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