Nagy teljesítményű tüzelőberendezések emisszió vizsgálata március 22. Előadó: Engel György

Átírás

1 Nagy teljesítményű tüzelőberendezések emisszió vizsgálata március 22. Előadó: Engel György

2 Program A Testo cég bemutatása Méréstechnikai ismeretek A Testo füstgázelemzők evolúciója Füstgázelemző műszerek bemutatása További mérési lehetőségek 2/42

3 A Testo bemutatása A Testo AG, mint minőséget képviselő német cég több, mint 50 éves tapasztalattal rendelkezik a mérőműszer gyártás területén. Az anyacég központja Németországban a fekete erdő szívében Lenzkirch-ben található. Legújabb központját a Titisee mellett nyitotta 2012-ben. Információk a Testo-ról: - Alapítva 1957-ben Lenzkirch-ben alkalmazott világszerte (2012) millió forgalom (2011) - Minden évben a Testo AG a teljes nyereségének kb. 10 %-át visszaforgatja a kutatás/fejlesztésbe - A Testo Kft. 20 éve leányvállalatként a termékek forgalmazásával, szervizelésével és kalibrálásával foglalkozik 3/42

4 Miért van szükség füstgázelemző műszerre? Energia felhasználás felügyelete Alacsonyabb károsanyag kibocsájtás On-line monitoring Automatizált folyamatok ellenőrzése Felkészülés a környezetvédelmi ellenőrzésre 4/42

5 Az égés folyamata Széndioxid Szénmonoxid Kéndioxid Maradék-O 2 Nitrogénoxidok Vízgőz Levegő Oxigén Vízgőz Nitrogén Tüzelőanyagból Hamu Tüzelőanyag Szén Hidrogén Kén Oxigén Nitrogén Víz 5/42

6 Tüzelőanyagok Szilárd Fa, szén Folyékony Fűtőolaj Gáz Földgáz, PB gáz 6/42

7 Tüzeléstechnikai jellemzők Szilárd tüzelőanyagok: Fa / koksz: O2 hiv: 13% CO2 max. 20,3% Barnaszén: O2 hiv: 8% CO2 max. 19,8% Brikett: O2 hiv: 8% CO2 max. 18,9% 7/42

8 Tüzeléstechnikai jellemzők Folyékony tüzelőanyagok: Fűtőolaj könnyű: O2 hiv: 3% CO2 max. 15,4% Fűtőolaj nehéz: O2 hiv: 3% CO2 max. 15,9% 8/42

9 Tüzeléstechnikai jellemzők Gáz halmazállapotú tüzelőanyagok: Földgáz: O2 hiv: 3% CO2 max. 12% PB gáz: O2 hiv: 3% CO2 max. 13,7% 9/42

10 Mérések, számítások A mérés célja: A távozó füstgáz összetételének elemzésével a tüzelőberendezés működése optimalizálható. 10/42

11 Mérések, számítások Mért paraméterek: Maradék oxigén szint CO Füstgáz hőmérséklet Égéslevegő hőmérséklet Kéményhuzat Hálózati gáznyomás Égőnyomás 11/42

12 Mérések, számítások Számított paraméterek: CO2 Tüzeléstechnikai hatásfok ή Füstgázveszteség qa Légfelesleg λ CO hig 12/42

13 Mérések, számítások Számítási képletek: Hatásfok: ή = 100-qA Füstgázveszteség: qa = AT-VT x Széndioxid: CO2= A2 21-O2 CO2max x(21-o2) 21 Légfelesleg: = CO2max CO2 +B Légmennyiség: L = λ x Lmin CO hígitatlan: COhíg.= CO x L: tényleges légmennyiség; : légfelesleg; L min : elméletileg szükséges levegőszükséglet; CO 2max : max. CO 2 értét (tüzelőanyagfüggő); CO 2 : számított CO 2 - érték a füstgázban; CO: mért CO érték; qa: füstgázveszteség; A 2, B: tüzelőanyagfüggő állandók (faktorok) 13/42

14 Mértékegységek ppm (rész per millió) A ppm mértékegység egy arányszám, ugyanúgy mint a %. A ppm jelentése néhány részecske az egy millió részből. A ppm mértékegység független a nyomástól és a hőmérséklettől. Alacsony koncentrációnál használjuk. Nagyobb koncentrációt %-ban fejezünk ki ppm = 1 % 1000 ppm = 0,1% 100 ppm = 0,01 % 10 ppm = 0,001 % 1 ppm = 0,0001 % 14/42

15 Mértékegységek 1 ppm = 1 az 1 millió részből = 1 cm³ / m³ ppm = 1 Vol.-% = 10 dm³/m³ 1 m³ = 1millió. kocka à 1 cm³ 1 ppm 15/42

16 Mértékegységek mg/nm³ (milligramm per normköbméter) A mg/nm 3 mértékegységnél az egy köbméterre vonatkoztatott károsanyag tömegét adjuk meg mg-ban. Mivel ez a mértékegység nyomás- és hőmérsékletfüggő, a normál körülmények térfogatára (O o C, 1013 mbar) vonatkoztatunk. Az oxigén arányának függvényében változnak a füstgáz térfogatarányai. A mért adatokat ezért egy meghatározott oxigéntérfogatra, a hivatkozott oxigénvolumenre (O 2 -hiv) át kell számolni. 16/42

17 A füstgáz alkotóelemei N 2 CO 2 O 2 CO No x Nitrogén (N 2 ) A nitrogén egy szintelen-, szagtalan és íztelen gáz, amely az égésben nem vesz részt, ballasztként cipeljük és kisérő gázként melegíti a kéményt. Típikus értékei a füstgázban: Olaj/gáztüzelésnél: > 70% 17/42

18 A füstgáz alkotóelemei N 2 CO 2 O 2 CO NO x Széndioxid (CO2) A széndioxid egy szintelen és szagtalan gáz enyhén savas ízzel. A füstgáz CO2-tartalmából határozhatjuk meg a tüzelés minőségét. - Alacsony légfeleslegnél (teljes égés) az aránylag magas CO2-tartalom jelzi, hogy a füstgázveszteség a legkisebb. 18/42

19 A füstgáz alkotóelemei Oxigén (O 2 ) N 2 CO 2 O 2 CO NO x A levegőben oldott oxigén (O 2 ) egyesül a tüzelőanyagban található hidrogénnel (H 2 ) és ebből részben víz (H 2 O) képződik. A füstgáz hőmérsékletétől függően ez a víz füstgáz nedvesség-tartalomként, vagy kondenzátként jelenik meg. A maradék gáz állapotú oxigénrész a tüzelés hatás-fokának a mértéke és a füstgázveszteség, valamint a széndioxid (CO 2 ) kiszámításá-hoz használjuk. Tipikus értékei a füstgázban: Olajtüzelésnél: 2%-5% Gáztüzelésnél: 2%-6% 19/42

20 A füstgáz alkotóelemei N 2 CO 2 O 2 CO NO x Szénmonoxid (CO) Szénmonoxid CO a nem teljesen elégett szénből (karbon) keletkezik. Az emberre nagyon veszélyes, mert erősen mérgező, viszont láthatatlan és szagtalan gáz. Keletkezésének okai: - léghiány - túl magas légfelesleg - a láng túl korai lehülése 20/42

21 A füstgáz alkotóelemei N 2 CO 2 O 2 CO NO x A füstgázban megjelenő NO2- és NO gázokat nitrogénoxidoknak nevezzük. (NOx) Nitrogénoxidok minden olyan tüzelés során keletkeznek, ahol fosszilis (kövült) anyagok elégetésére kerül sor. Magas hőmérsékleten a levegőben és a tüzelőanyagban található nitrogén az oxigénnel nitrogéndioxidot képez, Tüdőméreg! 21/42

22 A füstgázelemző műszer felépítése 22/42

23 O 2 -mérőcella felépítése katód friss levegő O 2 n O 2 -molekulák a membránon keresztül a katódra jutnak n kémiai reakció: OH - -ionok keletkeznek n ionok a vizes elektroliten keresztül az anódra vándorolnak n ionvándorlás O 2 -koncentrációval arányos áramot gerjeszt a külső áramkörben n feszültségesést mérünk az ellenálláson n hőmérsékletszenzor kompenzálja a hőmérsékleti hatásokat n élettartam: kb. 3 év hőmérsékletszenzor (NTC) OH - OH - OH - OH - OH - OH - OH - OH - OH - OH - OH - anód vizes elektrolit + külső áramkör 23/42

24 Toxikus szenzorok füstgáz (pl. CO) n CO-molekulák a membránon keresztül a munkaelektródra jutnak n kémiai reakció H + -ionok keletkeznek n ionok ellenelektródra vándorolnak n második kémiai reakció friss levegőből származó O 2 -vel áram folyik a külső áramkörben n élettartam: kb. 2 év + vizes elektrolit gázáteresztő membrán H + gázáteresztő membrán munka elektróda referencia elektróda ellen elektróda friss levegő 24/42

25 Testo füstgázelemzők evolúciója Folyamatos fejlesztés, megújulás 2012 Új testo 350 ipari füstgázelemző 2011 testo 340 ipari füstgázelemző 2010 testo LL grafikus kijelzővel 2005 testo 335 ipari füstgázelemző műszer 2004 testo 330 füstgázelemző műszer 2000 testo 350-XL ipari füstgázelemző 1997 testo 300-M/XL ipari füstgázelemző 1985 testo a mai napig találkozunk működő darabokkal kalibrálás alkalmával 25/42

26 Testo 350 füstgázelemző műszer Beépített gázelőkészítő (Peltier elem) Lehetővé teszi a nagy pontosságú mérést magas hőmérsékletű füstgáz esetén mivel mindig a száraz és lehűtött füstgáz kerül a mérőcellákra. (A füstgáz magas nedvességtartama és hőmérséklete befolyásolná a mérési pontosságot) Folyamatos mérések > 2 óra. mérési idő CO2 mérés IR mérőcellával Kondenzátum leválasztás a folyamatos mérések érdekében Valamennyi mérőcella 2 / 5 /10 / 20 / 40x-es higítása 26/42

27 Testo 350 füstgázelemző műszer O2; CO(H2); CO2IR; NO; NO2; SO2; CxHy 27/42

28 Testo 350 füstgázelemző műszer Füstgáz Füstgáz+m/s Füstgáz+ p Program Füstgáz Füstgáz+m/s Füstgáz+ p Program Füstgáz Füstgáz+m/s Füstgáz+ p Program Füstgáz katalizátor előtt/után (két db analizátor box szükséges) 28/42

29 Testo 350 füstgázelemző műszer 29/42

30 Testo 350 füstgázelemző műszer Nagy rendszerek esetén a mintavételi és beállítási hely közötti távolság könnyen áthidalható a különálló kezelőegység és az analizátor közötti Bluetooth kapcsolat révén 30/42

31 Testo 350 füstgázelemző műszer 31/42

32 Testo 350 füstgázelemző műszer Alkalmazási példák 32/42

33 Testo 350 füstgázelemző műszer Cementgyártás (Holcim) 33/42

34 Testo 350 füstgázelemző műszer Erőművi alkalmazás, folyamatos mérés 34/42

35 Testo 340 füstgázelemző műszer Új 3 mérőcella szabadon választható (egy második mérőcella szükséges a működéshez) Csatl. 1 Csatl. 2 Csatl. 3 Csatl. 4 CO NO CO O 2 mérőcella sztenderd Egy cella 5x hígítás CO low NO low CO low NO NO 2 SO 2 NO low NO 2 SO 2 Opció: minden mérőcella 2x-es higítása 35/42

36 Testo 340 füstgázelemző műszer testo 340 testo 350 Mérőcella hely max. 4 mérőcella Max. 6 mérőcella H 2 S, CO 2, HC-mérőcella nem Igen, opció Nyomás- / áramlásmérés Gázelőkészítő (peltier elem) Higítás (méréstartomány bővítés) Különálló kezelő egység + analizátor box Hosszú idejű mérések igen nem - Egy cella 5x-ös higítása: CO, CO low, NO, NO low vagy SO 2 - Opció: minden mérőcella 2x-es higítása nem max. 2 óra (kondenz csapdát ellenőrizni) igen igen CO cella 2x;5x;10x;20x;40x-es higítása (opció), Opció: Minden mérőcella 5x-ös higítása Igen Több napig (spec. szivattyúval) 36/42

37 Testo 340 füstgázelemző műszer Mérőcellák hígítása friss levegővel Egy mérőcella hígítása: - 2. mérőcella hely 5x- hígítása CO, CO low, NO, NO low vagy SO 2 Opció: Minden mérőcella hígítása - méréstartomány bővítése (2x) Előny: A mérés nem áll le magas koncentráció esetén sem. A mérőcella nincs kitéve nagyobb igénybevételnek, mint alacsony koncentráció esetén, így az élettartama optimális marad. 37/42

38 Testo 340 füstgázelemző műszer Folyamatos mérés max. 2 óra A testo 340-es műszer menüjéből 5 db felhasználó által definiált mérési program választható. Folyamatos mérés max. 2 óra hosszan lehetséges. Bluetooth vagy USB kapcsolaton keresztül online mérésre van lehetőség az easyemission szoftver segítségével. Diff. nyomás egyidejű mérése A füstgáz és az áramlási sebesség egyidejű mérése lehetővé teszi a tömegáram számítást. Különböző mérési pontok a rendszeren Hálózatfüggetlen működés: Akku üzemidő több, mint 6 óra Rugalmasan választható mérőcellák. O2 mérőcella sztenderd. További 3 db mérőcella szabadon választható: CO, CO low, NO, NO low, NO 2 & SO 2 38/42

39 Testo 340 füstgázelemző műszer Alkalmazási mátrix Földgáz motorok Hulladékégető Dizel motorok Kőszén kazán Földgáz égők NO- mérés Igen Igen Igen Igen Igen NO 2 - mérés Igen, max. 2 óra Kijelzett érték túl alacsony, de az NOx érték helyes Igen Igen Igen, max. 2 óra NOx (NO + NO 2 ) - mérés Igen Igen Igen Igen Igen SO2- mérés --- Igen, de csak, ha NO2 is Nem alkalmazható Igen /42

40 Mérés 40/42

41 EasyEmission szoftver 41/42

42 Szünet 42/42