Емисионен мониторинг на NOx, SO2, CО и O2 в изходящи димни газове

Защитата на околната среда и здравето на човека са основна грижа на Европейския съюз. Освен установяването на различни директиви (WID, LCPD IPPC) за индустрията, критериите за производителност и процедурите за проверка на системите за автоматично измерване са посочени в EN15267-3. Системата Siemens Set CEM CERT е сертифицирана от TUEV Sued в Германия за това, че изпълнява тези изисквания. Модулната система Siemens Set CEM CERT се използва за непрекъснато измерване на NOx, SO2, CО и O2 в изходящи димни газове.

Методики за измерване
Повишените изисквания на Европейската комисия поставят и високи експлоатационни характеристики към СЕМ (Системи за непрекъснат емисионен мониторинг). Граничните стойности на емисиите (ELV) стават все по-ниски и поради това експлоатационните характеристики на измервателното оборудване стават все по-важни.

СЕМ могат да бъдат разделени на две категории: с извличане на проба или с измерване на място. Set CEM CERT (фиг. 1) се основава на т. нар. технология на студено извличане. Подгрята сонда с филтър непрекъснато извлича проба, след което по подгрята линия се предава пробата към компресорен охладител, където се отстранява влагата.

След това изсушеният газ може да бъде измерен от специализирани анализатори. Едно от предимствата на технологията на ""студено извличане"" е, че не е необходимо измерване на влагосъдържанието, тъй като измерването вече се базира на суха основа, както се посочва в съответните директиви. Компонентите NO, SO2 и CO се определят от недиспергиращ инфрачервен (NDIR) анализатор (ULTRAMAT 23).

За по-ниски гранични стойности на емисиите може да се избере като алтернатива например недиспергиращ ултравиолетов (NDUV) анализатор (SIPROCESS UV600). Поради факта, че емитираните газове трябва да бъдат нормализирани спрямо определено кислородно ниво, се изисква и измерване на кислорода, което се предлага с парамагнитна или електрохимична клетка, поставена в ULTRAMAT 23.

При Set CEM CERT трябва да се проведат много изпитателни процедури по време на процеса на сертификация - както в лаборатория, така и при реални технологични условия на място. Изпитателните процедури включват проверка на параметри като функция калибриране, време на реагиране, линейност, интервал между техническите поддръжки, изместване на нулата и обхвата на измерване, повторяемост, ефективност на преобразувателя за NO, разход на пробата, влияние на вибрации и, може би най-важното, влиянието на определени смущаващи компоненти. От резултатите от лабораторните и полевите изпитания е изчислена и регистрирана в сертификата по EN 15267-3 общата неопределеност.

Преди и по време на процеса на закупуване на Set CEM CERT от крайния потребител се изисква да уточни и предаде данните и информацията, изисквани от EN 14181, за да се осигури качеството на СЕМ. Процесът на осигуряване на качеството е класифициран в три различни нива по осигуряване на качеството (QAL): QAL 1, QAL 2 и QAL 3. В допълнение към стъпката QAL-3 трябва да се проведе годишно контролно изпитване.

Уникални характеристики на системата
По време на полевите изпитания на Set CEM CERT в съответствие с EN 15267 трябва да се изследва влиянието на всеки компонент като цяло. Например трябва да се вземе предвид, че SO2 (серен диоксид), който се образува, когато сярата в горивото реагира с кислород, е силно разтворим във вода. Благодарение на охлаждането на влажния газ до точката на оросяване +5 °C, влагосъдържанието в димните газове образува кондензат, който след това може да бъде отстранен посредством перисталтични помпи.

Ако не се вземе тази предпазна мярка, се получава значителна загуба на SO2 поради разтворимостта му във водния кондензат при ниски концентрационни нива. Set CEM CERT предлага решение за предотвратяване на тази загуба на SO2. Един подкислителен модул осигурява достатъчно киселинна среда вътре в топлообменниците на охладителя, за да се замести водният кондензат със слаба киселина. Благодарение на киселинната среда разтворимостта на газовете в киселини и вода се минимизира до незначителна степен.

Много подходяща киселина за тази цел е разредена орто-фосфорна киселина (H3PO4), която се впръсква преди първичния охладител посредством перисталтична помпа. Всичкият разтвор на разредена орто-фосфорна киселина, смесена с кондензат, се отстранява в долната част на охладителя посредством друга перисталтична помпа.

Подкислителният модул (фиг. 2) се препоръчва, когато се измерват концентрации на SO2 или NO2, които имат подобно на SO2 поведение в обхвати под 0-150 mg/m3. Поради това Set CEM CERT може да се използва като одобрена по EN 15267 система за мониторинг на емисии в случаи, където трябва да се измерват ниски концентрации на SO2, например при приложения за газови турбини.

Друго важно предимство на Set CEM CERT е голямото разнообразие от различни измервателни диапазони, които са изпитани и одобрени. В случай на SO2, най-широкият диапазон, който може да се използва, е 0-7000 mg/m3. Освен това модулната система използва сертифицирани компоненти за пробоподготвка от водещи европейски производители, осигурявайки по този начин необходимост от разумно количество резервни части на склад.

В Set CEM CERT може да се конфигурират до два отделни анализатора с различни измервателни диапазони, с варианти за монтаж както на закрито, така и на открито. Когато се използват електрически нагреватели или климатизатори, диапазонът на приложимите околни температури може да бъде съобразен в съответствие с локалните изисквания.

Основни приложения
Set CEM CERT може да се използва за разнообразни приложения като:
• електроцентрали, работещи на твърдо, газообразно или течно гориво
• циментови заводи и пещи за изпичане на варовик
• заводи за производство и обработка на стомана и алуминий
• пещи за топене на стъкло.

Модулното измервателно оборудване е съставено от сонда за вземане на проби, подгрята линия за газови проби, двустъпален охладител, помпа за газ и многокомпонентните анализатори - ULTRAMAT 23 и SIPROCESS UV600. Пътят на газа се разделя на две след газовия охладител за проби.

Така всеки анализатор се захранва с газова проба поотделно. Това дава предимство за техническата поддръжка - всеки анализатор може да бъде обслужван отделно, без това да засяга другия. Газовите охладители имат сигнализация по влага в случай на неизправна работа.

За допълнителна сигурност всеки анализатор е защитен и с кондензационна бариера, която спира газовия поток в случай на неизправна работа. Това гарантира оптимална защита на ""сърцето"" на Set CEM CERT – газовите анализатори.

Чрез 3/2-пътен електромагнитен клапан, монтиран между първото и второто охладително стъпало, е осигурено полуавтоматично калибриране с калибровъчни газове за нулата и горната границата на измерване. Този електромагнитен клапан може да бъде използван и за целите на AUTOCAL калибриране на ULTRAMAT 23.