DD201507A1

DD201507A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung des massenstromes feinkoerniger materialien

Info

Publication number: DD201507A1
Application number: DD23249081A
Authority: DD
Inventors: Manfred Schingnitz; Horst Kretschmer; Guenter Tietze; Werner Reichert; Peter Goehler; Klaus Scheidig; Rolf Guether; Heinz Watzke; Guenter Froemer
Original assignee: Manfred Schingnitz; Horst Kretschmer; Guenter Tietze; Werner Reichert; Peter Goehler; Klaus Scheidig; Rolf Guether; Heinz Watzke; Guenter Froemer
Priority date: 1981-07-17
Filing date: 1981-07-17
Publication date: 1983-07-20
Also published as: DD201507B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Massenstromes feinkoerniger Materialien, insbesondere beim Transport staubfoermiger und feinkoerniger Brennstoffe sowie anderer in metallurgischen Prozessen eingesetzter Stoffe beliebiger Feststoffkonzentration sowie beliebiger Betriebsdruecke zu den Windformen des Hochofens, zur Beheizung von Siemens-Martin-Oefen, Kupferschachtoefen und aehnlichen metallurgischen Aggregaten und in Metallbaeder zum Zwecke des Frischens, Legierens, Raffinierens, und aehnlichen metallurgischen Prozessen. Erzielt werden soll ein kontinuierlich arbeitendes Massenstrommessverfahren, das unabhaengigvon der Technologie der Staubzufuhr zum Foerderrohr und bei allen Staubkonzentrationen sowie Systemdruecken, die technisch realisierbar sind, quantitativ richtige Messwerte liefert. Das erfindungsgemaesse Verfahren einschliesslich der Vorrichtung umgeht die komplizierte Geschwindigkeitsmessung in Zweiphasenstroemungen und besitzt innerhalb des Foerderkanals keine stroemungsbehindernden Messfuehler . Fig. 1

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des MassenatiOmes feinkörniger Materialien

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Maaaenstromes feinkörniger Materialien, insbesondere beim Transport staubförmiger und feinkörniger Brennstoffe bei der Zuführung in die Windformen des Hochofens zum teilweisen Ersatz von stückigem Koks bei der Erzeugung von Roheisen. Das Verfahren und die Vorrichtung können in ähnlicher Weise angewandt werden bei der Zuführung staubförmiger oder feinkörniger Brennstoffe als Zusatz in Kupolöfen, zur Beheizung von Siemens-Martin-Öfen, Kupferschachtöfen und ähnlichen metallurgischen Aggregaten sowie zur Zuführung staubförmiger oder feinkörniger Stoffe in Metallbäder zum Zwecke des Friachens, Legierens, Raffinierens und ähnlichen metallurgischen Prozessen·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen außerhalb des Bereiches der Metallurgie zur Bestimmung des Massenstromes für staubförmige und feinkörnige Güter, die besonders für Kohlenstäube nicht geeignet sind, d· h· die keine exakt quantitativen Meßwerte, sondern nur qualitative Meßsignale liefern oder die nur für den pneumatischen Transport bei sehr kleinen Pest-

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stoffdichten ( £_f2 <30 kg/nr) geeignet sind. Die Meßverfahren und Vorrichtungen nach den Patentschriften DD - PS - 131 361 und DD-PS- 145 958 liefern analoge Massenstromwerte, die nur für einen exakt definierten Dichtezustand und für eine bestimmte Brennstaubqualität reproduzierbar sind und eine tech- ; nisch ausreichende Genauigkeit besitzen· Diese Verfahren erfordern ein Eichen der Meßverfahren bei Änderungen der Zusammensetzung des geförderten Peingutes. Lichtoptische Meßverfah« ren nach Patentschrift DD - PS - 142 606 sind trotz der Vielfalt an gleichzeitiger Meßwertgewinnung wegen der fehlenden Lichttransparenz und -reflexion besonders der Brennstäube bei diohten Zweiphasenströmungen nicht geeignet. Die Meßverfahren nach den Patentschriften DE-OS- 2 554 565, DE - OS - 2 902 911 und DE - OS - 2 757 032 berücksichtigen nicht den wahren Zustand des in der Meßstrecke strömenden Staub-Gas-Gemisches, so daß diese Meßverfahren nur angenäherte Meßwerte liefern können und für hohe Peststoffbeladungen ( ^fp^O kg/nr) nicht mehr anwendbar sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein für die Metallurgie kontinuierlich arbeitendes Massenstrommeßverfahren, das unabhängig von der Technologie der Staubaufgabe zum Staubförderrohr und bei allen Staubkonzentrationen, besonders im Dichtstrombereich, die technisch realisierbar sind, quantitativ richtige Meßwerte liefert.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren einschließlich Vorrichtung zur Ermittlung des Massenstromes feinkörniger Materialien, insbesondere beim Transport staubförmiger und feinkörniger Brennstoffe sowie anderer in metallurgischen Prozessen eingesetzter Stoffe beliebiger Pest-

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Stoffkonzentration sowie beliebiger Betriebsdrücke zu den Windformen des Hochofens, zur Beheizung von Siemens-Martinöfen, Kupferschachtöfen und ähnlichen metallurgischen Aggregaten und in Metallbäder zum Zwecke des Frischens, Legierens, Raffinierens und ähnlichen metallurgischen Prozessen zu entwickeln, das die komplizierte Geschwindigkeitsmessung in Zweiphasenströmungen umgeht und keine strömungsbehindernden Meßfühler innerhalb^ des Förderkanals besitzen muß· Zur Sicherung der Förderstetigkeit und -kontinuität sollen keine Förderrohrverengungen oder -erweiterungen vorhanden sein, und das Verfahren muß ohne Eichung der Meßstrecke und unabhängig von der Staubart arbeiten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ausgangs eines Bunkers oder eines Dosiergefäßes zur Bestimmung der Anfangsdichte ^_fl eines Staubstromes, die je nach technologischer Notwendigkeit und Fließeigenschaften des Gutes unterschiedlich sein wird, eine Dichtemeßsonde ^₁ angeordnet ist. Nach dieser Dichtemeßsonde wird dem Feststoffstrom über einen speziellen Mischapparat ein Gas zur Verringerung der Staubstromdichte auf £>£2 stoßfrei zugegeben· Diese abgesenkte Dichte <ö_f2 und das injizierte Gas Vq(u) (bezogen auf den Normzustand) werden ebenfalls mit einer Dichtemeßsonde ξ^p sowie mit einer Meßblende V_q/jt\ gemessen. Der stoßfrei arbeitende Mischapparat besitzt den gleichen freien Strömungsquerschnitt wie das Förderrohr und enthält ein poröses gasdurchlässiges, staubsperrendes Filterrohr aus Sintermetall oder * kunstharzgebundenem Kies«

Es ist gleichfalls möglich, bei mehreren einen Bunker oder ein Dosiergefäß verlassenden Förderrohren in jedem einzelnen Förderrohr den Massenstrom nach der angeführten Methode zu bestimmen. Weiterhin kann man den Massenstrom nur in einem oder mehreren bei einer Vielzahl angeordneter Förderrohre nach dem erfindungsgemäßen Meßverfahren bestimmen und aus

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Analogieschlüssen die Gesamtfördermenge in allen Förderrohren ermitteln·

Auf der Basis dieser Meßgrößen Vq(u)> 3_f1f 3 f 2 unter Berücksichtigung der Gasmenge m_Q1 im Staubstrom am Anfang der Meßstrecke und der Gasmenge m«« in* Staubstrom am Ende der Meßstrecke kann der Massenstrom mittels des einfachen Bilanzansatzes bestimmt werden:

^ώΚ ⁺ »GT. ⁺ ^G(N) ' 3 G(U) V⁺ *^G2

Mit der bekannten Staubkorndichte ^_K und Gasnormdichte sowie durch die Messung der Staubstromtemperaturen T«., T« ^und Drücke p-, p„ vor und nach dem Mischapparat ergibt sich nach Umrechnung der Gasdichten und -volumina in den Betriebszustand (Vq2» *?gi» 3g2^ ^^er M⁹³⁸⁶¹¹S^¹¹⁰¹¹¹ ^_K nach Gleichung (2)

•jr — »no / Γ 7 \ " ¹¹I^ ¹I". v2^

-1 · ^S

' P_n T₁ (2.1)

P T

⁽²·³⁾

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Bei höheren Systemdrüclcen und höheren Peststoffkonzentrationen im Dichtstrombereich genügt eine einfache Temperatur- und Druckmessung, d· h·, daß dann die Wärmekapazität des Feststoffes, soweit Überhaupt Peststoff und Gas unterschiedliche Temperaturen besitzen, Überwiegt, daß die Entspannungseffekte vernachlässigt und daß somit

. P₂,

gesetzt werden können· PUr den Massenstrom kv folgt damit vereinfacht:

'G₂ · ——ϊ-2². H². 1_G2_ (3)

G2^} ' ⁽ff1

^P2

Diese Gleichungen werden mittels eines Mikroprozessors während des Betriebsregimes kontinuierlich nach Eingabe der Meß größen (T, p, V_G(N), f_f1, £_f2) und Pestwerte ( f_K, ^ _G(N)) ausgewertet»

Zur Erzielung einer hohen Meßgenauigkeit des Massenstromes m muß die Injektionsgasmenge Vqyjjn, die von der Höhe des Systemdruckes ρ und des Massenstromes abhängt, so gewählt werden, daß damit bis zu ^ _f g-Werten von P _{f 2} ** 0,6 · ^ _s

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( q_g gleich Schuttdichte) ein Dichtesprung von ^ 100 kg/m^ erzielt wird·

Auaführungsbeispiel

Die Erfindung wird an 3 Ausftihrungsbeispielen erläutert· In der Zeichnung zeigen:

Fig· 1: Vereinfachtes Blockschema der Massenstrommessung aus einem Dosiergefäß bei erhöhtem Systemdruck·

Fig. 2: Vereinfachtes Blockschema der Massenstrommessung aus einem Bunker·

Fig· 3: Vereinfachtes Blockschema der Massenstrommessung im Förderrohr zu einer Hochofenwindform·

AusfUhrungsbeispiel 1:

Bei der Ausführung des Verfahrens nach Fig· 1 wird bei einem Betriebsdruck P₁ = 3,0 MPa aus einem Dosiergefäß 1 Kohlenstaub einer Korndichte q _K » 1400 kg/nr pneumatisch mittels Stickstoff der Normdichte ^_G(jj) = 1»25 kg/m³ über ein Förderrohr 3 gefördert· Zwecks Ermittlung des Massenstromes m^ werden in einem in dem Förderrohr 3 befindlichen Mischapparat 5 Injektionsgas 4 in Höhe von V(j(jn ^a 250 m (u)/^Q dem Staubstrom zugeführt und die Fließdichten vor und nach dem Mischapparat 5 radiometrisch mit einer Größe von 380 kg/m-³ und £_{f 2} ^s 280 kg/nr* gemessen·

Die Temperaturen vor und nach dem Mischapparat 5 seien an nähernd gleich und betragen T- ^ T« « 353 K.

Aus den angegebenen Gleichungen (2), (2*1), (2.2)* (2.3)

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folgt damit aus einem Prozeßrechner 2 ein Maasenstrom von , 10 t/h· Die Länge des porösen Rohrstückes des Mischapparates 5 beträgt bei einer lichten Rohrweite von 40 mm und bei einer Durchströmgeschwindigkeit von 5 cm/s ca. " 1 = 500 mm·

AusfUhrungsbeispiel 2:

Bei der Ausführung des Verfahrens nach Fig. 2 wird bei einem Überdruck von p.. β 0,15 MPa aus einem Bunker 1 Kohlenstaub einer Korndichte ^ ^ ^s 1400 kg/nr und einer Anfangsfließdichte $ f\ ^a 470 kg/m pneumatisch mittels Luft mit einer Gasnormdichte £ (J(U) ^β 1»293 kg/nr in ein Förderrohr 3 gefördert· Unmittelbar nach dem Bunkerauslauf wird dem Staubstrom liber einen Mischapparat 5 Injektionsgas 4 mit 29 nr/_w\/h zugegeben, so daß sich die Fließdichte Q ^₀ auf 280 kg/nr verringert und der Druck an der Meßstelle nach dem Mischapparat p« 0,10 MPa beträgt. Die Temperatur vor und nach dem Mischapparat 5 ist gleich und beträgt T₁ ^ T„ ^ ι 313 K.

Mittels eines Prozeßrechners 2 folgt damit unter Auswertung der Gleichungen (2), (2·1), (2·2), (2·3) ein Massenstrom von m_K =10 t/h. Die Länge des porösen Rohrstückes des Mischapparates 5 beträgt unter Voraussetzung einer lichten Rohrweite von 40 mm und einer Durchströmungsgeschwindigkeit von 5 cm/s 1 -β 750 mm,

Ausfuhrungsbeispiel 3:

Bei der Ausführung des Verfahrens nach Fig. 3 wird bei einem Überdruck von P₁ » 0,16 MPa aus einem Dosiergefäß 1 Kohlenstaub einer Korndichte ρ_v » 1400 kg/nr und einer Anfangsfließdichte q _f1 β 420 kg/m pneumatisch mittels Stickstoff mit einer Gasnormdichte Q_{1 Q},^ « 1,25 kg/m³ in Förderrohren gefördert, die zu den Windformen eines Hochofens fUhren.

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Unmittelbar nach dem Abgang vom Dosiergefäß 1 wird dem Staubstrom jedes Förderrohres 3 über einen Mischapparat 5 Injektionsgas 4 mit V_G/w) a 2,5 nr/_N%/h zugegeben, so daß sich die

Fließdichte ß ^« auf 300 kg/m·* verringert und der Druck an der Meßstelle nach dem Mischapparat 5 P₂ = 0,10 MPa beträgt. Die Temperatur vor und nach dem Mischapparat 5 ist gleich und beträgt T₁ ^ T₂ ~ 313 K.

Mittels eines Prozeßrechners 2 folgt damit unter Auswertung der Gleichungen (2), (2.1), (2.2) und (2.3) ein Massenstrom von m_K = 0,4 t/h Rohr. Die Länge des porösen RöhrstUckes des Mischapparates 5 beträgt unter Voraussetzung einer lichten Rohrweite von 10 mm und einer Durchströmgeschwindigkeit von 8 cm/s 1 a 126 mm.

Claims

23 2 49 0 4 9 Erfindungaanapruoh

1# Verfahren zur Ermittlung des Massenstromes feinkörniger Materialien, insbesondere beim Transport ataubförmiger und feinkörniger Brennstoffe sowie anderer in metallurgischen Prozessen eingeaetzter Stoffe beliebiger Featstoffkonzentration sowie beliebiger Betriebadrücke zu den Windformen dea Hochofens, zur Beheizung von Siemena-Martin-Öfen, Kupferachachtöfen und ähnlichen metallurgischen Aggregaten und in Metallbäder zum Zwecke des Prischens, Legierens, Raffinierens und ähnlichen metallurgischen Prozessen, gekennzeichnet dadurch, daß zur Ermittlung des zur Prozeßsteuerung wichtigen Massenstromea nur innerhalb eines Förderrohres ( 3 ) zur Herabsetzung der Fließdichte q _f1 auf ^_f2 ein Injektionsgas ( 4 ) stoßfrei über einen Mischapparat ( 5 ) zugeführt wird und daß die Fließdichte £_f1i der Systemdruck ρ-, die Temperatur T₁ unmittelbar nach einem Bunker ( 1 ) bzw· Dosiergefäß ( 1 ), jedoch vor dem Mischapparat ( 5 ) sowie die Fließdichte ξ_f2* ^{der s}y^0i;em" druck P₂, die Temperatur Tp nach dem Mischapparat ( 5 ) gemessen und gemeinsam mit den Festwerten der Feststoffkorndichte ο _K, der Gasnormdichte £₀(_Ν)» dem Meßwert des Injektionsgasstromes Vq/jjn ( 4 ) einem Prozeßrechner ( 2 ) eingegeben werden, der den Maaaenatrom m_K nach den gefundenen Berechnungaformeln (2), (2.1), (2,2), (2.3)

¹K ^{β V}G2

~ Zr< U

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei der Förderung aus einem fluidisieren Dosiergefäß ( 1 ) mit mehreren, parallelen Förderrohren ( 3 ) die Dichte ρ _f1 nur in einem Förderrohr ( 3 ) gemessen und dieser Meßwert fUr alle anderen Förderrohre als P^ für die Massenstromermittlung eingesetzt wird.

(2.1)

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Ϊ2 . h (2.3)

ermittelt.

(2)

3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß insbesondere bei der Dichtstromforderung ( £>£₂ > 160 kg/m ) und/oder bei höheren Betriebsdrucken (p₂ > 0,6 MPa) der Temperaturunterschied T₁ zu Tg und der Entspannungseffekt P₁ zu p₂ vernachlässigbar sind und die Berechnungsgleichungen (3), (3.1), (3.2)

G2^} (3)

f1 ~ 9 f2⁾

v_G2 - v_G(N) . ä . !2 ⁽³·²⁾

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verwendet werden, wobei die Meßwerte Tp, p₂» Vq2* ^ G2 der Meßstellen nach dem Mischapparat ( 5 ) in den Prozeßrechner ( 2 ) eingegeben werden.

4· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Pkt· 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Mischapparat ( 5 ) mit einem porösen, gasdurchlässigen, staubsperrenden Filterrohr ausgerüstet ist, das aus Sintermetall besteht, wobei der Innendurchmesser des Filterrohres des Mischapparates ( 5 ) nicht erweitert oder verengt, sondern gleich dem des Förderrohres ( 3 ) ist und die Länge des Filterrohres so bemessen ist, daß das Injektionsgas ( 4 ) diffusionsartig, d. h. mit einer Geschwindigkeit έ 10 cm/s in den Staubstrom gelangt.

5. Vorrichtung nach Pkt« 4, gekennzeichnet dadurch, daß das poröse, gasdurchlässige, staubsperrende Filterrohr des Mischapparates ( 5 ) aus kunstharzgebundenem Kies besteht.

Hierzu._JL„.Seiten Zeichnungen