DE19850082B4

DE19850082B4 - Anordnung einer Rauchgasentnahmesonde

Info

Publication number: DE19850082B4
Application number: DE19850082A
Authority: DE
Inventors: Harry Kampmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Kampmann Harry 42327 Wuppertal De
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2018-10-31
Also published as: DE19850082A1

Abstract

Anordnung einer Vorrichtung (10) zur Entnahme von heißen Gasproben aus einem Gaskanal (12) oder einem Gasvolumen mit einem Gasentnahmesondenrohr (30), wobei das Gasentnahmesondenrohr (30) durch eine Öffnung (16) in einer den Gaskanal (12) oder das Gasvolumen begrenzenden Wandung (14) einführbar ist und mit einer Filtereinrichtung (34) verbunden ist, wobei zumindest im Bereich der Wandung (14) eine von einem Mantel (36) umschlossene elektrische Heizeinrichtung (40) angeordnet ist, welche über einen Temperaturfühler (52) regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Filtereinrichtung (34), welche in Gebrauchsstellung mit dem Gasentnahmesondenrohr (30) in die Öffnung (16) des Gaskanals (12) oder Gasvolumens eingeführt ist, von der Heizeinrichtung (40) im Bereich der Wandung (14) umschlossen ist, wobei der Temperaturfühler lösbar (52) im Bereich der Wandung (14) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung einer Vorrichtung zur Entnahme von heißen Gasproben aus einem Gaskanal oder einem Gasvolumen mit einem Gasentnahmesondenrohr, wobei das Gasentnahmesondenrohr durch eine Öffnung in einer den Gaskanal oder das Gasvolumen begrenzenden Wandung einführbar ist und mit einer Filtereinrichtung verbunden ist, wobei zumindest im Bereich der Wandung eine von einem Mantel umschlossene elektrischen Heizeinrichtung angeordnet ist, welche über einen Temperaturfühler regelbar ist.

Solche Vorrichtungen zur Entnahme von Gasproben werden dazu verwendet, um vorzugsweise Rauchgase, die beispielsweise bei einer Müllverbrennungsanlage oder einem Verbrennungskraftwerk entstehen, zu analysieren und zu kontrollieren. Die Rauchgase werden dazu mit einer Rauchgassonde, die zu diesem Zweck in eine Öffnung des Schornsteins eingesetzt wird, aus dem Inneren des Schornsteins angesaugt und zur Analyse in ein Analysengerät geführt. Bei der Rauchgassonde handelt es sich in der Regel um ein langes Ansaugrohr, welches eine geeignete Länge hat, die sowohl dem Schornsteindurchmesser als auch den Bedingungen der Rauchgasströme, insbesondere deren Temperatur, angepaßt ist. Um Staub- bzw. Rußpartikel und andere unerwünschte Substanzen herauszufiltern, die in den Abgasen enthalten sind, werden Filter zwischen Analysengerät und Rauchgassonde montiert. Nach der Filterung werden die zu analysierenden Gase auf geeignet tiefe Temperaturen (Normbereich) abgekühlt.

Nachteil bei diesen einfachen Vorrichtungen ist, daß durch den Temperaturgradienten, der zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Schornsteinwandung herrscht, es aufgrund von Taupunktunterschreitung zur Kondensationsbildung im Bereich der Schornsteinwandung kommt. Das Rauchgaskondensat verklumpt mit den Staub- bzw. Rußpartikeln und verstopft die Sonde. Es sind daher Gasentnahmesondenrohre bekannt, bei denen die Sonde mit einer Heizung auf geeignete Temperaturen aufgeheizt wird, um die Kondensbildung zu verhindern.

Aus einem Prospekt vom Mai 1997 der Firma M&C Analysetechnik GmbH, Rechecke 79, in D 40885 Ratingen ist unter Kapitel 2-1.9.5 eine Vorrichtung zur Entnahme von Gasproben bekannt, bei der ein beheiztes Entnahmerohr mit entsprechend nachgeschaltetem Filter vorgesehen ist. Durch das beheizte Entnahmerohr wird weitestgehend eine Kondensationsbildung vermieden. Da jedoch das gesamte Rohr aufgeheizt werden muß, ist der Energieverbrauch einer solchen Vorrichtung unverhältnismäßig hoch.

Die VDI-Richtlinie 2462, Blatt 1 (Februar 1974) beschreibt eine Vorrichtung zum Entnehmen einer heißen Gasprobe aus einem staubhaltigen strömenden Abgas aus Feuerungsanlagen und technischen Prozessen. Gemäß Bild 1 dieser Richtlinie ist eine in den Abgasstrom eingeführte beheizte Entnahmesonde bekannt, die außerhalb des Gasstroms mit einem beheizten Filter mit Quarzwollfüllung verbunden ist. Die Heizung von Entnahmesonde und Filter erfolgt zur Vermeidung von Kondensatbildung. Bei dieser Vorrichtung liegt der Filter außerhalb der Wandung und muß neben der Rauchgassonde separat aufgeheizt werden.

Aus der DE 29 50 744 B1 ist eine Vorrichtung zum Entnehmen einer heißen Gasprobe aus einer Kammer bekannt, die eine einfache Durchkonstruktion der beheizten Entnahmesonde und des beheizten Filters gemäß der Prinzipskizze nach der VDI-Richtlinie 2462, Blatt 1, Seite 3, zeigt. Diese bekannte Vorrichtung ist für die Überwachung eines in einer Kammerluft vorhandenen Gehalts an organischen Lösungsmitteln oder dgl. Stoffen ausgelegt, die bei Erreichen einer bestimmten Konzentration explosionsgefährlich oder sonstwie schädlich sind. Die elektrische Heizeinrichtung besteht aus einer die Sonde nicht berührenden Metallhülse mit in Umfangsabständen angeordneten Axialbohrungen, in die jeweils ein elektrischer Heizstab eingesetzt ist, dessen elektrische Anschlußleitungen radial nach außen aus der Metallhülse herausgeführt sind. In der Metallhülse ist weiterhin eine axiale Sackbohrung ausgebildet, die einen Temperaturfühler aufnimmt, dessen Anschlußleitungen ebenfalls radial nach außen durch die Metallhülse geführt sind. Der Innendurchmesser der Metallhülse ist wesentlich größer als der Außendurchmesser der Gasentnahmesonde, so daß bei staubhaltiger Kammerluft Staub in den Ringraum zwischen Metallhülse und Gasentnahmesonden eintreten kann. Die Heizeinrichtung umgibt die Sonde nicht über ihre gesamte axiale Länge und springt nur gegenüber der Wandung vor. Der Heizmantel ist von einem Sondenisoliermantel umgeben. Die Baugruppe bestehend aus Heizmantel und Sondenisoliermantel ist lösbar mit der Filtereinrichtung verbunden derart, daß beim Lösen der Verbindung und Abtrennen der Baugruppe von der Filtereinrichtung die elektrischen Verbindungen zu den Heizstäben und dem Temperaturfühler ebenfalls gelöst werden müssen.

Die DE 33 05 232 C2 beschreibt ebenfalls eine Vorrichtung zum Entnehmen einer heißen Gasprobe aus einem Gasvolumen. Bei dieser Vorrichtung ist eine temperaturgeregelte Heizung vorgesehen, die um das Gasentnahmesondenrohr angeordnet ist, wobei auch vorgesehen ist, daß die Heizung nur im Bereich der Wandung angeordnet ist. Der Filter liegt bei dieser Anordnung ebenfalls außerhalb der Wandung des Gasvolumens.

Die Filter der bekannten Vorrichtungen werden entweder nicht mit aufgeheizt oder sie verfügen über eine eigene Filterheizung. Bei den Filtern die keine eigene Heizung aufweisen, müssen die Gase in der Sonde bereits so stark aufgeheizt werden, daß es in den außerhalb der Wandung liegenden Filtern zu keiner Taupunktunterschreitung mit entsprechender Kondensatbildung kommt. Dies ist jedoch ein sehr energieaufwendiges Verfahren, um die Verstopfung des Filters zu verhindern. Bei Filtern, die eine eigene Heizung haben, ist ein zusätzlicher Schalt- und Regelkreis für die separate Heizung erforderlich. Außerdem ist durch die Lage der Filter eine kompakte Bauweise der bekannten Vorrichtungen nicht möglich.

Die DE 8231 175 U1 beschreibt eine Probenentnahmevorrichtung für die Entnahme von Proben bei der Messung von gasförmigen Emissionen, bei dem ein Entnahmerohr und eine Filterkammer einstückig ausgebildet sind. Das Entnahmerohr und die Filterkammer sind in einem beheizten Entnahmesondenträger angeordnet. Nachteil bei dieser Probenentnahmevorrichtung ist, dass eine Reinigung oder auch der Austausch von Bestandteilen nur mit größeren Problemen möglich ist. Eine Reglung der Heiztemperaturmittels Temperaturfühler für das Entnahmerohr und den Filter erfolgt nicht.

Sowohl die EP 0 324 330 A1 , als auch die EP 0 324 331 A1 beschreiben eine Vorrichtung zur Entnahme heißer Gasproben aus einem Reaktionsgefäß. Die Entnahmevorrichtung besteht aus zwei beheizten Innenrohren, mit einem wärmeisolierenden, gekühlten Außenmantel. In Verlängerung der beiden Innenrohre sind zwei beheizte Filter angeschlossen. Mittels Temperaturfühler, welcher im Bereich der Eintrittsöffnung der Entnahmesonde vorgesehen ist, wird die Gastemperatur in dem Reaktionsgefäß ermittelt. Eine Reglung der Heizung erfolgt mit dem Temperaturfühler nicht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher die Anordnung einer Vorrichtung zur Entnahme von Gasproben an zu geben, die versucht die Nachteil, die sich aus dem Stand der Technik ergeben, zu beseitigen wobei die Rauchgasentnahmesonde energiesparender und kompakter konstruiert ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer Anordnung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zumindest die Filtereinrichtung, welche in Gebrauchsstellung mit dem Gasentnahmesondenrohr in die Öffnung des Gaskanals oder Gasvolumens eingeführt ist, von der Heizeinrichtung im Bereich der Wandung umschlossen ist, wobei der Temperaturfühler lösbar im Bereich der Wandung angeordnet ist. Der Vorteil der sich durch diese Anordnung ergibt, ist, daß es auch im Filterbereich zu keiner Taupunktunterschreitung kommt. Hierdurch wird verhindert, daß es zur Kondensation und damit zur Verklumpung von Kondensat und Rauchgaspartikeln kommt. Eine Verstopfung und Verschmutzung der Vorrichtung wird damit vermieden. Weiterhin ist bei dieser Anordnung keine separate Heizung erforderlich. Im Fall, daß keine Filterheizung vorhanden ist, ist es nicht mehr notwendig, daß das Rauchgas auf höhere Temperaturen im Sondenbereich gebracht wird, um auch im Filter die Kondensatbildung zu verhindern. Es wird nun keine eigene Heizung für den Filter benötigt. Dabei ist eine Heizung ausreichend, wodurch die zusätzliche Regelungseinrichtung entfällt. Die Vorrichtung läßt sich noch kompakter gestalten.

Eine effektive Anordnung ergibt sich, sowohl im Punkte Kompaktheit als auch im Punkte Energieersparnis, wenn bei der Vorrichtung die Filtereinrichtung mitsamt dem Gasentnahmesondenrohr in die Öffnung der Wandung des Gaskanals oder Gasvolumens eingeführt wird. Das zu analysierende Gas muß nun nicht zusätzlich gegenüber dem Außenfilterbereich aufgeheizt werden.

Zur leichteren Montage und Demontage hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Vorrichtung in ein Kanaldurchführungsrohr einführbar ist, welches über Verankerungen in der Öffnung der Wandung des Gaskanals oder Gasvolumens gehalten ist.

Als vorteilhafte Ausgestaltung der Anordnung hat sich herausgestellt, wenn sich die Filtereinrichtung nur im Bereich der Wandung befindet. Zur Energieersparnis läßt sich die Heizungseinrichtung dann am besten so anordnen, daß sie nur im Bereich der Wandung die Filtereinrichtung umschließt.

Die Heizung wird über eine Temperatursteuerung geregelt. Dabei befindet sich der Temperaturfühler der Temperaturregelung im Bereich der Wandung, wodurch der relevanteste Bereich zur Temperaturregelung abgedeckt wird.

Zur einfacheren Wartung ist es sinnvoll, daß die Gasentnahmesonde lösbar in der Öffnung des Gaskanals oder Gasvolumens befestigt wird. Dies schließt aber nicht aus, daß es auch fest verschweisste Vorrichtungen zur Entnahme von Gasproben geben kann. Als wartungs- und montagefreundlich erweist sich weiterhin, wenn das Kanaldurchführungsrohr an seinem nach außen hin zeigenden Ende einen Anschlußflansch aufweist, an dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung, welche ebenfalls einen entsprechenden Flansch aufweist, befestigt werden kann. Um die Kabel für Heizung und Temperaturregelung leicht zu montieren bzw. demontieren, ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, einen Heizungsflansch mit Kabelkanälen zwischen dem Anschlußflansch und dem Flansch vorzusehen. Durch die Kabelkanäle können die entsprechenden Versorgungskabel zur Heizungseinrichtung und Kabel für deren Temperaturregelung durchgeführt werden. Ein Distanz- bzw. Dichtungsring zwischen Heizung und Schutzmantel verhindert eine Versalzung der Zwischenräume. Dadurch können die entsprechenden Bauteile leichter auseinandergenommen werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Anordnung der Rauchgasentnahmesonde wird in der Folge mit Hilfe der Zeichnung beispielhaff beschrieben.

1 zeigt im Schnitt einen Ausschnitt einer Vorrichtung zur Entnahme von Gasproben aus einem Gaskanal.

2 zeigt verkleinert im Schnitt eine derartige Vorrichtung zur Entnahme von Gasproben aus einem Gaskanal mit Regleranschluß bzw. Klemmkasten.

Mit 10 ist in 1 eine Rauchgasentnahmesonde bezeichnet. Die Rauchgassonde 10 ist für die Entnahme einer Rauchgasprobe aus einem Gaskanal 12 vorgesehen. Der Gaskanal 12 kann ein Schornstein sein, bei dem eine Rauchgasprobe zu entnehmen ist. Rauchgase, die in Schornsteinen, beispielsweise von Verbrennungsanlagen, wie Kraftwerken oder Müllverbrennungsanlagen sowie Industrieanlagen, wie Stahlwerke oder Glashütten, vorkommen, verfügen in der Regel über einen Temperaturbereich, der sich von 90° bis 150° und weit höheren Temperaturen bewegt. Der Gaskanal 12 ist durch eine Kanalwandung 14 von der Außenumgebung abgeschirmt. Die Kanalwandung 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel nur als kleiner Ausschnitt dargestellt, in der eine Öffnung 16 vorgesehen ist. In der Öffnung 16 sitzt dazu ein Kanaldurchführungsrohr 18, in die die Rauchgassonde 10 eingeführt wird. Das Kanaldurchführungsrohr 18 wird über Verankerungen 20, 22 in der Öffnung der Kanalwandung 14 gehalten.

Am äußeren Ende 24 des Kanaldurchführungsrohres 18 ist ein Anschlußflansch 26 vorgesehen. Die Rauchgassonde 10 weist dazu als Gegenstück einen entsprechenden Filterflansch 28 auf, mit dem sie lösbar in das Kanaldurchführungsrohr 18 befestigt wird.

Zur Entnahme einer heißen Rauchgasprobe aus dem Gaskanal 12, wird die Probe über ein Sondenrohr 30 angesaugt. Das Sondenrohr 30 ist lösbar an einem Filtergehäuse 31 mit einem Heizfilteranschluß 32 angeschraubt. Die Rauchgasprobe wird über einen im Filtergehäuse 31 befindlichen Filter 34 geführt. Vorzugsweise besteht dieser Filter 34 aus Keramik. Andere Filtermaterialien sind bei einer solchen Vorrichtung aber auch denkbar.

Da die Kanalwandung 14 von innen nach außen hin große Temperaturunterschiede aufweist, kommt es bei der Probenentnahme in diesem Bereich der Rauchgassonde 10 zur Kondensationsbildung. Die dabei entstehenden Kondensate verklumpen mit den Staub- bzw. Rauchgaspartikeln und verstopfen bereits nach relativ kurzer Zeit die Rauchgasentnahmesonde 10 und beeinträchtigen damit deren Funktionstüchtigkeit. Weiterhin können sich durch Kondensation Bestandteile der Rauchgase mit dem Wasser zu aggressiven Säuren verbinden, die das Material der Rauchgassonde angreifen. Um dies zu verhindern wird die entnommene Rauchgasprobe im Bereich der Kanalwandung 14 mit einer elektrischen Heizung 40 auf ihrer Temperatur gehalten. Die Heizung 40 ist dazu im Bereich des Kanaldurchführungsrohres 18 um das Filtergehäuse 31 angeordnet. Ein Heizungsflansch 42 schließt die Heizung 40 nach außen hin gasdicht ab. Der Heizungsflansch 42 sitzt lösbar zwischen dem Anschlußflansch 26 und dem Filterflansch 28. Der Anschlußflansch 26, der Heizungsflansch 42 und der Filterflansch 28 sind mit Schrauben 44 und 46 dicht, aber lösbar miteinander verbunden. Der Heizungsflansch 42 ist derart mit Kabelkanälen 48, 50 ausgestaltet, daß Widerstandthermometer 52 zur Regelung der Heizung 40 und Versorgungskabel 54 zum Betreiben der Heizung 40 ein- bzw. durchgeführt sind. Die Kabelkanäle 48, 50 werden mit Kabelverschlußschrauben 56, 58 dicht abgeschlossen. Zwischen den Flanschen 26, 28 und 42 sind Flanschdichtungen 60, 62 vorgesehen, wobei die Flanschdichtung 62 als Deckel für die Heizung 40 dient.

Die Heizung 40 sitzt nur im Bereich des Filters 34, d.h. im Kanaldurchführungsrohr 18 und wird durch Heizfilter-Schutzrohr 36 vor abrassiven und aggressiven Gasen geschützt. Mit einem Distanzring 38 wird der Abstand des Filters 34 bzw. der Heizung 40 zum Heizfilter-Schutzrohr 36 gewahrt und Versalzen der Sondenaußenwand verhindert.

Am äußeren Ende 64 des Filters 34 ist ein Filterdeckel 66 montiert, der mit einem Spannbügel 68 über eine Spannschraube 70 gegen das äußere Ende 64 des Filters 34 und den Filterflansch 28 dicht abschließend gedrückt wird. In den Filterdeckel 66 ist ein erster Anschluß 72 eingelassen, an dem die gefilterte Rauchgasprobe zur Analyse entnommen werden kann. Zu Reinigungszwecken oder zum Mischen von Rauchgasprobe mit anderen Gasen ist ein zweiter Anschluß 74 vorgesehen, in den beispielsweise Luft geblasen werden kann. Ein dritter Anschluß 73 ist als Kontrollentnahmestelle vorgesehen. An diesem Anschluß kann beispielsweise der "TÜV" Proben vor dem Analysengerät zur selbständigen Analyse entnehmen.

2 zeigt die Darstellung von 1 in verkleinerter Form. Gleiche Bauteile haben entsprechend gleiche Bezugszeichen, wie in 1. Durch die Verkleinerung werden noch zusätzliche Details der erfindungsgemäßen Vorrichtung sichtbar. Das Sondenrohr 30 ist in seiner vollständigen Länge dargestellt. Es weist nur einen Bruch 76 auf. Eine Spannungsversorgung im Anschlußkasten 78 sorgt für die nötige Heizspannung der Heizung 40. Die Heizung 40 ist dazu über das Versorgungskabel 54 mit dem Anschlußkasten 78 verbunden. Die Austrittsöffnung des Versorgungskabels 54 wird mit der Verschlußschraube 58 abgedichtet.

Claims

Anordnung einer Vorrichtung (10) zur Entnahme von heißen Gasproben aus einem Gaskanal (12) oder einem Gasvolumen mit einem Gasentnahmesondenrohr (30), wobei das Gasentnahmesondenrohr (30) durch eine Öffnung (16) in einer den Gaskanal (12) oder das Gasvolumen begrenzenden Wandung (14) einführbar ist und mit einer Filtereinrichtung (34) verbunden ist, wobei zumindest im Bereich der Wandung (14) eine von einem Mantel (36) umschlossene elektrische Heizeinrichtung (40) angeordnet ist, welche über einen Temperaturfühler (52) regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Filtereinrichtung (34), welche in Gebrauchsstellung mit dem Gasentnahmesondenrohr (30) in die Öffnung (16) des Gaskanals (12) oder Gasvolumens eingeführt ist, von der Heizeinrichtung (40) im Bereich der Wandung (14) umschlossen ist, wobei der Temperaturfühler lösbar (52) im Bereich der Wandung (14) angeordnet ist.
Anordnung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) in Gebrauchsstellung in ein Kanaldurchführungsrohr (18) eingeführt ist, welches über Verankerungen (29, 22) in der Öffnung (16) des Gaskanals (12) oder Gasvolumens gehalten ist.
Anordnung einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtung (10) lösbar in der Öffnung (16) des Gaskanals (12) oder Gasvolumens befestigt ist.
Anordnung einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kanaldurchführungsrohr (18) an seinem nach außen hin zeigenden Ende einen Anschlußflansch (26) aufweist, an dem die Vorrichtung (10), welche ebenfalls einen entsprechenden Flansch (28) aufweist, lösbar befestigt ist.
Anordnung einer Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung von Versorgungskabeln (54) zur Heizungseinrichtung (40) und von Kabeln (52) für deren Temperaturregelung ein Heizungsflansch (42) mit Kabelkanälen (48, 50) zwischen dem Anschlußflansch (26) und dem Flansch (28) vorhanden ist.
Anordnung einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Distanz- bzw. Dichtungsring (38) zwischen dem Mantel (36) und der Heizung (40) vorgesehen ist.
Anordnung einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) oder einzelne Bestandteile dieser Vorrichtung (10) lösbar zusammengesetzt sind.