DE29813981U1 - Device for continuous measurement of the dust concentration in exhaust air, exhaust gas ducts and chimneys - Google Patents

Device for continuous measurement of the dust concentration in exhaust air, exhaust gas ducts and chimneys

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USt-IdNr.: DE118273487 Bezeichnung: Unser Zeichen / Our ReferenceVAT ID No.: DE118273487 Description: Our Reference

Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Staubkonzentration in G 986942 DE Abluft-, Abgaskanälen und Schornsteinen ihr zeichen / Your ReferenceDevice for continuous measurement of dust concentration in exhaust air, exhaust gas ducts and chimneys G 986942 DE ihr zeichen / Your Reference

Datum / DateDate

04. August 1998/nn04 August 1998/nn

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Staubkonzentration von Abgas in einem Abluft-, Abgaskanal oder Schornstein mit einer einseitig geschlossenen stabförmigen Meßsonde, die in den Abluft-, Abgaskanal oder Schornstein steckbar und mittels einer Flanschverbindung befestigbar ist und einer mit der Meßsonde verbindbaren Meßwertauswerteeinrichtung.The invention relates to a device for continuously measuring the dust concentration of exhaust gas in an exhaust air, exhaust gas duct or chimney with a rod-shaped measuring probe closed on one side, which can be plugged into the exhaust air, exhaust gas duct or chimney and fastened by means of a flange connection and a measured value evaluation device that can be connected to the measuring probe.

Nach TA Luft sind die Schadstoffemissionen von Feuerungsanlagen zu überwachen. Zur Ermittlung der Schadstoffmasse sind die Konzentration, der Volumenstrom, Druck und die Temperatur zu messen. Es sind Meßsonden zur Bestimmung des Massenstroms bekannt, bei denen nach dem triboelektrischen Meßprinzip die Ladungsübertragung von Staubpartikeln zum Sondenstab gemessen und hierdurch die Anzahl der Partikel im Volumenstrom ermittelt wird. Bekannt sind ferner Volumenstromsonden zur Ermittlung der Geschwindigkeit bzw. der Menge des Abgases, bei denen die Druckdifferenz zwischen zwei Kammern gemessen wird, von denen die eine gegen die Strömungsrichtung gerichtet ist und einen Überdruck und die andere in Strömungsrichtung gerichtet ist und einen Unterdruck aufweist. Ebenso sind Einrichtungen zur Temperaturmessung und des Absolutdruckes im Abgaskanal bekannt, so daß eine auf Normbedingungen umgerechnete Bestimmung der Staubkonzentration und des Massenstromes über den Partikel- und Volumenstrom möglich ist. Um diese Staubkonzentration-Bestimmung durchführen zu können, sind somit vier verschiedene Geräte erforderlich, die über vier unterschiedliche Flansche am Abluft-, Abgaskanal oder Schornstein befestigt werden müssen. Außer dem hohen finanziellen gerätetechnischen und Montageaufwand treten auch oft statische Probleme auf.According to TA Luft, pollutant emissions from combustion plants must be monitored. To determine the pollutant mass, the concentration, volume flow, pressure and temperature must be measured. Measuring probes for determining the mass flow are known, in which the charge transfer from dust particles to the probe rod is measured according to the triboelectric measuring principle and the number of particles in the volume flow is determined. Volume flow probes are also known for determining the speed or quantity of the exhaust gas, in which the pressure difference between two chambers is measured, one of which is directed against the flow direction and has an overpressure and the other is directed in the flow direction and has a negative pressure. Devices for measuring the temperature and the absolute pressure in the exhaust duct are also known, so that a determination of the dust concentration and the mass flow converted to standard conditions is possible using the particle and volume flow. In order to be able to carry out this dust concentration determination, four different devices are required, which must be attached to the exhaust air, exhaust gas duct or chimney using four different flanges. In addition to the high financial costs of the equipment and installation, static problems often arise.

Dresdner Bank (BLZ 200 800 00) Konto-Nr. 1 020 080 00 G986942 DOC Dresdner Bank (bank code 200 800 00) Account No. 1 020 080 00 G986942 DOC

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit nur einer stabförrriigen Meßsonde eine sichere und genaue kontinuierliche Messung der Staubkonzentration und des Massenstromes von Abgas möglich ist.The object of the invention is to design a device of the type mentioned above in such a way that a safe and precise continuous measurement of the dust concentration and the mass flow of exhaust gas is possible with only one rod-shaped measuring probe.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.According to the invention, the object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.

Nach der Erfindung ist es möglich, die für die Staub-, Volumenstrom-, Temperatur- und Druckmessung erforderlichen Parameter mit nur einer Meßsonde zu messen, die über nur einen Normflansch am Abluft-, Abgaskanal oder Schornstein montiert wird. Mittels der Meßsonde werden zeit- und ortsgleich die erforderlichen Parameter zur Bestimmung der Staubkonzentration und des Massenstromes erfaßt. Die Staubbelastung wird mittels des triboelektrischen Meßprinzips gemessen. Die Sondenabmessungen werden entsprechend des Kanaldurchmessers dimensioniert. Als Ergebnis der Messungen wird die Staubkonzentration in mg/m3 bzw. mg/Nm3 angezeigt, wenn eine an sich bekannte Kalibrierung durchgeführt ist. Entsprechend den Anwendungsanforderungen kann die Meßsonde aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Der Temperaturfühler mißt zeitgleich ohne Verzögerung die Kerntemperatur im Abgaskanal, was eine Voraussetzung für eine exakte Umrechnung der Staubmeßwerte auf Normbedingungen ist. Entsprechend der Abgastemperaturen können verschiedene Meßfühler eingesetzt werden. Durch Wahl entsprechender Materialien wie z.B. PTFE oder Keramik kann die Meßsonde komplett gegen Erdpotential isoliert aufgebaut sein. Die Sonde selbst ist entsprechend der Abgastemperatur aus verschiedenen Materialien gefertigt, wie Stahl 1.457, Hasteloy u.a. Die Meßwerte der Meßsonde können in vorteilhafter Weise einem Emissions-Auswerterechner oder einer Mikroprozessor-Auswerteeinheit zugeführt und mit diesen Geräten auf Normbedingungen berechnet und klassiert werden. An den Druckausgängen der Kammern der Meßsonde kann ein Umschalthahn vorgesehen werden, der zur Spülung der Kammern und zur Bestimmung des Nullpunktes dient. Es kann auch eine automatische Einheit vorgesehen sein, die zum Abgleich die Steuerung und Beströmung der Meßsonde übernimmt und ggf. die Meßsignale korrigiert. Am Überdruckkanal der Meßsonde kann auch eine Einstelleinrichtung zur symmetrischen Strömungs- und Druckeinstellung angeordnet sein.According to the invention, it is possible to measure the parameters required for dust, volume flow, temperature and pressure measurement with just one measuring probe, which is mounted on the exhaust air, exhaust gas duct or chimney using just one standard flange. The measuring probe records the parameters required to determine the dust concentration and mass flow at the same time and in the same place. The dust load is measured using the triboelectric measuring principle. The probe dimensions are dimensioned according to the duct diameter. The result of the measurements is the dust concentration in mg/m 3 or mg/Nm 3 if a known calibration has been carried out. The measuring probe can be made of different materials depending on the application requirements. The temperature sensor simultaneously measures the core temperature in the exhaust gas duct without delay, which is a prerequisite for an exact conversion of the dust measurement values to standard conditions. Different measuring sensors can be used depending on the exhaust gas temperatures. By choosing appropriate materials such as PTFE or ceramic, the measuring probe can be constructed so that it is completely insulated from earth potential. The probe itself is made of different materials depending on the exhaust gas temperature, such as steel 1.457, Hasteloy, etc. The measured values of the measuring probe can be advantageously fed to an emissions evaluation computer or a microprocessor evaluation unit and calculated and classified using these devices for standard conditions. A changeover valve can be provided on the pressure outlets of the chambers of the measuring probe, which is used to flush the chambers and to determine the zero point. An automatic unit can also be provided, which takes over the control and flow of the measuring probe for calibration and corrects the measurement signals if necessary. An adjustment device for symmetrical flow and pressure adjustment can also be arranged on the overpressure channel of the measuring probe.

Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel der in der Zeichnung schematisch dargestellten Meßsonde näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below using the example of the measuring probe shown schematically in the drawing. It shows

Fig. 1 die Meßsonde in einer schematischen Draufsicht.Fig. 1 the measuring probe in a schematic plan view.

Fig. 2 das Sondenrohr der Meßsonde nach Fig. 1 in einer Seitenansicht im Schnitt.Fig. 2 shows the probe tube of the measuring probe according to Fig. 1 in a side view in section.

Die Vorrichtung 1 zur kontinuierlichen Messung der Staubkonzentration von Abgas besteht aus einer Meßsonde 2 und einer nicht näher dargestellten Meßwertauswerteeinrichtung, die z.B. als Mikroprozessor-Auswerteeinheit oder Emissions-Auswerterechner ausgebildet sein kann. Die Meßsonde 2 weist ein Sondenrohr 3 auf, an dem ein Flansch 4 ausgebildet ist, mittels dem die Meßsonde 2 nach Durchführen durch eine Durchbrechung 6 in der Wand 5 des Abgaskanals an der Wand 5 befestigt wird.The device 1 for continuously measuring the dust concentration of exhaust gas consists of a measuring probe 2 and a measurement value evaluation device (not shown in detail), which can be designed, for example, as a microprocessor evaluation unit or emissions evaluation computer. The measuring probe 2 has a probe tube 3 on which a flange 4 is formed, by means of which the measuring probe 2 is fastened to the wall 5 of the exhaust duct after being passed through an opening 6 in the wall 5.

Das Sondenrohr 3 ist im Querschnitt allgemein trapezförmig ausgebildet. Andere strömungstechnische Profile sind möglich. In dem Sondenrohr 3 ist eine Längswand 7 angeordnet, die zwei Kammern 8, 9 ausbildet. In der Außenwand der Kammern 8, 9 sind im Bereich von den der Längswand 7 abgewandten Spitzen Durchbrechungen 11 entsprechend gültiger VDI-Richtlinien reihenförmig angeordnet. Die eine Kammer 8 ist im Einbauzustand der Messung entgegengesetzt zur Strömungsrichtung 25 des Abgases angeordnet und bildet eine Überdruckkammer. Die andere Kammer 9 ist in Strömungsrichtung 25 des Abgases angeordnet und bildet eine Unterdruckkammer. An der Überdruck aufweisenden Kammer 8 ist eine Einrichtung 29 zur symmetrischen Strömungs- und Druckeinstellung angeordnet. Der in den Abgaskanal ragende Endabschnitt des Sondenrohrs 3 ist verschlossen. Im Bereich des so ausgebildeten Sondenkopfes ist in der Kammer 9 ein Temperaturfühler 15 angeordnet, dessen Meßleitung 26 bis zu einer Durchbrechung 14 in der Wand der Kammer 9 außerhalb des Abgaskanals geführt ist. Die Meßleitung 26 ist durch die Durchbrechung 14 geführt und mit einem Temperaturmeßumformer 23 verbunden. Neben der Durchbrechung 14 befindet sich in der Wand der Kammer 9 eine weitere Durchbrechung 12, an die ein Absolutdruck-Meßumformer 24 angeschlossen ist. In der außenseitigen Stirnfläche des Sondenrohrs 3 ist jeder Kammer 8, 9 zugeordnet ein Rohrstutzen 16, 17 angeordnet, der jeweils eine Durchbrechung 13 zur Kammer 8 bzw. 9 bildet. An jedem Rohrstutzen 16, 17 ist eine Meßleitung 27 angeschlossen, die mit einem Differenzdruck-Meßumformer 21 verbunden ist. Es ist femer am Sondenrohr 3 ein Anschlußstück 19 vorgesehen, das mittels einer Meßleitung 28 mit einem Verstärker 22 zur Messung des Ladungsstromes verbunden ist. Zwischen dem Flansch 4 und dem Sondenrohr 3 ist ein Isolator 20 angeordnet, der das Sondenrohr 3 umgibt.The probe tube 3 is generally trapezoidal in cross-section. Other flow profiles are possible. A longitudinal wall 7 is arranged in the probe tube 3, which forms two chambers 8, 9. In the outer wall of the chambers 8, 9, in the area of the tips facing away from the longitudinal wall 7, openings 11 are arranged in rows in accordance with valid VDI guidelines. In the installed state of the measurement, one chamber 8 is arranged opposite to the flow direction 25 of the exhaust gas and forms a pressure chamber. The other chamber 9 is arranged in the flow direction 25 of the exhaust gas and forms a vacuum chamber. A device 29 for symmetrical flow and pressure adjustment is arranged on the pressure chamber 8. The end section of the probe tube 3 that protrudes into the exhaust gas duct is closed. In the area of the probe head thus formed, a temperature sensor 15 is arranged in the chamber 9, the measuring line 26 of which is guided to an opening 14 in the wall of the chamber 9 outside the exhaust gas duct. The measuring line 26 is guided through the opening 14 and connected to a temperature measuring transducer 23. In addition to the opening 14, there is another opening 12 in the wall of the chamber 9, to which an absolute pressure measuring transducer 24 is connected. In the outside face of the probe tube 3, a pipe socket 16, 17 is arranged for each chamber 8, 9, which forms an opening 13 to the chamber 8 or 9. A measuring line 27 is connected to each pipe socket 16, 17, which is connected to a differential pressure measuring transducer 21. Furthermore, a connector 19 is provided on the probe tube 3, which is connected by means of a measuring line 28 to an amplifier 22 for measuring the charge current. Between the flange 4 and the probe tube 3 there is an insulator 20 which surrounds the probe tube 3.

Die Rohrstutzen 16, 17 können auch mit einem Umschalthahn 18 verbunden sein. Der Verstärker 22, Differenzdruck-Meßumformer 21, Temperatur-Meßumformer 23 und Absolutdruck-Meßumformer 24 sind mit einer nicht näher dargestellten Meßwertauswerteeinrichtung verbunden.The pipe sockets 16, 17 can also be connected to a changeover valve 18. The amplifier 22, differential pressure transducer 21, temperature transducer 23 and absolute pressure transducer 24 are connected to a measurement value evaluation device (not shown in detail).

Claims (14)

• «dft« « ■·· · tat Schutzansprüche• «dft« « ■·· · tat protection claims 1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Staubkonzentration von Abgas in einem Abluft-, Abgaskanal oder Schornstein mit nur einer einseitig geschlossenen stabförmigen Meßsonde, mittels der zeit- und ortsgleich die erforderlichen Parameter zur Bestimmung der Staubkonzentration und des Massenstromes erfaßbar und die Staubbelastung mittels des triboelektrischen Meßprinzips meßbar ist und die in den Abluft-, Abgaskanal oder Schornstein steckbar und mittels einer Flanschverbindung befestigbar ist und einer mit der Meßsonde verbindbaren Meßwertauswerteeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sondenrohr (3) der stabförmigen Meßsonde (2) durch eine Längswand (7) zwei Kammern (8, 9) ausgebildet sind, daß in der Außenwand der Kammern (8, 9) in einer Ebene (10) jeweils eine Reihe von Durchbrechungen (11) ausgebildet ist, daß an einem Endabschnitt (12) des Sondenrohrs (3) Durchbrechungen (12, 13, 14) für Druck-, Differenzdruck- und Temperaturmessung ausgebildet sind und daß in der einen Kammer (9) ein Temperaturfühler (15) angeordnet ist.1. Device for continuously measuring the dust concentration of exhaust gas in an exhaust air, exhaust gas duct or chimney with only one rod-shaped measuring probe closed on one side, by means of which the necessary parameters for determining the dust concentration and the mass flow can be recorded at the same time and in the same place and the dust load can be measured using the triboelectric measuring principle and which can be plugged into the exhaust air, exhaust gas duct or chimney and fastened using a flange connection and a measured value evaluation device that can be connected to the measuring probe, characterized in that two chambers (8, 9) are formed in the probe tube (3) of the rod-shaped measuring probe (2) by a longitudinal wall (7), that a row of openings (11) is formed in the outer wall of the chambers (8, 9) in a plane (10), that openings (12, 13, 14) are designed for pressure, differential pressure and temperature measurement and that a temperature sensor (15) is arranged in one chamber (9). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sondenrohr (3) im Querschnitt kreisrund ausgebildet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the probe tube (3) is circular in cross section. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sondenrohr (3) im Querschnitt viereckig ausgebildet ist.3. Device according to claim 1, characterized in that the probe tube (3) is square in cross section. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sondenrohr (3) im Querschnitt quadratisch ausgebildet ist.4. Device according to claim 3, characterized in that the probe tube (3) is square in cross section. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sondenrohr (3) im Querschnitt trapezförmig ausgebildet ist.5. Device according to claim 3, characterized in that the probe tube (3) is trapezoidal in cross section. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (15) als Steckeinheit ausgebildet ist.6. Device according to claim 1, characterized in that the temperature sensor (15) is designed as a plug-in unit. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (13) für die Differenzdruckmessung in mit jeweils einer Kammer (8, 9) verbundenen Rohrstutzen (16, 17) ausgebildet sind.7. Device according to claim 1, characterized in that the openings (13) for the differential pressure measurement are formed in pipe sockets (16, 17) each connected to a chamber (8, 9). 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstutzen (16, 17) mittels eines Umschalthahns (18) miteinander verbunden sind.8. Device according to claim 7, characterized in that the pipe sockets (16, 17) are connected to one another by means of a change-over valve (18). 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Sondenrohr (3) ein Anschlußstück (19) ausgebildet ist, das mit einem Verstärker (22) eines Strommessers verbunden ist.9. Device according to claim 1, characterized in that a connecting piece (19) is formed on the probe tube (3) and is connected to an amplifier (22) of an ammeter. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sondenrohr (3) in einem Isolatorwerkstoff wie PTFE, Keramik o.dgl. montiert ist.10. Device according to claim 1, characterized in that the probe tube (3) is mounted in an insulating material such as PTFE, ceramic or the like. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertauswerteeinrichtung als Mikroprozessor-Auswerteeinheit oder Emissions-Auswerterechner ausgebildet ist.11. Device according to claim 1, characterized in that the measured value evaluation device is designed as a microprocessor evaluation unit or emission evaluation computer. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde (2) mit einer Einrichtung verbunden ist, mittels der zum Abgleich die Meßsonde (2) steuerbar und beströmbar ist.12. Device according to claim 1, characterized in that the measuring probe (2) is connected to a device by means of which the measuring probe (2) can be controlled and flowed through for calibration. 13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Überdruck aufweisenden Kammer (8) eine Einrichtung (29) zur symmetrischen Strömungs- und Druckeinstellung angeordnet ist.13. Device according to claim 1, characterized in that a device (29) for symmetrical flow and pressure adjustment is arranged on the pressure-exposed chamber (8). 14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Flansch (4) und dem Sondenrohr (3) ein das Sondenrohr (3) umgebender Isolator (20) angeordnet ist.14. Device according to claim 1, characterized in that an insulator (20) surrounding the probe tube (3) is arranged between the flange (4) and the probe tube (3).
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