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Stichwort: Rauchgasentnahmesonde Vorrichtung zum Entnehmen einer heißen
Gasprobe aus einem Gasvolumen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entnehmen
einer heißen Gasprobe aus einem Gasvolumen mit einer Entnahmesonde, die durch eine
öffnung in einer das Gasvolumen begrenzenden Wandung einführbar ist und die außerhalb
des Gasvolumens mit einer Filtereinrichtung verbunden ist, wobei die Entnahmesonde
zumindest im Bereich der Wandung von einer über einen im Bereichvde.r Wandung angeordneten
Temperaturfühler geregelten un.d von einem Mantel umschlossenen- elektrischen Heizeinrichtung
umgeben ist und der Mantel lösbar mi.t der Filtereinrichtung verbunden ist.
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Aus der VDI-Richtlinie. 2462; Blatt 1 (Februar 1974), Seite 3, ist
eine Vorrichtung zum Entnehmen einer heißen Gasprobe aus einem staubhaltigen strömenden
Abgas aus Feuerungsanlagen und technischen Prozessen bekannt, die gemäß Bild. 1
eine in den Abgasstrom eingeführte beheizte Entnahmesonde aufweist, di.e außerhalb
des Gasstroms. mit einem beheizten Filter mit Quarzwollefüllung verbunden ist. Die
HeIzuIg von Entnahmesonde und Filter erfolgt zur Verr,leidung von Kondensåtbileung.
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Aus der DE-AS 29 50 744 (Anmeldetag: 17.12.79) ist eine Vorrichtung
zum Entnehmen einer heißen Gasprobe aus einer Kammer bekannt, die eine einfache
Durchkonstruktion der beheizten Entnahmesonde und des beheizten Filters gemäß der
Prinzipskizze gemäß der VDI-Richtlinie 2462, Blatt 1, Seite 3, zeigt.
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Diese bekannte Vorrichtung ist für die Überwachung eines in einer
Kammerluft vorhandenen Gehalts an organischen Lösungsmitteln oder dgl. Stoffen ausgelegt,
die bei Erreichen einer bestimmten Konzentration explosionsgefährlich oder sonstwie
schädlich sind. Die elektrische Heizeinrichtung besteht aus einer die Sonde nicht
berührenden Metallhülse mit in Umfangsabständen angeordneten Axialbohrungen, in
die jeweils ein elektrischer Heizstab eingesetzt ist, dessen elektrische Anschlußleitungen
radial nach außen aus der Metallhülse'herausgeführt sind.
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In der Metallhülse ist weiterhin eine axiale Sackbohrung ausgebildet,
die einen Temperaturfühler aufnimmt, dessen AnschlußJ.eitwlgen ebenfalls rddial
nach außen durch die Metallhülse geführt sind Der Innendurchmesser der Metallhülse
ist wesentlich größer als der Außendurchmesser-der Gasentnahmesonde, so daß bei
staubhaltiger Kammerluft Staub in den Ringraum zwischen Metallhülse und Gasentnahmesonde
eintreten kann. Die Heizeinrichtung umgibt die Sonde nicht über ihre gesamte axiale
Länge und springt nur etwas gegenüber der Wandung vor Der Heizmantel ist von einem
Sondenisoiiermantel umgeben.
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Die Baugruppe bestehend aus Heizmantel und Sondenisoliermantel ist
losbar mi.t der Filtereinrichtung verbunden derart, daß beim Lösen der Verbindung
und Abtrennen der Baugruppe von de Filtereinrichtung die elektrischen Verbindungen
zu den Heizstäben und dem Temperaturfühler ebenfalls gelöst werden müssen.
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Für einen Einsatz in einem staubhaltigen strömenden Gas ist die aus
der DE-AS bekannte Anordnung 29 50 744 nicht geeignet, insbesondere weil der Sondenisoliermantel
der Verschleißwirkung des Staubes nicht lange widerstehen würde.
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Es ist daher die Aufgabe.der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung
gemäß Oberbegriff des vorstehenden Anspruches 1 zu schaffen, die für eine fortlaufende
Entnahme einer Gasprobe aus staubhaltigen strömenden Abgasen, insbesondere Rauchgasen
aus Feuerungsanlagen, geeignet ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Anordnung
gemäß Oberbegriff des vorstehenden Anspruches 1 vorgesehen, daß ein.Verschleißschutzman
tel aus einem mtetallischen Werkstoff die Sonde über ihre Gesamtlänge umgibt und
auf deren vorderen Ende axial verschieblich gelagert ist und dii Heizeinrichtung
und der Temperaturfübler direkt auf der an ihrem anderen Ende mit einem Halteflansch
versehen nen Entnahmesonde angeordnet sind und ihre Anschlüsse durch den einen Teil
der Filtereinrichtung bildenden Flansch geführt sind derart, daß nach Lösen der
lösbaren Verbindung zwischen Verschleißschutzmantel und Sondenflansch. der Verschleißschutz'mantel
von der Entnahmesonde abziehbar ist, Der Verschleißschutzmantel erlaubt es, die
Entnahmesonde über längere Zeiten in-dem Abgasstrom zu belassen.
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Wegen der..abrasiven Wirkung des Staub in dem strömenden Abgas ist
es aber von Zeit zu Zeit erforderli.ch, den Verschleißsthutzmantel auszutauschen.
Da durch den Verschleißschutzmantel keiner der Anschlüsse geführt wird, iS't ein
Lösen soicer Anschlüsse beim Austausch nicht erforderlich,
Bei der
erfindungsgemäßen Vorrichtung ist keine Wärmeisolierung vorgesehen; es wird vielmehr
ein Wärmefluß zur Außenfläche des Verschleißschutzmantels angestrebt, so daß nicht
nur auf der Sondeninnenfläche, sondern auch auf der Außenfläche des Verschleißschutzmantels
eine gegenüber der Temperatur des strömenden Gases erhöhte Temperatur eingehalten
wird, die Kondensatbildung in der Sonde als auch auf der Oberfläche des Verschleißschutzmantels
vermeidet. Bei einer Rauchgastemperatur in einem Kraftwerk von z. B. ca. 105°C wird
eine Temperaturüberhöhung von ca. SO0C eingestellt. Selbst bei Abgastemperaturen
im Bereich einiger hundert°C kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt werden.
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Bei einer bevorzugten Aushildung erfolgt die axialverschiebliche Lagerung
des Verschleißschutzmantels auf dem vorderen Ende der Entnahmesonde dadurch daß
aurnr. diesem Ende ein in... seinem Außendurchmesser dem innendurch.messer des.
Verschleißmantels entsprechender Haltering vorgesehen. ist und in mindestens einer
Umfangsnut des Halterings eine Dichtung angeordnet ist. Die radiale Dicke des Halterings
bestimmt die Breite des Ringraums zwischen Entnahmesonde und Verschleißschutzmantel,
in dem die Heizelemente und der Temperaturfühler angeordnet werden können.
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Um den Temperaturfühler bis vorzugsweise in die Mitte der Wandung
vorführen zu können und gleichzeitig die Tiefe des Ringraums über die gesamte Sonden
länge konstant zu halten, ist es zweckmäßig, wenn die Heizeinrichtung ei.n im Bereich
des. sich axial erstreckenden Abschnitts des Temperaturfühlers auf der Oberfläche
der Sonde in Schlangenlinien gelegtes und im verbleibenden Bereich um die Sonde
gewickeltes
elektrisches Heizelement aufweist.
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Die Verwendung von flexiblen elektrischen Heizbändern zur Beheizung
von Entnahmesonden zur Vermeidung von Kondensatbildung ist an sich aus der VDI-Richtlinie
2456, Blatt 1 (Dezember 73), Seite 3, bekannt.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, daß in der öffnung der Wandung ein metallisches
Führungsrohr verankert ist, das auf seinem hinteren Ende mit Abstand von der Wandung
mit einem Flansch versehen ist, mit dem zumindest der Mantel über einen Flansch
lösbar verbunden ist. Durch den uebergang von Wärme von dem Verschleißschutzmantel
auf das Führungsrohr wird dieses miterwärmt, so daß auch auf der Innenfläche des
Führungsrohrs KorrosiOnserscheinungen durch Kondensatbildung stark eingeschränkt
wenden Die Erfindung Soll nun anhand der beigefügten einzigen Figur näher beschrieben
werden.
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Die Entnahmevorrichtung 1 greift durch eine öffnung 2 im heispielsweise
1 m dicken Mauerwerk 3 eines Kraftwerkkamins. Xn der Öffnung 2 ist auf nicht.
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näher erläuterte, Weise -ein- Führungsrohr 4 verankert, das an seinem
hinteren Ende (rechten Ende in der Figur) mit einem Flansch 5 verschweißt ist (eine
einstückige Ausbildung wäre auch mögliCh).
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Durch eine scheMatisch dargestellte lösbare Schraubt verbindung 6,
die über den zwischen Sami.nmauerwerk und Flansch 5 vorgesehenen Freiraum betätigbar
ist, ist ein Mantelflasch 7 mi.t dem- Flansch 5 verbunden. Mit dem Mantelflansch
7 ist ein Verschleißschutzmantel 8 äü' einem verschleißarmen metalli@ schen Werkstoff
verbunden (einstückige AusbiJ.dung ist auch hier möglich). Der Verschle.i-schutzmantel
erstreckt
sich durch das Führungsrohr 4 so weit in den durch einen Pfeil dargestellten Staub
beladenen Abgasstrom hinein wie eine aus einem metallischen Werkstoff gefertigte
Entnahmesonde 9, z. B. können Verschleißschutzrohr und Entnahmesonde um 1,50 m aus
der Öffnung 2 vorragen.
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Auf dem vorderen Ende der Entnahmesonde 9 ist ein Haltering 10 befestigt,
z. BO durch Schweißen.
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Eine einstückige Ausbildung mit der Entnahmesonde 9 ist möglich. Auf
der Mantelfläche des Halterings 10 stützt sich der Verschleißschutzmantel 8 ab.
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Um eine Abdichtung zu erzielen, ist in der Mantefläche des Mantelrings
10 eine Umfangsnut 11 ausgebildet, in der eine hitzebeständige Dichtung 12 eingebracht
i.st, z. B. Kohleasbest mit Drahtarmierung.
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Am anderen Ende ist die Entnahmesonde 9 mit einem Flansch 13 verbunden.
Der Flansch 13 weist zwei sichg im wesentlichen radial e.rst-.re.ke'de Kanäle 14
und 15 auf, di e sich an ihrem inneren Ende außer halb der in den Flansch 13 eingeschweißten
Entnahmesonde zum vorderen Ende der Sonde hin öffnen.
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Durch den Kanal 15 ist. ein Kapillarrohr 16 als Temperaturfühler geführt,
dessen Spitze 16a vorzugsweise in der Mitte des Mauerwerks 3 liegt, Die Lage der
Spitze 16a hängt von der Temperatur und Geometrie von Mauerwerk und Sonde ab. Das
andere Ende des Kapillarrohrs 16 führt in einen Schaltkasten 17 mit Thermostat Die
elektrische Zusammenschaltung von Temperaturfühler 16, einer'nicht gezeigten Spannungsquelle
und eines durch den Kanal 14 eingeführ ten Ileizkabels 18 ist nicht Gegenstand der
vorliegenden Erfindung.
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Der Kaltleiterabgang 18a (Konfektionierung) des Heizkabels 18 liegt
vorzugsweise außerhalb des Kanals 14.
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Der Temperaturfühler 16 erstreckt sich axial auf der Oberfläche der
Entnahmesonde 9 soweit in den Ringraum zwischen Verschleißschutzmantel 8 und Entnahmesonde
hinein, daß die Fühlerspitze die geeignete Meßposition erreicht hat. In diesem Axial-Bereich
ist das Heizkabel 18 in Schlangenlinien mit achsparallelen Abschnitten auf der Außenfläche
der Entnahmesonde 9 angeordnet und befestigt, während in dem verbleibenden Bereich
bis zum Haltering 10 das Heizkabel spiralförmig um die Entnahmesonde 9 gewickelt
ist.
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Der Flansch 13 ist mit dem Flansch 7 durch eine weitere lösbare Schraubverbindung
19 verbunden Mi.t dem Flansch 13 ist ein Heizrohr 20 verschweißt, das zusammen mit
dem Flansch 13 ein Gehäuse für die Aufnahme.eines nicht gezeigten. Filtereinbaus
bildet, welcher Filtereinbau der. Staubreini.gung des entnommenen Gases vor dessen
Weiterleitung zu einer Waschflasche oder einem Analysegerät dient Um das Heizrohr
ist eine nur schematisch angedeutete Heizeinrichtung 21 angeordnet, die der Erwärmung
des Filterbereichs in der aus der VDI-Richtlinie bekannten Weise dient Wenn nach
einer gewissen Standzeit ei.n Auswechseln des VerschleißS¢hut-zmantels erforderlich
wird wird zunächst die lösbare Verbindung 6 (%. . Gewj.ndebolzen) gelöst und die
Baugruppe bestehend aus den Elementen 7 r 8s9,13 von dem Mauerwerksflansch 5 abgezogen.
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Nach Lösung der Schraubverbindung 19 kann die Unterbaugruppe bestehend
aus Flansch 7 und Verschleißrohr 8 einfach von der von der Heizeinrichtung 18 umgebenen
Sonde 9 abgezogen werden.
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In Betriebstellung und bei Betrieb der Vorrichtung wird nicht nur
die Sonde 9 erwärmt, sondern auch der Verschleißschutzmantel 8, so daß es auf dessen
Außenfläche nicht zur Kondensation von im Rauchgas befindlichen Bestandteilen in
einem solchen Ausmaß kommen kann, daß die Oberfläche korrodiert. Der Verschleißschutzmantel
schützt die Sonde 9 und die auf ihr angebrachte Heizeinrichtung 18 gegenüber dem
im Rauchgas befindlichen Staub.
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Kondensatbildung auf der Innenfläche des Führungsrohrs 9 wird durch
Strahlungs- und konvektivem Wärmeübergang von der Außenfläche des Verschleißschutzrohres
her vermieden Beim Abziehen des Verschleißschutzmantels von den restlichen Bestandteilen
der Baugruppe brauchen die elektrischen oder anderen Anschlüsse -(Kapillarrohr des
Temperaturfühlers) nicht gelöst zu werden, da diese durch den Flansch 13 nach außen
geführt werden.
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Die Schraubverbindungen sind selbstverständlich in Umfangsrichtung
gesehen so anzuordnen, daß sie weder untereinander noch mit den Kanälen konkurrieren.
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Es wäre auch denkbar die getrennten Schraubverbin dungen 6 und 1 9
durch eine einzige Schraubverbindung, die alle drei Flansche gleichzeitig miteinander
verbindet, zu ersetzen.