DD209509A1

DD209509A1 - DEVICE FOR THE OPTICAL MONITORING OF HIGH-TEMPERATURE PRESSURE REACTORS

Info

Publication number: DD209509A1
Application number: DD24322882A
Authority: DD
Inventors: Roland Bianchin; Werner Franke; Christian Riedel; Peter Goehler; Guenther Berndt; Rolf Mangler
Original assignee: Freiberg Brennstoffinst
Priority date: 1982-09-14
Filing date: 1982-09-14
Publication date: 1984-05-09

Abstract

Die erfindungsgemaesse Vorrichtung wird vorzugsweise zur Ueberwachung von Reaktoren bei der Vergasung staubfoermiger Brennstoffe unter hohem Druck oder bei der Synthesegaserzeugung durch Partialoxydation von fluessigen oder gasfoermigen Kohlenwasserstoffen angewendet. Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Ueberwachungsvorrichtung, die staendige Messungen erlaubt, einen grossen Blickwinkel garantiert und die unkompliziert aufgebaut ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, speziell fuer die Vergasung staubfoermiger Brennstoffe eine Vorrichtung zu schaffen, die Gefahrensituationen infolge Undichtigkeiten sich er ausschliesst und von der Verwendung periskopartiger optischer Systeme ausgeht. Erfindungsgemaess sind handelsuebliche Sensoren in einem Gehaeuse hinter zwei druckfesten Fenstern angeordnet, wobei das Gehaeuse mit je einer Spuelgas-Zufuehrungsleitung, in die eine Drossel eingebunden ist, und einer Spuelgas-Abfuehrungsleitung, in der ein schnell wirkendes Absperrventil angeordnet ist, versehen ist und die Spuelgas-Zufuehrungsleitung vor der Drossel mit einem Druck der hoeher als der Reaktordruck ist, beaufschlagt wird.The device according to the invention is preferably used for the monitoring of reactors in the gasification of dusty fuels under high pressure or in the synthesis gas production by partial oxidation of liquid or gaseous hydrocarbons. The object of the invention is to provide a monitoring device that allows continuous measurements, guarantees a wide viewing angle and is uncomplicated. The invention has for its object, especially for the gasification dusty fuels to create a device, the risk situations due to leaks he excludes and emanates from the use of periscope-like optical systems. According to the invention commercial sensors are arranged in a housing behind two pressure-resistant windows, wherein the housing is provided with a respective Spuelgas Zufuehrungsleitung, in which a throttle is incorporated, and a Spuelgas Abfuehrungsleitung in which a fast-acting shut-off valve is arranged, and the Spuelgas Supply line upstream of the throttle at a pressure which is higher than the reactor pressure is applied.

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Vorrichtung zur optischen Überwachung von Hochtemperatur-DruckreaktorenDevice for optical monitoring of high-temperature pressure reactors

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Überwachung des Reaktionsablaufes in Hochtemperatur-Druckreaktoren, insbesondere in Reaktoren, in denen unter erhöhtem Druck Flammenreaktionen ablaufen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind dabei Reaktoren zur Vergasung staubförmiger Brennstoffe unter hohem Druck, Reaktoren zur Synthesegaserzeugung durch Partialoxydation von flüssigen und gasförmigen Kohlenwasserstoffen unter Druck sowie Druck-Brennkammern von Gasturbinen oder Kombi-Kraftwerken.The invention relates to a device for optically monitoring the course of the reaction in high-temperature pressure reactors, in particular in reactors in which flame reactions take place under elevated pressure. A preferred field of application of the invention are reactors for the gasification of pulverulent fuels under high pressure, reactors for syngas production by partial oxidation of liquid and gaseous hydrocarbons under pressure and pressure combustion chambers of gas turbines or combined cycle power plants.

Charakteristik der bekannten technischen LösungCharacteristic of the known technical solution

Bei einigen Verfahren zur Synthesegaserzeugung.aus festen Brennstoffen wird Kohlenstaub mit technischem Sauerstoff in einer Flammenreaktion zu einem CO- und H^-reichen Gas umgesetzt. Die sich nach Abschluß des Umsatzes einstellenden Gastemperaturen liegen oberhalb der Schmelztemperatur der mineralischen Bestandteile des Brennstoffes, so daß flüssige Schlacke anfällt. Eine typische Reaktionsendtemperatur ist z. B. 1500 ⁰C, wobei in der Flamme selbst Temperaturspitzen von 2000 ⁰C und mehr auftreten. Die Vergasung erfolgt vielfach unter einem Druck im Bereich zwi-In some solid-fuel synthesis gas production processes, coal dust is reacted with technical oxygen in a flame reaction to produce CO and H 2 -rich gas. The adjusting after completion of the conversion gas temperatures are above the melting temperature of the mineral constituents of the fuel, so that liquid slag is obtained. A typical reaction end temperature is z. B. 1500 ⁰ C, which occur in the flame itself temperature peaks of 2000 ⁰ C and more. The gasification is often carried out under a pressure in the range between

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Nach dem gleichen Grundprinzip verläuft die Erzeugung CO- und Hp-reicher Gase durch Partialoxydation von flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen, wobei Drücke bis zu 10 MPa üblich sind.According to the same basic principle, the production of CO- and Hp-rich gases proceeds by partial oxidation of liquid or gaseous hydrocarbons, with pressures of up to 10 MPa being usual.

Mir die Betriebsführung solcher Anlagen ist es erforderlich, Einrichtungen vorzusehen, mit deren Hilfe die im Reaktionsraum ablaufenden Vorgänge, wie Ausbildung der Flamme oder Schmelzfluß der Schlacke,visuell beobachtet werden können, und die es gestatten, optische Signale z. B_# für den nachweis der Existenz einer Flamme aus dem Reaktionsraum durch die Wandung des Druckreaktors herauszuführen·For me, the operation of such systems, it is necessary to provide facilities with the help of the processes running in the reaction chamber, such as formation of the flame or melt flow of the slag, can be visually observed, and allow optical signals z. B _# for the detection of the existence of a flame out of the reaction space through the wall of the pressure reactor

Optische Fenster sind unter diesen Bedingungen erheblichen Belastungen durch Wärmestrahlung, durch Einwirkung mineralischer Dämpfe in der Gasatmosphäre, insbesondere von Alkali-Dämpfen, die am Fenster sublimieren können, und durch Ablagerungen von Ruß bzw. von Schlacke-Partikeln oder Schlacke-Tröpfchen ausgesetzt. Sie müssen aber gleichzeitig dem erheblichen Innendruck widerstehen. Die Anordnung druckfester Söhaugläser birgt unter diesen Belastungen immer das Risiko, daß ein solches Glas zum Bersten kommt. Eine Entspannung des z. B. I500 ⁰C heißen, H₂- und CO-reichen Reaktorinhaltes durch ein solches zerstörtes Schauglas hätte aber katastrophale Folgen. Der Ausschluß einer solchen Möglichkeit ist deshalb ein wesentlicher Aspekt der Sicherheits-Philosophie für ein solches Verfahren»Under these conditions, optical windows are exposed to significant thermal radiation exposure, exposure to mineral vapors in the gas atmosphere, particularly alkali vapors which can sublime at the window, and deposits of soot, slag particles or slag droplets. At the same time they must withstand the considerable internal pressure. The arrangement of pressure-resistant Söhaugläser always carries under these loads the risk that such a glass comes to a burst. A relaxation of z. B. I500 ⁰ C hot, H ₂ - and CO-rich reactor contents by such a destroyed sight glass would have catastrophic consequences. The exclusion of such a possibility is therefore an essential aspect of the security philosophy for such a procedure »

Mit DE OS 22 62 351 ist eine Beobachtungseinrichtung für den Innenraum solcher Vergasungsreaktoren bekannt, in der ein druckfestes Schauglas im Küken eines Kugelhahnes untergebracht ist, der einen nach dem Innenraum des Druckreaktors offenen Stutzen in der Reaktorwand nach außen abschließt, Das Schauglas ist dabei so angebracht, daß esWith DE OS 22 62 351 an observation device for the interior of such gasification reactors is known, in which a pressure-resistant sight glass is housed in the chick of a ball valve, which closes an open after the interior of the pressure reactor nozzle in the reactor wall to the outside, the sight glass is mounted , that it

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dur.ch Drehen des Kükens kurzzeitig, während einer Beobachtungszeit, in die Achse des Beobachtungsstutzens geschwenkt werden kann, wahrend es in der übrigen Zeit vor der Einwirkung aus dem Reaktionsraum geschützt ist.dur.ch Turning the chick briefly, during an observation period, can be swiveled into the axis of the observation tube, while it is protected in the remaining time from the action of the reaction chamber.

Die Anordnung ist somit für kurzzeitige Beobachtungen bestimmt. Bedingt durch die zum Schütze des drucktragenden Reaktormantels notwendige feuerfeste Auskleidung oder die Innenkühleinrichtungen an der Wand ist der Abstand zwischen Schauglas und Reaktionsraum in der Regel so groß, daß der frei bleibende Sichtwinkel stark begrenzt ist, was eine zusätzliche Einschränkung des Anwendungsgebietes bedeutet.The arrangement is thus intended for short-term observations. Due to the need to protect the pressure-bearing reactor shell refractory lining or indoor cooling devices on the wall, the distance between sight glass and reaction space is usually so large that the free-standing viewing angle is severely limited, which means an additional limitation of the field of application.

Sine für eine spezielle Reaktorkonstruktion bestimmte Beobachtungseinrichtung für den Innenraum eines Reaktors zur Druckvergasung beschreibt DE OS 29 15 926. Das Beobachtungsrohr wird bei dieser Einrichtung mit einem Gas gespült. Es wird nach außen druckdicht durch eine druckfeste Linse bzw. eine druckfest gestaltete Kamera-Optik abgeschlossen. Für den Schutz des drucktragenden optischen Bauteils ist in dem Beobachtungsrohr ein Absperrorgan installiert, das - wie bei DE OS 22 62 361 - auf zeitweilige Beobachtung hindeutet. Die Lösung bietet nur einen sehr beschränkten Sichtwinkel. Vorkehrungen gegen die Auswirkungen eines Bruches z. B, der druckfesten Linse während der Beobachtung (z. B. hervorgerufen durch einen Druckstoß bei der Öffnung des genannten Absperrorgans) sind nicht beschrieben.Sine for a specific reactor construction certain observation device for the interior of a reactor for pressure gasification describes DE OS 29 15 926. The observation tube is purged with this device with a gas. It is sealed to the outside pressure-tight by a pressure-resistant lens or a pressure-resistant designed camera optics. For the protection of the pressure-bearing optical component, a shut-off device is installed in the observation tube, which - as in DE OS 22 62 361 - suggests temporary observation. The solution offers only a very limited viewing angle. Precautions against the effects of a break z. B, the pressure-resistant lens during observation (eg caused by a pressure surge at the opening of said obturator) are not described.

Es ist weiter bekannt, die aus dem Reaktionsraum kommenden optischen Signale noch innerhalb des Drucksystems mit geeigneten Sensoren in elektrische Signale umzuwandeln und diese Signale über Kabel nach außen zu führen. Damit kann auf ein drucktragendes Fenster bzw. eine drucktragende optische Linse ganz verzichtet werden (z. B, LI1D0RF, YDI-Berichte Hr. 112 (1966), Seite 56/57). BeiIt is also known to convert the coming out of the reaction chamber optical signals still within the printing system with suitable sensors into electrical signals and to lead these signals via cable to the outside. Thus, a pressure-bearing window or a pressure-bearing optical lens can be completely dispensed with (eg, LI1D0RF, YDI Reports, No. 112 (1966), page 56/57). at

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hohem Druck, beispielsweise 3 ICPa, schließt eine solche Lösung jedoch die Anwendung bestimmter Arten von Sensoren aus, weil ihre Haltbarkeit unter diesen Bedingungen nicht gegeben ist (z,B, als Vakuum-Röhre ausgebildete Sensoren für den Ultraviolett-Teil der Strahlung) oder weil der Druck zusätzliche Störsignale erzeugt«However, such a solution excludes the use of certain types of sensors, because their durability under these conditions is not given (z, B, formed as a vacuum tube sensors for the ultraviolet part of the radiation) or because the pressure generates additional interference signals «

Schließlich ist mit DD WP 76 055 eine Vorrichtung zur visuellen Beobachtung des Feuerraumes von Dampferzeugern bekannt, bei der in einem wassergekühlten Mantel ein Linsensystem angeordnet ist, das außerdem durch ein Spülgas vor dem Eindringen heißer Gase und Verschmutzungen geschützt wird. Die im Aufbau und Punktion einem Periskop entsprechende Vorrichtung wird durch die Wand des Feuerraumes geführt und gestattet einen relativ großen Blickwinkel, ist jedoch ausschließlich für den Einblick in Anlagen geeignet, die unter Normaldruck oder leichtem Unterdruck stehen.Finally, with DD WP 76 055 a device for visual observation of the combustion chamber of steam generators is known, in which a water-cooled jacket, a lens system is arranged, which is also protected by a purge gas from the ingress of hot gases and contaminants. The construction and puncture a periscope corresponding device is guided through the wall of the furnace and allows a relatively large angle, but is only suitable for the insight into plants that are under normal pressure or slight negative pressure.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung zur optischen Überwachung des Reaktionsablaufes in Hochtemperatur-Druckreaktoren, die ständige Messungen erlaubt, den Einsatz handelsüblicher Sensoren zur Wandlung der optischen in elektrische Signale gestattet, Gefahrensituationen bei Bersten drucktragender Fenster bzw» Linsen ausschließt und einen relativ großen Einblickswinkel ermöglicht,The aim of the invention is a device for optical monitoring of the reaction process in high-temperature pressure reactors, which allows continuous measurements, the use of commercially available sensors for converting the optical into electrical signals, excludes dangerous situations when bursting pressure-bearing window or »lenses and allows a relatively large viewing angle,

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur ständigen gefahrlosen optischen Überwachung des Reaktionsraumes in einem Hochtemperatur-Druckreaktor, speziell in einem Reaktor zur Vergasung von staubförmigen Brennstoffen unter einem Druck vorzugsweise zwischen 0,5 und 5 MPa, zu schaffen, wobei Gefahrensituationen infolge Undichtigkeit oder Bersten drucktragender Fenster durch ge-The invention has for its object to provide a device for continuous safe optical monitoring of the reaction space in a high-temperature pressure reactor, especially in a reactor for the gasification of dust-like fuels under a pressure preferably between 0.5 and 5 MPa, with hazardous situations due to leakage or bursting of pressure-bearing windows by

eignete, einfache Sicherheitsmaßnahmen verhindert werden und beliebige, handelsübliche Sensoren für die Aufnahme · und Wandlung optischer Signale eingesetzt werden können» Die Erfindung geht dabei von der Verwendung einer periskopartigen Vorrichtung aus, die durch eine Öffnung in Mantel und Auskleidung des Druckreaktors in den Reaktionsraum des Reaktors eingeführt ist, eine drucktragende fensteranordnung aufweist, die dem im Reaktor herrschenden Druck zu widerstehen vermag, und auf der reaktorabgewandten Seite der Vorrichtung ein Gehäuse für die Aufnahme von Sensoren besitzt, die die aus dem Reaktionsraum durch die Fensteranordnung kommenden optischen Signale in elektrische Signale wandeln.The invention is based on the use of a periscope-like device through an opening in the jacket and lining of the pressure reactor in the reaction space of the reactor has introduced a pressure-bearing window assembly, which is able to withstand the pressure prevailing in the reactor, and on the reactor side facing away from the device has a housing for receiving sensors that convert the coming of the reaction space through the window assembly optical signals into electrical signals.

Erfindungsgemäß ist das Gehäuse für einen Druck bemessen, der höher als der Betriebsdruck des Reaktors ist, und mit einer Spülgas-Zuführungsleitung sowie einer Spülgas-Abführungsleitung versehen, wobei in der genannten Spülgas-Abführungsleitung ein schnellwirkendes Absperrventil angeordnet ist, während die Spülgas-Zuführungsleitung über ein Drosselorgan mit einer Spülgasquelle verbunden ist, die einen höheren Versorgungsdruck aufweist, als dem Betriebsdruck des Reaktors entspricht. Im Normalbetrieb wird Spülgas aus der Spülgasquelle am genannten Drosselorgan auf Atmosphärendruck entspannt, durch das Gehäuse geleitet, in dem ein bzw. mehrere Sensoren so angeordnet sind, daß sie von dem Spülgas umspült und gegebenenfalls gekühlt werden, und über die Spülgasabführungsleitung bei geöffnetem Absperrventil in die Atmosphäre geleitet. Der Innenraum des Gehäuses steht damit unter angenähert atmosphärischem Druck.According to the invention, the housing is dimensioned for a pressure which is higher than the operating pressure of the reactor, and provided with a purge gas supply line and a purge gas discharge line, wherein in said purge gas discharge line, a fast-acting shut-off valve is arranged, while the purge gas supply line via a throttle body is connected to a purge gas source having a higher supply pressure than the operating pressure of the reactor. In normal operation, purge gas is expanded from the purge gas source to said throttle body to atmospheric pressure, passed through the housing, in which one or more sensors are arranged so that they are flushed by the purge gas and optionally cooled, and the Spülgasabführungsleitung with open shut-off in the Atmosphere headed. The interior of the housing is thus under approximately atmospheric pressure.

Als Spülgas wird ein inertes Gas, vorzugsweise Stickstoff, verwendet,The purge gas used is an inert gas, preferably nitrogen,

2iach der Erfindung ist ein Steuerteil des genannten schnellwirkenden Absperrventils mit einem geeigneten Signalgeber,2 According to the invention, a control part of said quick-acting shut-off valve is provided with a suitable signal generator,

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der Undichtigkeit der Druckfensteranordnung indiziert, so verbunden, daß das Absperrventil geschlossen wird, sobald durch den Signalgeber eine Undichtigkeit der Fensteranordnung indiziert wird. Damit steigt unverzüglich der im Gehäuse herrschende Druck unter der Wirkung nachströmenden Spülgases bis auf den Druck der Spülgasquelle, erreicht also einen höheren Druck, als im Reaktor herrscht, so daß ein Ausströmen heißer brennbarer Gase aus dem Reaktionsraum durch die undichten bzw. gebrochenen Fenster unmöglich wird,the leakage of the pressure window assembly indicated, connected so that the shut-off valve is closed as soon as a leak of the window assembly is indicated by the signal generator. This immediately increases the pressure prevailing in the housing under the effect of flowing purge gas up to the pressure of the purge gas source, ie reaches a higher pressure than prevails in the reactor, so that a leakage hot combustible gases from the reaction chamber through the leaking or broken windows is impossible .

Erfindungsgemäß kann die drucktragende Fensteranordnung aus zwei hintereinander angeordneten, jeweils druckdicht gefaßten Fenstern mit einer zwischen den beiden Fenstern befindlichen Kammer: bestehen. In diesem Falle ist der genannte Signalgeber eine einfache Druckmeßeinrichtung, beispielsweise ein Kontaktmanometer, zur Messung des Druckes in dieser Kammer: , Die Druckmeßeinrichtung ist mit dem Steuerteil des schnellwirkenden Absperrventils so verbunden, daß dieses Ventil geschlossen wird, sobald ein Druck indiziert wird, der höher ist, als ein vorgegebener Grenzwert♦According to the invention, the pressure-bearing window assembly of two consecutively arranged, each pressure-tight taken windows with a located between the two windows chamber: consist. In this case, said signal generator is a simple pressure measuring device, for example a contact manometer, for measuring the pressure in this chamber: The pressure measuring device is connected to the control part of the quick-acting shut-off valve so that this valve is closed as soon as a pressure is indicated which is higher is, as a predetermined limit ♦

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eines der beiden hintereinander angeordneten, druckdicht gefaßten Fenster gleichzeitig eine Linse eines optischen Systems zur Übertragung der optischen Signale aus dem Reaktionsraum an den oder die Sensoren*In an advantageous embodiment of the invention, at least one of the two successively arranged pressure-tight windows is at the same time a lens of an optical system for transmitting the optical signals from the reaction space to the sensor (s).

In bekannter Weise kann sich reaktionsraumseitig an die drucktragende Fensteranordnung gasdicht ein nach dem Reaktionsraum offenes Rohr anschließen, in dem gegebenenfalls Linsen eines Periskop-Systems zur Übertragung der optischen Signale aus dem Reaktionsraum bei Gewährleistung eines großen Blickwinkels angeordnet sind, und das mit einer zweiten Spülgas-Zuführungsleitung versehen ist.In a known manner, a tube open to the reaction chamber can follow the reaction chamber side to the pressure-carrying window arrangement in a gas-tight manner in which optionally lenses of a periscope system for transmitting the optical signals from the reaction chamber are arranged while ensuring a large viewing angle, and which is arranged with a second purge gas. Supply line is provided.

Die Spülung des Rohres soll die Einblicköffnung freihalten and die Optik vor der Einwirkung der Atmosphäre im Reaktionsraum schützen. Erfindungsgemäß ist bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in dem genannten Bohr ein Temperaturmeöfühler, z, B, ein Thermoelement, angeordnet· Bei Undichtigkeit der drucktragenden Fensteranordnung strömt ein Teil des genannten zweiten Spülgases durch die fensteranordnung aus, so daß sich der Spülgasstrom nach dem Reaktionsraum vermindert, bei größeren Undichtigkeiten kehrt sich die Strömungsrichtung im Rohr um und heißes Gas aus dem Reaktionsraum dringt in das Rohr, In beiden Fällen, allerdings mit unterschiedlicher Intensität, steigt die vom Thermoelement indizierte Temperatur. Der Temperaturmeßfühler wird deshalb erfindungsgemäß als Signalgeber für Undichtigkeiten der drucktragenden Fensteranordnung verwendet und so mit dem Steuerteil des genannten Absperrventils verbunden, daß dieses Ventil geschlossen wird, sobald der Temperaturmeßfühler eine Temperatur indiziert, die höher ist als ein vorgegebener Grenzwert,The flushing of the pipe should keep the viewing opening clear and protect the optics from the action of the atmosphere in the reaction space. According to the invention, in a further embodiment of the invention, a temperature sensor, z, B, a thermocouple, is arranged in said bore. If the pressure-bearing window arrangement leaks, a part of said second purge gas flows out through the window arrangement, so that the purge gas flow to the reaction space is reduced , in the case of larger leaks, the flow direction in the tube reverses and hot gas from the reaction chamber penetrates into the tube. In both cases, but with different intensity, the temperature indicated by the thermocouple increases. The temperature sensor is therefore used according to the invention as a signal transmitter for leaks in the pressure-bearing window assembly and connected to the control part of said shut-off valve, that this valve is closed when the temperature sensor indicates a temperature which is higher than a predetermined limit,

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung sei an Hand der beiliegenden Figur in einem Ausführungsbeispiel erläutert« Die Figur zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und ihres Einbaus in einen Druckreaktor. Als Beispiel ist ein Druckreaktor zur Vergasung von Kohlenstaub mit technischem Sauerstoff bei einem Druck von 3 $Q?a herangezogen, in dessen Reaktionsraum Temperaturen zwischen 1400 ⁰G und 2000 ⁰G herrschen, wobei im heißen Gas noch unvollständig umgesetzter Kohlenstaub, Tröpfchen schmelzflüssiger Schlacke und Dämpfe bzw. Aerosole leichtflüchtiger mineralischer Bestandteile wie ISatriumverbindungen enthalten sind.The invention will be explained with reference to the accompanying figure in an embodiment "The figure shows a schematic representation of the device according to the invention and its incorporation into a pressure reactor. As an example, a pressure reactor for the gasification of coal dust with technical oxygen at a pressure of 3 $ Q? A used in the reaction space temperatures between 1400 ⁰ G and 2000 ⁰ G prevail, wherein in the hot gas still incompletely converted pulverized coal, droplets of molten slag and Vapors or aerosols of volatile mineral constituents such as isatrium compounds are included.

Das Druckgefäß 1 des Reaktors ist mit einer feuerfesten Auskleidung 2 versehen, die den eigentlichen ReaktionsraumThe pressure vessel 1 of the reactor is provided with a refractory lining 2, which is the actual reaction space

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umgibt. Durch eine Öffnung im Druckgefäß 1 und feuerfester Auskleidung 2 ist ein nach, dem Reaktionsraum offenes Rohr 3 der erfindungsgemäßen Vorrichtung bis in den Reaktionsraum eingeführt und mit Flansch 4 druckdicht am Mantel des Druckgefäßes 1 befestigt. Das Rohr 3 ist - in der Figur nicht dargestellt - doppelwandig ausgeführt und mit Wasserkühlung versehen. Das Rohr 3 umhüllt die Linsen 7 eines periskopartig wirkenden optischen Systems, das durch eine drucktragende Fensteranordnung die mit einem Einblickwinkel von ca. 40° erfaßten optischen Signale aus dem Reaktionsraum über eine drucktragende Fensteranordnung auf einem lichtempfindlichen Sensor 17 überträgt, der die optischen Signale in elektrische Signale umwandelt. Die drucktragende Fensteranordnung besteht aus zwei hintereinander angeordneten Fenstern 5> 6 jeweils in druckfest en Fassungen 5a und 6a, wobei als Fenster 6 eine Linse des Okulars des optischen Systems dient. Zwischen den Fenstern 5 und 6 verbleibt eine Kammer 8,surrounds. Through an opening in the pressure vessel 1 and refractory lining 2, an open, the reaction space pipe 3 of the device according to the invention is introduced into the reaction chamber and secured with flange 4 pressure-tight on the jacket of the pressure vessel 1. The tube 3 is - not shown in the figure - double-walled and provided with water cooling. The tube 3 encloses the lenses 7 of a periscope-like acting optical system which transmits the detected with an angle of approximately 40 ° optical signals from the reaction chamber via a pressure-bearing window assembly on a photosensitive sensor 17 by a pressure-carrying window assembly, which converts the optical signals into electrical Converts signals. The pressure-bearing window assembly consists of two consecutively arranged windows 5> 6 each in pressure-resistant versions 5 a and 6 a, wherein the window 6 is a lens of the eyepiece of the optical system. Between the windows 5 and 6 remains a chamber 8,

Der Sensor 17 ist in einem druckfesten Gehäuse 9 untergebracht, das über die Spülgas-Zuführungsleitung 19 mit einer Spülgasquelle 12 verbunden ist, in der ein Yersorgungsdrück von ca, 3,5 MPa aufrechterhalten wird. In der Spülgas-Zuführungsleitung 10 ist ein Drosselorgan 19 in Form eines Nadelventils angeordnet. Das Gehäuse ist weiter mit einer Spülgasabführungsleitung 11 versehen, in der ein schnell wirkendes Absperrventil 13 mit einem Steuerteil 14 eingebunden ist, Zuführungs- und Abführungsleitungen sind dabei am Gehäuse 9 so angeordnet, daß der Sensor 17 voll in dem durch das Gehäuse fließenden Spülgasstrom liegt.The sensor 17 is housed in a pressure-resistant housing 9, which is connected via the purge gas supply line 19 with a purge gas source 12, in which a Yersorgungsdrück of ca, 3.5 MPa is maintained. In the purge gas supply line 10, a throttle body 19 is arranged in the form of a needle valve. The housing is further provided with a Spülgasabführungsleitung 11, in which a fast-acting shut-off valve 13 is integrated with a control part 14, supply and discharge lines are arranged on the housing 9 so that the sensor 17 is fully in the purge gas flowing through the housing.

Die Kammer 8 ist mit einer Druckmeßeinrichtung 15, einem Drucktransmitter, ausgerüstet, dessen Signalausgang mit dem Steuerteil 14 des schnell wirkenden Absperrventils 13 verbunden ist.The chamber 8 is equipped with a pressure measuring device 15, a pressure transmitter, whose signal output is connected to the control part 14 of the fast-acting shut-off valve 13.

Sine zweite Spülgasquelle 16 ist über Leitung 20 mit dem Rohr 3 verbunden, um die MündungsÖffnung des Rohres nach dem Reaktionsraum hin freizuhalten.und das optische System vor der Einwirkung der im Reaktionsraum herrschenden Atmosphäre zu schützen. Gleichseitig dient dieses Spülgas der Kühlung des optischen Systems. Im Spülgasstrom innerhalb von Rohr 3 ist der Temperaturtneßfühler 18 in . Form eines Thermoelements installiert, dessen Signalausgang ebenfalls mit -dem Steuerteil 14 sowie - nicht dar» gestellt - mit einer Anzeigeeinrichtung verbunden ist.A second purge gas source 16 is connected to the tube 3 via line 20 to keep the mouth opening of the tube clear of the reaction space and to protect the optical system from exposure to the atmosphere prevailing in the reaction space. On the same side, this purge gas serves to cool the optical system. In the purge gas stream within tube 3, the temperature sensor 18 is in. Installed form of a thermocouple whose signal output is also connected to the control part 14 and - not shown »- connected to a display device.

Im Normalbetrieb werden Beobachtungsöffnung und optisches System mit einer Spülgaszufuhr über Leitung 20 von ca. 45 m /h im Hormzustand (entsprechend ca. 1,5 m /h im Betriebszustand) freigehalten. Mit dem Temperatur-Meßfühler 18 werden dabei Temperaturen zwischen 60 ⁰G und 80 ⁰C gemessen, die über das Anzeigegerät kontrolliert werden. Dem Gehäuse 9 werden aus Spülgasquelle 12 ca. 10 m /h im Hormzustand zugeführt. Die Mengeneinstellung und gleichzeitig die Entspannung auf Atmosphärendruck erfolgt mit dem Drosselorgan 19. Das. Spülgas umströmt den Sensor 17 und kühlt Gehäuse und Sensor auch unter ungünstigen Umgebungsbedingungen auf Temperaturen unter 40 °C, Die Kühlwirkung wird dabei wesentlich durch die bei der Entspannung am Drosselorgan 19 auftretende Abkühlung des Spülgases infolge des Joule-Thomson-Sffektes unterstützt» Das Spülgas verläßt das Gehäuse über die Spülgas-Abführungsleitung 11, wobei das Absperrventil 13 geöffnet ist. Als Spülgas dient'ölfreier, getrockneter Stickstoff.In normal operation, observation port and optical system with a purge gas supply via line 20 of about 45 m / h in the hormone state (corresponding to about 1.5 m / h in the operating state) kept free. With the temperature sensor 18 while temperatures between 60 ⁰ G and 80 ⁰ C are measured, which are controlled by the display device. The housing 9 are supplied from Spülgasquelle 12 about 10 m / h in the hormone state. The amount setting and at the same time the relaxation to atmospheric pressure takes place with the throttle body 19. Das. Purging gas flows around the sensor 17 and cools the housing and sensor even under unfavorable environmental conditions to temperatures below 40 ° C, the cooling effect is significantly supported by the relaxation occurring at the throttle body 19 cooling the purge gas due to the Joule-Thomson effect »The purge leaves the housing via the purge gas discharge line 11, wherein the shut-off valve 13 is opened. The purge gas is oil-free, dried nitrogen.

Eine Undichtigkeit bzw. ein Bruch des Fensters 5 führt zu einem Druckanstieg in Kammer 8, der mit der Druckmeßeinrichtung 15 indiziert wird. Übersteigt der Druck einen Betrag von 0,3 IiPa, so schließt das Absperrventil 13, und innerhalb eines Zeitraumes von kleiner als einer Sekunde steigt der Druck im Gehäuse bis zum Betriebsdruck des Reaktors, so daß ein Ausströmen von Heißgas aus dem Reak-A leak or breakage of the window 5 leads to a pressure increase in chamber 8, which is indexed by the pressure measuring device 15. If the pressure exceeds an amount of 0.3 IiPa, the shut-off valve 13 closes, and within a period of less than one second, the pressure in the housing rises to the operating pressure of the reactor, so that a hot gas flow out of the reactor.

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tor verhindert wird. Als zusätzliche Sicherheitseinrichtung wirkt der Temperaturmeßfühler, der bei Überschreiten einer Temperatur von 180⁰G im Rohr 3 den Schnellschluß von Absperrventil 13 auslöst.gate is prevented. As an additional safety device of the temperature sensor, which triggers the rapid closure of the shut-off valve 13 when a temperature of 180 ⁰ G in the tube 3 is exceeded.

Als Sensoren dienen ^e nach spezieller Überwachungsaufgabe Bauelemente in Halbleiter- oder Röhrenbauweise, Sollte ein solcher Sensor bei Bruch oder Undichtigkeit der Pensteranordnung zerstört werden, so ist mit der Reparatur des Pensters ein Aaswechseln des Sensors möglich· Sie Unterbringung des/der Sensoren in einem mit Stickstoff gespülten Gehäuse gewährleistet gleichzeitig vollen Explosionsschutz, so daß keine besonderen Explosionsschutz-Anforderungen an den Sensor einschließlich der zugehörigen elektrischen Verstärker- und PiIterschaltungen gestellt werden· Dieser Vorteil, dazu die von Normaldruck und ausreichender Kühlung, die ohne zusätliche Wasserkühlung erreicht wird, gestattet den Einsatz handelsüblicher, relativ billiger Sensoren» Damit ist der mit einer Auswechslung verbundene Aufwand gering, zumal ein Schaden an der Fensteranordnung sehr selten zu erwarten ist. Die Vorrichtung gestattet als weitere Beispiele für die Anwendung den Einsatz von Pernsehröhren als Sensor, Mit geringfügiger Anpassung des Gehäuses läßt sich, gegebenenfalls nach Installation eines optischen Strahlungsteilers parallel zum elektrischen Signal eines Sensors, über ein druckdicht durch die Gehäusewand geführtes .Bildleitkabel auch ein optisches Signal aus dem Gehäuse 9 herausführen.As sensors are used after special monitoring task components in semiconductor or tubular design, Should such a sensor in case of breakage or leakage of the Pensteranordnung be destroyed, so with the repair of the Pensters a change of the sensor sensor is possible · you placing the / the sensors in one with Nitrogen-purged housing also ensures full explosion protection, so that no special explosion protection requirements are placed on the sensor including the associated electrical amplifier and PiIterschaltungen · This advantage, in addition to the normal pressure and sufficient cooling, which is achieved without additional water cooling, allows the use Commercially available, relatively cheap sensors »Thus, the expense associated with a replacement is low, especially since damage to the window arrangement is very rare to expect. The device allows as further examples of the application the use of Pernsehröhren as a sensor, With slight adjustment of the housing can, optionally after installation of an optical radiation splitter parallel to the electrical signal of a sensor, via a pressure-tight guided through the housing wall .Import also an optical signal lead out of the housing 9.

Wie dem Pachmann klar ist, sind mit diesen Beispielen die Modifikationsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht erschöpft.As the Pachmann is clear, the modification possibilities of the device according to the invention are not exhausted with these examples.

Claims

Srfindungsanspruchchs .. "....._

1 »Apparatus for optical monitoring τοη high-temperature pressure reactors, in particular of reactors for the gasification of dusty fuels under a pressure in the range between Q, 5 MPa and 5 MPa with a pressure-bearing window assembly for performing optical signals and a housing for receiving sensors for Conversion of the optical signals into electrical signals, characterized

in that the housing (9) is dimensioned for a pressure which is higher than the operating pressure of the reactor and is provided with a purge gas supply line (10) and with a purge gas discharge line (11) in the purge gas discharge line (11 ) a fast-acting shut-off valve (13) is arranged so that the purge gas feed line (10) is connected to a purge gas source (12) having a higher supply pressure than the operating pressure of the reactor,

a control part (14) of said shut-off valve (13) is connected to a pressure window assembly leak detector (15) (18) so that the shut-off valve (13) closes as soon as the signaler indicates a leak and one or more sensors (S) (17) are arranged in the housing (9) that they are lapped by your purge gas and optionally cooled.

2. Device according to item 1, characterized in that the pressure-bearing window assembly consists of two successively arranged, each pressure-tight Penstern (5), (6) with a chamber located between both windows (8) and the signal generator for leaks a pressure measuring device (15 ) is for measuring the pressure in this chamber, which is connected to the control part (H) of the shut-off valve (13) so that the valve (13) closes when the pressure measuring device

, (15) indicates a pressure higher than a predetermined limit,

3. Device according to the points 1 and 2, characterized in that at least one of the two successively arranged pressure-tight window (5), (6) is a lens of an optical system.

4. Device according to the points 1 to 3 », characterized in that the pressure-bearing window assembly (5)» (β) gas-tight manner in a conventional manner, after the reaction space open tube (3) followed, in which optionally lenses (7 ) are arranged from a periscope system for transmitting optical signals from the reaction chamber, which is provided with a second purge gas supply line (16), and in which a temperature sensor (18) is arranged as a signal transmitter for leaks of the pressure-bearing window assembly, so with the control part ( I4) of said shut-off valve (13), that the valve closes as soon as the xemperaturmeßfühler (18) indicates a temperature which is higher than a predetermined limit.

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