Přístroj na měření emisí: Princip fungování

Udržitelná ochrana životního prostředí závisí na detekci a přesném měření emisí prachu a částic. Důvodem je skutečnost, že prachové částice, zejména z průmyslových podniků, mají významný dopad na lidi a přírodní oblasti. Stále důležitější je také monitorování částic v ovzduší v místnostech.

Náš vyhledávač produktů vám pomůže vyhledat vhodné měřicí přístroje, software nebo systémové komponenty pomocí charakteristik produktu. Se svým rozsáhlým portfoliem výrobků pro malé i velké měřicí rozsahy a průměry plynových kanálů nabízíme vhodná řešení i pro náročné měřicí úlohy, jako je měření prachu ve vlhkých plynech. K dispozici jsou samozřejmě také přístroje s testováním vhodnosti a přístroje s automatickým testováním nulového a referenčního bodu.

Měření prachu a principy měření

V závislosti na okrajových podmínkách může být pro zjišťování koncentrace prachu vhodnější měření rozptýleného světla nebo transmitance.

Princip měření transmitance

U principu měření transmitance je měření založeno na zeslabení světelného paprsku absorpcí světla částicemi. Technologie měření propustnosti zjišťuje útlum světla prachovými částicemi. Transmitanční přístroje pro měření prachu jsou vhodné pro střední až vysoké koncentrace prachu a velké průměry plynových kanálů. Oblastmi použití jsou monitorování emisí a procesů a monitorování vzduchu v místnostech.

Měřicí zařízení měří v celém průměru plynového potrubí, což částečně kompenzuje nehomogenity v rozložení částic. To vede k velmi reprezentativním výsledkům měření. Přístroje nevystupují do plynového potrubí, a proto nepřicházejí do přímého kontaktu s agresivními procesními plyny. Volitelná funkce korekce znečištění kompenzuje postupné znečištění optických ploch.

Čtěte také: Přístroj na měření emisí

Princip měření rozptýleného světla

Při měření rozptýleného světla je vyzařované světlo rozptýleno částicemi ve směsi plynů a detekováno citlivým přijímačem. Princip rozptýleného světla je díky své vysoké citlivosti vhodný zejména pro nízké koncentrace prachu, dokonce i pod 1 mg/m3. V závislosti na specifických požadavcích systému a vlastnostech částic lze použít buď přímý, nebo zpětný rozptyl. Oba principy měření poskytují stabilní a opakovatelné výsledky měření bez ohledu na rychlost proudění plynu, vlhkost nebo náboje prachových částic.

U principu měření rozptýleného světla jsou na výběr dvě možnosti:

• Při zpětném rozptylu se měří světlo odražené od částic.
• Při přímém rozptylu slouží jako měřená veličina záření rozptýlené lomem nebo difrakcí v přímém směru dopadajícího světla.

Chemiluminiscence (CLD) pro měření NOx

Chemiluminiscence (CLD) se používá pro měření NOx - referenční metoda. Naměřené výsledky jsou zobrazovány na LCD displeji.

Odběr vzorků a kontinuální měření

Odpadní plyny jsou automaticky odebrané odběrovou sondou s hubicí a s filtrem, který je umístěn uvnitř potrubí, při stejné rychlosti jakou proudí odpadní plyn potrubím (izokinetické podmínky). Toto nastavení probíhá automaticky bez zásahu operátora, čímž je zabezpečena podmínka odběru reprezentativního vzorku plynu s reprezentativní koncentrací prachu. Plyn se potom vede silikonovou hadicí do chladícího zařízení, kde je odstraněna vodní pára ze vzorku. Dále se vzorek vede přes silikagelovou sušící věž, kde dojde k úplnému vysušení plynu. Hodnoty všech měřených veličin (O2, CO a NO) jsou jako průměr za každých 30 s ukládány do paměti analyzátoru.

Z proudu odpadního plynu, vystupujícího ze zařízení, je nerezovou sondou s vytápěnou filtrační hlavicí (keramický filtr pro odstranění pevných částic) a vytápěnou přívodní hadicí kontinuálně odebírán vzorek odpadního plynu. Po odstranění vlhkosti v chladničce plynu je odpadní plyn veden přes oddělovač aerosolu SO3 a konvertor NO2 - NO do vlastního analyzátoru.

Čtěte také: Princip měření emisí

Vzorek odpadního plynu je odebírán pomocí sondy a dopravován teflonovou hadicí, která je v případě nutnosti vyhřívaná, do jednotky, kde dochází k jeho spálení ve vodíko-kyslíkovém plameni. Vzniklý ionizační proud je měřen a dále zpracován.

Alternativní systémy měření emisí

Vzhledem ke stále přísnějším emisním limitům začíná být potřeba kontinuálního měření i u menších biomasových, plynových a kogeneračních jednotek. Provozovatel potřebuje detailně znát vliv provozních parametrů na vybrané emise tak, aby správně plnil limity při provozu a garančních měřeních. SVÚM, a.s. v roce 2019 úspěšně vyvinul modulární systém pro měření koncentrace vybraných látek (O2, NO, NO2, SO2, CO...). Hlavní motivací pro vývoj alternativního systému měření emisí spalin je značná poptávka po cenově dostupném řešení kontinuálního měření s dostatečnou přesností. Zejména provozovatelé menších kotlů a kogeneračních jednotek v současnosti nemají cenově dostupnou alternativu k systémům používaných u velkých zdrojů. Monitoring se omezuje na periodická jednorázová měření.

Metody měření

Existuje široká paleta různých metod měření jednotlivých složek ve spalinách:

• Spektroskopické metody (IR): princip je založen na absorpci záření určitých vlnových délek v infračervené oblasti. Tato metoda je velice přesná a univerzální (lze měřit najednou mnoho složek).
• Solid-state elektrochemické senzory NOx: tento typ čidel byl vyvinut pro automobilový průmysl. Čidla pracují na podobném principu jako známě lambda sondy. Jejich výhodou je montáž přímo do proudu horkých spalin i relativně příznivá cena.
• Elektrochemické senzory s kapalným elektrolytem: tyto senzory pracují na principu měření rychlosti (proudu) redox reakce zájmové složky v kapalném elektrolytu. Volbou elektrolytu a volbou vhodné selektivní membrány komunikující s prostředím lze dosáhnout vysoké selektivity na danou plynnou složku. Rovněž je dosahováno zajímavých přesností. Senzory jsou dostupné za nízké ceny pro mnoho měřených plynů v různých koncentracích. Nevýhodou těchto senzorů je jejich omezená životnost (uvádí se 2-3 roky).

Přístroje pro měření emisí

Přenosné analyzátory spalin jsou většinou vhodné pro rychlé stanovení koncentrací základních škodlivin ve spalinách (nastavení kvality spalování na již instalovaných zařízeních, kontroly spalovacích zařízení u podnikatelů …). Pracují na principu elektrochemických převodníků. Nevýhodou těchto zařízení je nedokonalá úprava vzorku spalin před jeho analýzou - malý nebo žádný filtr tuhých částic, nedostatečně vychlazený vzorek spalin (nedochází k odloučení vlhkosti ze vzorku), špatná kontrola množství odsávaného vzorku spalin. To vše přispívá k omezené životnosti elektrochemických článků (hlavně při měření spalin ze spalovacích zařízení na tuhá paliva), které je nutno pravidelně obměňovat. Přístroje je nutno zasílat cca 1krát ročně na servis, aby byla zaručena správná funkce. Výhodou těchto přístrojů je již zmiňovaná mobilita, nenáročnost na obsluhu, rychlé vyhodnocení měřených údajů a také relativně nízká cena (ve srovnání s kvalitnějšími analyzátory).

Na trhu jsou k dispozici komplexní přístroje, které umožňují měřit a vypočítávat i doplňující veličiny jako jsou teplota spalin, tah komína, teplota okolí, účinnost, atd. Přístroje mají rovněž možnost okamžitého tisku zjednodušeného protokolu. Přístroje jsou schopny analyzovat CO, CO2, O2, SO2, NO (většinou se jedná pouze o jednorozsahové přístroje). Cenová hladina těchto přístrojů je cca 10 až 30 tis.

Čtěte také: Bosch a emisní skandál

Stacionární analyzátory spalin jsou využívány na zkušebnách kotlů a při monitorování větších zdrojů znečištění (spalovny, teplárny, elektrárny…). Disponují kvalitní úpravou a dopravou vzorku spalin - chladnička vzorku, kyselinové a prachové filtry, hlídání průtoku vzorku. Základní složky spalin jsou měřeny na principu absorpce IR záření ve vzorku spalin (CO, CO2, NO, SO2). Koncentrace O2 ve spalinách je pak stanovena paramagnetickým principem. Výhodou je pak otevřenost celého systému, kdy není problém přidat moduly pro měření dalších složek spalin např. uhlovodíky (plamenoionizační princip měření), atd. Před měřením je možno analyzátory kalibrovat pomocí etalonových plynů. K analyzátorům je většinou připojené vytápěné vedení vzorku spalin a vytápěná odběrová sonda (keramický filtr pro odloučení prachu). Přístroje jsou náročnější na obsluhu. Cenově se tyto analyzátory pohybují v řádech stovek tisíc Kč až miliónu Kč.

Zatímco měření koncentrace plynných škodlivin je za dodržení určitých podmínek v podstatě bezproblémovou záležitostí, stanovení koncentrace prachu ve spalinách je složitější. Jedná se zejména o to, že v měřicím úseku za kotlem jsou podmínky pro reprezentativní stanovení prachu nevhodné. Je zde nízká rychlost spalin - 0,5 až 2,5 m/s (nemožnost dodržet izokinetické vzorkování spalin - rychlost odběru spalin do měřicí tratě by měla být shodná s rychlostí spalin v měřicím úseku), mohou zde být vysoké koncentrace prachu (což vede k častému ucpávání filtračního materiálu. To vše vede k chybám, jejichž velikost není možno většinou kvantifikovat. Proto je v současnosti ve stále větší míře přistupováno k měření koncentrace prachu za použití tzv. Spaliny vycházející ze spalovacího zařízení jsou za měřicím úsekem ředěny přisáváním okolního vzduchu a jsou vedeny k odběrovému místu.

Gravimetrická metoda stanovení koncentrace TZL

Gravimetrická metoda stanovení koncentrace TZL vychází z normy ISO 9096. Vzorek spalin je odebírán z komína a prochází přes vytápěný zachycovač. V něm je umístěn filtrační materiál (filtr ze skleněných vláken), na kterém se zachytí prachové částice. Vzorek spalin je dále veden do kondenzátoru, kde dochází ke kondenzaci vody obsažené ve spalinách. Následuje měřidlo odebraného množství spalin (v našem případě hmotnostní průtokoměr) a vývěva. Koncentrace TZL ve spalinách je pak dána hmotností zachyceného prachu na filtračním materiálu a množství odebraných spalin. Takto konstruovaná aparatura je poměrně velká a náročná na obsluhu, ale je schopná dosáhnout dobrých výsledků za odpovídajících podmínek. Výsledkem je průměrná koncentrace TZL za celou dobu spalovací zkoušky.

Opakem složité aparatury uvedené výše je např. kufříkový přenosný přístroj SM 96. Princip stanovení koncentrace TZL je stejný (gravimetrické stanovení), ale za cenu přijetí určitých kompromisů bylo dosaženo přijatelné velikosti přístroje a dostatečné jednoduchosti obsluhy. Přístroj je určen pro měření koncentrace TZL v měřicím úseku za spalovacím zařízením. Omezením je možnost měřit jen nižší koncentrace TZL ve spalinách (do 200 mg/m3N). Přístroj je konstruován na míru (způsob měření) nařízením platným v Rakousku a Německu (resp. nařízení jsou napsaná na míru tomuto přístroji), kde je i hojně využíván na zkušebnách, ale i kominíky při kontrolách spalovacích zařízení.

Kromě klasického gravimetrického způsobu stanovení koncentrace TZL ve spalinách z malých zdrojů znečišťování se nabízejí ještě další možnosti. Jedná se např. o optické prachoměry pracujícími na principu rozptylu laserového paprsku (testováno na VEC), záchyt TZL v elektroodlučovači, triboeletrické prachoměry, atd. Většinou se jedná o zařízení určená pro měření na větších zdrojích znečišťování. Před měřením je nutno je kalibrovat na konkrétní typ prachu pomocí gravimetrické metody a proto nejsou běžně využívány. Na zkušebně VEC je používán optický prachoměr SICK.

Limity škodlivin

Normy uvádějí základní limity škodlivin. Hlavní sledovanou škodlivinou je CO. U kotlů zkoušených podle normy ČSN EN 303-5 pak přibývá ještě prach a uhlovodíky (OGC nebo jinak TOC). V závislosti na tom, v jaké zemi bude spalovací zařízení provozováno (prodáváno) mohou být limity zpřísňovány (v mnoha státech se to děje). Snížené limity škodlivin jsou také požadovány různými dotačními tituly a také v případě, kdy má zařízení obdržet označení ekologicky šetrného výrobku (Blue angel, Flamme verte, DIN+…).

Současné limity platné v ČR pro teplovodní kotle jsou dle ČSN EN 303-5 následující:

Z tab. 1 je možno vidět, že v ČR lze zatím prodávat kotle, které jsou zastaralé, neekologické, ale stále ještě splňují alespoň emisní třídu 1. Jedná se zejména o kotle s prohořívacím a odhořívacím způsobem spalování. Současně jsou levné a proto je lidé kupují a topí v nich i palivy, které do nich rozhodně nepatří. Moderní automatické kotle jsou sice dražší, ale umožňují spalovat jen předepsaná paliva, a to za přijatelné produkce škodlivin. V současné době je připravovaná aktualizace normy, která úplně ruší třídy 1 a 2, dále zavádí nové třídy 4 a 5.

tags: #přístroj #na #měření #emisí #princip #fungování

Oblíbené příspěvky:

• Proces recyklace desek plošných spojů
• Charakteristika stálezelených dřevin
• Přeprava nebezpečných odpadů v ČR
• Továrna Nemak a životní prostředí
• Environmentální výchova ve výuce