具有光學(xué)傳感器的粉塵管和用于測量粉塵組成的方法
【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)明涉及一種用于測量粉塵管中的粉塵性能的方法。
[0002] 在眾多自動化過程中，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?；匦诳諝庵械姆蹓m可以長時間地 漂浮并由此還可以以回旋的形式借助氣動操作的粉塵管將其與氣流一起運輸。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)組成的測量和監(jiān)控可以是有意義的。在燃 煤電廠中供應(yīng)煤粉時，煤的熱值是首要監(jiān)控的重要參數(shù)。熱值是針對在燃燒期間每單位質(zhì) 量的燃料所釋放的能量的量度。對煤粉而言，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間而變化，例如，當(dāng)電廠的標(biāo)稱功率全天 變化時。
[0004] 原則上，借助光學(xué)測量方法來監(jiān)控粉塵性能是所希望的。然而，由于管內(nèi)的光學(xué)探 頭暴露于強烈的磨損，因而在粉塵管內(nèi)進行光學(xué)測量是非常困難的。尤其在輸送煤粉時，粉 塵管的壁上發(fā)生非常強烈的磨損，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 僅存在反射測量的可能性，其中將測量探頭與粉塵管內(nèi)壁齊平地布置。然而，此時磨損還是 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。因為所有可燃燒的粉末如 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 測量方法，例如電測量方法。
[0005] 本發(fā)明的目的在于，提供一種用于輸送粉塵的粉塵管，其具有至少一個光學(xué)傳感 器，該粉塵管避免了上述缺點。本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種用于測量粉塵管中的粉 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所述的方法來實現(xiàn)的。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的用于在自動化過程中輸送粉塵的粉塵管包括至少一個用于監(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 一個用于將粉塵從光學(xué)傳感器去除的進氣噴嘴。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的粉塵管能夠?qū)崿F(xiàn)的是，使粉塵例如氣動地通過該粉塵管來輸送并且 與此同時，于正進行的工藝期間通過光學(xué)測量來監(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，所述測量在輸送管道的機械保護區(qū)域中進行。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)于從輸送流中自動采樣。在借助光學(xué)傳 感器測量光學(xué)參數(shù)之后，通過運行本發(fā)明的粉塵管的至少一個進氣噴嘴，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 再次用于另外的測量。如此設(shè)計的粉塵管還能夠以簡單的方式來進行粉塵光學(xué)參數(shù)的重復(fù) 測量，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)點在于，光學(xué)參數(shù)的測量可以無接觸地進 行，這意味著，該粉塵管可被配置成防爆環(huán)境。這尤其對于可燃粉塵如煤粉、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 粉塵管是少維護的。
[0009] 在用于測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 助至少一個布置在粉塵管凹槽中的光學(xué)傳感器來測量粉塵的光學(xué)性能。接下來，借助至少 一個布置于凹槽中的進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)點類似于本發(fā)明的粉塵管的優(yōu)點。
[0010] 本發(fā)明的粉塵管的有利的實施方式和擴展來自于權(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量反射的傳感器，其包括至少一個探頭體和光學(xué)窗口。 在此，探頭體充當(dāng)光學(xué)測量裝置的支撐體，并且光學(xué)窗口構(gòu)成了光學(xué)傳感器與待測量的樣 品體積（即包含在凹槽中的粉塵）之間的接口。測量反射性能之所以是有利的，因為大多 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，這是因為在持續(xù)運行中，凹槽內(nèi)經(jīng)保護的環(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用于將光線發(fā)射到光學(xué)窗口的光源、至少一個用于 測量光線的光電探測器和至少一個光波導(dǎo)（Lichtwellenleiter)。在此，所述至少一個光波 導(dǎo)用于將光線從光源傳輸至光學(xué)窗口并用于將待測量的光從光學(xué)窗口引導(dǎo)至光電探測器。 對光學(xué)測量有利的波長區(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)域中測量時，有利的是所述 至少一個光波導(dǎo)包括氟化物光纖和/或藍寶石光纖。光學(xué)傳感器還可包括兩個或多個光波 導(dǎo)。
[0013] 光學(xué)傳感器可包括至少一個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)域以耦合進光學(xué)窗口中?？商娲鼗蝾~外地，在光學(xué) 窗口與光電探測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 量。
[0014] 可替代地或額外地，光學(xué)傳感器可包括至少一個用于通過傅里葉分析來計算出光 線的光譜分量的元件。該實施方式尤其在應(yīng)用紅外光的情況下是有利的。用于計算出光譜 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，以便在探測器上獲得取決于該路徑長 度的測量信號。通過對所獲得的干涉圖進行傅里葉轉(zhuǎn)換，可以計算出光線的光譜分量。
[0015] 在粉塵管的凹槽中可布置多個進氣噴嘴。該進氣噴嘴可以這樣構(gòu)建，以便該進氣 噴嘴可以相對于粉塵的輸送方向以至少兩個不同的角度將空氣或另一種非易燃性氣體吹 入凹槽中。使用多個進氣噴嘴和從多個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，在進氣噴嘴之一失 效的情況下，一個或多個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 進氣噴嘴不是同時運行的，而是在多個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