DE2249651B2 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen bestimmung des gehaltes an brennbaren bestandteilen in staubfoermigen schuettguetern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung des Gehalts an brennbaren Bestandteilen in staubförmigen Schüttgütern, insbesondere des Gehalts an unverbranntem Kohlenstoff in Flugstaub von Verbrennungsanlagen.

Bisher ist lediglich ein Verfahren zur diskontinuierlichen Bestimmung des genannten Gehalts bekannt, wobei eine Staubprobe einer vollständigen Verbrennung unterzogen und die ein Maß für den Gehalt an brennbaren Bestandteilen darstellende Differenz des Probengewichts vor und nach der vollständigen Verbrennung bestimmt wird. Dieses Verfahren ist zwar genau, jedoch aufwendig und zeitraubend.

Bekannt ist es auch, den Gehalt an brennbaren Gasbestandteilen in einem Gasgemisch durch Messung der bei einer Verbrennung des Gasgemischs auftretenden Reaktionswärme in Form der durch letztere hervorgerufenen Änderung des Widerstands des Drahtes (US-PS 2083 522) oder der Temperatur (DT-PS 273 980) kontinuierlich zu ermitteln. Das Ergebnis ist um so genauer, je größer die freiwerdende Reaktionswärme bezogen auf die Masse des Gasgemischs ist. Für die Bestimmung des Gehalts an brennbaren Bestandteilen in staubförmigen Schüttgütern sind diese bekannten Methoden nicht geeignet, weil die Verbrennung der brennbaren Bestandteile in der Regel erst bei etwa 800° C richtig in Gang kommt und oberhalb 1100° C unerwünschte Effekte, wie Anbackungen des Staubes infolge Erwcichens, auftreten. Die für eine hohe Meßgenauigkeit erforderlichen großen Änderungen, beispielsweise der Temperaturdifferenz, können folglich nicht verwirklicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anzugehen, wie der Gehalt an brennbaren Bestandteilen in

»taubförmigen Schüttgütern auf einfache und sehr genaue Weise kontinuierlich bestimmt werden kann.

Die Erfindung besteht darin, daß man das Schüttgut lit einer konstanten Temperatur einem eine von der Schüttguttemperatur abweichende konstante Tempe-,atur aufweisenden und bezüglich der Menge pro Zeiteinheit konstanten Luftstrom aufgibt, das so gebildete Luft-Schüttgut-Gemisch eil er vollständigen Verbrennung unterwirft und dabei durch entsprechende Änderungen der den Luftstrom in der Zeiteinheit aufgegebenen Schüttgutmenge entweder die Temperatur des Luft-Schüttgut-Gemischs nach der vollständigen Verbrennung oder die Differenz aus den Temperaturen des Luft-Schüttgut-Gemischs vor and nach der vollständigen Verbrennung konstant hall und ¹S die Differenz aus der Luftstromtemperatur und der Temperatur des Luft-Schüttgut-Gemischs vor der Verbrennung registriert.

Erfindungsgemäß werden also die Parameter der vollständigen Verbrennung durch Variation der Schüttgutmenge im wesentlichen konstant gehalten und dafür gleichsam die Temperatur des Gemischs vor der Verbrennung registriert, die bei kleinen Konzen-Irationsänderungen der brennbaren Bestandteile überraschenderweise sehr großen Abweichungen un- !erliegt. Die Messung ist daher sehr empfindlich und genau. Hinzu kommt, daß die im Stand der Technik «las Meßergebnis stark beeinflussende Temperaturenabhängigkeit der Wärmeverluste der Verbrennung beim erfindungsgemäßen Verfahren ohne Bedeutung

Für die weitere Ausgestaltung bestehen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens mehrere Möglichkeiten. Um die Anlaufphase möglichst kurz zu halten, empfiehlt es sich, das Luft-Schüttgut-Gemisch vorder vollständigen Verbrennung vorzuwärmen. Die vollständige Verbrennung wird vorzugsweise und optimal bei einer Temperatur zwischen 800° und 1100° C vorgenommen.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine selbsttätig to arbeitende Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einer Reaktionskammer zur vollständigen Verbrennung des Gemischs, einer Meßstelle zur Meßstellung der Gemischtemperatur vor der vollständigen Verbrennung und eine am Ausgang der Reaktionskammer angeordneten Meßstelle zur Messung der Gemischtemperatur nach der vollständigen Verbrennung, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der Reaktionskammer eine Mischkammer vorgeschaltet ist, daß der Mischkammer ein Frischluftzulauf vermittels des Luftvorwärmers konstant zu haltenden Frischlufttemperatur, ein Staubinjektor mit vorgeschalteten Staubdosierer, eiern Staubdosierer vorgeschalteten Staubvorwärmer sowie zugeordneter Meßstelle zur Messung der vermittels des Staubvorwärmers konstant zu haltenden Schüttguttemperatur und die Meßstelle zur Messung der Gemischtemperatur vor der vollständigen Verbrennung zugeordnet sind, daß die Meßstelle zur Messung der Gemischtemperatur nach der vollständigen Verbrennung allein oder in Differenzschaltung mit der Meßstelle zur Messung der Genlischtemperatur vor der vollständigen Verbrennung zum Zwecke der Kon stanthaltung der Gemischternperatur nach der vollständigen Verbrennung bzw. der Differenz der Gemischtemperaturen vor und nach der vollständigen Verbrennung als Steuerglied für einen den Staubdosierer als Stellglied zugeordneten Antrieb eingesetzt ist und daß die Meßstelle zur Messung der Frischlufttemperatur in Differenzschaltung mit der Meßstellc zur Messung der Gemischtemperatur vor der vollständigen Verbrennung Registriereinrichtung angeschlossen ist. Besonders bewährt hat sich in diesem Zusammenhang, bei der die Reaktionskammer aus einem senkrecht angeordneten Rohr mit zentrisch darin angebrachtem, bis in den Bereich des unteren Endes der Reaktionskammer geführten Gemischzuführungsrohre steht.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigt

Fig. i in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen der Menge der unverbrannten Bestandteile im Staub und Temperaturdifferenz der Temperaturen von Luft und Gemisch bei einer Frischlufltemperatur von 300° C und einer Staubtemperatur von 100° C. Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung dient der kontinuierlichen Bestimmung unverbrannter Bestandteile in staubförmigen Schüttgütern. Sie besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einer Mischkammer 1 mit Frischluftzulauf 2 und Staubinjektor 3 zur Herstellung eines Staub-Luft-Gemischs, einem dem Stau'oinjektor 3 vorgeschalteten Staubdosierer 4 und einer der Mischkammer 1 nachgeschalteten Reaktionskammer 5 zur Verbrennung des Gemischs. Dem Frischluftzulauf 2 ist ein Luftvorwärmer 6, dem Staubdosierer 4 ein Staubvorwärmer 7 vorgeschaltet. Mischkammer 1 und Reaktionskammer 5 sind durch ein Gemischzuführungsrohr 8 miteinander verbunden, welches zentrisch in der Reaktionskammer 5 geführt ist und sich bis in den unteren Bereich der Reaktionskammer 5 erstreckt. Im unteren Bereich ist die im übrigen als Rohr mit konisch sich nach oben erweiterndem Durchmesser ausgebildete Reaktionskammer 5 als Sammler 9 ausgebildet, an den ein Ablauf 10 angeschlossen ist. Durch den Ablauf 10 können grobkörnige Bestandteile des Gemischs, die im Sammler 9 angefallen sind, aus der Reaktionskammer 5 entfernt werden. Die Reaktionskammer 5 besitzt einen Abgasstutzen 11, an den ein Nachkühler 12 mit nachgeschalteter Filteranlage 13 angeschlossen ist. Im Bereich der Mischkammer 1 sind Temperaturmeßstellen 14, 15, 16 angeordnet, und zwai eine Meßstelle 14 am Frischluftzulauf 2 zur Messung der Temperatur der zugeführten Frischluft, eine Meßstelle 15 am Staubinjektor 3 zur Messung der Temperatur des zugeführten Staubes und eine Meßstelle am Gemischzuführungsrohr 8 hinter der Mischkammer 1 zur Messung der Temperatur des aus der Mischkammer 1 austretenden Gemischs. Weiterhin ist im oberen Bereich der Reaktionskammer 5 eine Meßstelle 17 zur Messung der Temperatur des verbrannten Gemischs angeordnet. In der Fig. 1 ist angedeutet, daß die TemperaHirdifferenz der Temperaturen des verbrannten und des unverbrannten Gemischs als Steuergröße für den Staubdosierer eingesetzt ist. Als Stellglied für den Staubdosierer i>v ein Antrieb 18 vorgesehen. Im übrigen ist angedeutet, daß die Meßstellen 14, 15 für die Messung der Staubtemperatur bzw. der Frischlufttcmperatiir zugleich Stellglieder für Staubvorwärmer 7 bzw. Luftvorwärmer 6 sind, so daß eine konstante Temperatui von Frischluft und Staub eingehalten werden kann Die Temperaturdifferen/ der Temperaturen von

Frischluft und Gemisch geben ein MaB für die Menge der unverbrannten Bestandteile in dem der Mischkammer 1 zugeführten Staub ab.

Die oben erläuterte Vorrichtung arbeitet wie folgt: Eine pro Zeiteinheit konstante Luftmenge wird über den Frischluftzulauf 2 der Mischkammer 1 zugeführt und dabei durch den Luftvorwärmer 6 auf eine Temperatur von l_L =^: 300° C aufgeheizt. Durch den Slaubinjektor 3 wird der auf eine Temperatur von ij, = 100° C aufgeheizte Staub angesaugt. Die Staubzuteilung erfolgt über den Staubdosierer 4, der in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz At_E der Temperaturen von verbranntem und unverbranntem Gemisch die zugeführte Staubmenge regelt. Bei einer vorgegebenen Temperaturdifferenz ^Δ{ε ^{= 1}E ~ <m - 700° C und einem Kohlenstoffgehalt von 5% in der zugeführten Staubmenge werden dabei 0,87 kg Staub pro Zeiteinheit in die Mischkammer 1 gegeben. Im eingeregelten Zustand beträgt folglich die Temperatur in der Reaktionskammer 5 nach Abschluß der Reaktion l_E = 916° C. Nach der Mischung in der Mischkammer 1 strömt das Staub-Luft-Gemisch über das Gemischzuführungsrohr 8, das zweckmäßigerweise aus zunderbeständigem Edelstahl besteht, in die Reaktionskammer 5 und wird dabei auf etwa 500° C erwärmt. Da bereits bei Temperaturen über 400° C die Reaktion C + O₂ = CO₂ + 94000 Kcal beginnt, hat beim Austritt aus dem Gemischzuführungsrohr 8 die Reaktion bereits begonnen und die Verbrennung eingesetzt. Die vollständige Verbrennung erfolgt dann in der sich konisch nach oben erweiternden Reaktionskammer 5. Die Hauptmenge des Staubes strömt mit dem Gemisch durch die Reaktionskammer 5 zum Abgasstutzen 11. Die größeren Partikel schweben so lange innerhalb der Reaktionskammer S, bis sich durch Verbrennung ihr Gewicht verringert hat, dann werden sie von der Strömung mitgenommen. Das verbrannte Gemisch wird dann an der Meßstelle 17 vorbei über den Abgasstutzen 11 in den Nachkühler 12 und von dort in die Filteranlage 13 geführt, wo der Staub von den Gasen abgeschieden wird.

Vor der Inbetriebnahme der Vorrichtung muß die

ίο Reaktionskammer 5 auf eine Temperatur von etwa 900° C gebracht werden. Dazu ist im Bereich des Gemischzuführungsrohrs 8 ein zusätzliches Heizelement 19 vorgesehen, das bei Inbetriebnahme der Vorrichtung eingeschaltet wird und die ohne Aufgabe von Staub über die Mischkammer 1 herantransportiertc Frischluft soweit erforderlich aufheizt. Nach Erreichen der Betriebstemperatur wird über den Staubinjektor 3 Staub in die Mischkammer 1 gegeben, und die Reaktion läuft selbständig weiter.

Die eigentliche Bestimmung der unverbrannten Bestandteile in den staubförmigen Schüttgutern erfolgt auf Grund der gemessenen Frischluft- bzw. Gemischtemperaturen. In der Fig. 2 ist der Kohlenstoffgehalt im Steinkohleflugstaub in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz At_L = t_L — t_m aufgetragen Im Bereich um 5% C ist bei einer Genauigkeit von 2° C der Registriereinrichtung die Bestimmung dei Menge der unverbrannten Bestandteile mit einen" Fehler von 1,2% zu erwarten. Bei 3% Kohlenstoff ge halt beträgt sie sogar 0,1 %. Dagegen nehmen die Feh ler bei höheren Kohlenstoffgehalten merklich zu. Da; ist aber für die praktische Ausnutzung unbedeutend denn Staub mit mehr als 5 % Kohlenstoffgehalt komm praktisch nicht vor.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung des Gehaltes an brennbaren Bestandteilen in «taubförmigen Schüttgütern, insbesondere des Gehalts an unverbranntem Kohlenstoff im Flugstaub von Verbrennungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß man das Schüttgut mit einer konstanten Temperatur mit einem eine von der Schüttguttemperatur abweichende konstante Temperatur aufweisenden und bezüglich der Menge pro Zeiteinheit konstanten Luftstrom aufgibt, das so gebildete Luft-Schüttgut-Gemisch einer vollständigen Verbrennung unterwirft und dabei durch entsprechende Änderung der dem Luftstrom in der Zeiteinheit aufgegebenen Schüttgutmenge die Temperatur des Luft-Schüttgut-Gemischs nach der vollständigen Verbrennung konstant hält und die Differenz aus Luft-Stromtemperatur und der Temperatur des Luft-Schüttgut-Gemischs vor der Verbrennung registriert.

2. Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung des Gehalts an brennbaren Bestandteilen in staubförmigen Schüttgütern, insbesondere des Gehalts an unverbranntem Kohlenstoff im Flugstaub von Verbrennungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß man das Schüttgut mit einer konstanten Temperatur einem eine von der Schüttguttemperatur abweichende konstante Temperatur aufweisenden und bezüglich der Menge der Zeiteinheit konstanten Luftstrom aufgibt, das so gebildete Luft-Schüttgut-Gemisch einer vollständigen Verbrennung unterwirft und dabei durch entsprechende Änderung der dem Luftstrom in der Zeiteinheit aufgegebenen Schüttgutmenge die Differenz aus den Temperaturen des Luft-Schüttgut-Gemischs vor und nach der vollständigen Verbrennung konstant hält und die Differenz aus der Luftstromtemperatur und der Temperatur des Luft-Schüttgut-Gemischs vor der Verbrennung registriert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Luft-Schüttgut-Gemisch vor der vollständigen Verbrennung vorgewärmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vollständige Verbrennung bei einer Temperatur zwischen 800 bis 1100° C vorgenommen wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Reaktionskammer zur vollständigen Verbrennung des Gemischs, einer Meßstelle zur Messung der Gemischtemperatur vor der vollständigen Verbrennung und einer am Ausgang der Reaktionskammer angeordneten Meßstelle zur Messung der Gemischtemperatur nach der vollständigen Verbrennung, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionskammer (5) eine Mischkammer (1) vorgeschaltet ist, daß der Mischkammer (1) ein Frischluftzulauf (2), ein Luftvorwärmer (6) sowie zugeordneter Meßstclle (14) zur Messung der vermittels des Luftvorwärmers (6) konstant zu haitenden Frischlufttemperatur ein Staubinjektor (3) mit vorgeschaltetem Staubdosierer (4), im Staubdosierer (4) vorgeschaltetem Staubvorwärmer (7) sowie zugeordneter Meßstelle (15) zur Messung der vermittels des Staubvorwarmers (7) konstant zu haltenden Schüttguttemperatur und die Meßstelle (16) zur Messung der Gemischtemperatur vor der vollständigen Verbrennung zugeordnet sind daß die Meßstelle (17) zur Messung der Gemischtemperatur nach der vollständigen Verbrennung allein oder in Differenzschaitung mit der Meßstelle (16) zur Messung der Gemischtemperatur vor der vollständigen Verbrennung zum Zwecke der Konstanthaltung der Gemischtemperatur nach der vollständigen Verbrennung bzw. der Differenz der Gemischtemperaturen vor und nach der vollständigen Verbrennung als Steuerglied für einen dem Staubdosierer (4) als Stellglied zugeordneten Antrieb (18) eingesetzt ist und daß die Meßstelle (14) zur Messung der Frischlufttemperatur in Differenzschaltung mit der Meßstelle (16) zur Messung der Gemischtemperatur vor der vollständigen Verbrennung an eine Registriereinrichtung angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (5) aus einem senkrecht angeordneten Rohr mit zentrisch darin angebrachtem, bis in den Bereich des unteren Endes der Reaktionskammer (S) geführten Gemisduuführungsrohr (8) besteht.