FORSCH U NGS SE RICHTE DES WIRTSCHAFTS- UND VERKEHRSMINISTERIUMS NORDRH E I N -WESTFALEN Herausgegeben von Staatssekretăr Prof. leo Brandt Nr.105 Or.-Ing. R. Meldau Auswertung von Gekorn - Analysen des Musterstaubes "Flugasche Fortuna 1" im Auftrage des Verein Deutscher Ingenieure, FachausschuB Staubtechnik Dusseldorf Ais Manuskript gedruckt Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 1955 ISBN 978-3-663-03251-9 ISBN 978-3-663-04440-6 (eBook) DOI 10.1007/978-3-663-04440-6 Forsohungsberiohte des Wirtsohafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen G I i e der u n g I. Vorwort. • • • · s. 5 11. Zusammenfassung der Vorversuche • S. 7 111. Richtlinien anderer Stellen für solche Versuche und deren Auswertung • • •• S. 10 IV. Richtlinien für die eigenen Untersuchungen der Arbeitsgemeinschaft ••••••••••• • • S. 11 V. Ergebnisse und Beobachtungen der Laboratorien •• S. 15 VI. Auswertung der Messungen • S. 22 VII. Zusammenfassung S. 26 . . . . . . VIII. Schlußwort • • S. 27 Seite 3 Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen Ie Vor w 0 r t Diese Arbeit ist ein allgemein verständlicher Auszug aus einer speziell fachlichen Zusammenstellung von Meßergebnissen und deren Auswertung. Eingeklammerte Zahlen hinter den Abbildungsnummern in dem vorliegenden Forschungsbericht beziehen sich auf den ausführlichen Fachbericht, in dem diese Abbildungen mit diesen Zahlen gekennzeichnet sind. Bekanntlich ist der Anteil der Flugasche in der Luft der Umgebung von Industriewerken häufig Gegenstand von Untersuchungen gewesen, die einer seits die staubtechnischen Eigenschaften feststellen, andererseits aber auch die Bestandteile identifizieren sollten. Da dieses Problem für die moderne Lufthygiene eine bedeutende Rolle spielt, hat der "Fachausschuß für Staubtechnik" im Verein Deutscher Ingenieure (VDI) als Träger der Staubforschung auf dem gesamten technischen Gebiet, gestützt auf die be währte Mitarbeit einer Reihe privater Laboratorien eine Koordinierung solcher Untersuchungen vorgenommen. Es wurden Vergleichsmessungen des Kornaufbaues einer Flugasche des Kraft werkes "Fortuna In der Rheinisch-Westfälischen Elektrizitätswerke (RWE) durchgeführt. Das Ziel war, einheitliche Meßverfahren für den in der Pra xis häufigen und schwierigen Sonderfall der Flugaschenuntersuchungen zu entwickeln und gleichzeitig die staubtechnischen Daten dieses Versuches zu ermitteln. Bisher war es üblich, daß jedes Laboratorium bei solchen Untersuchungen nach den jeweils am günstigsten erscheinenden Methoden arbeitete. Die verschiedene Wahl der Geräte für die Windsichtung und die Anwendung ver schiedener Schlämmflüssigkeiten zum Beispiel unterschieden allein schon den Verfahrensweg der einzelnen Laboratorien. Eine wissenschaftliche Aus wertung der Untersuchungsbefunde von Flugascheproben, wie Proben aller Art, hat jedoch immer die Anwendung gleicher Methoden zur Voraussetzung, sonst sind die Ergebnisse nicht vergleichbar. Man einigte sich bei der Zusammenarbeit daher auf einen bestimmten Verfahrensgang, ließ den einzel nen Laboratorien aber die Möglichkeit, nach anderen Methoden Untersuchun gen zusätzlich zu machen, um feststellen zu können, welche Methoden des vereinbarten Arbeitsprogrammes noch verbesserungsbedürftig erschienen. So sollte eine Arbeitsgrundlage für die Industrie ermittelt werden, die Seite 5 Forsohungsberiohte des Wirtsohafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen es einmal gestattet, die Entwicklung der Abscheideanlagen günstig zu be einflussen, die zum anderen aber auch im Endergebnis gestattet - gestützt auf die apparative Vervollkommnung der Abscheideanlagen - den Staubgehalt der Industrieluft wesentlich herabzusetzen. Außerdem gereichen die Untersuchungen dadurch zum praktischeft Nutzen, daß, da die Korngrößenzusammensetzung einer Probe eines beliebigen staubförmi gen Produktes ein unentbehrliches Kennzeichen dieser Probe ist, bei Nutz produkten jeweils bestimmte Korngrößen für technische Zwecke nutzbar ge macht werden können. Seite 6 Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen 11. Z usa m m e n f ass u n g der Vor ver s u c h e Zunächst wurden einmal ohne spezifische Koordinierung der Arbeiten Vor versuche angestellt. Hierzu stellten sich 13 Laboratorien zur Verfügung, die insgesamt 39 Ergebnisse mitteilten, von denen 30 ausgewertet wurden. Bei diesen Einzeluntersuchungen wurden die verschiedensten Untersuchungs verfahren angewandt. Die Untersuchungsverfahren seien hier kurz skizziert: 1. Sedimentationsanalyse: Bestimmung der Teilchengröße durch Trennung mit tels der Absetzgeschwindigkeit. Auflockerung des Staubes in einer Flüs sigkeit und allmähliches Absetzen der Korngrößenanteile nacheinander je nach Korngröße. 2. Windsichtung zur Ermittlung von Kornkennlinien trockener Systeme. Aus sonderung der einzelnen Korngrößenanteile durch Ausblasen von Preßluft mit verschiedener Stärke in ein Glasrohr. 3. Zentrifugalsichter: gleiches Prinzip wie 2), nur Anwendung der verschie den gestuften Umdrehungsgeschwindigkeiten. 4. Schlämmsiebung: gleiches Prinzip wie 2), nur statt Anwendung von Luft Anwendung von Flüssigkeiten. 5. Aräometer-Methode: Dichtebestimmung der mit Kornfraktionen beladenen Flüssigkeiten. 6. Mikroskopische Beobachtungen: Auszählen der Korngrößen unter dem nor malen Lichtmikroskop (Körnermethode). Zu der Verschiedenheit der Untersuchungsverfahren kam dann noch die An wendung sehr unterschiedlicher Schlämmflüssigkeiten, die einen bestimmten Einfluß auf das Ergebnis zeigten. Die graphische Darstellung aller Ergeb nisse der Vorversuche ist aus der Abbildung 1 ersichtlich. Sie zeigt deut lich die große Streuung der Meßergebnisse, die sich in erster Linie auf die Anwendung verschiedenster Schlämmflüssigkeiten zurückführen läßt. 1, Abbildung 2 zeigt das Mittel aus den Einzelmessungen in Abbildung da bei wurden die ganz aus dem Rahmen fallenden Ergebnisse nicht berücksich tigt. Um die Streuung dieser Analysenergebnisse einzuengen, beschloß die betei ligte Arbeitsgemeinschaft, diese meßtechnischen Untersuchungen am Muster- Seite 7 I I I 10000 99,' 30 11 : I I 3 ! 11 2 11I I I 0.5 10000 li * I 1 L I 1 I I 1111.1 I I I t+ 1'1 1 I I I111 I I I I I 040005000 1 I 1 I I 00 I I I 30 en I II I I I I I 2000 nalys A 11.11 I I I I I I I I llll I 111 I I I I 1000 aller 1 t I I I I I I 11111 I I I 11111 I I I I 111 ! I I 'I I 300.40() Dl nd Kurven I I u ~ II I ! I S l I te m) 11I I I I! I 111 I I I 100 (1) Mit d rngröße in 6u (mso rr I 1 I 1I~ I ! I I I I I I -f I 1 ' I "( II11I II11 I I : I tot-I I 1t I I I I I I I i I so 70 30 40 1 b i 1 dun g en "Fortuna I" Ko I I 1 I b ys 111 1 I 111 111 I I 10 A nal 3 h Y 11;H$1 1 1 I 1 I I I 11111 11 I ~±+= 1·1 1I I 1 I 1 I 3 4 5 feinheits-A 2 I 1 f~ i 1 I 2 Korn ! I I V e I d 0,3 0,4 O.S I IlllI III! I l I I I I I I I I I I I 11 I 111] i r I I I I I 111 111 i I I 1 I 1 I I I I I 0,3 0,4 0,5 1 Vergleichen I I 0,2 I I 1 I - = - = ~. 85 90 : , '" I I98 t99 99,5 0,1 u Korngröße d in 6(mm) so 3 0,. 0,5 I 2 3 4 5 10 20 30 40 100 200 300 400 500 1000 2000 3000 0l0005000 10000 -.. --.; _. -. " .. . . _ .• 'H::.:t:tJ."'-':I-~ ·-~~~-;:-.I.~' ~=t.-1-:t.:t.-t--1 .-99,9 ... _ ....... ------_. .-_.--_ .. -I---+-I--~t-_L_ --.'J:~!.J~t:t" ------r-_.LTA--t~Ei:L. ~~~~.J':-_t::t-i--~ _-4.-.• . __ . :. :: :-:": ; .. :-. :':'.-.-. .~ ::'~::.'l--:{::t~i ~.-:,~.\-t~,':;~~i~~1:~1~1.H~~:.,~:,:.:;~ ~~~: ::~:':. :~. ~~.~ ~," :~,5 .' Mittel aus Sedimentations-Analysen ~ aus Windsichtungen ~ttel ittel aus Gesamt-Analysen ,nahrscheinlicher Kurvenverlau _. 85 -+-. .: _ -.• _._ . .:.: --__ ... _ .. .. .. _ "~=:f'4S ~~-=-::: .0 -.~_. _~~ ~_.~~.= ~-c-~~~~~~_' ::~1; ~~~;.~~. ;:;',_~'=c: r~ ~f "::F: : 3S :=L .. =_._ ,..._ __ . __ _ __,..= tt "00,_,= c-;d': ; --30 -. I=:--=t.-:::-:.: '. _+ r::::::-....:=:: .-..... I-'----t f---. >-~!:-:: g-~: Cf . r-..:'CC • ___ . '.J,..:: ~-.............-.~-r-~ 25 ........ ,----' . ._---•• r-__ ... --~ _-~.~ -.:::r-'. 1= -_ E:..::. .::;; ...... :f:':::" t--t"-'-I~"-~ ~ ~ -,:.;.~~=!._f..:._::t=i_':j: -..t ::-+-' -I--• ..,---' -:-r: 1-+ -+++ -.--:-=x:::-_ -t:+=t-.:i=.:t=;1; +--_.-f .-1--. . . . -<-----.. _ _ _ .:=:=.:.t: 20 --&-jf~ · .. i=-:=.I-.1=,. t--!' -~-~~:. ~~::t 1--_ .. -.. __ -1--+ --------+---'-~-:' L""1:t. -=1 .::....::.:j: ...... ,. I--...._.-t-1---'-1-... ... -+-·1-++' 1--.-.1--.. -f-·-I-'-.. --'-.. -;-.. 1 15 ',---+-I-t->-.t--t-~ =+= _.-.-~*Ji-' ,-I--i--+--. , .. • 1---., ~t ---=----+=-H-----+--+--t-t.. -t-. -,..... r r ~ 11 I-'1',--T T -T 1-,- I 1 1 I ! 111 1 I I I LtHJ I 1 I ! I 1 11111 ! ;! ! i j 11 i i i ,.-1 11111 : 1111 11111 ~ i r I I i 3 1; . tt 1 i r· . 11 r I I I I I I I·J I I ; i "':2 i .. + -'-. ' H-~+-.. . : -t. " " '1""' +----------J-:.-. _. t-+ -... --4-+, ~ 1--.-t ., ---+-, -1-4·· --! +.1-:---I-' : . H---.... ! -i--i-~. 'I--'I-I-~-+--;-'-+-1 t-,; I I 1.1 I I I I 1.1 I I I : I-. I-I 1-1---1-I I'. I ± ~ ~ J . I f -.-_.f-. ~_. +;-~~4-~ -1-. ---4-r~~~~~~~-1-+~~t4~~~~~tt~~jj~~=i~~~~tJJUJI~'-·=·~I-[=-~-~ft~j"J~~Jj-~i3jjrrt -r -'-' , 0,5 so s 3 0,4 0,5 2 3 .. 20 10 30 40 :li:lo 100 300 400 500 1000 2000 3000 0lO0O 5000 10000 A b b i 1 dun g 2 (2) Vergleichende Kornfeinheits -Analysen "Fortuna I" 0,1 0,2 0, ~ 0,1 --.-. . ~~-r---~,5 ~~ -;'~: ~~, ~':... .. 5 10 15 =-=c....; -.. 55 •. "'=.-.-_--== ~ 6S _:...-.. ,;~7,.. -=--'--F~ 70 -:: - 7S so 8S '1 I I I : 1 r-~o.0,1 0,2 0, Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen staub "Flugasche Fortuna In fortzusetzen. Es wurden für diese Hauptunter suchungen vorläufige Regeln aufgestellt für die Art der Windsichtung und der Sedimentationsanalyse. Mit Hilfe dieser Präzisierung und Normung der Versuche auf diese beiden Verfahren wurde in freiwilliger Zusammenarbeit vieler Laboratorien ein vom Labor der "Lurgi Apparatebau-Gesellschaft m.b.H." Frankfurt/Main jeweils an alle beteiligten Laboratorien verteiltes Muster des Gesamtstaubes untersucht. 111. R ich t 1 i nie n a n der e r S tel 1 e n für sol c h e Ver s u ehe und der e n Aus wer tun g 1. Zementindustrie Die Richtlinien der Zementindustrie legen die Bedingungen fest, die bei der Bestimmung der Kornverteilung von Ofenstäuben angewendet werden. Die Kornverteilung wird in Flüssigkeiten durch Sedimentation ermittelt. Nach den Erfahrungen des Forschungsinstitutes hat sich Cyklohexanol und Chinolin bewährt. Als Pipette-Gerät dient ein abgeändertes Andreasen Pipettiergefäß. Zur Untersuchung auf Kornfeinheit soll der Durchgang durch das Sieb 2 0,06 DIN 1171 (10 000 Maschen/cm ) genommen werden. Der Staub wird vor dem Sieben bei 1000C getrocknet. 2. Keramische Industrie Die keramische Industrie bedient sich des Verfahrens nach ANDREASEN *). Besonderer Wert wird auf die richtige Probeneingabe und auf das Disper sionsmittel gelegt. Als Sedimentationsflüssigkeit wird destilliertes Wasser vorgeschlagen, um den Einfluß von Salzen und Härtebildnern zu um gehen. Um die Probe in den besten Dispersionszustand zu überführen, gibt es eine Reihe aggresiv wirkender Dispergatoren, von denen Natriumpyro phosphat sehr allgemein verwendbar ist. Die eigentliche Korngrößenanalyse verläuft wie üblich. 3. Normblattentwurf Es soll ein Normblatt entwickelt werden, das nur das Rosin-Rammler-Kör nungsnetz enthält. *) Vgl. Ber. DKG. und VDEfa., 28 (1951) Nr. 9, S. 496 Seite 10 Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen Die Gütevorschriften für staubförmige Stoffe stützen sich auf die Angabe von Korngrößenverteilungen und die rechnerische Ermittlung der spezifi schen Oberfläche des Gekörns anhand von Oberflächentafeln. Da die Körnungskennlinien und die Rückstandskennlinien wenig einprägsam sind und durch Zahlenwerte schlecht festgehalten werden können, wurde ein Netz entwickelt, in dem sogenannte "RRS-Geraden" eingetragen werden. Dieses Netz mit der RRS-Gerade liefert zwei Kennwerte: Einmal den äquivalenten Durchmesser des Kornes bei der Rückstandssumme % von 36,8 und zum anderen den Einheitlichkeitsgrad n. Diese Kennwerte benötigt man zur Berechnung der spezifischen Oberfläche. Die Praxis hat gezeigt, daß die ermittelten Korngrößen in diesem Netz als RRS-Gerade erscheinen mit kleinen S-förmigen Abweichungen. Systematische Abweichungen, Ausfallkörnungen und Gleichkornsprung können ausgeglichen werden. Mit Hilfe von vier Grundtypen von Körnungskennlinien ist es gelungen, Be griffe zu schaffen, um auftretende Verteilungen qualitativ und quantita tiv zu erklären. Zur graphischen Ermittlung der geometrischen spezifischen Oberfläche eines Haufwerks, dessen Kornverteilung eine RRS-Gerade ergibt, hat E. RAMMLER eine Integration angegeben. S. KIESSKALT wertete die Tafeln um und stell te sie übersichtlicher dar. IV. R ich t 1 i nie n für die e i gen e nUn t e r - s u c h u n gen der A r bei t s g e m ein s c h a f t Für die Gemeinschaftsarbeit der Laboratorien werden folgende vorläufige Regeln für diese Untersuchungen aufgestellt: "Vorläufige Regeln" Arbeitsmerkblatt zur Versuchsreihe der Gekörn-Analysen des Musterstaubes "Flugasche Fortuna I". A. Herkunft des Musterstaubes Durch die LURGI Apparatebau-Gesellschaft m.b.H., Frankfurt/Main, wurden am 15.11.1951 etwa 30 kg Staub am rechten Elektrofilter-Staubbunker (2. Feld) hinter dem Steinmüller-Kessel des Werkes Fortuna I des Seite 11