DE19908948A1

DE19908948A1 - Einrichtung zur Entnahme und Analyse von Gasproben

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Publication number: DE19908948A1
Application number: DE19908948A
Authority: DE
Inventors: Robert Eschrich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 1999-11-25
Anticipated expiration: 2019-03-03
Also published as: DE19908948C2

Abstract

Einrichtung zur Entnahme und Analyse von Gasproben, die für die kontinuierliche Messung der Konzentration bestimmter Gaskomponenten und/oder die kontinuierliche Messung der Staubkonzentration und/oder die Sammlung von Staubproben geeignet ist. DOLLAR A Gase industrieller Anlagen sind oft mit aggressiven Gaskomponenten, Dämpfen, Kondensaten und mit Staubpartikeln belastet. Die genannten Messaufgaben erfordern deshalb spezielle Aufbereitungen eines Gasprobestromes. DOLLAR A Die Einrichtung verfügt über die Mittel, belastete Gase in einem breiten Temperaturbereich - vom Taupunkt bis zur Verbrennung - und auch bei Überdruck allen Meßaufgaben entsprechend aufzubereiten. DOLLAR A Fig. 4 ist ein Beispiel für die Messung eines nassen, belasteten Gases. DOLLAR A Ein Gasprobestrom (4) fließt durch ein Entnahmerohr (7) und durch einen Zuflußkanal (3) in einen Umlaufkanal (1) und mischt sich hier mit dem überhitzten Umlaufstrom (2). Eine Umwälzpumpe (11) fördert den gemischten Gasstrom (2 u. 4) und sorgt für einen kontinuierlichen Umlauf. Eine spezielle Heizeinrichtung (26) sorgt für eine starke Überhitzung des Umlaufstromes (2), die notwendig ist, wenn ein nasser Gasstrom mit der Temperatur des Wassertaupunktes auf eine Temperatur über dem Säuretaupunkt (H¶2¶SO¶4¶) zu überhitzen ist und flüssige Aerosole zu verdampfen sind. Die erforderliche Temperatur wird mit einem Temperatursensor (25) und einem Temperaturregler (31) geregelt. DOLLAR A Eine Staubabscheideeinrichtung (16) scheidet den Staub kontinuierlich aus dem ...

Description

Die Analyse von Gasen oder spezieller die kontinuierliche Messung der Konzentration bestimmter Gaskomponenten oder der Staubkonzentration erfordert insbesondere an industriellen Anlagen angepasste Entnahmeeinrichtungen für die Bereitstellung eines repräsentativen Probestromes.

In Anpassung an die unterschiedlichen Bedingungen und die jeweilige Messaufgabe sind verschiedene Entnahmeeinrichtungen bekannt geworden.

In manchen Anwendungsfällen genügt eine einfache Entnahmeleitung, um den Probestrom von der (dem) gewählten Entnahmestelle (Absaugepunkt) im Kanal zum eigentlichen Messgerät zu führen.

Bei der Messung von Gaskomponenten werden in der Regel nur geringe Probemengen benötigt. Um insbesondere bei langen Entnahmeleitungen den verfälschenden Einfluss unkontrollierbarer Stoffumwandlungen in der Gasprobe zu minimieren, wird oft ein mehrfach größerer Teilstrom in einem Bypass vom Kanal bis in die Nähe des Messgerätes zur eigentlichen Probestromentnahme geleitet und dann wieder in den Kanal zurückgeführt. In der Regel wird der Bypass mit einem Ventilator betrieben. Mit einem derartigen Bypass werden gleichzeitig auch unerwünscht lange Totzeiten vermieden, da im größeren Leitungsquerschnitt höhere Strömungs- bzw. Transportgeschwindigkeiten bei begrenzter Förderhöhe des Ventilators erreicht werden.

Die meisten Sensoren und Geräte der Gasmesstechnik müssen vor Staub geschützt werden. Deshalb wird in der Regel ein Filter zur Reinigung des benötigten Gasprobestromes in der Probeleitung angeordnet. Abhängig von der Staubbeladung, von der Konsistenz des Staubes, von Gaskomponenten, insbesondere von der Gasfeuchtigkeit, entsteht oft ein lästiger Wartungsaufwand durch das Verschmutzen des Filters.

Um die Filterverschmutzung und die davon abhängige Wartung durch eine Vorreinigung zu verringern werden nach DE 17 73 858 und DE 24 38 857 Bypassanordnungen vorgeschlagen, bei denen ein abgesaugter Teilstrom nach der außenseitigen Probeentnahme an die Entnahmestelle zurückgeleitet wird. Absaugstrom und Rückflussstrom werden an der Entnahmestelle koaxial gegeneinander geführt. Bei DE 17 73 858 sind Leitbleche zur Drallerzeugung angeordnet. Durch Zentrifugalkräfte werden Staubpartikel aus dem Absaugestrom abgeschieden und mit dem Rückflussstrom abgeführt.

Bei DE 24 38 857 wird auf die aufwendigen Leiteinrichtungen zur Drallerzeugung verzichtet. Allein der koaxiale Rückflussstrom - als Scrubberstrom und dynamisches Filter bezeichnet - be wirkt eine Abscheidung.

Insbesondere sehr kleine Partikel werden auf Grund der Relation von Trägheitskraft : Strömungswiderstand (entspricht kleinen Re-Zahlen < 1 der Partikelumströmung) kaum beeinflusst. Aber gerade der feine Staub verstopft die Filterporen. Vermutlich ist die Anwendung bei hoher Staubbeladung zweckmäßig. Zur Messung der Staubkonzentration sind diese beiden Einrichtungen nicht geeignet.

Eine bessere Staubabscheidung wird sicher mit der Einrichtung nach US 3070990 erreicht. Hier ist ein Zyklon am Ende eines Absaugrohres angeordnet.

Der abgeschiedene Staub muss von Zeit zu Zeit manuell entfernt werden. Das ist einerseits notwendig, um die Staubkonzentration gravimetrisch zu bestimmen, andererseits ist es aber ein Wartungsaufwand, der bei fortlaufendem Messbetrieb ökonomisch nicht vertretbar ist. Nach der Beschreibung ist diese Einrichtung für die Untersuchung von Verbrennungsanlagen vorgesehen. Das heißt, der kontinuierliche Messbetrieb steht nicht im Vordergrund. Allerdings wird bei solchen Anwendungen oft gefordert, dass für eine repräsentative Gasprobe z. B. vom Absaugepunkt in einer Verbrennungszone im abgesaugten Teilstrom die Verbrennung sofort gestoppt und eine Nachverbrennung in der Entnahmeleitung verhindert wird.

Nach US 3070990 sind Entnahmerohr und Zyklon aus Keramik ausgeführt und werden nicht gekühlt, um störende Kondensate zu vermeiden.

Hier kann also eine störende Nachverbrennung nicht ausgeschlossen werden.

Gase industrieller Anlagen sind oft mit aggressiven Gaskomponenten, Dämpfen und mit Staubpartikeln belastet. Kommen noch Kondensate hinzu, dann führt das zu Ablagerungen in der Entnahmeleitung einhergehend mit zerstörenden Korrosionen, die nur mit hochwertigen Werkstoffen in erträglichen Grenzen gehalten werden können.

Kondensate verursachen Messfehler durch Auswaschen von Gaskomponenten. Ablagerungen sind Verluste bei der Staubmessung und sind somit direkte Messfehler. Ablagerungen stören die Funktion der Durchströmteile, begünstigen die Korrosion, führen zu einem hohen Instandsetzungsaufwand und verringern die Verfügbarkeit der Einrichtung. Abgase von Verbrennungs- oder Trocknungsanlagen enthalten oft viel Wasserdampf (20-30%), die Gastemperatur liegt meist in Nähe der Taupunkttemperatur (Wassertaupunkt ca. 65°C; Säuretaupunkt-H₂SO₄ ca. 135°C), so dass sich schon bei geringer Abkühlung des Probestromes Kondensate in der Entnahmeleitung bilden. Oft hat das Abgas die Taupunkttemperatur und ist nass, das heißt, im Abgas sind bereits flüssige Aerosole vorhanden - z. B. nach einer nassen Gaswäsche.

Diese flüssigen Aerosole sind bei Staubmessungen besonders problematisch. Zum Beispiel werden bei der überwachungspflichtigen Kontrolle der Staubemission von Abgasanlagen am häufigsten optische Messverfahren angewandt.

Die optische Messung registriert aber flüssige Partikel ebenso wie Staubpartikel. Deshalb versagt die optische Staubmessung grundsätzlich in nassen Abgasen. Aber auch andere Verfahren der Staubkonzentrationsmessung, wie die kontaktelektrische Messung, die auf Reibungselektrizität bzw. auf Ladungstrennung beruht oder die radioaktive Messung mit Beta-Strahlung am Filterniederschlag, versagen bei Nässe. Ebenso versagt auch die elementare gravimetrische Handmessung, bei der der Staub als Filterniederschlag gewogen wird. Nässe und Staub verstopfen das Filter und verhindern dadurch zumindest ein korrektes Absaugen des Probestromes.

Für gesicherte Analysen und Konzentrationsmessungen müssen die störenden Kondensate oder flüssigen Aerosole beseitigt werden.

Deshalb werden in bekannter Weise Entnahmeeinrichtungen beheizt, um die Abkühlung des Probestromes und damit die Kondensation zu vermeiden oder um einen nassen Probestrom zu überhitzen und die flüssigen Aerosole zu verdampfen.

Für das vollständige Verdampfen flüssiger Aerosole in nassen Abgasen ist erfahrungsgemäß eine beheiztes Rohr von mehr als 10 m Länge erforderlich - eine Rohrlänge, die meist weit größer ist als der Abstand von der Entnahmestelle im Kanal bis zum Messgerät.

Die Notwendigkeit so langer Heizstrecken erklärt sich damit, dass die Verdampfungswärme von der Rohrwand auf das Gas und vom Gas auf die Aerosole (Kondensattröpfchen) übertragen werden muß - und das bei Strömungsgeschwindigkeiten von ca. 10 m/s.

Bekannt ist eine Einrichtung DE 44 30 378 C2 mit einer beheizten Drallkammer, mit der eine intensive Verdampfung insbesondere dadurch erreicht wird, dass die flüssigen Partikel an die heiße Drallkammerwand zentrifugiert werden und dort auf kurzem Wege als Wandfilm schneller verdampfen als in einem langen, beheizten Rohr.

Folgende bemerkenswerte und allgemein verwertbare Betriebserfahrungen aus einer Reihe langjähriger industrieller Anwendungen dieser letztgenannten Einrichtung DE 44 30 378 C2 sind:

- Im überhitzten Bereich sind Rohrleitungen, Schlauchleitungen und auch der Ventilator frei von störenden Verschmutzungen.
- Auch in der beheizten Drallkammer bilden sich keine störenden Ablagerungen, die anfangs auf Grund starker Zentrifugalkräfte befürchtet wurden.
- Lediglich auf Heizflächen, wo offensichtlich eine intensive Kondensatverdampfung stattfindet, bilden sich geringe Ablagerungen, deren Beseitigung in normalen Wartungszyklen leicht möglich ist.
- Im nassen Ansaugbereich bilden sich Ablagerungen, für deren Beseitigung ebenfalls der normale Wartungszyklus ausreicht.
- Der Werkstoff PVDF hat sich in aggressiven nassen Abgasen als absolut resistent erwiesen - Ab lagerungen lassen sich mit Wasser leicht entfernen.

Ein Nachteil der bekannten, beheizten Entnahmeeinrichtungen ist der relativ hohe Energiebedarf. Wie schon anfangs erwähnt, ist der abgesaugte Teilstrom oft vielfach größer ist als die zur eigentlichen Messung benötigte Gasprobe. Deshalb sind erfahrungsgemäß mehrere Kilowatt Heizleistung zur Temperaturerhöhung und zur vollständigen Verdampfung der flüssigen Aerosole nötig.

Nach Erfahrungen des Erfinders sind ca. 4 KW bei ca. 100 m³Gas/h erforderlich.

Wichtige Gründe für die Überdimensionierung des Teilstromes sind

- durch Wahl höherer Strömungsgeschwindigkeiten (< 10 m/s) Staubablagerungen in der Entnahmeleitung zu vermeiden oder zu minimieren und geringere Totzeiten zu erreichen.
- durch Wahl größerer Innendurchmesser den Strömungswiderstand mit Rücksicht auf die verfügbare Förderleistung des Gebläses in Grenzen zu halten und den Einfluss von Ablagerungen zu relativieren - das heißt, der Einfluss einer Schmutzschicht auf das Durchflussverhalten ist bei einem größeren Rohrdurchmesser 'D' geringer, da bei gleichem Durchfluss der Strömungswiderstand ∼ D⁵ ist. Ohne Berücksichtigung der außerdem erhöhten Rohrrauhigkeit verursacht eine Schichtdicke 's' eine Widerstandsänderung 10*(s/D).

Eine andere Methode zur schnellen Tröpfchenverdampfung ist das Mischen mit einem trockenen und möglichst heißen Gas.

Bekannt ist eine Einrichtung für gravimetrische Staubgehaltsmessungen in wasserdampfgesättigten Abgasen (Th. Gritsch, E. Krämer: Ein neuartiges Probenahmeverfahren für die Bestimmung niedriger Staubgehalte in wasserdampfgesättigten Abgasen Staub-Reinhaltung der Luft 55 (1995)), bei der heiße Luft dem Probestrom in dem kurzen Entnahmerohr einer Filterkopfsonde zugemischt und damit eine schnelle Aerosolverdampfung erreicht wird. Diese als Verdünnungsverfahren benannte Methode ist relativ aufwendig, denn ein staubfreier Luftstrom muß zusätzlich bereitgestellt und gemessen werden. Das macht die Bestimmung der komplexen Messgröße "Staubkonzentration" komplizierter. Ebenso würde auch die Verdünnungsmethode die Messung von Gaskonzentrationen komplizieren und unkontrollierte, chemische Reaktionen, die die Gasprobe zusätzlich verfälschen, könnten nicht ausgeschlossen werden.

Andererseits hat sich die erwähnte Filterkopfsonde, ein sogenanntes Innenfiltergerät, wie es in unbeheizter Ausführung auch nach DE 41 29 697 C2 bekannt ist, für den häufigen und kritischen Anwendungsfall - Abgas mit Temperaturen knapp über dem (Säure-)Taupunkt aber noch frei von flüssigen Aerosolen - bei gravimetrischen Staubmessungen gut bewährt, weil sich das kurze Entnahmerohr mit dem Messfilter im Abgasstrom befindet, deshalb auch ohne Heizung keine Abkühlung des Probestromes und folglich auch keine störende Kondensation stattfindet.

Für Außenfiltergeräte ist bei solchen Anwendungsfällen eine Heizung unentbehrlich. Bekannt ist eine variable Gerätekonfiguration (R. Eschrich: Gravimetrische Staubmeßgeräte mit Nulldrucksonden - Energietechnik 28 (1976)), zu der Entnahmerohre, Entnahmeschläuche, Zyklon und Filter - alle in beheizbarer Ausführung - gehören. Auch andere Hersteller- z. B. (Fa. Ströhlein: Firmenschrift "Umweltschutz-Messgeräte") - bieten Außenfiltergeräte mit beheiztem Entnahmerohr und Filter an.

Ein Außenfiltergerät nach (R. Eschrich: Gravimetrische Staubmessgeräte mit Nulldrucksonden - Energietechnik 28 (1976)), das unter Berücksichtigung oben genannter Gründe für die Dimensionierung des Teilstromes ausgelegt worden ist, benötigt 7 bis 14 m³Gas/h. Das Innenfiltergerät nach DE 41 29 697 C2 mit einer Nachweisgrenze von ca. 0,2 mg/m³ kommt mit einem Durchsatz von 0,6 bis 1,5 m³/h aus - auf Grund des geringen Strömungswiderstandes des kurzen Entnahmerohres vor dem Filter.

Dieser Durchsatzvergleich zeigt die Relation von tatsächlich für die eigentliche Messung benötigten Probestrom und dem nach strömungsbedingter Auslegung erforderlichen Teilgasstrom.

Die Relation zeigt die Reserven für die energetische Verbesserung von Entnahmeeinrichtungen oder Bypassystemen auf.

Nachteile der bekannten Einrichtungen:

- Einrichtungen sind entweder für die Messung von Gaskomponenten oder für die Messung des Staubgehaltes geeignet. Einrichtungen für beide Komponenten sind nicht bekannt.
- Einrichtungen zum Trocknen nasser Gase erfordern einen unverhältnismäßig hohen Aufwand an Heizenergie.
- Beheizte Einrichtungen für nasse Gase haben einen noch zu großen, nassen und damit verschmutzungsgefährdeten Ansaug- oder Eintrittsbereich.
- Einrichtungen mit sofortigem Stopp einer Verbrennung oder einer anderen Stoffumwandlung, ohne andere Störungen zu verursachen, sind nicht bekannt.
- Staubfilter vor einer Gasmesseinrichtung sind oft sehr wartungsaufwendig.
- Einrichtungen mit Staubvorabscheider sind nicht effektiv genug, um den Wartungsaufwand des Staubfilters befriedigend zu vermindern.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Gasprobenahme zu schaffen, die für die Messung von Gaskomponenten und/oder die Messung des Staubgehaltes geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst,

- dass die Einrichtung grundsätzlich aus einem Umlaufkanal 1 mit einem gasförmigen Umlaufstrom 2 besteht, dass mindestens ein Zuflusskanal 3 mit dem Zuflussstrom 4 und mindestens ein Abflusskanal 5 mit dem Abflussstrom 6 an dem Umlaufkanal 1 angeordnet sind, dass der Zuflusskanal 3 die Weiterführung eines Entnahmerohres 7 mit dem Gasprobestrom ist und dass der Umlaufstrom 2 das Mehrfache des Zuflussstromes 4 ist
- und dass in Anpassung an die Messaufgabe und Prozessbedingungen die erfinderischen Merkmale nach Anspruch 2 bis 22 in unterschiedlichen Kombinationen zur Anwendung kommen.

Vorteile

Mit dem Umlaufstrom wird ein relativ kleiner Gasprobestrom auch in relativ langen Entnahmeleitung mit hinreichend großer Transportgeschwindigkeit gegen relativ geringe Strömungswiderstände von der Entnahmestelle oder vom Absaugpunkt bis zum Messgerät geleitet. Durch Mischung mit dem wohl temperierten Umlaufstrom wird der Gasprobestrom rasch auf den optimalen Messgaszustand gebracht.

Ausführungsbeispiele

In den schematischen Darstellungen zeigen:

Fig. 1 Eine Einrichtung mit einem kontinuierlichen Staubmessgerät.

Fig. 2 Eine Einrichtung ähnlich Fig. 1, aber mit mehrfacher Entnahme.

Fig. 3 Eine Einrichtung mit einem Außenfiltergerät für die gravimetrische Staubgehaltsmessung.

Fig. 4 Eine Einrichtung für nasse Gase mit einem kontinuierlichen Staubmessgerät und mit einem Außenfiltergerät für die gravimetrische Staubgehaltsmessung und mit Anschluss eines Gasanalysators.

Fig. 5 Eine Einrichtung ähnlich Fig. 4, aber für Gase mit hoher Prozesstemperatur z. B. aus einer Verbrennungszone.

Fig. 6 Eine Einrichtung ähnlich Fig. 5, aber für Gase mit Überdruck.

Fig. 1

Ein Gasprobestrom 4 wird mit einem Entnahmerohr 7 dem Gaskanal 10 entnommen, strömt durch einen Zuflusskanal 3 in einen Umlaufkanal 1 und mischt sich hier mit einem Umlaufstrom 2. Ein Schutzrohr 8 bildet mit dem kurz ausgebildeten Entnahmerohr 7, mit dem Zuflusskanal 3 und einem Abschnitt des Umlaufkanales 2 eine Entnahmesonde 9, die im Gaskanal 10 angeordnet ist. Eine Umwälzpumpe 11 fördert den gemischten Gasstrom (2 + 4) und sorgt für einen kontinuierlichen Umlauf. Über einen Abflusskanal 5 wird ein Abflussstrom 6, einer Staubmesseinrichtung 17 zugeführt und fließt dann über eine Rückflussleitung 12 in den Gaskanal 10 zurück.

Mit einer Durchflussmesseinrichtung 21 wird der Gasprobestrom 4 = Abflussstrom 6 kontrolliert. Störende Veränderungen des Gasprobestromes, z. B. infolge nicht ganz zu vermeidender Verschmutzungen, können bis zu einem gewissen Grade mit einem Stellventil 30 kompensiert werden oder es ist eine Reinigung erforderlich.

Eine Düse 14 beschleunigt den Umlaufstrom 2 und erzeugt damit einerseits einen Unterdruck am Zulaufkanal 3 für das Ansaugen des Gasprobestromes 4 und andererseits einen Überdruck zum Abflusskanal 5.

Vorteile

Mit dem mehrfach größeren Umlaufstrom wird der Staub des relativ kleinen Gasprobestromes sicher zum Staubmessgerät transportiert und mit der Umwälzpumpe wird quasi durch den mehrfachen Durchlauf das Mehrfache an Energie dem Gasprobestrom zugeführt.

Das bedeutet eine Erwärmung des Umlaufstromes, die ausreicht, Wärmeverluste nach außen zu kompensieren, damit störende Kondensationen zu verhindern oder gar eine Überhitzung zu erreichen, durch die störende, flüssige Aerosole im Gasprobestrom bei der Mischung im Umlaufkanal schnell verdampfen.

Eine spezielle Heizeinrichtung ist damit bei vielen Anwendungen überflüssig.

Mit der Dimensionierung der Düse 14 bei der strömungstechnischen Auslegung besteht die Möglichkeit, für die Förderung des Gasprobestromes 4 Druckverhältnisse zu schaffen, die eine zusätzliche Pumpe erübrigen.

Fig. 2

Diese Darstellung stimmt weitgehend mit Fig. 2 überein. Mit der Anordnung eines zweiten Entnahmerohres 7 an der Entnahmesonde 9 wird die Möglichkeit der Mehrpunktentnahme aus einem Gaskanal 10 demonstriert.

Mit der Mehrpunktentnahme wird ein besserer Mittelwert der Messgröße erzielt.

Vorteile

Das Einbinden mehrere kleiner Gasprobeströme in einen mehrfach größeren Umlaufstrom 2 sichert durch eine gleichmäßig starke Strömung einen besseren Staubtransport im Vergleich mit einer herkömmlichen einfachen Sammelleitung mit entweder starken Geschwindigkeits unterschieden oder entsprechend gestuftem Querschnittsverlauf.

Außerdem sorgt ein überhitzter Umlaufstrom 2 für eine schnelle Verdampfung flüssiger Aerosole und reduziert die Verschmutzungsneigung ganz erheblich.

Fig. 3

Der Gasprobestrom 4 fließt durch das Entnahmerohr 7 und durch den Zuflusskanal 3 in den Umlaufkanal 1 und mischt sich hier mit dem überhitzten Umlaufstrom 2.

Die Umwälzpumpe 11 fördert den gemischten Gasstrom (2 + 4) und sorgt für den Umlauf. Eine spezielle Heizeinrichtung 26 sorgt für eine starke Überhitzung des Umlaufstromes 2, die notwendig ist, wenn ein nasser Gasstrom mit der Temperatur des Wassertaupunktes auf eine Temperatur über dem Säuretaupunkt (H₂SO₄) zu überhitzen ist und flüssige Aerosole zu verdampfen sind. Die erforderliche Temperatur wird mit einem Temperatursensor 25 und mit einem Temperaturregler 31 geregelt.

Über den Abflusskanal 5 wird der Abflussstrom 6 einem Staubrückhaltefilter 20 zugeführt und von der Absaugpumpe 13 abgesaugt.

Mit der Durchflussmesseinrichtung 21, mit einem Durchflussregler 24 und einem Stellventil 30 für einen Falschluftstrom wird der Gasprobestrom 4 = Abflussstrom 6 gemessen, geregelt (für isokinetische Probenahme) und über die Entnahmezeit integriert (für die Ermittlung des gravimetrischen Staubgehaltes).

Vorteile

Hier wird das Problem der gravimetrischen Staubgehaltsmessung in nassen Gasen mit einer Entnahmeeinrichtung mit einem Außenfiltergerät gelöst, das auf Grund der schnellen Aerosolverdampfung und Überhitzung des Gasprobestromes eine wesentlich sichereren Staubtransport gewährleistet als herkömmliche Einrichtungen dieser Art und dabei weit weniger Energie zur Überhitzung und ein wesentlich kleineres Filtergerät benötigt auf Grund des minimierten Gasprobestromes.

Gegenüber dem Innenfiltergerät mit Luftzumischung ist die Messung mit der erfindungsgemäßen Einrichtung weit weniger kompliziert. Die Einrichtung weist eine wesentlich größere Überhitzungsreserve auf - z. B. wäre mit dem angegebenen Innefiltergerät keine Überhitzung vom Wassertaupunkt bis zum Säuretaupunkt (H₂SO₄) möglich.

Fig. 4

Die Umwälzpumpe 11 fördert den gemischten Gasstrom (2 + 4) und sorgt für einen kontinuierlichen Umlauf. Die spezielle Heizeinrichtung 26 sorgt für eine starke Überhitzung des Umlaufstromes 2, die notwendig ist, wenn ein nasser Gasstrom mit der Temperatur des Wassertaupunktes auf eine Temperatur über dem Säuretaupunkt (H₂SO₄) zu überhitzen ist und flüssige Aerosole zu verdampfen sind. Die erforderliche Temperatur wird mit dem Temperatursensor 25 und dem Temperaturregler 31 geregelt.

Eine Staubabscheideeinrichtung 16 scheidet den Staub kontinuierlich aus dem Umlaufstrom 2 ab und sorgt dafür, dass einerseits durch eine Gasprobeleitung 18 eine gereinigte Messgasprobe einem Gasanalysator 19 zur Verfügung steht und dass andererseits der abgeschiedene Staub mit dem Abflussstrom 6 kontinuierlich der Staubmesseinrichtung 17 zugeführt wird.

Mit der Durchflussmesseinrichtung 21 wird der Gasprobestrom 4 = Abflussstrom 6 gemessen und für isokinetische Probenahme mit dem Durchflussregler 24 und dem Stellventil 30 für Falschluft geregelt. Über eine Umschalteinrichtung 22 wird der Abflussstrom 4 entweder über einen Bypasskanal 23 direkt zur Absaugpumpe 13 geleitet oder vorher dem Staubrückhaltfilter 20 für eine Sammelprobe zur Staubanalyse und/oder zur gravimetrischen Staubgehaltsmessung, z. B. zwecks Kalibrierung der Staubmesseinrichtung 17 zugeführt.

Vorteile

Mit dieser Einrichtung wird der schwierige Fall der Probenahme eines nassen und staubbelasteten Gases für die Gasanalyse und die Staubgehaltsmessung gelöst.

Durch die schnelle Verdampfung der flüssigen Aerosole schon im Zuflussbereich des Gasprobestromes und durch die vom überhitzten Umlaufstrom aufgeheizten Innenflächen der Einrichtung wird die Verschmutzungsgefahr ebenso wie Staubtransportverluste gegenüber herkömmlichen Einrichtung reduziert.

Da auch der Gasprobestrom nur ein Bruchteil dessen bekannter Einrichtungen beträgt, ist auch der Energieaufwand zur Überhitzung entsprechend geringer.

Durch die Staubabscheidung aus dem Umlaufstrom steht gereinigtes Messgas für die Gasanalyse zur Verfügung und außerdem verdünnt der gereinigte Umlaufstrom den staubbelasteten Gasprobestrom und verringert die Staubbelastung des Umlaufkanales und der Umwälzpumpe.

Fig. 5

Im Gegensatz zu Fig. 4 ist diese Einrichtung ist für die Probenahme von Gas sehr hoher Temperatur, z. B. von Gas aus einer Verbrennungszone, vorgesehen.

Der Gasprobestrom 4 fließt durch das Entnahmerohr 7 und durch den Zuflusskanal 3 in den Umlaufkanal 1. Durch die Mischung mit dem "kalten" Umlaufstrom 2 wird der Gasprobestrom 4 schnell abgekühlt und z. B. eine Verbrennung gestoppt.

An Stelle der Heizeinrichtung bei Fig. 4 ist hier eine Kühleinrichtung bestehend aus Kühlkörper 27, Wärmetauscher 28, Kühlmittelumwälzpumpe 29, Stellventil 30 und Temperaturregler 31 angeordnet. Die Kühleinrichtung sorgt für eine geregelte Temperatur des Umlaufstromes, die niedrig genug ist, um die Verbrennung oder einen anderen Stoffumwandlungsprozess im Gasprobestrom zu stoppen, die materialverträglich ist und die hoch genug ist, um Kondensation zu vermeiden.

Alle anderen Funktionen der Einrichtung entsprechen der Beschreibung Fig. 4.

Vorteile

Mit dieser Einrichtung wird der schwierige Fall der Gewinnung einer repräsentativen Probe vom Absaugepunkt eines staubbelasteten, extrem heißen und in Stoffumwandlung befindlichen Gases sowohl für die Gasanalyse als auch die Staubgehaltsmessung gelöst.

Durch die schnelle Abkühlung des Gasprobestromes im mehrfach größeren Umlaufstrom wird in idealer Weise der stoffliche Zustand wie am Absaugepunkt quasi eingefroren. Da der Umlaufstrom stofflich mit dem Gasprobestrom identisch ist, besteht keine Gefahr anderweitiger, störender Reaktionen, wie sie bei der Mischung mit Luft oder anderem Gas zu befürchten wären ungeachtet der Probleme, die in dem Falle für die Gasanalyse entstehen würden.

Der mehrfach größere Umlaufstrom temperiert die Einrichtung:

- Kondensate und Ablagerungen werden vermieden
- Temperatur/Materialprobleme werden beherrscht.

Durch die Staubabscheidung aus dem Umlaufstrom wie bei Fig. 4 steht gereinigtes Messgas für die Gasanalyse zur Verfügung und außerdem verdünnt der gereinigte Umlaufstrom den staubbelasteten Gasprobestrom und verringert die Staubbelastung der Umwälzpumpe.

Fig. 6

Diese Einrichtung entspricht weitgehend Fig. 5 und ist für die Probenahme von Gas vorgesehen, das zusätzlich unter Überdruck steht.

Gegenüber Fig. 5 ist hier eine Düse 15 am Zulaufkanal 3 angeordnet. Mit der Düse 15 wird der Überdruck abgebaut. Dabei fungiert die Düse 15 wie die Treibstrahldüse eines Injektors, der den Umlaufstrom fördert, so dass die Umwälzpumpe entfällt.

Vorteile

Der für herkömmliche Lösungen problematische Überdruck wird hier genutzt, um eine komplette Einrichtung wie Fig. 5 durch Ersatz der Umwälzpumpe mit einer billigen Injektoranordnung zu vereinfachen und damit Herstellungs- und Betriebskosten (Energie) zu senken.

Bezugszeichenliste

1

Umlaufkanal

2

Umlaufstrom

3

Zuflusskanal

4

Zuflussstrom, Gasprobestrom

5

Abflusskanal

6

Abflussstrom

7

Entnahmerohr, Absaugrohr

8

Mantelrohr

9

Entnahmesonde

10

Gaskanal

11

Umwälzpumpe,

12

Rückflussleitung

13

Absaugpumpe

14

Düse im Umlaufkanal

15

Düse im Zulaufkanal

16

Staubabscheideeinrichtung

17

Staubmesseinrichtung

18

Gasprobeleitung

19

Gasanalysator, Gasmesseinrichtung

20

Staubrückhaltefilter

21

Durchflussmesseinrichtung

22

Umschalteinrichtung

23

Bypasskanal

24

Durchflussregler

25

Temperatursensor

26

Heizkörper, Heizeinrichtung

27

Kühlkörper, Kühler

28

Wärmetauscher

29

Kühlmittelumwälzpumpe

30

Stellventil

31

Temperaturregler

Claims

1. Einrichtung zur Entnahme und Analyse von Gasproben aus einem Gaskanal, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung aus einem Umlaufkanal 1 mit einem gasförmigen Umlaufstrom 2 besteht, dass mindestens ein Zuflusskanal 3 mit dem Zuflussstrom 4 und mindestens ein Abflusskanal 5 mit dem Abflussstrom 6 an dem Umlaufkanal 1 angeordnet sind, dass der Zuflusskanal 3 die Weiterführung eines Entnahmerohres 7 mit dem Gasprobestrom ist und dass der Umlaufstrom 2 das Mehrfache des Zuflussstromes 4 ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt des Umlaufkanales 1 mit einer oder mehreren Anordnungen von Entnahmerohr 7 und Zuflusskanal 3 in einem Mantelrohr 8 als Entnahmesonde 9 in einem Gaskanal 10 angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Umlaufkanal 1 eine Umwälzpumpe 11 für die Förderung des Umlaufstromes 2 einschließlich des Zuflussstromes 4 angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abflusskanal 5 mit einer Rückflussleitung 12 zum Gaskanal 10 verbunden ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Abflusskanal 5 eine Absaugpumpe 13 angeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlaufkanal 1 an der Einbindung des Zuflusskanales 3 eine Düse 14, das heisst, eine konvergente Verengung bis zum Zusammenfluss mit dem Zuflussstrom 4 besitzt.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuflusskanal 3 an der Einbindung in den Umlaufkanal 1 eine Düse 15, das heisst, eine konvergente Verengung bis zum Eintritt in den Umlaufkanal 1 besitzt.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Umlaufkanal 1 eine Staubabscheideeinrichtung 16 angeordnet und mit dem Abflusskanal 5 zum kontinuierlichen Staubabfluss verbunden ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Abflusskanal 5 eine Staubmesseinrichtung 17 angeordnet ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasprobeleitung 18 zu einem Gasanalysator 19 angeordnet ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Abflusskanal 5 ein Staubrückhaltefilter 20 angeordnet ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Abflusskanal 5 eine Durchflussmesseinrichtung 21 angeordnet ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass am Abflusskanal 5 eine Ventilanordnung als Umschalteinrichtung 22 und ein Bypasskanal 23 zum Staubrückhaltefilter 20 angeordnet ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Abflusskanal 5 ein Durchflussregler 24 angeordnet ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Abflusskanal 5 und/oder im Umlaufkanal 1 ein Temperatursensor 25 angeordnet ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Umlaufkanal 1 ein Heizkörper 26 angeordnet ist.

17. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Umlaufkanal 1 ein Kühlkörper 27 angeordnet ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 1 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper 27 Teil eines Kühlsystems mit den Bestandteilen Wärmetauscher 28, Kühlmittelumwälzpumpe 29 und Stellventil 30 ist.

19. Einrichtung nach Anspruch 1; 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturregler 31 mit dem Temperatursensor 25 und mit dem Heizkörper 26 verbunden ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 1; 15 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturregler 31 mit dem Temperatursensor 25 und mit dem Stellventil 30 des Kühlsystems verbunden ist.