DE4100363A1 - Flue gas analyser probe installed external to flue duct with preheating gas flow - has probe head in test chamber with sampling pipework connecting funnel system - Google Patents

Flue gas analyser probe installed external to flue duct with preheating gas flow - has probe head in test chamber with sampling pipework connecting funnel system

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Abstract

Gaseous combustion prod./smoke sampling and analysing equipment for a furnace, where a sampling probe, installed in the furnace outlet end of the flue, comprises a probe head in a test chamber with sampling pipework connecting a funnel section of the test chamber into the flue upstream of the chimney, and the probe head being connected by a tube to the analyser, and being novel in that the sampling pipe (5) feeds into both the test chamber via pipe (10) and the jacket pipe (17) via a warm-gas supply pipe (11), the jacket space (18) connects into the test chamber (9) and also into the outflow line (20) via a connecting pipe (19) and also accomodates the analyser probe tube (15) in its central bore. USE/ADVANTAGE - Flue gas analysis for O2/CO/CO2 content, allowing instant analysis to be made at low firing ratio, with elimination of dew point corrosion, high gas throughput velocity minimising solids deposition, in-operation cleaning, controlled sampling flow rates, reduced dead time, and minimal use of exotic material components.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung einer Rauchgas-Probe­ nahme- und -Analysen-Vorrichtung für eine Feuerung.The invention relates to an arrangement of a flue gas sample Measurement and analysis device for a furnace.

Zur O2-Messung in einer Feuerungsanlage wird im Rauchgas­ kanal eine Rauchgas-Probenahme-Sonde angeordnet deren Probengas-Leitung in einen Sondenbehälter eines Analysen­ gerätes eingebunden ist (DD-PS 1 56 640, 2 55 656; DE-OS 38 18 372). Für den Transport des Probengases ist ein Ejektor angeordnet. Im Dauerbetrieb der Wärmeanlage ist aufgrund der Eichung des Analysengerätes und der Probenahmesonde so­ wie der konstanten Vergleichsgasmenge und der Probengasmen­ ge eine hohe Meßgenauigkeit erreichbar.For O 2 measurement in a combustion system, a flue gas sampling probe is arranged in the flue gas duct, the sample gas line of which is integrated into a probe container of an analysis device (DD-PS 1 56 640, 2 55 656; DE-OS 38 18 372) . An ejector is arranged for the transport of the sample gas. In continuous operation of the heating system, a high measuring accuracy can be achieved due to the calibration of the analysis device and the sampling probe as well as the constant reference gas quantity and the sample gas quantities.

Im instationären Betrieb, d. h. beim Anfahr- und Teillast­ betrieb, der Feuerung wird jedoch nur ein geringes oder kein Rauchgasvolumen die Entnahmesonde beaufschlagen. Dadurch ist entweder nur eine Messung mit hoher Ungenauig­ keit oder keine Messung des O2-Gehaltes möglich. Dies ergibt sich dadurch, daß die Probengasströmung aufgrund gegen Null betragender Druckdifferenz nicht oder nicht zuverlässig er­ folgt, aber die Vergleichsgasmenge konstant ansteht.In non-steady-state operation, ie during start-up and part-load operation, the furnace, however, only a small or no volume of flue gas will act on the sampling probe. As a result, either only a measurement with high inaccuracy or no measurement of the O 2 content is possible. This results from the fact that the sample gas flow does not follow or does not follow reliably due to the pressure difference amounting to zero, but the reference gas quantity is constant.

Im Ergebnis dieser Ungenauigkeiten ist im instationären Be­ triebszustand der tatsächliche O2-Gehalt des Rauchgases nicht bewertbar, so daß der Betriebsprozeß in dieser Phase außer­ ordentlich unökonomisch ist. Obwohl dieser Umstand seit lan­ gem bekannt ist, wurde dieser Zustand beibehalten oder ver­ sucht, eine durch Erfahrungen geprägte Korrektur vorzuneh­ men. Diese Korrektur stellt jedoch in allen Fällen keine be­ friedigende Lösung dar, da entsprechend durchgeführter Ver­ gleichsmessungen der tatsächliche O2-Gehalt auch nicht an­ nähernd genau zu ermitteln ist. As a result of these inaccuracies, the actual O 2 content of the flue gas cannot be assessed in the transient operating state, so that the operating process in this phase is extremely uneconomical. Although this has been known for a long time, this state has been maintained or attempts have been made to correct it through experience. However, this correction does not represent a satisfactory solution in all cases, since the actual O 2 content cannot be determined with any accuracy according to comparative measurements carried out.

Es ist daher vorgeschlagen worden, in dem Sondenbehälter ein Ejektor einzubinden und die Stelleinrichtung für die Medienzufuhr des Ejektors im instationären Betrieb durch ein zwischen Probengas-Entnahme und Einleitungsstelle gebildeten Druckdifferenzsignal zu beaufschlagen (DD-PS . . . - WP F G 01 N/3 40 648).It has therefore been proposed in the probe container an ejector and the actuator for the Media feed of the ejector in transient operation one between sample gas extraction and discharge point pressure difference signal formed (DD-PS . . . - WP F G 01 N / 3 40 648).

Obwohl dadurch eine gesicherte und konstante Analysengas­ menge zur Verfügung gestellt werden konnte, ist dieser Vorteil nur mit einem hohen steuerungstechnischen Aufwand erreichbar. Unabhängig davon tritt an den Bauteilen eine hohe Korrosion aufgrund der Taupunktunterschreitungen auf. Eine zusätzliche Beheizung der Probenahmesonde erfordert einen weiteren Aufwand.Although this ensures a secure and constant analytical gas quantity could be made available, this is Advantage only with a high control engineering effort reachable. Regardless of this occurs on the components high corrosion due to the drop below the dew point. Additional heating of the sampling probe is required another effort.

Aufgrund der geringen Probenahmegeschwindigkeiten treten erhebliche Staubablagerungen innerhalb der Sonde auf, oder es sind nur senkrechte Leitungsführungen zu verwenden.Pedal due to the low sampling rates considerable dust deposits on the probe, or only vertical cable runs are to be used.

Ziel der Erfindung ist, den tatsächlichen O2(CO, CO2) Gehalt aus Rauchgasprobenahmen bei allen Betriebszuständen mit einfachen Mitteln ausreichend genau zu ermitteln, Staub­ ablagerungen und Taupunkt-Unterschreitungen zu vermeiden.The aim of the invention is to determine the actual O 2 (CO, CO 2 ) content from flue gas sampling in all operating states with simple means with sufficient accuracy, to avoid dust deposits and to fall below the dew point.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Probegasmenge mit hoher Geschwindigkeit und ausreichender Druckdifferenz zu gewinnen sowie für die Vor- und Erwärmung der Probenahme­ und Analysen-Vorrichtung zu verwenden.The invention has for its object the amount of sample gas with high speed and sufficient pressure difference to win as well as for the preheating and warming of the sampling and analysis device to use.

Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß in das Sondenrohr ein in den Sondenbehälter eingebundenes Analysen­ gasrohr und ein in ein Mantelrohr eingebundenes Vorwärmgas­ rohr eingebunden, das Mantelrohr mit dem Sondenbehälter und über ein Verbindungsrohr mit der Leitung verbunden und inner­ halb des Mantelrohres ein die Analysen-Vorrichtung aufnehmen­ des Führungsrohr angeordnet ist. This is achieved in that according to the invention Probe tube an analysis integrated in the probe container gas pipe and a preheating gas integrated in a jacket pipe tube, the jacket tube with the probe container and connected to the pipe via a connecting pipe and internally half of the casing pipe take up the analysis device of the guide tube is arranged.  

Durch die neue Mittel-Wirkungs-Beziehung, nämlich gerad­ linige Sondenrohre und erwärmte Bauteile, wird eine hohe Probenahmegasströmung gewährleistet (Verminderung der Tot­ zeit, sichere Probegasmenge, hohe Druckdifferenz, Vermei­ dung Staubablagerungen) und eine Taupunktkorrosion vermie­ den.Through the new means-effect relationship, namely straight linear probe tubes and heated components will be high Sampling gas flow guaranteed (reduction of dead time, safe sample gas volume, high pressure difference, avoidance dust deposits) and avoid dew point corrosion the.

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher er­ läutert. Die Zeichnung zeigt:In one embodiment, the invention he he purifies. The drawing shows:

Fig. 1 die Einbindung der Probenahme- und Analysen-Vor­ richtung in den Rauchgaskanal, Fig. 1, the incorporation of sampling and analysis before-direction in the flue gas channel,

Fig. 2 die Ausbildung der Probenahme- und Anordnung der Analysen-Vorrichtung. Fig. 2 shows the design of the sampling and arrangement of the analysis device.

Der Rauchgaszug 1 weist die Nachschaltheizfläche 2 und den Rauchgaskanal 3 nach Luftvorwärmer auf. Durch die Rückwand 4 ragt das Sondenrohr 5 mit Öffnungen 25 in den Rauchgaszug 1, ist in Schutzrohr 6 geführt, abgedichtet und am Tragrohr 7 aufgelegt bzw. am Halteelement 8 befestigt.The flue gas duct 1 has the secondary heating surface 2 and the flue gas duct 3 after the air preheater. Through the rear wall 4 , the probe tube 5 with openings 25 projects into the flue gas duct 1 , is guided in the protective tube 6 , sealed and placed on the support tube 7 or fastened to the holding element 8 .

Das Sondenrohr 5 ist mit dem Sondenbehälter 9 über das Analysengasrohr 10 und Vorwärmgasrohr 11 verbunden. Das Sondenrohr 5 weist den Reinigungsflansch 12 auf. Das Analy­ sengerät 15 mit Sondenkopf 29 ist im Führungsrohr 16 fixiert. Das Führungsrohr 16 ist innerhalb des Mantelrohres 17 ange­ ordnet, wobei der Freiraum 18 gebildet ist. Unmittelbar vor Sondenbehälter 9 ist das Verbindungsrohr 19 eingebunden, das in das Ableitrohr 20 mündet. Das Ableitrohr 20 ist in den Trichter 14 des Sondenbehälters 9 eingebunden und ragt in den Rauchgaskanal 3. Der Freiraum 18 ist durch den Anschluß­ flansch 21 verschlossen, das Führungsrohr 16 ragt in den Sondenbehälter 9, wobei der Blendenspalt 22 gebildet ist. Zwischen den eingebundenen Rohren 10; 11 ist die steuerbare Querschnittsverstellung 23 (Verstellklappe, Drossel) ange­ ordnet. The probe tube 5 is connected to the probe container 9 via the analysis gas tube 10 and preheating gas tube 11 . The probe tube 5 has the cleaning flange 12 . The analyzer 15 with probe head 29 is fixed in the guide tube 16 . The guide tube 16 is arranged within the casing tube 17 , the free space 18 being formed. Directly in front of the probe container 9 , the connecting pipe 19 is integrated, which opens into the discharge pipe 20 . The discharge pipe 20 is integrated in the funnel 14 of the probe container 9 and projects into the flue gas duct 3 . The free space 18 is closed by the connecting flange 21 , the guide tube 16 protrudes into the probe container 9 , the aperture gap 22 being formed. Between the integrated tubes 10 ; 11 is the controllable cross-section adjustment 23 (adjusting flap, throttle) is arranged.

Die Wirkungsweise ist folgende: Aus dem Rauchgasstrom 24 des Rauchgaszuges 1 wird über die Öffnungen 25 des Sondenrohres 5 eine Teilrauchgas­ menge 26, bedingt durch die Druckdifferenz zwischen Heiz­ fläche 2 und Rauchgaskanal 3, abgesaugt. Diese Teilrauch­ gasmenge 26 wird in die Analysengasmenge 27 und Vorwärmgas­ menge 28 aufgeteilt. Diese Aufteilung erfolgt über die Querschnittsstell-Einrichtung 23 bzw. Rohrabmessung 10; 11 so, daß ca. 10-30%, Analysengasmenge der Gesamtgasmenge 26 über den Sondenkopf 29 des Analysengeräts 15 in den Sondenbehälter 9 strömt. Ca. 70-90% der Gasmenge 26 wird als Vorwärmgasmenge 28 über das Vorwärmgasrohr 11 in den Freiraum 18 geleitet, durchströmt diesen, umströmt das Füh­ rungsrohr 16 und erwärmt es über den Temperaturwert der Taupunkttemperatur. Unmittelbar am Sondenbehälter 9 gelangt die Vorwärmgasmenge 28 über das Verbindungsrohr 19 in das Ableitrohr 20. Analysengasmenge 27 und Vorwärmgasmenge 28 gelangen über das Ableitrohr 20 in den Rauchgasstrom 30 des Rauchgaskanals 3. Über den Blendenspalt 22 wird eine Teil­ gasmenge 31 aus dem Freiraum 18 in den Sondenbehälter 9 ge­ leitet, wobei dieser Gasstrom den Sondenkopf 29 nicht um­ spült. Mit der Aufteilung der Teilrauchgasmenge 26 des Rauch­ gasstromes 24 wird eine hohe Rauchgasströmung im Sondenrohr aufrechterhalten, die eine Asche-Sand-Ablagerung verhindert, jedoch die Analysengasmenge einen vorgeschriebenen Wert nicht überschreitet. Die relativ große Vorwärmgasmenge 28 sichert eine Temperatur der gesamten Sonde, die eine Taupunktkorro­ sion nicht zuläßt. Gleichzeitig wird, insbesondere bei lan­ gen Leitungen aufgrund der hohen Gasgeschwindigkeit, eine kleine Totzeit der Analysenergebnisse realisiert. The mode of operation is as follows: from the flue gas stream 24 of the flue gas flue 1 , a partial flue gas quantity 26 is extracted via the openings 25 of the probe tube 5 , due to the pressure difference between the heating surface 2 and flue gas duct 3 . This partial smoke gas amount 26 is divided into the analysis gas amount 27 and preheating gas amount 28 . This division takes place via the cross-sectional adjustment device 23 or tube dimension 10 ; 11 so that approx. 10-30%, analysis gas quantity of the total gas quantity 26 flows via the probe head 29 of the analysis device 15 into the probe container 9 . Approx. 70-90% of the gas amount 26 is passed as preheating gas amount 28 through the preheating gas tube 11 into the free space 18 , flows through it, flows around the guide tube 16 and heats it above the temperature value of the dew point temperature. Immediately at the probe container 9 , the amount of preheating gas 28 reaches the discharge pipe 20 via the connecting pipe 19 . Analysis gas quantity 27 and preheating gas quantity 28 enter the flue gas stream 30 of the flue gas duct 3 via the discharge pipe 20 . About the aperture gap 22 is a portion of gas 31 from the free space 18 in the probe container 9 ge passes, this gas flow does not flush the probe head 29 . With the division of the partial smoke gas amount 26 of the smoke gas flow 24 , a high smoke gas flow is maintained in the probe tube, which prevents ash-sand deposition, but the analytical gas amount does not exceed a prescribed value. The relatively large amount of preheating gas 28 ensures a temperature of the entire probe which does not allow a dew point corrosion. At the same time, especially with long lines due to the high gas velocity, a short dead time of the analysis results is realized.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:The following advantages are achieved by the invention:

  • - Sofortanzeige der Rauchgas-Analyse auch bei geringer Kesselleistung,- Immediate display of the flue gas analysis even at low Boiler output,
  • - keine Taupunktkorrosion,- no dew point corrosion,
  • - Erhöhung der Standzeit der Sondenbauteile,- increase the service life of the probe components,
  • - bedingt durch die hohen Rauchgas-Geschwindigkeiten ist auch waagerechte Leitungsführung möglich,- is due to the high flue gas speeds horizontal cable routing also possible,
  • - hohe Druckdifferenzen,- high pressure differences,
  • - Reinigung während des Betriebes möglich (gerade Sondenrohre),- Cleaning possible during operation (straight probe tubes),
  • - Beeinflussung der Analysengasmenge möglich,- influencing the amount of analysis gas possible,
  • - geringe Totzeit der Probegasentnahme,- short dead time of sampling gas,
  • - minimaler Einsatz von hochwertigen Werkstoffen,- minimal use of high quality materials,
  • - Erhöhung der Meßsicherheit bei mühlenweiser Rauchgas­ analyse,- Increase in measurement reliability with mill-like flue gas analysis,
  • - Analysengasentnahme entsprechend der realen Rauchgas­ geschwindigkeiten im Entnahmebereich,- Analysis gas extraction according to the real flue gas speeds in the removal area,
  • - einfache Nachrüstung, gute Zugängigkeit.- easy retrofitting, good accessibility.

Claims (5)

1. Anordnung einer Rauchgas-Probenahme und -Analysen- Vorrichtung für eine Feuerung, wobei eine im Rauchgas­ kanal nach Feuerungsende angeordnete Probenahmesonde mit einem Sondenkopf eines Sondenbehälters verbunden, ein Trichter des Sondenbehälters über eine Leitung in den Rauchgaskanal vor Schornstein eingebunden und der Sondenkopf über ein Sondenrohr mit der Analysen-Vorrich­ tung verbunden ist, gekennzeichnet dadurch, daß in das Sondenrohr (5) ein in den Sondenbehälter (9) eingebundenes Analysengasrohr (10) und ein in ein Mantel­ rohr (17) eingebundenes Vorwärmgasrohr (11) eingebunden, das Mantelrohr (17) mit dem Sondenbehälter (9) und über ein Verbindungsrohr (19) mit der Leitung (20) verbunden und innerhalb des Mantelrohres (17) ein die Analysen- Vorrichtung (15) aufnehmendes Führungsrohr (16) angeord­ net ist.1. Arrangement of a flue gas sampling and analysis device for a furnace, wherein a sampling probe arranged in the flue gas duct after the end of the furnace is connected to a probe head of a probe container, a funnel of the probe container is connected via a line to the flue gas duct in front of the chimney, and the probe head is connected via a Probe tube is connected to the analytical device, characterized in that in the probe tube ( 5 ) an analytical gas tube ( 10 ) integrated in the probe container ( 9 ) and a preheating gas tube ( 11 ) integrated in a jacket tube ( 17 ), the jacket tube ( 17 ) with the probe container ( 9 ) and via a connecting tube ( 19 ) connected to the line ( 20 ) and within the jacket tube ( 17 ) an analytical device ( 15 ) receiving the guide tube ( 16 ) is angeord net. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Mantelrohr (17) über eine Blende (22) in den Sonden­ behälter (9) eingebunden ist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the casing tube ( 17 ) via an aperture ( 22 ) in the probe container ( 9 ) is integrated. 3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Sondenrohr (5) mit einem Reinigungsverschluß (12) ver­ sehen ist.3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the probe tube ( 5 ) with a cleaning closure ( 12 ) is seen ver. 4. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Sondenrohr (5) im Rauchgaskanal (1) an Einbauten (7; 8) abgestützt ist.4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the probe tube ( 5 ) in the flue gas duct ( 1 ) on internals ( 7 ; 8 ) is supported. 5. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in das Sondenrohr (5) zwischen eingebundenen Analysengas­ und Vorwärmgasrohren (10; 11) eine steuerbare Querschnitts­ verstelleinrichtung (23) angeordnet ist.5. Arrangement according to claim 1, characterized in that in the probe tube ( 5 ) between the integrated analysis gas and preheating gas tubes ( 10 ; 11 ) a controllable cross-section adjusting device ( 23 ) is arranged.
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