CS419090A2 - Method and device for scattered particles' concentration measuring in atmosphere carried away by wind from powdered material's piles - Google Patents

Description

Předmětem předloženého vynálezu je způsob a zařízení kměření koncentrace prachu suspendovaného v atmosféře,unášeného větrem ze skladovacích ploch prašných materiálů.

Je známo, že úlety z povrchů hald prašných materiálů na-příklad uhlí nebo minerálů, přinášejí nejenom závažné zne-čišťování okolí, ale také podstatné ztráty,v důsledkuvelmi nákladné, zmíněných materiálů.

Za účelem omezení úletu z povrchů hald materiálu účinkemvětru, bylo navrženo zkrápění hald prašných materiálů vo-dou. Fouká-li však vítr, je prakticky nemožné účinné zkrá-pění, a to je právě příležitost, kdy vysušené materiályse oddělují ve značných množstvích, takže se zmíněný způ-sob ukázal prakticky neúčinným.

Ve skutečnosti před stanovením jakým způsobem by bylo lzepodstatně omezit prašné úlety, je zapotřebí mít možnostvyhodnotit s dostatečnou přesností množství materiálůztracených působením větru.

Za tím účelem byly navrženy různé techniky měření, kterésemezitím ukázaly jako příliš složité v poměru k očekávanýmvýsledkům, na příklad stanovení koeficientu emisí haldmateriálů při různých meteorologických podmínkách a růz-ných podmínkách zkrápění.

Například patentový spis US-A-4 159 635 popisuje způsobodběru vzorků vzduchu. Tento způsob obsahuje řazení jednésací jednotky a řady jímačů s různými vstupy užívanýmiobměnou v závislosti na rychlosti větru se záměrem docílení 2 izokinetických odběrů vzorků.

Tento způsob nedovoluje ve skutečnosti provádění izo-kinetických"odběrů, jelikož vstup jímače nelze přesněpřizpůsobit jakékoliv rychlosti větru. Navíc prachyshromážděné v průběhu odběrů se mohou rozptýlit v čelnýchjímačích, jestliže se rychlost větru poněkud mění běhemodběru. Úkolem vynálezu je uvážit, vyhodnotit a rozhodnout otěchto různých problémech a navrhnout zařízení, umožňu-jící provádění izokinetických odběrů. Úkol byl podle vynálezu vyřešen se zřetelem ke shora uve-denému, pro způsob měření koncentrace prachové suspensev atmosféře unášené větrem ze skladovacích ploch haldprašných materiálů, podle nějž se měří v rovině kolméke směru převládajícího větru ve vzdálenosti a výšce při-měřené hromadám prašného materiálu, rychlost větru, pro-vádí se izokinetický odběr vzorku objemu vzduchu pomocíjímače sací jednotky a sbírá se odebraný prach zadrženýna filtračních prostředcích jímače, takže se užije jediné-ho jímače a pro docílení izokinetického odběru během celé-.ho jeho trvání se vytváří zpětná vazba mezi průtokem sacíjednotky a měřenou rychlostí větru. Výhodně se děje měření koncentrace prachu v několika růz- ných výškách, například v pěti, deseti a patnácti metrech, a to v závislosti na výšce haldy materiálu. 3

Zařízení k provádění způsobu podle vynálezu je tvořenoodběrovým ústrojím, opatřeným měřícími prostředky rych-losti větru, prostředky pro jímání objemu vzorku vzduchuuspořádané v bezprostřední blízkosti prostředků pro měře-hí rychlosti větru, sací jednotky spojené s jímacími pro-středky, kteréžto jímací prostředky sestávají z odběrnéhoústrojí vzduchu a filtru pró filtrování a zadržování pra-chů z objemu odebraného vzorku vzduchu, tak že sací jed-notka je opatřena zpětnovazebními prostředky mezi jímanýmprůtokem a rychlostí větru, měřeného zmíněnými měřícímiprostředky.

Podle výhodného provedení vynálezu, má zařízení řiditelnýztěžeň o proměnné délce, opatřený alespoň jedním odběro-vým ústrojím, například třemi odběrovými ústrojími, kterélze umístit v různých výškách.

Ztěžeň může být výsuvný a tvoří s odběrovým ústrojímpojízdném zařízení upevněné na. vozíku.

Filtr je tvořen oky síta, přizpůsobeného zrnění prachů,jejichž váha na konci odběru dovolí měřit jejich koncen-traci v atmosféře.

Bodové měření ve vzorkovací rovině se provádí přemísťová-ním stěžně zařízení z jedné strany haldy na druhou postup-nými skoky, například po pěti metrech. Jedna sestava mě-ření dovolí tak získat koncentraci prachů, proudícíchplochou například 20 x 15 m.

Po určení koncentrací úletů prachů přistoupí se ke zkrá-pění hlady vhodným přípravkem, tvořícím postupně krustu 4 ír nabo film na povrchu hlady. Poté lze provést nové měře-ní koncentrace úletových prachů pro zjištění účinnostizkrápění.

Vynález bude v dalším popsán na příkladě neomezujícího provedení ke vztahu k připojeným výkresům, na nichž zna-čí: obr.l funkční blokové schéma odběrové linky vzorků prachůsuspendovaných v atmosféře, podle vynálezu, obr.2 schema-tický nárysný pohled na vozík s pojízdnou sestavou něko-lika odběrových a měřících linek podle vynálezu, obr.3částečný perspektivní pohled ve zvětšeném měřítku ve vzta-huk obr.2, na sestavu jímače prachů a jeho upevnění na vý-suvném stěžni vozíku ž obr.2, obr.4 schematický půdorysnýpohled na haldu prašného materiálu a na odběrová místavzorků úletového prachu pro měření jeho koncentrace v at-mosféře za haldou s ohledem na směr větru, obr.5 aa 6 a číselné příklady průběhů koncentrací prachů v roviněměření, a tokuíprachů, proudících stanovenou plochouv rovině měření pro střední rychlost právě vanoucího větru,obr. 5b, 6b průběh koncentrace prachů podobný křivkám zobr. 5a, 6a, avšak pro různou střední rychlost větru,obr. 7 diagram jako výsledek obr.5a - 6b, znázorňujícíkvantifikaci úletu z hald práškového materiálu před· a pojeho zkrápění.

Na obr. 1 znázorněné blokové schéma sestává z měřícího zařízení rychlosti větru, tvořeného na příklad anemometrem 1. , přičemž směr větru je udáván šipkou v, dále ze 5 jímače ě vzorku vzduchu, obsahujícího suspenzi prachua uspořádaného v bezprostředním sousedství anemometru 1.Jímač .2 je tvořen tryskou 2» opatřenou vstupní hubicí 3 avzduchu, ústící k oddělovacímu filtru 4^, dovolujícímuodfiltrování a uložení prachu z objemu odebraného vzorku.Filtr £ oky pletiva přizpůsobeného zrnitosti prachu.

Blokové schéma (obr.l) obsahuje dále sací jednotku 5_,tvořeno vhodným čerpadlem'spojeným s-výstupním potrubím6_ snímače 2 a rovněž s měřícím zařízením - průtokoměremT_, tvořeným například turbinkou, ústícím do výstupníhopotrubí 8^ vzduchu.

Zařízení sestává dále ze zpětnovazebních prostředků za-chycených zbytků ve snímači 2^ při rychlosti větru měřenéanemometrem JL. V popisovaném případě je tento zpětnovazeb-ní prostředek tvořen porovnávacím měřícím přístrojem jí,spojeným jednak s anemometrem 1_ přes usměrňovač 11,který· mění rychlost větru měřenou anemometrem 1_ v informa-ci elektrickou, jednak spojeným s měřičem průtokového i? množství vzduchu - průtokoměrem T_. Průtokoměr 7_ sestávárovněž z ústrojí měnícího měření průtokového množstvíčerpadla jj v elektrickou informaci předávanou porovnáva-címu měřícímu přístroji jí.

Mezi porovnávacím měřícím přístrojem jí a čerpadlem _5 je zapojen variátor 12, přičemž na čerpadlo j5 působí pří- kazy předávané porovnávacím měřícím přístrojem jí. Konečně mezi variátorem 12 a porovnávacím měřícím přístrojem jí 6 jsou zapojeny předvolič 13 a střádač 14 , přičemž předvo-lič 13 je nastaven na předem stanovené mnžoství vzduchuke vzorkování v jímači 2^, například na 30 m . Střídač14 sčítá množství vzduchu nasávané čerpadlem í>. Jakmileje úhrnné množství rovno hodnotě uložené v předvoliči 13,předvolič 13 vyšle signál k samočinnému zastavení celéhozařízení.

Filtr _4 je upevněn na jímači 2 vyměnitelně pro jeho váže-ní po odebrání vzorku. V dalším bude popsána funkce odebírání vzorku, kteréprobíhá takto:

Vzduch obsahující prachovou suspenzi vstupuje do jímače2_ vstupní hubicí 3a trysky _3. Prochází filtrem _4 zanechá-vaje přitom na něm prach, jehož zrnění je větší nežrozměr ok síta, tvořícího filtr 5^, pak je veden výstupnímpotrubím 6^ do čerpadla 5^, kterého vyfoukne do průtokoměru2 á jím až do výstupního potrubí 2· Anemometr 1 dodáváporovnávacímu měřícímu přístroji hodnotu danou rychlostív větru zatímco průtokoměr J_ přenáší na porovnávací .měřící přístroj elektrický signál odpovídající množstvívzduchu nasátého čerpadlem 5.

Porovnávací měřící přístroj shromažďuje elektrické signályměniče 11 a průtokoměru 7_, porovná je a dá variátoru 12příkaz k seřízení nasávaného množství vzduchu čerpadlem 2s ohledem na rychlost vzduchu v přenášenou měničem 11.Čerpadlo _5 je druhu s rychlou odezvou na změny průtoku 7 vložené variátorem 12 a provede zpětnovazebně jeho ovliv-nění pro vyrovnání rychlosti vstupu vzduchu do jímače 2^,a to rychlostí vzduchu zaznamenanou anemometrem 1_. Dostoupi-li objem vzduchu vstupující do jímače 2^, zaznamenaný střa-dačem 14, objemu odebraného vzorku uloženého do pamětipředvoliče 13, zastavíp ředvolič 13 samočinně chod celéhozařízení.

Filtr £ lze z jímače 2 vyjmout pro zvážení a kvantifikacikoncentrace prachu analyzového vzorku.

Zpětnovazební seřízení sací jednotky - čerpadla 5_, jímače2^ na rychlost větru měřenou anemometrem dovoluje pro-vádět oddělování vzorků při stejné rychlosti, to jetakové, kdy rychlost větru pro odběru vzorků, nebo rychlostsání jsou rovnocenné rychlosti větru. Odebírání vzorku přistejné rychlosti poskytuje značné výhody ve srovnání sodebíráním vzorků při nestejných rychlostech. Jakmilerychlost sání do jímače 2 nebo sondy přesahuje rychlostv proudovém vláknu plynu, vytvoří se v plynném úsekuzávislém na odběru vzorků smrštění a vtěší částice atudíž částice těžší, nalézající se na obvodu, projdou vdůsledku své setrvačnosti na vnajší stranu trubice sondy.Důsledkem toho je ochuzení odebíraných vzorků o tyto čás-tice, čímž dojde k podhodnocení váhového měření prachů.

Naopak jakmile je rychlost, sání nižší než rychlost plynuv plynném proudu, rozšíří se průřez proudového vláknaovlivněného odebíráním vzorku a dojde k většímu zafixo-vání těžkých částic. Důsledkem toho je obohacení vzorku 8 hrubými částicemi a tím k nadhodnocení měření.

Na obr. 2 je znázorněn tvar provedení vozíku 17, nesou-:cím vysouvací stěžeň 15, na němž jsou upevněny různésložky zařízení pro odběr vzorků 16a, 16b, 16c, takovýchjak znázorněno na obr.1.

Vozík 17 sestává z rámu 21 uloženého na kolech 18, 19a opatřeném tažným závěsem 22 k připojeni vozíku 17k tažnému vozidlu (neznázorněno). Na vozíku 17 je uprave-na konstrukce 26 kolem středního vstupu 27 v němž jeuložen otočně kolem svislé osy výsuvný stěžeň 15 o třechčláncích 15a, 15b, 15c. Zdvihací vrátek 28 dovoluje sklo-pení stěžně 15 do polohy svislé nebo vodorovné a vrátek29 upevněný na článku 15a dovoluje postupné vysunutíčlánku 15b, 15c, stěžně 15.

Každá složka zařízení 16a, 16b, 16c pro odběr vzorkůmůže být snímatelně upevněna na konci příslušného článku15a, 15b, 15č, na příklad úhelníkem (neznázorněno).

Zařízení je upevněno na vodorovném příčníku 31 na koncičlánku 15a, 15b, 15c známým způsobem, a to snimatelně.

Ve středním pásmu vodorovného příčníku 31 konstrukce 32s výstuhami 30 mezi nimiž je umístěn držák obsahujícífiltr _4. Konstrukce 32 nese dále jímač _2, jehož tryska2 je tvořena vodorovnou vstupní trubkou a svislou trubkou3c. Výstupní potrubí vybíhá pod držákem obsahujícímfiltr 4^, zatímco anemometr 12 a větrná korouhvička 10jsou upevněny na vrcholcích sloupků 33, 34, uspořádaných 9 na koncích vodorovného příčníku 31. Čerpadlo _5 a průtokoměr J_ jsou upraveny na rámu 21 avšechna 3 zařízení 16a, 16b, 16c pro odběr vzorků jsouna sobě zcela nezávislá. Zpětnovazební sestava 9, 12, 13, 14 a ovládací soustava jsou naproti tomu umístěny napříkladv přístřešku stálého stanoviště (neznázorněno) . Vozík 17se ručně nastaví vstupní hubicí 3a proti větru podle po-lohy větrné korouhvičky 10.

Na obr.4 jsou schematicky znázorněny dvě hromady prašnéhomateriálu 24, 25 například uhlí, dále směr V větru,rovina P vybraných odběrů, poloha Pl středního odběrua .polohy P2, P3, P4 dodatečných odběrů z obou stran polohyPl středního odběru. Jako číselný a neomezující příkladve vztahu k výšce a šířce haldy 24 může být rovina Podběrů zvolena ve vzdálenosti dl rovné 30 m od haldy 24a nejvzdálenější místa odběrů P3, P4 v rovině P odběrůse mohou nalézat ve vzdálenosti d2 rovné například 10 mpo obou stranách polohy Pl středního odběru. Konečněvítr fouká ve směru V skoro rovnoběžně s podélnou osouhaldy 24 prašného materiálu a přibližně kolmo k rovině P odběrů vzorků vzduchu.

Na obr. 5 až 6d jsou znázorněny číselné příklady dvousestav měření koncentrací prachů pro střední rychlostirůzných větrů. Výsledky byly získány za podmínek stáléhovětru nad haldami 24, 25 měřením, jehož výsledky jsouzachyceny na obr. 5a, 6a a znázorňují průběh křivek 3 prašných koncentrací v rovině P měření v mg/m a průběh 10 křivek toku prachu proudícího plochou například 20 m• - 2 krát 15 m v rovině odběru v mg/m sec. Střední rychlostvětru během měření znázorněných na obr. 5a, 6a byla15 m /sec, to je 54 km/h.

Naopak větry měřené v průběhu druhé sestavy měření znázor-něné na obr. 5b, 6b nebyly stálé. V tomto případě mělarychlost měřeného větru střední hodnotu 71 km/h, to je19 m/sec, s nárazy dosahujícími 100 km/h. *

Tok prachů proudící rovinou P odběru vzorků znázorněnýna obr. 6a, 6b byl získán počínaje zvýšenou rychlostívětru v každé poloze Pl_j_ P2 měření odběru.

Po postřiku hald 24, 25 prašného materiálu (uhlí) vhodnýmpolymerizujícím prostředkem vytvářejícím krustu nebo filmna povrchu haldy byly provedeny nové kvantifikace úletůprachu a jejich výsledky jsou uvedeny v následující tabul-ce a znázorněny na obr.7. V uvedené tabulce Odpovídáprvní řádek průběhu křivek z obr. 5a, 6a a druhý řádekprůběhu křivek z obr.5b, 6b. DATUM rychlost větru m/ sec vlhkost krusty (%) vzdálenost haldy (m) vypočítaný tok (kg/h) 22.11.88 14,6 4,5 · 60 346 7.12.88 19,7 3,5 300 1372

Diagram znázorněný na obr. 7 ukazuje tok prachů v kg/h v závislosti na rychlosti větru km/h. Určité body měření odpovídají odběrům bez postřiku a ostatní odpovídají 11 odběrům po postřiku hald jak vypovídají poznámky uvedneé na tomto diagramu. Z diagramu vysvítá, že po postřiku je úlet prachu podstat-ně nižší.

Za předpokladu takových měřicích akcí během celého dneby byl úlet prašných materiálů protékajících referenčníplochou po zkropení haldy asi 8 t/den při rychlostivětru 50 km/h a 32 t/den při rychlosti větru 70 km/hod.z jediné haldy. Při rychlosti větru řádu 50 km/h, kles-ne koeficient emise z jedné haldy uhlí po zkropení zhodnoty 3-8 krát. Stejně lze dovodit, že pro vítr 70 km/hkoeficient emise jedné haldy ošetřené zkropením má řádovětutéž velikost, jako koeficient emise haldy neošetřenépři rychlosti větru 50 km/h.

Claims (7)

12 PATENT

Způsob měření koncentřa· atmosféře a unášeného větrem ze·skladovacích ploch - - hald prašného materiálu, měřením v rovině v podstatěkolmé ke směru převažujícího větru, ve vzdálenostia výšce odpovídající rozměrům haldy prašného materiálu,měřením rychlosti větru a isokinetickým odběrem objemůvzorků vzduchu pomocí jímače, sací jednotky a filtrač-ní jednotky, na níž se shromažďuje oddělený prach,vyznačený tím, že se užije jediného jímače a jelikožje odběr vzorku isokinetický během celého odběru ne-závislém na rychlosti větru, vytváří sě zpětná vazbanasávaného množství vzduchu sací jednotkou a měřenourychlostí větru.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím,· že se měří koncen-trace prachů alespoň v jedné různé výšce.

3. Zařízení k provádění způsobu podle bodů 1 nebo 2obsahující zařízení sestávající z měřícího prostředkurychlosti větru, prostředku pro jímání vzorku objemuvzduchu, upraveného* bezprostředně u měřícího prostředkurychlosti větru a sací jednotky spojené s prostředkempro jímání vzduchu, dále prostředek pro jímání vzduchůtvořený odběrovým ústrojím a filtrem pro filtrování a zachycování prachu ze vzorku odebraného vzduchu,vyznačené tím, že sací jednotka je opatřena prostředky (9, 12), vytvářejícími zpětnou vazbu mezi průtokem jímání 13 a rychlostí větru měřenou zmíněnými měřícími prostřed-ky (1).

4. Zařízení podle bodu 3, vyznačené tím, že obsahuje sta-vitelný stěžeň (15) proměnné délky, opatřený alespoňjedním zmíněným ústrojím, například třemi těmitoústrojími, nastavitelnými do odpovídajících výšek.

5. Zařízení podle bodu 4, vyznačené tím, že stěžeň (15)je výsuvný a má odběrově ústrojí (16a, 16b, 16c) nakonci každého z jeho článků (15a, 15b, 15c) a tvoříse svým nebo svými ústrojími pojízdnou jednotku upra-venou na vozíku (17).

6. Zařízení podle jednoho z bodů 3-5, vyznačené tím,že zpětnovazební prostředky (9, 12) jsou sdruženy skaždou sací jednotkou (5) .

7. Zařízení podle jednoho z bodů 3 - 6, vyznačené tím, že filtr (4) je tvořen oky síta přizpůsobenými zrnitostiprachů. Techmetal Promotion