DE4438267A1 - Scepter-Heißgassonde - Google Patents

Description

Es handelt sich um eine rohrförmige Absaugsonde für heiße Abgase von Verbrennungsanlagen, vorzugsweise hinter Drehofenfeuerungen der Zementindustrie.

Bisher wurden diese Sonden der hohen Gastemperaturen wegen von 1000°C bis 1250°C in wassergekühlter Doppelmantelausführung hergestellt. Dadurch wurden 1. die heißen Gase gekühlt und 2. die langen Rohrsonden vor Verbrennen und Verbiegen geschützt. Der nötigen Reinigungsarbeiten wegen wurden aber diese 1/2″- oder 3/4″-Rohre mit einem solchen Volumen ausgestattet, das die Gasentnahme sehr langsam vor sich ging und bis zu 10 Sekunden benötigt. Außerdem müssen die Doppelmäntel der Sonden druckfest gefertigt werden, damit der Dampfdruck den Mantel nicht aufreißt. Neuerdings werden die Kühlwassermengen im Kreislauf geführt, damit keine Wassersteinablagerungen ein Verbrennen der Sondenenden zulassen.

In neuerer Zeit werden jedoch häufig Rohmaterialien in den Drehöfen verarbeitet, die mit Spurenelementen wie Chloride und Sulphate behaftet sind. Diese reichern sich durch Kreisläufe an und sind dann äußerst korrosiv und bewirken rasche Staubzusammenballungen mit Verstopfungen auf allen gekühlten Oberflächen, also auch den Gasentnahmesonden, und zwar sowohl außen wie auch innen. Eine ständige Reinigung mit mechanischen Lanzen oder mittels Druckluftstößen ist deshalb erforderlich. Das hat natürlich Unterbrechungen der Messungen zur Folge.

Ein Hersteller hat deshalb eine Sonde erfunden, die sowohl gekühlt, wie auch innen geheizt wird, damit keine Anbackungen zur Verstopfung führen kann. Dafür sind diese Sonden sehr kompliziert, anfällig und natürlich von kurzer Lebensdauer, wenn Chloride im Gas enthalten sind.

Erfindungsgemäß wurde deshalb eine Sonde entwickelt, die ungekühlt in der Lage ist, den heißen und aggressiven Gasen zu widerstehen. Es wurde eine ferritische (im Gegensatz zu den üblichen Chrom-legierten austenitischen Metallegierungen) Legierung gefunden, die sich bisher durch sehr geringen Verschleiß auszeichnet.

Gleichzeitig wird ein sinterkeramisches Material eingesetzt.

Diese Materialien verlieren höchstens 10% ihrer Steifigkeit (Zug- und Druckfestigkeit) in den hohen Temperaturen, denen sie ausgesetzt sind. Anbackungen sind nicht vorgekommen.

Außerdem wird die Sonde mit einem Ansaug- und Ausblasende betrieben, die im gleichen Gasraum enden. Dadurch spielen die Druckverhältnisse gegenüber der Umgebung keine Rolle. Die abgesaugte große Gasmenge wird mit hoher Geschwindigkeit durch die besondere Form des Rohres gesaugt und gedrückt. Dadurch entstehen äußerst geringe Verweilzeiten von weniger als 1 Sekunde.

Gleichzeitig wird die Form der Sonde so gestaltet, daß die Krümmung einen Teil eines Cyclones darstellt, in dem die mitgerissenen Stäube an die Außenwand geschleudert werden. Im Gegenzug kann man aus der Innenwand eine geringe Gasmenge absaugen, die nunmehr kaum noch Staubpartikel enthält. Diese kleine Gasmenge wird schließlich feingefiltert, gekühlt und dann dem Analysegerät - welcher Art auch immer - zugepumpt. Insgesamt verringert sich damit die Anzeigezeit für gefährliche Gasbestandteile erheblich.

Da die gesamte Sonde heiß bleiben soll, also über 1000°C und glühend, muß sie isoliert werden, und kann auch nur mit einer Luftstrahlpumpe betrieben werden, die am Ende der Krümmung (Scepter-Form) angebracht ist - siehe Zeichnung.

• Einleitung:
  Das Patent betrifft eine Rohrsonde zur Entnahme heißer Abgase aus einem Verbrennungsprozeß.
  Diese Gasentnahmesonde ist erfindungsgemäß ungekühlt und in Form eines Scepters oder einer Sichel gebogen. Die Sonde ragt in die heiße Abgaszone eines Ofens (bs. eines Drehrohrofens) und saugt große Mengen Verbrennungsgase ab und bläst dieselben auch wieder zurück.
  Die Krümmung bewirkt eine Art Zyklonströmung, die die Staubpartikel im Gas an die Außenwand drückt, und so auf der Innenseite eine geringere Staubbelastung bewirkt.
  Das Rohrmaterial ist erfindungsgemäß ein ferritisches Metall oder ein sinterkeramisches Produkt, um hohen Temperaturen und aggressiven Gasbestandteilen zu widerstehen.
  Erfindungsgemäß wird die Gasentnahme und Rückblasung durch eine Luftstrahlpumpe betrieben, die hinter der Analysengas-Entnahme angeordnet ist.

In der Steine-Erden-Industrie, besonders jedoch in der Zementindustrie werden große Mengen fossiler Brennstoffe verbrannt. Aus ökonomischen und Umweltschutz-Gründen müssen diese Verbrennungen überwacht werden. Einerseits sollen weder unverbrannte Bestandteile (ökonomischer Verlust) in die Atmosphäre entlassen, noch zuviel Luft-(Sauerstoff-)Überschuß eingestellt werden, was einen erhöhten Ausstoß an NO_x zur Folge hätte und zu niedrigeren Verbrennungstemperaturen führt.

Üblicherweise werden in der Zementindustrie direkt bei der Drehofen-Eingangsdichte wassergekühlte Doppelrohrsonden (Gastemperaturen zwischen 1000° und 1250°C) eingesetzt, das zu analysierende Gas abgesaugt, gekühlt, gereinigt (von Staub) und dann einem Analyseverfahren zugepumpt.

Leider sind in einer größeren Anzahl solcher Brennaggregate Rohmaterialien eingesetzt, die in geringem Maße Spurenelemente wie Salz oder Sulphate enthalten. Diese Spurenelemente reichern sich in Kreisläufen an und bewirken dann in größerer Konzentration ein Anbacken/Verstopfen der Staubanteile der Verbrennungsabgase, vor allem an gekühlten Oberflächen, hier den gekühlten Gassonden. Ein ständiges Reinigen würde zu dauernden Falschlufteinbrüchen führen und damit die Analysenergebnisse verfälschen.

Deshalb müssen erfindungsgemäß ungekühlte Entnahmesonden zum Einsatz gelangen, die sowohl den hohen Temperaturen, wie auch den chemischen, korrodierenden Angriffen der Chloride und Sulphide widerstehen.

Außerdem werden die Analysenwerte aus diesen Abgasen dazu benutzt, Gasreinigungsanlagen (Elektro-Filter) vor Explosionen zu schützen, wenn nämlich noch unverbrannte Brennstoffanteile im Abgas sind. Aus diesem Grunde muß die Analyse sehr rasch durchgeführt werden.

Das Neue an der Erfindung besteht darin, daß die Sondenrohre ungekühlt sind und ein großer Gasdurchfluß durch den Einsatz einer Luftstrahlpumpe erzwungen wird.

Weiterhin wird durch die scepterartige Formgebung der Rohrsonde ein Cycloneffekt erzielt, der die Staubbeladung des angesaugten Gases auf die Außenwand des Rohres trägt und damit eine sehr geringe Staubmenge an der Entnahmestelle für die sehr geringe Analysengasmenge bewirkt. Dadurch erhält man eine wesentlich längere Stadtzeit des Heißgasfilters.

Außerdem wird auf diese Weise die Zeit zur Auswertung der Analyse wesentlich verkürzt, was zur erhöhten Sicherheit beim Alarm und Verriegelung der Hochspannung von Elektrofilter beiträgt.

Claims (4)

1. Gasentnahmesonde für heiße Verbrennungsabgase hinter Brennanlagen, vorzugsweise Drehrohröfen, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Gase ungekühlt entnommen werden.

2. Gasentnahmesonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgesaugte heiße Gasmenge unverhältnismäßig groß ist und so eine kurze Zeit verstreicht.

3. Gasentnahmesonde nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrsonde scepter- oder sichelförmig gekrümmt ist, um eine Zyklonwirkung zu erreichen.

4. Gasentnahmesonde nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahme einer sehr geringen Analysenmenge aus dem großen Gasstrom an einer Stelle erfolgt, die nur eine sehr geringe Staubbeladung ausweist.