DE3136646C2

DE3136646C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in Abgasen

Info

Publication number: DE3136646C2
Application number: DE3136646A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. 4100 Duisburg Lützke
Original assignee: Rheinisch-Westfaelischer Technischer Ueberwachungsverein Ev 4300 Essen De
Current assignee: Rheinisch-Westfaelischer Technischer Ueberwachungsverein Ev 4300 Essen De
Priority date: 1981-09-16
Filing date: 1981-09-16
Publication date: 1983-07-14
Also published as: US4474070A; DE3136646A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Feststoffen in Abgasen, wonach ein bei hoher Abgastemperatur aus den Abgasen entnommenes Probegasvolumen einen Meßfilter, einen Durchflußmesser und einen Gaszähler durchfließt

Ein ständiges Problem bereitet die Probenahme aus Abgasen bei hohen Abgastemperaturen, weil häufig die zu sammelnden und schließlich zu messenden Partikeln noch in gasförmigem oder flüssigem Zustand, jedenfalls nur teilweise als Feststoffe im Abgasstroir vorliegen. Aufgrund der unterschiedlichen Aggregatzustände ist eine exakte Bestimmung der Partikel häufig ungenau und unpraktisch. Das gilt insbesondere für die Probenahme von Stäuben, an die z.B. polyzyklische Aromate angelagert sind. Bei einer Sammlung von polyzyklischen Aromaten bei hohen Abgastemperaturen können diese Aromate bereits während der Sammelphase durch Temperatureinwirkung in ihrer Zusammensetzung beeinflußt oder umgewandelt werden. Unabhängig davon ist es möglich, daß die Aromate eben erst bei niedrigen Temperaturen als Feststoffe vorliegen. — Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in Abgasen anzugeben, wonach das Sammeln der Proben in einfacher Weise bei niedrigen Temperaturen in der Feststoffphase erfolgt und daher eine eindeutige Bestimmung der Bestandteile möglich ist

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgeinäßen Verfahren dadurch, daß das Probegasvolumen vor Eintritt in den Meßfilter unter Mischung mit einem feststofffreien Kühlgas verdünnt und unter Bildung einer Feststoffphase auf niedrige Mischtemperatur kondensationsfrei abgekühlt wird, und daß dann das abgekühlte Mischgasvolumen mit den in der Feststoffphase gesammelten Feststoffen über den Meßfilter abgesaugt wird. — Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sich dann eine Probe bei niedrigen Temperaturen unter Vermeidung einer Kondensation des Probegases sammeln läßt, wenn das Probevolumen nicht nur auf eben niedrige Temperatur abgekühlt wird, sondern darüber hinaus gleichzeitig mit Kühlgas verdünnt wird. Niedrige Mischtemperatur meint im Rahmen der Erfindung jeweils jene Temperatur, bei welcher nicht langer eine gasförmige oder flüssige, sondern ausschließlich eine Feststoffphase vorliegt, also die teilweise gasförmigen oder flüssigen Partikel bereits als feste Bestandteile neben den ohnehin schon festen Stoffen vorliegen. Darüber hinaus gewähr* leisten niedrige Mischungstemperaturen, daß auch mit niedrigen Filtertemperaturen gearbeitet werden kann, und folglich ein Zersetzen der zu messenden Partikel mit Sicherheit verhindert wird. Dadurch ist exakte Messung gewährleistet

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind im folgenden aufgeführt. So ist vorgesehen, daß als Kühlgas Umgebungsluft, Stickstoff od. dgl. Gas verwendet wird und die Umgebungsluft getrocknet, ggf. gekühlt und das Kühlgasvolumen vorgefiltert, gemessen, gezählt und dann dem Probegasvolumen zugemischt wird. Über die Vorfilterung wird erreicht, daß dem Probegasvolumen keine zusätzlichen Feststoffe zugeführt werden. Es werden auch der Probegasstrom und der Kühlgasstrom als Teilströme parallel derart zusammengeführt, daß der Kühlgasstrom den Probegasstrom einhüllt, um die Ablagerung von Partikeln an den Wänden der erforderlichen Mischvorrichtung zu vermeiden oder zumindest gering zu halten. Weiter wird

nach Lehre der Erfindung die Vermeidung von Kondensation im Probegasstrom dadurch unterstfltet, daß der Probegasstrom bis zum Zusammenfahren mit dem Kühlgasstrom durch thermische Isolierung wter Begleitheizung auf Abgastemperatur gehalten wird, — Für viele Anwendungsfälle reicht zur Einstellung einer Mischtemperatur von <40"C ein Verhältnis von Kühlgasvolumen zu Probegasvolumen von 10:1. Auch davon abweichende Verhältnisse sind möglich. Entscheidend bleibt die Vermeidung von Kondensatioaser- in scheinungen im Probegasstrom und die Sammlung einer Probe bei niedrigen Temperaturen, folglich in der Feststoffphase.

Des weiteren ist auch eine Vorrichtung vorgesehen mit einem Meßfilter und einer Absaugvorrichtung sowie mit zwischen Meßfilter und Absaugvorrichtung angeordnetem Durchflußmesser und Gaszähler, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet ist Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfilter eine Mischvorrichtung mit Probegaseintrittsstutzen und Kühlgaseintrittsstutzen sowie jeweils Regel- oder Steuerorgan vorgeordnet ist, und daß für das Kühlgas ein Gaszähler, Durchflußmesser, Vorfilter und eine Trockenvorrichtung sowie ggf. eine zwischen Trockenvorrichtung und Vorfilter angeordnete Kühlvorrichtung vorgesehen sind. Insbesondere bei Verwendung von Umgebungsluft muß diese in der Trocknungsvorrichtung auf das erforderliche Maß getrocknet und ggf. in der Kühlvorrichtung gekühlt werden. Das Kühlgasvolumen wird dann über den Durchflußmesser und Gaszähler, z. B. Balgengaszähler, gemessen. Die Messung des Mischgasvolumens erfolgt über den dem Meßfilter nachgeordneten Durchflußmesser und Gaszähler, z. B. ebenfalls Balgengaszähler. Die Absaugung des Mischgasvolu- J5 mens erfolgt über die als Pumpe bzw. Ejektor ausgebildete Absaugvorrichtung. Die Regelorgane bzw. Steuerorgane dienen zur Einstellung des Probegasvolumens, Kühlgasvolumens und schließlich Mischgasvolumens. Die Vorrichtung ist so ausgelegt, daß die für Staubmessungen in strömenden Gasen erforderliche geschwindigkeitsgleiche Probenahme erfolgen kann (vgl. VDI-Richtlinie 2066). Das entnommene Probegasvolumen kann aus der Differenz der mit den beiden Gaszählern gemessenen Volumen bzw. Volumenströme ermittelt werden. — Die Mischvorrichtung ist vorteilhafterweise ali Mischrohr mit einem darin koaxial angeordneten Probegasrohr ausgebildet, wobei der Kühlgaseintrittsstutzen in Strömungsrichtung vor dem Gasaustrittsende des Probegasrohres in den Ringraum '«' zwischen Mischrohr und Prokegasrohr mündet. Außerdem kann das Probegasrohr als Verlängerung des Probegaseintrktsstutzens ausgebildet sein und eine das Rohr umgebende Heizvorrichtung oder Isolierung aufweisen. «

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in Abgasen verwirklicht werden, welche unter Vermeidung von Kondensation im Probegasstrom die Sammlung von to Proben bei niedrigen Temperaturen und folglich in der Feststoffphase ermöglichen, so daß beim Meßvorgang nicht länger ein Phasengemisch aus gasförmigen, flüssigen und festen Partikeln vorliegt, vielmehr eine einwandfreie Bestimmung der Bestandteile möglich ist Beispielsweise läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei solchen Stoffen anwenden, die frei der im Abgaskanal vorherrschenden Temperatur noch gasförmig vorliegen und erst nach Abkühlung den festen Aggregatzustand annehmen, wie z.B. Stäube in der Glashüttenindustrie. Auch bei Stoffen mit hohen Dampfdrücken, z. B. Quecksilber und Arsen, arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft Das gleiche gilt in bezug auf Kokereiabgase, Kraftwerksabgase und beispielsweise Motorabgase zur Sammlung von polyzyklischen Aromaten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert

Die Vorrichtung weist in ihrem grundsätzlichen Aufbau einen Meßfilter 1 und eine Absa?:^ vorrichtung 2, z. B. Pumpe, auf, wobei zwischen McSfi'ter 1 und Absaugvorrichtung 2 ein Durchflußmesser 3 und Gaszähler 4, z. B. Balgengaszähler, angeordnet ist Ferner ist zwischen dem Gaszähler 4 und der Absaugvorrichtung 2 ein Regelorgan 5 vorgesehen. Dem Meüfiiter ί ist eine Mischvorrichtung 6 mit Probegaseintrittsstutzen 7 und Kühlgaseintrittsstutzen 8 sowie jeweils Regelorgan 9, 10 vorgeordnet Für das Kühlgas sind ebenfalls ein Gaszähler 11, z. 9. Balgengaszähler, und ein Durchflußmesser 12 vorgesehen, ferner ein Vorfilter 13 und eine Trockenvorrichtung 14 sowie ggf. eine zwischen Trockenvorrichtung 14 und Vorfilter 13 angeordnete Kühlvorrichtung 15. In diesem Fall kann Umgebungsluft zur Erzeugung von Kühlgas herangezogen werden, jedoch sind auch andere Gasarten denkbar. Die Mischvorrichtung 6 ist als Mischrohr 16 mit einem darin koaxial angeordneten Probegasrohr 17 ausgebildet Der Kühlgaseintrittsstutzen 8 mündet in Strömungsrichtung vor dem Gasaustrittsende des Probegasrohres 17 in den Ringraum 18 zwischen Mischrohr 16 und Probegasrohr 17, so daß der Kühlgasstrom dem Probegasstrom derart parallel zugeführt wird, daß der Kühlgasstrom den Probegasstrom einhüllt Außerdem kann das Probegasrohr 17 als Verlängerung des Probegaseintrittsstutzens 7 ausgebildet sein und eine das Rohr umgebende Heizvorrichtung 19 aufweisen, um den Probegasstrom bis zum Zusammenführen mit dem Kühlgasstrom auf Abgastemperatur zu halten. Dazu kann auch eine nicht dargestellte thermische Isolierung dienen. — Nach Lehre der Erfindung wird das Probegasvolumen vor Eintritt in den Meßfilter 1 unter Mischung mit dem feststofffreien Kühlgas verdünnt und unter Bildung einer Feststoffphase auf niedrige Mischtemperatur ohne Kondensationserscheinungen abgekühlt. Dann wird das abgekühlte Mischgasvolumen mit den in der Feststoffphase gesammelten Feststoffen über den Meßfilter 1 abgesaugt.

Nach dem Meßfilter durchfließt das Mischgas noch den Durchflußmesser ."· und den Gaszähler 4.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen von Feststoffen in Abgasen, wonach ein bei hober Abgastemperatur aus den Abgasen entnommenes Probegasvotumen einen Meßfilter, einen Durcbflußmesser und einen Gaszähler durchfließt, dadurch gekennzeichnet, daß das Probegasvolumen vor Eintritt in den Meßfflter (1) unter Mischung mit einem feststofffreien Kühlgas verdünnt und unter Bildung einer Feststoffphase auf niedrige Mischtemperatur kondensationsfrei abgekühlt wird, und daß dann das abgekühlte Mischgasvolumen 'mit den in der Feststoffphase gesammelten Feststoffen über den rs Meßfilter (1) abgesaugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlgas Umgebungsluft, Stickstoff od. dgL Gas verwendet wird und die Umgebiingsluft getrocknet, ggf. gekühlt und das Kühlgasvolumen vorgeritert, gemessen, gezählt und dann dem Probegasvolumen zugemischt wird

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Probegasstrom und der Kühlgasstrom als Teilströme parallel derart zusammengeführt werden, daß der Kühlgasstrom den Probegasstrom einhüllt

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Probegasstrom bis zum Zusammenführen mit dem Kühlgasstrom durch thermische Isolierung oder Begleitheizung auf Abgastemperatur gehalten wird.

5. Verfahren nach einetß der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischtemperatur von <40°C bei einem Verhfinis von Kühlgasvolumen zu Probegasvolumen von 10 :1 eingestellt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Meßfilter und einer Absaugvorrichtung sowie mit zwischen Meßfilter und Absaugvorrichtung angeordnetem Durchflußmesser und Gaszähler, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßfilter (1) eine Mischvorrichtung (6) mit Probegaseintrittsstuuen (7) und Kühlgaseintrittsstutzen (8) sowie jeweils Regel- oder Steuerorgan (9,10) vorgeordnet ist, und daß für das Kühlgas ein Gaszähler (11), Durchflußmesser (12), Vorfilter (13) und eine Trockenvorrichtung (14) sowie ggf. eine zwischen Trockenvorrichtung (14) und Vorfilter (13) angeordnete Kühlvorrichtung (15) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung als Mischrohr (16) mit einem darin koaxial angeordneten Probegasrohr (17) ausgebildet ist und der Kühlgaseintrittsstutzen (8) in Strömungsrichtung vor dem Gasaus- ss trittsende des Probegasrohres (17) in den Ringraum (18) zwischen Mischrohr (16) und Probegasrohr (17) mündet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Probegasrohr (17) als Verlängerung des Probegaseintrittsstutzens (7) aus· gebildet ist und eine das Rohr umgebende Heizvorrichtung (19) oder Isolierung aufweist.