LangzeitprobennahmeSystemLong-term sampling system
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.The present invention relates to a long-term sampling system for the continuous monitoring of dust and pollutant emissions and for determining the dust emission in flowing media with isokinetic removal of a partial gas stream from the main gas stream of a pollutant emitter, preferably an industrial incinerator, by means of a partial flow sampling probe with separation of the dust in the exhaust gas by cake filtration a filter and tapping the pressure loss caused by the flow through the same.
Der erforderliche Umfang von Emissionsdauerüberwachungen werden durch einschlägige nationale gesetzliche Vorschriften bestimmt. Beispielsweise schreibt die in Deutschland verbindliche 17. BlmSchV (Bundes- Immission-Schutz-Verordnung) für eine lückenlose Überwachung von Rauchgas emittierende Anlagen auch taktweise zu wiederholenden Einzelmessungen vor, um relevante Staubinhalts- stoffe und filtergängige Schadstoffe, wie Schwermetalle oder organische Verbindungen nachzuweisen und zu belegen, mit Kenntnis der gleichfalls zu bestimmenden Abgasfeuchte.The required scope of emission duration monitoring is determined by the relevant national legal regulations. For example, the 17th BlmSchV (Federal Immission Protection Ordinance), which is binding in Germany, also stipulates repeated individual measurements for the continuous monitoring of flue gas emitting systems in order to detect and assign relevant dust constituents and filter-compatible pollutants such as heavy metals or organic compounds prove with knowledge of the exhaust gas moisture to be determined as well.
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.Known methods for monitoring the duration of emissions are absorption methods of light waves or other radiation sources. It is also known to monitor dust filters for their pressure loss by assuming a threshold value that the filter is loaded and must be replaced. Only then can the integral quantity of the particles deposited on the filter be determined gravimetrically. A continuous monitoring of the separated quantity in given time steps cannot be achieved with this method.
Aus der DE 41 15 212 C2 ist ein Verfahren und ein dazugehöriges Langzeitprobenahmesystem zur kontinuierlichen Bestimmung von Staubgehalten in strömenden Medien unter isokinetischer Teil-
Stromentnahme von Proben aus dem Hauptgasstrom eines Schadstoff- emitters 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 pG, der statische Druck pst.H des Hauptgasstromes, der statische Druck pstιT 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 ΔpF im Filter unter ständigem Aufrechterhalten der isokinetischen Teil- stromentnahme-Bedingungen stetig weiter gemessen, wobei laufend die Filterbelegung h = ΔPF/ (η»vF) , vF ist die Filtrationsgeschwindigkeit, berechnet wird. Die zeitliche Änderung der Filterbelegung Δhx wird dann über die Beziehung Δhx = h1+1 - dargestellt, wobei hx die Filterbelegung zu einem Zeitpunkt t und 1+1 die Filterbelegung zu einem weiteren Zeitpunkt t1+1 ist . Über die Beziehung Er = / (hEnde-ho) (m = abgeschiedene Staubmenge) wird die Emissionskonstante Er im Rahmen eines gesamten Probenahmezyklus zwischen h0 und hEnde empirisch bestimmt. Mit der gleichen Beziehung lässt sich dann bei einem filterspezifischen, d. h. prak-
tisch unveränderlichen Er bei bekannten Δhx die in einem Zeitintervall zwischen t und t1+1 abgeschiedenen Staubmenge Δrri! 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 S offüber ragung verwiesen.DE 41 15 212 C2 describes a method and an associated long-term sampling system for the continuous determination of dust contents in flowing media under isokinetic partial Current extraction of samples from the main gas stream of a pollutant emitter by means of a probe and with separation of the dusts by cake filtration on a filter are known. An isokinetic partial flow withdrawal from a main gas flow exists if the partial flow to be extracted and measured has exactly the same composition with regard to the flue gas composition and the chemical components as the main gas flow (cf. [1]). The following flow parameters are measured in order to constantly maintain the isokinetic partial flow withdrawal conditions on the partial flow withdrawal probe: the total pressure p G , the static pressure pst. H of the main gas stream , the static pressure p stιT of the partial gas stream, the system temperature T, the gas humidity, and via an analysis unit downstream of the filter which taps into a partial stream, the gas composition. The density, the viscosity η, the volume flow and the Reynolds number Re of the partial gas flow can be calculated from these flow parameters. These flow data serve to regulate the isokinetic partial flow draw in the event of changing flow conditions in the main exhaust gas flow. To determine the dust emission, the pressure loss in the unoccupied filter is measured at the start of a separation process. During the separation process, the instantaneous pressure drop Δp F in the filter is continuously measured while the isokinetic partial flow removal conditions are maintained, the filter assignment h = ΔP F / (η »v F ), v F being the filtration speed, being continuously calculated , The change in the filter occupancy Δh x over time is then represented by the relationship Δh x = h 1 + 1 -, where h x is the filter occupancy at a time t and 1 + 1 is the filter occupancy at a further time t 1 + 1 . Using the relationship E r = / (h end -ho) (m = amount of dust separated), the emission constant E r is empirically determined within an entire sampling cycle between h 0 and h end . With the same relationship, a filter-specific, ie practically table-unchangeable E r at known Δh x the amount of dust Δrri deposited in a time interval between t and t 1 + 1 ! determine which can then be assigned for documentation to a partial gas volume determined in the same time interval in the normal state. Please refer to the relevant literature and textbooks (e.g. [2]) for heat and heat transfer for the formal relationships in this procedure.
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.In the method and the long-term sampling system disclosed with this, however, a substream is branched off from the substream of the exhaust gas cleaned of dust for an analysis of the volatile, ie. H. filterable chemical ingredients after the filter and before the pump not according to isokinetic conditions.
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.Based on the prior art mentioned, the object of the invention is to modify a long-term sampling system in such a way that in addition to the continuous quantitative long-term sampling of dusts in flowing media, the possibility is also created of volatile and thus filterable ingredients with optimized, i.e. H. Sensitive detection limit with simultaneous reduced measurement effort continuously quantitatively.
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.To achieve the object, the invention proposes the features set out in claim 1. The further claims indicate preferred design options of the invention.
Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von Figuren einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Langzeitprobenahmesystems näher erläutert. Es zeigenDetails of the invention are explained in more detail below with reference to figures of an embodiment of the long-term sampling system according to the invention. Show it
Fig. 1 das Langzeitprobenahmesystem in prinzipieller Darstellung, sowie
Fig. 2 die Teilstromentnahmesonde im Bereich der Sondenmündung .Fig. 1 shows the long-term sampling system in principle, and Fig. 2 shows the partial flow extraction probe in the area of the probe mouth.
Fig. 1 zeigt das Schema der dargestellten Ausführungsform des Langzeitprobenahmesystems zum kontinuierlichen Bestimmen von Staubgehal en, GasZusammensetzung, Gasfeuchte sowie der im Abgas gelösten flüchtigen, d. h. filtergängigen chemischen Inhaltsstoffe in strömenden Medien unter isokinetischer Teilstromentnahmebedingungen .Fig. 1 shows the schematic of the illustrated embodiment of the long-term sampling system for the continuous determination of dust levels, gas composition, gas moisture and the volatile, ie. H. filterable chemical ingredients in flowing media under isokinetic partial flow removal conditions.
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 Pfeil- richtung 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 Unterdr ck in der Saugleitung 4 wird über ein Sauggebläse 5 erzeugt. Die Strömungsdaten des Teilstromentnahmesonde 2, insbesondere die Strömungswiderstandsbeiwerte der Sondenmündung 6 im Haupt- gasstrom, 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.1 shows the section of an exhaust gas duct 1 which is connected downstream of the flue gas cleaning stage as part of a previously described emission duration monitoring and in which the main gas stream 3 of the exhaust gas is directed in the direction indicated by the arrow. Ideally, the section shown is straight and vertical, the cross section of the exhaust duct 1 is round and the main gas stream flows upwards. In this section, the isokinetic partial flow withdrawal takes place by means of a partial flow withdrawal probe 2, the probe mouth 6 of which is oriented against the flow in the flow profile of the main gas flow in the exhaust duct 1 in accordance with VDI guideline 2066. The vacuum in the suction line 4 required for the suction of the partial flow is generated by a suction fan 5. The flow data of the partial flow withdrawal probe 2, in particular the flow resistance coefficients of the probe mouth 6 in the main gas flow, are included as parameters in the regulation of the isokinetic partial flow withdrawal. They are determined in advance as part of separate wind tunnel measurements, changing depending on the temperature, pressure conditions and viscosity of the flow medium and taking into account when controlling the suction fan 5.
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 pSt,H des Hauptgas- Stromes über mindestens eine radialen Außenöffnung 7 außen an
der Teilstromentnahmesonde, der statische Druck ps_,τ des Teilgasstromes über mindestens eine radialen Innenöffnung 8 in der Teilstromentnahmesonde sowie der Gesamtdruck pG über drei Staurohre 9, welche die Druckwerte deutlich vor der Sondenmündungs- Öffnung 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.FIG. 2 shows a possible design of the partial flow sampling probe 2 in the area of the probe opening 6. To determine the control parameters for the isokinetic partial flow withdrawal, the static pressure p St , H of the main gas flow is at the outside via at least one radial outer opening 7, behind the probe opening the partial flow extraction probe, the static pressure p s _ , τ of the partial gas flow via at least one radial inner opening 8 in the partial flow extraction probe and the total pressure p G via three pitot tubes 9, which tap the pressure values clearly in front of the opening of the probe opening, tapped in the main gas flow and in each case via one Pipeline not shown in the figures parallel to the suction line 4 to a pressure measuring device, which are located in a housing 10 at the end of the suction line 4 outside the exhaust duct, pneumatically forwarded and converted by this into electrical signals. Furthermore, the system temperature T of the main gas flow is measured via a thermal sensor 11, which also taps the measured values clearly before the probe mouth.
Die Systemtemperatur T sowie die drei zuvor genannten Systemdrücke Pst,H Pst,τ und pG 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 .The system temperature T and the three system pressures Ps t , H Pst, τ and p G mentioned above are fed as four electrical signals 12 in parallel and simultaneously to a measuring and control unit 13 for controlling the suction fan 5 via an operating unit 14.
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.In continuous operation, the partial gas flow sucked off via the partial flow extraction probe 2 and by means of the suction fan 5 can be switched over alternately via a feed line 15, a discharge line 22 and two multi-way valves 20 and 21 alternatively by one of the two filter housings 16 and 17, in which the dusts contained in the partial gas flow and others Solid particles are continuously separated on the fine filters 18 and 19, passed. Teflon filters, for example, are suitable as fine filters.
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 Adsor- berstufen 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 isokine- tischen 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. HC1, S02, NOx, HF oder anderer Schadstoffe zugeführt werden.New to the long-term sampling system are the adsorber stages 23 and 24 arranged in the two filter housings 16 and 17 and directly downstream of the ultra-fine filters 18 and 19. The volatile, i.e. filterable chemical ingredients, for example heavy metals or organic pollutants, dissolved in the partial gas stream accumulate on these Absorber material so that they can be quantified by a suitable analysis method after completion of the sampling. When the entire partial gas flow is passed through the adsorber stages 23 or 24, the entire proportion of the volatile constituents dissolved in the entire partial gas flow is also advantageously available for analysis. In this way, the detection limit for individual ingredients is lowered, so that the substances to be detected are much easier to detect even at very low concentrations. It is therefore no longer necessary to branch off a partial gas flow from the partial gas flow of the exhaust gas cleaned of dust at the level of the discharge line 22 for a pollutant analysis of the volatile constituents dissolved in the exhaust gas, which according to the prior art cited does not take place according to isokinetic conditions. These are intercepted in the adsorber stages 23 or 24 or can also be used for the detection of e.g. B. HC1, S0 2 , NO x , HF or other pollutants are supplied.
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.Furthermore, in contrast to the prior art mentioned, the adsorber stages 23 and 24 connected downstream of the fine filters 18 and 19 do not require their own drive or control units, which considerably reduces the measurement effort previously required. The long-term sampling system is therefore also suitable for continuous, long-term sampling of volatile substances without additional measuring technology.
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 VerbindungenThe following substances can usually be detected on the adsorbent (e.g. polypropylene, activated carbon, etc.) of adsorber stages 23 and 24: polybrominated or polychlorinated dibenz-p-dioxins polybrominated or polychlorinated dibenzofurans polychlorinated biphenyls polychlorinated benzenes polychlorinated phenols polychlorinated naphthalene polycyclic aromatic hydrocarbons volatile heavy metals, such as B. Hg and their compounds
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 C02, 02 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 pstιH, Pst,τ und pG 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 Teilgas- Stromes 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 .After the ultra-fine filters 18 and 19 and the adsorber stages 23 and 24, a bypass line 25 is connected in the discharge line 22, via which a minimal amount of lower current is constantly sucked in and fed directly to an analysis unit 26 and from there to the outside. The gas composition is determined in the analysis unit, in particular with regard to C0 2 , 0 2 and the gas moisture. The measured values determined in the process are supplied to the measuring and control unit 13 as electrical measured values 27. With these and the system temperature T determined at the probe mouth 6 of the partial flow extraction probe 2 and the three system pressures p stιH , Ps t , τ and p G as well as the pressure reductions Δp (measured by the ultra-fine filters 18 and 19 and measured at these), the differential pressure before and behind the ultrafine filter 18 or 19, which is supplied to the measuring and control unit 13 as electrical measurement signals 28), the density, the viscosity η, the volume flow and the Reynolds number Re of the partial gas flow are further processed and in a further step to regulate the isokinetic Partial current draw is used in changing flow conditions in the main guest flow. A corresponding control variable 29 for the fan motor is fed to the suction fan 5.
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 .Compared to the prior art mentioned, the partial gas flow from the partial gas flow is reduced at the level of the discharge line 22, since the partial gas flow now only has to be branched off for the analysis unit 26.
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.Following the discharge line 22, the partial gas flow flows through the suction fan 5, from where it is fed back to the main gas flow via a further line, specifically at one point after the partial gas flow has been taken in the direction of flow. To avoid unwanted condensation, in particular of gaseous pollutant compounds in the fine filters 18 and 19 or in the suction fan 5, these can optionally be provided with a heater, not shown in the figures. With the aid of such a shift in the dew point, in particular the volatile constituents dissolved in the partial gas stream can also be safely transported through the ultra-fine filters 18 and 19 into the adsorber stages 23 and 24.
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 prit des aktiven Feinstfilters weitergeführt wird. Wird Δpkrit 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 Er als Quotient der abgeschiedenen Staubmenge m zu der Gesamtfilterbelegung Δh = hEnde - hO bestimmt und für die nachträgliche Korrektur der taktweise bestimmten Staubmengen pro Zeitintervall herangezogen werden. Da sich die Emissionskonstante Er 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 Ea erforderlich.In order to carry out a continuous long-term sampling, the differential pressure upstream and downstream of the fine filter 18 and 19, respectively, which is switched through the multi-way valves 20 and 21, ie the pressure reduction Δp, is measured in the unoccupied state. This begins the sampling process, which takes place without interruption and without switching over to the other, inactive fine filter 18 or 19 until it is completely occupied, i. h until a pressure difference specified as a limit is exceeded by the active fine filter. If Δpcrit is exceeded, the partial gas flow is switched over to multi-way taps 20 and 21 to the previously inactive fine filter 18 or 19 and the now occupied fine filter is removed from the filter housing for further analysis and / or archiving. Furthermore, the real emission constant E r can be determined as the quotient of the separated dust quantity m to the total filter assignment Δh = h end - hO and can be used for the subsequent correction of the cyclically determined dust quantities per time interval. Since the emission constant E r, as the specific size of the dust particles, practically never changes, such a correction is only necessary if the emission constant E a is unknown, ie used as an estimate during the first measurement.
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 dw von 16 bzw. 25 mm durchgeführt. Zur Überprüfung der Wirksamkeit der Ad- sorberstufen wurde die Schüttung in diesen in drei Adsorber- schichten unterteilt, wobei der das Feinstfilter passierende Teilgasstrom zunächst die obere, dann die mittlere und schließlich die untere Adsorberschicht durchströmt. Die Dioxin- und Fu- rankonzentrationen 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.Reference is made to the previously cited prior art for the individual process steps and for the algorithms for determining the emission data to be documented from the measurement data obtained. To check the functionality of the long-term sampling system, six one-week measuring cycles were carried out on a waste incineration plant. The tests were carried out with two different partial flow sampling probes with an effective diameter d w of 16 or 25 mm. To check the effectiveness of the adsorber stages, the bed in these was divided into three adsorber layers, the partial gas stream passing through the fine filter first flowing through the upper, then the middle and finally the lower adsorbent layer. The dioxin and furan concentrations in pg TEQ / Nm 3 (TEQ = toxicity equivalent) of the dioxins and furans accumulated in the adsorbent layers after long-term sampling were evaluated quantitatively and given for the three adsorbent layers in the following table.
Tabelle: Beispiel für die Adsorption von Dioxin/Furan auf den Adsorberschichten einer AdsorberstufeTable: Example of the adsorption of dioxin / furan on the adsorbent layers of an adsorber stage
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.The table clearly shows the enormous decrease in the concentration of furans and dioxins between the upper and middle adsorbent layer, which already has a value of 0.01 pg TEQ / Nm 3 in the second adsorbent layer and is therefore already in the range of the detection limit. For this reason, an analysis of the lower and possibly also the middle segment can be dispensed with for routine measurements.
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 Ad- sorbenzien einsetzbar.Instead of the adsorber stages, depending on the intended use and the type of volatile constituents to be detected, absorption stages or combined ad and absorber layers are also included the same or different adsorbents which can be selected in each case with regard to the adsorption capacity for a specific pollutant.
Ferner können auch mehrere hintereinander und/oder parallel angeordnete Ad- und/oder Absorberstufen zur Anwendung gelangen, welche aufeinander abgestimmt separat analytisch auswertbar sind.Furthermore, a plurality of ad and / or absorber stages arranged one behind the other and / or in parallel can also be used, which can be analyzed separately and coordinated with one another.
Neben der zuvor beschriebenen kontinuierlichen Langzeitbeprobung von Stäuben über die Feinstfilter und der flüchtigen Inhaltsstoffe über die Adsorberstufen besteht im Rahmen des erfindungs- gemäßen 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.In addition to the continuous long-term sampling of dusts described above using the ultra-fine filters and the volatile constituents via the adsorber stages, the long-term sampling system according to the invention offers the possibility of connecting additional analysis devices. For example, a branching of a lower part flow between the ultrafine filter and the adsorber stage or within the adsorber stage is suitable for additional, further gas analysis. In particular, it makes sense to have the leads 31 and 32 also open out between two ad or absorption stages. Certain pollutants, which should not be measured in an independent gas analysis, can be trapped in the ad or absorber stages, for example, to avoid cross-sensitivity in gas analysis. In addition, portions of the pollutants absorbed or adsorbed before the derivation 31 or 32 are not lost for balancing the amounts of pollutants in the absorption or adsorption stages.
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 Teil- stromentnahme 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.In principle, the long-term sampling system is also suitable for the assessment and optimization of a combustion process. The essential information with regard to the assessment of a combustion process, in particular the efficiency of combustion or the formation and release of pollutants from the process, is namely in the raw gas, i.e. between the waste heat boiler and the first flue gas cleaning stage. As part of a measurement, the partial crude gas flow must also be removed isokinetically from the main crude gas flow directly after the waste heat boiler. Generally is the prevailing flow state is characterized by considerable fluctuations in the raw gas velocity and by particle segregation in the raw gas, so that isokinetic partial flow extraction and extensive network measurements are prerequisites for the concept of sampling and the representativeness of the sample material. Quartz fiber filters, for example, are suitable as fine filters 18 and 19 for this application.
[1] Röthele, S.: Verfahren zur geschwindigkeitsgleichen Absaugung mit Differenzdrucksonden; Staub-Reinhalt . Luft 42 (1982) S .6-10
[1] Röthele, S .: Process for suction at the same speed with differential pressure probes; Clean dust. Luft 42 (1982) pp. 6-10
Bezugszeichen:Reference numerals:
1 Abgaskanal1 exhaust duct
2 Teilstromentnahmesonde2 partial flow sampling probe
3 Hauptgasstrom3 main gas flow
4 Saugleitung4 suction line
5 Sauggebläse5 suction fans
6 Sondenmündung6 probe mouth
7 Außenöffnung7 outside opening
8 Innenöffnung8 inside opening
9 Staurohr9 pitot tube
10 Gehäuse10 housing
11 Thermofühler11 thermocouples
12 Elektrische Signale12 Electrical signals
13 Mess- und Regeleinheit13 measuring and control unit
14 Bedieneinheit14 control unit
15 Zuleitung15 supply line
16 Filtergehäuse16 filter housing
17 Filtergehäuse17 filter housing
18 Feinstfilter18 ultra-fine filter
19 Feinstfilter19 ultra-fine filter
20 Mehrwegehahn20 multi-way valve
21 Mehrwegehahn21 multi-way valve
22 Ableitung22 derivative
23 Adsorberstufe23 adsorber stage
24 Adsorberstufe24 adsorber stage
25 Bypassleitung25 bypass line
26 Analyseeinheit26 analysis unit
27 Elektrische Messwerte27 Electrical measurements
28 Elektrische Messsignale28 Electrical measurement signals
29 Regelgröße Gebläsemotor29 Control variable blower motor
30 Leitung30 line
31 Ableitung31 derivative
32 Ableitung
32 derivative