DE8802724U1

DE8802724U1 - Meßgerät für Rauchgase

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Publication number: DE8802724U1
Application number: DE8802724U
Authority: DE
Original assignee: Panametrics 6238 Hofheim De GmbH
Current assignee: Panametrics 6238 Hofheim De GmbH
Priority date: 1988-03-01
Filing date: 1988-03-01
Publication date: 1988-04-07

Description

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PANAMETRICS GMBH D-6238 Hofheim/Ts.4

Meßgerät für Rauchgase

Die Erfindung betrifft ein Meßge. ät für Rauchgase, bestehend aus einer Meßzelle mit einem beheizten Meßrohr und einem darin angeordneten Meßelement sowie aus einem einströmseitig an das Meßrohr angeschlossenen Entnahmerohr für Rauchgasproben.

Derartige Meßgeräte oder Rauchgas-Analysatoren werden u. a. in Verbrennungsanlagen eingesetzt und liefern die Ausgangswerte für die Brennstoff-Luft-Regelung. Das Ansteigen des erfaßten Sauerstoffgehalts in den Rauchgasen ist ein Indiz dafür, daß der Verbrennungsprozeß mit Luftüberschuß abläuft, was Wärmeverluste bedeutet und zur Bildung von aggressiven Säuren in den Rauchgasen führen kann. Beim unterstochiometrischen Verbrennungsablauf entstehen ebenfalls Wärmeverluste und der Anteil an unverbrannten Substanzen, insbesondere Ruß, in den Rauchgasen erhöht sich. Verschiedene Faktoren, wie Alterungs- und Verschleißvorgänge der Brenner oder anderer Bauteile der

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Feuerungsanlage, Änderungen der Brennstoffzusammensetzung bezüglich Feuchte und Aschegehalt sowie des Förderdruckes der Verbrennungsluft usw. können das voreingestellte Brennstoff-Luft-Verhältnis während des Betriebes verändern. Durch die kontinuierliche Überwachung des Sauerstoffgehalts und ggf. der unverbrannten Substanzen in den Rauchgasen kann das für die jeweilige Feuerungsanlage spezifische Brennstoff-Luft-Verhältnis auf dem optimalen Sollwert gehalten werden.

Bekannte Rauchgas-Analysatoren enthalten in der Regel ein Meßelement aus Zirkoniumoxid zum Erfassen des Sauerstoffgehaltes und ggf. noch einen Sensor für die unverbrannten Substanzen in den Rauchgasen. Über ein in den Rauchgasstrom hineinragendes Entnahmerohr wird ein Teilstrom mittels einer Pumpe in ein Meßrohr gesaugt, der das in diesem Meßrohr angeordnete stabförmige Meßelement außen umströmt. Die Meßdaten wenden als Potentialunterschiede zwischen der Innen- und der Außenfläche des als stabförmiger Hohlkörper ausgebildeten Meßelements erhalten. Probleme ergeben sich bei diesen bekannten Meßgeräten durch die in den Rauchgasen enthaltenen Stäube und Rußpartikel, die sich an den Innenflächen des Rohrsystems ansetzen und den freien Gasdurchstrom behindern. Die Anlagerung der Partikel an die Außenflächen des Meßelements beeinträchtigt dessen Funktionsfähigkeit und damit die erhaltenen Meßwerte. Ferner treten gravierende Korrosiofiserscheinungen bei Unterschreiten der Taupunkt-Temperatur im Rohrsystem des Meßgerätes durch Säurebildung auf. Die häufige Wartung und Instandhaltung dieser Geräte ist mit einem erheblichen Aufwand verbunden, da ein Austausch der ggf. verschlissenen Einzelteile langwierige Montagearbeiten erfordert.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Meßgerät zur Rauchgas-Überwachung zu schaffen, das auch bei staubhaltigen Rauchgasen im Langzeitbetrieb exakte Meßwerte liefert und das nur einen geringen Wartungsaufwand erfordert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Entnahmerohr von einem Abströmrohr mit radialem Zwischenabstand umgeben ist, welches mit dem abströmseit igen Ende des Meßrohrs über ein Konvektionsrohr verbunden ist und welches über das Einströmende des Entnahmerohrs verlängert ist.

Die Rückführung der Rauchgasproben in das über das Entnahmerohr hinaus in den Rauchgasstrom hineinreichenden Mantel- bzw. Abströmrohr verhindert zuverlässig das Eindringen von Staub- und Rußpartikeln in das Entnahmerohr aufgrund von Wirbelbildungen vor der Einmündung des Entnahmerohrs. Die durch Staub- und Ruß-Anlagerungen verursachten Probleme werden dadurch vermieden. Durch die Beheizung des Entnahme- und des Abströmrohrs wird eine Abkühlung d«r Rauchgasproben im Rohrsystem des Meßgeräts unter den Taupunkt und damit Säurebildung verhindert. Die Beheizung des Meßelements auf ca. 650 bis 900 °C, vorzugsweise auf gleichbleibend etwa 700 ⁰C, gewährleistet nicht nur die kontinuierliche Funktionsfähigkeit des Meßelements, sondern erzeugt wegen der gleichzeitigen Aufheizung des Rauchgases eine praktisch konstante Konvektionsströmung des Gases im Rohrsystem, so daß äußere Fördermittel, wie Pumpen oder Gebläse, nicht benötigt werden.

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Durch die Anordnung des Meßrohrs und des stabfÖrmigeri Meßelements quer zum Entnahmerohr kann das Meßelement schnell und einfach ausgewechselt werden, da nur ein von außen frei zugänglicher Schraubstutzen gelöst bzw. festgezogen werden muß. Die Regelung des Verbrennungsprozesses in der Feuerungsanlage wird durch einen derartigen Austauschvorgang praktisch nicht beeinflußt. Die einfache Wartung bzw. Instandhaltung des Meßgerätes wird weiter begünstigt durch eine besondere Ausgestaltung des Konvektionsrohrs, von dem zumindest ein - bogenförmiges - Teilstück lösbar mit dem Meßrohr verbunden ist.

Eine Überwachung nicht nur des Sauerstoffgehaltes, sondern auch der unverbrannten Bestandteile im Rauchgas kann auf einfache Weise mit Hilfe eines Sensors erfolgen, der vor dem Abzweig des Meßrohres in die Wandung des Entnahmerohres eingesetzt wird, so daß sich seine beiden Meßplättchen im abgezweigten Rauchgasstrom befinden.

Aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels ergebe*, sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.

Das in der Zeichnung - ohne Gehäuse - perspektivisch dargestellte Meßgerät enthält ein Rohrsystem, bestehend aus einem relativ dünnen Entnahmerohr I, einem daran unter einem rechten Winkel angeschlossenen Meßrohr 2» einem mehrteiligen Konvektiönsrohr 3, 4 und einem in Form eines Mantelrohrs ausgeführten Abströmrohr 5, welches das dünrix. re Einströmrohr 1 mit radialem Zwischenabstand ur>gib1 uncr über dessen Einströmende 6 hinaus um eine vorgegebene Strecke von 5 bis 25 mm verlängert ist. Die freien offenen

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Enden des Entnahmerohrs 1 und des Abströmrohrs 5 befinden sich in dem durch Pfeile angedeuteten Rauchgasstrom.

Das Abströmrohr 5 und damit auch das darin zentral verlaufende Entnahmerohr 1 sind von einem Heizkörper 7 umgeben, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Form einer vertikalen Platte mit Öffnungen 8 zur Aufnahme von Heizpatronen bzw. eines Thermostaten ausgebildet ist. Die | Energiezufuhr zu diesem Heizkörper 7 wird so geregelt, daß ^! der Taupunkt der Rauchgase im gesamten Rohrsystem nicht unterschritten wird.

In einem kurzen Abstand vor der senkrechten Abzweigung des Meßrohres 2 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in der verdickten wandung 9 des Entnahmerohrs 1 eine Querbohrung 10 zur Aufnahme und Halterung eines Sensors 11 ausgebildet, der die unverbrannten Bestandteile in der Rauchgasprobe erfaßt. Dieser Sensor 11 enthält zwei plättchenförmige elektrische Widerstände, die nebeneinander im Rauchgasstrom untergebracht sind. Ein Plättchen ist mit einem Katalysator aus Platin beschichtet und fungiert als Meßwertaufnehmer. Das andere Plättchen ist ein Referenzelement. Die im Rauchgasstrom enthaltenen unverbrannten Bestandteile werden vom Platinkatalysator aufoxidiert, wodurch sich die Temperatur an diesem Meßwertaufnehmer erhöht. Die Differenz zum Referenzelement ist proportional zur Konzentration der unverbrannten Bestandteile im Rauchgas. Dieser Sensor ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, da bei einer Vielzahl von Anwendungsfällen die reine Sauerstoff-Überwachung ausreicht.

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Neben der Querbohrung 10 in der verdickten Wand 9 des Entnahmerohrs ist eine weitere Querbohrung 12 vorgesehen, in welcher die Halterung 13 eines stabförmigen Meßelements lösbar festgelegt ist. Dieses Meßelement 14 ist ein stabförmiger Hohlkörper, dessen oberes Ende geschlossen ist und dessen unteres, in der als Schraubanschluß ausgebeideten Halterung 13 befindliches Ende zur Atmosphäre hin offen ist. Das stabförmige Meßelement besteht aus einer Zirkoniumoxid-Keramik und ist an seiner inneren und äußeren Oberfläche mit porösem Platin beschichtet.

Das Meßrohr ist von einem zylindrischen Heizkörper 15 umgeben, der das Meßelement auf eine Temperatur zwischen und 900 ⁰C, vorzugsweise auf eine gleichbleibende Temperatur von etwa 700 ⁰C, erwärmt. Bei dieser Betriebstemperatur von 700 ⁰C wird die im Inneren des hohlen Meßrohrs befindliche Luft an der inneren Platin-Schicht elektrochemisch reduziert. Die entstehenden Sauerstoffionen wandern mit Hilfe von gezielt eingebrachten Gitterfehlern im Zirkoniumoxid zu der äußeren Platinbeschichtung, um die dort geringere Sauerstoffkonzentration auszugleichen. Je geringer die Sauerstoffkonzentration im Rauchgas ist, umso größer ist die Anzahl der durch das Zirkoniumoxid wandernden Ionen und damit die zwischen den beiden Platinschichten entstehende Spannung. Diese Zellenspannung nirmwt mit fallendem Sauerstoffanteil im Rauchgas zu und ermöglicht so die genaue Messung auch kleinster Konzentrationen.

Wie dargestellt, ist ein erstes bogenförmiges Teilstück 3 des Konvektionsrohres mit Hilfe eines Schraubverschlusses 16 lösbar am oberen Ende des Meßrohrs 2 befestigt. Über einen weiteren Schraubverschluß 17 ist dieses Teilstück 3

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mit einem zweiten Teilstück 4 des Konvektionsrohres lösbar verbunden. Dieses zweite Teilstück 4 mündet mit seinem unteren Ende vor dem Heizkörper 7 quer in das Abströmrohr 5 ein.

Die Verlängerung des Abströmrohrs 5 über das Einströmende 6 des Entnahmerohrs 1 hinaus führt zur Bildung von Wirbeln in dem freien Endabschnitt des Abströmrohrs 5, welche das Eindringen von Staub- und Rußpartikeln in das Entnahmerohr verhindern. Die Aufheizung der Gasströme durch den Heizkörper 7 über den Taupunkt der Rauchgase hinaus verhindert die Entstehung von Säuren im Rohrsystem des Meßgerätes. Die zueinander senkrechte Ausrichtung des Entnahmerohrs uaJ des Meßrohrs ermöglicht ferner ein einfaches und schnelles Auswechseln des stabförmigen Meßelements 14 durch Lösen seines Schraubverschlusses 13. Auch der bogenförmige Teil 3 des Konvektionsrohres kann mittels der Schraubverbinder 16, 17 auf einfache Weise ausgewechselt werden.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So können beispielsweise die Heizkörper 7 und 15 in anderer weise ausgebildet und angeordnet sein, wobei jedoch die Betriebstemperatur von 650 bis 900 ⁰C des Meßelementes eingehalten werden sollte.

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Claims

BEETZ & PARTNER.¹ .:. ' ·\.^:·..^: ' ·\.^: Patentanwälte Steinsdorfstr. 10 · D-8000 München 22 European Patent Attorneys

Te.efon (0B9, 227201 - 227244 - 295910 ^ _{R ßEETZ} ^

Telex 522048 - Telegramm Allpat" München DHnfl R BEETZ iun

636-4O.737G Dr.-Ing. W. TIMPE

Dipl.-Ing. J. SIEGFRIED

PnV.-Doz.Dipl.-Chem.Dr.rer.nat W. SCHMITT-FUMIAN Dipl.-Pnys.Dr.rer.nat CM. MAYR

DipL-Ing. K. LAMPRECHT 11981

1. März 1988

Ansprüche

1. Meßgerät für Rauchgase, bestehend aus

einer Meßzelle mit einem beheizten Meßrohr und einem danin angeordneten Meßelement sowie

einem eirströmseitig an das Meßrohr angeschlossenen Entnahmenohr fün Rauchgaspnoben,

dadunch gekennzeichnet ,

daß das Entnahmerohr (1) von einem Abstnömnohr (5) mit radialem Zwischenabstand umgeben ist, welches mit dem abströmsei t igen Ende des Meßnohns (2) üben ein Konvektionsrchn (3, 4) verbunden ist und über das Einströmende (6) des Entnahmerohrs (1) verlängert ist.
2. Meßgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Entnahmerohr (1) und das Abströmrohr (5) beheizt eind.

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3. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2,

• dadurch gekennzeichnet,

* daß vor dem Meßelement (14) ein Sensor (11) für die unverbrannten Brennstoffe im Rauchgasstrom angeordnet ist.
4. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ; dadurch gekennzeichnet,

daß das Meßrohr (?) quer zum Entnahmerohr (1) ausyerichtet ist und daß das stabförmige Meßelement (14) in der Wandung

■ des Entnahmerohrs (1) koaxial ?un Meßrohr (2) lösbar befe

stigt ist.
5. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß das Meßrohr (2) von einem elektrischen Heizkörper (15) umgeben ist.
6. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß zumindest ein Teilstück (3) des Konvektionsrohrs (3, 4) lösbar mit dem Meßrohr (2) verbunden ist.
7. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß das äußere mantelförmige Abströmrohr (5) um eine Strecke von 5 bis 25 mm über das Einströmende (6) des Entnahmerohrs (1) verlängert ist.

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