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Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden von Wasserdampf aus einem
Mischgas im Zuge der Konzentrationsmessung einzelner Gaskomponenten des Mischgases
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abscheiden von Wasserdampf
aus einem Mischgas durch Kühlung des Mischgases im Zuge der Konzentrationsmessung
einzelner Gaskomponenten des Mischgases, insbes. aus schwefeldioxydhaltigen Hauchgasen
bei der Bestimmung des Schwefeldioxydgehaltes.
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Beim Messen von Gaskonzentrationen in feuchten Mischgasen ist eine
möglichst weitgehende Entfeuchtung des Mischgases erforderlich, wenn das verwendete
Meßgerät für die zu messende Gaskomponente eine Querempfindlichkeit gegenüber Wasserdampf
besitzt oder wenn die Gefahr besteht, daß in der Meßanlage der Taupunkt des Mischgases
unterschritten wird. Bei kleineren Wasserdampfkonzentrationen kann dies durch Vorschalten
von Absorptionsmitteln geschehen, die von Zeit zu Zeit erneuert werden. Deren Auswahl
hSngt von der jeweiligen Gaszusammensetzung ab, damit nicht auch noch andere Gase
absorbiert werden.
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Da bei grösseren Wasserdampfkonzentrationen das Absorptionsmittel
zu rasch verbraucht würde, empfiehlt sich in solchen Fällen, das Mischgas mittels
konzentrierter Schwefelsäure in einer Tropfkolonne zu trocknen oder den Wasserdampf
durch Kühlung des Mischgases als Kondensat abzuscheiden. Diese beiden Möglichkeiten
bestehen insbes. bei Konzentrationsmessungen im Rauchgas aus Kohle-oder Olfeuerungen.
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Problematisch wird die Rauchgastrocknung insbes. bei Konzentrationsmessungen
von Schwefeldioxyd, da eine Reihe von Schwefeldioxyd-MeBgeräten starke Querempfindlichkeiten
gegenüber Wasserdampf zeigen und eine Absorption von Schwefeldioxyd in der Trocknungsanlage
vermieden werden muB, um unverfälsehte Meßergebnisse zu erhalten.
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Mit der Schwefelsäure-Tropfkolonne ist bei richtiger Einstellung des
Schwefelsäureflusses eine nahezu vollständige Gastrocknung zu erreichen. Schwefeldioxyd-Absorptionen
treten in den üblichen Konzentrationsbereichen nicht auf, sondern beginnen erst
bei Konzentrationen oberhalb 7 g SO2/Nm3. Der schwerwiegende Nachteil solcher Tropfkolonnen
ist jedoch die betrieblich unangenehme Handhabung der SchwefelsWure. Aus diesem
Grunde ist ein Kühlaggregat zum Auskondensieren des Wasserdampfes wesentlich gUnsttger.
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Eine hierfür geeignete, bekannte Kühlanlage besteht aus einem vom
Mischgas durchströmten Kühler mit Kühlaggregat und einem über eine Ablaufleitung
an den Kondensatraum
des Kuhlers angeschlossenen Kondensatsammelbehälter.
Der Kondensatsammelbehälter ist neben der Kondensatablaufleitung über eine Druckausgleichsleitung
mit dem Kondensatraum des Kühlers verbunden, damit sich der Kondensatsammelbehälter
füllen und die Luft über dem Kondensat entweichen kann, und damit Druckunterschiede
zwischen dem Kondensatraum des KUhlers und dem Kondensatsammelbehälter ausgeglichen
werden können, die dann auftreten, wenn das Mischgas während der Messung durch den
Kühler hindurchgesaugt wird oder zur Eichung der angeschlossenen Meßgeräte Prüfgas
über den Kuhler auf die MeEgeräte gegeben wird.
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Das in einer solchen Kühlanlage ausgefallene Kondensat steht daher
sowohl im Kondensatraum des Kühlers selbst wie über die Druckausgleichleitung auch
im Kondensatsammelbehälter mit dem Mischgas in ständiger BerUhrung.
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Das im KUhler ausfallende Kondensat absorbiert im Mischgas enthaltenes
Schwefeldioxyd. Theoretisch ergibt sich unter BerUcksichtigung des sehr niedrigen
Schwefeldioxyd-Partialdruckes im Rauchgas einer Kohlefeuerung eine Absorption von
0, 42% der angebotenen Schwefeldioxydmenge.
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Ein Versuch mit der oben beschriebenen bekannten Kühlanlage bestätigt
dieses Ergebnis. Uber 14 Stunden gesammeltes und analysiertes Kondensat hatte 0,
45% des den Kühler durchströmten Schwefeldioxydes absorbiert. Jedoch zeigte sich
bei noch längerem Ansammeln des Kondensats ein darüberhinausgehender, ganz erheblicher
Anstieg der Schwefeldioxyd-AbsorptionJ wobei ein großer Anteil des absorbierten
Schwefeldioxydes
als Sulfat-Ionen SOj,""nachgewiesen werden konnte. Nach 76 Stunden waren 12, 8 %
des durch den Kuhler geströmten Schwefeldioxydes absorbiert.
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Der Grund fUr die mit wachsender Kondensatmenge zunehmende Schwefeldioxyd-Absorption
dürfte folgender sein : Der Restsauerstoff im Rauchgas oxydiert unter der katalytischen
Wirkung der ebenfalls in geringen Mengenvorhandenen Stickoxyde das Schwefeldioxyd
zu Schwefeltrioxyd bzw. die schweflige Säure zu Schwefelsäure. Dadurch wird das
Gleichgewicht nach dem Massenwirkungsgesetz verschoben und es können weitere, d.
h. immer grdssere Mengen S02-Ionen in LUsung gehen. (Dies ist z. B. auch der Reaktionsmechanismus
bei der Schwefelsäureherstellung nach dem Bleikammer-Verfahren.) Diese das MeBergebnis
fälschenden Reaktionen werden umso stärker begünstigt, in je besserem Kontakt das
Rauchgas mit dem bereits abgeschiedenen Kondensat steht. In dem bekannten KUhler
ist dies in besonderem Maße der Fall, da-wie bereits beschrieben-die Berührung zwischen
dem Mischgas und dem Kondensat an der gesamten Kondensatoberfläche sowohl im Kondensatraum
des Kühlers wie im Kondensatsammelbehälter erfolgt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art zu schaffen und hierzu die beschriebene bekannte KUhlanlage derart
auszubilden, daB
Absorptionen des im Mischgas enthaltenen Schwefeldioxydes
durch das aus dem Mischgas bereits ausgefallene Kondensat weitgehend vermieden und
hierdurch einwandfreie Ergebnisse der Konzentrationsmessungen gewährleistet werden.
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Ein diese Aufgabe lösendes Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen
ist dadurch gekennzeichnet, daB das Kondensat abgezogen und bis auf eine kleine
Kondensatoberfläche in der Ablaufleitung ohne Berührung mit dem Mischgas gehalten
wird. In vorrichtungsmässiger Hinsicht betrifft die Erfindung eine Kühlanlage, bestehend
aus einem vom Mischgas durchströmten Kühler mit Kühlaggregat und einem über eine
Ablaufleitung an den Kondensatraum des Kühlers angeschlossenen Kondensatsammelbehälter
und besteht darin, daß die Ablaufleitung als Siphon an den im übrigen gegen den
Kondensatraum abgeschlossenen Kondensatsammelbehälter angeschlossen ist. Nach obigem
geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, eine Beruhrung zwischen bereits ausgefallenem
Kondensat und dem die Kühlanlage durchströmenden Rauchgas möglichst weitgehend zu
verhindern und hierzu die mit dem Mischgas in Berührung stehende Kondensatoberfläche
so klein wie irgend möglich zu halten, nämlich gleich dem Querschnitt der Kondensatablaufleitung.
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Im einzelnen kann die Erfindung auf verschiedene Weise verwirklicht
werden. Normalerweise wird das Mischgas durch den KUhler gesaugt und es herrscht
daher im Kondensatraum des KUhlers ein der Probenahmevorrichtung entsprechend geringer
Unterdruck von meist nur wenigen
Millimetern Wassersäule. Dementsprechend
sieht die Erfindung vor, dass der Siphon, der dem Druckuntersehied zwischen Kondensatraum
und Kondensatsammelbehälter entsprechenden Flüssigkeitssäule angepaßt ist, so daß
der erwdhnte Unterdruck durch die Wassersäule über dem Siphon auAefangen wird. Nur
bei der Eichung der angeschlossenen Meßgeräte, bei denen das Prüfgas über den Kühler
auf die Geräte gegeben wird, stellt sich ein den angeschlossenen Geräten entsprechender
Uberdruck im Kondensatraum des KUhlers ein. Dieser Uberdruck kann oft mehrere hundert
Millimeter Wassersäule betragen. Aus diesem Grunde ist es zweckmässig, in der Kondensatablaufleitung
einen Absperrhahn vorzusehen, der bei der Eichung der Geste geschlossen wird. Grundsätzlich
besteht aber auch die Möglichkeit, eine entsprechend hohe Wassersäule im Siphon
einzustellen. In bevorzugter AusfUhrungsform ist der Siphon als in den Kondensatsammelbehälter
gefUhrtes Tauchrohr ausgebildet.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile bestehen im wesentlichen
darin, dass ein Auskondensieren des im Mischgas enthaltenen Wasserdampfes möglich
ist, ohne dass das Kondensat im Mischgas enthaltene und bezüglich ihrer Konzentration
zu messende Gaskomponenten in nennenswertem, das MeBergebnis merklich fälschendem
Ma#e absorbiert. Im Vergleich zu dem mit dem beschriebenen bekannten Kuhler durchgeführten
KUhlverfahren, bei dem eine Schwefeldioxyd-Absorption von 12, 8 % auftrat, ergab
sich unter sonst gleichen Versuchsbedingungen nach der Erfindung nur noch eine Schwefeldioxyd-Absorption
von 0, 58% der angebotenen Schwefeldioxyd-Menge.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
AusfUhrungsbeispieles näher erläutert. Die einzige Figur zeigt in schematischer
Darstellung eine erfindungsgemässe Kühlanlage.
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Die in der Figur dargestellte Kühlanlage dient zum Abscheiden von
Wasserdampf aus einem Mischgas durch Kühlung des Mischgases im Zuge der Konzentrationsmessung
einzelner Gaskomponenten des Mischgases. Sie ist insbes. für Messungen zur Bestimmung
des Schwefeldioxyd-Gehaltes in schwefeldioxydhaltigen Rauchgasen geeignet. Die KUhlanlage
besteht aus einem von Mischgas in Richtung der Peile 5 durchströmten Kühler 1 mit
Kühlaggregat 2 in einem Kühlraum 3. Als Kühlflüssigkeit des KUhlaggregates dient
Kochsalzlösung. Der Kondensatraum 4 des Kühlers 1 ist über eine Ablaufleitung 6
an einen Kondensatsammelbehälter 7 angeschlossen. Wie die Figur erkennen läBt, ist
der KondensatsammelbehElter 7 gegenüber dem Kondensatraum 4 abgeschlossen und nur
über die Ablaufleitung 6 mit dem Kondensatraum 4 des Kühlers verbunden, wobei die
Ablaufleitung 6 als Siphon an den Kondensatsammelbehälter 7 angeschlossen ist. Im
Ausführungsbeispiel ist als einfachster Fall eines Siphons die Kondensatablaufleitung
6 als Tauchrohr 8 in den Kondensatsammelbehälter 7 eingeführt, jedoch sind selbstverständliche
auch andere, beispielsweise kniefdrmige Siphonanordnungen der Ablaufleitung möglich.
Dureh die so als Siphon ausgeführte Ablaufleitung 6 wird das Kondensat aus dem Kondensatraum
4 des Kühlers ständig abgezogen und bis auf die dem Querschnitt der Kondensatablaufleitung
6 entsprechende kleine Kondensatoberfläche ohne Berührung mit dem Mischgas
gehalten.
Der Siphon und damit im Ausführungsbeispiel die Länge der Ablaufleitung 6 ist der
dem Druckunterschied zwischen Kondensatraum 4 und Kondensatsammelbehälter 7 entsprechenden
Flüssigkeitssäule angepaßt. Dieser Druckunterschied tritt als Unterdruck im Kondensatraum
4 gegenüber dem Kondensatsammelbehälter dann auf, wenn das Mischgas in Richtung
der Pfeile 5 durch den KUhler hindurchgesaugt wird. Ein Überdruck kann dagegen auftreten,
wenn zur Eichung der dem KUhler nachgeschalteten Meßgeräte Eichgas durch den KUhler
1 auf die Meßgeräte gegeben wird. Zum Ausgleich dieses Druckunterschiedes kann beispielsweise
bei als U-Rohr ausgeführtem Siphon die entsprechend eingestellte Flüssigkeitssäule
in dem zum Kondensatsammelbehälter 7 fuhrenden Rohrschenkel dienen, während hierfür
bei der in der Figur dargestellten einfachen Ausführungsform des Siphons als Tauchrohr
ein Absperrhahn 9 in der Kondensatablaufleitung 6 angeordnet ist.
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