Projekt 09330/01

Entwicklung eines kostengünstigen Staubmeßgerätes

Projektträger

F.O.S. Filtertechnik GmbH W. Orwat & St. Spanner GmbH
Am Vatheuershof 19
59229 Ahlen
Telefon: 02382/909-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die gesetzlich vorgeschriebene Überwachung und Einhaltung von Emissionsgrenzwerten fordert oftmals die kontinuierliche und quantitative Erfassung der Staubkonzentration hinter filternden Abscheidern. Derzeit auf dem Markt befindliche Staubmeßgeräte stellen aufgrund des Preises keine kostengünstige Lösung dar. In diesem Projekt wurde daher ein kontinuierlich arbeitendes Staubmeßgerät entwickelt, daß insbesondere preisgünstig in Anschaffung und Wartung ist.
Zielgruppen für den Einsatz des Staubmeßgerätes sind Anbieter und Betreiber von Entstaubungsanlagen. Anbieter können ihre Produktpalette um ein Meßgerät erweitern, das aufgrund der robusten, wartungsarmen Ausführung und des geringen Preises neue Einsatzgebiete erschließt.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAuf den Erfahrungen der Kunden der Firma F.O.S. aufbauend, wurde die Grundausstattung eines praxisgerechten und kostengünstigen Basismodells des Staubmeßgerätes festgelegt. Diese Daten sind in die Konzeption des ersten Labormusters eingeflossen. Des weiteren wurden die Geräteparameter des Labormusters definiert, wie z.B. Maße, Werkstoffe und elektronische Bauteile. Parallel zur Geräte- und Labormusterdefinition wurde eine Versuchsstrecke im Labormaßstab zur Erzeugung definierter Staubkonzentrationen aufgebaut. Der Versuchsaufbau besteht aus einem Strömungskanal, einem Partikelgenerator zur Erzeugung definierter Staubbeladungen und der notwendigen Meßtechnik für Volumenstrom, Druck, Temperatur und Staubkonzentration. Die Entwicklung der Auswerteelektronik des Staubmeßgerätes erfolgte mit Hilfe eines Simulationsprogramms am PC sowie durch den Aufbau eines Labormusters auf dem Steckbrett. Die einzelnen Komponenten der Schaltung konnten auf diese Weise nacheinander aufgebaut, simuliert und anschließend mit realen Bausteinen getestet werden. Zielvorgabe für die Schaltungsentwicklung war es, das vom Sensor erzeugte Signal von Störkomponenten zu befreien und derart aufzuarbeiten, daß ein kalibrierfähiges Ausgangssignal zur Verfügung steht. Zu diesem Zweck wurden hauptsächlichfrequenzselektive Filterschaltungen aufgebaut, unter Beachtung allgemeingültiger Entwurfs- und Stabilitätskriterien. Die Kalibrierung des fertiggestellten Prototyps erfolgte durch Vergleich mit einem Referenzverfahren nach VDI 2066. Die Praxistauglichkeit des neuen Staubmeßgerätes wurde während des Einsatzes an Filteranlagen mit Druckluftimpulsabreinigung ermittelt.


Ergebnisse und Diskussion

Das neue Staubmeßgerät erfaßt durch die ringförmige Ausführung des Sensors einen wesentlich größeren Meßquerschnitt innerhalb der Abluftleitung als bisher erhältliche Meßgeräte. Für den Einsatz des Staubmeßgerätes innerhalb verfahrenstechnischer Anlagen erwies sich die ursprünglich geplante Dimensionierung des Sensorrings mit einem Durchmesser entsprechend der Abgasleitung als nicht praktikabel. Ein im Durchmesser angepaßter und bündig eingebauter Sensorring hätte größere Umbaumaßnahmen und den Stillstand der Betriebsanlagen erfordert. Dazu bestand jedoch seitens der Betriebsführungen keine Bereitschaft. Aus diesem Grund wurde ein weiterer Sensorring angefertigt mit einem Innendurchmesser von 60 mm und einer Breite von 20 mm. Über eine Halterung kann dieser Sensor prinzipiell in jede Abgasleitung mit einem 3´´-Probenahmestutzen eingeführt werden. Gegenüber einem punktförmigen oder linienförmigen Meßquerschnitt besitzt auch der modifizierte Sensorring eine um Größenordnungen größere Meßfläche. Die Probenahme erfolgt dadurch repräsentativer.
Der Praxistest des Staubmeßgerätes erfolgte im Einsatzbereich von Schlauchfilteranlagen mit Druckluftimpulsabreinigung. Während der Messungen wurde als Teststaub u.a. Aluminiumoxid eingesetzt mit einer Korngrößenverteilung von: 89,2 % < 90 µm / 47,6 % < 45 µm / 22,9 % < 25 µm. Gemessen wurde auf der Reingasseite, hinter dem Nadelvlies. Der Signalverlauf am analogen Stromausgang (4 - 20 mA) des Staubmeßgerätes zeigt eindeutige Stromspitzen, die einer erhöhten Staubkonzentration unmittelbar nach dem Druckluftstoß der Abreinigung zuzuordnen sind. Die quantitative Bestimmung des Staubgehaltes im Abgas ist durch die Kalibrierung mit einem Referenzverfahren nach VDI 2066 möglich. Der Meßbereich liegt in Abhängigkeit von den Staubparametern im Bereich von ca. 0,1 mg/m³ bis 1000 mg/m³.
Das neue Staubmeßgerät wird in die Produktpalette von FOS aufgenommen. Aufgrund der guten und weitreichenden Kontakte von FOS und IUTA zu Anlagenbetreibern und Herstellern von Entstaubungsanlagen, ist mit einer weiten Verbreitung des Meßgerätes zu rechnen. Insbesondere der im Vergleich zu anderen Geräten geringe Preis wird die Akzeptanz für die Anschaffung durch kleine und mittlere Betriebe wesentlich erhöhen. Dementsprechend hoch ist das Potential zur Umweltentlastung, wenn das Meßgerät eingesetzt wird zur Einhaltung von Emissionsgrenzwerten und maximaler Arbeitsplatzkonzentrationen sowie zur internen Prozeßüberwachung, zur Produktrückgewinnung oder im Bereich des integrierten Umweltschutzes.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das Projekt wurde bereits mehrfach bei öffentlichen Seminaren durch IUTA vorgestellt. Darüber hinaus erfolgten Mitteilungen in den Firmenschriften von F.O.S. und IUTA sowie in den branchenüblichen Nummernzeitschriften.


Fazit

Das neue Staubmeßgerät kann branchenübergreifend in allen Bereichen eingesetzt werden in denen die Staubkonzentration gemessen werden soll. Aufgrund des Funktionsprinzips werden keine Einschränkungen bezüglich der Staubart oder des Einsatzortes gemacht. Insbesondere ist das Meßgerät für den Einsatz in Entstaubungsanlagen zur Überwachung der Staubemissionen in der Abluft sowie zur Überwachung maximaler Arbeitsplatzkonzentrationen geeignet. Darüber hinaus kann das Meßgerät als Signalgeber für Steuerungs- und Regelungseinheiten eingesetzt werden.