DE2446404C3 - Vorrichtung zur Probenahme in strömenden Abgasen - Google Patents

Vorrichtung zur Probenahme in strömenden Abgasen

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Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Probenahme in strömenden Abgasen entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Hierbei wird aus dem Abgashauptstrom eine Probe entnommen, mit einem meßgasfreien Trägergas verdünnt und die verdünnte Probe anschließend analysiert
Zweck und Ziel
Mit derartigen Gasentnahmevorrichtungen nach dem Verdünnungsprinzip soll das zu analysierende Gas mit einem gereinigten Trägergas so gemischt bzw. so stark verdünnt werde«, daß feste, flüssige und kondensierende Begteitsubstanzen in ihrer Konzentration soweit erniedrigt werden, daß diese den weiteren Analysengang — speziell bei kontinuierlich ir-essenden, automatischen Gasanalysengeräten — nicht mehr stören. Viele kommerziell erhältliche Geräte sind nämlich gegenüber Verschmutzungen des Meßsystems sehr empfindlich. Werden verunreinigte Gase bzw. Abgase mit trockenem, sauberem gas in einem konstanten, definierten Verhältnis verdünnt, wird ein Verschmutzen des Meßsystems wesentlich reduziert.
Stand der Technik
Die meisten kontinuierlich messenden, automatischen Gas-Analysengeräte sind empfindlich gegen Verschmutzung des Meßsystems, die durch feste, flüssige oder kondensierende Stoffe hervorgerufen wird. Zahlreiche Gasentnahmesonden sind von verschiedenen Herstellern im Handel, um diese Verunreinigungen aus dem Meßgas zu entfernen (1, 2). Vorwiegend werden heute keramische Füter innerhalb oder außerhalb eines Abgaskamines eingesetzt (3, 4, 5, 6, 7). Diese Filter sollen Rußflocken und grobe Staubteilchen abfiltern. Danach folgt meist unmittelbar ein nachgeschalteter Wasserkühler mit automatischem Abscheider, der den Taupunkt des Meßgases unter die im weiteren Leitungsweg auftretenden Temperaturen senkt. Das vorgetrockenete Gas kann jetzt über etliche Meter bis in einen Analysengeräteraum in Schlauchleitungen geführt werden. Zum Abfiltern von Feinstaub ist jedoch hier weiter ein Feinfilter nötig. Meist muß das vorgetrocknete Meßgas noch völlig getrocknet oder auf einen konstanten, in das Analysengerät einzureichenden Wasserdampfgehalt eingestellt werden. Gegen weitere Störkomponenten sind eventuell noch wettere Hilfsaggregate und Zusätze notwendig.
Diese Gasentnahmevorrichtungen und Zusatzaggregate haben wegen Verstopfungen usw. nur begrenzte Standzeiten und sind deshalb wartungsintensiv. Zur Überwachung der Anlage ist qualifiziertes Wartungspersonal notwendig. Werden verunreinigte Gase mit trockenem, sauberem Gas in einem konstanten, definierten Verhältnis verdünnt, vermindert man das Verschmutzen des Meßsystems wesentlich. Dieses Verfahren ist bekannt und wird auch praktiziert Bisher wird eine Verdünnung des zu messenden Gas meistens erst nach der Entnahme in einer speziellen Vorrichtung vorgenommen. Im einfachsten Falle besteht eine solche Verdünnungsstufe aus einem Mischgefäß, in das Meßgas und trockenes, sauberes Gas mit in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehenden Durchflüssen einströmen, und aus dem das Gemisch entnommen werden kann. Dabei wird das verunreinigte Gas mit einer Entnahmesonde direkt aus einem Kamin oder einer Abgasleitung entnommen, so daß diese Entnahmesonde verschmutzen und verstopfen kann und damit einer regelmäßigen Wartung bedarf. In der Patentschrift US 3106 843 wird eine ijassammelvorrichtung nach dem Prinzip der Strahlpumpe beschrieben, bei der das Probegas direkt bei der Probenahme verdünnt wird.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Standzeiten von automatischen Emissions- und Betriebsanalysengeräten bei Abluftmessungen wesentlich zu verbessern und den Einsatz von kommerziellen Immissionsanaiysongeräten zu ermöglichen.
Lösung
Diese Aufgabe wird bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung erfindungsgemäß durch die im Kennzei- !5 chen des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst. Es wird also nicht wie bisher eine Probe aus dem Hauptstrom abgezweigt und außerhalb verdünnt, sondern die Verdünnung erfolgt im Hauptstrom selbst.
Vorteile
Mit einer Gasentnahmevorrichtung, bei der direkt im Kamin das Probegas verdünnt wird, sind die oben dargelegten Schwierigkeiten der heutigen Emissionsmeßtechnik weitgehend beherrschbar. Dadurch ist ein Großteil der heute verfügbaren Immissionsmeßgeräte für Emissionsmessungen einsetzbar. Zahlreiche weitere, heute mit Emissionsmeßgeräten nicht erfaßbare Komponenten sind jedoch mit kommerziell erhältlichen automatischen, kontinuierlichen Immissionsmeßgeräten erfaßbar. Die Gasverdünnung muß dabei so vorgenommen werden, daß ein Verschmutzen der vom Probegas uurchströmten Verdünnungsanlage und Leitungen nicht mehr erfolgt. Eventuelle chemische Reaktionen von im Probegas befindlichen Komponenten werden durch eine Verdünnung erheblich vermindert; dadurch wird die Meßgenauigkeit erhöht.
Nachfolgend wird eine Vorrichtung anhand einer Zeichnung und eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigt
Figur den Kopf einer Gasentnahmesonde zur Verdünnung nach dem Diffusionsprinzip.
Die vollständige Gasentnahmesonde besteht aus einem Kopf nach Figur und einer Haltevorrichtung, um den Sondenkopf direkt in den Abgaskamin einbringen zu können.
Zur Verdünnung des Meßgases kann der physikalische Effekt der Diffusion verwendet werden. Eine Gasdiffusion findet statt, wenn die Konzentration
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(Partialdruck oder Partialdiebte) eines Gases von Ort zu Ort verschieden ist Gase verhalten sich angenähert so, als ob jedes einzelne für sich allein vorhanden wäre.
Die Verdünnung erfolgt nach folgendem Prinzip:
Meßgasfreies Trägergas strömt unter Druck gleichmäßig durch eine öffnung (Schlitz) in einen Kamin (o.a.). Diese Öffnung ist mit einer Mischkammer verbunden. Infolge der verschiedenen Partialdrücke der zu messenden Meßgaskomponente im Kamin und in der Mischkammer, diffundiert die Meßkomponente gegen den Trägergasstrom in die Mischkammer. Aus der Mischkammer kann jetzt ein Teilstrom des Trägergases mit der verdünnten Meßkomponente entnommen werden.
Nach diesem Prinzip lassen sich sehr hohe Verdünnungsverhältnisse von 1:10s bis 1:10s und höher erreichen. Der Verdünnungsgrad ist proportional der Diffusionsrate und damit abhängig von dem Trägergasstrom, der Räche der Mischkammeröffnung und der Differenz der Partialdrücke der Meßkomponente in Meßgas (Kamin) und Trägergas.
Ein Ausführungsbeispiel einer Verdünnutgsvorrichtung nach dem Prinzip der Diffusion zeigt Figur. Hier ist eine Verdünnungssonde gezeigt, die an geeigneten Haltevorrichtungen direkt in den Abgasstrom gebracht wird. Im Sondenkörper 1 befindet sich eine Bohrung 2 (mit Innengewinde) zum Anschluß der Trägergasleitung. Von der Bohrung 2 wird das Trägergas über die Bohrung 3 im Sondenkörper 1 zu einem Lochring 4 geführt Dieser Lochring hat eine halbkreisförmige Nut 5 zum gleichmäßigen Verteilen des Trägergases auf ca. 20 Bohrungen 6 (im Lochring 4). Dadurch strömt das Trägergas gleichmäßig aus allen Bohrungen 6 des Lochringes 4 in den kegelförmigen Spalt 7, der sich zum ringförmigen Austrittsspalt 8 hin verjüngt Der Spalt 7 wird durch Sondenkörper 1 und Spaltkörper 9 gebildet und ist an seiner Austrittsstelle etwa gleich groß wie der Austrittsspalt 8. Der Spaltkörper 9 ist auf den Sondenkörper 1 aufgeschraubt Das Trägergas strömt mit hoher Geschwindigkeit aus Spalt 7 gegen die kreisförmige Abschlußplatte 10, die mit der Schraube 11 am Sondenkörper 1 befestigt ist Da nur wenig Gas aus der Mischkammer 12 über die Bohrungen 13 und 14 mit einer Pumpe abgesaugt wird, strömt der größte Teil des Trägergases mit hoher Geschwindigkeit durch den Austrittsspalt 8 in den Kamin. Dadurch wird erreicht, daß dieser Spalt möglichst von Schmutz- und Rußteilchen freigespült wird und sich der Querschnitt des Austrittsspaltes 8 nicht verändern kann. Da nur ein geringer Teil des MeVigases aus der Mischkammer abgesaugt wird, kann der Mischkammerspalt 15, gebildet aus Sondenkörper 1 und Trägerplatte 10, kleiner sein als der Austrittsspalt 8. Ist der Raum außerhalb der Verdünnungssonde mit einer Meßkomponente angereichert, d.h. ist die Konzentration der
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50 Meßkomponente im Außenraum (Kamin) höher als im Trägergas bzw- in der Mischkammer 12, so diffundiert diese Meßkomponente durch den Austrittsspalt b«;w. Diffusionsspalt 8 in die Mischkammer 12, Durch die Bohrungen 13 und 14 wird das Meßgas abgepumpt und einem geeigneten Gasanalysengerät zugeführt
In einem Ausführungsbeispiel betrug der Trägergasstrom ca. 100 l/h und der Durchfluß des abgesaugten Meßgasstromes ca. 20 l/h. Der Austrittsspalt 8 und der Spalt 7 (Austrittsstelle) waren 0,4 mm groß, der Spalt 15 betrug 03 mm.
Als Gasanalysengeräte werden z. B. elektrochemische Gasdetektoren verwendet In anderen Anwendungsfällen sind auch nicht dispersive I R-Analysatoren geeignet Die Auswahl des Gasanalysengerätes richtet sich im speziellen Fall nach den gesuchten Komponenten im Abgas. Im Zusammenhang mit der vorstehend beschriebenen Verdünnungssonde treten jedoch keine neuen Probleme auf. Aus diesem Grund wird hier auf eine ausführliche Beschreibung der Gasanalysengeräte verzichtet
Die Trägergaszleitung 2 und die Metfgasableitung 14 sind i. a. in die Haltevorrichtung der Sondenköpfe integriert
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Technische Information CG/D7:221 der
Fa. Hartmann & Braun AG, Frankfurt/M
55
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Vorrichtung zur Probenahme in strömenden Abgasen (insbesondere in Kaminen) mit einer Mischkammer, die mindestens eine öffnung besitzt, durch die das Abgas vom Hauptstrom in die Mischkammer gelangt, und an die Mischkammer eine Gasentnahmeleitung, die das verdünnte Abgas zu einem Analysengerät führt, sowie eine Trägergaszuleitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichne t, daß die Trägergaszuleitung (2,3,4,5,6, 7) im Bereich der öffnung (8) der Mischkammer (12) zum Hauptstrom mündet und daß die Mischkammer gegenüber dem im Hauptstrom herrschenden Druck unter Trägergasüberdruck steht.
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