DE3545491A1 - Sondenanordnung fuer die gasentnahme aus einem drehrohr-zementofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sondenanordnung für die Gas­ entnahme aus einem Drehrohr-Zementofen nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Für den Betrieb von Drehrohr-Zementöfen ist es erforder­ lich, das während des Brennprozesses im Ofen entstehende Gas fortlaufend zu analysieren. Dazu werden im Beschik­ kungsbereich des Ofens lanzenartige Sonden in das Ofen­ innere eingeführt, die eine Öffnung besitzen, durch die das Gas angesaugt und einem Analysengerät zugeführt wird. Dabei herrschen im Sondenbereich Temperaturen von mehr als 1000°C. Daher ist es erforderlich, die Sonden zu kühlen, indem man sie von einem Kühlwasserstrom durch­ fließen läßt. Das angesaugte Gas enthält in der Regel einen sehr hohen Staubanteil. Dieser ist bei der Analy­ se hinderlich und muß daher vorher ausgefiltert oder auf andere Weise aus dem Gas entfernt werden.

Aus der DE-OS 33 27 180 ist eine solche wassergekühlte Sonde zur Gasentnahme aus staubbeladenen Heißgasen be­ kannt, die in ihrem Inneren ein Gasentnahmerohr mit ei­ ner seitlich herausgeführten Entnahmeöffnung besitzt. Je nach Lage der Sonde kann dabei der Mantel im Bereich des Sondenkopfes doppelkegelförmig ausgebildet und die Entnahmeöffnungen in dem in Strömungsrichtung sich ver­ jüngenden Teil des Mantels angeordnet sein. Dabei soll die Massenträgheit der Staubteilchen in der Weise ausge­ nutzt werden, daß diese einer Umlenkung des angesaugten Gases nicht folgen können, sondern gewissermaßen an den Entnahmeöffnungen vorbeifliegen. Es hat sich jedoch ge­ zeigt, daß dies zwar für relativ große Partikel, jedoch nicht für kleine und kleinste Partikel zutrifft. Dieser pulverförmige Staub behindert nach wie vor die Analyse und muß gesondert herausgefiltert werden.

Solche im Sondenbereich angeordneten Filter haben den Nachteil, daß sie nach relativ kurzer Zeit verstopfen. Die Filterpatronen müssen daher von Zeit zu Zeit gerei­ nigt werden, was wegen der ungünstigen Lage der Filter und der hohen Temperaturen umständlich und zeitraubend ist. Wenn man, um dies zu vermeiden, die Filter in den Kühlkreislauf einbeziehen würde, würde das Gas in den Filterporen Materialanbackungen verursachen, was den Filter nach kurzer Zeit unbrauchbar werden ließe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Filter gut zugänglich anzuordnen und dabei die Filtertemperatur auf einem solchen Betrag konstant zu halten, daß eine Mate­ rialanbackung nicht stattfinden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan­ spruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Dadurch ist er­ reicht, daß die Filterpatrone an einer gut zugänglichen Stelle angeordnet und auf einer solchen Temperatur ge­ halten werden kann, daß Materialanbackungen mit Sicher­ heit vermieden werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Er­ findung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch die im Patentanspruch 2 angegebene Maßnahme ist er­ reicht, daß die Außenwand des Gasentnahmerohres in der Sonde nicht unmittelbar mit dem flüssigen Kühlmittel in Verbindung steht, sondern über einen mit einem Isolierme­ dium ausgefüllten Zwischenraum und ein zweites Koaxial da­ zu angeordnetes Hüllrohr bzw. eine Entnahmekammer. Dadurch ist erreicht, daß sich das Gasentnahmerohr etwa auf die Gastemperatur aufheizen kann, so daß eine Materialanbak­ kung an seiner Innenwand sowie der Entnahmeöffnung vermie­ den wird.

Durch die Anordnung nach Patentanspruch 3 ist erreicht, daß die Filterpatrone bei Erreichen eines einstellbaren Verstopfungsgrades durch Rücklüftung selbsttätig gereinigt wird.

Durch die im Patentanspruch 6 angegebene Ausführungsform des Sondenquerschnittes ist erreicht, daß die Sonde in Richtung des langen Durchmessers eine besonders hohe Steifigkeit und in Richtung des kurzen Durchmessers eine relativ hohe Elastizität aufweist, was bei einer bevor­ zugten Anordnung der Sonde im Einfüllbereich des Ofens besonder vorteilhaft ist. Gesteinsbrocken können die Sonde bei einem Auftreffen in Richtung des großen Durchmessers nicht verbiegen, wohl aber zu einem elastischen seitlichen Ausweichen zwingen, was einer Beschädigung der Sonde ent­ gegenwirkt und außerdem bewirkt, daß am Sondenrohr haften­ de Materialanbackungen abgesprengt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Sonde in Richtung des großen Durchmessers;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Sonde in Richtung des kleinen Durchmessers;

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Sonde;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch den Entstaubungsfilter und

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung der gesamten Sondenanordnung.

Die in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte lanzenförmige Sonde besteht aus einem Mantelrohr 1 mit ovalem Quer­ schnitt (Fig. 3), welches den inneren Teil der Sonde um­ schließt, der ein zentral angeordnetes Gasentnahmerohr 2, sowie ein dieses konzentrisch umgebendes Hüllrohr 4 ent­ hält, wobei die Maße beider Rohre so gewählt sind, daß der Innendurchmesser des Hüllrohres 4 um einige Millimeter größer ist als der Außendurchmesser des Gasentnahmerohres 2 und zwischen beiden ein thermisches Isoliermedium 3, beispielsweise ein Keramikkörper, eingefügt ist. Das Man­ telrohr 1 ist an seinem oberen Ende durch eine Verschluß­ platte 8 flüssigkeitsdicht verschlossen, die mit Durchfüh­ rungen für den Anschlußstutzen des Gasentnahmerohres 2 so­ wie von in den Hohlräumen zwischen dem Hüllrohr 4 und dem Mantelrohr 1 angeordneten Kühlmittel-Rücklaufrohren 6, 7 versehen ist. Der innere Teil der Sonde ist durch eine weitere Verschlußplatte 8′ in eine obere und eine untere Kammer unterteilt. Dabei ist die obere Kammer als Kühl­ kammer und die untere Kammer als Entnahmekammer ausgebil­ det. Die in der Kühlkammer angeordneten Kühlmittel-Rück­ laufrohre 6, 7 enden oberhalb der Verschlußplatte 8′. Das Hüllrohr 4 ist mit dieser Verschlußplatte flüssig­ keitsdicht verbunden, während das Gasentnahmerohr 2 durch diese Verschlußplatte hindurch nach unten in die Entnahme­ kammer geführt ist. Der in die Entnahmekammer hineinra­ gende Teil des Gasentnahmerohres 2 ist mit einer seitli­ chen Entnahmeöffnung 5 versehen. Die Entnahmekammer be­ sitzt an der der Entnahmeöffnung 5 gegenüberliegenden Seite eine Eintrittsöffnung 9. Eine in der Kühlkammer der Sonde stirnseitig angeordnete Bohrung mit einem Anschluß­ stutzen 10 dient dem Kühlmittelzulauf. Der Kühlmittelrück­ lauf geschieht über die Rücklaufrohre 6, 7. Das Mantelrohr 1 ist an seinem oberen Teil mit einem Befestigungsflansch 11 versehen, der dazu dient, die Sonde nach deren Einfüh­ rung durch eine entsprechende Bohrung im Beschickungs­ teil des Ofens an dessen Flanschteil 12 mit nicht darge­ stellten Mitteln zu befestigen. Die Lage des Befestigungs­ ringes 11 an der Sonde ist so gewählt, daß die Anschluß­ stutzen für den Kühlmittelzulauf, dem Kühlmittelrücklauf und die Gasentnahme außen zugänglich sind.

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die Eintrittsöffnung 9 der Entnahmekammer des Mantelrohres 1 der Entnahmeöffnung 5 des Gasentnahmerohres 2 gegenüberliegend angeordnet. Da­ durch wird die gesamte Entnahmekammer vom einströmenden Gas durchspült, so daß sie sich etwa auf die Gastempera­ tur erhitzen kann. Dadurch können sich in der Entnahme­ kammer keine Materialanbackungen bilden. Durch die seit­ liche Anordnung der Eintrittsöffnung 9 ist erreicht, daß die groberen Staubteile nicht in die Öffnung hineinge­ langen, sondern außen vorbeifliegen. Wegen der thermischen Isolierung des Gasentnahmerohres 2 durch das Isoliermedium 3 kann sich auch das Gasentnahmerohr etwa auf die Tempera­ tur des durchströmenden Gases erhitzen, was ebenfalls dazu beiträgt, Materialanbackungen zu verhindern.

Wie die Querschnittsdarstellung in Fig. 3 zeigt, ist das Mantelrohr 1 oval geformt, wodurch nicht nur günstigere räumliche Verhältnisse entstehen, die der Anordnung der Rücklaufrohre 6, 7 zugute kommen, sondern auch der mecha­ nischen Festigkeit der Sonde. Im Bereich des großen Durchmessers weist das Mantelrohr 1 eine wesentlich grö­ ßere Steifigkeit auf als in Richtung des kleinen Durch­ messers. Dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn die Sonde, wie allgemein üblich, im Einfüllbereich des Ofens verwendet wird. Wenn dabei die Sonde mit ihrem großen Durchmesser in Fallrichtung des Materials angeordnet ist, können auch größere herabfallende Anbackungsbrocken die Sonde nicht verbiegen, insbesondere deshalb nicht, weil die Sonde in Richtung des kleinen Durchmessers elastisch ausweichen kann. Dieses hat im übrigen zur Folge, daß Anbackungen am Mantelrohr der Sonde gelöst werden.

In Fig. 4 ist das zugehörige Entstaubungsfilter ebenfalls in einem Längsschnitt dargestellt. Es besteht aus einem doppelwandigen zylinderförmigen Gehäuse 13. Zwischen den beiden Wänden ist ein schraubenförmig gewickelter elek­ trischer Heizwendel 14 angeordnet. Im inneren des bis auf einige noch zu beschreibende Anschlußstutzen allseitig gasdicht geschlossenen Gehäuses befindet sich ein Zentral­ rohr 15, das der Gasentnahme und gleichzeitig als Halte­ rung für eine zylinderförmige Filterpatrone 16 dient, wel­ che das Zentralrohr 15 umgibt. Das Zentralrohr 15 überragt die Filterpatrone 16 derart, daß sein oberes Ende mit ei­ nem Gewinde versehen werden kann, auf dem ein Schraubver­ schluß 17 zum Befestigen der Filterpatrone 16 angeordnet werden kann. Das Zentralrohr 15 ist, wie bereits erwähnt, gleichzeitig für die Gasentnahme vorgesehen und besitzt dazu über die gesamte Länge der Filterpatrone 16 gleich­ mäßig verteilt Bohrungen 18. Das Rohr ist unten aus dem Gehäuse herausgeführt und mit einem Anschlußstutzen ver­ sehen. Ein Anschlußstutzen 19 für die Gaszufuhr ist im Deckel des Gehäuses angeordnet. Der Boden des Gehäuses ist mit einer Bodenplatte 20 verschlossen, welche eine Bohrung 21 mit einem Anschlußstutzen 22 für die Preßluft­ zufuhr besitzt. Dieser steht in Verbindung mit dem Raum zwischen dem Zentralrohr 15 und der Innenwand der Filter­ patrone 16. Auf der Bodenplatte 20 liegt eine an der in­ neren Gehäusewand befestigte Ringdüse 23, deren Düsenöff­ nungen in den Filterraum 45 zwischen der Gehäuseinnenwand und der Außenwand der Filterpatrone 16 gerichtet sind. Der Anschlußflansch des Zentralrohres 15 ist mit einem T-Stück 24 versehen, welches auf der einen Seite über ein an der Gehäuseaußenwand befestigtes Gas-Absperrventil 25 mit dem Gasanschlußstutzen 26 für das nicht dargestellte Analysen­ gerät und auf der anderen Seite mit einem Preßluft-An­ schlußstutzen 27 für eine Preßluftzufuhr von Fall zu Fall zur Reinigung des Zentralrohres 15 versehen ist. Ein wei­ terer Preßluftanschluß 28 ist in Deckelnähe radial nach außen geführt und mündet in den für die Unterbringung der Heizwendel 14 vorgesehenen Behälterzwischenraum, dessen Temperatur von einem Thermostaten 29 auf einem solchen Wert konstant gehalten wird, daß sich keine Materialan­ backung im Filterinnenraum bilden kann.

Anhand des in Fig. 5 dargestellten Übersichtsschemas der Anordnung soll deren Funktion näher beschrieben werden. Die Sonde 1 bis 10 ragt in jenen Bereich des nicht näher dargestellten Ofens hinein, der keine festen Bestandteile enthält. Die Sonde wird auf bereits beschriebene Weise von der Kühlflüssigkeit durchströmt, welche in einem geschlos­ senen Kühlsystem mit einem vom Lüfter 30 kühlluftdurch­ strömten Radiator 31, einer Umwälzpumpe 32, einem Thermo­ regelventil 33, einem Thermoschalter 34 für die Betätigung des Lüfters 30 bei Erreichen einer bestimmten oberen Tem­ peraturgrenze sowie einem Ausdehnungsgefäß 35 zirkuliert. Bei diesem an sich bekannten Kühlsystem treibt die Umwälz­ pumpe 32 die nach Durchlauf durch den Radiator 31 gekühlte Flüssigkeit in einem geschlossenen Kreislauf durch die Son­ de 1 bis 10 und zurück in den oberen Bereich des Radiators 31. Dabei öffnet und schließt das Thermoregelventil 33 selbsttätig bei Unterschreiten einer Minimaltemperatur einen Parallelkreis zum Radiator 31. Dadurch ist erreicht, daß in der Sonde eine bestimmte Temperatur aufrechterhal­ ten bleibt, die ausreicht, um diese Sonde vor thermischer Beschädigung zu schützen, jedoch nicht so niedrig wird, daß sich Materialanbackungen in ihr bilden können. Das Gasentnahmerohr 2 der Sonde steht über eine Rohrleitung 36 in Verbindung mit dem Gasanschlußstutzen 19 des in Fig. 4 bereits beschriebenen Entstaubungsfilters. Dieser ist über eine am Gasanschlußstutzen 26 angeflanschte Gasleitung 37 mit einem nicht dargestellten Analysengerät verbunden. Diese ist an ihrer tiefsten Stelle mit einem Kondensatab­ scheider 38 für das Auffangen flüssiger Kondensate ausge­ stattet. Außerdem ist der Entstaubungsfilter über einen seiner Preßluftanschlußstutzen 22, 28 und, wahlweise, 27 über elektrisch steuerbare Preßluft-Magnetventile 39, 40 und ein Luftfilter 41 mit einem nicht dargestellten Preß­ luftgerät verbunden. Das Gas-Absperrventil 25, die beiden Preßluft-Magnetventile 39, 40 sowie die Heizwendel 14 sind über ein Anschlußelement 42 mit einer elektrischen Steue­ rungsanordnung 43 verbunden.

Die Anordnung funktioniert in der Weise, daß das Analysen­ gerät über die Entnahmeleitung 37 und das geöffnete Gas- Absperrventil 25, durch das Zentralrohr 15, die Filterpa­ trone 16, die Gasleitung 36 und das Gasentnahmerohr 2 durch die Einströmöffnung 9 und die Entnahmeöffnung 5 der Sonde aus dem Staub-Gas-Gemischstrom 44 des Ofens Gas an­ saugt. Dabei findet die erste Staubseparation größerer Teilchen bereits an der Einströmöffnung 9 statt, die ja durch ihre Stellung zum Gasstrom strömungstechnische Ver­ hältnisse schafft, die so wirken, daß die größeren Staub­ teilchen an der Öffnung vorbeifliegen. Der verbleibende Staubrest sammelt sich im Filterraum 45 und in der Filter­ patrone 16. Da diese sich zunehmend füllen, entsteht an der mit der Gasentnahmeleitung 37 verbundenen Druckmeßdose 46 ein steigender Unterdruck. Bei Unterschreiten eines Grenzwertes gibt diese ein Signal an die Steuereinrichtung 43 ab, welche das Gas-Absperrventil 25 schließt und das Preßluft-Magnetventil 40 öffnet. Dadurch wird Preßluft in den Raum zwischen dem Zentralrohr 15 und der Innenwand der Filterpatrone 16 geführt, die das Filter von innen nach außen durchbläst, so daß sich der im Filter haftende Staub in dem Raum zwischen dem Außenmantel der Filterpatrone 16 und der Innenwand des Entstaubungsfilters ansammelt. Nach einer wählbaren Zeitdauer wird zusätzlich zum Preßluft- Magnetventil 40 das Preßluft-Magnetventil 39 geöffnet. Dabei gelangt von den Heizwendeln 14 erwärmte Preßluft in die Ringdüse 23 und diese bläst den aus der Filterpatrone 16 gesammelten Staub über die Rohrleitungen 36 und das Gasentnahmerohr 2 sowie die Entnahmeöffnung 5 der Sonde in den Ofen zurück. Nach einer weiteren einstellbaren Zeit werden beide Preßluftmagnetventile 39, 40 geschlossen und das Gas-Absperrventil 25 geöffnet, so daß erneut Gas an das Analysengerät gelangt und die Analyse weitergeführt werden kann. Dieser Vorgang wiederholt sich in den von der Druckmeßdose 46 bestimmten Intervallen, oder durch ein in der Steuerungsanordnung 43 integriertes einstellbares Zeitrelais.

Claims (6)

1. Sondenanordnung für die Gasentnahme aus einem Drehrohr- Zementofen, mit einer in den Ofen lanzenartig hineinragen­ den Gasentnahmesonde, deren Gasentnahmerohr eine seitlich nach außen geführte Öffnung besitzt, sowie mit parallel zum Gasentnahmerohr geführten Rohren für die Rückführung eines die Sonde durchströmenden flüssigen Kühlmittels, die Bestandteil eines Kühlsystems sind, sowie mit einem Ent­ staubungsfilter, dadurch gekennzeich­ net, daß der Entstaubungsfilter (13 bis 29) räumlich getrennt von der Sonde (1 bis 10) angeordnet ist und aus einer aufheizbaren Kammer besteht, in die eine hohlzylin­ derförmige Filterpatrone (16) einsetzbar ist, und der die Filterpatrone außen umgebende Filterraum (45) über eine Rohrleitung (36) mit dem Gasentnahmerohr (2) der Sonde (1 bis 10) und der Innenraum der Filterpatrone (16) über ein Zentralrohr (15) und ein beheiztes, elektrisch steuerba­ res Gas-Absperrventil (25) mit einer Gasanalysenanordnung verbunden ist.

2. Sondenanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Mantelrohr (1) der Sonde (1 bis 10) durch eine flüssigkeitsdichte Verschluß­ platte (8′) in eine obere und eine untere Kammer unter­ teilt und die obere Kammer als Kühlkammer und die unte­ re Kammer als Entnahmekammer ausgebildet ist und die Kühl­ kammer bis auf Öffnungen für die Gasentnahme und den Kühl­ flüssigkeitskreislauf und die Entnahmekammer bis auf eine Eintrittsöffnung (9) für das Gas allseitig geschlossen sind und daß das Gasentnahmerohr (2) innerhalb der Kühl­ kammer von einem dieses koaxial umgebenden, allseitig geschlossenen Hüllrohr (4) solchen Durchmessers derart umgeben ist, daß zwischen beiden Rohren ein der thermi­ schen Isolierung dienender und von einem thermischen Iso­ liermedium ausgefüllter Zwischenraum (3) vorhanden ist, und daß das Gasentnahmerohr (2) durch die Verschlußplatte (8′) in die Entnahmekammer hineinragt und eine radiale Gas-Entnahmeöffnung (5) besitzt, die derart angeordnet ist, daß sie der Einströmöffnung (9) gegenüberliegt.

3. Sondenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entstaubungsfilter (13 bis 29) aus einem zylinderförmigen Gehäuse (13) be­ steht, in das eine zylinderförmige Filterpatrone (16) mit Hilfe eines Schraubverschlusses (17) auswechselbar ein­ setzbar ist und ein sich über die Filterlänge erstrecken­ des, mit axial versetzten Bohrungen versehenes Zentralrohr (15) in den von der Innenwand der Filterpatrone umschlos­ senen Innenraum hineinragt, welches einerseits mit dem Gas-Absperrventil (25) und andererseits mit einem Preß­ luftanschlußstutzen (27) verbunden ist und der Innenraum über einen in einer Bodenplatte (20) eingelassenen wei­ teren Preßluftanschlußstutzen (22) zum Einblasen von Preß­ luft in Verbindung steht, der seinerseits über ein erstes Magnetventil (40) mit Preßluft verbunden ist, und der die Filterpatrone (16) außen umgebende Raum (45) kopfseitig mit einem Anschlußstutzen (19) für die Zufuhr des von der Sonde (1 bis 10) kommenden Gases und fußseitig mit einer Ringdüse (23) zum Einblasen von Preßluft versehen ist und das Gehäuse (13) doppelwandig ausgeführt und der dadurch entstehende Ringraum als Heizraum ausgebildet ist, der eine thermostatisch geregelte elektrische Heizwendel (14) enthält, und der kopfseitig mit einem Preßluftanschluß (28) für die Zufuhr von Preßluft über ein zweites Magnet­ ventil (39) und fußseitig mit Bohrungen für die Zufuhr von Preßluft zur Ringdüse (23) versehen ist.

4. Sondenanordnung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine elektrische Steue­ rungsanordnung (43) vorhanden ist, welche die Magnetven­ tile (39, 40) und das Gas-Absperrventil (25) in der Weise betätigt, daß bei zunächst geschlossenen Preßluft-Magnet­ ventilen (39, 40) das Gas-Absperventil (25) solange ge­ öffnet bleibt, bis von einer in der Gasleitung (37) zum Analysengerät angeordneten Druckmeßdose (46) ein bestimm­ ter einstellbarer Unterdruck ermittelt wird, nach dessen Unterschreiten das Gas-Absperrventil (25) geschlossen, das erste Preßluft-Magnetventil (40) für eine wählbare Zeit­ dauer geöffnet und nach einer weiteren wählbaren Zeit­ dauer zusätzlich das zweite Preßluft-Magnetventil (39) geöffnet und nach dem Schließen beider das Gas-Absperr­ ventil (25) wieder geöffnet wird.

5. Sondenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlsystem für die Sonde (1 bis 10) als geschlossenes, von einem Thermoregelventil (33) in Verbindung mit einem Luftkühler (30, 31) geregeltes System ausgebildet ist.

6. Sondenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (1 bis 10) einen ovalen Querschnitt aufweist.