DE1673222C3

DE1673222C3 - Method and device for measuring reaction equilibrium states in combustion chambers at high temperatures, preferably in furnace systems

Info

Publication number: DE1673222C3
Application number: DE19661673222
Authority: DE
Inventors: Max Dipl.-Ing. Arnold; Fritz Warscyscek
Original assignee: VEB KOMBINAT MESS- und REGELUNGSTECHNIK X 4500 DESSAU
Current assignee: VEB KOMBINAT MESS- und REGELUNGSTECHNIK X 4500 DESSAU
Priority date: 1966-05-16
Filing date: 1966-05-16
Publication date: 1975-10-02
Also published as: DE1673222A1; DE1673222B2

Description

6060

3ie Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Voritung zur Erfassung von Meßdaten über Reaktionsichgewichtszustände in Verbrennungsräumen unter ien Temperaturen, vorzugsweise in Ofenanlagen. Ah den bisher bekanntgewordenen Mitteln und Einitungen war es nicht möglich, Meßdaten von Reakisgleichgewichtszuständen innerhalb des OfenrauThe invention relates to a method and a preparation for the acquisition of measurement data on reaction balance states in combustion chambers below temperatures, preferably in furnace systems. Ah the hitherto known means and Eini obligations it was not possible, measurement data from Reakisgleichgewichtszuständen within the Ofenrau

mes unmittelbar zu gewinnen.mes to win immediately.

Aus dem Verbrennungsraum des Ofens war es bisher nur möglich, Gasproben periodisch oder fortlaufend zu entnehmen. Die entnommene Gasprobe ist aber mit der ursprünglichen, im Ofenraum vorhandenen Gaszusammensetzung nicht identisch, weil beispielsweise eine unbekannte Konzentration Wasserdampf auskondensiert. Außerdem treten weitere Konzentrationsveränderungen durch chemische Nachreaktionen ein. Die Gasprobenentnahme ist in der Analysenmeßtechnik oft die Quelle von Funktionsstörungen, weil Verunreinigungen die Entnahmeeinrichtungen zusetzen. Die laufende Kontrolle der Ofengaszusammensetzung ist in allen Anlagen mit Verbrennungsreaktionen von technischer und ökonomischer Bedeutung. Meßdaten über die Reaktionsgleichgewichte in den einzelnen Verbrennungsraumabschnjtten sind Voraussetzung für eine systematische Verbesserung der Feuerführung. Da die eingesetzte Brennstoffmenge bei Großkesselanlagen und Industrieöfen erheblich sein kann, ergibt jede Verbesserung des Wirkungsgrades des Verbrennungspro zesses einen überraschenden ökonomischen Nutzen. Bisher ist es üblich, an Stelle einer Messung komplexer Reaktions-Gleichgewichtszustände, wie z. B. der Luftverhältnis^ahl im Ofenabgas, spezielle Gasanalysenmessungen an Abgasproben vorzunehmen.Up until now it was only possible to take gas samples periodically or continuously from the furnace's combustion chamber remove. The gas sample taken is, however, with the original gas composition in the furnace chamber not identical because, for example, an unknown concentration of water vapor condenses out. In addition, further changes in concentration occur due to chemical post-reactions. the In analytical measurement technology, gas sampling is often the source of malfunctions due to contamination clog the extraction devices. The ongoing control of the furnace gas composition is in all Systems with combustion reactions of technical and economic importance. Measurement data over the reaction equilibria in the individual combustion chamber sections are a prerequisite for a systematic improvement in fire control. Since the The amount of fuel used in large boiler systems and industrial furnaces can be considerable, every improvement results the efficiency of the combustion process a surprising economic benefit. So far it has been customary, instead of a measurement of complex reaction equilibrium states, such as. B. the air ratio ^ ahl to carry out special gas analysis measurements on exhaust gas samples in the furnace exhaust gas.

So wird beispielsweise eine Analyse auf CO2, CO oder O2 im Abgas vorgenommen.For example, an analysis for CO2, CO or O2 in the exhaust gas is carried out.

Die Analyse des CO2 im Abgas allein liefert doppeldeutige Angaben, weil sowohl Mangel als auch Überschuß an O2 gleiche CO2 Konzentrationen ergeben können.The analysis of the CO2 in the exhaust gas alone provides ambiguities Information because both deficiency and excess of O2 result in the same CO2 concentrations can.

Die Analyse des O2 sagt nichts über die gleichzeitige Anwesenheit von Unverbranntem, z. B. CO im Abgas aus. Auch die Analyse von CO ist von geringem Wert für eine optimale Ofenführung, weil bei ungleichmäßiger Feuerung nicht nur geringe Mengen CO entstehen können, sondern gleichzeitig O2 im Überschuß vorhanden sein kann. Zur Durchführung solcher Gasanalysen sind neben einer Reihe anderer Geräte und Verfahren Meßfühler für gaspotentiometrische Zwecke bekanntgeworden, die ein elektrisches Signal in Form einer Gleichspannung liefern, deren Sparnung ein Maß für die Konzentrationsdifferenz des freien Sauerstoffes an zwei Elektroden eines sauerstoffionenleitenden Festelektrolytelements ist.The analysis of the O2 says nothing about the simultaneous Presence of unburned material, e.g. B. CO in the exhaust gas. The analysis of CO is also of little value for optimal furnace control, because uneven firing does not result in only small amounts of CO can, but at the same time O2 can be present in excess. To carry out such gas analyzes In addition to a number of other devices and processes, sensors for gas potentiometric purposes have become known, which deliver an electrical signal in the form of a direct voltage, the savings of which are a measure of the difference in concentration of free oxygen at two electrodes of an oxygen ion-conducting solid electrolyte element is.

Für eine optimale Ofenführung ist von entscheidender Bedeutung, Verfahren und Vorrichtungen anzuwenden, mit denen man chemische Eigenschaften der Ofengase unter Betriebstemperaturen messen kann.For optimal furnace management it is of crucial importance to use methods and devices, with which one can measure the chemical properties of the furnace gases at operating temperatures.

Es sind weiterhin in der Analysenmeßtechnik Verfahren bekanntgeworden, nach denen chemische Zustandsgrößen gemessen werden, indem direkt oder indirekt elektrochemische Reaktionen hervorgerufen werden, der Zustand des Reaktionsproduktes gemessen und als Regelgröße einem selbsttätigen Regler zugeführt wird, wobei die Stellgröße die Erzeugung des Reagenses oder die direkte elektrochemische Reaktion steuert. ' Methods have also become known in analytical measurement technology according to which chemical state variables are measured by directly or indirectly provoking electrochemical reactions, measuring the state of the reaction product and feeding it as a control variable to an automatic controller, the manipulated variable being the generation of the reagent or the direct electrochemical one Reaction controls. '

Der vorliegenden. Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, chemische Reaktionen und Zustandsänderungen der in Flammen- bzw. Verbrennungsräumen von Ofenanlagen primär vorhandenen Gaszusammensetzungen sowie Abweichungen vom stöchiometrischen Gleichgewicht meßtechnisch zu erfassen, ohne aus diesen Reaktionsbereichen Gasproben zu entnehmen. Ferner umfaßt die technische Aufgabenstellung der Erfindung die Ausbildung eines Meßfühlersystems, das beiThe present. The invention is based on the object of chemical reactions and changes in state the gas compositions primarily present in the flame or combustion chambers of furnace systems as well as measuring deviations from the stoichiometric equilibrium without deriving from them To take gas samples from the reaction areas. The technical object of the invention also includes the formation of a sensor system that at

großer Ansprechempfindlichkeit, auch bei Konzentrationen im Spurenbereich, mittels der gewonnenen Meßimpulse eine selbständige Regelung der optimalen Prozeßführung ermöglicht.great responsiveness, even at concentrations in the trace range, by means of the measurement pulses obtained, an independent regulation of the optimal Process management enables.

Die Lösung der Aufgabe wiri in einem Verfahren zur Messung von Reaktionsgleichgewichtszuständen in Verbrennungsräumen unter hohen Temperaturen, vorzugsweise direkt in Ofenanlagen, wobei die Sauerstoffkonzentration eines im Ofen vorhandenen Meßgases mit der iiauerstoffkonzentration eines in den Ofenraum eingeleiteten Vergleichsgases mittels eines unmittelbar im Ofenraum angeordneten Meßfühlers verglichen wird, gesehen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Beseitigung temperaturbedingter Meßfehler bei Sauerstoffkonzentrationsunterschieden zwischen Meß- und Vergleichsgas wahlweise dem Meßgas oder dem Vergleichsgas so viel Hilfsgas zum Ausgleich dieser Konzentrationsdifferenzen zudosiert wird, daß der Konzentrationsunterschied oder die absolute Sauerstoffkonzentration des Meßgases gegenüber dem zugeleiteten Vergleichsgas gegen Null konvergiert und die hierzu jeweils benötigte Hilfsgasmenge direkt oder indirekt gemessen wird.The task is solved in one process for measuring reaction equilibrium states in combustion chambers at high temperatures, preferably directly in furnace systems, with the oxygen concentration of a measuring gas present in the furnace with the oxygen concentration of a reference gas introduced into the furnace chamber by means of a direct arranged in the furnace chamber sensor is compared, seen, which is characterized in that for Elimination of temperature-related measurement errors in the case of differences in oxygen concentration between the measuring gas and the reference gas, either the measuring gas or the reference gas, as much auxiliary gas to compensate for these concentration differences is added that the concentration difference or the absolute oxygen concentration of the measuring gas converges towards zero compared to the supplied reference gas and the corresponding each required amount of auxiliary gas is measured directly or indirectly.

Es wird also je nach Programm entweder das Meßgas oder das Vergleichsgas durch Zudosierung von Hilfsgas in der Zusammensetzung verändert Mittels eines Vergleiches können dann die Konzentration von freiem Sauerstoff im Ofenraum oder die davon ableitbaren Meßgrößen bestimmt werden.So, depending on the program, either the measuring gas or the reference gas is added by adding Auxiliary gas changed in the composition by means of a comparison can then the concentration of free oxygen in the furnace or the measurable variables that can be derived from it.

Es ist möglich, die Meßgasprobe in der Menge konstant zu halten und durch eine vom Meßfühler geregelte Menge elektrisch erzeugten Wasserstoffes eine Reaktion des freien Sauerstoffes im Meßgas zu erzwingen, wobei die erforderliche Strommenge ein Maß für die Konzentration des freien Sauerstoffes ist.It is possible to keep the amount of the sample gas constant and to use one controlled by the sensor Amount of electrically generated hydrogen to force a reaction of the free oxygen in the measuring gas, where the required amount of electricity is a measure of the concentration of free oxygen.

1st die Vergleichsgaszusammensetzung so gewählt, daß deren O2-Konzentration sehr klein ist, z. B. zwischen 0,01 und 0,0001 Volumprozent O2 liegt, dann ergibt sich bei ausgeführter »Titration« eine sehr kleine Konzentrationsdifferenz zwischen Meß- und Vergleichsgas, die dem Wert Null zustrebt. Die EMK des Festelektrolytelementes wird dabei ebenfalls gegen Null gehen. Damit entfällt z. B. jeder Temperaturfehler für die Messung.If the reference gas composition is chosen so that its O2 concentration is very low, e.g. B. between 0.01 and 0.0001 percent by volume of O2, the result when the »titration« is carried out is a very small one Difference in concentration between sample and reference gas, which is tending towards zero. The EMK of the Solid electrolyte element will also go to zero. This eliminates z. B. any temperature error for the measurement.

Es kann üatürlich auch Luft mit einer Konzentration von 21 Volumprozent O2 als Vergleichsgas verwendet werden.Of course, air with a concentration of 21 percent by volume O2 can also be used as the reference gas will.

Der Meßfühler kann nicht nur in einem Ofenraum, sondern auch in einem Flammraum über einer Stahlschmelze angeordnet sein. Dabei überwacht der Meßfühler den sogenannten Frischvorgang, wobei die Stahlschmelze in einer Birne durch Unterwind oder mit Hilfe sogenannter Rohrlanzen im Sauerstoff-Einblasverfahren von störenden Beimengungen befreit wird.The sensor can be used not only in a furnace room, but also in a flame room above molten steel be arranged. The sensor monitors the so-called fresh process, with the Melting steel in a pear by means of under wind or with the help of so-called pipe lances in the oxygen injection process is freed from disturbing admixtures.

Der Flammraum kann sich auch innerhalb einer Gasturbine oder eines Strahltriebwerkes befinden. In diesem Fall wird die im Meßgas fehlende O2-Konzentration durch elektrolytische O2-Erzeugung und Zudosierung zum definierten Meßgasstrom aufgefüllt, und die O2-Differenz bildet ein Maß für die Ofengaszusammensetzung. The combustion chamber can also be located inside a gas turbine or a jet engine. In In this case, the lack of O2 concentration in the measuring gas is caused by electrolytic O2 generation and metering filled up to the defined measuring gas flow, and the O2 difference is a measure of the furnace gas composition.

Es ist auch möglich, die Vergleichsluft genau zu dosieren und deren 02-K.onzentration der freien O2-Konzentration des Meßgases anzugleichen. Ist das Vergleichsgas z. B. frei von Sauerstoff, dann wird die entsprechende O2-Menge dem Vergleichsgas durch elektrolytische O2- Erzeugung zudosiert. Der Elektrolysestrom ist dabei proportional der verglichenen freien 02-Meßgaskonzentration. Wird Luft als Vergleichsgas verwendet, dann wird durch zudosierten Wasserstoff und entsprechende teilweise Verbrennung des O2 die Konzentrationsgleichhelt hergestelltIt is also possible to precisely dose the reference air and its O2 concentration of the free O2 concentration of the measuring gas. Is the reference gas z. B. free of oxygen, then the appropriate O2 amount added to the reference gas by electrolytic O2 generation. The electrolytic current is proportional to the compared free O2 measurement gas concentration. Will use air as reference gas is used, then by adding hydrogen and corresponding partial combustion of the O2 the Concentration equal produced

Es gibt in der Praxis viele Fälle, in denen eine vorgegebene Zusammensetzung der Ofenatmosphäre mit einer genau konstanten Konzentration freien Sauerstoffes eingehalten werden soli. In diesen Fällen wird die Konzentration des Vergleirhsgases entsprechend der geforderten Meßgaszusammensetzung gewählt und das elektrische Signal des Meßfühlers steuert einen Regler bzw. ein Stellorgan in der Art, daß eine konstante gleiche Konzentration von Meß- und Vergleichsgas unter allen Betriebsbedingungen aufrecht erhalten bleibtIn practice there are many cases in which the furnace atmosphere has a predetermined composition an exactly constant concentration of free oxygen should be maintained. In these cases it will the concentration of the Verleirhsgases selected according to the required gas composition and the electrical signal of the sensor controls a regulator or an actuator in such a way that a constant Maintain the same concentration of sample and reference gas under all operating conditions remain

Das Verfahren ermöglicht dabei, verschiedene Meß- und Regelbedingungen nach vorgegebenem Programm einzuhalten. Dabei lösen aile Meßimpulse, die von Null oder einem vorgegebenen Wert abweichen, einen Befehl für die Regeleinrichtung der kontrollierten Anlage aus. Der Befehl führt zur Korrektur der Fahrweise der Ofenanlage.The process enables various measurement and control conditions to be set according to a given program to be observed. All measuring pulses that deviate from zero or a specified value trigger a command for the control device of the controlled system. The command corrects the control strategy of the Furnace system.

Die Lösung der Aufgabe wird weiterhin in einer Vorrichtung zur Messung von Reaktionsgleichgewichtszuständen in Verbrennungsräumen unter hohen Temperaturen, vorzugsweise in Ofenanlagen, bestehend aus einem Meßfühler in Form eines Festelektrolytelementes, welches mit Zu- und Ableitungen für Meß- und Vergleichsgas versehen ist, sowie einem Meßverstärker und einer Auswerteinrichtung, gesehen, die gekennzeichnet ist durch einen Hilfsgaserzeuger, eine Dosiervorrichtung. Zu- und Ableitungen für das Hilfsgas und einen selbsttätigen Regelkreis, bestehend aus Hilfsgaserzeuger und Meßfühler.The object is also achieved in a device for measuring reaction equilibrium states in combustion chambers at high temperatures, preferably in furnace systems, consisting of a sensor in the form of a solid electrolyte element, which has inlet and outlet lines for measuring and Reference gas is provided, as well as a measuring amplifier and an evaluation device, seen that marked is by an auxiliary gas generator, a metering device. Inlets and outlets for the auxiliary gas and an automatic control circuit, consisting of auxiliary gas generator and sensors.

Die einzelnen Bauteile der Vorrichtung sind in Form eines Regelkreises miteinander verknüpft und liefern entweder das Meßsignal über den Ist-Zustand des Reaktionsgleichgewichtes oder das Steuersignal zur Einhaltung einer vorgegebenen Konzentration im Reaktionsraum. Der Meßfühler kann in Abhängigkeit von der Meßaufgabe unterschiedlich ausgebildet sein. Er kann beispielsweise aus einem Festelektrolytelement, das Rohrform oder Plattenform aufweist, bestehen. Das Festelektrolytelement steht mit einer Elektrode mit dem Meßgas in Verbindung, während die andere Elektrode mit dem Vergleichsgas in Verbindung steht. Durch ein feines Filter ist das Festelektrolytelement gegen Verunreinigungen durch das Meßgas geschützt.The individual components of the device are linked to one another in the form of a control loop and deliver either the measurement signal on the actual state of the reaction equilibrium or the control signal for Compliance with a specified concentration in the reaction chamber. The sensor can as a function of be designed differently from the measurement task. It can, for example, consist of a solid electrolyte element, which has a tubular shape or a plate shape. The solid electrolyte element stands with an electrode with the measurement gas in connection, while the other electrode is in connection with the reference gas. The solid electrolyte element is protected against contamination by the measuring gas by a fine filter.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Refinements of the invention are characterized in the subclaims.

An Hand von Ausführungsbeispielen soll der Gegenstand der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigtOn the basis of exemplary embodiments, the subject the invention will be explained in more detail. It shows

F i g. 1 Meßfühler mit schematischer Darstellung de: vollständigen Regelkreises innerhalb der Meßanlage,F i g. 1 measuring sensor with a schematic representation of the complete control loop within the measuring system,

F i g. 2 Meßfühler mit schematischer Darstellung de< Regelkreises unter Einbeziehung der Ofenanlage, F i g. 3 Meßfühler mit plattenförmigen! Detektor, F i g. 4 Meßfühler mit Meßgasdosierpumpe. F i g. I zeigt eine mögliche Ausführungsform de Meßanlage. Sie besteht aus einem Meßfühler 11 mi einem Festelektrolytelement 12 als Detektor, einer Schutzfilter 13, einem Zuleitungsrohr 14 für Hilfs- un Vergleichsgas und einem Anschlußverteiler 15. Übe elektrische Leitungen ist das Festelektrolytelement 1 mit dem Steuereingang eines Meßstromverstärkers 1 verbunden. Im Stromkreis des Verstärker-Ausgange liegt ein Hilfsgaserzeuger 17 und über entsprechend Widerstände im Nebenschluß ein Strommesser als ArF i g. 2 sensors with schematic representation de < Control circuit including the furnace system, F i g. 3 measuring sensors with plate-shaped! Detector, F i g. 4 sensors with measuring gas metering pump. F i g. I shows a possible embodiment de Measuring system. It consists of a sensor 11 with a solid electrolyte element 12 as a detector, one Protective filter 13, a feed pipe 14 for auxiliary and reference gas and a connection distributor 15. Übe The solid electrolyte element 1 with the control input of a measuring current amplifier 1 is electrical lines tied together. In the circuit of the amplifier output there is an auxiliary gas generator 17 and over accordingly Resistances in the shunt an ammeter than Ar

zeige- und Auswertegerät 18. Die Sauerstoffseite des Hilfsgaserzeugers 17 ist über eine entsprechende Rohrleitung mit dem Anschlußverteiier 15 derartig verbunden, daß die im Elektrolyseur entwickelte Sauerstoffmenge als Hilfsgas zwischen dem rohrförmigen Detektor und dem Zuleitungsrohr 14 bis zur Vereinigungsstelle für Hilfs- und Vergleichsgas strömt. Dort bildet sich nach einer Reaktion der Sauerstoffüberschuß an der Meßstelle des Detektors heraus, der einer gegebenen Sauerstoff-Überschußkonzentration im Meßgas entspricht. Nähert sich die Spannung im Festelektrolytelement dem Wert Null, dann entsprechen die Sauerstoff- Partiaidrücke auf der Meßgas- und auf der Vergleichsgasseite einander. 1st die Sauerstoffkonzentration auf der Vergleichsgasseite geringer als auf der Meßgasseite, dann entsteht eine der Konzentrationsdifferenz entsprechende EM K, die außerdem von der absoluten Konzentration des Sauerstoffes abhängig ist. Der Meßstromverstärker 16 ist nun so geschaltet, daß jede Konzentrationsdifferenz, bei der die Sauerstoffkonzentration auf der Vergleichsseite geringer ist als auf der Meßgasseite, zu einer Erhöhung der Sauerstoff-Hilfsgasentwicklung und jeder Überschuß von Sauerstoff auf der Vergleichsgasseite zu einer Senkung der Sauerstoff-Hilfsgasentwicklung führt.display and evaluation device 18. The oxygen side of the auxiliary gas generator 17 is via a corresponding pipeline connected to the connection distributor 15 in such a way that the amount of oxygen developed in the electrolyzer flows as an auxiliary gas between the tubular detector and the feed pipe 14 up to the junction for auxiliary and reference gas. There educates after a reaction, the excess oxygen at the measuring point of the detector, that of a given one Corresponds to the excess oxygen concentration in the measuring gas. When the voltage in the solid electrolyte element approaches the value zero, then the oxygen partial pressures on the measuring gas side and on the reference gas side correspond each other. If the oxygen concentration on the reference gas side is lower than on the Measurement gas side, then an EM K corresponding to the concentration difference arises, which also depends on the absolute Concentration of oxygen is dependent. The measuring current amplifier 16 is now connected so that any concentration difference where the oxygen concentration on the comparison side is less than on the measuring gas side, to an increase in the development of auxiliary oxygen gas and any excess of oxygen on the reference gas side to a lowering of the Oxygen auxiliary gas evolution leads.

Je nach Höhe der absoluten Sauerstoffüberschuß-Konzentration im Meßgas stellt sich eine der absoluten Sauerstoffüberschuß-Konzentration proportionale kleine Differenz der Sauerstoff-Partiaidrücke als bleibende Abweichung am Detektor des Meßfühlers 11 ein. Diese proportionale Weine Differenz wird bei der Eichung der Anlage entsprechend berücksichtigtDepending on the level of the absolute oxygen excess concentration in the measuring gas, one of the absolute Oxygen excess concentration proportional small difference in oxygen partial pressures than permanent Deviation at the detector of the sensor 11. This proportional wine difference is used in the calibration the system is taken into account accordingly

Die F i g. 2 zeigt nun eine Anlage, die nur aus dem Meßfühler 11 mit dem Festelektrolytelement 12 als Detektor, dem Schutzfilter 13, einem Zuleitungsrohr 20 nur für Vergleichsgas, einer Vergleichs-Speiseeinrichtung 21, dem Meßstromverstärker 16 und einer Servo-Steuereinrichtung 22 besteht.The F i g. 2 now shows a system that consists only of the sensor 11 with the solid electrolyte element 12 as a detector, the protective filter 13, a feed pipe 20 only for reference gas, a reference feed device 21, the measuring current amplifier 16 and a servo control device 22.

Die Vergleichsgas-Speise-Einrichtung liefert in kleinen Mengen ein in der Zusammensetzung genau definiertes Gas, welches auf der inneren Seite des Detektors im Meßfühler anliegt. Sobald die Meßgaskonzentration unzulässige Abweichungen des freien Sauerstoffes aufweist, steuert der Meßfühler 11 über den Meßstromverstärker 16 die Servo-Steucreinrichtung 22, die z. B. die Regulierklappe der Frischluftzuführung steuert. Eine Abweichung der freien Sauerstoffkonzentration auf zu große Konzentrationen steuert die Regulierklappe so, daß der Sauerstoffüberschuß im Brennraum sinkt.The reference gas feed device supplies a precisely defined composition in small quantities Gas that is present on the inner side of the detector in the sensor. As soon as the measuring gas concentration If there are impermissible deviations in the free oxygen, the measuring sensor 11 controls via the measuring current amplifier 16 the servo control device 22, the z. B. the regulating flap of the fresh air supply controls. The regulating flap controls a deviation in the free oxygen concentration to a concentration that is too high so that the excess oxygen in the combustion chamber is reduced.

Ist die Konzentration des freien Sauerstoffes niedriger als die im Vergleichsgas, dann kehrt die Signalspannung ihre Vorzeichen um, und die Steuereinrichtung ist in an sich bekannter Form so geschaltet, daß auch die Stellrichtung der Regulierklappe umgekehrt wird. Damit die Stelloperationen in den für den Ofenbetrieb notwendigen Intervallen erfolgen, ist eine entsprechende Begrenzung der einzelnen Stellintervalle vorgesehen, die z. B. von dem Grad der Konzentrationsabweichung und damit von der Signalspannung in bekannter Form beeinflußt wird.The concentration of free oxygen is lower than that in the reference gas, then the signal voltage reverses its sign, and the control device is switched in a known form so that the Direction of adjustment of the regulating flap is reversed. So that the setting operations are in the for furnace operation necessary intervals take place, a corresponding limitation of the individual setting intervals is provided, the z. B. from the degree of concentration deviation and thus from the signal voltage in known Shape is affected.

Die F i g. 3 zeigt Einzelheiten eines Meßfühlers. Ein Detektor 30 ist plattenförmig ausgebildet, und die Elektroden sind in Form eines Metallnetzes aufgedampft oder elektrogalvanisch aufgetragen. Über ein Zuleitungsrohr 31 mit Fuß wird der Detektor gasdicht an einen Dichtring 32 und an Filterplatten 33 angepreßt Der Anpreßdruck wird durch eine Feder 34 in engen Grenzen konstant gehalten. Ein hochwarmfester Metallmantel 35 verleiht dem Meßfühler nach Fig.3 Schutz.The F i g. 3 shows details of a probe. A detector 30 is plate-shaped, and the electrodes are vapor-deposited or electroplated in the form of a metal mesh. Via a supply pipe 31 with a foot, the detector is pressed against a sealing ring 32 and filter plates 33 in a gas-tight manner The contact pressure is kept constant within narrow limits by a spring 34. A highly heat-resistant metal jacket 35 gives the sensor according to Figure 3 protection.

F i g. 4 zeigt die Anordnung einer Dosiereinrichtung 41 innerhalb eines Meßfühlers 42 in schematischer Darstellung. F i g. 4 shows the arrangement of a metering device 41 within a measuring sensor 42 in a schematic representation.

Diese Form der Anordnung bietet die Gewähr, daß die Meßgaszusammensetzung auf dem Weg des Meß-This form of arrangement ensures that the measurement gas composition on the way of the measurement

gases durch den Meßfühler nicht durch Kondensation verfälscht wird, wenn die Kondensationsgrenze an Linie 43 nicht in Richtung Dosiereinrichtung 41 überschritten wird.
Die Dosiervorrichtung kann natürlich auch anders ausgebildet sein. Es ist lediglich erforderlich, daß innerhalb des Meßgasweges der Taupunkt nicht unterschritten wirdgases is not falsified by condensation by the sensor if the condensation limit on line 43 is not exceeded in the direction of the metering device 41.
The metering device can of course also be designed differently. It is only necessary that the dew point is not undershot within the measuring gas path

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Method for measuring reaction equilibrium states in combustion chambers under high temperatures, preferably directly in furnace systems, the oxygen concentration being a The measuring gas present in the furnace with the oxygen concentration of one introduced into the furnace chamber Reference gas is compared by means of a sensor located directly in the furnace chamber, characterized in that for elimination temperature-related measurement error in the case of differences in oxygen concentration Between the measuring gas and the reference gas, either the measuring gas or the reference gas, as much auxiliary gas as compensation This concentration difference is added that the concentration difference or the absolute Oxygen concentration of the measuring gas compared to the supplied reference gas towards zero converges and the amount of auxiliary gas required for this in each case is measured directly or indirectly.

2. The method according to claim 1, characterized in that the reference gas is preferably air, Steam or mixed gases can be used.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that each concentration difference between the reference gas and the measurement gas a signal to change the operating state of the The furnace system is triggered in such a way that the measurement gas composition is reduced to that specified by the reference gas Concentration is regulated.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that Jas auxiliary gas through gained an electrically controlled gas generator and indirectly via the required amount of auxiliary gas the required generation current is measured.

5. Device for measuring reaction equilibrium states in combustion chambers below high temperatures, preferably directly in furnace systems, consisting of a measuring sensor in the form a solid electrolyte element, which is provided with inlet and outlet lines for measuring and reference gas is, as well as a measuring amplifier and an evaluation device, characterized by an auxiliary gas generator (17), a metering device (19), supply and discharge lines for the auxiliary gas and an automatic one Control circuit, consisting of auxiliary gas generator and measuring sensor.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the auxiliary gas generator (17) and the metering device (19) for comparison gas a function ^ ·; lunity and the auxiliary gas generator for the Oxygen development a common gas cell, but separate for the hydrogen development Has gas cells.