebildet ist. Die translatorische Verschiebung des stabförmigen Körpers zwischen der Probenentnahmeposition und der zurückgezogenen Position erfolgt bevorzugt dadurch, dass der stabförmige Körper mit einem hydraulischen oder pneumatischen Antrieb zusammenwirkt. Ein derartiger Antrieb zeichnet sich durch eine hohe Zuverlässigkeit auch bei den im Bereich der Probenentnahme hohen Temperaturen aus und ermöglicht einen vollautomatischen Betrieb der Vorrichtung.
Um eine präzise Führung des stabförmigen Körpers zu gewährleisten, sieht eine weitere bevorzugte Ausbildung vor, dass der stabförmige Körper an wenigstens einer Führungsschiene translatorisch geführt ist. Mit Vorteil trägt der stabförmige Körper hierbei wenigstens zwei Rollen, die mit der Führungsschiene zusammenwirken.
Die erfindungsgemäße Probenentnahmevorrichtung eignet sich besonders für die Entnahme von Heißmehlproben aus einem Wärmetauscher einer Zementklinkerherstellungsanlage . Die Erfindung betrifft daher gemäß einem weiteren Aspekt eine Wärmetauscheranordnung einer Zementklinkerherstellungsanlage umfassend eine Mehrzahl von Wärmetauschern, in denen Rohmehl im Gegenstrom zu den heißen Abgasen aus dem Klinkerofen vorgewärmt und ggf. vorkalziniert werden kann, wobei eine für einen Heißmehlstrom vorgesehene, vertikale oder schräg nach unten verlaufende Rohrleitung der Wärmetauscheranordriung einen Einführstutzen aufweist, wobei die Wärmetauscheranordnung eine erfindungsgemäße Probenentnahmevorrichtung aufweist, deren Probenkammer durch den Einführstutzen in den Heißmehlstrom bringbar ist. Bevorzugt schließt die Achse des Einführstutzens mit der Horizontalen einen Winkel von 0° - 20°, insbesondere 0° - 10°, ein. Dementsprechend wird der die Probenkammer beherbergende stabförmige Körper in waagrechter oder annähernd waagrechter Richtung in den Materialstrom eingeführt, sodass das Material des in der Regel senkrecht oder annähernd senkrecht gerichteten Materialstroms effizient in der Probenkammer aufgefangen werden kann. Die beschriebene Anordnung erlaubt das Entfernen der Probenentnahmevorrichtung im laufenden Betrieb ohne dass heißes Material aus dem Einführungsstutzen austritt. Dies verbessert die Möglichkeiten zur Instandhaltung und vermindert das Risiko von Unfällen und Verletzungen.
Bevorzugt ist der Einführstutzen an einer Heißmehlaustritts- leitung der untersten Schwebegaswärmetauscherstufe des Wärmetauscherstrangs angeordnet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläu- tert. In dieser zeigen Fig.l eine erfindungsgemäße Probenentnahmevorrichtung in perspektivischer Ansicht, Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit geöffnetem Boden der Probenkammer, Fig. 3 einen Längsschnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1, Fig. 4 eine Einbausituation der Vorrichtung an einer Heiß- mehlaustrittsleitung der untersten Schwebegaswärmetauscherstufe eines Rohmehlvorwärmers für die Zementklinkerherstel- lung und Fig. 5 eine Ansicht gemäß dem Pfeil V der Fig. 4.
In Fig. 1 ist ein stabförmiger Körper mit 1 bezeichnet, der einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist. In seinem vorderen Bereich weist der aus vollem Material bestehende stabförmige Körper 1 eine Durchbrechung aus, die eine oben offene Probenkammer 2 ausbildet. Die Probenkammer 2 stellt ein definiertes Volumen für aus einem Materialstrom zu sammelndes feinkörniges Material zur Verfügung. Im hinteren Bereich ist der stabförmige Körper 1 verbreitert ausgebildet und trägt zwei Rollenpaare 3 und 4, die jeweils frei drehbar gelagert sind und auf nicht dargestellten ortsfesten Führungsschienen abrollen können, um den stabförmigen Körper 1 in Richtung des Doppelpfeils 5 translatorisch zu führen.
In Fig. 1 ist weiters ein stabförmiger Körper 6 ersichtlich, der zumindest im vorderen Bereich der Vorrichtung mit dem stabförmigen Körper 1 deckungsgleich ist. Der stabförmige Körper 6 weist somit in seinem vorderen Bereich die gleiche Breite auf wie der stabförmige Körper 1, ist aber wesentlich flacher ausgebildet. Der stabförmige Körper 6 bildet hierbei in der in Fig. 1 dargestellten Position den Boden 7 der Probenkammer 2 aus. Der stabförmige Körper 6 ist in seinem hinteren Bereich um einen Schwenkachse 8 schwenkbar am stabförmigen Körper 1 gelagert und kann aus der in Fig. 1 dargestellten Position in die in Fig. 2 dargestellte Position ver- schwenkt werden. Dabei führt der stabförmige Körper 6 relativ zum stabförmigen Körper 1 eine scherenartige Bewegung aus, wodurch der Boden 7 der Probenkammer 2 geöffnet bzw. zur Sei¬ te verschwenkt wird und das in der Probenkammer 1 befindliche Material in Richtung des Pfeils 9 unter der Wirkung der Schwerkraft herausfallen kann.
Der flache stabförmige Körper 6 weist einen rechteckigen Querschnitt mit einer in Verschieberichtung' (Doppelpfeil 5) verlaufenden Rippe auf, die eine ausreichende mechanische Festigkeit des flachen stabförmigen Körpers 6 sicherstellt.
Der flache stabförmige Körper 6 weist in seinem hinteren Bereich weiters ein seitlich vorragendes mechanisches Steuer- element 10 auf, das eine hinter der Schwenkachse 8 angeordnete Rampe 11 umfasst. Bei einem Zurückziehen der Vorrichtung in Richtung des Pfeils 12 läuft die Rampe 11 auf ein der Übersichtlichkeit halber nicht dargestelltes ortsfestes Auf- laufelement auf und bewirkt mit fortschreitendem Hub eine Verschwenkung des stabförmigen Körpers.
In der Schnittdarstellung gemäß Fig. 3 ist ersichtlich, dass die Probenkammer 2 einen Boden 7 aufweist, der von dem stab- förmigen Körper 6 gebildet wird. Die Vorderwand 13 und die Rückwand 14 der Probenkammer 2 divergieren nach unten hin, sodass sich ein trapezförmiger Querschnitt ergibt. Die Probenkammer 2 verbreitert sich somit nach unten hin. In den Fig. 4 und 5 ist dargestellt, wie die Probenentnahmevorrichtung an einer Heißmehlaustrittsleitung eines Rohmehlvorwärmers angeordnet werden kann. Die Heißmehlrohrleitung, in der nicht dargestelltes Heißmehl in Richtung des Pfeils 16 strömt, ist mit 15 bezeichnet. Die Rohrleitung .15 weist einen Einführstutzen 17 auf, der die Wand der Rohrleitung 15 durchsetzt und in das Innere der Rohrleitung 15 mündet. Um eine Heißmehlprobe zu entnehmen wird der stabförmige Körper 1 der Probenentnahmevorrichtung durch den Einführstutzen 17 hindurch soweit in das Innere der Rohrleitung 15 geschoben, bis, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, die Probenkammer 2 vollständig im Inneren der Rohrleitung 15 angeordnet ist. Die Probenentnahmevorrichtung ist an einem Traggerüst 18 befestigt, das unter anderem die Führungsschienen 19 trägt, an denen der stabförmige Körper 1 mit Hilfe der Rollenpaare 3 und 4 translatorisch geführt ist. Das Traggerüst 18 beherbergt weiters einen hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Antrieb, z.B. in der Form eines hydraulischen Zylinderkolbenaggregates 20, um den stabförmigen Körper 1 zwischen der in Fig. 4 dargestellten Probenentnahmeposition und der in Fig. 5 dargestellten zurückgezogenen Position zu bewegen.
In der zurückgezogenen Position gelangt die Probenkammer 2 in den Bereich eines ebenfalls am Traggerüst 18 angeordneten Ablauftrichters 21, über den die nach dem Öffnen des Bodens der Probenkammer 2 auf Grund der Schwerkraft nach unten fallende Heißmehlprobe in den Probensammelbehälter 22 gelangt. In der Draufsicht gemäß Fig. 5, in der das Traggerüst sowie eine der beiden Führungsschienen 19 der Übersichtlichkeit halber weggelassen wurden, ist ersichtlich, dass der Einführ- stufzen 17 mit Hilfe eines entsprechend dem Doppelpfeil 24 verschiebbaren Absperrschiebers 23 verschlossen werden kann, wenn sich der stabförmige Körper 1 der Probenentnahmevorrichtung in der zurückgezogenen Position befindet. Weiters ist der Mechanismus zum automatischen Öffnen des Probenkammerbodens ersichtlich. Der Mechanismus umfasst eine ortsfeste, am Traggerüst 18 befestigte Auflaufrolle 25, auf welche die Steuerrampe 11 aufläuft, die an dem den Boden 7 der Probenkammer 2 bildenden, seitlich ausschwenkbare Körper 6 ausgebildet ist. Das Auflaufen der Steuerrampe 11 bewirkt dabei, dass eine im wesentlichen senkrecht zur Verschieberichtung 5 wirkende Kraft auf den Körper 6 ausgeübt wird, welche bei fortschreitender Verschiebebewegung des stabförmigen Körpers 1 ein scherenartiges Ausschwenken des Körpers 6 bewirkt.

Claims

Patentansprüche :
1. Vorrichtung zur Entnahme von Proben aus einem Materialstrom von feinkörnigem und trockenem Material, insbesondere in der Zementindustrie, umfassend eine durch einen Einführstutzen in den Materialstrom bringbare und zurückziehbare, nach oben offene Probenkammer, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenkammer (2) in einem translatorisch zwischen einer Probenentnahmeposition und einer zurückgezogenen Position geführten stabförmigen Körper (1) ausgebildet ist und dass die Probenkammer (2) einen offenbaren Boden aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der offenbare Boden von einem in der Bodenebene verlagerbaren Körper (6) gebildet ist, der bevorzugt gemeinsam mit dem stabförmigen Körper (1) zwischen der Probenentnahmeposition und der zurückgezogenen Position verschiebbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der den Boden bildende Körper (6) zur Ermöglichung einer scherenartigen Öffnungsbewegung des Bodens (7) am stabförmi¬ gen Körper (1) verschwenkbar gelagert ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der stabförmige Körper (1) und der. den Boden bildende Körper (6) aus Metall bestehen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der stabförmige Körper (1) als Metallvollkörper ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Materialstrom zugewandte Stirn- fläche des stabförmigen Körpers (1) im Wesentlichen dem lichten Querschnitt des Einführstutzens entspricht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der stabförmige Körper (1) mit einem ortsfesten, in Verschieberichtung (12) wirksamen Anschlag zusammenwirkt, der die zurückgezogene Position des stabförmigen Körpers (1) definiert.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerelement (10), insbesondere eine Steuerrampe (11) des den Boden (7) bildenden Körpers (6) mit einem ortsfesten Auflaufelement zusammenwirkt, um die Öffnungsbewegung des Bodens in Abhängigkeit vom Hub des stab- förmigen Körpers (1) zu steuern.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (10) derart angeordnet ist, dass die Öffnungsbewegung des Bodens beendet ist, wenn der stabförmige Körper (1) am ortsfesten Anschlag zu liegen kommt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Probesammelbehälter unterhalb der Probenkammer (2) in der zurückgezogenen Position angeordnet ist, wobei zwischen dem Boden (7) der Probenkammer (2) und dem Probensammelbehälter eine freie Fallstrecke für das aus der Probenkammer (2) herabfallende Material vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenkammer (2) sich zum Boden (7) hin erweitert.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenkammer (2) einen trapezförmigen Querschnitt aufweist .
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der stabförmige Körper (1) mit einer Vibrationseinrichtung in Wirkverbindung steht.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche der Probenkammer (2) zur
Vermeidung von Anhaftungen oberflächenbehandelt, insbesondere geglättet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der stabförmige Körper (1) mit einem hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Antrieb zusammenwirkt .
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der stabförmige Körper (1) an wenigstens einer Führungsschiene translatorisch geführt ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der stabförmige Körper (1) wenigstens zwei Rollen (3,4) trägt, die mit der Führungsschiene zusammenwirken.
18. Wärmetauscheranordnung einer Zementklinkerherstellungs- anlage umfassend eine Mehrzahl von Wärmetauschern, in denen Rohmehl im Gegenstrom zu den heißen Abgasen aus dem Klinker- ofen vorgewärmt und ggf. vorkalziniert werden kann, wobei eine für einen Heißmehlstrom vorgesehene, vertikale oder schräg nach unten verlaufende Rohrleitung des Wärmetauscherstrangs einen Einführstutzen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscherstrang eine Probenentnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 aufweist, dessen Probenkammer durch den Einführstutzen in den Heißmehlstrom bringbar ist.
19. Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Einführstutzens mit der Horizontalen einen Winkel von 0° - 20°, insbesondere 0° - 10°, einschließt .
20. Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Einführstutzen an einer Heißmehlaus- trittsleitung der untersten Schwebegaswärmetauscherstufe des Wärmetauscherstrangs angeordnet ist.
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