DE4232771A1

DE4232771A1 - Specimen extractor for detecting condensable components in hot combustion gases - has specimen head and extraction tube of heat resistant material connected together and to condensation chamber

Info

Publication number: DE4232771A1
Application number: DE19924232771
Authority: DE
Inventors: Heinz-Juergen Dr Klewer; Guenter Adams
Original assignee: Ruhrkohle Oel und Gas GmbH
Current assignee: Ruhrkohle Oel und Gas GmbH
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1994-03-31

Abstract

The system has a specimen head connected to an extraction tube (2). The head and tube are of heat resistant material. A condensation chamber (3) connected to the extraction tube has a cooling device (4) and is connected to a gas outlet (5). The extraction tube and sample head are made of material which is neutral under analysis, esp. of alkali-free and/or high purity AL2O3. The specimen head consists of a ceramic casing with lateral holes pushed onto the end of the extraction tube. USE - For detecting condensable constituents in hot combustion gases which flow through a hot gas channel under press., esp. for detecting gaseous inorganic trace materials, in partic. gaseous alkalis.

Description

Die Erfindung betrifft ein Probenahmesystem zur Erfassung von kondensierbaren Bestandteilen in heißen Verbrennungsgasen, das insbesondere für die Erfassung gasförmiger anorganischer Spurenstoffe geeignet ist. Mit dem Probenahmesystem können in Rauchgasen bei Temperaturen von 1500°C und mehr und Drücken von 30 bar und mehr darin enthaltene gasförmige Schadstoffe, insbesondere Alkalianteile quantitativ erfaßt werden.The invention relates to a sampling system for Detection of condensable components in hot Combustion gases, especially for detection gaseous inorganic trace substances is suitable. With the sampling system can in smoke gases Temperatures of 1500 ° C and more and pressures of 30 bar and more gaseous contained therein Quantitative pollutants, especially alkaline components be recorded.

Steigendes Umweltbewußtsein und verschärfte Umwelt gesetze haben in der Bewertung technischer Prozesse, besonders auch im Bereich der Kraftwerkstechnik, zu einer Umorientierung geführt. Die ständige Zunahme der Umweltbelastungen erfordert insbesondere auch eine schadstoffärmere Stromproduktion. Dabei konzen triert sich die Diskussion derzeit auf den Anstieg der Konzentration der sogenannten Treibhausgase in der Erdatmosphäre. Kohlendioxid ist neben Methan, Fluorchlorkohlenwasserstoffen, Stickoxiden u. a. am antropogenen Treibhauseffekt beteiligt, wobei dem Kohlendioxid ein Anteil von etwa 50% zugeschrieben wird. Im Bereich der Bundesrepublik Deutschland ist der Kraftwerkssektor mit einem Anteil von etwa 35,5% der größte CO₂-Emittent.Increasing environmental awareness and stricter environmental laws have led to a reorientation in the assessment of technical processes, especially in the area of power plant technology. The constant increase in environmental pollution requires, in particular, less polluting electricity production. The discussion is currently focusing on the increase in the concentration of so-called greenhouse gases in the earth's atmosphere. In addition to methane, chlorofluorocarbons, nitrogen oxides, carbon dioxide is also involved in the anthropogenic greenhouse effect, with a share of around 50% being attributed to carbon dioxide. In the Federal Republic of Germany, the power plant sector is the largest CO ₂ emitter with a share of around 35.5%.

Zwar kommt eine Abtrennung von CO₂ aus dem Rauchgas mit anschließender Entsorgung oder Nutzung aus tech nischen und wirtschaftlichen Gründen nicht in Frage, jedoch besteht die Möglichkeit, durch eine verbes serte Brennstoffnutzung fossiler Brennstoffe zu einer Reduzierung des CO₂-Ausstoßes zu kommen. For schungsschwerpunkte zur Verbesserung der Brennstoff nutzung bzw. Erhöhung des Wirkungsgrads sindAlthough there is no question of separating CO ₂ from the flue gas with subsequent disposal or use for technical and economic reasons, there is a possibility of reducing CO ₂ emissions by improving the use of fossil fuels. Research priorities for improving fuel use and increasing efficiency are

- power plants with integrated coal gasification,
- pure coal gasification,
- Power plants with a pressurized fluidized bed and
- the compressed coal dust firing.

Von diesen ist die Druckkohlenstaubfeuerung sicher lich die thermodynamisch interessanteste Variante mit dem höchsten Wirkungsgrad. Die technischen Probleme scheinen handhabbar und der wirtschaftliche Aufwand vertretbar.Compressed coal dust firing is safe from these Lich the most thermodynamically interesting variant the highest efficiency. The technical problems seem manageable and the economic effort justifiable.

Probleme bereitet bei der Druckkohlenstaubfeuerung vor allem die Reinigung der heißen Rauchgase. Beson ders die bei hohen Verbrennungstemperaturen anfallen den dampfförmigen Alkalien übersteigen die Empfehlun gen der Gasturbinenhersteller ganz erheblich, um einen Faktor von 100 bis 1000. Gasförmige Alkalien im Rauchgas stellen aber ein erhebliches Gefährdungs potential für die Turbinen dar und können zu vorzei tigem Verschleiß und damit zu Produktionsausfällen führen. Es ist festzuhalten, daß derzeit keine zufriedenstellenden Probenahmensysteme angeboten werden, die eine routinemäßige Erfassung der turbinenschädigenden gasförmigen Alkalien erlauben. Des weiteren können bei den hohen Temperaturen und Drücken moderner Kraftwerke auch in den Brennstoffen und feuerfesten Ausmauerungen enthaltene Schwer metalle in flüchtige Verbindungen, etwa Carbonyle, umgewandelt werden, deren quantitative Erfassung Schwierigkeiten bereitet.Problems arise with compressed coal dust firing especially the cleaning of the hot flue gases. Especially that occurs at high combustion temperatures the vaporous alkalis exceed the recommendations against the gas turbine manufacturers very significantly a factor of 100 to 1000. Gaseous alkalis in Flue gas, however, pose a considerable risk potential for the turbines and can wear and tear and thus production downtimes to lead. It should be noted that currently none satisfactory sampling systems offered be a routine record of the allow turbine-damaging gaseous alkalis. Furthermore, at high temperatures and Pressure of modern power plants also in the fuels and contain fire-resistant brickwork metals in volatile compounds, such as carbonyls, be converted, their quantitative recording Creates difficulties.

Die Schwierigkeit liegt vor allem bei den recht extremen physikalischen Bedingungen mit Temperaturen um 1400°C und Drücken von 30 bar der Rauchgase vor dem Eintritt in die Gasturbinen. Des weiteren müssen diese gasförmigen Bestandteile möglichst vollständig von Feststoffpartikeln abgetrennt werden, die die Analysedaten verfälschen können. Schließlich besteht die Notwendigkeit einer vollständigen Erfassung der gasförmigen Bestandteile, also der vollständigen Abtrennung der kondensierbaren Gase aus dem Analysat. Es versteht sich von selbst, daß das Probenahmesystem den extremen Temperaturen und Drücken standhalten muß und unter diesen Bedingungen die Analysen selbst nicht verfälschen darf.The difficulty lies especially with the right extreme physical conditions with temperatures around 1400 ° C and pressures of 30 bar of the flue gases the entry into the gas turbines. Furthermore must these gaseous components as completely as possible be separated from solid particles that the Can falsify analysis data. Finally there is the need for full coverage of the gaseous components, i.e. the complete Separation of the condensable gases from the analyte. It goes without saying that the sampling system must withstand the extreme temperatures and pressures and under these conditions the analyzes themselves must not falsify.

Das erfindungsgemäße Probenahmesystem zur Erfassung von kondensierbaren Bestandteilen in heißen Verbren nungsgasen, insbesondere für gasförmige Alkalien in Rauchgasen, weist einen Probenkopf und ein mit dem Probenkopf verbundenes Entnahmerohr auf, beide aus hitzebeständigem Material, sowie einen an das Entnahmerohr angeschlossenen Kondensationsraum, eine Kühleinrichtung für den Kondensationsraum und einen an den Kondensationsraum angeschlossenen Gasaustritt.The sampling system according to the invention for detection of condensable components in hot combustion tion gases, especially for gaseous alkalis in Flue gases, has a probe and one with the Sample tube connected sampling tube on, both off heat-resistant material, as well as one to the Discharge tube connected condensation space, one Cooling device for the condensation room and one gas outlet connected to the condensation chamber.

Das erfindungsgemäße Probenahmesystem zur Erfassung von kondensierbaren Bestandteilen in heißen Verbren nungsgasen, die unter Druck durch einen Heißgaskanal strömen, weist einen Probenkopf auf, der am Ende eines Entnahmerohrs in den Heißgaskanal hineinragt und der Entnahme von kondensierbare Bestandteile ent haltenen Gasproben dient. Sowohl der Probenkopf als auch das Entnahmerohr sind aus hitzebeständigem Mate rial, das analyseneutral sein sollte und insbesondere aus alkalifreiem und/oder hochreinem Aluminiumoxid (Al₂O₃), besteht. Es können selbstverständlich auch andere hitzebeständige Materialien verwandt werden, die unter den im Heißgaskanal bestehenden Temperatur- und Druckbedingungen beständig sind. The sampling system according to the invention for the detection of condensable constituents in hot combustion gases which flow under pressure through a hot gas duct has a probe head which protrudes into the hot gas duct at the end of a sampling tube and serves to remove condensable constituents ent gas samples. Both the sample head and the sampling tube are made of heat-resistant material, which should be analysis-neutral and in particular of alkali-free and / or high-purity aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ). It is of course also possible to use other heat-resistant materials which are stable under the temperature and pressure conditions existing in the hot gas duct.

Der Probenkopf selbst ragt vorzugsweise von unten senkrecht ein Stück in den Heißgaskanal hinein und weist seitliche Bohrungen auf, die den Eintritt der Verbrennungsgase in den Probenkopf und damit das Ent nahmerohr ermöglichen. Dadurch wird eine Feststoff abtrennung bei Betriebstemperaturen ohne vorzeitige Kondensation erreicht. Zweckmäßigerweise besteht der Probenkopf aus einem Keramikmantel, der auf das Ende des Entnahmerohrs aufgeschoben ist und einseitig ver schlossen ist. Die Bohrungen sind dabei in der seit lichen Mantelfläche vorhanden und führen in das Innere des Probenkopfes, das eine feuerbeständige Filtermasse aufweisen kann, um feste Bestandteile aus den Verbrennungsgasen auszufiltern. Eine solche Filtermasse besteht beispielsweise aus einer feuer festen Mineralwollefüllung, die vorzugsweise aus alkalifreiem und/oder hochreinem Aluminiumoxid besteht.The sample head itself preferably projects from below vertically into the hot gas duct and has side holes that prevent the entry of the Combustion gases in the sample head and thus the ent enable the receiving tube. This will make it a solid separation at operating temperatures without premature Condensation reached. Advantageously, there is Probe head made of a ceramic jacket on the end the sampling tube is pushed on and ver is closed. The holes are in the since outer surface and lead into the Inside of the probe head, which is fire-resistant Filter mass can have to solid components to filter out the combustion gases. Such For example, filter mass consists of a fire solid mineral wool filling, which is preferably made of alkali-free and / or high-purity aluminum oxide consists.

Das Entnahmerohr führt durch einen Durchlaß in der Wandung des Heißgaskanals hindurch in einen Konden sationsraum, in dem mittels einer Kühleinrichtung Temperaturbedingungen hergestellt werden, die zum Kondensieren der in den Verbrennungsgasen enthaltenen kondensationsfähigen Bestandteile, insbesondere der Alkalimetallverbindungen, führen. Zweckmäßigerweise wird das Entnahmerohr dabei im Bereich des Übergangs vom Heißgaskanal in den Kondensationsraum durch eine Führung bzw. Fixierung aus wärmedämmendem und hitze beständigem Material geführt. Diese Führung/Fixierung ragt zweckmäßigerweise ein Stück in den Konden sationsraum hinein und dient zum einen der Führung und Stützung des Entnahmerohres und zum anderen der Fixierung in Bezug auf den Kondensationsraum.The sampling tube leads through a passage in the Wall of the hot gas duct through in a condenser sationsraum, in which by means of a cooling device Temperature conditions are produced that for Condensation of those contained in the combustion gases condensable components, especially the Alkali metal compounds. Conveniently the sampling tube becomes in the area of the transition from the hot gas duct into the condensation chamber through a Guide or fixation from heat-insulating and heat resistant material. This guidance / fixation expediently protrudes a bit in the condensate station and serves as a guide and support of the sampling tube and on the other hand the Fixation in relation to the condensation space.

Der Kondensationsraum selbst ist mit einer Kühlein richtung versehen, die die für die Kondensation erforderlichen Temperaturbedingungen schafft. Zweck mäßigerweise besteht diese Kühleinrichtung aus einem Kühlmantel, der den Kondensationsraum zumindest weit gehend umgibt. Besonders bevorzugt ist eine Druckwas serkühlung, bei der der Wasserdruck um höchstens 8 bar, insbesondere um höchstens 4 bar unter dem im Kondensationsraum herrschenden Druck liegt. Bei Druckkohlenstaubfeuerungen mit Temperaturen von etwa 1400°C herrschen Drücke von bis zu 30 bar. Diese Drücke und Temperaturen setzen sich - abgestuft - über das Entnahmerohr bis in den Kondensationsraum hinein fort. Um diesen Bedingungen standhalten zu können, muß die Wandung des Kondensationsraums aus einem dafür geeigneten temperatur- und druckbeständi gen Material bestehen. Diese Materialeinschränkungen können dadurch vermindert werden, daß auf das Konden sationsgefäß ein äußerer Druck ausgeübt wird, der die im Inneren herrschenden Druckbedingungen - aufgrund der geringen Gasentnahme dürfte der Druck im Konden sationsraum gleich dem Betriebsdruck sein - zumindest teilweise kompensiert oder auch überkompensiert. Aus diesem Grunde ist es besonders bevorzugt, daß die Druckwasserkühlung mit einem Differenzdruck von ins besondere höchstens 4 bar zum im Kondensationsraum herrschenden Druck betrieben wird. Hierdurch wird eine erhebliche Entlastung der Wandung des Konden sationsgefäßes herbeigeführt, die materialmäßig weni ger aufwendig gestaltet werden kann.The condensation room itself is with a cooler direction provided for the condensation creates necessary temperature conditions. Purpose moderately, this cooling device consists of one Cooling jacket that extends the condensation space at least far surrounding. Printing is particularly preferred cooling where the water pressure does not increase by more than 8 bar, in particular by a maximum of 4 bar below the Pressure prevailing in the condensation chamber. At Pressurized coal dust furnaces with temperatures of around 1400 ° C there are pressures of up to 30 bar. This Pressures and temperatures settle - graded - over the sampling tube to the condensation chamber into it. To withstand these conditions too must, the wall of the condensation space a suitable temperature and pressure resistance material. These material restrictions can be reduced by relying on the condensate an external pressure is exerted that the internal pressure conditions - due to Due to the low gas withdrawal, the pressure in the condenser is likely sationsraum be equal to the operating pressure - at least partially compensated or overcompensated. Out for this reason it is particularly preferred that the Pressurized water cooling with a differential pressure of ins special at most 4 bar to in the condensation room prevailing pressure is operated. This will a considerable relief of the wall of the condenser sationsgefäßes brought, the material little ger can be designed complex.

Um die Effizienz der Wasserkühlung sicherzustellen, ist es zweckmäßig, an einem dafür geeigneten Ort einen Entlüftungsstutzen vorzusehen, über den im Bereich der Wasserkühlung eingeschlossene Luftblasen - etwa nach dem Anfahren - eliminiert werden können. Zur Funktionsüberwachung sind ferner Druck- und Tem peraturfühler vorteilhaft, ferner eine Differenz drucküberwachung zum im Kondensationsraum herrschen den Druck. To ensure the efficiency of water cooling, it is appropriate to put it in a suitable place to provide a vent pipe, via which in the Area of water cooling trapped air bubbles - after starting off - can be eliminated. For function monitoring, pressure and tem temperature sensor advantageous, also a difference pressure monitoring to prevail in the condensation room the pressure.

Der Kondensationsraum selbst mündet in einen Gasaus tritt, durch den das auf Kondensationstemperatur abgekühlte Gas nach Abscheidung der kondensations fähigen Bestandteile abgeführt wird. Dieser Gasaus tritt ist zweckmäßigerweise als Kühlschlange oder - wendel ausgebildet, die von der Kühleinrichtung des Kondensationsraums erfaßt wird. Hierdurch wird die Effizienz der Kühlung erhöht und gleichzeitig der Abscheidungsgrad verbessert.The condensation chamber itself opens into a gas occurs through which the condensation temperature cooled gas after separation of the condensation capable components is removed. This gas out is useful as a cooling coil or - helically formed by the cooling device of the Condensation space is detected. This will make the Efficiency of cooling increases and at the same time the Degree of separation improved.

Der Kondensationsraum und der sich daran anschließende Gasaustritt bestehen aus üblichen metallischen temperatur- und druckfesten Materialien, beispielsweise einem hochtemperaturfesten Stahl, etwa Incoloy 800. Der Kondensationsraum, der über das Ent nahmerohr und den Probenkopf mit dem Heißgaskanal kommuniziert, ist zweckmäßigerweise über Flanschver bindungen mit Dichtelementen gegen den äußeren Mantel des Heißgaskanals abgedichtet. Auf diese Weise können Dichtprobleme, die sich aus der Durchführung des Ent nahmerohrs durch die Wandung des Heißgaskanals erge ben, umgangen werden. Insbesondere befindet sich das Ensemble aus Kondensationsraum und Kühler in senk rechter Anordnung unterhalb des Heißgaskanals.The condensation space and that of it subsequent gas leaks consist of usual metallic temperature and pressure resistant materials, for example a high temperature resistant steel, for example Incoloy 800. The condensation space, which over the Ent tube and the sample head with the hot gas duct communicated, is expediently via flanver bindings with sealing elements against the outer jacket of the hot gas duct sealed. That way you can Sealing problems arising from the implementation of the Ent through the wall of the hot gas duct be circumvented. That is in particular Ensemble of condensation room and cooler in vertical right arrangement below the hot gas duct.

Zur Analyse des in den Kondensationsraum gelangten Kondensats ist es erforderlich, dieses im wesent lichen vollständig zu entfernen. Zweckmäßigerweise erfolgt die Ausbringung des Kondensats vor Ort über eine in den Kondensationsraum geführte Zuleitung für eine Spülflüssigkeit. Bevorzugte Spülflüssigkeit ist destilliertes oder entionisiertes Wasser. Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist diese Zuleitung als Ringdüse ausgebildet, d. h. sie hat einen ringförmi gen Verlauf entlang der Wandung des Kondensations gefäßes im Bereich der Einmündung des Entnahmerohrs. Über in der Ringdüse angeordnete Öffnungen wird die Spülflüssigkeit dosiert so eingesprüht, daß sie das gesamte Innere und insbesondere die Wände des Konden sationsgefäßes vollständig benetzt und vom Kondensat befreit. Die Spülflüssigkeit mit dem darin gelösten Kondensat wird dann zweckmäßigerweise über den Gasaustritt abgeführt und - unter Nachspülen - in ein Sammel- oder Probengefäß überführt. Aus diesem Pro bengefäß kann dann das Analysat nach Bedarf abgenom men werden.For the analysis of those that entered the condensation room Condensate is essential to this remove completely. Conveniently the condensate is discharged on site a lead into the condensation chamber for a rinsing liquid. Preferred rinsing liquid is distilled or deionized water. According to one Expedient design is this feed line as Ring nozzle formed, d. H. it has an annular shape course along the wall of the condensation vessel in the area of the mouth of the sampling tube. The openings are arranged in the ring nozzle Rinsing liquid dosed so that it sprayed entire interior and especially the walls of the condensate sationsgefäß completely wetted and from the condensate exempted. The rinsing liquid with the dissolved in it Condensate is then conveniently on the Gas outlet discharged and - with rinsing - in Collection or sample vessel transferred. For this pro The analyte can then be removed as required men.

Gemäß dieser Ausführungsform gelangt das aus dem Kon densationsraum austretende Gas zunächst in das Pro bengefäß, wobei zweckmäßigerweise zuvor eine Druck entlastung stattfindet, um vom Probengefäß dann unter weiterer Druckentlastung über eine Gasmeßuhr an die Umgebung abgegeben zu werden. Die Gasmeßuhr dient der Korrelation der durchgesetzten Gasmenge mit der abge schiedenen Kondensatmenge zur Bestimmung des Konden satgehalts.According to this embodiment, this comes from the con gas escaping into the Pro first bengefäß, where appropriate previously a pressure discharge takes place in order from then under the sample vessel further pressure relief via a gas gauge to the Environment. The gas meter serves the Correlation of the gas flow through with the different amount of condensate to determine the condensate content.

Das erfindungsgemäße Probenahmesystem ist insbeson dere zur Erfassung des Alkalimetallgehaltes in extrem heißen und unter Druck stehenden Verbrennungsgasen geeignet. Es kann naturgemäß aber auch zur Erfassung anderer kondensierbarer Bestandteile in heißen Abga sen sowohl zur routinemäßigen Überwachung als auch zu Forschungszwecken eingesetzt werden, beispielsweise in Verbrennungsöfen für Problemabfälle.The sampling system according to the invention is in particular to record the alkali metal content in extreme hot and pressurized combustion gases suitable. Of course, it can also be used for recording other condensable components in hot exhaust gas for routine monitoring as well Research purposes are used, for example in problematic incinerators.

Die Erfindung wird durch die beigefügten Abbildungen, die eine Reihe von voneinander unabhängigen bevorzug ten Elementen zeigen, näher erläutert. Hiervon zeigtThe invention is illustrated by the attached figures, who prefer a number of independent ones Show ten elements, explained in more detail. Of which shows

Fig. 1 ein Entnahmerohr mit Probenkopf gemäß der Erfindung im Längsschnitt; FIG. 1 shows an extraction tube with the probe head according to the invention in longitudinal section;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Probenahmestation im Längsschnitt und Fig. 2 shows a sampling station according to the invention in longitudinal section and

Fig. 3 eine schematische Darstellung des erfin dungsgemäßen Probenahmesystems mit der Anordnung der einzelnen Elemente zuein ander. Fig. 3 is a schematic representation of the inventive sampling system with the arrangement of the individual elements to each other.

Fig. 1 zeigt den Probenkopf 1 sowie das Entnahmerohr 2 im Detail. Der Probenkopf 1 besteht aus einem Man tel 11, der mit seitlichen Bohrungen 12 versehen ist. Der Keramikmantel 11 ist auf das heißgaskanalseitige Ende des Entnahmerohrs 2 aufgeschoben und selbst end seitig verschlossen, so daß das Heißgas lediglich durch die Bohrungen 12 eintreten kann. Der lose Sitz des Probenkopfs auf dem Entnahmerohr in Verbindung mit dem in Richtung auf das Probenahmesystem beste hende Druckgefälle ermöglichst es den Heißgasen, in das Entnahmerohr 2 und damit in das System selbst einzutreten. Fig. 1 shows the sample head 1 and the sampling tube 2 in detail. The sample head 1 consists of a man tel 11 , which is provided with side holes 12 . The ceramic jacket 11 is pushed onto the hot gas channel end of the extraction tube 2 and itself closed at the end so that the hot gas can only enter through the bores 12 . The loose fit of the sample head on the sampling tube in connection with the existing pressure drop in the direction of the sampling system enables the hot gases to enter the sampling tube 2 and thus into the system itself.

Zur Ausfilterung von im Heißgas enthaltenen festen Partikeln ist der Probenkopf mit einer Filtermasse gefüllt, zweckmäßigerweise mit Mineralwolle aus alkalifreiem und/oder hochreinem Al₂O₃. Hierdurch wird der Eintritt fester Bestandteile in das Probenahmesystem weitgehend unterbunden.In order to filter out solid particles contained in the hot gas, the probe head is filled with a filter mass, advantageously with mineral wool made from alkali-free and / or high-purity Al ₂ O ₃ . This largely prevents solid components from entering the sampling system.

Es versteht sich, daß der Probenkopf 1 am Ende des Entnahmerohrs 2 mit geeigneten Mitteln festgelegt sein kann. Bei vertikaler Anordnung des Rohrs mit oben angeordnetem Kopf wird letzterer aber durch die Schwerkraft gehalten.It is understood that the sample head 1 can be fixed at the end of the sampling tube 2 by suitable means. If the pipe is arranged vertically with the head arranged at the top, the latter is held by gravity.

Das Entnahmerohr 2 besteht, wie der Probenkopf 1, aus einem feuerfesten hochreinen Material, vorzugsweise alkalifreiem Al₂O₃. In seinem mittleren Bereich weist es einen Flansch 21 auf, der der Auflage und Fest legung des Entnahmerohrs im Heißgaskanal dient. The sampling tube 2 , like the sample head 1 , consists of a refractory, high-purity material, preferably alkali-free Al ₂ O ₃ . In its central area, it has a flange 21 , which serves to support and lay the sampling tube in the hot gas duct.

Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung des eigentlichen Kondensationsraums mit den erforderlichen Befesti gungseinrichtungen und Anschlüssen. Der Konden sationsraum 3 ist über das Entnahmerohr 2 (teilweise gezeigt) mit dem Probenkopf 1 verbunden. Das Entnahmerohr 2 ist dabei durch eine Fixierung/Führung 22 aus einem wärmeisolierenden und hitzebeständigen Material geführt, die den Kondensationsraum 3 mit der Wandung des Heißgaskanals verbindet. Die Fixierung 22 kann mehrteilig ausgebildet sein, beispielsweise aus einem in der Heißkanalwandung eingeführten Kern mit einer zentralen, paßgenau auf den Durchmesser des Rohrs 2 abgestimmten Bohrung und zwei in den Ansatz des Kondensationsraums 3 hineinragenden Halbschalen. Absolute Gasdichtigkeit zwischen Rohr 2 und Fixierung 22 ist nicht erforderlich. Fig. 2 shows a sectional view of the actual condensation space with the necessary fastening devices and connections. The condensation space 3 is connected via the sampling tube 2 (partially shown) to the sample head 1 . The sampling tube 2 is guided through a fixation / guide 22 made of a heat-insulating and heat-resistant material, which connects the condensation space 3 to the wall of the hot gas duct. The fixation 22 can be constructed in several parts, for example from a core inserted into the hot runner wall with a central bore which is precisely matched to the diameter of the tube 2 and two half-shells projecting into the attachment of the condensation space 3 . Absolute gas tightness between tube 2 and fixation 22 is not required.

Der Kondensationsraum 3 selbst besteht aus einer druckbeständigen Metallegierung und hat eine im wesentlichen zylindrische Form. Auf der Eintritts seite des Entnahmerohrs 2 befindet sich ein Flansch 301, über den der Kondensationsraum an entsprechenden Einrichtungen an der Außenseite des Heißgaskanals festgelegt werden kann. Dies kann beispielsweise durch Bolzen erfolgen, die durch am Flansch 301 vor gesehene Bohrungen 302 (nur eine gezeigt) und entsprechende Bohrungen an einen Flansch der Heißgaskanalwandung geführt werden. Die Abdichtung hach außen erfolgt durch geeignete druckbeständige Dichtungen 303, die zwischen dem Flansch 301 des Kondensationsraums und dem Gegenstück an der Unter seite der Heißgaskanalwandung angeordnet sind.The condensation chamber 3 itself consists of a pressure-resistant metal alloy and has an essentially cylindrical shape. On the inlet side of the sampling tube 2 there is a flange 301 , through which the condensation space can be determined at corresponding devices on the outside of the hot gas duct. This can be done, for example, by bolts which are guided through bores 302 (only one shown) on the flange 301 and corresponding bores on a flange of the hot gas duct wall. The sealing on the outside is carried out by suitable pressure-resistant seals 303 , which are arranged between the flange 301 of the condensation space and the counterpart on the underside of the hot gas duct wall.

Bei der oben aufgezeigten Konstellation ist die Fixierung/Führung 22 teilweise in das Kondensations gefäß 3 einbezogen. Eine weitere Abdichtung ist nicht erforderlich. Es ist jedoch zweckmäßig, die Führung/Fixierung 22 so paßgenau einzuarbeiten und auf die Dimensionen des Entnahmerohrs 2 abzustimmen, daß ein unkontrollierter Eintritt von Verbrennungs gasen aus dem Heißgaskanal nicht erfolgt, um den Ein trag von nicht erwünschten Staubpartikeln zu vermei den.In the constellation shown above, the fixation / guide 22 is partially included in the condensation vessel 3 . No further sealing is required. However, it is expedient to incorporate the guide / fixation 22 so precisely and to match the dimensions of the sampling tube 2 that an uncontrolled entry of combustion gases from the hot gas duct does not take place in order to avoid the entry of undesired dust particles.

Um den Kondensationsraum 3 ist ein Kühlmantel 4 ange ordnet, der den Kondensationsraum 3 im wesentlichen vollständig umgibt. Zu Wartungs- und Reinigungs zwecken ist der Kühlmantel 4 abnehmbar ausgelegt, indem er über einen Flansch 401 mittels darin vorge sehener Bohrungen 402 am Flansch 301 des Konden sationsraums 3 festgelegt und über eine druckbestän dige Dichtung 403 nach außen hin abgedichtet ist. Zwei Stutzen 41 und 42 dienen der Zuführung und Abführung des unter Druck stehenden Kühlwassers. Ein weiterer Ansatz 43 dient der Entlüftung des Kühlman tels, um insbesondere in der Anfahrphase die Effi ziens der Kühlung sicherzustellen. Eine Ringöse 404 dient dazu, ein Hebewerkzeug für Montagezwecke aufzu nehmen.Around the condensation chamber 3 , a cooling jacket 4 is arranged which essentially completely surrounds the condensation chamber 3 . For maintenance and cleaning purposes, the cooling jacket 4 is designed to be removable by fixing it via a flange 401 by means of holes 402 provided therein on the flange 301 of the condensation chamber 3 and sealing it to the outside via a pressure-resistant seal 403 . Two nozzles 41 and 42 serve to supply and discharge the pressurized cooling water. Another approach 43 is used to vent the cooling jacket to ensure the effi ciency of the cooling, particularly in the start-up phase. A ring eyelet 404 is used to take up a lifting tool for assembly purposes.

Zu Reinigungs- und Wartungszwecken ist der Mantelkühler 4 an seiner dem Heißgaskanal abgewandten Seite mit einem Flansch 46 versehen, der mit einer Dichtung 42 an einem am Mantel des Kühlers 4 vorgesehenen Flansch 48 festgelegt ist. Die Verbindung erfolgt mittels in Bohrungen 47 geführten Bolzenschrauben (nicht gezeigt).For cleaning and maintenance purposes the jacket cooler 4 is provided on its side facing away from the hot gas duct with a flange 46 which is fixed with a seal 42 at one provided on the jacket of the cooler 4 flange 48th The connection is made by means of bolt screws (not shown) guided in bores 47 .

Ein am Ende des Kondensationsgefäßes 3 vorgesehener Gasaustritt 5 führt durch eine Bohrung 461 in der Kappe 46 hindurch. Ein innerhalb der Bohrung 461 angeordnetes Dichtelement 462 sorgt für die Abdich tung des Kühlraums nach außen.A provided at the end of the condensation vessel 3 gas outlet 5 through a hole 461 in the cap 46 therethrough. A sealing element 462 arranged within the bore 461 ensures the sealing of the cooling space from the outside.

Im Kondensationsraum 3 schlagen sich die über das Entnahmerohr 2 eintretenden kondensationsfähigen Bestandteile der Verbrennungsgase an den Innenwandun gen nieder. Um diese Kondensate zu einem gewünschten Zeitpunkt ausbringen zu können, wird über eine Zulei tung 31 destilliertes Wasser als Spülflüssigkeit ein geleitet. Zur gleichmäßigen Verteilung und Benetzung der Gefäßwandung endet die Zuleitung 31 in einer Ringdüse 32, mit der das destillierte Wasser gleich mäßig in Richtung auf die Gefäßwandung gesprüht wird. Austreten kann die Spülflüssigkeit über den Gasaus tritt 5 an der vom Heißgaskanal abgewandten Seite des Kondensationsgefäßes.In the condensation chamber 3 , the condensable constituents of the combustion gases entering via the extraction tube 2 are reflected on the inner walls. In order to be able to discharge these condensates at a desired point in time, distilled water is introduced as a rinsing liquid via a feed line 31 . For uniform distribution and wetting of the vessel wall, the feed line 31 ends in an annular nozzle 32 with which the distilled water is sprayed uniformly in the direction of the vessel wall. The flushing liquid can escape via the gas outlet 5 on the side of the condensation vessel facing away from the hot gas channel.

Der Gasaustritt 5 selbst verläuft zweckmäßigerweise ein Stück im Bereich des Kühlmantels 4, um die Kühl kapazität zu erhöhen. Zur weiteren Verbesserung der Kondensation ist ein Teil des Gasaustritts als Wendel 51 im Bereich des Kühlmantels 4 ausgeführt, was eine weitere Vergrößerung der für die Kühlung zur Verfü gung stehenden Oberfläche mit sich bringt.The gas outlet 5 itself expediently runs a piece in the region of the cooling jacket 4 in order to increase the cooling capacity. To further improve the condensation, part of the gas outlet is designed as a spiral 51 in the region of the cooling jacket 4 , which brings about a further enlargement of the surface available for cooling.

Zweckmäßigerweise sind im Bereich des Kühlmantels 4 Ansätze 44 und 45 (nicht gezeigt) vorhanden, über die Temperatur- und Druckfühler zur Kontrolle und Steue rung des Kühlwasserstroms und -drucks in den Mantel 4 eingeführt werden können.Appropriately, in the area of the cooling jacket 4 approaches 44 and 45 (not shown) are present, via which temperature and pressure sensors for controlling and controlling the cooling water flow and pressure can be introduced into the jacket 4 .

Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau des erfindungs gemäßen Probenahmesystems zur Erfassung von konden sierbaren Bestandteilen in heißen Verbrennungsgasen. Fig. 3 shows schematically the structure of the sampling system according to the Invention for detecting condensable components in hot combustion gases.

Das aus dem Heißgaskanal in das Kondensationsgefäß 3 gelangte Gas wird dort mit Hilfe des Druckwasserküh lers 4 von Betriebstemperatur auf eine Temperatur von < 100° C abgekühlt und gelangt über den als Kühl schlange 51 ausgebildeten Teil des Gasaustritts 5 in das Probengefäß 6. Ein zwischengeschaltetes Ventil 52 vermindert den Druck des austretenden Gases auf einen zuträglichen Wert, beispielsweise von 20 auf 1 bar. The gas from the hot gas channel into the condensation vessel 3 is cooled there by means of the pressure water cooler 4 from the operating temperature to a temperature of <100 ° C. and reaches the part of the gas outlet 5 designed as a cooling coil 51 into the sample vessel 6 . An intermediate valve 52 reduces the pressure of the escaping gas to an acceptable value, for example from 20 to 1 bar.

Handventil 53 regelt den Probengasstrom, Magnetventil 54 dient der stromlosen Abschaltung im Störungsfall nach einem entsprechenden Steuerungsbefehl einer Steuereinrichtung 9. Der Druck wird mit Hilfe der Meßstation P1 überwacht.Manual valve 53 regulates the sample gas flow, solenoid valve 54 is used for the currentless shutdown in the event of a fault after a corresponding control command from a control device 9 . The pressure is monitored using the measuring station P1.

Vom Probengefäß 6 wird das austretende Gas über die Leitung 7 unter ständiger Kontrolle des Drucks in der Meßstation PI zu einer Gasuhr 8 zur quantitativen Erfassung des Gasvolumens geführt. Von dort wird das Gas über eine Ausgasleitung 72 an die Umgebung abge geben. Zweckmäßigerweise ist der Gasuhr 8 ein wei teres Regulierventil 71 vorgeschaltet, in dem Druck spitzen und -schwankungen abgebaut werden, beispiels weise von 0,5 bar auf 15 mbar. In diesem Fall befin det sich auf der stromabgewandten Seite der Leitung 7 eine weitere Meßstation für den Druck PI. Ein manuell betätigbares Ventil 73 schließt die Leitung 7 gegen das Probengefäß ab.The escaping gas is led from the sample vessel 6 via the line 7 under constant control of the pressure in the measuring station PI to a gas meter 8 for the quantitative detection of the gas volume. From there, the gas is given to the environment via an outgassing line 72 . Expediently, the gas meter 8 is preceded by a white regulating valve 71 in which pressure peaks and fluctuations are reduced, for example from 0.5 bar to 15 mbar. In this case, there is a further measuring station for the pressure PI on the downstream side of the line 7 . A manually operable valve 73 closes the line 7 against the sample vessel.

Die Kühleinrichtung 4 für das Kondensationsgefäß 3 wird über den Kühlwasservorlauf 41 mit unter Druck stehendem Wasser gespeist. Der Kühlwasservorlauf hat zweckmäßigerweise einen Druck, der über den Betriebs druck des Kühlers liegt, beispielsweise 28 bar, um eine Reservekapazität zu haben. Im Bereich der Zulei tung 41 befinden sich ein Sicherheitsventil 411, das im Störfall - bei unzureichender Kühlung - auf ent sprechende Steuersignale einer Kontrolleinrichtung 9 den Kühlwasserzulauf unterbricht, sowie ein Strö mungswächter 412, der Meßsignale an die Kontrollein richtung 9 liefert. Ein Reduzierventil 413 stellt den für den Kühler gewünschten Betriebsdruck ein, bei spielsweise 14 bar.The cooling device 4 for the condensation vessel 3 is fed with water under pressure via the cooling water supply 41 . The cooling water supply expediently has a pressure which is above the operating pressure of the cooler, for example 28 bar, in order to have a reserve capacity. In the area of the supply line 41 there is a safety valve 411 which, in the event of a fault - with insufficient cooling - interrupts the cooling water supply to corresponding control signals from a control device 9 , and a flow monitor 412 which supplies measurement signals to the control device 9 . A reducing valve 413 sets the operating pressure desired for the cooler, for example 14 bar.

Der Kühlwasserrücklauf 42 weist in üblicher Weise ein Absperrventil 421, ein Reduzierventil 422 zur Rück führung des Betriebsdrucks von beispielsweise 14 auf 6 bar, sowie ein von der Kontrolleinrichtung 9 gere geltes Sicherheitsmagnetventil 423 auf, das im Stör fall zuregelt.The cooling water return 42 in the usual way has a shut-off valve 421 , a reducing valve 422 for returning the operating pressure from, for example, 14 to 6 bar, and a safety solenoid valve 423 which is controlled by the control device 9 and which regulates in the event of a malfunction.

Da bei Druckwasserkühlung der im Kühler 4 herrschende Wasserdruck essentiell für die Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Probenahmesystems ist, werden bei 44 und 45 ständig Druck und Temperatur im Bereich des Kühlmantels überwacht. Eine Druckmeßstation PI gibt den Betriebsdruck und eine Differenzdruckbestimmung PD die zwischen dem Gasdruck im Bereich des Konden sationsgefäßes 3 und dem Betriebsdruck des Kühlman tels 4 herrschende Druckdifferenz ständig über Steu erleitungen an die Kontrolleinrichtung 9 weiter. Desgleichen meldet die Temperaturmeßeinrichtung TIA ständig die Wassertemperatur über eine zur Kontroll einrichtung 9 führende Steuerleitung. Im Falle unzu lässiger Druck-, Differenzdruck- und Temperaturabwei chungen im Bereich des Kühlers oder einer vom Strö mungswächter 412 gemeldeten unzureichenden Kühlwas serzufuhr regelt die Kontrolleinrichtung 9 über Steu erleitungen die für die Kühlung zuständigen Ventile 411 und 423, zusammen mit dem im Bereich des Gasaus tritts 5 liegenden Ventil 54 oder letzteres alleine zu.Since the water pressure prevailing in the cooler 4 is essential for the functionality of the sampling system according to the invention in the case of pressurized water cooling, pressure and temperature in the region of the cooling jacket are constantly monitored at 44 and 45 . A pressure measuring station PI gives the operating pressure and a differential pressure determination PD the pressure difference prevailing between the gas pressure in the region of the condensation vessel 3 and the operating pressure of the cooling jacket 4 constantly via control lines to the control device 9 . Likewise, the temperature measuring device TIA constantly reports the water temperature via a control line leading to the control device 9 . In the case Unzu permeable pressure, differential pressure and Temperaturabwei deviations in the region of the cooler or reported by the Strö mung keeper 412 inadequate Kühlwas serzufuhr regulates the control device 9 via STEU erleitungen responsible for the cooling of valves 411 and 423, together with the region of the gas from occurs 5 lying valve 54 or the latter alone.

Die beim Anfahren der Anlage erforderliche Entlüftung des Kühlmantels erfolgt über die Leitung 43, die mit tels Ventil 431 geöffnet und geschlossen werden kann. In der Anfahrphase wird auch naturgemäß der gesamte Wasserdruck auf den Kühlmantel gegeben - Gasdruck 30 bar, Wasserdruck < 26 bar -, wobei aber, mangels Gaseintritt in den Kondensationsraum - keine Probe nahme -, keine Temperaturbelastung auftritt. Ein wesentliches Element der Erfindung ist die Druck entlastung der Wandungen des Kondensationsgefäßes während der Temperaturbelastung bei der Probenahme bis zu einem Restdruck von insbesondere < 4 bar. The ventilation of the cooling jacket required when starting up the system takes place via line 43 , which can be opened and closed by means of valve 431 . In the start-up phase, of course, the entire water pressure is placed on the cooling jacket - gas pressure 30 bar, water pressure <26 bar - but, due to the lack of gas entry into the condensation chamber - no sampling - no temperature stress occurs. An essential element of the invention is the pressure relief of the walls of the condensation vessel during the temperature load during sampling up to a residual pressure of in particular <4 bar.

Die zur Durchführung einer Analyse erforderliche Aus spülung des Kondensationsraums 3 erfolgt mit destil liertem Wasser über die Zuleitung 31, wobei die ein gespeiste Wassermenge bei 311 mittels Kolbendosie rungspumpe dosiert werden kann. Das Spülwasser gelangt aus dem Kondensationsraum 3 über die Leitung 5 in das Probengefäß 6, wobei gleichzeitig alle zwi schen Kondensationsraum 3 und Probengefäß 6 liegenden Leitungsteile gespült werden. Aus dem Probengefäß wird die kondensathaltige Spüllösung über die am Boden angeordnete Leitung 62 durch das Ventil 63 abgeführt, während Gas über die Leitung 7 über Kopf abströmt.The necessary to carry out an analysis from rinsing the condensation chamber 3 with distilled water via the feed line 31 , wherein the amount of water fed at 311 can be metered by means of piston dosing pump. The rinsing water passes from the condensation chamber 3 via the line 5 into the sample vessel 6 , all line parts lying between the condensation chamber 3 and the sample vessel 6 being rinsed at the same time. The rinsing solution containing condensate is discharged from the sample vessel via the line 62 arranged on the bottom through the valve 63 , while gas flows out via the line 7 overhead.

Claims

1. Sampling system for the detection of condensable constituents in hot combustion gases which flow under pressure through a hot gas channel, characterized by a sample head ( 1 ) and a sampling tube ( 2 ) connected to the sample head ( 1 ), both made of heat-resistant material, one to the sampling tube connected condensation chamber (3), a cooling device (4) for the Kondensati onsraum (3) and an outlet connected to the condensing chamber (3) the gas outlet (5).

2. Sampling system according to claim 1, characterized in that the sample head ( 1 ) and the extraction pipe ( 2 ) consist of an analysis-neutral material, in particular of alkali-free and / or high-purity Al ₂ O ₃ .

3. Sampling system according to one of the preceding claims, characterized in that the sample head ( 1 ) consists of a lateral casing ( 12 ) provided with a ceramic jacket ( 11 ) which is pushed onto the end of the sampling tube ( 2 ).

4. Sampling system according to one of the preceding claims, characterized in that the sample head ( 1 ) has a mineral wool filling, preferably from alkali-free and / or high-purity Al ₂ O ₃ .

5. Sampling system according to one of the preceding claims, characterized in that the removal tube ( 2 ) in the region of its transition into the condensation space ( 3 ) has a guide / fixation ( 22 ) made of heat-insulating and heat-resistant material which in the condensation space ( 3 ) can protrude into it.

6. Sampling system according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device ( 4 ) is a condensation chamber ( 3 ) surrounding the cooling jacket.

7. Sampling system according to claim 6, characterized by a pressurized water cooling ( 4 ) with an operating pressure which is at most 8, preferably at most 4 bar below the respective operating pressure of the condensation chamber ( 3 ).

8. Sampling system according to claim 7, characterized by a pressure and temperature monitoring ( 44 , 45 ) in the area of water cooling, and a monitoring of the between the water cooling ( 4 ) and condensing space ( 3 ) prevailing pressure difference.

9. Sampling system according to one of the preceding claims, characterized in that the gas outlet ( 5 ) from the condensation chamber is formed as a cooling coil ( 51 ) which is detected by the cooling device ( 4 ).

10. Sampling system according to one of the preceding claims, characterized in that the condensation space ( 3 ) has a feed line ( 31 ) for a rinsing liquid, in particular distilled water.

11. Sampling system according to claim 10, characterized in that the feed line ( 31 ) for the rinsing liquid ends in an annular nozzle ( 32 ).

12. Sampling system according to claim 10 or 11, characterized by a sample vessel ( 6 ) which is connected via the gas outlet ( 5 ) to the condensation chamber ( 3 ).

13. Sampling system according to claim 12, characterized in that the gas outlet ( 5 ) at the same time as a derivative for the rinsing liquid, in particular distilled water, is formed in the sample vessel ( 6 ).

14. Sampling system according to claim 12 or 13, characterized marked by a gas release line ( 7 ) starting from the sample vessel ( 6 ) with a reducing valve ( 71 ).

15. Sampling system according to claim 14, characterized in that the expansion line ( 7 ) has a gas meter ( 8 ).

16. Sampling system according to one of the preceding claims, characterized by a reducing valve ( 52 ) between the condensation chamber ( 3 ) and the sample container ( 6 ).

17. Sampling system according to one of the preceding claims, characterized by an outlet ( 62 ) for condensate / rinsing liquid in the region of the sample vessel ( 6 ).

18. Sampling system according to one of the preceding claims, characterized by a Dosiervor direction ( 311 ) for the rinsing liquid for rinsing out condensate to be analyzed.

19. Use of the sampling system according to one of the preceding claims for determining the alkali metal content in combustion gases.