DE102008002916A1

DE102008002916A1 - Kalibrierungskontrolle mittels geregelter Befeuchtung eines Daueremissionsüberwachungssytems

Info

Publication number: DE102008002916A1
Application number: DE102008002916A
Authority: DE
Inventors: Mark Holt; William Eberhardt
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Power Generation Group Inc
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2009-01-02
Also published as: US20090000349A1; AU2008202646A1; CA2635004C; CA2635004A1; GB2450605A; GB0811106D0; AU2008202646B2; MX2008008432A; GB2450605B; US8443648B2

Abstract

Ein Daueremissionsüberwachungssystem steht mit einem Abgas aus einer Verbrennungsquelle leitendem Abzugkamin (22) in Fluidverbindung. Das Daueremissionsüberwachungssystem weist einen Analysator (20) zum Messen von Konzentrationen eines in dem Abgas vorhandenen Analyten auf. Eine Sonde (40) steht mit dem Abzugkamin (22) in Fluidverbindung, um eine Abgasprobe aus dem Abzugkamin zu entnehmen. Die Sonde (40) steht auch, und stromaufwärts davon angeordnet, mit dem Analysator in Fluidverbindung. Die Sonde (40) neigt dazu, Quecksilber aus der Probe zu entziehen. Ein Kalibrierungsprüfsystem (100) steht mit der Sonde (40) in Fluidverbindung. Das Kalibrierungsprüfsystem (100) enthält eine Quelle (106), die einen Strom mit bekannter Konzentration eines von dem Analysator zu messenden Kalibrierungsmaterials liefert. Das Kalibrierungsmaterial ist dasselbe wie der Analyt. Ein Befeuchter (104) ist funktionell der Quelle zugeordnet, um Feuchtigkeit an einen Kalibrierungsmaterialstrom zu liefern. Die Befeuchtung wirkt so, dass sie von der Sonde (40) entzogenes Quecksilber auswäscht und dadurch eine genaue Messung der Konzentration des Kalibrierungsmaterials ermöglicht. Ein Zuführungssystem (160, 260) ist funktionell mit dem Befeuchter (104) verbunden, um eine gewünschte Menge einer Flüssigkeit an den Befeuchter zu liefern.

Description

sHINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Wesentlichen die Daueremissionsüberwachung von Abzugkamin-Gasströmen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Befeuchtung bei der Kalibrierungskontrolle in Daueremissionsüberwachungssystemen.
Die Umweltschutzbehörde der Vereinigten Staaten (EPA) bezeichnet als Quellen von Quecksilber-(Hg)-Emissionen in den U. S. die Kraftwerkskessel, Abfallverbrennungseinrichtungen, welche Quecksilber enthaltende Abfälle (städtische und medizinische) verbrennen, kohlebefeuerte industrielle Dampferzeuger und Zementöfen, die kohlebasierende Brennstoffe verbrennen. Eine besonders wichtige Quelle von Quecksilberemissionen sind kohlebefeuerte Kraftwerksanlagen.
Zum Quantifizieren der Emissionen aus einer einzelnen Quelle wird ein Daueremissionsüberwachungssystem (CEMS) für Quecksilber eingesetzt. Es gibt drei Formen von Quecksilber in einem Gasstrom eines Abzugkamins einer kohlebefeuerten Kraftwerksanlage, die mittels eines CEMS überwacht werden können. Diese Formen sind gasförmiges elementares Quecksilber, gasförmiges oxidiertes Quecksilber und partikelgebundenes Quecksilber, das entweder elementar oder oxidiert ist.
Quecksilber in den gasförmigen Formen ist relativ klebrig und besitzt eine starke Affinität zur Anhaftung an einer breiten Vielfalt von Innenoberflächen von CEMS-Komponenten. Derar tiges gasförmiges Quecksilber ist extrem schwierig zu handhaben und durch ein extraktives Gasprobennahmesystem zu einem Gasanalysator für die Messung zu führen. Abzugkamingase enthalten üblicherweise relativ niedrige Konzentrationen von gasförmigem Quecksilber, das detektiert werden muss, und das vorhandene klebrige gasförmige Quecksilber haftet leicht an Oberflächen der Komponenten des CEMS an. Dieses macht jede an der Probe durchgeführte Messung nicht tatsächlich repräsentativ für das, was in dem Abzugkamin geleitet wird.
Partikel und weiteres unerwünschtes Material aus der Kamingasprobe können auch an den Oberflächen der CEMS-Komponenten aufgrund der in dem Abzugkamingas enthaltenden Feuchtigkeit anhaften. Dieses bewirkt die Adsorption von elementarem Quecksilber an Partikeln, die an benetzten Oberflächen anhaften.
Die EPA hat restriktive Kontrollen bezüglich Quecksilberemissionen vorgeschrieben. Es ist eine Messung des Gesamtquecksilbers für die behördliche Überwachung erforderlich und die Bewertung von Quecksilber-Kontrolltechnologien und Herstellungsprozessen erfordert genaue Messungen von gasförmigem Quecksilber. Ein Beispiel dafür ist, dass die EPA eine Prüfgas-("span gas check")-Genauigkeit von ± 10% eines Probenbereiches fordert. Demzufolge besteht ein Bedarf nach der Entwicklung einer zuverlässigen und genauen Technologie, die in der Lage ist, die Messung von Quecksilber, das in einem Gasstrom eines Abzugkamins emittiert wird, zu verifizieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Daueremissionsüberwachungssystem gerichtet, das mit einem Abzugkamin in einer Fluidverbindung steht, der Abgas aus einer Verbrennungsquelle leitet. Das Daueremissionsüberwachungssystem weist einen Analysator zum Messen der Konzentrationen eines in dem Abgas vorhandenen Analyten auf. Eine Sonde steht mit dem Abzugkamin in Fluidverbindung, um eine Probe des Abgases aus dem Abzugkamin zu entnehmen. Die Sonde steht auch, stromaufwärts vor diesem angeordnet, mit dem Analysator in Fluidverbindung. Die Sonde hat die Neigung, den Analyten aus der Probe zu entziehen. Ein Kalibrierungsprüfsystem steht mit der Sonde in Fluidverbindung. Das Kalibrierungsprüfsystem enthält eine Quelle, die einen von dem Analysator zu messenden Strom bekannter Konzentration eines Kalibrierungsmaterials erzeugt. Das Kalibrierungsmaterial ist chemisch dasselbe wie das des Analyten. Ein Befeuchter ist der Quelle zugeordnet, um Feuchtigkeit an den Strom des Kalibrierungsmaterials zu liefern. Die Feuchtigkeit wirkt so, dass sie entzogenen Analyt aus der Sonde auswäscht und dadurch eine genaue Messung der Konzentration des Kalibrierungsmaterials ermöglicht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist auf ein verbessertes Daueremissionsüberwachungssystem gerichtet, das mit einem Abgas aus einer Verbrennungsquelle leitendem Abzugkamin in Fluidverbindung steht. Das Daueremissionsüberwachungssystem besitzt einen Analysator zum Messen von Konzentrationen des in dem Abgas vorhandenen Quecksilbers. Eine Sonde steht mit dem Abzugkamin in Fluidverbindung, um eine Abgasprobe aus dem Abzugkamin zu entnehmen und, stromaufwärts davon angeordnet, mit dem Analysator in Fluidverbindung. Die Sonde neigt dazu, Quecksilber aus der Probe zu entziehen. Ein Kalibrierungsprüfsystem steht mit der Sonde in Fluidverbindung. Das Kalibrierungsprüfsystem enthält eine Quelle, die einen Strom mit bekannter Konzentration einer gasförmigen Spezies von Quecksilber liefert, das durch den Analysator zu messen ist. Ein Befeuchter ist funktionell der Quelle zugeordnet, um Feuchtigkeit an die gasförmige Spezies von Quecksilber zu liefern, die durch den Befeuchter strömt. Die Befeuchtung wirkt so, dass sie der Sonde entzogenes Quecksilber auswäscht und dadurch eine genaue Messung der Konzentration der gasförmigen Spezies von Quecksilber ermöglicht. Die Verbesserung umfasst ein Zuführungssystem, das funktionell mit dem Befeuchter verbunden ist, um eine gewünschte Menge einer Flüssigkeit an der Befeuchter zu liefern.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Verfahren zur Daueremissionsüberwachung eines Abzugkamins gerichtet, der Abgas aus einer Verbrennungsquelle leitet. Das Verfahren umfasst die Schritte der Erfassung einer Abgasprobe aus dem Abzugkamin mittels einer Sonde. Die Sonde tendiert dazu, Quecksilber aus der Probe zu entziehen. Konzentrationen des Quecksilbers werden mit einem stromabwärts von der Sonde angeordneten Analysator gemessen. Die Kalibrierung des Analysators wird mit Strom bekannter Konzentration eines von einer Quelle bereitgestelltem Kalibrierungsmaterials geprüft. Der Strom des Kalibrierungsmaterials wird mit Feuchtigkeit befeuchtet. Die Feuchtigkeit wirkt so, dass sie von der Sonde entzogenes Quecksilber auswäscht und dadurch eine genaue Messung der Konzentration des Kalibrierungsmaterials ermöglicht. Ein Zuführungssystem ist funktionell mit dem Befeuchter verbunden, um eine gewünschte Menge an Flüssigkeit an der Befeuchter zu liefern.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung, teilweise im Querschnitt, eines Systems für eine geregelte Befeuchtung eines Kalibrierungsprüfgerätes in einem Daueremissionsüberwachungssystem gemäß einem Aspekt der Erfindung; und
2 ist eine schematische Darstellung ähnlich der von 1 eines Systems für eine geregelte Befeuchtung eines Ka librierungsprüfgerätes in einem Daueremissionsüberwachungssystem gemäß einem Aspekt der Erfindung
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Ein Daueremissionsüberwachungssystem (CEMS) für Quecksilber besteht normalerweise aus einer rohrförmigen Sondenbaugruppe, die in Fluidverbindung mit einem Abzugkamin zur Erfassung einer gasförmigen Abgasprobe angeordnet ist. Das CEMS beinhaltet auch Instrumente, die in einem bestimmten Abstand von der Sondenbaugruppe angeordnet sind, um die erfasste Probe auf das Vorliegen von Quecksilber zu analysieren. Die relativ kleine Konzentration von in dem Abgasstrom enthaltenen Quecksilber, die wird kontinuierlich gemessen und aufgezeichnet. Über der Zeit wird die Gesamtmenge des emittierten Quecksilbers ermittelt. Genauigkeit und Präzision des Daueremissionsüberwachungssystems sind wichtig.
Eine kritische Komponente des Quecksilber-CEMS ist die rohrförmige Sondenbaugruppe, die sich mit dem Kamin für die Entnahme der Probe in einer Fluidverbindung befindet. Die rohrförmige Sondenbaugruppe kann mehreren Problemen ausgesetzt sein. Partikelmaterial ist immer in dem Gasstrom eines Abzugkamins enthalten und neigt zu einer Abscheidung aus dem Abgas und Ansammlung auf Oberflächen der rohrförmigen Sondenbaugruppe. Angesammeltes Partikelmaterial verringert die Genauigkeit der Quecksilbermessung. Die Ansammlung von Partikeln kann auch zu einer Reduzierung der Zeitdauer führen, in welcher das Quecksilber-CEMS Emissionen in dem Abgasstrom genau misst, die durch behördliche Auflagen vorgegeben ist.
Die rohrförmige Sondenbaugruppe ist im Wesentlichen U-förmig mit einem Einlass, durch welchen die gasförmigen Proben angesaugt werden und einem Auslass, durch welchen die Proben ausgegeben werden. Ein Trägheitsfilter kann in der Nähe des Sondenbaugruppeseinlasses angeordnet sein. Eine Venturi-Saugstrahlpumpe ist in der Nähe des Sondenauslasses angeordnet, und wird von einer Quelle mit sauberer erhitzter Luft beliefert, die aus dem Sondenbaugruppesauslass in den Gasstrom eines Abzugkamins austritt. Eine geregelte Befeuchtung kann auf verschiedene Sondentypen angewendet werden. Man wird auch erkennen, dass die Sonde auch ein Verdünnungsextraktionstyp sein kann, in welchem die Probe mittels einer Venturi-Saugstrahlpumpe und einer kritischen Blende angesaugt werden kann. Verdünnungsluft wird an der kritischen Blende eingeführt und dazu genutzt, um die extrahierte Probe zu verdünnen, und mit der Probe vermischt.
Dieser Strom der Saugstrahlpumpenluft erzeugt eine hohe Geschwindigkeit (21–31 m/s (70 bis 100 feet/s)) Gasströmung durch die rohrförmige Sondenbaugruppe, was ein Vakuum an dem Gaseinlass erzeugt. Dieses Vakuum an dem Gaseinlass saugt das Probenkamingas in die rohrförmige Sondenbaugruppe. Die Erfahrung hat gezeigt, dass sich trotz der hohen Strömungsrate Partikelmaterial auf den Oberflächen der Sondenbaugruppe ansammelt. Dieses bewirkt Ungenauigkeiten in der Messung der Quecksilberkonzentration in dem Abgasgasstrom, was Wartungs- und Ausfallzeiten verlängert, in denen keine Emissionen überwacht werden. Da die rohrförmige Sondenbaugruppe an dem Abzugkamin montiert ist, sind ein Zugang zu der Sonde und daher die Wartung der Sondenbaugruppe schwierig und zeitaufwändig. Es ist erwünscht, dass die Sondenbaugruppe so zuverlässig und wartungsfrei wie möglich ist.
Eine Gasprobennahmevorrichtung 20 ist in 1 dargestellt und enthält einen Aufbau gemäß einem Aspekt der Erfindung zum Prüfen der Kalibrierung eines Daueremissionsüberwachungssystems (CEMS) mit geregelter Befeuchtung. Die Gasprobennahmevor richtung 20 ist Teil des Daueremissionsüberwachungssystems und ist funktionell mit einem bekannten Gasanalysator verbunden. Eine derartige Gasprobennahmevorrichtung 20 und CEMS sind für die Probennahme ausgewählter Verschmutzungen, wie z. B. Quecksilber (Hg), geeignet, die in einem Kanalgasstrom transportiert werden, der in dem Abzugkamin 22 von einer Verbrennungsquelle strömt.
Die Gasprobennahmevorrichtung 20 enthält ein Gehäuse 24, das einige Komponenten einschließt. Das Gehäuse 24 ist so aufgebaut, dass es NEMA-Standards erfüllt und ist isoliert. Das Gehäuse 24 ist an dem Abzugkamin 22 über einen rohrförmigen Verbinder 26 angebracht und kann eine weitere (nicht dargestellte) Befestigungsstruktur haben.
Die Gasprobennahmevorrichtung 20 enthält auch eine in dem Gehäuse 24 montierte Sondenbaugruppe 40. Die Komponenten der Sondenbaugruppe 40 sind rohrförmig. Die Sondenbaugruppe 40 enthält eine Einlass- oder Sondenspitze 42, die mit dem Kanalgasstrom in dem Abzugkamin 22 in Fluidverbindung steht. Die Probenspitze 42 ist mit einem Trägheitsfilter 44 der Sondenbaugruppe 40 verbunden. Das Trägheitsfilter 44 ist an einem im Wesentlichen U-förmigen Rücklaufrohr 46 aus rostfreiem Stahl angebracht. Das Rücklaufrohr 46 aus rostfreiem Stahl ist an einem Venturi-Strömungsmesser 48 angebracht. Der Venturi-Strömungsmesser 48 ist mit einem Auslass oder Sondenrücklauf 62 verbunden, der zu dem Kanalgasstrom offen ist. Die Temperatur der Gasprobe innerhalb den Komponenten der Sondenbaugruppe 40, die in dem Gehäuse 24 angeordnet ist, wird mittels eines Blockes oder eines Manschettenheizers 64 aufrechterhalten.
Die Sondenspitze 42 erstreckt sich durch eine flexible thermische Isolation 82 in den Auslasskamin 22. Die Sondenspitze 42 saugt eine Probe aus dem Gasstrom eines Abzugkamins.
Die Gasprobe wird in das Trägheitsfilter 44 transportiert. Die Gasprobe verlässt das Trägheitsfilter 44 über ein Rücklaufrohr 46 aus rostfreiem Stahl. Die Gasprobe durchläuft dann den Venturi-Strömungsmesser 48. Schließlich verlässt die Gasprobe das Gehäuse 24, indem es den Sondenrücklauf 62 passiert.
Während der Zirkulation der Gasprobe durch die Komponenten der Sondenbaugruppe 46 wird eine repräsentative Teilprobe aus dem Trägheitsfilter 44 bei dem Abgriff 84 abgesaugt. Die Teilprobe wird aus dem Gehäuse 24 in der Leitung 86 geleitet, die sich durch den Anschluss 88 in dem Gehäuse erstreckt. Die Teilprobe wird einem Gasanalysator zur Analyse in einer bekannten Weise zugeführt. Geeignete Gasanalysatoren sind im Fachgebiet allgemein bekannt und umfassen, ohne Einschränkung, UV-Atomabsorptions- und Atomfluoreszenz-Detektoren.
Das Trägheitsfilter 44 ist typischerweise aus einem rohrförmigen gesinterten Metallmaterial hergestellt. Das gesinterte Material des Trägheitsfilters 44 besitzt eine relativ große Oberfläche. Die Oberflächen des Trägheitsfilters 44 wirken so, dass sie mit Partikel in dem Abgas in Kontakt treten, welche die Tendenz haben, dann Quecksilber aus dem Abgas durch Adsorption zu entziehen. Partikel und anderes unerwünschtes Material aus der Kaminabgasprobe können an den benetzten Oberflächen der Sonde anhaften und die Adsorption von elementarem Quecksilber an Partikeln bewirken, die an den benetzten Oberflächen anhaften. Dieses beeinflusst die Konzentration des Quecksilbers, oder Analyten, dem Gasanalysator augesetzt wird, und ist daher kein tatsächliches Maß für die Konzentration von Quecksilber in dem Abgas.
Um eine Ansammlung von Partikelmaterial auf Oberflächen der Komponenten der Sondenbaugruppe 40 der Gasprobennahmevorrich tung 20 zu minimieren, ist eine Kalibrierungskontrollvorrichtung 100 mittels geregelter Feuchtigkeit vorgesehen.
Die Kalibrierungskontrollvorrichtung 100 mittels geregelter Feuchtigkeit kann an dem Gehäuse 24 oder an einer externen Stelle befestigt sein, ist jedoch funktionell der Sondenbaugruppe 40 zugeordnet. Die Kalibrierungskontrollvorrichtung 100 mittels geregelter Feuchtigkeit dient dazu, periodisch den Quecksilberanalyten, der dem Abgas entzogen wurde und sich auf Oberflächen der Sondenbaugruppe 40 ansammelte, zu entfernen oder zu beseitigen. Somit sorgt die Kalibrierungskontrollvorrichtung 100 mittels geregelter Feuchtigkeit für eine Sondenvorrichtung 40, die relativ wartungsfrei ist, und das Sammeln einer repräsentativen Probe aus dem Gasstrom eines Abzugkamins erlaubt, um die Genauigkeit und Präzision des CEMS 20 sicherzustellen.
Die Kalibrierungskontrollvorrichtung 100 mittels geregelter Feuchtigkeit gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält eine Elementarquecksilber-Probenquelle 102. Die Elementarquecksilber-Probenquelle 102 ist fluidmäßig mit einem Befeuchter 104 in einer beliebigen geeigneten Form wie z. B. einem Verdampfer oder einem Permeationsrohr verbunden. Eine Feuchtigkeitsquelle 106 ist fluidmäßig mit dem Befeuchter 104 über einen Massenstromregler 108 verbunden. Der Befeuchter ist fluidmäßig mit der Sondenbaugruppe 40 an der Sondenspitze 42 über eine Leitung 120 verbunden. Ein Luftreinigungs-Bedienfeld 140 ist fluidmäßig mit der Sondenspitze 42 über eine Leitung 142 verbunden.
Die Kalibrierungskontrollvorrichtung 100 mittels geregelter Feuchtigkeit erzeugt eine befeuchtete Probe mit bekannter Menge an elementarem Quecksilber und mit einer bekannten Strömungsrate an der Sonde 42. Der Feuchtigkeitsgrad liegt in dem Bereich von 2 bis 33 Prozent und wird bevorzugt in dem Bereich von 5 bis 20 Prozent gehalten. Es hat sich herausgestellt, dass eine befeuchtete Probe aus elementarem Quecksilber eine genauere und präzisere Messung von Quecksilber als durch die Zuführung einer trockenen Probe ermöglicht. Dieses, glaubt man, beruht auf der Auswaschwirkung, die die zugeführte Feuchtigkeit auf die Partikel und anderes unerwünschtes Material auf den benetzten Oberflächen (wo der Analyt in Kontakt kommt) der Sondenbaugruppe 40 hat.
Die Elementarquecksilber-Probenquelle 102 der Kalibrierungskontrollvorrichtung 100 mittels geregelter Feuchtigkeit stellt einen Strom mit bekannter Konzentration von elementarem Quecksilber für den Befeuchter 104 mit einer bekannten Strömungsrate bereit. Die Konzentration des elementaren Quecksilbers ist beispielsweise 10 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft (μg/m³). Diese Probe elementaren Quecksilbers passiert den Befeuchter 104. In der Quecksilber-Probenquelle 102 sind zwei (nicht dargestellte) Massenstromregler vorhanden, durch welche Luft geführt wird. Einer misst die Luft in einem sehr kleinen Umfang, etwa 0 bis 40 ml/Minute, und diese Luft wird einem beheizten Reservoir von elementarem Quecksilber zugeführt. Diese kleine Menge von gasförmigem Quecksilber wird mit einem größeren Luftvolumen (0 bis 40 SLPM) vermischt, das mit einem weiteren Gasmassenstromregler gemessen wird. In beiden Fällen befinden sich die Massenstromregler stromaufwärts vor einem Quecksilberreservoir und einer Mischkammer, da es nicht erwünscht ist, dass das elementare Quecksilber mit irgendeinem Metallmaterial innerhalb der Massenstromregler in Kontakt kommt.
Eine gewünschte Feuchtigkeitsmenge in Form einer Flüssigkeit wie z. B. Wasser wird zu Beginn von der Quelle 106 bei einer Temperatur über ihrem Taupunkt von beispielsweise 70°C bereitgestellt. Es wird bevorzugt, dass das Wasser in Dampfform vorliegt, und wenn die befeuchtete Probe an die Sonde 40 geliefert wird, sollte das befeuchtete Gas eine ähnliche Temperatur wie die Sondenkomponenten haben. Somit werden die Komponenten der Sonde 40 erwärmt, um einen thermischen Schock an den Probenkomponenten zu verhindern. Die Komponenten von dem Befeuchter 104 zu der Probe 40, wie z. B. die Leitung 120, werden auf 180°C oder höher gehalten.
Der Massenstromregler 108 dosiert die Menge des an den Befeuchter 104 gelieferten Wasser. Das Wasser wird an das den Befeuchter 104 durchströmende elementare Quecksilber als Feuchtigkeitsdampf geliefert. Die Feuchtigkeit wird zusammen mit der Quecksilberprobe über die Leitung 120 zu der Sondenbaugruppe 40 geführt. Die Feuchtigkeit wirkt so, dass sie das angesammelte Quecksilber, das an den Oberflächen der Sondenbaugruppe 40 und den Sondenkomponenten anhaftende Partikel adsorbiert war auswäscht. Die Feuchtigkeit dient zur Auswaschung von Partikeln und anderen unerwünschtem Material, die an den benetzten Oberflächen der Sonde anhaften, um die Adsorption von elementarem Quecksilber aus der Kamingasprobe oder dem kalibrierten elementaren Quecksilbergas zu beseitigen. Ein genaues Maß der Konzentration der Quecksilbergasspezies wird erzeugt. Die Probe des elementaren Quecksilbers, die der Gasanalysator misst, ist für die von der Quecksilber-Probenquelle 102 gelieferte Konzentration repräsentativ.
Der Zweck dafür ist die Bereitstellung von "Auswasch"-Material zusammen mit dem elementaren Quecksilberkalibrierungsgas, um alle Partikel und anderes unerwünschtes Material, das die Adsorption von elementarem Quecksilber bewirkt, auszuwaschen. Die Entziehung von elementarem Quecksilber aus dem Probengas, sei es die Kamingasprobe oder die Kalibrierungsprobe, beeinflusst die Genauigkeit und Präzision der Messung des elementaren Quecksilbers. Indem diese Entziehung verhindert wird, erfolgt eine genauere und präzisere Messung des Analyten für die Kamingasprobe und das Kalibrierungsgas.
Um sicherzustellen, dass der Gasanalysator die präziseste und genaueste Messung des Quecksilberanalyten liefert, wird ein Kalibrierungsprüfsystem 100 mittels geregelter Feuchtigkeit bereitgestellt. Das Kalibrierungsprüfsystem 100 mittels geregelter Feuchtigkeit steht mit der Sondenbaugruppe 40 in Fluidverbindung. Das Kalibrierungsprüfsystem 100 mittels geregelter Feuchtigkeit enthält eine Quecksilberprobenquelle 102, die eine von dem Gasanalysator zu messende bekannte Konzentration an Kalibrierungsmaterial liefert. Der Befeuchter 104 ist der Quecksilber-Probenquelle 102 zugeordnet, um Feuchtigkeit an einen Kalibrierungsmaterialstrom zu liefern. Die Feuchtigkeit dient zum Auswaschen von Partikeln und anderem unerwünschten Material von der Sonde 40, und dadurch zum Bereitstellen einer genauen Messung der Konzentration des Quecksilberkalibrierungsmaterials und von Proben aus dem Gasstrom eines Abzugkamins.
Ein Zuführungssystem 160 (1) gemäß einem Aspekt der Erfindung ist funktionell mit dem Befeuchter 104 verbunden, um eine gewünschte Menge an Flüssigkeit an den Befeuchter zu liefern. Das Zuführungssystem 160 enthält auch ein von einer Quelle 162, wie z. B. einem Speichertank, Kompressor oder Anlagenluftversorgung geliefertes Druckgas. Die Gasquelle 162 liefert einen Überdruck an die Wasserquelle 106. Die Antriebskraft des Überdruckes dient zur Lieferung des Wassers aus der Quelle 106 an den Befeuchter 104. Der Überdruck drückt das Wasser aus der Quelle 106 zu dem Befeuchter 104, wenn die Massensteuervorrichtung 108 einen Strom zulässt.
Das Daueremissionsüberwachungssystem 20 kann auch ein Regelungssystem 164 zum Überwachen der von dem Befeuchter 104 gelieferten Feuchtigkeit und zum Regeln der an den Befeuchter gelieferten Feuchtigkeitsmenge enthalten. Die von dem Befeuchter 104 gelieferte Befeuchtung wird auf der Basis des von der Flüssigkeitsmassenstromregler 108 gemessenen Flüssigkeitsstroms und des von einem Gasmassenstromregler in der Quecksilber-Probenquelle 102 gemessenen Gasstroms berechnet. Die Kenntnis der Temperatur des befeuchteten Gases und des Massenstroms der Flüssigkeit und des Gases ergibt eine genaue Berechnung der von dem Befeuchter 104 gelieferten Feuchtigkeit. Diese Berechnung ist für die Zwecke der "Auswaschung" der Oberflächen der Sonde 40 genau genug. Diese Berechnung kann an die Regelung 168, wie z. B. eine PLC übertragen werden und den Wasserstrom an den Befeuchter 104 und somit die an den Befeuchter gelieferte Feuchtigkeit regeln.
Das Regelungssystem 164 enthält auch einen optionalen Sensor 166 in der Leitung 120, welcher die durch den Befeuchter 104 erzeugte Feuchtigkeit misst. Der Sensor 166 überträgt den Feuchtigkeitsmesswert an eine Regelung 168, die den Messwert mit oberen und unteren Sollwerten vergleicht. Die Regelung 168 signalisiert dann der Massenregelung 168 den Zustand, falls erforderlich, zu ändern, um die von dem Befeuchter 104 gelieferte Feuchtigkeit zwischen den Sollwerten zu halten.
Die Gasprobennahmevorrichtung 20 ist in 2 dargestellt und enthält einen Aufbau gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung zum Prüfen der Kalibrierung eines Daueremissionsüberwachungssystems (CEMS). Um die Ansammlung von Partikelmaterial auf Oberflächen der Komponenten der Sondenbaugruppe 40 zu minimieren, besitzt die Gasprobennahmevorrichtung 20 eine Kalibrierungskontrollvorrichtung 100 mittels geregelter Feuchtigkeit. Die Kalibrierungskontrollvorrichtung 100 mittels gere gelter Feuchtigkeit kann an dem Gehäuse 24 oder an einer externen Stelle angebracht sein, ist jedoch funktionell mit der Komponente der Sondenbaugruppe 40 verbunden. Die Kalibrierungskontrollvorrichtung 100 mittels geregelter Feuchtigkeit dient dazu, um periodisch das Quecksilber, das aus dem Abgas entzogen ist und sich an den Oberflächen der Sondenbaugruppe 40 angesammelt hat, zu beseitigen oder zu abzulösen. Somit ist die Sondenbaugruppe 40 relativ wartungsfrei und liefert eine repräsentative Probe aus dem Gasstrom eines Abzugkamins, um die Genauigkeit und Präzision des CEMS sicherzustellen. Die Sondenbaugruppe 40 kann entweder eine Trägheitsfilterkonstruktion (gemäß Darstellung in den Figuren) oder eine Verdünnungsextraktionskonstruktion sein. Die Anwendung dieser Erfindung ist nicht auf den Typ der Sondenkonstruktion beschränkt.
Die Kalibrierungskontrollvorrichtung 100 mittels geregelter Feuchtigkeit enthält eine Elementarquecksilber-Probenquelle 102. Die Elementarquecksilber-Probenquelle 102 ist fluidmäßig mit dem Befeuchter 104 verbunden. Der Befeuchter 104 kann in der Form eines Verdampfers oder eines Permeationsrohres vorliegen. Eine Feuchtigkeitsquelle 106 ist fluidmäßig mit dem Befeuchter 104 verbunden. Der Befeuchter 104 ist fluidmäßig mit der Sondenbaugruppe 40 an der Sondenspitze 42 über eine Leitung 120 verbunden. Ein Luftreinigungs-Bedienfeld 140 ist fluidmäßig mit der Sondenspitze 42 über eine Leitung 142 verbunden.
Die Kalibrierungskontrollvorrichtung 100 mittels geregelter Feuchtigkeit liefert eine befeuchtete Probe mit bekannter Menge an elementarem Quecksilber an die Sonde 42. Der Feuchtigkeitsgrad liegt in dem Bereich von 2 bis 33 Prozent und wird bevorzugt in dem Bereich von 5 bis 20 Prozent gehalten. Es hat sich herausgestellt, dass eine befeuchtete Probe aus elementarem Quecksilber eine genauere und präzisere Messung von Queck silber als durch die Zuführung einer trockenen Probe ermöglicht. Dieses, glaubt man, beruht auf der Auswaschwirkung der zugeführten Feuchtigkeit auf die Partikel und anderes unerwünschtes Material, das sich auf der Oberfläche der Sondenbaugruppe 40 angesammelt hat.
Die Elementarquecksilber-Probenquelle 102 der Kalibrierungskontrollvorrichtung 100 mittels geregelter Feuchtigkeit stellt einen Strom mit bekannter Konzentration von elementarem Quecksilber für den Befeuchter 104 mit einer bekannten Strömungsrate bereit. Die Konzentration des elementaren Quecksilbers ist beispielsweise 10 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft (μg/m³). Diese Probe elementaren Quecksilbers passiert das Permeationsrohr aus dem Befeuchter 104. Eine gewünschte Feuchtigkeitsmenge wird von der Quelle 106, wie z. B. flüssigem Wasser geliefert. Das Wasser wird an den Strom der Probe elementaren Quecksilbers als Feuchtigkeitsdampf geliefert. Die Feuchtigkeit wird zusammen mit der Quecksilberprobe an die Sondenbaugruppe 40 über die Leitung 120 geliefert. Die Feuchtigkeit wirkt so, dass sie das angesammelte Quecksilber, das an den Oberflächen der Sondenbaugruppe 40 adsorbiert wurde, auswäscht. Somit ist die Probe des elementaren Quecksilbers, die der Gasanalysator misst, für die durch die Quelle 102 gelieferte Konzentration repräsentativ.
Um sicherzustellen, dass der Gasanalysator die präziseste und genaueste Messung des Quecksilberanalyten liefert, wird ein Kalibrierungsprüfsystem 100 mittels geregelter Feuchtigkeit bereitgestellt. Das Kalibrierungsprüfsystem 100 mittels geregelter Feuchtigkeit steht mit der Sondenbaugruppe 40 in Fluidverbindung. Das Kalibrierungsprüfsystem 100 mittels geregelter Feuchtigkeit enthält eine Quelle, die eine von dem Gasanalysator zu messende bekannte Konzentration an Kalibrierungsmaterial liefert. Der Befeuchter 104 ist der Quelle zuge ordnet, um einen Strom von Quecksilber-Kalibrierungsmaterial zu liefern. Die Feuchtigkeit wirkt so, dass sie Partikel und anderes unerwünschtes Material aus der Sonde 40 auswäscht, die die Adsorption von elementarem Quecksilber auf benetzten Oberflächen der Sonde bewirken könnten und dadurch eine genaue Messung der Konzentration des Quecksilberkalibrierungsmaterials und Konzentration in dem Probengas bereitstellt.
Ein Zuführungssystem 260 (1) gemäß einem Aspekt der Erfindung ist funktionell mit dem Befeuchter 104 verbunden, um eine gewünschte Menge an Flüssigkeit an den Befeuchter zu liefern. Das Zuführungssystem 260 enthält eine Pumpe 262. Die Pumpe 262 kann ein geeigneter Pumpentyp sein. Ein ausreichender Pumpentyp 262 ist eine Schlauchpumpe. Die Pumpe 262 liefert Antriebskraft für das aus der Wasserquelle 106 zu liefernde Wasser. Die Pumpe 262 arbeitet so, dass sie dosiertes Wasser aus der Quelle 106 an den Befeuchter 104 liefert Das Daueremissionsüberwachungssystem 20 kann ferner ein Regelungssystem 264 zum Überwachen der von dem Befeuchter gelieferten Feuchtigkeit und zum Regeln der an den Befeuchter 104 gelieferten Feuchtigkeitsmenge enthalten. Die von dem Befeuchter 104 gelieferte Befeuchtung wird auf der Basis des Flüssigkeitsstroms aus der Pumpe 262 und des von einem Gasmassenstromregler in der Quecksilber-Probenquelle 102 gemessenen Gasstroms berechnet. Die Kenntnis der Temperatur des befeuchteten Gases und des Massenstroms der Flüssigkeit und des Gases ergibt eine genaue Berechnung der von dem Befeuchter 104 gelieferten Feuchtigkeit. Diese Berechnung ist für die Zwecke der "Auswaschung" der Oberflächen der Sonde 40 genau genug. Diese Berechnung kann an die Regelung 268, wie z. B. eine PLC übertragen werden, und den Wasserstrom an den Befeuchter 104 und somit die an den Befeuchter gelieferte Feuchtigkeit regeln.
Das Regelungssystem 264 enthält auch einen optionalen Sensor 266 in der Leitung 120, welcher die durch den Befeuchter 104 erzeugte Feuchtigkeit misst. Der Sensor 266 überträgt den Feuchtigkeitsmesswert an eine Regelung 268, die den Messwert mit oberen und unteren Sollwerten vergleicht. Die Regelung 268 signalisiert dann der Pumpe 262 den Zustand, falls erforderlich, zu ändern, um die von dem Befeuchter 104 gelieferte Feuchtigkeit zwischen den Sollwerten zu halten.
Aus der vorstehenden Beschreibung wenigstens einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erkennt man, dass Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen ausgeführt werden können. Derartige Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen sollen durch die beigefügten Ansprüche abgedeckt sein.
Ein Daueremissionsüberwachungssystem steht mit einem Abgas aus einer Verbrennungsquelle leitendem Abzugkamin 22 in Fluidverbindung. Das Daueremissionsüberwachungssystem weist einen Analysator 20 zum Messen von Konzentrationen eines in dem Abgas vorhandenen Analyten auf. Eine Sonde 40 steht mit dem Abzugkamin 22 in Fluidverbindung, um eine Abgasprobe aus dem Abzugkamin zu entnehmen. Die Sonde 40 steht auch, und stromaufwärts davon angeordnet, mit dem Analysator in Fluidverbindung. Die Sonde 40 neigt dazu, Quecksilber aus der Probe zu entziehen. Ein Kalibrierungsprüfsystem 100 steht mit der Sonde 40 in Fluidverbindung. Das Kalibrierungsprüfsystem 100 enthält eine Quelle 106, die einen Strom mit bekannter Konzentration eines von dem Analysator zu messenden Kalibrierungsmaterials liefert. Das Kalibrierungsmaterial ist dasselbe wie der Analyt. Ein Befeuchter 104 ist funktionell der Quelle zugeordnet, um Feuchtigkeit an einen Kalibrierungsmaterialstrom zu liefern. Die Befeuchtung wirkt so, dass sie von der Sonde 40 entzogenes Quecksilber auswäscht und dadurch eine genaue Messung der Konzentration des Kalibrierungsmaterials ermöglicht. Ein Zufüh rungssystem 160, 260 ist funktionell mit dem Befeuchter 104 verbunden ist, um eine gewünschte Menge einer Flüssigkeit an der Befeuchter zu liefern.

20: Gasprobennahmevorrichtung
22: Abzugkamin
24: Gehäuse
26: rohrförmiger Verbinder
40: Sondenbaugruppe
42: Sondenspitze
44: Trägheitsfilter
46: Rücklaufrohr aus rostfreiem Stahl
48: Venturi-Strömungsmesser
62: Sondenrücklauf
64: Block- oder Manschettenheizvorrichtung
82: Flexible Wärmeisolation
84: Abgriff
86: Leitung
88: Anschluss
100: Feuchtigkeitskalibrierungs-Kontrollvorrichtung
102: Elementarquecksilber-Probenquelle
104: Befeuchter
106: Quelle
108: Massenstromregler
120: Leitung
140: Luftreinigungs-Bedienfeld
142: Leitung
160: Zuführungssystem
162: Gasquelle
164: Regelungssystem
166: Sensor
168: Regelung
260: Zuführungssystem
262: Pumpe
264: Regelungssystem
266: Sensor
268: Regelung

Claims

Daueremissionsüberwachungssystem, das mit einem Abzugkamin (22) in Verbindung steht, der Abgas aus einer Verbrennungsquelle leitet, wobei das Daueremissionsüberwachungssystem aufweist: einen Analysator (20) zum Messen von Konzentrationen eines in dem Abgas vorhandenen Analyten; eine Sonde (40), die zur Entnahme einer Abgasprobe aus dem Abzugkamin in Fluidverbindung mit dem Abzugkamin (22) steht und stromaufwärts zu diesem angeordnet ist sowie in Fluidverbindung mit dem Analysator steht, wobei die Sonde dazu neigt, Analyten aus der Probe zu entziehen; und ein Kalibrierungsprüfsystem (100) in Fluidverbindung mit der Sonde (40), wobei das Kalibrierungsprüfsystem eine Quelle (106) enthält, die einen von dem Analysator zu messenden Strom mit bekannter Konzentration des Kalibrierungsmaterials erzeugt, wobei das Kalibrierungsmaterial chemisch mit dem Analyt übereinstimmt; und einen der Quelle zugeordneten Befeuchter (104), der den Strom des Kalibrierungsmaterials befeuchtet, wobei die Befeuchtung so wirkt, dass sie den entzogenen Analyten aus der Sonde (40) auswäscht und dadurch eine genaue Messung der Konzentration des Kalibrierungsmaterials zu ermöglicht: und ein Versorgungssystem (160, 260), das funktionell mit dem Befeuchter (104) verbunden ist, um eine gewünschte Menge an Flüssigkeit an den Befeuchter zu liefern.
Daueremissionsüberwachungssystem nach Anspruch 1, wobei das Zuführungssystem (160) komprimiertes Gas (162) enthält, um die Flüssigkeit an den Befeuchter (104) zu liefern.
Daueremissionsüberwachungssystem nach Anspruch 1, wobei das Zuführungssystem (260) eine Pumpe (262) enthält, um die Flüssigkeit an den Befeuchter (104) zu liefern.
Daueremissionsüberwachungssystem nach Anspruch 3, wobei die Pumpe (262) eine Schlauchpumpe ist.
Daueremissionsüberwachungssystem nach Anspruch 1, welches ferner ein Regelungssystem (164, 264) zum Überwachen der von dem Befeuchter (104) gelieferten Feuchtigkeit und zur Regelung der Menge des an den Befeuchter gelieferten Feuchtigkeit enthält.
Daueremissionsüberwachungssystem nach Anspruch 1, wobei der Analyt Quecksilber ist.