具有光學(xué)傳感器的粉塵管和用于測(cè)量粉塵組成的方法
【專利說明】具有光學(xué)傳感器的粉塵管和用于測(cè)量粉塵組成的方法
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于輸送粉塵的粉塵管，其具有至少一個(gè)用于監(jiān)控粉塵性能的光 學(xué)傳感器。另外，本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量粉塵管中的粉塵性能的方法。
[0002] 在眾多自動(dòng)化過程中，使用粉塵管來輸送粉塵，其中要么將粉塵定向地輸送至 其應(yīng)用地要么另外將其從其產(chǎn)生地運(yùn)走。在下文中，粉塵被理解為固體顆粒的聚合體 (Ansammlung)，其粒徑顯著小于1mm，通常小于100 ym。回旋在空氣中的粉塵可以長時(shí)間地 漂浮并由此還可以以回旋的形式借助氣動(dòng)操作的粉塵管將其與氣流一起運(yùn)輸。這樣的粉 塵管的最重要的應(yīng)用是在燃煤電廠中，其中經(jīng)由粉塵管將經(jīng)磨細(xì)的、粒徑通常為最大〇.5_ 的煤粉供入燃燒器。然而，還存在另外的自動(dòng)化過程，其中經(jīng)由粉塵管輸送大量粉塵，例如， 在食品制造中供應(yīng)面粉、可可粉或淀粉時(shí)或者在材料加工過程中去除木材粉塵和金屬粉塵 的過程。
[0003] 對(duì)于很多這樣的過程而言，期望監(jiān)控所輸送的粉塵的組成。出于質(zhì)量控制和過程 監(jiān)控的理由，平均顆粒尺寸、水分含量和其它化學(xué)組成的測(cè)量和監(jiān)控可以是有意義的。在燃 煤電廠中供應(yīng)煤粉時(shí)，煤的熱值是首要監(jiān)控的重要參數(shù)。熱值是針對(duì)在燃燒期間每單位質(zhì) 量的燃料所釋放的能量的量度。對(duì)煤粉而言，該熱值尤其取決于煤粉的濕度、取決于煤粒的 化學(xué)組成并取決于煤粉的顆粒尺寸。在電廠的操作期間，所有這些參數(shù)應(yīng)當(dāng)保持在預(yù)定的 工藝窗口內(nèi)，其中所述預(yù)定的工藝窗口還可以隨時(shí)間而變化，例如，當(dāng)電廠的標(biāo)稱功率全天 變化時(shí)。
[0004] 原則上，借助光學(xué)測(cè)量方法來監(jiān)控粉塵性能是所希望的。然而，由于管內(nèi)的光學(xué)探 頭暴露于強(qiáng)烈的磨損，因而在粉塵管內(nèi)進(jìn)行光學(xué)測(cè)量是非常困難的。尤其在輸送煤粉時(shí)，粉 塵管的壁上發(fā)生非常強(qiáng)烈的磨損，因此具有敏感的光學(xué)窗口的光學(xué)探頭很快被損壞。已知 僅存在反射測(cè)量的可能性，其中將測(cè)量探頭與粉塵管內(nèi)壁齊平地布置。然而，此時(shí)磨損還是 較大。在正常工藝條件下清潔或更換探頭是極其困難且昂貴的。因?yàn)樗锌扇紵姆勰┤?煤粉、木粉、面粉、可可粉、淀粉和纖維素粉，原則上都是易爆的，所以這樣的粉塵管必須以 防爆的方式來操作。這排斥定期清潔、維修或更換光學(xué)探頭以及在粉塵管內(nèi)采用一些其它 測(cè)量方法，例如電測(cè)量方法。
[0005] 本發(fā)明的目的在于，提供一種用于輸送粉塵的粉塵管，其具有至少一個(gè)光學(xué)傳感 器，該粉塵管避免了上述缺點(diǎn)。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種用于測(cè)量粉塵管中的粉 塵的性能的方法。
[0006] 該目的是通過權(quán)利要求1所述的粉塵管和權(quán)利要求8所述的方法來實(shí)現(xiàn)的。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的用于在自動(dòng)化過程中輸送粉塵的粉塵管包括至少一個(gè)用于監(jiān)控粉 塵性能的光學(xué)傳感器。所述光學(xué)傳感器被設(shè)置在粉塵管的凹槽中，其中所述凹槽配有至少 一個(gè)用于將粉塵從光學(xué)傳感器去除的進(jìn)氣噴嘴。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的粉塵管能夠?qū)崿F(xiàn)的是，使粉塵例如氣動(dòng)地通過該粉塵管來輸送并且 與此同時(shí)，于正進(jìn)行的工藝期間通過光學(xué)測(cè)量來監(jiān)控粉末組成。將光學(xué)傳感器布置在粉塵 管的凹槽中減少了該傳感器的磨損，原因是該傳感器并沒有直接暴露于輸送流的主通道中 的磨損力。相反，所述測(cè)量在輸送管道的機(jī)械保護(hù)區(qū)域中進(jìn)行。在通過該粉塵管輸送粉塵 期間，粉塵管的凹槽主要由粉塵填充。該填充相當(dāng)于從輸送流中自動(dòng)采樣。在借助光學(xué)傳 感器測(cè)量光學(xué)參數(shù)之后，通過運(yùn)行本發(fā)明的粉塵管的至少一個(gè)進(jìn)氣噴嘴，以通過吹入空氣 使凹槽在很大程度上清空粉塵，可將該樣品體積再次清空。之后，由此暴露的傳感器表面可 再次用于另外的測(cè)量。如此設(shè)計(jì)的粉塵管還能夠以簡(jiǎn)單的方式來進(jìn)行粉塵光學(xué)參數(shù)的重復(fù) 測(cè)量，以便由此確定粉塵的組成和其它性能，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)例如監(jiān)控預(yù)定的工藝窗口的 合規(guī)性（Einhaltung)。本發(fā)明的粉塵管的另一優(yōu)點(diǎn)在于，光學(xué)參數(shù)的測(cè)量可以無接觸地進(jìn) 行，這意味著，該粉塵管可被配置成防爆環(huán)境。這尤其對(duì)于可燃粉塵如煤粉、面粉、可可粉、 淀粉和纖維素粉是有意義的。另外，由于光學(xué)傳感器在粉塵管的凹槽中的低磨損，本發(fā)明的 粉塵管是少維護(hù)的。
[0009] 在用于測(cè)量粉塵管中的粉塵性能的本發(fā)明的方法中，通過粉塵管來輸送粉塵。借 助至少一個(gè)布置在粉塵管凹槽中的光學(xué)傳感器來測(cè)量粉塵的光學(xué)性能。接下來，借助至少 一個(gè)布置于凹槽中的進(jìn)氣噴嘴通過吹入空氣將粉塵從光學(xué)傳感器中去除。本發(fā)明的方法的 優(yōu)點(diǎn)類似于本發(fā)明的粉塵管的優(yōu)點(diǎn)。
[0010] 本發(fā)明的粉塵管的有利的實(shí)施方式和擴(kuò)展來自于權(quán)利要求1的從屬權(quán)利要求。相 應(yīng)地，粉塵管可額外具有以下特征：
[0011] 光學(xué)傳感器可以是用于測(cè)量反射的傳感器，其包括至少一個(gè)探頭體和光學(xué)窗口。 在此，探頭體充當(dāng)光學(xué)測(cè)量裝置的支撐體，并且光學(xué)窗口構(gòu)成了光學(xué)傳感器與待測(cè)量的樣 品體積（即包含在凹槽中的粉塵）之間的接口。測(cè)量反射性能之所以是有利的，因?yàn)榇蠖?數(shù)粉塵在紅外和可見光區(qū)域中幾乎不透明，而在部分波長處具有相對(duì)高的反射系數(shù)。其中 光學(xué)窗口和探頭體能夠相互分開的實(shí)施方式也是特別有利的，例如以便于在可能磨損的情 況下將該組件相互分開地更換和/或清潔，這是因?yàn)樵诔掷m(xù)運(yùn)行中，凹槽內(nèi)經(jīng)保護(hù)的環(huán)境 中同樣也能發(fā)生光學(xué)傳感器組件的磨損和/或污染。
[0012] 光學(xué)傳感器可以包括至少一個(gè)用于將光線發(fā)射到光學(xué)窗口的光源、至少一個(gè)用于 測(cè)量光線的光電探測(cè)器和至少一個(gè)光波導(dǎo)（Lichtwellenleiter)。在此，所述至少一個(gè)光波 導(dǎo)用于將光線從光源傳輸至光學(xué)窗口并用于將待測(cè)量的光從光學(xué)窗口引導(dǎo)至光電探測(cè)器。 對(duì)光學(xué)測(cè)量有利的波長區(qū)域是光譜的可見光區(qū)域和紅外區(qū)域，特別地780nm至3 y m的近紅 外區(qū)域（NIR)和3 ym至50 ym的中紅外區(qū)域（MIR)。在紅外區(qū)域中測(cè)量時(shí)，有利的是所述 至少一個(gè)光波導(dǎo)包括氟化物光纖和/或藍(lán)寶石光纖。光學(xué)傳感器還可包括兩個(gè)或多個(gè)光波 導(dǎo)。
[0013] 光學(xué)傳感器可包括至少一個(gè)用于將光線分解成其光譜分量的元件。該元件例如可 以是光柵或棱鏡。尤其在應(yīng)用可見光時(shí)有利的是，在光源與光學(xué)窗口之間已將光線分解成 其光譜分量和/或選擇特定的光譜區(qū)域以耦合進(jìn)光學(xué)窗口中。可替代地或額外地，在光學(xué) 窗口與光電探測(cè)器之間將再次解耦的光分解成其光譜成分，以便能夠?qū)崿F(xiàn)波長選擇性的測(cè) 量。
[0014] 可替代地或額外地，光學(xué)傳感器可包括至少一個(gè)用于通過傅里葉分析來計(jì)算出光 線的光譜分量的元件。該實(shí)施方式尤其在應(yīng)用紅外光的情況下是有利的。用于計(jì)算出光譜 分量的元件例如可以是干涉儀，該干涉儀借助分束器將光源發(fā)出的光分成兩個(gè)相互干涉的 單光束。在此，持續(xù)改變所述分光束之一的路徑長度，以便在探測(cè)器上獲得取決于該路徑長 度的測(cè)量信號(hào)。通過對(duì)所獲得的干涉圖進(jìn)行傅里葉轉(zhuǎn)換，可以計(jì)算出光線的光譜分量。
[0015] 在粉塵管的凹槽中可布置多個(gè)進(jìn)氣噴嘴。該進(jìn)氣噴嘴可以這樣構(gòu)建，以便該進(jìn)氣 噴嘴可以相對(duì)于粉塵的輸送方向以至少兩個(gè)不同的角度將空氣或另一種非易燃性氣體吹 入凹槽中。使用多個(gè)進(jìn)氣噴嘴和從多個(gè)不同角度吹入氣體能夠?qū)崿F(xiàn)，使凹槽和置于其中的 光學(xué)傳感器，尤其是光學(xué)窗口，特別可靠地和可重現(xiàn)地清空粉塵。而且，在進(jìn)氣噴嘴之一失 效的情況下，一個(gè)或多個(gè)另外的噴嘴仍然能夠可靠地使凹槽清空粉塵。特別有利的是，所述 進(jìn)氣噴嘴不是同時(shí)運(yùn)行的，而是在多個(gè)噴嘴的情況下依次變換地吹入氣體。通過將沉積的 粉塵可控地輸送到粉塵管的輸送流中，這防止形成不利的回旋并且使得可靠的清潔成為可 能。
[0016] 光學(xué)傳感器可以是這樣的傳感器，其適