DE2438857A1

DE2438857A1 - Verfahren und vorrichtung zum reinigen einer gasstroemung

Info

Publication number: DE2438857A1
Application number: DE19742438857
Authority: DE
Inventors: Bernell W Schwindt
Original assignee: Beckman Instruments Inc
Current assignee: Beckman Coulter Inc
Priority date: 1973-08-29
Filing date: 1974-08-13
Publication date: 1975-04-10
Also published as: CH591276A5; CA1010382A; DE2438857C3; DE2438857B2; GB1445061A

Description

Beokman Instruments, Inc., Fullerton

Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen einer Gasströmung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Gasströmungen, insbesondere zum Abtrennen von Feststoffteilchen aus Gasströmungen·

Verschiedene Analysatoren wurden zur Analyse von Gasen, beispielsweise Rauchgasen von Boilern, Schachtöfen, Sauerstofföfen, Kupolöfen, und anderen schmutzigen Gasströmen, die Feststoffteilchen enthalten, angewendet. Gasanalysatoren, die für die Gasanalyse zur Verfügung stehen, schließen Infrarotabsorptionsanalysatoren für Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Stickoxid und Schwefeldioxid, Analysatoren mit GasChromatographiesäulen, Chemilumineszenzarialysatoren für Stickstoffdioxid und andere Oxide des Stickstoffs, polarographische Sauerstoffanalysatoren und dergleichen ein. Um in solchen Analysatoren Gase in verschmutzten Strömungen zu messen, wird bisher ein Filterelement verwendet, beispielsweise ein Filterelement aus Siliciumcarbid oder Sintermitall, um den Schmutz "hart" auszufiltern. Der Schmutz sammelt sich auf dem Filterelement und bewirkt mit der Zeit einen hohen. Druckabfall über dem Filterelement, so daß die Meßprobenströmung zu dem Analysator gelegentlich aufhört. Diese Schwierigkeit wird teilweise dadurch überwunden, daß das Filterelement von innen nach außen mit trockener Luft durchgeblasen wird, um den Filter wieder zu reinigen, Pas Filterelement ist jedooh nicht so sauber wie vorher, weil immer- noch Feststoffteilchen in dem Filterelementmaterial enthalten sind. Folglich, werden, die Filterporen. nach einer gewiesen Zeit vollständig verstopft, selbst wenn der Filter wiederholt ausgeblasen wird. Dann muß ein neues Filter-

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element eingesetzt werden, um die Analyse fortsetzen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisher auftretenden Probleme bei der Reinigung verschmutzter Gasströmungen zu überwinden, eine verbesserte Entfernung von Peststoffteilchen zu erreichen, eine Unterbrechung des zu analysierenden Luftstromes zu vermeiden und ein kontinuierliches Reinigungsverfahren für den zu reinigenden Luftstrom zu verwenden.

Diese Aufgabe wird durch das beanspruchte Verfahren und die beanspruchte Vorrichtung gelöst. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Sonde in dem Kamin oder dem Schacht angeordnet, wenn die Vorrichtung zur Analyse einer Rauchgasprobe oder dergleichen verwendet wird· Die Ansaugseite eines Gebläses oder einer Pumpe ist mit der Sonde durch ein Rohr verbunden, und die Auslaßmündung der Pumpe ist über ein Rohr an einen dasanalysator angeschlossen· Die Pumpe kann auch mit einer Produktleitung verbunden sein, wenn das gereinigte Gas direkt für irgendeinen Zweck verwendet wird.

Die Sonde hat im Innern ein konzentrisches Rohr, dessen Mündung von dem Einlaß der Sonde zurückversetzt ist· Ein großer !Teil des Ausstoßes von der Druckseite der Pumpe wird durch ein Rückflußrohr zurückgeblasen und von der konzentrischen Mündung abgegeben, um Feststoffteilchen am Einlaß der Sonde zu entfernen. Alternativ kann das Rückflußrohr und seine Abgabemündung das Sondenrohr umgeben.

Ss werden somit Feststoffteilchen von einer Gasströmung, die in die Reinigungsvorrichtung aufgegeben wird, dadurch abgeschieden, daß das zu reinigende Gas als Aufgabeströmung in das Reinigungssysteni eingesogen wird, daß ein großer Teil der Strömung, beispielsweise bis zu 87 oder 88 Prozent, abgezogen wird, und daß die abgezogene Strömung als Rückflußströmung zurückgeführt und der Aufgabeströmung entgegengerichtet wird, um die Feststoffteilchen zu entfernen.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen!

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung; .

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführung der Erfindung;

Fig. 3 eine zum Teil schematische Darstellung einer Konstruktion, die bei der Ausführung des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels verwendet werden kann, wobei auch die Art einer möglichen Installation dargestellt ist; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung, das zum Reinigen von Abgasen vorgesehen ist, die von Kraftwerkboilern, chemischen Verfahrensanlagen usw. abgegeben werden.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das Reinigen von Gasmeßproben, die analysiert werden sollen, vielmehr soll auch das Reinigen von Gas nicht ausgeschlossen sein, das zur Verwendung in einem Herstellungsverfahren bestimmt ist. Zum Zwecke der Darstellung wird die Erfindung jedoch zuerst in ihrer Anwendung bei der Reinigung von zu analysierenden Gasproben von einem Schacht oder einem Kamin 11 beschrieben. Eine Sonde 12 erstreckt sich in den Kamin. Die Sonde 12 ist mit einem Rohr 10 mit dem gleichen Durchmesser und über ein Rohr 13 mit kleinerem Durchmesser mit der Ansaugeβite einer Zentrifugalpumpe 14 verbunden. Die Druckseite der Pumpe 14 oder ihr Auslaß ist durch Rohre 15 und 16 über ein Drosselventil 18 und einen Strömungsmesser 19 mit einem Gasanalysator 17 verbunden. Ein Teil des von der Pumpe 14 über das Rohr 15 abgegebenen Gases wird in die Sonde zurückgeblasen. Zu diesem Zweck ist ein Rückflußrohr 21 mit dem Verbindungspunkt der Auslaßrohre 15 und 16 verbunden. Eine Abgabeöffnung 22 des Rückflußrohres 21 liegt innerhalb des mit einem

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größeren Durchmesser ausgeführten Rohres 10 der Sonde 12.

In der Sonde 12 strömt das von der Ansaugseite der Pumpe 14 angesaugte Gas in einem konzentrischen Weg parallel zu der Achse des Rohres 10 in das Rohr 13 und die Pumpe 14, wie durch Pfeile 23 angedeutet ist. Eine Rückflußströmung entlang den Pfeilen 24 in dem Rückflußrohr 21 wird an der Mündung 22 abgegeben. Wie dargestellt ist, ist die Strömung in dem Rückflußrohr 21 entlang den Pfeilen 24 parallel zu der Achse des Rohres 21 und breitet sich diagonal und konzentrisch zu dem Rohr 21 und dem Rohr 10 in Richtung der Pfeile 25 gegen das verschmutzte Gas aus, das entlang den Pfeilen 26 in die Sonde 12 eintritt.

Die Rückströmung in dem Teil der Sonde 12 bei den Pfeilen 25 bildet einen Skrubberstrom, der als dynamischer Filter wirkt und dazu führt, daß die Peststoffteilchen entfernt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung bestimmter Rohrgrößen oder Durchflußkapazitäten beschränkt. Bei einer Einrichtung mit einer Pumpe 14, die eine Probe von 17 000 Kubikzentimeter pro Minute absaugt, wurden jedoch befriedigende Ergebnisse erzielt, wenn die Rückflußströmung einen großen Prozentsatz der Probenströmung, beispielsweise 15 000 Kubikzentimeter pro Minute, betrug. Diese Rückflußströmung wurde durch das Rückflußrohr 21 geführt und durch die Abgabemündung 22 abgegeben. Bei der gezeigten Ausführungsform wurden mit den genannten Gasströmungsmengen befriedigende Resultate mit einer Abgabemündung 22 mit 6,3 mm Außendurchmesser und einem Rohr 10 der Gassonde 12 mit einem Innendurchmesser von 12,7 mm erzielt. Die Abgabemündung des Rückflußrohres ist um etwa 25 cm von dem Einlaßende der Sonde 12 nach hinten versetzt.

Es ist ersichtlich, daß Änderungen in den Abmessungen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wenn andere Strömungsraten auftreten. Die Einrichtung ist auch dann verwendbar, wenn die Sonde 12 von einer Quelle die gesamte Gasströmung aufnimmt, die in einem Verfahren weiterverwendet

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werden soll. Dann gibt die Pumpe 14 Gas durch, das Rohr 16 und die Elemente 18 und 19 statt an einen Analysator 17 an eine Vorrichtung ab, in der das Verfahren ausgeführt werden soll· ■

Obwohl in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eine Sonde 12 mit einer innens ext igen Rückfluß—Abgabemündung 22 verwendet wird, ist die Erfindung nicht auf* diese Anordnung beschränkt. Eine alternative Anordnung kann ebenfalls verwendet werden, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist. Dort ist ein äußeres Rückflußrohr 28 mit einer offenen Abgabemündung 29 vorgesehen. In dem Rückflußrohr 28 liegt konzentrisch eine Sonde 31 als Einlaß, die über ein inneres Rohr 32 mit der Saugeexte der Pumpe 14 verbunden ist. Ein Rückflußrohr 21 ist mit dem einen größeren Durchmesser aufweisenden Rückflußrohr 28 verbunden. In diesem Fall verläuft der Rückflußstrom entlang den Pfeilen 25* diagonal nach, innen statt diagonal nach außen, wenn er gegen den ankommenden Strom gerichtet wird. Der Raum zwischen dem Rohr 10 und dem Rohr 21 oder zwischen dem Rohr 28 und dem Rohr 31 ist offen, um eine freie Strömung zu liefern. -

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist die Sonde 12 vorzugsweise mit ihrer Achse horizontal angeordnet. Wie dargestellt ist, liegt die Achse der Sonde 12 ebenfalls horizontal, so daß die Rückflußströmung parallel zu den Achsen des Rohres 21 und der Sonde 12 vor sich gehen kann, bis sie aus der Abgabemündung 22 austritt. Wenn die Probe aus dem Kamin eines Boilers oder dergleichen entnommen werden soll» wird die Sonde 12 durch die Kaminwand 30 eingesetzt, so daß sie sich etwa 40 bis 50 Prozent über den Durchmesser des Kamins erstreckt. Die Sonde wird gewöhnlich wenigstens 90 cm in den Kamin hineingesteckt. Im Falle eines typischen Kamins mit einem Durchmesser von 4,5 bis 7,5 m ist die Sonde genügend lang, so daß sie sich beispielsweise 2,1 bis 3 κ in den Kamin hineinerstrecken kann. .Diese Anordnung gestattet eine kontinuierliche Überwachung der Rauchgase in dem Kamin. Bei der Verwendung in Boilerkaminen bestehen die Feststoffteilchen, die aus der Meßprobe ausgeschieden werden, sollen., aus solchen Feststoffteilchen, wie Ruß, Flugasche und Säurene-»

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bei. Wenn die Abgase von anderen Prozessen überwacht werden sollen, können die Teilchen .solche Peststoffteilchen einschließen, wie Katalysatorüberreste, Magnesiumoxid und möglicherweise gewisse Nebel, beispielsweise Schwefelsäurenebel.

Die dynamische PiIteranordnung gemäß der Erfindung kann leicht aus Rohrstücken und Rohranschlußteilen zusammengesetzt werden. Die Sonde 12 besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl.

Wie in Pig. 3 gezeigt ist, kann das Rückflußrohr 21 in der Sonde 12 unter Verwendung eines herkömmlichen T-Rohrstückes 33 montiert werden. Die Sonde 12 wird dann in ein Ende und das Rohr 13 in den seitlichen Stutzen eingeschraubt. Ein Reduzierstück 34 wird in das T-Stück 33 gegenüber dem Anschluß der Sonde 12 eingeschraubt. Das Reduzierstück 34 nimmt das Rohr 21, welches einen Außendurchmesser yon 6,3 mm hat, auf, so daß sich das Rohr 21 durch das T-Stück 33 und in die Sonde 12 in deren Innenraum erstreckt. Die Verbindung des Rückflußrohres 21 mit den Ausflußrohren 15 und 16 kann durch ein herkömmliches T-Stück 35 und ein Anschlußrohr 36 hergestellt werden, wobei der Durchmesser für den Anschluß an das Rückflußrohr 21 auf geeignete Weise, beispielsweise durch einen Reduzierbogen 36, reduziert wird.

Das Verhältnis zwischen dem Strömungsvolumen in den Rohren 15 und 16 und in dem Rückflußrohr 21 (Pig. 1) wird durch die Kapazität des Gebläses oder der Pumpe 14 und das Volumen der für den Analysator 17 abgezogenen Probe gesteuert. Wenn eine Strömung von 2 000 Kubikzentimeter pro Minute durch das Rohr 16 und in den Analysator 17 erwünscht ist, wird ein Gebläse oder eine Pumpe 14 mit einer Kapazität von 17 000 Kubikzentimeter pro Minute gewählt, und das Drosselventil 18 wird so eingestellt, daß die Gaeabgabe durch das Ventil, das Rohr 16 und in den Analysator 17 auf 2 000 Kubikzentimeter pro Minute reduziert wird. Folglich werden. 15 000 Kubikzentimeter pro Minute durch das RückfluSrohr 21 zurückgeführt und von der Mündung 22 gegen die ankommende Strömung des Meßgases ausgestoßen, das gereinigt und

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analysiert werden soll. Die Kraft der Rückflußströmung trägt die Feststoffteilchen zurück in den Kamin, wo sie mit der ansteigenden Strömung aus dem Kamin herausgehoben werden oder zum Boden des Kamins herunterfallen.

Um bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Probenströmung .von 2 000 Kubikzentimeter pro Minute und eine Aufgabe zu der Sonde von 17 000 Kubikzentimeter pro Minute zu erreichen, wird als Außendurchmesser des äußeren Rohres 28 der Sonde 9»5 mm und als Außendurchmesser des Rückflußrohres 32 6,3 mm gewählt. Die Einlaßmündung 31 des Sondenrohres 32 ist von dem Abgabeende 21 des äußeren Rohres 28 um etwa 12,7 mm zurückversetzt. Obwohl bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 und 3 mehr Feststoffteilchen entfernt werden als bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, werden auch bei dem zuletzt genannten Ausführungsbeispiel meßbare Mengen an Feststoffteilchen ausgeschieden.

Wenn eine spezielle Reinigungsvorrichtung der beschriebenen Art mit größeren Abmessungen verwendet wird, um, wie in Fig. 4 gezeigt ist, Feststoffteilchen von dem gesamten Ausstoß an verschmutzten oder mit Feststoffteilchen beladenen Gasen von einem Boiler 41 oder anderen Quellen von schmutzigen oder mit Teilchen beladenen Gasen zu entfernen, wird die Pumpe 14 so gewählt, daß sie eine Kapazität von etwa dem Zwölffachen der bei dem Boiler 41 erwünschten Luftströmung hat. Die Durchmesser des Sondenrohres 12, des Rückflußrohres 21 und der Rohre 15 und 16 werden entsprechend gewählt.

Bei herkömmlichen Boileranlagen, bei denen die Feststoffe aus den Auspuffgasen entfernt werden müssen, sind geeignete Vorrichtungen, beispielsweise ein elektrostatischer Abscheider 42 oder ein chemischer Naßreiniger 43» in den Abgaskreis von dem Boiler; 41 zu dem Schornstein 11 eingesetzt. Die Verwendung des dynamischen Feststoffilters gemäß der Erfindung ermöglicht es, daß solche Vorrichtungen, wie der elektrostatische Abscheider oder der Naßreiniger 43_f weggelassen werden. Jedenfalls kann die

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Größe und Kapazität dieser Vorrichtungen stark herabgesetzt
werden, wenn sie, wie dargestellt ist, so angeschlossen sind,
daß sie das Abgas von dem Rohr 17 aufnehmen.

Bei dem Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 4 fallen die Feststoffe, die in den Boiler 41 zurückgetrieben werden, zu dem Feuertopf 44 zurück, so daß sie verbraucht werden, bevor sie von der Abgasströmung wieder aufgenommen werden. Daher bleibt nur unverbrauchbares Material zurück, welches schließlich durch mechanische Mittel entfernt werden muß.

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Claims

Pat entansprüche

.^Verfahren zum Reinigen einer Gasströmung, insbesondere zum Abtrennen von Feststoffteilchen aus einer Gasströmung, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas aus der Strömung als Aufgabeströmung, die in einer axialen Richtung fließt, angesaugt wird, daß die Strömungsrichtung von einem Teil der
Gasströmung umgekehrt wird, um eine Rüekflußströmung zu
bilden, die in der umgekehrten, linearen, axialen Richtung fließt, und daß die Rüekflußströmung konzentrisch mit der
Achse der Aufgabeströmung gegen die Aufgabeströmung gerichtet wird, um die Feststoffteilchen zu entfernen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas kontinuierlich über die Aufgabeströmung angesaugt und
kontinuierlich über die Rüekflußströmung abgegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hauptteil des Gases in der Aufgabeströmung zur Bildung der Rüekflußströmung verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Gases in der Rüekflußströmung in der Größenordnung von etwa 88 Prozent des Gasvolumens in der Aufgabeströmung liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasvolumen, das nach Umkehrung der Strömungsrichtung von
einem Teil des Gases verbleibt, eingestellt wird, um den
Prozentsatz des Volumens" der Rückflußströmung von dem Gas-

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volumen einzustellen, welches aus der zu reinigenden Gasströmung abgezogen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rüekflußströmung auf einem engeren Bereich als die Aufgabeströmung stattfindet und zentral gegen die Aufgabeströmung gerichtet ist.

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7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückflußströmung über eine Leitung mit einem ringförmigen Querschnitt geführt wird, und daß die Aufgabeströmung durch die Mitte der Rückflußströmung angesaugt wird.
8. Verfahren nach Anspruch \, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen der Peststoffteilchen darin besteht, daß die Feststoffteilchen über einen Skrubber ausgefällt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschiedenen Feststoffteilchen zu einer ausgewählten Stelle hingeführt werden.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine als Einlaß dienende Sonde (12, 32), um als AufgabeStrömung koaxial ein Gas aufzunehmen, das Feststoffteilchen enthalten kann, eine Einrichtung (14), um das aufgenommene Gas in Abgaberichtung zu fördern, eine Rückflußeinrichtung (21, 28), die konzentrisch zu der Sonde (12, 32) angeordnet ist und einen Teil des abströmenden Gases an die Sonde in einer Strömung zurückführt, die parallel zu der Achse der Sonde verläuft, und durch eine Abgabemündung bei der Sonde, die koaxial zu der Sonde (12, 32) liegt, und mit der Rückflußeinrichtung (21, 28) in Verbindung steht, um das Gas entlang Strömungsbahnen konzentrisch mit der Achse der Sonde in die Aufgabeströmung zu richten.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasfördereinriohtung eine Pumpe (14) aufweist, deren Saugseite mit der Sonde (12, 31) und deren Druckseite mit einer Ausgangsleitung (15) verbunden ist, und daß die Ausgangsleitung (15) eine seitliche ZapfÖffnung hat, wobei eine Rückflußleitung (21) an einem Ende mit der ZapfÖffnung und an dem anderen Ende mit der Abgabemündung (22) in Verbindung steht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß

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die als Einlaß dienende Sonde (12) einen größeren Durchmesser als die Abgabemündung (22) hat, und daß die Abgabemün-. dung (22) innerhalb der Sonde angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (12) ein Aufgabeende hat, und daß die Abgabemündung (22) gegenüber dem Einlaßende der Sonde zurückversetzt ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Versetzung größer als der Durchmesser der Sonde ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Zapföffnung in der Ausgangsleitung (15) genügend groß ist, so daß ein Großteil des Ausstoßes der Pumpe (H) durch die Rückflußleitung (21) zurückströmt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Zapföffnung so groß ist, daß etwa 88 Prozent des Ausstoßes der Pumpe (14.) durch die Rückflußleitung (21) zurückfließen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein konzentrisches Abgaberohr (28) um die Sonde (32) herum angeordnet ist, welches an einem Ende mit der Rückflußeinrichtung (21) in Verbindung steht und am anderen Ende eine ringförmige Abgabemündung (21) hat, die die als Einlaß dienende Sonde umgibt.
I8_e Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein chemischer Naßreiniger vorgesehen ist, der das abströmende Gras aufnimmt.
19« Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Sonde (12) etwa doppelt so groß wie der Außendurchmesser der Abgabemündung (22) ist.

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20. Vorrichtung nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabemündung (22) von dem Einlaßende der Sonde (12) um etwa das Zwanzigfache des Innendurchmessers der Sonde zurückversetzt ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um die aufgenommene Gasströmung, die in Abgaberichtung gefördert wird, zu führen, und durch eine daran angeschlossene Einrichtung, um das abströmende Gas einer weiteren Behandlung zu unterwerfen.
22. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die in Zusammenwirkung mit der als Einlaß dienenden Sonde (12, 32) vorgesehen ist, um die sich von der Sonde wegbewegenden Feststoffteilchen zu sammeln.

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