DE202022104346U1

DE202022104346U1 - Gas analyzer for optical gas analysis

Info

Publication number: DE202022104346U1
Application number: DE202022104346.9U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2022-08-01
Filing date: 2022-08-01
Publication date: 2023-11-10
Anticipated expiration: 2032-08-02

Abstract

Gasanalysator zur optischen In-situ Gasanalyse in einem Gasstrom (60), der neben einem zu messenden Gasanteil, dessen Konzentration bestimmt werden soll, die Konzentrationsbestimmung störende Wassertröpfchen (68) und sonstige Aerosole, wie Staub, Rauch, enthält, mit
- einem Lichtsender (12) und einem Lichtempfänger (22), die zusammen und gegebenenfalls mit einem Reflektor (18), eine optische Messstrecke in einem Messvolumen (16) definieren,
- einer Auswerteeinrichtung (24) zur Auswertung von Empfangssignalen des Lichtempfängers (22) zur Konzentrationsbestimmung,
- wobei das Messvolumen (16) in einer Messlanze (30) liegt, die quer in den Gasstrom hineinragt und wenigstens zwei vertikal beabstandete Öffnungen (70, 72) aufweist, um einen Teil des Gasstroms durch eine erste Öffnung (70) in das Messvolumen (16) strömen zu lassen und durch die zweite Öffnung (72) aus dem Messvolumen (16) heraus, dadurch gekennzeichnet,
- dass außerhalb des Messvolumens (16) in wenigstens der ersten Öffnung (70) der Messlanze (30) ein Aerosolabscheider (74) angeordnet ist, der Einzelkanäle (76) aufweist, durch die der das Messvolumen (16) durchströmende Teil des Gasstroms (60) strömt
- und die Einzelkanäle (76) mindestens eine Umlenkung des durchströmenden Gases erzwingen und kein Anteil des Gases auf geradlinigem Weg in das Messvolumen (16) gelangen kann.

Gas analyzer for optical in-situ gas analysis in a gas stream (60), which, in addition to a gas portion to be measured whose concentration is to be determined, contains water droplets (68) that interfere with the concentration determination and other aerosols, such as dust, smoke
- a light transmitter (12) and a light receiver (22), which together and optionally with a reflector (18) define an optical measuring path in a measuring volume (16),
- an evaluation device (24) for evaluating received signals from the light receiver (22) to determine the concentration,
- wherein the measuring volume (16) lies in a measuring lance (30) which projects transversely into the gas flow and has at least two vertically spaced openings (70, 72) in order to allow a portion of the gas flow through a first opening (70) into the measuring volume ( 16) to flow and out of the measuring volume (16) through the second opening (72), characterized in that
- that an aerosol separator (74) is arranged outside the measuring volume (16) in at least the first opening (70) of the measuring lance (30), which has individual channels (76) through which the part of the gas stream (60) flowing through the measuring volume (16). ) flows
- And the individual channels (76) force at least one deflection of the gas flowing through and no portion of the gas can get into the measuring volume (16) in a straight line.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasanalysator zur optischen In-situ Gasanalyse in einem Gasstrom, der neben einem zu messenden Gasanteil, dessen Konzentration bestimmt werden soll, die Konzentrationsbestimmung störende Wassertröpfchen und sonstige Aerosole, wie Staub, Rauch, enthält, mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger, die zusammen und gegebenenfalls mit einem Reflektor, eine optische Messstrecke in einem Messvolumen definieren, mit einer Auswerteeinrichtung zur Auswertung von Empfangssignalen des Lichtempfängers zur Konzentrationsbestimmung, wobei das Messvolumen in einer Messlanze liegt, die quer in den Gasstrom hineinragt und wenigstens zwei vertikal beabstandete Öffnungen aufweist, um einen Teil des Gasstroms durch eine erste Öffnung in das Messvolumen strömen zu lassen und durch die zweite Öffnung aus dem Messvolumen heraus.The invention relates to a gas analyzer for optical in-situ gas analysis in a gas stream, which, in addition to a gas component to be measured whose concentration is to be determined, contains water droplets and other aerosols that interfere with the concentration determination, such as dust, smoke, with a light transmitter and a light receiver, which, together and optionally with a reflector, define an optical measuring section in a measuring volume, with an evaluation device for evaluating received signals from the light receiver to determine the concentration, the measuring volume lying in a measuring lance which projects transversely into the gas flow and has at least two vertically spaced openings, to allow part of the gas stream to flow into the measuring volume through a first opening and out of the measuring volume through the second opening.

Bei diesen Vorrichtungen handelt es sich beispielsweise um optische Spektrometer, Sichtweitenmessgeräte, In-situ Gasanalysatoren, Tunnelsensoren und dergleichen. In solchen In-situ-Gasanalysatoren werden bestimmte Gasanteile, z. B. Schwefelwasserstoff, Kohlenmonoxid, S02, NH3, NO NO2, HCl, HF oder dergleichen, aus dem Spektrum bzw. der Absorption, verursacht durch die Gasmatrix, ermittelt.These devices are, for example, optical spectrometers, visibility measuring devices, in-situ gas analyzers, tunnel sensors and the like. In such in-situ gas analyzers, certain gas components, e.g. B. hydrogen sulfide, carbon monoxide, S02, NH3, NO NO2, HCl, HF or the like, determined from the spectrum or the absorption caused by the gas matrix.

Anwendungsgebiete sind zum Beispiel Emissionsmessungen von Industrieanlagen, bei denen die Abgase auf ihren Gehalt bestimmter molekularer Verbindungen überwacht werden müssen. Häufig sind die Gasströme, denen die optoelektronische Vorrichtung ausgesetzt ist um die gewünschten Gasanteile zu messen, durch hohe Partikelbelastungen, wie zum Beispiel Rauch, Staub, Wassertröpfchen oder andere Aerosole, gekennzeichnet. Diese hohen Partikelbelastungen verursachen eine große Lichtabsorption und/oder eine hohe Lichtstreuung, die die eigentliche Messung stark behindert bis unmöglich macht. So hat beispielsweise Schwefelwasserstoff eine sehr breite Absorption genauso wie zum Beispiel auch ultrafeiner Staub. Es kann dann nicht mehr unterschieden werden, ob die Absorption vom Schwefelwasserstoff herrührt oder von dem Staub. Die störenden Partikel in der Gasmatrix vergrößern somit die Absorption und verkleinern damit den Signal-Rausch-Abstand. Das zulässige Maximum der Absorption bzw. der minimale Signal-Rausch-Abstand wird durch Messtechnik und Auswerteverfahren bestimmt. Überschreitungen des Maximums führen zu Fehlermeldungen, Messfehlern oder hohem Messwertrauschen. Die Verfügbarkeit wird eingeschränkt oder eine Messung unmöglich. Eine Reduzierung der aktiven gasdurchströmten Messstrecke würde zwar die störenden Absorptionen verringern, jedoch parallel dazu auch die Empfindlichkeit der Gasmessung verringern.Areas of application include, for example, emission measurements from industrial plants where the exhaust gases have to be monitored for their content of certain molecular compounds. The gas streams to which the optoelectronic device is exposed in order to measure the desired gas proportions are often characterized by high particle loads, such as smoke, dust, water droplets or other aerosols. These high particle loads cause high light absorption and/or high light scattering, which severely hinders or even makes the actual measurement impossible. For example, hydrogen sulfide has a very broad absorption, as does ultrafine dust, for example. It is then no longer possible to distinguish whether the absorption comes from hydrogen sulfide or from the dust. The disruptive particles in the gas matrix thus increase the absorption and thus reduce the signal-to-noise ratio. The permissible maximum absorption or the minimum signal-to-noise ratio is determined by measurement technology and evaluation methods. Exceeding the maximum leads to error messages, measurement errors or high measurement noise. Availability becomes limited or measurement becomes impossible. Reducing the active measuring section through which gas flows would reduce the disturbing absorptions, but at the same time would also reduce the sensitivity of the gas measurement.

Zur Reduzierung der störenden Absorptionen durch die störenden Partikel ist es bekannt Filter, z.B. Keramikfilter, einzusetzen durch die das Gas strömen muss, bevor es das Messvolumen erreicht. Durch den passiven Betrieb erhöhen sich die Gastauschzeit und damit die Ansprechzeit je nach eingesetztem Filter und Messvolumen sowie in Abhängigkeit von Anströmung und Verschmutzung, jedoch drastisch, was in vielen Anwendungen nicht toleriert werden kann. Bei dem Einsatz von Filtern in nassen Anwendungen dringt zudem Wasserdampf durch den Filter in das Messvolumen ein, wo er dann kondensieren kann und die Funktion des Filters blockiert und damit die Messung verfälscht.To reduce the disruptive absorptions caused by the disruptive particles, it is known to use filters, e.g. ceramic filters, through which the gas must flow before it reaches the measuring volume. Passive operation increases the gas exchange time and thus the response time, depending on the filter used and the measuring volume as well as the flow and contamination, but drastically, which cannot be tolerated in many applications. When filters are used in wet applications, water vapor also penetrates through the filter into the measuring volume, where it can then condense and block the function of the filter, thus distorting the measurement.

Zur Reduzierung der störenden Absorptionen durch die störenden Partikel ist es aus der EP 2 405 264 B1 weiter bekannt, einen Elektrofilter einzusetzen, der die Partikel ionisieren, ablenken und an der Messstrecke vorbeiführen soll. Ein solcher Elektrofilter ist relativ aufwändig, bedarf einer Energieversorgung und ist darüber hinaus nicht ausreichend effektiv.To reduce the disturbing absorptions caused by the disturbing particles, it is made from the EP 2 405 264 B1 It is also known to use an electrostatic precipitator, which is intended to ionize the particles, deflect them and lead them past the measuring section. Such an electrostatic precipitator is relatively complex, requires an energy supply and is also not sufficiently effective.

Aus der EP 3 460 452 B1 ist es bekannt, ein quer zur Gasströmung liegendes Lanzenrohr vorzusehen, in dessen Innerem das Messvolumen liegt. Die störenden Partikel können dann nur durch die offenen Stirnseiten in das Messvolumen eintreten. Das reduziert zwar den störenden Partikelanteil im Messvolumen, behindert aber gleichzeitig den Gasstrom des Gases, das gemessen werden soll, denn dieses Gas kann ebenfalls nur über die Stirnseiten in das Messvolumen gelangen. Das reduziert die Ansprechzeit zumeist drastisch.From the EP 3 460 452 B1 It is known to provide a lance tube lying transversely to the gas flow, in the interior of which the measuring volume is located. The disruptive particles can then only enter the measuring volume through the open end faces. This reduces the disturbing particle proportion in the measuring volume, but at the same time hinders the gas flow of the gas that is to be measured, because this gas can also only get into the measuring volume via the end faces. This usually reduces the response time drastically.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Gasanalysator zur optischen Gasanalyse bereitzustellen, mit der der störende Einfluss der im Medium enthaltenen Partikel auf die beabsichtigte Messung noch besser verringert ist und dennoch den Eintritt des zu messenden Gases in das Messvolumen möglichst wenig behindert.Based on this prior art, it is the object of the invention to provide an improved gas analyzer for optical gas analysis, with which the disruptive influence of the particles contained in the medium on the intended measurement is reduced even better and still allows the gas to be measured to enter the measuring volume as much as possible little hindrance.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Gasanalysator mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This task is solved by a gas analyzer with the features of claim 1.

Ein erfindungsgemäßer Gasanalysator zur optischen In-situ Gasanalyse in einem Gasstrom, der neben einem zu messenden Gasanteil, dessen Konzentration bestimmt werden soll, die Konzentrationsbestimmung störende Wassertröpfchen und sonstige Aerosole, wie Staub, Rauch, enthält, umfasst einen Lichtsender und einen Lichtempfänger, die zusammen und gegebenenfalls mit einem Reflektor, eine optische Messstrecke in einem Messvolumen definieren, eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung von Empfangssignalen des Lichtempfängers zur Konzentrationsbestimmung, wobei das Messvolumen in einer Messlanze liegt, die quer in den Gasstrom hineinragt und wenigstens zwei vertikal beabstandete Öffnungen aufweist, um einen Teil des Gasstroms durch eine erste Öffnung in das Messvolumen strömen zu lassen und durch die zweite Öffnung aus dem Messvolumen heraus. Erfindungsgemäß ist außerhalb des Messvolumens in wenigstens der ersten Öffnung der Messlanze ein Aerosolabscheider angeordnet, der Einzelkanäle aufweist, durch die der das Messvolumen durchströmende Teil des Gasstroms strömt und die Einzelkanäle erzwingen mindestens eine Umlenkung des durchströmenden Gases, so dass kein Anteil des Gases auf geradlinigem Weg in das Messvolumen gelangen kann.A gas analyzer according to the invention for optical in-situ gas analysis in a gas stream, which, in addition to a gas fraction to be measured whose concentration is to be determined, contains water droplets and other aerosols that interfere with the concentration determination, such as dust, smoke, comprises a light transmitter and a light receiver, which together and if necessary with a reflector, an optical measuring section in one measurement define volume, an evaluation device for evaluating received signals from the light receiver to determine the concentration, the measuring volume being located in a measuring lance which projects transversely into the gas stream and has at least two vertically spaced openings in order to allow part of the gas stream to flow through a first opening into the measuring volume and out of the measuring volume through the second opening. According to the invention, an aerosol separator is arranged outside the measuring volume in at least the first opening of the measuring lance, which has individual channels through which the part of the gas stream flowing through the measuring volume flows and the individual channels force at least one deflection of the gas flowing through, so that no portion of the gas flows in a straight line can get into the measuring volume.

Mit der Erfindung ist eine effektive Trennung der störenden Partikel von dem Messgas, das in das Messvolumen strömt möglich, denn durch die Umleitung des Gases in den einzelnen Kanälen stoßen die Partikel an die Wände der Kanäle an und bleiben dort haften oder kondensieren dort und können über vorteilhafter Weise vorgesehene Funkstrukturen seitlich ablaufen. Zumindest gelangen Sie nicht mehr in das Messvolumen und die Messung wird nicht mehr gestört. Gleichzeitig ist durch eine solche Abscheidung der Partikel ohne den Einsatz eines Filters der Gasaustausch im Messvolumen und damit die Ansprechzeit erheblich verbessert. Da kein Filter vorgesehen ist, sondern nur Einzelkanäle, tritt keine Verstopfung (eines Filters) auf.With the invention, an effective separation of the interfering particles from the measuring gas that flows into the measuring volume is possible, because by redirecting the gas in the individual channels, the particles hit the walls of the channels and stick there or condense there and can over Advantageously provided radio structures run laterally. At least you no longer get into the measuring volume and the measurement is no longer disturbed. At the same time, such a separation of the particles without the use of a filter significantly improves the gas exchange in the measuring volume and thus the response time. Since no filter is provided, only individual channels, there is no blockage (of a filter).

Es wird keine Energie verbraucht, kein sonstiges Material, z.B. Filtermaterial, verbraucht, woraus sich keinerlei Erhöhung der Betriebskosten ergibt.No energy is used, no other material, e.g. filter material, is used, which does not result in any increase in operating costs.

Die Absorptions-/Extinktionsreserve für die Gasmessung wird erhöht, indem der Signal-Rauschabstand und die Messwertstabilität vergrößert sind und indirekt die Messgenauigkeit erhöht ist. Es ist keine Messstreckenverkürzung auf Grund von Tröpfchen, Staub und Aerosolen auf Kosten der Messgenauigkeit erforderlich.The absorption/extinction reserve for gas measurement is increased by increasing the signal-to-noise ratio and the measurement stability and indirectly increasing the measurement accuracy. There is no need to shorten the measuring distance due to droplets, dust and aerosols at the expense of measuring accuracy.

Die Erfindung ist bei sogenannten Cross-Duct wie auch der Lanzen-Version einsetzbar. Die Wartung und Instandhaltung sind denkbar einfach. Eine Reinigung (wenn erforderlich) kann deshalb auch durch ungeschultes Personal erfolgen.The invention can be used with so-called cross-ducts as well as the lance version. Maintenance and servicing are incredibly easy. Cleaning (if necessary) can therefore also be carried out by untrained staff.

In konstruktiv einfacher Weise sind in Weiterbildung der Erfindung die Einzelkanäle aus benachbarten Blechstrukturen gebildet. Ein Einzelkanal besteht aus wenigstens zwei geraden Abschnitten, die einen Winkel zueinander einschließen, so dass durch den Übergang von einem zum anderen Abschnitt die Umlenkung erzwungen wird und die störenden Partikel zwangsweise mit den Kanalwänden in Berührung kommen.In a further development of the invention, the individual channels are formed from adjacent sheet metal structures in a structurally simple manner. A single channel consists of at least two straight sections that form an angle to one another, so that the transition from one section to the other forces the deflection and the disruptive particles forcibly come into contact with the channel walls.

In Weiterbildung der Erfindung sind an Kanten, an denen die Abschnitte zusammenstoßen, Fangstrukturen ausgebildet, zum Auffangen von sich an den Blechen niederschlagenden und von dort ablaufenden Tröpfchen. Dies soll unter anderem verhindern, dass Tröpfchen unkontrolliert ablaufen und womöglich durch das Messvolumen tropfen.In a further development of the invention, catch structures are formed on edges where the sections collide to catch droplets that are deposited on the sheets and run off from there. This is intended, among other things, to prevent droplets from running uncontrollably and possibly dripping through the measuring volume.

Vorteilhafterweise sind die Blechstrukturen durch Tiefziehen von Blechen gebildet. Alternativ könnten sie auch durch additive Fertigung erstellt werden.The sheet metal structures are advantageously formed by deep drawing sheets. Alternatively, they could also be created using additive manufacturing.

In einer alternativen Ausführung können die Einzelkanäle auch durch versetzt übereinander angeordnete Lochbleche gebildet sein. Die Einzelkanäle sind dann definiert durch die versetzt angeordneten Löcher der Lochbleche, so dass die störenden Partikel zwangsweise eine Umlenkung erfahren und dabei zwischen den Löchern gegen die Bleche stoßen und dort kondensieren oder sich ablagern können.In an alternative embodiment, the individual channels can also be formed by perforated plates arranged offset one above the other. The individual channels are then defined by the offset holes in the perforated sheets, so that the disruptive particles are forced to undergo a deflection and thereby collide against the sheets between the holes and can condense or deposit there.

Die Lochbleche können eben sein oder als koaxial verlaufende Rohre ausgebildet sein mit einem unterschiedlichen Durchmesser.The perforated plates can be flat or designed as coaxial tubes with a different diameter.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasanalysators in einem Gasstrom;
2 die Vorrichtung aus 1 in einer Schnittdarstellung entlang der Linie II-II aus 1;
3 eine Detaildarstellung eines Aerosolabscheiders der ersten Ausführungsform;
4 eine schematische Darstellung eines Aerosolabscheiders einer zweiten Ausführungsform;
5 eine schematische Darstellung eines Aerosolabscheiders einer dritten Ausführungsform;
6 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform.

The invention is explained in detail below using exemplary embodiments with reference to the drawing. Show in the drawing:

1 a schematic representation of a first embodiment of a gas analyzer according to the invention in a gas stream;
2 the device 1 in a sectional view along line II-II 1 ;
3 a detailed representation of an aerosol separator of the first embodiment;
4 a schematic representation of an aerosol separator of a second embodiment;
5 a schematic representation of an aerosol separator of a third embodiment;
6 a schematic representation of a fourth embodiment.

Ein erfindungsgemäßer Gasanalysator 10 zur Gasanalyse eines Gasstroms 60, der in Richtung 62 in einem Kanal 64 strömt, weist in einem in 1 dargestellten, ersten Ausführungsbeispiel einen Lichtsender 12 auf, der einen Sendelichtstrahl 14 aussendet. Der Sendelichtstrahl 14 definiert ein Messvolumen 16 und wird nach Reflexion an einem Retroreflektor 18 und einem Teilerspiegel 20 von einem Lichtempfänger 22 empfangen. Die durch die Lichtstrahlen 14 gebildete optische Messstrecke umfasst das Messvolumen 16.A gas analyzer 10 according to the invention for gas analysis of a gas stream 60, which flows in the direction 62 in a channel 64, has in one in 1 illustrated, first embodiment a light transmitter 12, which emits a transmitting light beam 14. The transmitted light beam 14 defines a measurement volume 16 and, after reflection, is reflected on one Retroreflector 18 and a splitter mirror 20 are received by a light receiver 22. The optical measuring section formed by the light beams 14 includes the measuring volume 16.

Der Lichtempfänger 22 erzeugt in Abhängigkeit des auftreffenden Lichts Empfangssignale, die in einer Auswerteeinrichtung 24 ausgewertet werden.The light receiver 22 generates reception signals depending on the incident light, which are evaluated in an evaluation device 24.

Ein solcher Gasanalysator 10 kann beispielsweise als Transmissiometer ausgebildet sein, so dass mit dem Lichtempfänger 22 die Intensität des durch das Messvolumen 16 hindurchtretenden Lichts gemessen wird. In der Regel ist der Lichtsender 12 auf eine bestimmte Wellenlänge abgestimmt, die von einem zu untersuchenden Gasanteil, beispielsweise Schwefelwasserstoff, absorbiert wird. Über das am Lichtempfänger 22 empfangene Licht kann dann eine Aussage gemacht werden, wie hoch die Konzentration des interessierenden Gasanteils, z. B. von Schwefelwasserstoff, in dem Gasstrom 60 ist, der in dem Kamin 64 geführt ist.Such a gas analyzer 10 can be designed, for example, as a transmissiometer, so that the intensity of the light passing through the measuring volume 16 is measured with the light receiver 22. As a rule, the light transmitter 12 is tuned to a specific wavelength that is absorbed by a gas component to be examined, for example hydrogen sulfide. A statement can then be made about the light received at the light receiver 22 as to how high the concentration of the gas component of interest, e.g. B. of hydrogen sulfide, in the gas stream 60, which is guided in the chimney 64.

Der Gasanalysator 10 umfasst weiter ein Gehäuse 29, mit einem lanzenartigen Fortsatz 30, wobei in dem Gehäuse 29 die optoelektronischen Einheiten, wie Lichtsender 12, Lichtempfänger 22 und Auswerteeinrichtung 24 angeordnet sind und in dem lanzenartigen Fortsatz 30 das Licht durch das Messvolumen 16 geführt ist und am Ende dieses Fortsatzes 30 der Retroreflektor 18 gehalten ist.The gas analyzer 10 further comprises a housing 29, with a lance-like extension 30, the optoelectronic units, such as light transmitters 12, light receiver 22 and evaluation device 24, being arranged in the housing 29 and the light being guided through the measuring volume 16 in the lance-like extension 30 and The retroreflector 18 is held at the end of this extension 30.

Der lanzenartige Fortsatz 30 ist mehrteilig aufgebaut. Direkt an das Gehäuse 29 anschließend ist ein erster Halteteil 32 angeordnet, über den der gesamte Gasanalysator mittels eines Flansches 34 in einer Öffnung 36 des Kamins 64 in der Wandung des Kamins 64 gehalten ist. An das Halteteil 32 schließt sich ein Lanzenrohr 38 an, dessen Funktion und Ausgestaltung weiter unten näher erläutert wird. An das Lanzenrohr 38 wiederum schließt sich ein Endgehäuse 40 an, in dem der Retroreflektor 18 gehalten ist, der in dem Endgehäuse 40 über ein Fenster 48 vor Verschmutzung geschützt ist.The lance-like extension 30 is constructed in several parts. Directly adjacent to the housing 29 is a first holding part 32, via which the entire gas analyzer is held in the wall of the chimney 64 by means of a flange 34 in an opening 36 of the chimney 64. A lance tube 38 adjoins the holding part 32, the function and design of which is explained in more detail below. The lance tube 38 is in turn adjoined by an end housing 40, in which the retroreflector 18 is held, which is protected from contamination in the end housing 40 via a window 48.

Alle Komponenten des lanzenartigen Fortsatzes 30 werden von dem Licht 14 in Längsrichtung des Lanzenrohres 38 durchsetzt. Dazu weist das Halteteil 32 beispielsweise Fenster 42 und 44 und das Endgehäuse 40 das Fenster 48 auf. Damit Messgas 60 in das Messvolumen 16 gelangen kann weist das Lanzenrohr 38 in Längsrichtung verlaufende erste und zweite Öffnungen 70 und 72 auf, wobei durch die erste Öffnung 70 das Gas in das Messvolumen einströmen kann und durch die zweite Öffnung 72 aus dem Messvolumen heraus. Ansonsten ist das Lanzenrohr 38 auf seinem Umfang geschlossen.All components of the lance-like extension 30 are penetrated by the light 14 in the longitudinal direction of the lance tube 38. For this purpose, the holding part 32 has, for example, windows 42 and 44 and the end housing 40 has the window 48. So that measuring gas 60 can get into the measuring volume 16, the lance tube 38 has first and second openings 70 and 72 running in the longitudinal direction, the gas being able to flow into the measuring volume through the first opening 70 and out of the measuring volume through the second opening 72. Otherwise, the lance tube 38 is closed on its circumference.

Der in dem Kamin 64 geführte Gasstrom 60 besteht aus bestimmten Gasanteilen, von denen wenigstens einer mit dem Gasanalysator 10 gemessen werden soll, also dessen Konzentration bestimmt werden soll. Ein solcher Gasanteil kann wie eingangs bereits erläutert beispielsweise Schwefelwasserstoff, Kohlenmonoxid, SO2, NH3, NO NO2, HCl, HF oder dergleichen sein. Diese zu messenden Gasanteile sind in der Zeichnung mit kleinen hohlen Kreisen 66 verdeutlicht. Weiter enthält der Gasstrom die eigentliche Gasmessung störende Partikel, bei denen es sich um Wassertröpfchen, Staub, Rauch oder sonstige Aerosole handeln kann. Diese Partikel sind in der Zeichnung mit gefüllten Kreisen 68 angedeutet (insbesondere in 2 zu erkennen). Diese störenden Partikel 68 stören die eigentliche optische Messung, wenn sie sich in dem Lichtstrahl 14 befinden. Diese Partikel sind als Aerosole in der Regel deutlich größer und schwerer als die zu messenden Gasanteile, die molekular sind.The gas stream 60 guided in the chimney 64 consists of certain gas components, at least one of which is to be measured with the gas analyzer 10, i.e. its concentration is to be determined. As already explained at the beginning, such a gas component can be, for example, hydrogen sulfide, carbon monoxide, SO2, NH3, NO NO2, HCl, HF or the like. These gas components to be measured are illustrated in the drawing with small hollow circles 66. The gas stream also contains particles that disrupt the actual gas measurement, which can be water droplets, dust, smoke or other aerosols. These particles are indicated in the drawing with filled circles 68 (particularly in 2 to recognize). These disruptive particles 68 disrupt the actual optical measurement when they are in the light beam 14. As aerosols, these particles are usually significantly larger and heavier than the gas components to be measured, which are molecular.

Ziel der Erfindung ist es, diese Partikel 68 von dem Messvolumen 16 fern zu halten. Dazu weist wenigstens die erste Öffnung 70, durch die das Gas in das Lanzenrohr 38 eintritt, einen Aerosolabscheider 74 auf. Der Aerolsolabscheider 74 weist Einzelkanäle 76 auf, durch die der das Messvolumen 16 durchströmende Teil des Gasstroms 60 strömt. In den Einzelkanälen 76 erfährt das durchströmende Gas zumindest eine Umlenkung und kann nicht auf geradlinigem Weg in das Messvolumen 16 gelangen. Deshalb werden zumindest die schwereren und trägeren, störenden Partikel 68 gegen eine Kanalwand der Einzelkanäle 76 stoßen und sich dort ablagern oder im Falle von Feuchtigkeit dort kondensieren und somit nicht durch den Aerosolabscheider 74 in das Messvolumen gelangen während der zu messende Gasanteil mit den leichteren Gasanteilen 66 relativ ungehindert durch den Aerosolabscheider 74 hindurchströmt. Die leichteren Gasanteile 66 sind wesentlich leichter abzulenken als die schwereren Partikel 68.The aim of the invention is to keep these particles 68 away from the measuring volume 16. For this purpose, at least the first opening 70, through which the gas enters the lance tube 38, has an aerosol separator 74. The aerosol separator 74 has individual channels 76 through which the part of the gas stream 60 flowing through the measuring volume 16 flows. In the individual channels 76, the gas flowing through undergoes at least one deflection and cannot reach the measuring volume 16 in a straight line. Therefore, at least the heavier and more sluggish, disruptive particles 68 will collide with a channel wall of the individual channels 76 and will be deposited there or, in the case of moisture, will condense there and will therefore not pass through the aerosol separator 74 into the measuring volume, while the gas component to be measured is mixed with the lighter gas components 66 flows through the aerosol separator 74 relatively unhindered. The lighter gas components 66 are much easier to deflect than the heavier particles 68.

Die erzwungene Umlenkung wird in dem ersten Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 dadurch erreicht, dass die Einzelkanäle 76 aus benachbarten Blechstrukturen 78 gebildet sind und ein Einzelkanal 76 aus wenigstens zwei geraden Abschnitten 80 und 82 besteht (siehe insbesondere 3), die einen Winkel zueinander einschließen, so dass durch den Übergang von einem zum anderen Abschnitt die Umlenkung erzwungen wird. Ein Einzelkanal 76 hat in diesem Ausführungsbeispiel somit einen zickzack-förmigen Verlauf (1 und 3). Die schwereren Partikel 68 werden zu einem größeren Prozentsatz an den Kanalwänden der Einzelkanäle 76 „hängen bleiben“. Das bedeutet, dass in dem Lanzenrohr 38 und damit im Messvolumen 16 der Anteil an störenden Partikeln 68 erheblich niedriger ist als außerhalb des Lanzenrohres. Die Gasmessung wird daher weniger gestört.The forced deflection is carried out in the first exemplary embodiment according to 1 until 3 achieved in that the individual channels 76 are formed from adjacent sheet metal structures 78 and an individual channel 76 consists of at least two straight sections 80 and 82 (see in particular 3 ), which form an angle to each other, so that the transition from one section to the other forces the deflection. In this exemplary embodiment, an individual channel 76 therefore has a zigzag-shaped course ( 1 and 3 ). A larger percentage of the heavier particles 68 will “stick” to the channel walls of the individual channels 76. This means that the proportion of disruptive particles 68 in the lance tube 38 and thus in the measuring volume 16 is significantly lower than outside the lance tube. The gas measurement is therefore less disturbed.

Vorteilhafterweise ist ein ebensolcher Aerosolabscheider 74-2 auch in der zweiten Öffnung 72 vorgesehen, damit auch bei einer möglichen Rückströmung kein störendes Partikel 68 in das Messvolumen 16 gelangt.Advantageously, an aerosol separator 74-2 of this type is also provided in the second opening 72, so that no disruptive particle 68 gets into the measuring volume 16 even in the event of a possible backflow.

Vorteilhafterweise sind an Kanten, an denen die Abschnitte 80 und 82 in dem Winkel einander anschließen, Fangstrukturen 90 ausgebildet, zum Auffangen von sich an den Blechen 78 niederschlagenden und von dort ablaufenden Tröpfchen. Über die Fangstrukturen 90 können die Tröpfchen zur Seite abgeführt werden.Advantageously, on edges at which the sections 80 and 82 adjoin one another at the angle, catch structures 90 are formed to catch droplets that are deposited on the sheets 78 and run off from there. The droplets can be removed to the side via the capture structures 90.

Alternative Formen des Aerosolabscheiders 74 sind in den 4 und 5 dargestellt. In der Ausführungsform nach 4 besteht der Aerosolabscheider 74 aus versetzt und mit Abstand übereinander angeordneten, ebenen Lochblechen 80, 82, 84, so dass die Einzelkanäle gebildet sind durch die versetzt angeordneten Löcher und den Zwischenräumen zwischen den Lochblechen. In der Ausführungsform nach 5 sind die Lochbleche 86 und 88 rohrförmig mit unterschiedlichem Durchmesser ausgebildet und koaxial angeordnet.Alternative forms of the aerosol separator 74 are in the 4 and 5 shown. In the embodiment according to 4 The aerosol separator 74 consists of flat perforated plates 80, 82, 84 arranged offset and spaced one above the other, so that the individual channels are formed by the offset holes and the spaces between the perforated plates. In the embodiment according to 5 the perforated plates 86 and 88 are tubular with different diameters and arranged coaxially.

In einer weiteren Ausführungsform, wie sie in 6 dargestellt ist, ist das Lanzenrohr 38 integral mit dem Aerosolabscheider 74 ausgebildet. Hier besteht das Lanzenrohr 38 selbst aus koaxial zueinander angeordneten, rohrförmigen Lochblechen 90, 92, 94, die versetzt zueinander angeordnet sind, so dass das in das Lanzenrohr 38 einströmende Gas immer eine Umlenkung erfährt und die störenden Aerosole an die Lochbleche 90, 92, 94 stoßen und sich an diesen abscheiden.In a further embodiment, as in 6 is shown, the lance tube 38 is formed integrally with the aerosol separator 74. Here, the lance tube 38 itself consists of coaxially arranged tubular perforated plates 90, 92, 94, which are arranged offset from one another, so that the gas flowing into the lance tube 38 is always deflected and the disruptive aerosols are directed to the perforated plates 90, 92, 94 collide and deposit on them.

Prinzipiell ist die Erfindung auch in sogenannten „cross-duct“ Anwendungen einsetzbar. In solchen Anwendungen ist der Gasanalysator zweigeteilt aufgebaut und weist einen ersten Vorrichtungsteil auf, der wie das Gehäuse 29 mit seinen elektrooptischen Komponenten des ersten Ausführungsbeispiels aufgebaut ist und einen zweiten Vorrichtungsteil, der auf der gegenüberliegenden Seite des Kamins 64 angeordnet ist und in dem beispielsweise der Reflektor angeordnet sein könnte. In diesem zweiten Vorrichtungsteil kann auch ein zweiter Lichtempfänger angeordnet sein, der so angeordnet ist, dass er beispielsweise Streulicht empfangen kann, so dass mit dem Gasanalysator dann auch nach dem Prinzip der Streulichtmessung eine Konzentrationsauswertung von Gasanteilen vorgenommen werden kann. Das mit dem zweiten Lichtempfänger aufgenommene Streulicht kann dazu in einer zweiten Auswerteeinrichtung ausgewertet werden.In principle, the invention can also be used in so-called “cross-duct” applications. In such applications, the gas analyzer is constructed in two parts and has a first device part, which is constructed like the housing 29 with its electro-optical components of the first exemplary embodiment, and a second device part, which is arranged on the opposite side of the chimney 64 and in which, for example, the reflector could be arranged. A second light receiver can also be arranged in this second device part, which is arranged in such a way that it can receive scattered light, for example, so that a concentration evaluation of gas components can then be carried out using the gas analyzer based on the principle of scattered light measurement. The scattered light recorded with the second light receiver can be evaluated in a second evaluation device.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2405264 B1 [0005]
EP 3460452 B1 [0006]

Claims

Gas analyzer for optical in-situ gas analysis in a gas stream (60), which, in addition to a gas component to be measured, the concentration of which is to be determined, contains water droplets (68) that disrupt the concentration determination and other aerosols, such as dust, smoke, with - a light transmitter ( 12) and a light receiver (22), which together and optionally with a reflector (18) define an optical measuring path in a measuring volume (16), - an evaluation device (24) for evaluating received signals from the light receiver (22) to determine the concentration, - wherein the measuring volume (16) lies in a measuring lance (30) which projects transversely into the gas flow and has at least two vertically spaced openings (70, 72) in order to allow a portion of the gas flow through a first opening (70) into the measuring volume (16 ) to flow and out of the measuring volume (16) through the second opening (72), characterized in that - an aerosol separator (74) is arranged outside the measuring volume (16) in at least the first opening (70) of the measuring lance (30). is, which has individual channels (76) through which the part of the gas stream (60) flowing through the measuring volume (16) flows - and the individual channels (76) force at least one deflection of the gas flowing through and no portion of the gas flows in a straight line into the measuring volume (16) can reach.

Gas analyzer Claim 1 , characterized in that the individual channels are formed from adjacent sheet metal structures and an individual channel consists of at least two straight sections that enclose an angle to each other, so that the deflection is forced by the transition from one section to the other.

Gas analyzer Claim 2 , characterized in that catch structures are formed on edges where the sections collide, for collecting droplets that are deposited on the sheets and run off from there.

Gas analyzer according to one of the preceding claims, characterized in that the sheet metal structures are formed by deep-drawing sheet metal.

Gas analyzer according to one of the preceding claims, characterized in that the individual channels are formed by perforated plates arranged offset one above the other.

Gas analyzer according to one of the preceding claims, characterized in that the perforated plates are flat.

Gas analyzer according to one of the preceding claims, characterized in that the perforated plates are tubular, have a different diameter and are arranged coaxially.