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Anordnung zur Feuchtemessung von einen elektrisch leitenden Tauniederschlag
bildenden Gasen
Die Überwachung des Feuchtigleitsgehaltes der Rauchgase ist besonders
für Kesselfeuerungen von großer praktischer Bedeutung. Die S Q3-haltigen Rauchgase
bilden schwefelsäurehaltige Tauniederschläge, wenn sie sich an einem im Rauchgasstrom
befindlichen Körper auf die Taupunktstemperatur abkühlen können. Da der Taupunkt
bei 5 haltigen Gasen wesentlich höher liegt als der durch den Wasserdampfgehalt
allein bedingte Taupunkt, kann es bereits bei Temperaturen unterhalb von I50 bis
2500 C zu Tauniederschlägen und dadurch wegen der Schwefelsäureabscheidung zu Korrosionserscheinungen
an den Eisenteilen des Kessels kommen. Um solche Korrosionen unter allen Umständen
zu vermeiden, muß der Feuchtigkeitsgehalt der Rauchgase überwacht werden. Die Erfindung
bezieht sich nun auf die Messung von solchen Gasen, die bei der Abkühlung einen
säurehaltigen Tauniederschlag bilden. Da ein säurehaltiger Tauniederschlag den elektrischen
Strom leitet, kann durch eine Leitfähigkeitsmessung zwischen zwei auf einem Meßkörper
angeordneten Elektroden festgestellt werden, ob die Taupunktstemperatur des Gases
am Meßkörper erreicht ist.
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Bei den nach diesen bekannten Leitfähigkeitsmeßverfahren arbeitenden
Anordnungen ist ein im Gasstrom angeordneter Meßkörper auf seiner Oberfläche mit
zwei Elektroden versehen, zwischen denen der elektrische Widerstand gemessen wird.
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Wenn sich ein Tauniederschlag bildet, steigt die Leitfähigkeit zwischen
den Elektroden stark an, und die bei diesem Leitfähigkeitssprung vor-
handene
Temperatur des Meßkörpers entspricht der Taupunktstemperatur des Gases. Bei den
bekannten Meßanordnungen befindet sich der Meßkörper meist in einer Entnahmeleitung
des Rauchgasstromes. Die Abkühlung, die das durch die Entnahmeleitung strömende
Gas erleidet, kann durch Verstellen eines den Gas strom drosselnden Ventils jeweils
so eingestellt werden, daß am Meßkörper sich gerade die Taupunktstemperatur des
Gases einstellt. Die Einstellung des Ventils wird z. B. von Hand nach der Anzeige
eines Meßinstrumentes im Elektrodenstromkreis vorgenommen.
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Unter Verwendung eines von diesem Meßinstrument gesteuerten Reglers
sind auch Anordnungen gebaut worden, bei denen das Drosselventil selbsttätig so
eingestellt wird, daß der Tauniederschlag auf dem Meßkörper gerade auftritt bzw.
verschwindet und der Meßkörper somit ständig selbsttätig die Taupunktstemperatur
Ides Gases annimmt. Diese bekannten Meßanordnungen haben jedoch den Nachteil, daß
zur selbsttätigen Anzeige eine relativ aufwendige Regeleinrichtung notwendig ist.
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Es sind weiterhin Meßanordnungen bekannt, bei denen das Licht einer
Glühlampe über einen sogenannten Taupunktspiegel auf eine Fotozelle geworfen wird.
Der Taupunktspiegel wird mit Hilfe eines Gas- oder Flüssigkeitsstromes gekühlt,
so daß sich auf dem Spiegel ein Tauniederschlag bildet. Beim Auftreten des Tauniederschlages
erhält die Foto zelle weniger Licht, und über eine Regelanordnung wird eine elektrische
Heizung im Kühlmittelstrom so lange eingeschaltet, bis der Tauniederschlag verschwindet.
Die Temperatur des Taupunktspiegels weicht bei dieser Anordnung nur um geringe Beträge
von der Taupunktstemperatur des zu untersuchenden Gases ab. Die beiden erwähnten
Anordnungen sind dadurch relativ kompliziert, da mit Hilfe eines vom Taupunkt des
zu untersuchenden Gases abhängigen Meßelementes die Kühlung oder B-eheizung des
Meßelementes über eine besondere Regelanordnung eingestellt werden muß.
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Es ist außerdem eine Meßanordnung bekanntgeworden, bei der das stabförmige
Meßelement mit einer Schicht aus Lithium-Chlorid-Salz überzogen ist. In diese Schicht
sind mehrere Windungen von zwei in geringem Abstand zueinander parallel verlaufenden
Drähten eingebettet, zwischen denen eine elektrische Spannung aufrechterhalten wird.
Solange das hygroskopische Lithium-Chlorid sich im Kristallzustand befindet, geht
zwischen den beiden Drähten kein Strom über, da das Salz im Kristallzustand für
den elektrischen Strom nicht leitend ist. Das Salz geht jedoch unter dem Einfluß
des von der Luft aufgenommenen Wasserdampfes in eine Lösung über. Die Lösung ist
elektrisch leitend, so daß ein Stromübergang zwischen den Drähten erfolgt und hierdurch
infolge der Stromwärme die Salzschicht aufgeheizt wird. Das Meßelement stellt sich
infolgedessen auf eine Temperatur ein, die dem Verflüssigkeitspunkt des Salzes entspricht.
Diese Temperatur steht im Zusammenhang mit der Taupunktstemperatur für Wasserdampf
und wird mit Hilfe eines elektrischen Thermometers gemessen.
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Die Anordnung versagt jedoch bei säurehaltigen Gasen, da die im Tauniederschlag
enthaltenen Säuren eine chemische Umwandlung der hygroskopischen Salzschicht hervorrufen.
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Bei der Anordnung gemäß der Erfindung wird der Tauniederschlag des
Rauchgases unmittelbar für die Messung herangezogen, so daß die Umrechnung, die
bei der Verwendung eines hygroskopischen Salzes vorgenommen werden muß, fortfällt.
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Durch die neue Anordnung wird eine fortlaufende selbsttätige Anzeige
des Taupunkts mög-.lich, ohne daß zusätzliche Regeleinrichtungen erforderlich sind.
Gemäß der Erfindung erfolgt eine annähernd gleichbleibende Kühlung des Meßkörpers
derart, daß die Oberfläche des Körpers die tiefste im Meßbereich vorkommende Taupunktstemperatur
annehmen kann. Gleichzeitig erfolgt eine Aufheizung des Meßkörpers über den die
Elektroden überbrückenden Tauniederschlag. An die Elektroden ist eine Gleich- oder
Wechselspannungsquelle genügender Stromergiebigkeit gelegt, so daß über einen sich
bildenden Tauniederschlag eine Aufheizung des ganzen Elektrodenkörpers erfolgt.
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Unter der Wirkung der konstanten Kühlung und der Heizung über die
zwischen den Elektroden gebildeten Tauniederschläge stellt sich selbsttätig ein
Gleichgewichtszustand der Temperatur des Meßkörpers ein, d. h. der - Meßkörper nimmt
selbsttätig die Taupunktstemperatur des Gases an, da bei zu tiefer Temperatur die
Heizung über den Tauniederschlag wirkt, bei zu hoher Temperatur dagegen infolge
des fehlenden Tauniederschlags eine Abkühlung erfolgt.
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Zur Kühlung kann ein in annähernd gleichbleibender Menge zu- und
abströmendes Kühlmittel verwendet werden, dessen Temperatur unterhalb der tiefsten,
innerhalb des Meßbereiches auftretenden Taupunktstemperatur liegt. Es lassen sich
jedoch auch Anordnungen analog den bisher bekannten Meßeinrichtungen verwenden,
bei denen das für die Messung entnommene Rauchgas innerhalb der Entnahmeleitung
abgekühlt wird. Die Kühlung wird jedoch nicht geregelt, sondern gemäß der Erfindung
auf einen etwa gleichbleibenden Wert eingestellt, so daß an der Stelle des Meßkörpers
die tiefste im Meßbereich mögliche Taupunktstemperatur unterschritten wird. Es kann
zweckmäßig sein, die Entnahmeleitung bis zur Meßstelle mit einer Wärmeisolierung
zu umgeben. Die eigentliche Messung der TaupunktMstemperatur, d. h. der Temperatur,
die der Meßkörper annimmt, kann mit an sich bekannten Thermometeranordnnngen, z.
B. mittels eines elektrischenWiderstandsthermometers erfolgen. Die angezeigte Temperatur
stellt dann unmittelbar die Taupunktstemperatur dar.
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In der Zeichnung sind als Beispiel zwei Ausführungsformen von gemäß
der Erfindung aufgebauten Meßfühlern schematisch dargestellt. Bei
der
Anordnung gemäß Fig. I wird der Meßkörper von einem zusätzlichen Kühlmittel durchströmt,
während im Beispiel der Fig. 2 eine Kühlung des zu messenden Gases in der Entnahmeleitung
erfolgt.
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In Fig. I dient ein dünnwandiges Rohr 1 aus Glas oder keramischem
Material als Elektrodenkörper. Das Rohr wird über die Leitungen 2 und 3 von einem
Kühlmittel, z. B. Luft, durchströmt.
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Auf dem Rohr ist eine erste Wicklung4 z. B. aus Platindraht für das
Widerstandsthermometer angeordnet und in eine dünne Isolierschicht z. B. aus Glas
oder keramischem Stoff eingebettet. Über diesem mit einer isolierenden Schicht abgedeckten
Widerstandsthermometer sind die Elektrodenwicklungen 5 und 6 z. B. aus Platin-Iridium-Draht
nebeneinander in möglichst geringem Abstand aufgewickelt. Durch den kleinen Elektrodenabstand
soll erreicht werden, daß der Widerstand zwischen den Elektroden bei Auftreten von
Tauniederschlägen möglichst klein und eine wirksame Aufheizung des Elektrodenkörpers
erfolgen kann.
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In Fig. 2 durchströmt das zur Messung entnommene Gas die Entnahmeleitung
7 und wird hierbei abgekühlt. Der Meßkörper 8 ist in Form eines stabförmigen Widerstandsthermometers
ausgebildet. Auf der mit einem glasierten bzw. keramischen Überzug versehenen Oberfläche
des Thermometerkörpers sind wiederum die Meßelektroden in Form von Wicklungen aufgebracht.
Die gesamte Meßanordnung ist mit einem Einsatz g in das Rohrende gasdicht eingeschraubt.
An der Außenseite des Einsatzes befindet sich der Thermometerkorb mit den Anschiußklemmen
für das Widerstandsthermometer und die Heizelektroden.
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Die Entnahmeleitung ist mit einer Wärmeisolierung IO versehen. Das
gekühlte Gas strömt am Meßkörper vorbei und wird über den Rohrstutzen II abgeführt.
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PATENTANSPROCHE: 1. Anordnung zur Fenchtemessung in Gasen, die an
einem gekühlten Meßkörper einen elektrisch leitenden Tauniederschlag bilden, gekennzeichnet
durch eine annähernd gleichbleibende Kühlung, die ausreicht, um die Oberfläche des
Meßkörpers auf die tiefste im gewählten Meßbereich auftretende Taupunktstemperatur
zu kühlen und eine gleichzeitige Aufheizung des Meßkörpers durch den als Heizwiderstand
dienenden Tauniederschlag.