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Vorrichtung zur Überwachung
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von Feuerungsabgasen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
kontinuierlichen Messung der Verbrennungsgüte von Feuerungsanlagen, mit einer Gasentnahmesonde,
die über eine Meßgasleitung mit der Vorrichtung verbunden ist, und mit einer Meßgasfördereinrichtung,
die Meßgas durch eine Meßzelle fördert, an die eine Auswertevorrichtung mit
nachgeschalteter
Anzeige angeschlossen ist.
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Zur Erzielung einer guten Ausnutzung des eingesetzten Brennstoffes
einerseits und geringer Schadstoff-Emissionen andererseits ist es erforderlich,
bei Feuerungsanlagen das Brennstoff-Luftverhältnis optimal einzustellen. Eine optimale
Einstellung ist dann erreicht, wenn die unverbrannten Bestandteile ein Minimum bei
möglichst geringem Luftüberschuß erreichen. Zur stichprobenartigen Kontrolle genügen
zwar diskontinuierliche Bestimmungsverfahren, die jedoch nur den Charakter von Testmethoden
aufweisen und die sich zur Einstellung der Feuerungsanlage nicht so gut eignen,
weil nicht sogleich sichtbar wird, welchen Einfluß eine vorgenommene Änderung hat.
Für derartige stichprobenartige Überprüfungen eignet sich bei Ölfeuerungen mit herkömmlichen
Brennern mit gelber Flamme der bekannte Rußtest, der jedoch bei Brennern mit blauer
Flamme sowie bei Gasfeuerungen und Feststoffeuerungen ungeeignet ist.
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Auch der bekannte Fließmitteltest ist einerseits wenig empfindlich
und andererseits zur Überwachung von Gas-und Feststoffeuerungen nicht geeignet.
Bei Gasfeuerungen ist es auch bekannt, den CO-Gehalt der Abgase mit Gasprüfröhrchen
zu kontrollieren, die eine mit einem spezifischen Reagens imprägnierte Trägermasse
enthalten, die sich bei Auftreten des nachzuweisenden Gases verfärbt.
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Auch hierbei handelt es sich sowohl wegen der Ungenauigkeit der Methode
als auch der diskontinuierlichen Arbeitsweise nur um ein Testverfahren.
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Es ist zwar auch bekannt, zur kontinuierlichen tJberwachung der Abgase
auf ihren CO -Gehalt Infrarot-Gasanalysatoren zu verwenden. Zur Bestimmung der unverbrannten
Kohlenwasserstoffanteile
werden Flammenionisation.Detektoren eingesetzt.
Beide sind jedoch für die Weiblichen Einstell-und Überwachungsarbeiten zu aufwendig
und eignen sich daher vorwiegend zum Einsatz bei der brennerentwicklung oder lit
institute und Labors.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein preisgünstiges, zum
mobilen Einsatz geeignetes Gerät zur automatischen, kontinuierlichen Bestimmung
der Verbrennungsgüte zu schaffen.
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Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch, daß zur über wachung und Einstellung kleiner Feuerungsanlagen
die Meßzelle einen Halbleiter-Gassensor, insbesondere auf Sn02-Basis, umfaßt,-der
mit einer Stromversorgung verbunden ist.
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Eine derartige Vorrichtung läßt sich pi'eisgünstig herstellen, sie
arbeitet zuverlässig und es können auch durch angelernte Personen reproduzierbare
Meßergebnisse erreicht werden. Von besonderem Vorteil ist, daß aufgrund der kontinuierlichen
Bestimmung der Verbrennungsgüte Einstellungen an der Feuerungsanlage, insbesondere
am Brenner vorgenommen und ihre Auswirkung sofort kontrolliert werden kann.
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Damit der ermittelte Meßwert tats.chlich nur von den zu erfassenden
Gasbestandteilen abhängt, missen die hauptsächlich das Meßergebnis beeinflussenden
Störungen eliminiert werden. Störend wirkt insbesondere ein schwankender Wassergehalt
des Meßgases. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist deshalb zwischen
Gasentnahmesonde und Meßzelle ein Gastrockner vorgesehen. Dabei
kann
der Gastrockner eine Gaskühleinrichtung mit Wasserabscheider umfassen. Durch die
Festlegung eines best;immten Taupunktes läßt sich der Wassergehalt konstant halten.
Anstelle einer Kühleinrichtung kann jedoch als Gastrockner auch eine Durohströmkammer
mit Trockenmittel vorgesehen sein. Allerdings ist bei der Benutzung darauf zu achten,
daß das Trockenmittel regelmäßig regeneriert oder ausgetauscht; wird.
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Es kann jedoch auch ein völlig anderer Weg gegangen werden, um den
Wasseranteil konstant zu halten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist hierzu zwischen Gasentnahmesonde und Meßzelle eine mit Wasser gefüllte Waschflasche
eingeschaltet. Das Meßgas wird durch die Wasservorlage geführt und das die Waschflache
verlassende Meßgas hat einen im wesentlichen konstanten Wasseranteil, der bei der
Skalierung berücksichtigt und dessen Einfluß auf die Ablesung dadurch ausgeschaltet
werden kann.
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Bevorzugt ist die Vorrichtung zur Erfassung von Kohlenmonoxid (CO)
ausgelegt. Soweit keine wesentlichen Bestandteile an unverbrannten Kohlenwasserstoffen
in den Abgasen enthalten sind, genügt die Kohlenmonoxidbestimmung zur Überwachung
der Verbrennungsgüte. Andernfalls ist die Vorrichtung außerdem noch zur Erfassung
von Kohlenwagser stoffen ausgelegt. Dies gestaltet sich insoweit relativ einfach,
als Halbleiter-Gassensoren bekannt sind, die für CO bzw. Kohlenwasserstoffe eine
erhöhte Empfindlichkeit aufweise.
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Die Halbleiter-Gassensoren benötigen, um ein einwandfreies Meßergebnis
zu erzielen, eine spezielle Stromversorgung. Bevorzugt umfaßt die Stromversorgung
zwei
Konstantspannungsquellen zur Versorgung des Halbleiter-Gassensors
mit Heizstrom und mit Meßstrom. Dabei ist bevorzugt in Serie zum Sensor ein Meßwiderstand
geschaltet, dessen Spannungsabfall als Meßgröße dient. Da der Halbleiter-Gassensor
in Abhängigkeit von der Gaskonzentration seinen elektr-ischen Leitwert bzw. Widerstand
ändert, und die angelegte Spannung (oder auch der eingespeiste Strom) konstant sind,
ist der Spannungsabfall am Meßwiderstand (oder unmittelbar am Gassensor bei Speisung
mit konstantem Strom) ein Maß für den CO- und/oder Kohlenwasserstoffgehalt des Meßgases.
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Die Meßgasfördereinrichtung kann auf einen konstanten Förderstrom
eingestellt sein. Um jedoch in der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
flexibel zu sein,ist bei bevorzugten Ausführungsformen der Förderstrom einstellbar
und es ist in die Neßgasleitung ein Durchflußmesser eingeschaltet. Ist der Förderstrom
konstant eingestellt, dann kann auf einen Durchflußmesser verzichtet werden, soweit
er nicht zur Uberwachung der Konstanz des Förderstromes vorgesehen wird.
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Die zu messenden Gaskonzentrationen können in erheblichen Bereichen
schwanken. Um das Gerät in einem zweckmäßigen Empfindlichkeitsbereich auch dann
betreiben zu können, wenn höhere Konzentrationen gemessen werden sollen, ist gemäß
einer bevorzugten Ausfiihrungsform eine Mischvorrichtung zur dosierten Zumischung
von Luft vorgesehen.
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Dabei kann die Mischvorrichtung auSeinander abgestimmte Kapillaren
umfassen, die ein fest vorgegebenes Mischungsverhältnis ergeben. Oder es ist in
die Luftzuleitung und in die Meßgasleitung je ein Durchflußmesser eingeschaltet,
der das Mischverhältnis angibt, damit der Benutzer die
Verhältniszahl
ermitteln kann, mit der die Anzeige zu multiplizieren ist, um auf den wahren Wert
zu gelangen.
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Oder es dient, um die Benutzung zu vereinfachen, der Durchflußmesser
nur zur Einstellung vorgegebener Werte, für die bereits eine gesonderte Skalierung
auf dem Anzeigegerät vorgesehen ist.
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Um ggfls. auch Einflüsse schwankender Temperaturen auszugleichen,
kann der Meßzelle ein Temperaturmesser bzw. ein Temperaturregler vorgeschaltet werden.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in der Zeichnung dargestellter Ausfiihrlmgsbeispiele
im Zusammenhang mit den Ansprüchen. Es zeigen in schematisierter, stark vereinfachter
Darstellung: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Meßvorrichtung und Fig. 2 das Prinzipschaltbild
des Anschlusses des Gassensors zur Gewinnung einer Meßspannung.
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In einen Abgasstrom, der beispielsweise ein Abgasrohr 1 oder einen
Schornstein durchströmt, und der mit einem Anschlußstutzen 2 versehen ist, ist eine
Abgasentnahmesonde 3 in Gestalt eines Röhrchens eingesetzt, dessen Ende in den mittleren
Bereich des Abgasstromes ragt. An die Gasentnahmesonde 3 ist eine Meßleitung 4 in
Gestalt eines Schlauches angeschlossen, die zu dem Meßgerät fiihrt. Zwischen der
Gasentnahmesende g url(l 1 rien
Filter 6 ist ein Kondensatabscheider
5 angeordnet.
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Auf das Filter 6 folgt ein weiterer Eondensatabscheider 7, der gleichzeitig
mit einem Kühler versehen ist, um das Gas auf eine vorgeschriebene und konstante
Temperatur abzukühlen. Von hier führt der Gasstrom über eine Leitung 8, an ie noch
ein Thermometer 9 angeschlossen ist zu einer Meßzelle 10. In der Meßzelle 10 ist
ein Halbleiter-Gassensor 11 untergebracht, der iibor eine Leitung 12 nit einer Stromversorgung
13 und über eine AuswerteLeitung 14 mit einer Auswertelektronik 15 verbunden isl,
an die ein Anzeigeinstrument 16 angeschlossen ist. Von der Meßzelle 10 gelangt das
Gas durch eine Ableit-rng 17 zu einem Durchflußmesser 18 und von hier zu einar als
Fördereinrichtung dienenden Pumpe 19. Die Sördermengenregelung kann entweder als
Drehzahl- oder Hubregelung für den Antrieb der Pumpe 19 ausgebildet sein oder einen
Bypasshahn 20 umfassen. Soll das zu messende Abgas verdünnt werden, dann ist ein
Regulierhahn oder Durchflußregler 21 vorgesehen und es kann dessen Durchfluß mit
einem Durchflußmesser 22 bestimmt werden, dessen Zulauf zur Atmosphäre geöffnet
ist. Diese Zuluft wird vor oder nach dem Filter 6 dem Meßgas zugemischt; es ist
darauf zu achten, daß durch die Zuluft die relative Feuchtigkeit des Meßgases an
der Meßzelle 10 nicht verfälscht wird.
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Der Halbleiter-Gassensor 11 weist vier Anschlüsse 23, 24, 25 und 26
auf, wobei die Anschlüsse 23 und 25 an die Enden einer Heizwicklung 27 geführt sind,
die mit einer von der Stromquelle 13 bereitgestellten konstanten Spannung gespeist
ist. Der Anschluß 24 ist mit einem Pol einer weiteren Konstantspannung der Stromversorgung
13 versehen, wogegen an den Anschluß 26 ein Meßwiderstand 28 angeschlossen ist,
dessen anderer Anschluß mit dem zweiten Pol der zweiten Konstantspannungsquelle
verbunden ist.
Außerdem führt von den beiden Anschlüssen des Meßwiderstandes
28 die Auswerteleitung 14 zur Auswerteelektronik 15. Entsprechend der Kennlinie
des Halbleiter-Gassensors wird hier ein Ausgangssignal erzeugt. und auf dem Anzeigeinstrument
16 angezeigt, dessen Skala unmittelbar in Anteilen CO bzw. Anteilen CO+W skaliert
ist.
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L e e r s e i t e