DE4427165A1 - Sonde zur Entnahme von Gasproben aus feststoff- und/oder flüssigkeitsbeladenen Gasströmungen, wie z. B. staubbeladenen Rauchgasen, Aerosolen u. dgl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sonde, mittels der aus feststoff- und/oder flüssigkeitsbeladenen Gasströmungen ohne Verwendung herkömmlicher Filter kontinuierlich eine weitgehend von Feststoffpartikeln und/oder Tropfen gereinigte Gasprobe entnommen werden kann, die zur Verwendung in Kontroll- oder Meßeinrichtungen u. dgl. bestimmt ist.

Ein bevorzugtes Einsatzgebiet für derartige Sonden sind z. B. Wirbelschichtfeuerungsanlagen, bei denen eine kontinuierliche Gasentnahme für die Prozeß- und Emissionskontrolle erfolgen soll.

Es sind z. B. zwei Varianten einer Sonde zur möglichst staubfreien Gasentnahme aus Heißgasen bekannt (DE 33 27 180), bei der die Ansaugöffnungen für die Gasprobe im Strömungsschatten der im Heißgasstrom angeordneten Sonde positioniert sind. Insbesondere können die Ansaugöffnungen im Bereich der Grenzschichtablösung und möglichst vor dem sich anschließenden Turbulenzgebiet gelegen sein.

Die 1. Variante ist als zylindrisches Gasentnahmerohr mit einem äußeren Kühlmantel ausgebildet, das vom Heißgas senkrecht zur Rohrachse angeströmt wird. Bei dieser Variante liegen die Gasansaugöffnungen auf der strömungsabgewandten Seite des zylindrischen Kühlmantels.

Bei der 2. Variante wird die Sonde koaxial angeströmt, wobei der Sondenkopf doppelkegelförmig ausgebildet ist. Die Ansaugöffnungen sind hierbei in der in Strömungsrichtung sich verjüngenden Hälfte des Doppelkegels angeordnet, also ebenfalls im Strömungsschatten der Sonde.

Eine derartige Sondengestaltung beruht auf dem Umstand, daß die Staubteilchen aufgrund ihrer hohen Massenträgheit einer plötzlichen Umlenkung des Gases nicht folgen und daher an den im Strömungsschatten gelegenen Ansaugöffnungen vorbeifliegen.

Dieses Ziel wird jedoch nur teilweise erreicht. Eine Ursache dafür sind z. B. auch Feststoffablagerungen, die sich auf dem Sondenmantel im Bereich des Strömungsschattens der Sonde bilden. Diese Feststoffablagerungen lösen sich von Zeit zu Zeit wieder partiell ab und können dann mit der angesaugten Gasprobe mitgerissen werden.

Es besteht somit das Problem, derartige nachteilige Feststoffablagerungen auf dem Sondenmantel zu verhindern bzw. zu verringern oder ein Mitführen losgelöster Feststoffablagerungen mit der angesaugten Gasprobe zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch eine Gasentnahmesonde gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruchs gelöst.

Für die Wirksamkeit der Erfindung ist es wesentlich, daß die Gasansaugöffnungen im querschnittsreduzierten Bereich der Sondenkontur angeordnet sind, d. h. zwischen der Kegelbasis und dem größten Querschnitt des Endteils.

Statt einer rotationssymmetrischen Sondengestaltung für punktuelle Gasentnahme kann für integrale Messungen eine Sondenform genutzt werden, deren Kontur durch gedachtes Extrudieren der Kontur eines Axialschnittes einer rotationssymmetrischen Sonde definiert wird.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beträgt das Längenverhältnis von Kopfteil und Endteil in Abhängigkeit von der Gasgeschwindigkeit, der Feststoffbeladung sowie weiteren Prozeßparametern ca. 0,5 und 2.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Kopfteil einen Kegelwinkel zwischen ca. 40° und 60° auf.

Zwischen Kopfteil und Endteil kann ein Zwischenstück geschaltet sein, das einen strömungsgünstigen Übergang zwischen diesen Teilen gewährleistet.

In einer anderen Ausführungsform können Kopf- und Endteil lösbar miteinander verbunden sein, um für eine optimale Anpassung an die konkreten Prozeßbedingungen unterschiedliche Geometriekombinationen dieser Teile realisieren zu können.

Im Vergleich zu einem offenen Absaugrohr wird durch die erfindungsgemäße Gasentnahmesonde die Staubbeladung der Meßgasprobe ohne zusätzliche Filterung auf ca. 10% reduziert. Außerdem entstehen beim Einsatz der erfindungsgemäßen Gasentnahmesonde im Vergleich zu bekannten Sonden wesentlich geringere Feststoffablagerungen auf der Sondenoberfläche. Das angesaugte Meßgas ist dadurch erheblich besser vor unkontrollierten Staubeinbrüchen geschützt. Dadurch wird der Aufwand für gegebenenfalls nachgeschaltete Feinstfilter erheblich reduziert bzw. deren Standzeit wesentlich erhöht.

Der einfache Aufbau des Sondenkopfes ermöglicht es, den Sondenkopf auch zur Nachrüstung vorhandener Ansaugrohre einzusetzen.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand Fig. 1 erläutert. Diese zeigt den axialen Schnitt durch einen rotationssymmetrischen Sondenkopf, der z. B. zur Absaugung von Meßgasen in zirkulierenden Wirbelschichtanlagen einsetzbar ist.

Die Sonde hat in der ausgeführten Variante eine Gesamthöhe von ca. 32 mm. Das Kopfteil (1) ist aus wärmebeständigen Stahl gefertigt und besitzt einen Kegelwinkel von 50°. Mit dem Kopfteil (1) ist - vorzugsweise lösbar - das Endteil (2) verbunden, das als Ellipsoidabschnitt ausgebildet ist. Die lösbare Verbindung und die damit gegebene Kombinationsmöglichkeit zwischen verschiedenen Kopf- und Endteilen gestattet ein rasches Anpassen der Geometrie des Sondenkopfes an die vorhandenen Prozeßbedingungen. Zwischen Kopf- und Endteil kann ein entsprechend geformtes Zwischenstück geschaltet sein, um einen strömungsgünstigen Übergang zwischen diesen Teilen zu realisieren.

Sehr wesentlich für die Funktionsfähigkeit der Erfindung ist die Gestaltung des größten Querschnittes des Endteils (2). Dieser Querschnitt entspricht etwa dem größten Querschnitt des kegelförmigen Kopfteils (1). Weil außerdem die Länge des Endteils ca. 60% der Länge der größeren Hauptachse des zugeordneten Ellipsoids beträgt, ist der Sondenkopf im Bereich des Übergangs vom Kopf- zum Endteil leicht eingeschnürt.

In diesem eingeschnürten Bereich sind die Ansaugöffnungen (3) für die Entnahme der Gasprobe angeordnet, deren Anzahl und Dimensionierung sich insbesondere nach dem bereitzustellenden Meßgasvolumenstrom richtet.

Die Ansaugöffnungen münden im Inneren der Sonde in einen Sammelraum, der mit der Gassammelleitung (4) in Verbindung steht, mittels der das Meßgas über Gaskühler und gegebenenfalls Feinstfilter der Gasanalyse-Einrichtung zugeführt wird.

Claims (3)

1. Sonde zur Entnahme von Gasproben aus feststoff- und/oder flüssigkeitsbeladenen Gasströmungen, wie z. B. staubbeladenen Rauchgasen, Aerosolen u. dgl., bestehend aus einem Sondenkopf, der Gasansaugöffnungen aufweist, die mit einer abführenden Gassammelleitung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenkopf als Rotationskörper oder als ein mit der Kontur eines Axialschnitts dieses Rotationskörpers linear bzw. bogenförmig extrudierter Körper ausgebildet ist, und

• - der Rotationskörper ein kegelförmiges Kopfteil (1) aufweist, das mit der Kegelspitze der Gasströmung entgegengerichtet und mit einem sich in Strömungsrichtung anschließenden, fluchtend zur Kegelachse angeordneten rotationssymmetrischen Endteil (2) verbunden ist,
• - das Endteil (2) im wesentlichen die Form eines Ellipsoidabschnittes besitzt, der mit seiner planen Fläche direkt oder mittels eines kurzen Übergangskörpers auf der Kegelbasis des Kopfteils (1) aufsitzt, wobei die Länge des Ellipsoidabschnittes die Länge der entsprechenden Halbachse (5) überschreitet und der größte Durchmesser des Ellipsoidabschnittes im wesentlichen dem Kegelbasisdurchmesser entspricht, und
• - die Gasansaugöffnungen (3) in dem querschnittsreduzierten Bereich zwischen Kegelbasis (1) und dem senkrecht zur Gasströmung gemessenen größten Querschnitt des Endteils (3) angeordnet und in an sich bekannter Weise mit einer Gassammelleitung (4) verbunden sind.

2. Sonde zur Entnahme von Gasproben nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in Abhängigkeit von der Gasgeschwindigkeit, der Feststoffbeladung sowie weiteren Prozeßparametern einstellbaren Wert zwischen ca. 0,5 und 2 für das Längenverhältnis von Kopfteil (1) und Endteil (2).

3. Sonde zur Entnahme von Gasproben nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Kegelwinkel des Kopfteils (1) von ca. 40° bis 60°.