DE2400246B2 - ARRANGEMENT FOR MEASURING THE OXYGEN CONTENT IN SMOKE GAS CHANNELS - Google Patents

ARRANGEMENT FOR MEASURING THE OXYGEN CONTENT IN SMOKE GAS CHANNELS

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DE2400246B2 DE19742400246 DE2400246A DE2400246B2 DE 2400246 B2 DE2400246 B2 DE 2400246B2 DE 19742400246 DE19742400246 DE 19742400246 DE 2400246 A DE2400246 A DE 2400246A DE 2400246 B2 DE2400246 B2 DE 2400246B2
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Description

'i'i

Sonde auf dem Abstandshalterohr 10, das dazu dient, die Sonde in dem Bereich des Rauchgaskanals 3 zu halten, in dem eine gute Durchmischun.g des Rauchgases bereits stattgefunden hat. Das Abstandshalterohr IO und der Flansch 11 bestehen aus hitrcbeständigem Material.Probe on the spacer tube 10, which serves to the To keep the probe in the area of the flue gas duct 3 in which the flue gas is well mixed has already taken place. The spacer tube IO and the flange 11 are made of heat-resistant material.

Ein hitzebeständiger Kitt 12 hält die einzelnen Bauteile der Sonde in ihrer Position. Die eigentlichen sauerstoffsensiblen Fühler 13 bestehen ars einseitig geschlossenen Rohren. In der Ausführung der Sonde, die in F i g. 2 gezeigt ist, sind zwei derartige sauerstoffsensible Fühler 13 nebeneinander angeordnet. Sie bilden zusammen einen Doppelfühler. Diese sauerstoff sensiblen Fühlei 13 bestehen aus iauerstoffionenleitenden Festelektrolyien. z. B. aus stabilisiertem Zirkondioxid. In diesem Material erfolgt die elektrische Stromleitung praktisch vollständig durch Sauerstoffionen. Im Innern der Fühler 13 befinden sich dünne Rohre 14 aus feuerfestem Material, z. B. Aluminiumoxid-Keramik. In diesen Rohren 14 werden die Platindrähtc 15 geführt, die den Koniakt zur liinenelektrode oder der sogenannten Referenz.clekirode 16 herstellen. Durch das Innere der Rohre 14 erfolgt gleichzeitig die Zufuhr von Luft, angedeutet durch die Pfeile 14;i, die im Räume der Referenzelektroden 16 den Bezugsauerstoffpartialdruck konstant aufrecht erhalten, nämlich den Sauerstoffpartialdruck der Luft, etwa 0,21 Atmosphären. Die Fühler 13 trugen auf ihrer Kuppe, d.h. gegenüber den Referenzelekirodcn 16, die eigentlichen Me'Jelcktroden 17, mit denen Platindrähte 18 verbunden sind. Die Platindrähte 18 sind mit Verlängerungen der Platindrahte 15 in der Leitung 5 (F i g. 1) zusammengefaßt, welche die Sonde 4 mit dem Regelglied 6 verbindet. A heat-resistant cement 12 holds the individual components of the probe in their position. The actual oxygen-sensitive sensors 13 consist of tubes that are closed on one side. In the execution of the probe shown in FIG. 2, two such oxygen-sensitive sensors 13 are arranged next to one another. Together they form a double sensor. These oxygen-sensitive sensors 13 consist of solid electrolytes which conduct oxygen ions. z. B. made of stabilized zirconium dioxide. In this material, the electrical current is carried almost entirely by oxygen ions. Inside the sensor 13 there are thin tubes 14 made of refractory material, e.g. B. alumina ceramic. In these tubes 14 the platinum wires 15 are guided, which produce the connection to the line electrode or the so-called reference cell 16. At the same time, air is supplied through the interior of the tubes 14, indicated by the arrows 14; i, which constantly maintain the reference oxygen partial pressure in the space of the reference electrodes 16, namely the oxygen partial pressure of the air, approximately 0.21 atmospheres. The sensors 13 had the actual measuring electrodes 17 on their tops, ie opposite the reference electrodes 16, to which platinum wires 18 are connected. The platinum wires 18 are combined with extensions of the platinum wires 15 in the line 5 (FIG. 1), which connects the probe 4 to the control element 6.

Fin Thermoelemenischut/.rohr 19 enthalt die Thermoelementdrähte 20. Auch diese Thermoelementdrähte 20 u erden über die Leitung 5 (F i g. 1) dem Regelglied 6 zugeführt. Ein Heizmantel 21 enthält eine elektrische Heizung. Diese elektrische Heizung wird über das Thermoelement 19/20 so eingeregelt, daß die sauerstoffsensiblen Fühler 13 sich stets auf ihrer Arbeitstemperatur. ■/.. B. 700' C. befinden. Mit 22 sind die Zuleitungsdrähte für die elektrische Heizung bezeichnet. Der elektrische Heizmantel 21 kann in seinem unteren Teil Löcher 23 enthalten. Mehrere dieser Löcher können über den Umfang verteilt sein. Sie dienen der besseren Zirkulation des Rauchgases im Bereich der sauerstoffsensiblen Fühler 13. The thermocouple tube 19 contains the thermocouple wires 20. These thermocouple wires 20 are also fed to the control element 6 via the line 5 (FIG. 1). A heating jacket 21 contains an electric heater. This electrical heating is regulated by the thermocouple 19/20 so that the oxygen-sensitive sensors 13 are always at their working temperature. ■ / .. B. 700 'C. are located. With 22 the lead wires for the electric heater are designated. The electric heating jacket 21 may include holes 23 in its lower part. Several of these holes can be distributed over the circumference. They serve to improve the circulation of the flue gas in the area of the oxygen-sensitive sensors 13.

Das Drahtnetz 24 umgibt den Heizmantel 21 und die übrigen Teile der Sonde, die auf der Arbeitstemperatur gehalten werden. Dies sind insbesondere die sauersioff sensiblen Fühler 13 und auch das Thermoelement 19/20. Dieses Drahtnetz 24 kann aus einem Metallgeflecht. z. B. aus hitzebeständigem Stahl, bestehen. Es dient dazu, Explosionen im Rauchgaskanal 3 zu vermeiden. falls sich dort, z. B. bei Versagen eines Teiles der Brennersteuerung bzw. der Brennerzündung, ein explosionsfähiges Gemisch ansammeln sollte. The wire mesh 24 surrounds the heating jacket 21 and the remaining parts of the probe, which are kept at the working temperature. These are in particular the oxygen- sensitive sensors 13 and also the thermocouple 19/20. This wire mesh 24 can consist of a metal mesh. z. B. made of heat-resistant steel. It serves to avoid explosions in the flue gas duct 3. if there, z. B. If part of the burner control or the burner ignition fails, an explosive mixture should accumulate.

Versuche haben gezeigt, daß es mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung möglich ist, Sauerstoffgehalte in Rauchgasen praktisch verzögerungsfrei Tests have shown that with the aid of the arrangement according to the invention it is possible to measure the oxygen content in flue gases practically without delay

kontinuierlich über lange Zeiten zu messen mit Genauigkeiten von besser als 0,03 %. Mit Hilfe der von der Sonde gelieferten Spannung ließ sich eine Regelung des Luft-Brennstoffgemisches einstellen, die zu einer Konstanz des Saucrstoffgehaltes im Rauchgas von besser als 0,1 % führte, trotz stark schwankender Luftfeuchte und stark veränderter Brennstoffzufuhr. Ls gelang auf diese Weise, den Sauerstoffgehalt des Rauchgases über einen großen Bereich der Energieabgabe des Brenners konstant zu halten. Die erfindungsge-to measure continuously over long periods with an accuracy of better than 0.03%. With the help of The voltage supplied to the probe can be used to regulate the air-fuel mixture, resulting in a Constancy of the oxygen content in the flue gas of better than 0.1% resulted in spite of strongly fluctuating Humidity and greatly changed fuel supply. In this way, Ls succeeded in reducing the oxygen content of the To keep the flue gas constant over a large range of the energy output of the burner. The inventive

mäße Sonde gestattet es daher, optimale Verbrennungs- ^ustände in Feuerungen genauer als bisher einzustellen und kontinuierlich über längere Zeiten aufrecht zu erhalten. Dies ist einmal für die Einsparung von Brennstoffen von außerordentlicher Bedeutung, ergibt icdoch auch für eine Vermeidung der Umweltverschmutzung durch ungenügend gesteuerte Verbrennungsprozesse beträchtliche Vorteile. Die erfir.dungsgemäße Sonde gestattet es, den günstigen Kompomiß zwischen der Schwefelsäure- und der Sticksioffoxidimmission erheblich genauer einzuhalten.A moderate probe therefore allows optimal combustion conditions in furnaces to be set more precisely than before and to be maintained continuously over longer periods of time. This is once for the saving of Fuels of extraordinary importance, however, also result in the prevention of environmental pollution considerable advantages due to insufficiently controlled combustion processes. The according to the invention The probe allows the favorable compromise between the sulfuric acid and nitrogen oxide immissions to be observed much more precisely.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (3)

1 2 _ . Meßsonden mit Drahtnetzen sind schon seit längerem Patentansprüche: (sek 1%0 bzw ]%3) bekannt haben jedocn wie djc1 2 _. Measuring probes with wire nets have been patent claims for a long time: (sec 1% 0 or]% 3), however, like djc 1. Anordnung zum Messen des Sauerstoffgehaltes US-PS 29 23 603 und 30 S4 393 zeigen, die Verwendung in Rauchgaskanälen, wobei die sauerstoffsensiblen solcher Netze bei Festelektrolytsonden nicht nahege-Teile einer im Rauchgaskanal angeordneten Meß- 5 legt, wie die erst viel später bekanntgewordene sonde aus einem sauerstoffionenleitenden Festelek- Festelektrolytsonde nach der DT-OS 22 42 851 zeigt, trolyten bestehen und auf eine Arbeitstemperatur Das Problem des Evsplosionsschutzes ist in der viel beheizt werden, dadurch gekennzeichnet, jüngeren DT-OS 22 42 851 unerwähnt, obwohl diese daß die Sonde (4) auf einem Abstandsrohr (10) Sonde direkt im Rauchgaskanal angeordnet werden soll, angeordnet ist, welches die Sonde (4) in dem evtl. io in dem jederzeit auch explosive Gase auftreten könnten, explosibles Gas enthaltenden Rauchgaskanal (3) in Der Fachmann hat aus Sicherheitsgründen immer von einem Bereich hält, in dem das Rauchgas gut der Anordnung der Sonde unmittelbar im Rauchgaska- vermischt ist, und daß der Heizmantel (21) und die nal Abstand genommen, wie die vielen Bemühungen zur übrigen Teile der Sonde (4), die auf der Arbeitstem- externen Messung auch unter Benutzung der Festelek- peratur gehalten werden, von einem Drahtnetz (24) 15 trolytsonde zeilen (siehe Prospekt »endOmes Neues umgeben sind. Sauerstoffmeßgerät aus Friedrichsfeld« vom 2. Februar 1. Arrangement for measuring the oxygen content US-PS 29 23 603 and 30 S4 393 show the use in flue gas ducts, the oxygen-sensitive such networks in solid electrolyte probes not close-parts of a measuring device arranged in the flue gas duct, as that which only became known much later probe is made of an oxygen ion conductive Festelek- solid electrolyte probe according to the DT-OS 22 42 851, consist trolyten and to a working temperature, the problem of Evsplosionsschutzes is to be heated in the lot, characterized in younger DT-OS 22 42 851 mention although these that the Probe (4) on a spacer tube (10) probe is to be arranged directly in the flue gas duct, which the probe (4) in the possibly io in which explosive gases could occur at any time, flue gas duct (3) containing explosive gas in the For safety reasons , a specialist always believes in an area in which the flue gas is well suited to the arrangement of the probe directly in the flue gas cassette is mixed, and that the heating jacket (21) and the distance nal taken as the many efforts to other parts of the probe (4) on the external obtain the working temperature measurement maintained also using the Festelek-, of a wire mesh ( 24) 15 lines of trolyte probe (see brochure »endOmes news are surrounded. Oxygen meter from Friedrichsfeld «from February 2nd 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 1973 und DDR-Wirtschaftspatent 79 096. angemeldet zeichnet, daß die sauerstoffsensiblen Teile als am 3.7.1969). 2. Arrangement according to claim 1, characterized in 1973 and GDR economic patent 79 096th registered records that the oxygen-sensitive parts as on 3.7.1969). Doppelfühler(14) ausgebildet sind. Durch den Heizmantel wird eine konstante Tempera- Double sensors (14) are formed. The heating jacket ensures a constant temperature 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 zur 20 tür erreicht, wodurch eine erste Voraussetzung fur cine Steuerung eines das Brennstoffluftgemisch liefern- genaue Messung gegeben ist. Eine optimale Ansprcehden Dosiergerätes eines Brenners, dadurch gekenn- geschwindigkeit wird dadurch erzielt, daß die Sonde auf zeichnet, daß die Sonde (4) über eine Luftzufüh- einem Abstandsrohr in einem Bereich des Rauchgaskarungsleitung (9) mit dem Dosiergerät (8) verbunden nals angeordnet ist. in welchem das Rauchgas gut ist. 25 vermischt ist. Durch die Beheizung einerseits und die3. Arrangement according to claim 1 or 2 to 20 door achieved, whereby a first requirement for cine Control of a precise measurement that delivers the fuel-air mixture is given. An optimal requirement Dosing device of a burner, the characteristic speed is achieved by opening the probe shows that the probe (4) via an air supply a spacer tube in a region of the smoke gas line (9) connected to the metering device (8) is arranged. in which the flue gas is good is. 25 is mixed. Due to the heating on the one hand and the Anordnung der Sonde im Rauchgaskanal andererseitsOn the other hand, arrangement of the probe in the flue gas duct tritt das Problem der Explosionsgefährdung auf.the problem of explosion hazard occurs. welches gelöst werden muß, um die Anwendung der erfindungsgemaßen Anordnung überhaupt zu ermogii-which must be solved in order to enable the use of the arrangement according to the invention at all. Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen 30 chen. Die Lösung dieses letzten Problems erfolgt durch des Sauerstoffgehaltes in Rauchgaskanälen, die evcniu- das die Sonde und den Heizmantel umgebende eil explosible Gemische enthalten, wobei die sauerstoff- Drahtnetz.The invention relates to an arrangement for measuring 30 surfaces. The solution to this last problem is done by the oxygen content in flue gas ducts, the evcniu- that surrounding the probe and the heating jacket eil contain explosive mixtures, with the oxygen- wire mesh. sensiblen Teile einer im Rauchgaskanal angeordneten Wenn die Sonde nur einen einzigen sauersioflsensib-sensitive parts of a gas duct arranged in the flue gas duct If the probe only has a single oxygen-sensitive Meßsonde aus einem sauerstoffionenleitenden Fest- len Fühler aufweist, so fällt bei Ausfall dieses einzelner. elektrolyten bestehen und auf eine Arbeitstemperatur 35 Fühlers die gesamte Anordnung aus. Aus Sicherheitsbeheizt werden. gründen ist daher vorteilhaft ein Doppelfühler \01gese-If the measuring probe has a solid sensor that conducts oxygen ions, it will drop out if it fails. Electrolytes are made and the entire arrangement is made at a working temperature of 35 sensors. From safety heated will. it is therefore advantageous to use a double sensor Aus einem Prospcktblatt der Friedrichsfeld GmbH, hen.From a prospectus sheet by Friedrichsfeld GmbH, hen. Steinzeug-und Kunststoffwerk, vom 2. Februar 1973 ist Die erfindur.gsgemäße Anordnung wird vorteilhaftSteinzeug- und Kunststoffwerk, dated February 2, 1973 The arrangement according to the invention is advantageous eine derartige Anordnung bekannt, welcher das zu zur Steuerung eines das Brennstoffluftgemisch liefere untersuchende Rauchgas über eine Zuleitung zugeführt 40 den Dosiergerätes eines Brenners verwendet. Ur, wird. Die Ansprechgeschwindigkeit auf eine Änderung Dosici gerät ist sowieso eine Vorrichtung vorhanden, des Sauerstoffgehahes des untersuchten Rauchgases ist um Luft anzusaugen. Um der Sonde das erforderliche hierbei durch die Länge der Strömungsdauer des Referenzgas zuzuführen, ist daher vorteilhaft die Sonde Rauchgases aus dem Rauchgaskanal in das Gerät über eine Luftzuführungsleitung mit dem Dosiergerät begrenz.t. Für schnelle Steuerungen und zur Vermei- 45 verbunden.Such an arrangement is known, which uses the flue gas to be examined to control a fuel-air mixture supplied via a feed line 40 to the metering device of a burner. Ur, will. The speed of response to a change in Dosici device is anyway a device available, the oxygen content of the flue gas examined is to suck in air. In order to supply the probe with what is required in this case through the length of the flow duration of the reference gas, it is therefore advantageous to limit the probe flue gas from the flue gas duct into the device via an air supply line with the dosing device. Connected for quick controls and for avoidance. dung von kurzzeitigen Abweichungen des Sauerstoffge- Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen (Fig. 1The invention is illustrated by means of the drawings (Fig. 1 haltes im Rauchgas sind derartige Geräte daher nur sehr und 2) nachfolgend erläutert.Such devices are therefore only very much in the flue gas and 2) explained below. beschränkt geeignet. Die Sonde 4 ist im Rauchgaskanal 3 angeordnet, undlimited suitability. The probe 4 is arranged in the flue gas duct 3, and Aus der DT-OS 22 42 851 ist eine Vor-Ort-Meßsondc nicht im Feuerungsraum 2 unmittelbar in der Nähe der nach dem Festelektrolytprinzip bekannt, welche auf- 50 Flamme des Ölbrenners I, damit das Rauchgas beim grund ihres Aufbaus ungeeignet ist, in Rauchgaskanälen Vorbeistreichen an der Sonde 4 bereits hinreichend eingesetzt zu werden, in denen explosive Gase durchmischt ist. Die Sonde 4 liefert eine dem entstehen könnten. Obwohl die bekannte Sonde Sauerstoffgehalt des Rauchgases eindeutig zuordenbare Schlitze hat, handelt es sich nicht um einen Explosions- elektrische Spannung, die bei dem in Rauchgasen in schutz, im Gegenteil würde eine solche Ausbildung noch 55 Frage kommenden und interessierenden Gehalt an eine Entzündung explosiver Gase fördern. Sauerstoffkonzentrationen um etwa 30 Millivolt unter-From the DT-OS 22 42 851 an on-site measuring probe is not in the furnace 2 in the immediate vicinity of the known according to the solid electrolyte principle, which on- 50 flame of the oil burner I, so that the flue gas when is unsuitable due to its structure, it is already sufficient to pass the probe 4 in flue gas ducts to be used in which explosive gases are mixed. The probe 4 delivers a dem could arise. Although the well-known probe, the oxygen content of the flue gas can be clearly assigned Has slots, it is not an explosion electrical voltage that occurs in smoke gases in protection, on the contrary, such a training would add interesting content to the question promote ignition of explosive gases. Oxygen concentrations by about 30 millivolts below- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schiedlich sein kann. Diese Spannung wird durch die möglichst präzise, trägheitsfreie Messung des Sauer- Leitung 5 einem Regelglied 6 zugeführt, durch welches stoffgehaltes in explosiblen Rauchgasen zu ermöglichen. das Brennstoffgemisch, das durch die Leitungen Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer 6° zugeführt wird, indem Dosiergerät 8 so eingestellt wird, Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß stets die günstigen Verbrennungszustände eingehaldaß die Sonde auf einem Abstandsrohr angeordnet ist. ten werden.The invention is based on the object that one can be different. This tension is created by the As precise as possible, inertia-free measurement of the Sauer line 5 is fed to a control element 6 through which to enable the substance content in explosive smoke gases. the fuel mixture flowing through the pipes According to the invention, this task is carried out at a 6 ° by setting the metering device 8 so that Arrangement of the type mentioned at the outset is achieved in that the favorable combustion conditions are always included the probe is arranged on a spacer tube. will be. welches die Sonde in dem eventuell explosiblen Gas In der Leitung 5 ist auch eine Luftleitung enthalten,which the probe in the possibly explosive gas. Line 5 also contains an air line, enthaltenden Rauchgaskanal in einem Bereich hält, in die über die Luftzuführurgsleitung 9 aus der Luftzuleidem das Rauchgas gut vermischt ist, und daß der 65 tung oder aus dem Dosiergerät 8 Luft entnimmt und der Heizmantel und die übrigen Teile der Sonde, die auf der Sonde 4 zuführt, wie im einzelnen im folgenden Arbeitstemperatur gehalten werden, von einem Draht- Abschnitt erläutert werden wird. netz umgeben sind. Gemäß F i g. 2 sitzt die eigentliche, erfindungsgemäßecontaining flue gas duct holds in an area into which the Luftzuführurgsleitung 9 from the Luftzuleidem the flue gas is well mixed, and that the 65 device or 8 removes air from the dispenser and the Heating jacket and the remaining parts of the probe that feeds on the probe 4, as detailed below Working temperature to be maintained, will be explained by a wire section. network are surrounded. According to FIG. 2 sits the actual, according to the invention
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0060681A1 (en) * 1981-03-17 1982-09-22 Honeywell Inc. A combustible gas analyzer

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