Messgeräte für Abgas und Emission - Testo AG

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Info
Optimaler Arbeitsbereich von Feuerungsanlagen
Sinn und Zweck der
Rauchgas-Messtechnik
ist der umweltgerechte
Betrieb von Feuerungen
bei bestmöglicher
Ausnutzung der Anlage.
Die aufgeführten Formeln
und Tabellen dienen dem
Verständnis der
Rauchgas-Messtechnik.
Sie sind alle in den Testo-
Rauchgas-
Analysegeräten fest
abgespeichert. Sämtliche
Berechnungen erfolgen
automatisch.
Wirkungsgrad (η)
Rauchgasbestandteile
Der feuerungstechnische Wirkungsgrad
wird berechnet, indem der untere
Heizwert Hu auf 100 % gesetzt wird
und die Abgasverluste davon
abgezogen werden.Bei
Feuerungsanlagen, die im sogenannten
Brennwertbetrieb arbeiten, sind unter
Berücksichtigung der
Kondensationswärme auch Werte von
mehr als 100 % möglich. Diese
eigentlich unmögliche Messwert-
Anzeige im Display des Messgerätes
lässt jedoch auf die korrekte Betriebsart
der Feuerungsanlage schließen.
Wirkungsgrad einer Kleinfeuerungsanlage
η = 100 % - qA
qA = Abgasverlust (%)
Messung von Industrieabgasen
Kohlenmonoxid (CO)
Für die Messung von Industrieabgasen
gibt
es folgende Zielrichtungen:
Emissionskontrolle
– Einhalten von gesetzlich
vorgeschriebenen Grenzwerten (z. B.
TA-Luft)
– Anforderungen der ISO 14000
erfüllen
– Wichtige Messgrößen: NO X (NO +
NO 2 ), SO 2 , CO, H 2 S, O 2 und teilweise
CO 2
Brennstoff/
Luft-Gemisch
Einstellung und Optimierung von
Anlagen
Dies geht oftmals Hand in Hand mit der
Einhaltung von Emissionsgrenzwerten.
Ansonsten wird hier ein kostengünstiger
Betrieb durch Energieeinsparung
angestrebt.
Wichtige Messgrößen: O 2 , CO, CO 2 ,
Luftüberschusszahl und Wirkungsgrad.
Rauchgas-Messtechnik
Luftmangel Luftüberschuss
Optimaler Arbeitsbereich
der Feuerungsanlage
Abgasverlust
Kohlendioxid (CO2)
Sauerstoff (O2)
λ =1
Luftüberschuss
Der maximale Wirkungsgrad wird dann
erzielt, wenn bei leichtem
Luftüberschuss der Abgasverlust qA auf
den kleinsten Wert gebracht wird.
Bei Ölfeuerungsanlagen
CO 2 -Gehalt möglichst hoch, Rußzahl
zwischen 0 und 1
Bei Gasfeuerungsanlagen
CO 2 -Gehalt möglichst hoch, CO-
Gehalt 500 ppm im unverdünnten
Abgas
Prozessüberwachung bei thermischen
Herstellungsverfahren
Wichtig ist hier die
Atmosphärenüberwachung und
Dokumentation zur Qualitätssicherung
(ISO 9000 ff), Ausschussreduzierung
und Kosteneinsparung durch
Einsparung von Energie und
Verringerung von Stillstandzeiten.
Wichtige Messgrößen: O 2 , CO, CO 2 ,
SO 2 .
Die Messprinzipien
Testo verwendet für die Messgrößen
O 2 , CO, NO, NO 2 , H 2 S und SO 2
elektrochemische Gassensoren.
Diese Sensoren haben für den
portablen Einsatz große Vorteile:
– Unempfindlich gegen
Erschütterungen und
Temperaturänderungen
– Kleine Abmessungen und geringes
Gewicht
Abgasverlust (qA)
Der Abgasverlust ist ebenfalls eine
berechnete Größe, für die je nach
Brennstoff zwei verschiedene Formeln
zur Verfügung stehen. Entscheidend bei
beiden Berechnungen ist die Differenz
zwischen Abgas-Temperatur (AT) und
Verbrennungsluft-Temperatur (VT). Die
Abgas-Temperatur wird im Kernstrom
des Abgases gemessen, wo die
Temperatur am höchsten ist. Die
Verbrennungsluft-Temperatur wird an
der Ansaugöffnung des Brenners oder
bei raumluftunabhängigen
Feuerungsanlagen im Zuführrohr
gemessen.
Berechnung Abgasverlust für
Festbrennstoffe
Wird dann verwendet, wenn die
brennstoffspezifischen Faktoren A2
und B gleich null sind.
AT - VT
qA = f x __________________________
CO2 Berechnung CO 2
CO 2 =
CO 2max x (21 - O 2 )
__________________________ __________________________
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Luftverhältniszahl λ
Um eine vollkommene Verbrennung zu
erreichen, ist es notwendig, der
Verbrennung mehr als die theoretisch
erforderliche Luftmenge zuzuführen. Das
Verhältnis der überschüssigen
Verbrennungsluft zum theoretischen
Luftbedarf nennt man Luftverhältniszahl λ.
– Einfacher Austausch ohne Prüfgas
– Hohe Messbereiche und geringe
Nullpunktdrift für geringe
Konzentrationen
– Extreme Linearität über den
gesamten Messbereich
Für CO 2 wird ein NDIR-Sensor
verwendet.
Abgas
(z. B. CO)
Frischluft
H +
Gasdurchlässige Membran
Arbeitselektrode
Referenzelektrode
Gegenelektrode
Wässriger Elektrolyt
Gasdurchl. Membran
Tabelle der brennstoffspezifischen
Faktoren
Brennstoff
Heizöl
Erdgas
Flüssiggas
Koks, Holz
Brikett
Braunkohle
Steinkohle
Kokereigas
Stadtgas
Prüfgas
Berechnung Abgasverlust
A2 B f CO 2max
0,68 0,007 - 15,5
0,65 0,009 - 11,9
0,63 0,008 - 13,9
0 0 0,74 20,0
0 0 0,75 19,3
0 0 0,90 19,2
0 0 0,60 18,5
0,6 0,011 - -
0,63 0,011 - 11,6
0 0 - 13,0
[ ]
A2
qA = (AT - VT) x ____________________ + B
(21 - O2 )
AT: Abgas-Temperatur
VT: Verbrennungsluft-Temperatur
A2/B: brennstoffspezifische Faktoren
(siehe Tabelle)
21: Sauerstoffgehalt der Luft
O2 : im Abgas gemessener O2-Wert CO2 : Kohlendioxid, berechnet mit
Hilfe des CO2max-Wertes und O2 NO X -Messung
NO X setzt sich aus NO und NO2
zusammen. Bei kleineren
Feuerungsanlagen ist der NO 2 -Anteil
mit weniger als 3 % vom Gesamt-NO X
vernachlässigbar. Das Messen von NO X
wird beim korrekten Einstellen
moderner, NO X -reduzierter Brenner
immer wichtiger. Dies wird vom
Hersteller zur Einstellung und Abnahme
der Anlage gefordert, zumal das
Verkaufsargument “low NO X ” immer
größere Beachtung findet.
CO 2 -IR-Sensor
Elektrochemischer Gassensor, z. B. für
toxische Gase O 2 -Sensor
Gas
CO 2
CO 2
IR-Strahler
Interferenzfilter
I = 4,27 µm
(Lampe) Absorption CO2 IR-
Detektor
OH - OH - OH -
OH -
OH -
OH -
OH -
Gas
Gasdurchlässige Membran
Kathode
Anode
Temperatur-Sensor
Wässriger Elektrolyt
Äußerer Stromkreis