DE9107975U1

DE9107975U1 - Anordnung zum Messen des Wasserdampfanteiles in Rauchgas

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Publication number: DE9107975U1
Application number: DE9107975U
Authority: DE
Original assignee: Enotec Ingenieurbuero fur Energieoptimierung und Umwelttechnik 5277 Marienheide De GmbH
Current assignee: Enotec Ingenieurbuero fur Energieoptimierung und Umwelttechnik 5277 Marienheide De GmbH
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1991-09-26
Anticipated expiration: 2001-06-29

Description

Köln, den 25. Juni 1991

Anmelderin: ENOTEC GmbH

Mein Zeichen: E 117/4

Anordnung zum Messen des Wasserdampfanteiles in Rauchgas

Das Messen von O₂-Partialdrücken an einer ZrO₂~Meßzelle ist bekannt. Als Meßwertgeber enthält diese einen auf ihren beiden Seiten porös mit Platin beschichteten ZrO -Körper, der gasdicht in das Ende eines Meßsondenrohres eingebracht ist.

Im Betrieb wird dieser Körper auf 843°C aufgeheizt. Diese Temperatur wird mit einem Regler konstant gehalten. Bei Auftreten verschieden starker Sauerstoffkonzentrationen auf den beiden Seiten des ZrO -Körpers wandern Sauerstoffionen von der Seite des höheren zu der Seite des niedrigeren Partialdrucks durch den Körper. Dies führt zu unterschiedlichen Potentialen auf den beiden Seiten des Körpers. Dieser Potentialunterschied läßt sich messen und bildet ein Maß für den Unterschied der Sauerstoffpartialdrücke auf den beiden Seiten. In der Praxis setzt man den ZrO -Körper auf seiner Innenseite einem Bezugs- oder Vergleichsgas und auf seiner Außenseite einem Meßgas aus. Der Potentialunterschied auf beiden Seiten des ZrO -Körpers oder das Ausgangssignal der Meßsonde insgesamt ist umgekehrt logarithmisch proportional zum Sauerstoffgehalt des Meßgases. Bei Abnahme dieses Sauerstoffgehaltes steigt damit das Ausgangssignal der Meßsonde. Aus dem Ausgangssignal läßt sich der Sauerstoffpartialdruck des Meßgases genau errechnen. In der Praxis werden solche Meßsonden unter anderem zum Messen des Sauerstoffgehaltes in Rauchgasen verwandt.

In der Praxis muß auch der Wasserdampfanteil in Rauchgasen gemessen werden. Schon seit langem versucht man, diesen auf dem Umweg über die Messung des Sauerstoffanteiles in dem nas-

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sen, das Meßgas bildenden Rauchgas und in einem aus dem gleichen Rauchgas durch Entzug der Feuchtigkeit entstandenen Vergleichsgas zu bestimmen. Beide Gase enthalten die gleichen absoluten Mengen Sauerstoff. In dem trockenen Vergleichsgas ist der Sauerstoffpartialdruck wegen des Fehlens des Wasserdampfes jedoch höher als in dem nassen Rauchgas. Damit ergibt sich eine Differenz in den Sauerstoffpartialdrücken. Aus dieser Differenz kann unmittelbar auf den Wasserdampfanteil in dem nassen Rauchgas geschlossen werden. Wegen praktischer Schwierigkeiten wurde dieses Verfahren zum Messen des Wasserdampfanteiles in Rauchgasen im Stand der Technik nicht angewendet. Bei Versuchen wurde der Teil des Rauchgases, dem die Feuchtigkeit zur Bildung des Vergleichsgases entzogen werden mußte, an einer von der Meßsonde abgelegenen Stelle entnommen. An dieser Stelle war das Rauchgas nicht mit dem an der Meßsonde vorbeiströmenden Rauchgas identisch. Hieraus ergaben sich Meßfehler. Bei weiteren Versuchen verwandte man zwei Meßverfahren. Deren Meßfehler addierten sich unter Bildung eines nicht annehmbaren Gesamtfehlers.

Von diesem Stand der Technik ausgehend stellt sich für die Erfindung die Aufgabe, eine Anordnung zum Messen des Wasserdampfanteiles in dem durch einen Rauchgaskanal strömenden Rauchgas so auszubilden, daß der Meßfehler bei konstruktiver Einfachheit ausreichend gering und praktisch vernachlässigbar ist. Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich bei einer Anordnung der eingangs genannten Gattung nach der Erfindung dadurch, daß die Meßsonde zur Abnahme von Meßgas ein Saugrohr, das auf der dem Rauchgaskanal zugekehrten Seite des ZrO&ldquor;-Körpers in diesen einmündet, und ein Rückführungsrohr, das auf der vom Rauchgaskanal abgewandten Seite des ZrO -Körpers offen ist, enthält und zwischen Saugrohr und Rückführungsrohr eine Einrichtung zum Trocknen des von dem Saugrohr abgenommen Meßgases und dessen anschließende Weiterleitung als Vergleichsgas zum Rückführungsrohr angeordnet ist. Dies bedeutet, daß das in das Vergleichsgas umzuwandelnde nasse Rauchgas in unmittelbarer Nähe des ZrO -Körpers dem Rauchgaskanal entommen wird. Damit ist es mit dem an diesem ZrO -Kör-

per vorbeistreichenden und das nasse Meßgas bildenden Rauchgas identisch. Dieses über das Saugrohr abgenommene Rauchgas wird getrocknet. Über das Rückführungsrohr wird es dann als Vergleichsgas auf die vom Rauchgaskanal abgewandte Seite des ZrO -Körpers gegeben. Von dort strömt es in den Rauchgaskanal zurück oder wird in die Atmosphäre gegeben. Da der in das Vergleichsgas umzuwandelnde Anteil des nassen Rauchgases dem Rauchgaskanal immer an der gleichen Stelle entnommen wird, entfallen Fehler, die beim Stand der Technik durch Entnähme an einem von dem ZrO&ldquor;-Körper abgelegenen Ort entstanden. Meßfehler, die dadurch entstehen, daß das Vergleichsgas erst eine gewisse Zeit nach seiner Entnahme durch das Saugrohr auf den ZrO -Körper gegeben wird, sind vernachlässigbar.

Erfindungsgemäß enthält die Einrichtung zum Trocknen und Weiterleiten des Meßgases einen Trockner und eine Gaspumpe. Diese pumpt das Meßgas bzw. das in das Vergleichsgas umzuwandelnde Rauchgas vom Saugrohr zum Rückführungsrohr. Der Trockner besteht zweckmäßig aus einem Gaskühler und einer an diesen angeschlossenen Kondensatpumpe. In dem Gaskühler kondensiert die in dem nassen Rauchgas enthaltene Feuchtigkeit. Dieses Kondensat wird mit der Kondensatpumpe abgezogen. Zwischen dem Gaskühler und der Gaspumpe sind zweckmäßig ein Kondensatwächter und ein Durchflußwächter angeordnet. Diese überprüfen und steuern den ordnungsgemäßen Abzug des Kondensates und den Durchfluß des nun trockenen Vergleichsgases. Das Saugrohr ist über Leitungen mit dem Gaskühler verbunden. Zum Kalibrieren der Anordnung liegt in dieser mindestens ein Magnetventil, an das eine Prüfluftpumpe angeschlossen ist.

Am Beispiel der in der Zeichnung schematisch dargestellten Anordnung wird diese nun weiter beschrieben.

Die Zeichnung zeigt den Rauchgaskanal 12. Eine Meßsonde 14 ist in herkömmlicher Weise in einer Öffnung in der Wand des Rauchgaskanals 12 angeordnet. Rauchgas 16 durchströmt den Rauchgaskanal 12. Die Meßsonde 14 weist ein Sondenrohr 18

auf. In dessen dem Rauchgaskanal 16 zugekehrten Ende befindet sich der ZrO&ldquor;-Körper 20. Zur Meßsonde 14 gehören weiter das Saugrohr 22 und das Rückführungsrohr 24. Das offene Ende des Saugrohres 22 befindet sich in unmittelbarer Nähe der dem Rauchgas 16 zugewandten Seite des ZrO -Körpers 20. Das Saugrohr 22 ist über ein Ventil 26 an eine Leitung 28 angeschlossen. In dieser Leitung liegen Magnetventile 30 und 32. Eine Prüfluftpumpe 34 ist über ein Umschaltmagnetventil 52 an einen Einlaß des Magnetventiles 30 angeschlossen. Der Einlaß des Magnetventiles 32 führt unmittelbar in die Atmosphäre oder Luft. Eine Leitung 36 verbindet das Magnetventil 32 mit dem Gaskühler 38. Über eine Leitung 40 ist die Kondensatpumpe 42 an diesen angeschlossen. Der Ausgang des Gaskühlers 38 führt zum Kondensatwächter 44, dem Durchflußwächter 46 und der Gaspumpe 48. Eine Leitung 50 verbindet deren Ausgang mit dem Rückführungsrohr 24. Ein Einlaß des Umschaltmagnetventils 52 ist an eine Prüfgas(Erdgas)quelIe angeschlossen.

Im Meßbetrieb strömt das nasse Rauchgas 16 am ZrO -Körper 20 vorbei. Gleichzeitig wird nasses Rauchgas 16 mit dem Saugrohr 22 abgesaugt. Es gelangt in den Gaskühler 38. Die in ihm enthaltene Feuchtigkeit schlägt sich dort als Kondensat nieder. Dieses wird von der Kondensatpumpe 42 abgepumpt. Das nun trockene Gas strömt als Vergleichsgas weiter zum Kondensatwächter 44 und dem Durchflußwächter 46. Die Gaspumpe 48 drückt das nun getrocknete Gas als Vergleichsgas über die Leitung 50 in das Rückführungsrohr 24. Auf der in der Zeichnung unten liegenden Innenseite des ZrO_-Körpers 20 befindet sich damit im Sondenrohr 18 Vergleichsgas, dessen Sauerstoffpartialdruck aus den eingangs genannten Gründen höher als der Sauerstoffpartialdruck des an der Außenseite des ZrO-Körpers vorbeiströmenden nassen Rauchgases 16 ist. Dies führt zu einer Wanderung von Sauerstoffionen durch den ZrO-Körper 20. An dessen beiden Seiten liegen Elektroden an. Deren Ausbildung entspricht dem Stand der Technik und ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Das durch die Wanderung der Sauerstoffionen entstehende Potentialgefälle wird mit den Elektroden abgegriffen und einer elektrischen Meßeinrichtung

zugeführt. Diese kann in einer nicht erläuterungsbedürftigen Weise in Wasserdampfanteil im Rauchgas geeicht sein. Im Meßbetrieb strömt das über das Rückführungsrohr 24 in das Sondenrohr 18 eingeleitete Vergleichsgas gegen die Atmosphäre ab. Ebenso kann es auch an einer anderen Stelle in den Rauchgaskanal 12 zurückgeführt werden.

Zur Kalibrierung des Nullpunktes auf der Meßeinrichtung wird Luft auf beide Seiten des ZrO -Körpers 20 gegeben. Hierzu wird die Prüf luftpumpe 34 eingeschaltet. Sie saugt Luft aus der Atmosphäre. Das Magnetventil 30 und das Ventil 26 werden so geschaltet, daß die Luft von der Prüf luftpumpe 34 zum Saugrohr 22 strömt. Dort tritt es aus und strömt über die Außenseite des ZrO₂~Körpers. Gleichzeitig wird das Magnetvenil 32 so geschaltet, daß es unter der Einwirkung der Gaspumpe 48 Luft aus der Atmosphäre ansaugt. Diese wird über das Rückführungsrohr 24 auf die Innenseite des ZrO -Körpers 20 gegeben. Dieser liegt damit zwischen Luft. Das Potentialgefälle ist Null. Die Meßeinrichtung erhält keine Spannung und wird auf Null eingestellt.

Zum Kalibrieren der Meßeinrichtung wird Prüfgas über das Umschaltventil 52 mit einem bekannten Anteil Sauerstoff durch das Saugrohr 22 gedrückt. Es strömt an der Außenseite des ZrO -Körpers 20 vorbei. Gleichzeitig wird Luft in der vorstehend genannten Weise über den Einlaß des Magnetventiles 32 mit der Gaspumpe 48 angesaugt und auf die Innenseite des ZrO&ldquor;-Körpers 20 gegeben. Die Sauerstoffdifferenz ist bekannt. Aus dieses Sauerstoffdifferenz der beiden Gase läßt sich der Wasserdampfanteil in Volumenprozent errechnen. Die Meßeinrichtung zeigt diesen Wert an. Auf diese Weise wird die Meßeinrichtung kalibriert.

Claims

Köln, den 25. Juni 1991 Anmelderin: ENOTEC GmbH Mein Zeichen: E 117/4 SCHUTZANSPRÜCHE

1. Anordnung zum Messen des Wasserdampfanteiles in dem durch einen Rauchgaskanal strömendem Rauchgas mit einer in dessen Wand einzubauenden Meßsonde aus einem Sondenrohr mit einem auf dessen Stirnseite gasdicht aufgesetzten ZrO&ldquor;-Körper, mit einer Beheizung des ZrO -Körpers und mit an deren beide Seiten angesetzten Elektroden und mit einer an die Elektroden angeschlossenen elektrischen Meßeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde (14) zur Abnahme von Meßgas ein Saugrohr (22), das auf der dem Rauchgaskanal (12) zugekehrten Seite des ZrO -Körpers (20) in diesen einmündet, und ein Rückführungsrohr (24), das auf der vom Rauchgaskanal (12) abgewandten Seite der ZrO -Körper (20) offen ist, enthält und zwischen Saugrohr

(22) und Rückführungsrohr (24) eine Einrichtung zum Trocknen des von dem Saugrohr (22) abgenommen Meßgases und dessen anschließende Weiterleitung als Vergleichsgas zum Rückführungsrohr (24) angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Trocknen und Weiterleiten des Meßgases einen Trockner und eine Gaspumpe (48) enthält.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockner aus einem Gaskühler (38) und einer an diesen angeschlossenen Kondensatpumpe (42) besteht.

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4. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Trocknen und Weiterleiten des Meßgases zwischen dem Gaskühler (38) und der Gaspumpe (48) zusätzlich einen Kondensatwächter (44) und einen Durchflußwächter (46) enthält.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugrohr (22) über Leitungen (28,

¹^ 36) mit dem Gaskühler (38) verbunden ist, die Leitung (28) mindestens ein Magnetventil (30) enthält und eine Prüfluftpumpe (34) an dieses angeschlossen ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Prüfgasguelle über ein Umschaltmagnetventil (52) an das Magnetventil (30) angeschlossen ist und die Prüfluftpumpe (34) ebenfalls mit einem Einlaß des Umschaltmagnetventils (52) verbunden ist.