DE19751146C2

DE19751146C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung einer Meßgasaufbereitungseinrichtung für heiße Meßgase, die sublimierende Bestandteile enthalten

Info

Publication number: DE19751146C2
Application number: DE1997151146
Authority: DE
Inventors: Guenther Kuske
Original assignee: KUSKE GmbH
Current assignee: KUSKE GmbH
Priority date: 1997-11-19
Filing date: 1997-11-19
Publication date: 1999-11-11
Anticipated expiration: 2017-11-20
Also published as: DE19751146A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung einer Meßgasaufbereitungseinrichtung für hei ße Meßgase, die dem Prozessgas von gaserzeugenden Anlagen entnommen und durch einen Kühler zu einem Gasanalysegerät geleitet werden, wobei das Meßgas Gasbestandteile enthält, die beim Abkühlen sublimieren und sich an den Kühlflächen des Kühlers in fester Form als Sublimat niederschlagen.

Bei Verbrennungsöfen für industrielle Zwecke, Heizkraftwer ke u. dgl. ist es üblich, die Zusammensetzung der heißen Prozess- und/oder Abgase regelmäßig durch eine Gasanalyse zu ermitteln und zu überwachen. Dabei wird dem heißen Pro zessgas, dessen Temperatur über 1000°C liegen kann, ein kleiner Teil als Meßgas unter Ausnutzung eines Gasdruckes oder mit Hilfe einer Gaspumpe sowie einer Sonde entnommen und über einen Filter zunächst durch einen Kühler geleitet, in dem es in der Regel auf eine Temperatur unter 10°C abge kühlt und dann dem Gasanalysegerät zugeführt wird. Erhebli che Probleme entstehen aber, wenn die Prozess- und/oder Ab gase Stoffe enthalten, die beim Abkühlen sublimieren und sich an den Kühlflächen des Kühlers und gegebenenfalls an dessen Zuleitung in fester Form niederschlagen. Zu diesen Stoffen gehört beispielsweise Naphthalin, das sich bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, z. B. Braunkohle, Holz o. dgl. bildet und bei einer Abkühlung unter 83°C sublimiert. Das Sublimat verringert den Strömungsquerschnitt, so daß ein häufiges Reinigen des Kühlers der Meßgasaufbereitungs einrichtung erforderlich ist. Die zur Beseitigung der Ver unreinigungen bisher üblichen manuellen Wartungsarbeiten erforderten Personal, waren zeitaufwendig und verursachten eine Unterbrechung der Messung. Für eine kontinuierliche Messung ist eine zweite parallel angeordnete Entnahme und Meßgasaufbereitungseinrichtung üblich. Aus DE 19 27 555 A1 ist ein Verfahren zur Reinigung von Meßgas aus einem Pro zessgas, z. B. Kokereigas, bekannt, bei dem das Meßgas zu nächst in einem Vorreiniger durch eine Reinigungsflüssig keit, z. B. Öl, Dichlormethan oder Wasser gesaugt und dann einer als Reinigungs- und Filtrationsstufe ausgebildeten weiteren Reinigungsvorrichtung zugeführt wird. Um die in der Reinigungsvorrichtung und im Vorreiniger angesammelte Ver unreinigung zu entfernen und die Reinigungsflüssigkeit im Vorreiniger zu erneuern, wird in gewissen Abständen frische Reinigungsflüssigkeit durch die Reinigungsvorrichtung und den Vorreiniger geführt. Bei diesem Verfahren werden im Kühler jedoch keine beim Abkühlen sublimierende Stoffe des Gases in fester Form abgelagert, weil diese bereits im Vor reiniger ausgewaschen werden und weil das Meßgas wegen der Siedepunkte der Reinigungsflüssigkeit mit einer so niedri gen Temperatur in die Vorrichtung eingeleitet wird, daß im Kühler praktisch keine Sublimation und Ablagerung solcher Stoffe mehr erfolgt. Durch die Wäsche wird das Meßgas au ßerdem durch verdampfende Reinigungsflüssigkeit in seiner Zusammensetzung verfälscht. Für eine Reinigung der Kühlflä chen des Kühlers ohne Beeinträchtigung der Meßgaszusammen setzung ist diese Vorrichtung daher nicht geeignet.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Reinigungsverfahren für eine Meßgasaufbereitungseinrichtung zu entwickeln, das nach jeder Meßphase eine automatische Reinigung der Kühlflächen des Kühlers von Sublimat ohne Be einträchtigung der Meßgaszusammensetzung ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß nach jeder Meßphase ein den Niederschlag ablösendes Lösungsmittel durch den Kühler geleitet und der Kühler mit einem Inertgas durch spült wird. Der Vorteil ist, daß das Lösungsmittel vollau tomatisch in einer Ruhephase der Meßgasaufbereitungsein richtung durch das Kühlsystem geleitet wird. Anschließend, das heißt nachdem die vorbestimmte Menge Lösungsmittel durch den Kühler durchgeströmt ist, wird das Kühlersystem zur Beseitigung von restlichem Lösungsmittel mit einem Inertgas durchspült, woraufhin wieder eine Meßgasaufberei tung stattfinden kann. Es entfällt nicht nur die bisher er forderliche Reinigungsarbeit durch eine Person, sondern es ist auch eine regelmäßige Reinigung sichergestellt. Vor zugsweise wird eine bestimmte Menge Lösungsmittel durch den Kühler sowie dessen Zuleitung geleitet, so daß der Lösungs- und Reinigungsvorgang relativ gleichmäßig und schnell ab läuft. Die Art des Lösungsmittels und des Inertgases rich tet sich nach der Art des abgelagerten Stoffs. Besteht die ser überwiegend aus Naphthalin, wird als Lösungsmittel zweckmäßig Alkohol verwendet.

Zur Durchführung des Verfahrens ist für die Meßgasaufberei tungseinrichtung eine Reinigungseinrichtung vorgesehen, die als integrierender Bestandteil in diese eingebaut ist. Hierfür ist in der Meßgasrohrleitung vor dem Kühler ein Zweiwegeventil, an das eine Schleuse für ein Lösungsmittel angeschlossen ist, und unter dem Kühler ein Auffangbehälter angeordnet, der während der Meßphase das Kondensat und wäh rend der Reinigungsphase das Lösungsmittel mit dem darin gelösten Stoff aufnimmt. Die Schleuse dient der Aufnahme einer bestimmten Menge Lösungsmittel, die so bemessen ist, daß sie zum Ablösen des Sublimats ausreicht und die dann durch die Kühlstrecke geleitet wird. Die Schleuse kann aus einer mit dem Zweiwegeventil verbundenen Rohrleitung beste hen, die über ein Ventil mit einem Vorratsbehälter, über ein Belüftungsventil mit der Atmosphäre und über ein Druck gasventil mit einer Druckgasquelle aus Inertgas verbunden ist. Statt einer Rohrleitung kann aber auch ein Behälter verwendet werden. Die rohr- oder behälterförmige Schleuse kann weiterhin über ein weiteres Zweiwegeventil mit der vom Kühler zum Gasanalysegerät führenden Meßgasrohrleitung ver bunden sein, so daß das gesamte Rohrsystem nach dem Lö sungsvorgang mit Inertgas durchlüftet werden kann. Zweckmä ßig sind zwei Kühler, die parallel zueinander angeordnet sind und gemeinsam über das Zweiwegeventil mit der Pumpe oder der Schleuse verbunden sind und von denen jeder mit einem Auffangbehälter versehen ist. Hierdurch ist es mög lich, beide Kühlsysteme zusammen parallel oder einzeln zu benutzen und anschließend zu reinigen. Die Häufigkeit der Reinigung hängt natürlich von der Ansatzgeschwindigkeit des Sublimats und dem Verschmutzungsgrad ab.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zur Reinigung einer Meßgasaufbereitungseinrichtung für heiße Meßgase ist beispielsweise in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Eine Sonde 1 dient der Entnahme eines Meßgases beispiels weise aus einem Prozessgasraum 2. Der Ausdruck "Prozessgas" umfaßt alle heißen Gase von Verbrennungsöfen, wie Abgase sowie Brenn- oder Heißgase, falls von diesen Meßgas für ei ne Gasanalyse entnommen werden soll. Das Meßgas wird über einen Filter 3 von einer Pumpe 4 angesaugt und über Meßgas rohrleitungen 7, 7', 7" durch zwei parallel angeordnete Küh ler 5, 5' und Meßgasrohrleitungen 9, 9', 9" zu einem Gasana lysegerät 6 gefördert. Die Meßgasrohrleitung 7 ist zweckmä ßig bis zum Zweiwegeventil 8 hin so beheizt, daß die Meß gastemperatur über 100°C liegt. Die Entnahme des Meßgases geschieht in der Regel zyklisch, wobei das Meßgas durch beide Kühler 5, 5' geführt wird. Üblicherweise hat das zu analysierende Prozeßgas eine hohe Temperatur von z. B. über 1000°C. Das entsprechende heiße Meßgas muß für den Analyse vorgang durch Abkühlung auf eine Temperatur von etwa 10°C aufbereitet werden, ehe es dem Gasanalysegerät 6 zugeführt wird. Bei der Verbrennung verschiedener fossiler Brennstof fe, zu denen auch Industrieabfälle, z. B. harzhaltige Holz abfälle oder Braunkohle gehören, kommt es häufig zur Bil dung von Stoffen, die bei der Abkühlung des Meßgas subli mieren, an den Kühlflächen der Kühler 5, 5' und deren Zulei tung in fester Form niederschlagen und den Strömungsquer schnitt der Kühlstrecke verringern. Um einen solchen Nie derschlag in bestimmten Zeitabständen zu beseitigen, ist ein Reinigungsverfahren vorgesehen, wobei nach jeder Meß phase automatisch ein den Niederschlag ablösendes Lösungs mittel durch die Kühler 5, 5' geleitet wird. Besteht der Niederschlag überwiegend aus Naphthalin, wird als Lösungs mittel zweckmäßig Alkohol verwendet. Das Lösungsmittel wird in einer vorbestimmten Menge durch die Kühlstrecke gelei tet. Nachdem das Lösungsmittel den Kühler 5 bzw. 5' durch flossen hat, wird der Kühler zur Beseitigung von restlichen Lösungsmitteln mit einem Inertgas, z. B. CO₂ durchspült. Die Reinigungsvorrichtung besteht aus verschiedenen Bautei len, die integrierte Bestandteile der Meßgasaufbereitungs einrichtung sind.

In der Meßgasrohrleitung 7 ist zunächst ein Zweiwegeventil 8 angeordnet, mit dem die beiden Kühler 5, 5' über die pa rallelen Meßgasrohrleitungen 7', 7" und Steuerventile 23, 23' entweder mit Meßgas beschickt werden oder an ein Rohrleitungssystem 19,19' angeschlossen sind, das eine Schleuse 17 zum Einschleusen des Lösungsmittels in die Küh ler 5, 5' bildet. Im Ausführungsbeispiel ist die Rohrleitung 19 der Schleuse 17 außerdem noch mit einem zweiten Zweiwe geventil 18 verbunden, an das die Meßgasrohrleitung 9 an schließt, welche die beiden Kühler 5, 5' mit dem Gasanalyse gerät 6 verbindet. Durch dieses Zweiwegeventil 18 wird die Schleuse 17 auch mit den Meßgasrohrleitungen 9', 9" verbun den, um eine vollständige Durchspülung mit Inertgas zu er zielen. Am unteren Ende der Kühler 5, 5' ist je ein Auffang behälter 10, 10' für das Lösungsmittel angebracht, die beide mit einem Entleerungsventil 22, 22' versehen sind und denen ein Sammelbehälter 26 zugeordnet ist.

Die Schleuse 17 ist über ein Ventil 16 mit einem Vorratsbe hälter 11 für das Lösungsmittel verbunden. Außerdem münden in die Schleuse 17 zwei Leitungen, von denen eine die Schleuse 17 über ein Belüftungsventil 20 mit der Außenatmo sphäre verbindet und durch die andere über ein Druckgasven til 21 Inertgas, z. B. CO₂, N₂ o. dgl. in die Schleuse 17 geleitet werden kann. In den Vorratsbehälter 11 mündet eine Leitung, durch welche über ein Füllventil 12 ein Vorrat an Lösungsmittel zugegeben wird. Außerdem ist der Vorratsbe hälter 11 mit einer Überdrucksicherung 13, einem Dosierven til 14 für das Intertgas und einer Füllstandsanzeige 15 versehen. Eine Füllstandsanzeige 25 ist auch der Schleuse 17 zugeordnet. Schließlich sind in den Meßgasrohrleitungen 9' und 9", welche die Ausgänge der Kühler 5, 5' mit dem Zweiwegeventil 18 verbinden, Steuerventile 24, 24' angeord net. Alle vorgenannten Ventile sind steuerbar und werden in einem vorprogrammierten Ablauf mit Hilfe eines Mikroprozes sors o. dgl. gesteuert.

Während der Meßphase schließen die Zweiwegeventile 8,18 die beiden Kühler 5, 5' an die Pumpe 4 bzw. an das Gasanalysege rät 6 an, wobei die Steuerventile 23, 23', 24, 24' geöffnet sind. Das Meßgas wird über das Zweiwegeventil 8 und die Steuerventile 23, 23' durch die beiden Kühler 5, 5' und über die Meßgasrohrleitungen 9', 9" und die zugehörigen Steuer ventile 24, 24', das Zweiwegeventil 18 und die Meßgasrohr leitung 9 in das Gasanalysegerät 6 gefördert. Das dabei in den Kühlern 5, 5' kondensierende Wasser tropft nach unten in die Auffangbehälter 10, 10'.

Der Reinigungsvorgang läuft auf folgende Art und Weise ab:

Zur Vorbereitung des Reinigungsvorgangs wird zunächst der Vorratsbehälter 11 mit Lösungsmittel, z. B. 2 bis 3 Liter Alkohol über das Füllventil 12 gefüllt. Die Dosierung ge schieht durch Aufbau eines Inert-Gasdrucks im Vorratsbehäl ter 11, der über einen Feindruckregler 13 eingestellt wird. Anschließend wird das Ventil 16 geöffnet, so daß das Lö sungsmittel bei geschlossenen Ventilen 8, 18, 20 und 21 von dem Gasdruck in die Schleuse 17 gedrückt wird, bis der Druckausgleich erreicht ist. Ist die Schleuse 17 mit Lö sungsmittel gefüllt, wird das Ventil 16 geschlossen und der Vorbereitungsvorgang ist abgeschlossen.

Der Reinigungsvorgang setzt voraus, daß eine Meßphase abge schlossen ist und die Pumpe 4 stillsteht, also kein Meßgas gefördert wird. Um in einer ersten Reinigungsphase die in dem Rohrleitungssystem 19, 19' befindliche Menge Lösungsmit tel durch den Kühler 5 zu leiten, werden zunächst das Steu erventil 23 und das Entleerungsventil 22 und dann das Be lüftungsventil 20 geöffnet, so daß das Lösungsmittel aus der Schleuse 17 über die Rohrleitung 19', das Zweiwegeven til 8, das Steuerventil 23, die Meßrohrleitung 7' durch den Kühler 5 in den Auffangbehälter 22 und den nachgeschalteten Sammelbehälter 26 fließt und dabei das anhaftende Sublimat löst. Diese Lösungsphase kann z. B. 60 Sekunden dauern. Für eine folgende Gasspülung wird das Belüftungsventil 20 ge schlossen und das Druckgasventil 21 etwa 30 Sekunden lang geöffnet, so daß Intertgas durch den zuvor mit Lösungsmit tel gereinigten Strömungsweg von restlichem Lösungsmittel freibläst. Um auch das restliche Leitungssystem der Kühler 5, 5' und der Schleuse 17 mit den zugehörigen Leitungsab schnitten von Fremdstoffen freizublasen, werden schließlich alle Steuerventile 23, 23', 24, 24', Entleerungsventile 22, 22' sowie die Zweiwegeventil 8,18 etwa 10 Sekunden lang geöff net bzw. in Reinigungsstellung verstellt. Beendet wird die erste Reinigungsphase durch Umstellen der Zweiwegeventile 8, 18 und Schließen der Steuerventile 23, 23', 24, 24' und Ent leerungsventile 22, 22'.

Dieser ersten Reinigungsphase kann sich entweder eine zwei te Reinigungsphase und Gasspülung mit entsprechender Vorbe reitung anschließen, in der das Lösungsmittel über das Steuerventil 23' durch den zweiten Kühler 5' geleitet wird. Es ist aber auch möglich zunächst eine Meßphase zwischen zu schalten und dann die zweite Reinigungsphase folgen zu las sen. Zweckmäßig ist es, die erste und zweite Reinigungspha se mit Gasspülung dreimal aufeinanderfolgend zu wiederho len. Im Falle einer kontinuierlichen Gasmessung sind zwei Entnahme- und Meßgasaufbereitungseinrichtungen vorzusehen, die wechselweise etwa alle 30 bis 60 Minuten betrieben wer den.

Bezugszeichenliste

1

Sonde

2

Prozessgasraum

3

Filter

4

Pumpe

5

Kühler

5

'Kühler

6

Gasanalysegerät

7

Meßgasrohrleitung

7

'Meßgasrohrleitung

7

"Meßgasrohrleitung

8

Zweiwegeventil

9

Meßgasrohrleitung

9

'Meßgasrohrleitung

9

"Meßgasrohrleitung

10

Auffangbehälter

10

'Auffangbehälter

11

Vorratsbehälter für Lösungsmittel

12

Füllventil

13

Überdrucksicherung

14

Dosierventil

15

Füllstandsanzeige

16

Ventil

17

Schleuse

18

Zweiwegeventil

19

Rohrleitung

19

'Rohrleitung

20

Belüftungsventil

21

Druckgasventil

22

Entleerungsventil

22

'Entleerungsventil

23

Steuerventil

23

'Steuerventil

24

Steuerventil

24

'Steuerventil

25

Füllstandsanzeige

26

Sammelbehälter

Claims

1. Verfahren zur Reinigung einer Meßgasaufbereitungsein richtung für heiße Meßgase, die dem Prozessgas von ga serzeugenden Anlagen entnommen und durch einen Kühler zu einem Gasanalysegerät geleitet werden, wobei das Meßgas Gasbestandteile enthält, die beim Abkühlen sub limieren und sich an den Kühlflächen des Kühlers in fester Form niederschlagen, dadurch gekennzeichnet, daß nach jeder Meßphase ein den Niederschlag ablösen des Lösungsmittel durch den Kühler geleitet und an schließend der Kühler mit einem Inertgas durchspült wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorbestimmte Menge Lösungsmittel durch den Kühler geleitet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Alkohol verwen det wird.

4. Vorrichtung zur Reinigung einer Meßgasaufbereitungs einrichtung für heiße Meßgase, bestehend aus einer in den Gasraum einer gaserzeugenden Anlage ragenden Sonde und Einrichtungen, die das Meßgas durch einen Kühler zu einem Gasanalysegerät fördern, dadurch gekennzeich net, daß in der Meßgasrohrleitung (7, 7', 7") vor dem Kühler (5, 5') ein Zweiwegeventil (8), an das eine Schleuse (17) für ein Lösungsmittel angeschlossen ist, und unter dem Kühler (5, 5') ein Auffangbehälter (10, 10') angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuse (17) aus einer mit dem Zweiwegeventil (8) verbundenen Rohrleitung (19, 19') besteht, das über ein Ventil (16) mit einem Vorratsbehälter (11), über ein Belüftungsventil (20) mit der Atmosphäre und über ein Druckgasventil (21) mit einer Druckgasquelle aus Inertgas verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schleuse (17) über ein Zweiwegeven til (18) mit der von dem Kühler (5, 5') zum Gasanalyse gerät (6) führenden Meßgasrohrleitung (9) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kühler (5, 5') parallel zuein ander angeordnet sind und gemeinsam über das Zweiwege ventil (8) mit der Pumpe (4) oder der Schleuse (17) verbunden sind und jeder Kühler (5, 5') mit einem Auf fangbehälter (10, 10') versehen ist.