DE102009041420B3 - Flame monitoring probe for coal gasifier in industrial measuring unit, has swirl insert arranged between pipe and housing, where flushing gas is passed and twisted between pipe and housing with outlet surface area of swirl insert - Google Patents

Flame monitoring probe for coal gasifier in industrial measuring unit, has swirl insert arranged between pipe and housing, where flushing gas is passed and twisted between pipe and housing with outlet surface area of swirl insert Download PDF

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Abstract

The probe has a pipe (2) concentrically and directly arranged at a UV/infrared-sensor (1), and a protective housing (4) including an enlarged outlet (6) and concentrically arranged around the UV/infrared-sensor. The protective housing flows cooling fluid (5). A swirl insert (3) is arranged between the pipe and the protective housing. A flushing gas is circulated around center of the flame monitoring probe. The flushing gas is passed and twisted between the pipe and the protective housing with an enlarged outlet surface area of the swirl insert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sonde zur Überwachung der Flammen in einer Schmelzkammerfeuerung. Derartige Schmelzkammerfeuerungen werden zur Verbrennung oder zur Vergasung von Feststoffen im industriellen Maßstab eingesetzt.The The invention relates to a probe for monitoring the flames in a Slag tap. Such Schmelzkammerfeuerungen be for the combustion or gasification of solids in industrial environments scale used.

Gemäß den Sicherheitsbestimmungen zu üblichen industriellen Schmelzkammerfeuerungs-Anlagen ist es vorgeschrieben, den Zustand der Flammen ständig zu überwachen. Nach herkömmlichem Stand der Technik, wie er in der DE 10 2007 059 351 B3 beispielhaft beschrieben wird, wurde ein Pilotbrenner in einem Reaktor zur Flugstromvergasung mit einer optischen Flammenüberwachung eingesetzt, wobei die Flammen durch einen Inertgas-gespülten, ansonsten nicht näher erläuterten optischen Kanal mit einem isolierten Rohrabschnitt in einem Schutzrohr überwacht werden. In einem Flugstromvergasungsreaktor ist das Innere des Überwachungsgeräts trotz des gespülten Inertgases nicht von Staub und Schlacke verschont.It is mandatory to constantly monitor the condition of the flames according to the safety regulations for standard industrial melting chamber furnaces. According to conventional art, as in the DE 10 2007 059 351 B3 By way of example, a pilot burner was used in an air flow gasification reactor with optical flame monitoring, the flames being monitored by an inert gas purged, otherwise unspecified, optical duct having an insulated pipe section in a protective tube. In an entrained flow gasification reactor, the interior of the monitoring device is not spared by dust and slag despite the purged inert gas.

Eine Flammenüberwachungssonde wird gewöhnlich nahe den Brennern in der Reaktorwand angebracht. Meistens hat eine Flammenüberwachungssonde einen Sensor in einem Schutzgehäuse, das den Sensor vor die Hitze schützt und worin ein Kühlmittel durchströmen kann. Dies ist notwendig, damit die Flammenüberwachungssonde in einer Feuerungskammer, worin die Temperatur bis zu 1600°C herrscht, nicht durch die Hitze zerstört wird. Um das Eindringen heißer Gase, geschmolzener Partikel oder Verunreinigungen auszuschließen, wird der Innenraum der Sonde um den Sensor mit einem Inertgas beispielhaft Stickstoff durchströmt. Das ausströmende Gas bildet einen Freistrahl in der Feuerungskammer, der das umgebende heiße Gas mit Partikeln ansaugt und mitreißt, dabei werden die Partikeln bis unterhalb der Erstarrungstemperatur abgekühlt. Das angesaugte Gas strömt auch entlang der Mündung der Sonde, wobei einige Partikel die gekühlte Mündung berühren, daran haften bleiben und erstarren. Auf dem Mündungsbereich der Sonde lagern sich zuerst die erstarrten Partikeln ab, die mit der Zeit einen langen Schlackerüssel entlang dem Spülgas-Freistrahl bilden. Der Rüssel wird von innen durch das Spülgas gekühlt, wodurch seine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur der Partikel liegt und er nicht abgeschmolzen wird. Durch die Schwerkraft biegt sich dieser Schlackerüssel und versperrt dadurch die Sicht zu den Flammen der Brenner, es findet keine Überwachung statt, die Überwachungssonde kann keine Signale weiterleiten. Dies führt zur Unterbrechung der Produktion.A Flame detection probe becomes ordinary mounted near the burners in the reactor wall. Mostly one has Flame detection probe a sensor in a protective housing, which protects the sensor from the heat and wherein a coolant flow through can. This is necessary to allow the flame monitoring probe in a firing chamber, wherein the temperature is up to 1600 ° C prevails, not destroyed by the heat. To penetrate hot Gases, molten particles or impurities to exclude, the Interior of the probe around the sensor with an inert gas by way of example Nitrogen flows through it. The outflowing Gas forms a free jet in the firebox surrounding the surrounding name is Gas with particles sucks and entrains, thereby becoming the particles cooled to below the solidification temperature. The sucked gas also flows along the estuary The probe, with some particles touching the cooled mouth, stick to it and freeze. At the mouth area The probe first deposits the solidified particles that are mixed with the Time a long slob along the purge gas free jet form. The trunk is from the inside through the purge gas cooled, whereby its temperature is below the melting temperature of the particles and he is not melted down. By gravity bends this sissy and thereby obstructs the view to the flames of the burners, it finds no surveillance instead, the monitoring probe can not forward signals. This leads to the interruption of production.

Der Erfindung liegt daher das Ziel zugrunde, eine Flammenüberwachungssonde für die Schmelzkammerfeuerung bereitzustellen, mit der das obengenannte Problem nicht auftritt.Of the The invention is therefore based on the object, a flame monitoring probe for the To provide Schmelzkammerfeuerung, with the above Problem does not occur.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Flammenüberwachungssonde für eine Schmelzkammerfeuerung folgenden Merkmale aufweist:

  • • unmittelbar um den UV/IR-Sensor ein Rohr konzentrisch angeordnet ist,
  • • das konzentrisch um den UV/IR-Sensor angeordnete Schutzgehäuse eine sich aufweitende Mündung aufweist,
  • • zwischen dem Rohr und dem Schutzgehäuse ein Dralleinsatz angebracht ist,
  • • das Spülgas im Zentrum der Flammenüberwachungssonde den UV/IR-Sensor unverdrallt umströmen kann,
  • • das Spülgas zwischen dem Rohr und dem Schutzgehäuse mit aufgeweiteter Mündungsoberfläche den Dralleinsatz durchströmen kann, wobei es verdrallt wird.
The object is achieved in that the flame monitoring probe for a melting chamber furnace has the following features:
  • • a pipe is arranged concentrically around the UV / IR sensor,
  • The protective housing arranged concentrically around the UV / IR sensor has a widening mouth,
  • • a swirl insert is fitted between the pipe and the protective housing,
  • The flushing gas in the center of the flame monitoring probe can flow around the UV / IR sensor in an untwisted manner,
  • • The purge gas between the pipe and the protective housing with flared mouth surface can flow through the swirl insert, whereby it is twisted.

Die Flammenüberwachungssonde für eine Schmelzkammerfeuerung ist eine optische Flammenüberwachungssonde mit einem Ultraviolett- oder Infrarot-Sensor (UV/IR-Sensor). Um den UV/IR-Sensor ist erfindungsgemäß ein konzentrisch angeordnetes Rohr angeordnet. Ein außen angeordnetes Schutzgehäuse, welches als Hitzeschild für den UV/IR-Sensor dient, weist eine sich aufweitende Mündung auf. Zwischen dem Rohr und dem Schutzgehäuse ist ein Dralleinsatz angebracht. Um den UV/IR-Sensor herum kann ein Spülgas unverdrallt strömen, durch den Dralleinsatz kann auch ein Spülgas durchströmen, wobei es verdrallt wird.The Flame detection probe for a melting chamber firing is an optical flame monitoring probe with an ultraviolet or infrared sensor (UV / IR sensor). To the UV / IR sensor is a concentric according to the invention arranged arranged pipe. An externally arranged protective housing, which as a heat shield for the UV / IR sensor is used, has a widening mouth. Between the pipe and the protective housing a swirl insert is attached. Around the UV / IR sensor around a purge gas can flow untwisted, through the swirl insert can also flow through a purge gas, wherein it is twisted.

Als Verwendung der Erfindung ist vorgesehen, dass der UV/IR-Sensor die freie Sicht zur Überwachung der Flammen bekommt, durch den unverdrallten Freistrahl des Spülgases im Zentrum der Sonde. Das verdrallte Spülgas breitet sich aus entlang der Mündungsoberfläche und verhindert die Anbackungen auf dem Mündungsbereich der Sonde, und das mit hoher Energie durchströmende Spülgas bildet einen Schutzschild vor dem UV/IR-Sensor.When Use of the invention is provided that the UV / IR sensor the free view to the monitoring the flames get, through the untwisted free jet of purge gas in the Center of the probe. The twisted purge gas spreads out along the mouth surface and prevents the caking on the mouth area of the probe, and the high energy flowing through Purging gas forms a protective shield in front of the UV / IR sensor.

In weiteren Verwendungen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Flammenüberwachungssonde für alle Arten der Feuerung der Festbrennstoffe und die Vergasung für Kohle und andere Festbrennstoffe eingesetzt wird.In Further uses of the invention is that the flame monitoring probe for all types the firing of solid fuels and the gasification of coal and other solid fuels is used.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. 1 zeigt eine Querschnitts-Ansicht der Flammenüberwachungssonde. Die in 1 dargestellte Flammenüberwachungssonde enthält einen UV/IR-Sensor (1) im Zentrum der Sonde, ein konzentrisch um den UV/IR-Sensor (1) angeordnetes Rohr (2), ein Schutzgehäuse (4) und einen Dralleinsatz (3) zwischen dem Rohr (2) und dem Schutzgehäuse (4). In dem Schutzgehäuse fließt ein Kühlmittel (5), womit der UV/IR-Sensor im Gehäuse vor dem heißen Gas in der Schmelzkammer geschützt wird. Das Spülgas strömt in der Mitte der Sonde um den UV/IR-Sensor (1) mit hohen Energie unverdrallt durch. Zwischen dem Rohr und dem Schutzgehäuse fließt das Spülgas zunächst durch den Dralleinsatz (3), wo es verdrallt wird und dann verdrallt der Mündungsoberfläche (6) entlang, dadurch werden die Anbackungen auf dem Mündungsbereich der Sonde verhindert. Um einen geringen Spülgasbedarf zu erzielen, soll die Sonde einen kleinen Durchmesser aufweisen. Z. B. beträgt der Durchmesser des Sensors 10 mm, das Innendurchmesser des Rohres 15 mm und das Außendurchmesser der Sonde ca. 40 mm. Die Aufweitung soll einen glatten Verlauf haben, die z. B. eine Bogenförmige Form im Querschnitt aufweist, deren Radius von 0.2- bis 0.6fach des Sondenaußendurchmessers beträgt. Das Innenrohr ist annähernd bis zum Anfang der Aufweitung reingeschoben. Der Austritt des Innenrohres kann unterschiedliche Formen aufweisen. Das in 1 dargestelltes zylindrisches Rohr ist die einfachste Form. Die Mündung des Innenrohrs kann jedoch auch parabolisch eingeschnürt sein, so dass die durch die verkleinerte Öffnung einfallende Strahlung an der Innenwand reflektiert und in die Richtung des Sensors gelenkt wird.The invention will be explained with reference to the drawing. 1 shows a cross-sectional view of the flame monitoring probe. In the 1 Flame monitoring probe shown contains a UV / IR sensor ( 1 ) in the center of the probe, concentric around the UV / IR sensor ( 1 ) arranged pipe ( 2 ), a protective housing ( 4 ) and a swirl insert ( 3 ) between the pipe ( 2 ) and the protective housing ( 4 ). In the protective housing flows a coolant ( 5 ), whereby the UV / IR sensor in the housing in front of the hot gas is protected in the melting chamber. The purge gas flows in the center of the probe around the UV / IR sensor ( 1 ) with high energy untwisted. Between the pipe and the protective housing, the purge gas flows through the swirl insert ( 3 ), where it is twisted and then twisted the mouth surface ( 6 ) along, thereby the caking on the mouth region of the probe are prevented. In order to achieve a low purge gas requirement, the probe should have a small diameter. For example, the diameter of the sensor is 10 mm, the inner diameter of the tube 15 mm and the outer diameter of the probe about 40 mm. The expansion should have a smooth course, the z. B. has an arcuate shape in cross section whose radius is from 0.2 to 0.6fach the probe outer diameter. The inner tube is pushed in almost to the beginning of the expansion. The outlet of the inner tube may have different shapes. This in 1 illustrated cylindrical tube is the simplest form. However, the mouth of the inner tube can also be constricted parabolically, so that the incident through the reduced opening radiation is reflected on the inner wall and directed in the direction of the sensor.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
UV/IR-SensorUV / IR sensor
22
Rohrpipe
33
Drallensatzconservation of angular momentum
44
Schutzgehäusehousing
55
Kühlmittelcoolant
66
Aufweitende Mündungwidening muzzle

Claims (6)

Flammenüberwachungssonde für eine Schmelzkammerfeuerung mit • einer optischen Flammenüberwachungssonde mit einem UV/IR-Sensor, • einem Schutzgehäuse, welches als Hitzeschild für den UV/IR-Sensor dient, • wobei das Schutzgehäuse für die Durchströmung von Kühlmittel vorgesehen ist, • und wobei der UV/IR-Sensor innerhalb des Schutzgehäuses so angeordnet ist, dass ein Spülgas zwischen UV/IR-Sensor und Schutzgehäuse fließen und dabei die Flammenüberwachungssonde durchspülen kann, dadurch gekennzeichnet, dass • unmittelbar um den UV/IR-Sensor ein Rohr konzentrisch angeordnet ist, • das konzentrisch um den UV/IR-Sensor angeordnete Schutzgehäuse eine sich aufweitende Mündung aufweist, • zwischen dem Rohr und dem Schutzgehäuse ein Dralleinsatz angebracht ist, • das Spülgas im Zentrum der Flammenüberwachungssonde den UV/IR-Sensor unverdrallt umströmen kann, • das Spülgas zwischen dem Rohr und dem Schutzgehäuse mit aufgeweiteter Mündungsoberfläche den Dralleinsatz durchströmen kann, wobei es verdrallt wird.Flame monitoring probe for a melting chamber furnace with • an optical flame monitoring probe with a UV / IR sensor, • a protective housing which serves as a heat shield for the UV / IR sensor, • where the protective housing is intended for the flow of coolant, • and where the UV / IR sensor is arranged inside the protective housing so that a purge gas can flow between the UV / IR sensor and the protective housing and flush through the flame monitoring probe, characterized in that • a pipe is arranged concentrically around the UV / IR sensor, the protective housing arranged concentrically around the UV / IR sensor has a widening mouth, • a swirl insert is mounted between the tube and the protective housing, • the purge gas in the center of the flame monitoring probe can flow around the UV / IR sensor untwisted, • the purge gas is interposed the tube and the protective housing with flared mouth surface the D ralleinsatz can flow through, where it is twisted. Verwendung der Flammenüberwachungssonde für die Schmelzkammerfeuerung nach Anspruch 1, indem das unverdrallte Freistrahl-Spülgas in der Mitte die freie Sicht für den UV/IR-Sensor verschafft.Use of the flame monitoring probe for the melting chamber firing according to claim 1, wherein the untwisted free-jet purge gas in the middle the clear view for provides the UV / IR sensor. Verwendung der Flammenüberwachungssonde für die Schmelzkammerfeuerung nach Anspruch 1, indem das verdrallte Spülgas durch den Dralleinsatz die Anbackungen der Feststoffpartikeln auf der Mündungsoberfläche der Flammenüberwachungssonde verhindert.Use of the flame monitoring probe for the melting chamber firing according to claim 1, by the twisted purge gas through the swirl insert the caking of the solid particles on the mouth surface of Flame detection probe prevented. Verwendung der Flammenüberwachungssonde für die Schmelzkammerfeuerung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 3, indem das Spülgas einen schützenden Gasfilm vor dem UV/IR-Sensor aufbaut.Use of the flame monitoring probe for the melting chamber firing according to one of the preceding claims 1 to 3, by the purge gas a protected Gas film builds up in front of the UV / IR sensor. Verwendung der Flammenüberwachungssonde für die Schmelzkammerfeuerung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4 für eine Feuerung für Festbrennstoffe.Use of the flame monitoring probe for the melting chamber firing according to one of the preceding claims 1 to 4 for a furnace for solid fuels. Verwendung der Flammenüberwachungssonde für die Schmelzkammerfeuerung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4 für den Einsatz in einem Kohlevergaser.Use of the flame monitoring probe for the melting chamber firing according to one of the preceding claims 1 to 4 for use in a coal gasifier.
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