DE10128632A1

DE10128632A1 - Langzeitprobennahmesystem

Info

Publication number: DE10128632A1
Application number: DE2001128632
Authority: DE
Inventors: Albert Merz; Bernhard Oser; Helmut Seifert; Reinhold Siegel; Guenther Zimmermann; Hubert Vogg
Original assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2003-01-02
Also published as: WO2002101361A1; JP2004530140A; EP1399725A1

Abstract

Langzeitprobenahmesystem zur kontinuierlichen Überwachung von Staub- und Schadstoffemissionen und zur Ermittlung der Staubemissionen in strömenden Medien unter isokinetischer Entnahme eines Teilgasstroms aus dem Hauptgasstrom eines Schadstoffemitters mittels einer Teilstromentnahmesonde (2) und mit Abscheiden der Stäube durch Kuchenfiltration auf einem Feinstfilter (18, 19) sowie von im Teilgasstrom gelösten flüchtigen, d. h. filtergängigen chemischen Inhaltstoffen in einer Adsorberstufe (23, 24). Aufgabe der Erfindung ist die Modifikation des Langzeitprogrammsystems, sodass neben der kontinuierlichen quantitativen Langzeitbeprobung von Stäuben in strömenden Medien zusätzlich die Möglichkeit geschaffen wird, flüchtige und damit filtergängige Inhaltsstoffe mit optimierter, d.h. sensiblerer Nachweisgrenze bei gleichzeitig reduziertem Messaufwand kontinuierlich quantitativ zu erfassen. Die Aufgabe wird gelöst, indem die Adsorberstufe (23, 24) dem Feinstfilter (18, 19) nachgeschaltet, während der kontinuierlichen Überwachung vom gesamten Teilgasstrom durchströmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Langzeitprobenahmesystem zur kontinuierlichen Überwachung von Staub- und Schadstoffemissionen und zur Ermittelung der Staubemission in strömenden Medien unter isokinetischer Entnahme eines Teilgasstroms aus dem Hauptgasstrom eines Schadstoffemitters, vorzugsweise einer industriellen Verbrennungsanlage, mittels einer Teilstromentnahmesonde mit Abscheiden der Stäube im Abgas durch Kuchenfiltration auf einem Filter und Abgreifen des bei der Durchströmung desselben verursachten Druckverlustes.
Der erforderliche Umfang von Emissionsdauerüberwachungen werden durch einschlägige nationale gesetzliche Vorschriften bestimmt. Beispielsweise schreibt die in Deutschland verbindliche 17. BImSchV (Bundes-Immission-Schutz-Verordnung) für eine lückenlose Überwachung von Rauchgas emittierende Anlagen auch taktweise zu wiederholenden Einzelmessungen vor, um relevante Staubinhaltsstoffe und filtergängige Schadstoffe, wie Schwermetalle oder organische Verbindungen nachzuweisen und zu belegen, mit Kenntnis der gleichfalls zu bestimmenden Abgasfeuchte.
Bekannte Verfahren zur Emissionsdauerüberwachung sind Absorptionsverfahren von Lichtwellen oder sonstigen Strahlungsquellen. Weiter ist bekannt, Staubfilter über ihren Druckverlust zu überwachen, indem bei einem Schwellwert davon ausgegangen wird, dass der Filter beladen ist und ausgewechselt werden muss. Erst danach lässt sich nachträglich die integrale Menge der auf dem Filter abgeschiedenen Partikel gravimetrisch bestimmen. Eine kontinuierliche Überwachung der abgeschiedenen Menge in vorgegebenen Zeitschritten lässt sich mit dieser Methode nicht erzielen.
Aus der DE 41 15 212 C2 ist ein Verfahren und ein dazugehöriges Langzeitprobenahmesystem zur kontinuierlichen Bestimmung von Staubgehalten in strömenden Medien unter isokinetischer Teilstromentnahme von Proben aus dem Hauptgasstrom eines Schadstoffemitters mittels einer Sonde und mit Abscheiden der Stäube durch Kuchenfiltration auf einem Filter bekannt. Eine isokinetische Teilstromentnahme aus einem Hauptgasstrom liegt vor, wenn der abzusaugende und zu messende Teilstrom exakt die gleiche Zusammensetzung bezüglich der Rauchgaszusammensetzung und der chemischen Bestandteile aufweist, wie der Hauptgasstrom (vgl. [1]). Dabei werden zum ständigen Aufrechterhalten der isokinetischen Teilstromentnahme-Bedingungen an der Teilstromentnahmesonde die folgenden Strömungsparameter gemessen:

- Der Gesamtdruck p_G,
- der statische Druck p_St,H des Hauptgasstromes,
- der statische Druck p_St,T des Teilgasstromes,
- die Systemtemperatur T,
- die Gasfeuchte, sowie
- über eine dem Filter nachgeschaltete Analyseeinheit, welche einen Teilstrom anzapft, die Gaszusammensetzung.

Aus diesen Strömungsparametern lassen sich die Dichte, die Viskosität η, der Volumenstrom sowie die Reynoldszahl Re des Teilgasstromes berechnen. Diese Strömungsdaten dienen der Regelung der isokinetischen Teilstromentnahme bei sich ändernden Strömungsbedingungen im Abgashauptstrom. Zur Bestimmung der Staubemission wird zunächst der Druckverlust im unbelegten Filter beim Start eines Abscheideprozesses gemessen. Während des Abscheideprozesses wird dann der momentane Druckverlust Δp_F im Filter unter ständigem Aufrechterhalten der isokinetischen Teilstromentnahme-Bedingungen stetig weiter gemessen, wobei laufend die Filterbelegung h = Δp_F/(η.v_F), v_F ist die Filtrationsgeschwindigkeit, berechnet wird. Die zeitliche Änderung der Filterbelegung Δh_i wird dann über die Beziehung Δh_i = h_i+1 - h_i dargestellt, wobei h_i die Filterbelegung zu einem Zeitpunkt t_i und h_i+1 die Filterbelegung zu einem weiteren Zeitpunkt t_i+1 ist. Über die Beziehung E_r = m/(h_Ende - h₀) (m = abgeschiedene Staubmenge) wird die Emissionskonstante E_r im Rahmen eines gesamten Probenahmezyklus zwischen h₀ und h_Ende empirisch bestimmt. Mit der gleichen Beziehung lässt sich dann bei einem filterspezifischen, d. h. praktisch unveränderlichen E_r bei bekannten Δh_i die in einem Zeitintervall zwischen t_i und t_i+1 abgeschiedenen Staubmenge Δm_i bestimmen, welche sich dann für eine Dokumentation einem im demselben Zeitintervall bestimmten Teilgasvolumen im Normzustand zuordnen lässt. Auf die formelmäßigen Zusammenhänge bei diesem Verfahren sei auf die einschlägige Literatur sowie Lehrbücher (z. B. [2]) für die Wärme- und Stoffübertragung verwiesen.
Bei dem Verfahren und dem mit diesem offengelegten Langzeitprobenahmesystem erfolgt jedoch die Abzweigung eines Unterteilstromes aus dem Teilstrom des vom Staub gereinigten Abgases für eine Analyse der im Abgas gelösten flüchtigen, d. h. filtergängigen chemischen Inhaltstoffe nach dem Filter und vor der Pumpe nicht nach isokinetischen Bedingungen.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Langzeitprobenahmesystem so zu modifizieren, dass neben der kontinuierlichen quantitativen Langzeitbeprobung von Stäuben in strömenden Medien zusätzlich die Möglichkeit geschaffen wird, flüchtige und damit filtergängige Inhaltsstoffe mit optimierter, d. h. sensiblerer Nachweisgrenze bei gleichzeitig reduziertem Messaufwand kontinuierlich quantitativ zu erfassen.

Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung die Merkmale vor, die im Patentanspruch 1 angeführt sind. Die weiteren Ansprüche geben bevorzugte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung an.

Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von Figuren einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Langzeitprobenahmesystems näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 das Langzeitprobenahmesystem in prinzipieller Darstellung, sowie
Fig. 2 die Teilstromentnahmesonde im Bereich der Sondenmündung.
Fig. 1 zeigt das Schema der dargestellten Ausführungsform des Langzeitprobenahmesystems zum kontinuierlichen Bestimmen von Staubgehalten, Gaszusammensetzung, Gasfeuchte sowie der im Abgas gelösten flüchtigen, d. h. filtergängigen chemischen Inhaltsstoffe in strömenden Medien unter isokinetischer Teilstromentnahmebedingungen.
In Fig. 1 ist der Abschnitt eines Abgaskanals 1 dargestellt, welcher im Rahmen einer zuvor beschriebenen Emissionsdauerüberwachungen der Rauchgasreinigungsstufe nachgeschaltet ist und in dem der Hauptgasstrom 3 des Abgases in der angegebenen Pfeilrichtung geleitet wird. Idealerweise ist dabei der gezeigte Abschnitt gerade verlaufend und vertikal ausgerichtet, der Querschnitt des Abgaskanals 1 rund sowie der Hauptgasstrom nach oben strömend. Die isokinetische Teilstromentnahme erfolgt in diesem Abschnitt mittels einer Teilstromentnahmesonde 2, dessen Sondenmündung 6 gemäß der VDI-Richtlinie 2066 im Strömungsprofil des Hauptgasstroms im Abgaskanal 1 gegen die Strömung ausgerichtet ist. Der für die Absaugung des Teilstroms erforderliche Unterdruck in der Saugleitung 4 wird über ein Sauggebläse 5 erzeugt. Die Strömungsdaten des Teilstromentnahmesonde 2, insbesondere die Strömungswiderstandsbeiwerte der Sondenmündung 6 im Hauptgasstrom, fließen dabei als Parameter in die Regelung der isokinetischen Teilstromentnahme mit ein. Sie werden im Rahmen separater Windkanalmessungen vorab bestimmt, wobei sie sich je nach Temperatur, Druckverhältnisse und Viskosität des Strömungsmediums ändern und bei der Steuerung des Sauggebläses 5 zu berücksichtigen sind.
Fig. 2 zeigt eine mögliche Gestaltung der Teilstromentnahmesonde 2 im Bereich der Sondenmündung 6. Für die Ermittlung der Regelparameter für die isokinetische Teilstromentnahme wird deutlich hinter der Sondenmündung der statische Druck p_St,H des Hauptgasstromes über mindestens eine radialen Außenöffnung 7 außen an der Teilstromentnahmesonde, der statische Druck p_St,T des Teilgasstromes über mindestens eine radialen Innenöffnung 8 in der Teilstromentnahmesonde sowie der Gesamtdruck p_G über drei Staurohre 9, welche die Druckwerte deutlich vor der Sondenmündungsöffnung abgreifen, im Hauptgasstrom abgegriffen und jeweils über eine in den Figuren nicht dargestellte Rohrleitung parallel zu der Saugleitung 4 zu je einem Druckmessgerät, welche sich in einem Gehäuse 10 am Ende der Saugleitung 4 außerhalb des Abgaskanals befinden, pneumatisch weitergeleitet und durch diese in elektrische Signale gewandelt. Ferner wird die Systemtemperatur T des Hauptgasstromes über ein Thermofühler 11, welcher ebenfalls die Messwerte deutlich vor der Sondenmündung abgreift, gemessen.
Die Systemtemperatur T sowie die drei zuvor genannten Systemdrücke p_St,H, p_St,T und p_G werden als vier elektrische Signale 12 parallel und zeitgleich einer Mess- und Regeleinheit 13 für die Steuerung des Sauggebläses 5 über eine Bedieneinheit 14 zugeführt.
Im Dauerbetrieb wird der über die Teilstromentnahmesonde 2 und mittels dem Sauggebläse 5 abgesaugte Teilgasstrom über eine Zuleitung 15, eine Ableitung 22 und zwei Mehrwegehähne 20 und 21 wechselseitig umschaltbar alternativ durch einen der beiden Filtergehäuse 16 und 17, in welchen die im Teilgasstrom enthaltenen Stäube und andere Feststoffpartikel fortlaufend auf den Feinstfiltern 18 und 19 aufgeschieden werden, geleitet. Als Feinstfilter eignen sich hierbei beispielsweise Teflonfilter.
Neu bei dem Langzeitprobenahmesystem sind die in den beiden Filtergehäusen 16 und 17 angeordneten und den Feinstfiltern 18 und 19 direkt nachgeschalteten Adsorberstufen 23 und 24. In diesen reichern sich die im Teilgasstrom gelösten flüchtigen, d. h. filtergängigen chemischen Inhaltsstoffe, beispielsweise Schwermetalle oder organische Schadstoffe, auf dem Absorbermaterial an, sodass sie nach Abschluss der Beprobung durch ein geeignetes Analyseverfahren quantifizierbar sind.
Mit der Durchleitung des gesamten Teilgasstrom durch die Adsorberstufen 23 oder 24 steht in vorteilhafter Weise auch der gesamte Anteil der im gesamten Teilgastrom gelösten flüchtigen Inhaltsstoffe für eine Analyse zu Verfügung. Auf diese Weise wird die Nachweisgrenze für einzelne Inhaltstoffe herabgesenkt, sodass die zu detektierenden Stoffe auch bei sehr geringen Konzentrationen erheblich besser erfassbar sind. Eine Abzweigung eines Unterteilgasstromes aus dem Teilgasstrom des vom Staub gereinigten Abgases auf der Höhe der Ableitung 22 für eine Schadstoffanalyse der im Abgas gelösten flüchtigen Inhaltstoffe, welcher gemäß des genannten Stands der Technik nicht nach isokinetischen Bedingungen erfolgt, ist damit nicht mehr erforderlich. Diese werden in den Adsorberstufen 23 oder 24 abgefangen oder können über die Ableitungen 31 oder 32 vor den Adsorberstufen einer eigenständigen Gasanalyse auch für die Erfassung von z. B. HCl, SO₂, NO_x, HF oder anderer Schadstoffe zugeführt werden.
Ferner benötigt die den Feinstfiltern 18 und 19 nachgeschalteten Adsorberstufen 23 und 24 im Gegensatz zu dem genannten Stand der Technik für eine kontinuierliche Beprobung keine eigenen Antriebs- oder Regelungseinheiten, was den bisher übliche Messaufwand erheblich reduziert. Damit ist das Langzeitprobenahmesystem ohne zusätzliche Messtechnik auch zur lückenlosen kontinuierlichen Langzeitbeprobung von flüchtigen Stoffen geeignet.
Üblicherweise sind auf der Adsorbenz (z. B. Polypropylen, Aktivkohle etc.) der Adsorberstufen 23 und 24 folgende Stoffe im Einzelnen nachweisbar:

- polybromierte bzw. polychlorierte Dibenz-p-dioxine
- polybromierte bzw. polychlorierte Dibenzofurane
- polychlorierte Biphenyle
- polychlorierte Benzole
- polychlorierte Phenole
- polychlorierte Naphtaline
- polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe
- flüchtige Schwermetalle, wie z. B. Hg und deren Verbindungen

Nach den Feinstfiltern 18 und 19 und den Adsorberstufen 23 und 24 ist in der Ableitung 22 eine Bypassleitung 25 geschaltet, über welcher konstant eine minimale Unterteilstrommenge angesaugt und direkt einer Analyseeinheit 26 zugeführt und von dort ins Freie geleitet wird. In der Analyseeinheit erfolgt die Bestimmung der Gaszusammensetzung insbesondere hinsichtlich CO₂, O₂ sowie der Gasfeuchte. Die dabei ermittelten Messwerte werden als elektrische Messwerte 27 der Mess- und Regeleinheit 13 zugeführt. Mit diesen und den an der Sondenmündung 6 der Teilstromentnahmesonde 2 ermittelten Systemtemperatur T und der drei Systemdrücken p_St,H, p_St,T und p_G sowie der durch die Feinstfilter 18 und 19 erzeugte und an diesen abgegriffenen Druckminderungen Δp (gemessen wird der Differenzdruck vor und hinter dem Feinstfilter 18 bzw. 19, der als elektrische Messsignale 28 der Mess- und Regeleinheit 13 zugeführt wird) werden die Dichte, die Viskosität η, der Volumenstrom sowie die Reynoldszahl Re des Teilgasstromes weiterverarbeitet und in einem weiteren Schritt zur Regelung der isokinetischen Teilstromentnahme bei sich ändernden Strömungsbedingungen im Hauptgaststrom herangezogen. Dabei wird dem Sauggebläse 5 eine entsprechende Regelgröße 29 für den Gebläsemotor zugeführt.
Gegenüber dem genannten Stand der Technik verringert sich der Unterteilgasstrom aus dem Teilgasstrom auf der Höhe der Ableitung 22, da der Unterteilgasstrom jetzt nur noch für die Analyseeinheit 26 abgezweigt werden muss.
Im Anschluss an die Ableitung 22 durchströmt der Teilgasstrom das Sauggebläse 5, von wo dieser über eine weitere Leitung wieder dem Hauptgasstrom, und zwar an einer Stelle nach der Teilgasstromentnahme in Strömungsrichtung gesehen, zugeführt wird.
Zur Vermeidung von ungewollter Kondensation insbesondere von gasförmig vorliegenden Schadstoffverbindungen in den Feinstfiltern 18 und 19 oder im Sauggebläse 5 können diese optional mit einer in den Figuren nicht näher dargestellte Heizung versehen werden. Mit Hilfe einer derartigen Verschiebung des Taupunktes lassen sich insbesondere auch die im Teilgasstrom gelösten flüchtigen Inhaltsstoffe sicher durch die Feinstfilter 18 und 19 in die Adsorberstufen 23 und 24 transportieren.
Zur Durchführung einer kontinuierlichen Langzeitbeprobung wird zunächst der Differenzdruck vor und hinter dem jeweils über die Mehrwegehähne 20 und 21 durchgeschalteten Feinstfilter 18 bzw. 19, d. h. die Druckminderung Δp, im unbelegten Zustand gemessen. Damit beginnt der Probenahmevorgang, welcher ohne Unterbrechung und ohne ein Umschalten auf den jeweils anderen, nicht aktiven Feinstfilter 18 oder 19 bis zur vollständigen Belegung, d. h bis zur Überschreitung einer als Limit vorgegebenen Druckdifferenz Δp_krit, des aktiven Feinstfilters weitergeführt wird. Wird Δp_krit überschritten, wird der Teilgasstrom über die Mehrwegehähne 20 und 21 auf den bislang nicht aktiven Feinstfilter 18 oder 19 umgeschaltet und der jetzt belegte Feinstfilter dem Filtergehäuse zur weiteren Analyse und/oder zur Archivierung entnommen.
Ferner kann die reale Emissionskonstante E_r als Quotient der abgeschiedenen Staubmenge m zu der Gesamtfilterbelegung Δh = h_Ende - h0 bestimmt und für die nachträgliche Korrektur der taktweise bestimmten Staubmengen pro Zeitintervall herangezogen werden. Da sich die Emissionskonstante E_r als spezifische Größe der Staubpartikel praktisch nie ändert ist eine derartige Korrektur nur bei unbekannter, d. h. während der ersten Messung als Schätzwert eingesetzter, Emissionskonstante E_a erforderlich.
Auf die einzelnen Verfahrensschritte sowie auf die Algorithmen zur Ermittlung der zu dokumentierenden Emissionsdaten aus den gewonnenen Messdaten wird auf den zuvor zitierten Stand der Technik verwiesen.
Zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Langzeitprobenahmesystems wurden an einer Müllverbrennungsanlage sechs einwöchige Messzyklen durchgeführt. Die Versuche wurden mit zwei verschiedenen Teilstromentnahmesonden mit einem Wirkdurchmesser d_w von 16 bzw. 25 mm durchgeführt. Zur Überprüfung der Wirksamkeit der Adsorberstufen wurde die Schüttung in diesen in drei Adsorberschichten unterteilt, wobei der das Feinstfilter passierende Teilgasstrom zunächst die obere, dann die mittlere und schließlich die untere Adsorberschicht durchströmt. Die Dioxin- und Furankonzentrationen in pg TEQ/Nm³ (TEQ = Toxizitätsäquivalent) der nach der Langzeitbeprobung in den Adsorberschichten akkumulierten Dioxine und Furane wurden quantitativ ausgewertet und für die drei Adsorberschichten in der folgenden Tabelle angegeben. Tabelle Beispiel für die Adsorption von Dioxin/Furan auf den Adsorberschichten einer Adsorberstufe
Aus der Tabelle deutlich ersichtlich ist die enorme Konzentrationsabnahme an Furanen und Dioxinen zwischen der oberen und mittleren Adsorberschicht, welche bereits in der zweiten durchströmten Adsorberschicht einen Wert von 0,01 pg TEQ/Nm³ aufweist und damit bereits im Bereich der Nachweisgrenze liegt. Deshalb kann bei Routinemessungen auf eine Analyse des unteren und eventuell auch des mittleren Segmentes verzichtet werden.
Anstelle der Adsorberstufen sind je nach Einsatzzweck und der Art der zu detektierenden flüchtigen Inhaltstoffen auch Absorptionsstufen oder kombinierte Ad- und Absorberschichten mit gleichen oder verschiedenen, jeweils hinsichtlich der Adsorptionsfähigkeit für einen bestimmten Schadstoff auswählbaren Adsorbenzien einsetzbar.
Ferner können auch mehrere hintereinander und/oder parallel angeordnete Ad- und/oder Absorberstufen zur Anwendung gelangen, welche aufeinander abgestimmt separat analytisch auswertbar sind.
Neben der zuvor beschriebenen kontinuierlichen Langzeitbeprobung von Stäuben über die Feinstfilter und der flüchtigen Inhaltsstoffe über die Adsorberstufen besteht im Rahmen des erfindungsgemäßen Langzeitprobenahmesystems die Möglichkeit zum Anschluss von zusätzlichen Analysegeräten. Beispielsweise bietet sich eine Abzweigung eines Unterteilstromes zwischen dem Feinstfilter und der Adsorberstufe oder innerhalb der Adsorberstufe für eine zusätzliche, weiterführende Gasanalytik an. Insbesondere bietet es sich an, die Ableitungen 31 und 32 auch zwischen zwei Ad- oder Absorbtionsstufen ausmünden zu lassen. Dabei können bestimmte Schadstoffe, welche bei einer eigenständige Gasanalyse nicht gemessen werden sollen, beispielsweise zur Vermeidung von Querempfindlichkeiten bei der Gasanalytik in Ad- oder Absorlberstufen bereits vor der Ableitung abgefangen werden. Zudem gehen Anteile der vor der Ableitung 31 oder 32 ab- oder adsorbierten Schadstoffe für eine Bilanzierung der Schadstoffmengen in den Ab- oder Adsorptionsstufen nicht verloren.
Grundsätzlich ist das Langzeitprobennahmesystem auch im Rahmen einer Beurteilung und Optimierung eines Verbrennungsprozesses geeignet. Die wesentlichen Informationen in Hinblick auf die Beurteilung eines Verbrennungsprozesses, insbesondere auf die Effizienz der Verbrennung oder die Bildung und Freisetzung von Schadstoffen aus dem Prozess, liegen nämlich im Rohgas, also zwischen dem Abhitzekessel und der ersten Rauchgasreinigungsstufe, vor. Im Rahmen einer Messung muss demzufolge der Rohgasteilstrom auch direkt nach dem Abhitzekessel aus dem Rohgashauptstrom isokinetisch abgenommen werden. Im allgemeinen ist der dort herrschende Strömungszustand gekennzeichnet durch erhebliche Schwankungen der Rohgasgeschwindigkeit und durch Partikelentmischungen im Rohgas, so dass eine isokinetische Teilstromentnahme sowie umfangreiche Netzmessungen Vorraussetzung für das Konzept der Probennahme und die Repräsentativität des Probenmaterials sind. Als Feinstfilter 18 und 19 eigenen sich für diesen Einsatz beispielsweise Quarzfaserfilter.
[1] Röthele, S.: Verfahren zur geschwindigkeitsgleichen Absaugung mit Differenzdrucksonden; Staub-Reinhalt. Luft 42(1982) S. 6-10 Bezugszeichen 1 Abgaskanal
2 Teilstromentnahmesonde
3 Hauptgasstrom
4 Saugleitung
5 Sauggebläse
6 Sondenmündung
7 Außenöffnung
8 Innenöffnung
9 Staurohr
10 Gehäuse
11 Thermofühler
12 Elektrische Signale
13 Mess- und Regeleinheit
14 Bedieneinheit
15 Zuleitung
16 Filtergehäuse
17 Filtergehäuse
18 Feinstfilter
19 Feinstfilter
20 Mehrwegehahn
21 Mehrwegehahn
22 Ableitung
23 Adsorberstufe
24 Adsorberstufe
25 Bypassleitung
26 Analyseeinheit
27 Elektrische Messwerte
28 Elektrische Messsignale
29 Regelgröße Gebläsemotor
30 Leitung
31 Ableitung
32 Ableitung

Claims

1. Langzeitprobenahmesystem zur kontinuierlichen Überwachung von Staub- und Schadstoffemissionen und zur Ermittelung der Staubemission in strömenden Medien unter isokinetischer Entnahme eines Teilgasstroms aus dem Hauptgasstrom eines Schadstoffemitters, vorzugsweise einer industriellen Verbrennungsanlage, mittels einer Teilstromentnahmesonde (2) und mit Abscheiden der Stäube durch Kuchenfiltration auf einem Feinstfilter (18, 19) sowie von im Teilgasstrom gelösten flüchtigen, d. h. filtergängigen chemischen Inhaltstoffe in einer Adsorberstufe (23, 24), wobei

a) zum ständigen Aufrechterhalten der isokinetischen Teilstromentnahmebedingungen an der Teilstromentnahmesonde (2) folgende Strömungsparameter gemessen werden:

- der Gesamtdruck p_G,

- der statische Druck p_St,H des Hauptgasstromes,

- der statische Druck p_St,T des Teilgasstromes,

- die Systemtemperatur T,und zusätzlich an einer dem Feinstfilter (18, 19) nachgeschalteten Analyseeinheit (26), welche den Teilgasstrom anzapft, die Gaszusammensetzung und die Gasfeuchte gemessen, und aus diesen Messgrößen die Dichte, die Viskosität η, der Volumenstrom und die Reynoldszahl des Teilgasstroms berechnet werden,

a) zur Bestimmung der Staubemission
der Druckverlust im unbelegten Feinstfilter (18, 19) beim Start des Abscheideprozesses gemessen wird,
der momentane Druckverlust Δp im Feinstfilter (18, 19) unter ständigem Aufrechterhalten der isokinetischen Teilstromentnahmebedingungen stetig gemessen wird,
die Filterbelegung h = Δp_F/(η.v_F), v_F ist die Filtrationsgeschwindigkeit, berechnet wird,
die zeitliche Änderung der Filterbelegung Δh_i über die Beziehung Δh_i = h_i+1 - h_i dargestellt wird, wobei h_i die Filterbelegung zu einem Zeitpunkt t_i und h_i+1 die Filterbelegung zu einem Zeitpunkt t_i+1 ist,
die reale Emissionskonstante E_r als Quotient der während der Probenahmezeit auf dem Feinstfilter (18, 19) abgeschiedenen Staubmenge m zu der Gesamtfilterbelegung Δh = h_Ende - h₀ zwischen dem Anfang und dem Ende der Probennahme ermittelt wird,
die zeitliche Änderung der auf dem Feinstfilter (18, 19) abgeschiedenen Staubmenge Δm_i aus dem Produkt der zeitlichen Änderung der Filterbelegung Δh_i und der tatsächlichen Emissionskonstante E_r berechnet wird, und
die im jeweiligen Zeitraum abgeschiedene Staubmenge zum momentanen Teilgasvolumen im Normzustand zugeordnet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass

b) die Adsorberstufe (23, 24), dem Feinstfilter (18, 19) nachgeschaltet, während der kontinuierlichen Überwachung vom gesamten Teilgastrom durchströmt wird.

2. Langzeitprobennahmesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorberstufe (23, 24) aus mehreren hintereinander geschalteten Adsorberschichten mit gleichen oder verschiedenen, jeweils hinsichtlich der Adsorptionsfähigkeit für einen bestimmten Schadstoff auswählbaren Absorbenzien besteht.

3. Langzeitprobennahmesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorberstufe (23, 24) durch mehrere, parallel oder hintereinander geschaltete Adsorberstufen ersetzbar ist.

4. Langzeitprobennahmesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Feinstfilter (18, 19) und der nachgeschalteten Adsorberstufe (23, 24) eine zusätzliche Ableitung (31, 32) für die Entnahme eines Unterteilgasstromes aus dem Teilgasstrom vorgesehen ist.

5. Langzeitprobennahmesystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einer oder mehreren ausgewählten Stellen zwischen zwei Adsorberschichten einer Adsorberstufe (23, 24) oder zwischen zwei hintereinander geschalteten Adsorberstufen je eine zusätzliche Ableitung für die Entnahme eines Unterteilgasstromes aus dem Teilgasstrom vorgesehen ist.

6. Langzeitprobennahmesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Adsorberstufen je nach Einsatzzweck und der Art der zu detektierenden flüchtigen Inhaltstoffen auch Absorptionsstufen oder kombinierte Ad- und Absorberstufen mit gleichen oder verschiedenen, jeweils hinsichtlich der Ab- bzw. Adsorptionsfähigkeit für einen bestimmten Schadstoff auswählbaren Ab- bzw. Adsorbenzien eingesetzt sind.