REACTION CHAMBER OF A CHEMILUMINESCENCE ANALYSER

Abstract: 1. A reaction chamber of a chemi-luminescence analyser having a window which closes one end of the reaction chamber and is made of a material which is permeable to the luminescence radiation, said analyser having inlets arranged parallel to the inner surface of the window at different axial distances for the measuring gas which contains NO and for the reaction gas which contains ozone, and having outlets for the gas mixture, characterised in that the inner walls of the reaction chamber (4) have a low reflection factor for the luminescence radiation ; and that the reaction chamber (4) is so formed that the introduction of the reaction gas (O3 ) or the measuring gas (NO) is uniformly distributed around the periphery of that edge of the chamber which is adjacent to the window, and washes against the inner surface of the window (5) so as to form a gas curtain, before it reacts with the measuring gas (NO) or reaction gas (O3 ) which has been introduced deeper in the reaction chamber (4).

Description: Reaktionskammer eines Chemilumineszenzanalysators Die Erfindung bezieht sich auf die Reaktionskammer eines Cheinilumineszenzanalysators mit einem den Reaktionsraum stirnseitig abschliessenden Fenster aus strahlendurchlässigem Werkstoff und mit Einleitungen für das stickoxydhaltige Messgas und das ozonhaltige Reaktionsgas sowie Ableitungen für das Gasgemisch. Bei vielen Verbrennungsprozessen gelangen gesundheitsschädliche Stickoxyde enthaltende Abgase in die Atmosphäre. Es bedarf deshalb empfindlicher Messverfahren zur Feststellung der Stickoxydanteile in der Umgebungsluft, wie auch in Industrieabgasen. Bei einem dieser Verfahren, wie es beispielsweise in der DE-OS 22 31 466 beschrieben ist, wird die bei der chemischen Reaktion von Stickoxyd und Ozon auftretende Chemilumineszenz, das'ist eine Leuchterscheinung mit konzentrationsabhängiger Lichtstärke, als Messeffekt genutzt. Zur DurchfUhrung dieses Verfahrens wird ein Chemilumineszenzanalysator verwendet, der eine mit einem strah lungsdurchlässigen Fenster versehene Reaktionskammer enthält, in der das stickoxydhaltige Messgas und ein ozonhaltiges Reaktionsgas zusammengefUhrt werden. Die bei der Reaktion auftretende Lumineszenz wird mit Hilfe von vor dem Fenster angeordneten optoelektronischen Strahlungsempfingern in ein dem NO-Anteil des Messgases entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt. 'tTird das Messgas aus dem Abgasstrom einer Verbrennung, beispielsweise einer Kesselfeuerung, entnommen, so kann es trotz vorheriger Reinigung Bestandteile enthalten, die mit dem Reaktionsgas in der Reaktionskammer korrosive oder sich an den Wänden und an dem Fenster niederschlagende Reaktionsprodukte bilden. Dies sei an zwei Beispielen verdeutlicht: Das Rauchgas öl- und kohlegefeuerter Kessel enthält bis zu 2000 ppm SO2. Dieses wird von dem Ozon in der Reaktionskammer zu S03 aufoxydiert, welches sich sofort mit dem noch im Gasgemisch enthaltenen Restwasserdampf zu Schwefelsäure H2S04 verbindet. Die Säure wirkt stark korrosiv und beschlägt ausserdem das Fenster der Reaktionskammer, da dort der Säuretaupunkt in der Regel unterschritten wird. Mit dem im Rauchgas enthaltenen CO bildet sich an den Rohrpaketen im Kessel Eisencarbonyl Fe (CO)5, das in Spuren in die Reaktionskammer gelangt. Dort findet eine Reaktion statt, die zur Ablagerung von Eisenhydroxid an den Kammerwandungen und auf dem Fenster führt. Den durch derartige Niederschläge verursachten Messwertverfälschungen konnte bisher nur durch häufige und aufwendige Wartung bzw. Austausch der Reaktionskammern begegnet werden. Es besteht die Aufgabe, eine Reaktionskammer der eingangs genannten Art so auszubilden, dass durch Niederschlage oder korrosive Einflüsse verursachte Änderungen der optischen Eigenschaften der Begrenzungsflächen des Reaktionsraums, insbesondere des Fensters, weitgehend vermieden werden. Die Lösung der Aufgabe besteht darin, die Innenwände des Reaktionsraums so auszubilden, dass sie einen geringen Refleyionsgrad für die Lumineszenzstrahlung aufweisen, und die Einleitung des Reaktionsgases oder des Messgases so vorzunehmen, dass es die Innenfläche des Fensters bespült, bevor es mit dem in der Tiefe des Reaktionsraums eingeleiteten Mess- oder Reaktionsgas reagiert. Der geringe Reflexionsgrad der Innenwände kann durch "künstliche Alterung" erzielt werden, indem man die In nenflächen des Reaktionsraums der vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl hergestellten Reaktionskammer beispielsweise mit Eisencarbonyl und Ozon zur Bildung eines Risenhydroxidniedersch'ags behandelt. Durch die Bespülung der Fensterinnenfläche durch eines der in den Reaktionsraum eingeleiteten Gase wird vor dem Fenster ein Gasvorhang" gebildet, so dass die bei der Mischung der beiden zugeleiteten Gase entstehenden Reaktionsprodukte nicht zur Fensterfläche gelangen und sich dort niederschlagen können. Eine bevorzugte Ausführungsform ist gekennzeichnet durch einen mit einer Zuleitung für das Reaktionsgas versehenen, unter dem Rand des Fensters verlaufenden ersten Ringkanal mit Öffnungen zur radialen und zur Innenfläche des Fensters parallelen Einleitung des Reaktionsgases in den Reaktionsraum-sowie durch einen mit einer Zuleitung für das Messgas versehenen zweiten Ringkanal in der Wand des Reaktionsraums, mit diesem über Öffnungen zur Einleitung des Messgases verbunden, sowie durch in der dem Fenster gegenüberliegenden Bodenfläche des Reaktionsraums mündende Bohrungen zur Ableitung des Gasgemischs. Bei dieser Ausbildung des Reaktionsraums und der Gas zur und -ableitungen ist eine für den Ablauf der Chemilumineszenzreaktion genügende Verweilzeit der Reaktionsp2rt- ner gesichert. Besteht das erforderlichenfalls gleichzeitig als Strahlungsfilter dienende Fenster aus ozonempfindlichem Werkstoff, ist es ohne weiteres möglich, die Gasbeschickung de Reaktionskammer umzukehren, d. h. dem ersten Ringkanal, aus dem das Fenster bespült wird, Messgas und den zweiten Ringkanal das ozonhaltige Reaktionsgas zuzuführen. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind dem in der Figur dargestellten und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel in Verbindung mit den Unteransp-ü- chen zu entnehmen. Die im Schnitt dargestellte Reaktionskammer besteht im wesentlichen aus drei Teilen, nämlich einem zylindri- schen Kernteil 1, einem diesen umgebenden Mantelteil 2 wnd-einem zwischen diesen beiden Teilen angeordneten Zwischenteil 3, dessen Funktion später erläutert wird. In seiner oberen Stirnfläche weist der Kernteil 1 eine den Reaktionsraum 4 bildende, nach oben offene Ausnehmung oder-Vertiefung auf. Er wird abgeschlossen durch das Fenster 5 in Form einer an ihrem Rand im Mantelteil 2 gefassten Scheibe aus strahlungsdurchlässigem und ozonbeständigem Werkstoff, erforderlichenfalls mit optischen Filtereigenschaften. Die Innenwände des in dem aus V4A-Stahl hergestellten Kernteil 1 befindlichen Reaktionsraums 4 sind durch Auf bringen oder Erzeugen einer korrosionsbeständigen, reflexionsarmen Schicht "künstlich gealtert. Dies kann beispielsweise durch Behandlung mit eisencarbonylhaltigem Gas und Ozon geschehen. Zur möglichst gleichmässigen Einleitung des NO-haltigen Messgases NO und des ozonhaltigen Reaktionsgases 03 in den Reaktionsraum 4 dienen diesen umgebende Ringkanäle, nämlich ein erster Ringkanal 6 im Mantelteil 2 und ein zweiter Ringkanal 7 im Kernteil 1. Der erste Ringkanal 6 ist in die innere Mantelfläche des Kernteils 1 in der Nähe des das Fenster 5 haltenden Randes eingearbeitet und mit einer Zuleitung 8 für das Reaktionsgas 03 verbunden. Von dem ersten Ringspalt 6 gehen eine Reihe von zur Reaktionskammermittelachse a-a' parallelen, gleichmässig über den Umfang verteilte Bohrungen 9 aus, die in der Randfläche des Mantelteils 2 unter halb des Fensters 5 münden. Anstelle der vom ersten Ringkanal 6 ausgehenden Bohrungen 9 kann auch ein enger Ringspalt treten, der parallel und koaxial zur Achse a-a' verläuft und in der Randfläche des Mantelteils 2 unterhalb des Fensters 5 mündet. Der zweite Ringkanal 7 ist in der äusseren Mantelfläche des Kernteils 1 eingearbeitet und mit einer Zuleitungsbohrung 10 für das Messgas NO verbunden. Zur Abdeckung der Ringkanäle 6 und 7 sowie zur Abdichtung dient das bereits erwähnte Zwischenteil 3, das aus elastischem Werkstoff bestehen kann. Die drei Teile 1, 2 und 3 werden durch hier nicht dargestellte Schraubverbindungen oder dergleichen gegeneinander verspannt. Die unter dem Fenster 5 liegenden Randflächen des Kernteils 1, des Mantelteils 2 und des Zwischenteils 3 liegen in einer Ebene parallel und mit geringem Abstand zur Fensterinnenfläche, so dass ein Ringspalt 11 gebil det wird, durch welchen das Reaktionsgas aus dem ersten Ringkanal 6 über die Bohrungen 9 in den Reaktionsraum 4 strömt. Dadurch wird vor der Fensterinnenfläche ein Gasvorhang gebildet, der es praktisch ausschliesst, dass niederschlagsbildende Reaktionsprodukte, die bei der Chemilumineszenzreaktion entstehen, an das Fenster gelangen. Das an dieser Reaktion beteiligte Messgas wird aus dem zweiten Ringkanal 7 durch über den Umfang verteilte Bohrungen 12 auf etwa halber Wandhöhe dem Reaktionsraum 4 zugeführt. Zur Ableitung des Gasgemischs dienen Bohrun- gen 13, die in der dem Fenster 5 gegenüberliegenden Bodenfläche des Reaktionsraums 4 münden. Zur besseren Durchmischung der Gase und zu einer eventuell nötigen Erhöhung der Verweilzeit kann noch vor den Bohrungen 13 ein Strömungsleitblech 14 angeordnet werden. Bei einer sonst gleichartigen und daher hier nicht gesondert dargestellten Ausführungsform besteht auch der Zwischenteil 3 wie der Mantelteil 2 aus V4A-Stahl, alle drei Teile sind miteinander verschweisst, so dass die Abdichtung der Ringkanälc gewährlestet ist. Das Fenster 5 wird in einer eigenen Fassung unter Zwischenlage einer Randdichtung mit dem zur Bildung des Ringspalts 11 nötigen Abstand auf die vereinigten Teile aufgesetzt. Die Ausströmbohrungen 9 sind dabei durch einen ringförmigen Schlitz ersetzt.

Claims: Patentanspruche 1. Reaktionskammer eines Chemilumineszenzanalysators mit einem den Reaktionsraum stirnseitig abschliessenden Fenster aus strahlendurchlässigem Werkstoff und mit Einleitungen für das NO-haltige Messgas und das ozonhaltige Reaktionsgas sowie Ableitungen für das Gasgemisch, d a d u r c h g e k e n n z e i h n e t , dass die Innenwände des Reaktionsraums (4) einen geringen Reflexionsgrad für die Lumineszenzstrahlung aufweisen und dass die Einleitung des Reaktionsgases (03) oder des Messgases (NO) so ausgebildet ist, dass es die Innenfläche des Fensters gespült, bevor es mit dem in der Tiefe des Reaktionsraums eingeleiteten Messgas (NO) oder Reaktionsgas (03) reagiert. 2. Reaktionskammer nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen mit einer Zuleitung (8) für das Reaktionsgas (03) versehenen, unter dem Rand des Fensters (5) verlaufenden ersten Ringkanal (6) mit Öffnungen (11) zur radialen und zur Innenfläche des Fensters parallelen Einleitung des Reaktionsgases (03) in den Reaktionsraum (4), einen mit einer Zuleitung (10) für das Messgas (NO) versehenen zweiten Ringkanal (7) in der Wand des Reaktionsraums (4), mit diesem über eine Reihe von Öffnungen (12) verbunden, in der dem Fenster (5) gegenüberliegenden Bodenfläche des Reaktionsraums (4) mündende Bohrungen (13) zur Ableitung des Gasgemischs. 3. Reaktionskammer nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Reaktionskammer aus drei Teilen aufgebaut ist: a) ein zylindrischer, den Reaktionsraum (4) in Form einer ausnehmung enthaltender Kernteil (1), in des sen äusserer Mantelfläche der mit einer Zuleitungs bohrung (10) für das Messgas (NO) verbundene zweite Ringkanal (7) eingearbeitet ist, von dem aus radial gerichtete, über den Umfang verteilte Bohrungen (12) in eta halber Handhöhe in den Reaktionsraum (4) mün den; b) ein den Kernteil (1) umgebender Mantelteil (2) mit dem Fenster (5) sowie mit dem in seine innere Mantelfläche in der Nähe des das Fenster (5) hal tenden Randes eingearbeiteten, mit einer Zulei tung (8) für das Reaktionsgas (03) verbundenen ersten Ringkanal (6), von dem aus eine Reihe von über den Umfang verteilten Bohrungen (9) achs parallel in der Randfläche münden; c) ein als Dichtungsmittel und zur Abdeckung der Ring kanäle (6, 7) zwischen der äusseren Mantelfläche des Kernteils (1) und der inneren Mantelfläche des Mantelteils (2) angeordneter Zwischenteil (3); und dass die unter dem Fenster (5) liegenden Randflächen aller drei Teile (1, 2, 3) in einer Ebene parallel und mit geringem Abstand zur Fensterinnenfläche, einen Ringspalt (11) bildend, angeordnet sind. 4. Reaktionskammer nach Anspruch 3 b), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass statt der Reihe von Bohrungen (9) ean achsparalleler enger Ringspalt von dem ersten Ringkanal (6) ausgehend in der Randfläche des Mantelteils (2) mündet. 5. Reaktionskammer nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem ersten Ringkanal (6) Messgas (NO) und dem zweiten Ringkanal (7) Reaktionsgas (03) zugeführt ist.

Inventors: AIDAM, ECKHARD, ING.-GRAD.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1980
Main classification: G01N21
IPC codes: G01N21