DE3305232C2 - Vorrichtung zum Entnehmen einer heißen Gasprobe aus einem Gasvolumen - Google Patents

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Entnehmen einer heißen Gasprobe aus einem Gasvolumen mit einer Entnahmesonde (9), 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 Bereich der Wandung angeordneten Temperaturfühler (16) geregelten und von einem Mantel umschlossenen, elektrischen Heizeinrichtung (18) umgeben ist und der Mantel lösbar mit der Filtereinrichtung verbunden ist, umgibt erfindungsgemäß ein Verschleißschutzmantel (8) aus einem metallischen Werkstoff die Sonde (9) über ihre Gesamtlänge und ist auf deren vorderem Ende axial verschieblich gelagert und sind die Heizeinrichtung (18) und der Temperaturfühler (16) direkt auf der an ihrem anderen Ende mit einem Halteflansch (13) versehenen Entnahmesonde (9) angeordnet und ihre Anschlüsse durch den einen Teil der Filtereinrichtung bildenden Flansch geführt derart, daß nach Lösen der lösbaren Verbindung zwischen Verschleißschutzmantel (8) und Sondenflansch (13) der Verschleißschutzmantel von der Entnahmesonde abziehbar ist.

Description

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 cinführbar ist und die außerhalb des Gasvolumens mit einer Filtereinrichtung verbunden ist. wobei die Entnahmesonde zumindest im Bereich der Wandung von einer über einen im Bereich der Wandung angeordneten Temperaturfühler geregelten und von einem Mantel umschlossenen elektrischen Heizeinrichtung umgeben ist und der Mantel lösbar mit der Filtercinrichtung verbunden ist.

Aus der VDI-Richllinie 2462. Blatt I iFebruar 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, die außerhalb des Gasstroms mit einem beheizten Filter mit Quarzwoüefüllung verbunden ist. Die Heizung von Entnahmesonde und Riter erfolgt unter Vermeidung von Kondensatbildung.

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-Richtlinic 2462, Blatt 1, Seite 3, zeigt. 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 besiehi aus einer die Sonde nicht berührenden Metallhülse mit in Umfangsabständen angeordneten Axialbohrungcn, in die jeweils ein elektrischer Heizstab eingesetzt ist, dessen elektrische Anschlußleitungcn radial nach außen aus der Metallhülse herausgeführt sind. In der Meiallhülse ist weiterhin eine axiale Sackbohrung ausgebik/ct, die einen Temperaturfühler aufnimmt, dessen Anschlußleitungeii ebenfalls radial 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 y> nicht über ihre gesamte axiale Länge und springt nur etwas gegenüber der Wandung vor. Der Heizmantel ist von einem Sondcnisolicrmantel umgeben. Die Baugruppe bestehend aus Hcizmantcl und Sondenisoliermantel ist lösbar mil der Filtcreinrichvung verbunden derart, daß beim Lösen der Verbindung und Abtrennen der Baugruppe von der Filtercinrichtung die elektrischen Verbindungen zu den Hei/.slabcn und dem Temperaturfühler ebenfalls gelöst werden müssen.

Für einen Einsatz in einem siaubhaltigen strömenden Gas ist die aus der DE-AS bekannte Anordnung 29 50 744 nicht geeignet, insbesondere weil der Sondenisoliermantel der Verschlcißwirkung des Staubes nicht lange widerstehen würde.

Es isl daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des vorstehenden Anspruches 1 zu schaffen, die für eine fortlaufende Entnahnie einer Gasprobe aus staubhaltigen strömenden Abgasen, insbesondere Rauchgasen aus Feuerungsanlagen, geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Anordnung gemäß Oberbegriff des vorstehenden Anspruches I vorgesehen, daß ein Verschleißsehulzmantc! iius einem metallischen Werkstoff die Sonde über ihre Gesamtlänge umgibt und auf deren vorderen Ende axial verschieblich gelagert isl und die Heizeinrichtung und der Temperaturfühler direkt auf der an ihrem anderen Ende mit einem Halteflansch versehenen Entnahmesonde angeordnet sind und ihre Anschlüsse durch den einen Teil der F-iltcreinrichtung bildenden b5 Flansch geführt sind derart, daß nach Lösen der lösbaren Verbindung zwischen Verschlcißschulzmantcl und Sondenflansch der Verschlcißschutzmantel von der Entnahmesonde abziehbar isl.

Der Verschleißschutzmantel erlaubt es, die Entnahmesonde über längere Zeiten in dem Abgasstrom zu belassen. Wegen der abrasiven Wirkung des Staubs in dem strömenden Abgas ist es aber von Zeit zu Zeit erforderlich, den Verschleißschutzmantel auszutausehen. Da durch den Verschleißschutzmantel keiner der Anschlüsse geführt wird, ist ein Lösen solcher 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 eingehallen wird, die Kondensatbildung in der Sonde als auch auf der Oberfläche des Verschleißschutzmantels vermeidet. Bei einer Rauchgastemperatur in einem Kraftwerk von z. B. ca. 105⁰C wird eine Temperaturüberhöhung von ca. 50⁰C eingestellt Selbst bei Abgastemperaturen im Bereich einiger hundert ⁰C kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt werden.

Bei einer bevorzugten Ausbildung erfolgt die axialverschiebliche Lagerung des Verschleißschutzmantels auf dem vorderen Ende der Entnahmesondc dadurch, daß auf diesem Ende ein in seinem Außendurchmesser dem Innendurchmesser 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.

Um den Temperaturfühler bis vorzugsweise in die Mitte der Wandung vorführen zu können und glcichzeitig die Tiefe des Ringraums über die gesamte Sondenlänge konstant zu halten, ist es zweckmäßig, wenn die Heizeinrichtung ein im Bereich des sich axial erstrekkenden Abschnitts des Temperaturfühlers auf der Oberfläche der Sonde in Schlangenlinien gelegtes und im verbleibenden Bereich um die Sonde gewickeltes elektrisches Heizelement aufweist. Die Verwendung von flexiblen elektrischen Heizbändern zur Beheizung von Entnahmesonden zur Vermeidung von Kondensatbildung ist an sich aus der VDI-Richtlinie 2456, Blntt 1 (Dezember 72), Seite 3, bekannt.

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 de;) Übergang von Wärme von dem Verschleißschutzmantel auf das Führungsrohr wird dieses miterwärmt, so daß auch auf der Innenfläche des Führungsrohrs Korrosionserscheinungen durch Kondensatbil- dung stark eingeschränkt werden.

Die Erfindung soll nun anhand der einzigen Figur näher beschrieben werden.

Die Entnahmevorrichtung 1 greift durch eine öffnung 2 im beispielsweise 1 mm dicken Mauerwerk 3 eines Kraftwerkkamins. In der öffnung 2 ist auf nicht näher erläuterte Weise ein Führungsrohr 4 verankert, das an seinem hinteren Ende (rechten Ende in der Figur) mit einem Flansch 5 verschweißt ist (eine einslückigc Ausbildung wäre auch möglich).

Durch eine schematisch dargestellte lösbare Schraubverbindung 6, die über r'en zwischen Kaminmauerwerk und Flansch 5 vorgesehenen Freiraum betätigbar ist, ist ein Mantelflansch 7 mit dem Flansch 5 verbunden. Mit dem Mantelflansch 7 ist ein Verschleißschutzmantel 8 aus einem verschleißarmen metallischen Werkstoff verbunden (einstückige Ausbildung ist auch hier möglich). Der Verschleißschutzmantel erstreckt sich durch das Führungsrohr 4 so weit in den durch einen Pfeil dargestellten Staub beladenen Abgasslrom hinein wie eine aus einem metallischen Werkstoff gefertigte Entnahmesonde 9, z. B. können Verschleißschutzrohr und Enlnahmesonde um 150 m aus der Öffnung 2 vorragen.

Auf dem vorderen Ende der Entnahmesonde 9 ist ein Haltering 10 befestigt, z. B. durch Schweißen. Eine ein_r stückige Ausbildung mit der Entnahmesonde 9 ist möglich. Auf der Mantelfläche des Halterings 10 stützt sich der Verschleißschutzmantel 8 ab. Um eine Abdichtung zu erzielen, ist in der Mantelfläche des Mantelrings 10 eine Umfangsnut 11 ausgebildet, in der eine hitzebeständige Dichtung 12 eingebracht ist z. B. Kohleasbest mit Drahtarmierung.

Am anderen Ende ist die Entnahmesonde 9 mit einem Flansch 13 verbunden. Der Flansch i3 weist zwei sich im wesentlichen radial erstreckende Kanäje 14 und 15 auf, die sich an ihrem inneren Ende außerhalb der in den Flansch 13 eingeschweißten Entnahmesonde zum vorderen Ende der Sonde hin öffnen.

Dur^-n 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 eingeführten Heizkabels 18 ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Der Kaltleiterabgang 18a (Konfektionierung) des Heizkabels 18 liegt vorzugsweise außerhalb des Kanals 14.

Der Temperaturfühler 16 erstreckt sich axial auf der Oberfläche der Entnahmesonde 9 soweit in den Ringra;:m zwischen Verschleißschutzmantel 8 und Entnahmesonde hinein, daß die Fühlerspilze die geeignete Meßposition erreicht hat In diesem Axialbereich ist das Heizkabel 18 in Schlangenlinien mit achsparallelen Abschnitten auf der Außenfläche der Ei.mahmeionde 9 angeordnet und befestigt, während in dem verbleibenden Bereich bis zum Haltering 10 das Heizkabel spiralförmig um die Entnahmesonde 9 gewickelt ist.

Der Flansch 13 ist mit dem Flansch 7 durch eine weitere lösbare Schraubverbindung 19 verbunden.

Mit dem Flansch 13 ist ein Heizrohr 20 verschweißt, das zusammen mit dem Flansch 13 ein Gehäuse für die Aufnehme eines nicht gezeigten Filtereinbaus bildet, welcher Filtcreinbau der Staubreinigung 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 Jer VDI-Richtlinie bekannten Weise dient.

Wenn nach einer gewissen Standzeit ein Auswechseln des Verschleißschutzmantels erforderlich wird, wird zunächst die lösbare Verbindung 6 (z. B. Gewindebolzen) gelöst und die Baugruppe bestehend aus den Elementen 7,8,9,13 von dem Mciuerwcrksflansch 5 abgezogen.

Nach Lösung der Schraubverbindung 19 kann die Unterbaugruppc bestehend aus Flansch 7 und Verschleißrohr 8 einfach von der von der Heizeinrichtung 18 um-

gebenen Sonde 9 abgezogen werden.

In Betriebsstellung 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 befind- ί liehen Bestandteilen in einem solchen Ausmaß kommen kann, daß die Oberfläche korrodiert. Der Vcrschleißschutzmantel schützt die Sonde 9 und die auf ihr angebrachte Heizeinrichtung 18 gegenüber dem im Rauchgas befindlichen Staub.

Kondensatbildung auf der Innenfläche des Führungsrohrs 9 wird durch Strahlung- und konvektivem Wärmeübergang von der Außenfläche des VersehleiU-schutzrohres her vermieden.

Beim Abziehen des Verschleißbchut/mantels von den r, restlichen Bestandteilen der Baugruppe brauchen die elektrischen oder anderen Anschlüsse (Kapillarrohr des Temperaturfühlers) nicht gelöst zu werden, da diese durch den Flansch 1.3 nnrh aiiltan gpfiihrt worden.

Die Schraubverbindungen sind selbstverständlich in Umfangsrichtung gesehen so anzuordnen, daß sie weder untereinander noch mit den Kanälen konkurrieren.

Es wäre auch denkbar, die getrennten Schraubverbindungen 6 und 19 durch eine einzige Schraubverbindung, die alle drei Flansche gleichzeitig miteinander verbindet, zu ersetzen.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. 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 Bereich der Wandung angeordneten Temperaturfühler geregelten und von einem Mantel umschlossenen elektrischen Heizeinrichtung umgeben ist und der Mantel lösbar mit der Filtereinrichtung verbunden ist. dadurch gekennzeichnet, daß ein Verschleißschutzmantel (8) aus einem metallischen Werkstoff die Sonde (9) über ihre Gesamtlänge umgibt und auf deren vorderen Ende axial verschieblich gelagert ist und die Heizeinrichtung (18) und der 1 cmperaturfühler (16) direkt auf der an ihrem anderen Ende mit einem Haiieflansch (13) versehenen Entnahmesonde (9) angeordnet sind und ihre Anschlüsse durch den einen Teil der Filtereinrichtung bildenden Flansch geführt sind derart, daß nach Lösen der lösbaren Verbindung zwischen Verschleißschutzmantel (8) und Sondenflansch (13) der Verschleißschutzmantel von der Entnahmesonde abziehbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmesonde (9) ebenfalls aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem vorderen Ende der Entnahmesonde (9) ein in seinem Außcndurchmcsser dem Innendurchmesser des V'erschleißmantels (8) entsprechender Haltering (10) vorgesehen ist und in mindestens einer Umfungnut (11) des Haltcrings (10) eine Dichtung (12) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—3. dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (18) ein im Bereich des sich axial erstreckenden Abschnittes des Temperaturfühlers auf der Oberfläche der Sonde in Schlangenlinien gelegtes und im verbleibenden Bereich um die Sonde gewickeltes elektrisches Heizelement aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I —4. dadurch gekennzeichnet, daß in der öffnung (2) der Wandung ein metallisches Führungsrohr (4) verankert ist, das auf seinem hinteren Ende mit Abstand von der Wandung mit einem Flansch (5) versehen ist, mit dem zumindest der Mantel (8) über einen Flansch (7) lösbar verbunden ist.