System ciągłego monitorowania emisji - Continuous emissions monitoring system

Systemy ciągłego monitorowania emisji ( CEMS ) są wykorzystywane jako narzędzie do monitorowania strumieni gazów odlotowych powstających w wyniku spalania w procesach przemysłowych. CEMS mierzy gazu spalinowego dla tlenu , tlenku węgla i dwutlenku węgla, w celu dostarczenia informacji do spalania kontrolę w warunkach przemysłowych. Są one również używane jako środek do przestrzegania norm emisji do powietrza, takich jak Program Kwaśnych Deszczów Agencji Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych (EPA) , inne federalne programy emisji w USA lub stanowe normy emisji. CEMS zazwyczaj składa się z analizatorów do pomiaru stężenia gazu w strumieniu, sprzętu do kierowania próbki tego strumienia gazu do analizatorów, jeśli są one oddalone, sprzętu do kondycjonowania próbki gazu przez usunięcie wody i innych komponentów, które mogłyby zakłócać odczyt, pneumatycznego hydraulika z zaworami, które mogą być sterowane przez PLC w celu kierowania próbki gazu do i z analizatorów, system kalibracji i konserwacji, który umożliwia wprowadzanie gazów kalibracyjnych do linii próbki oraz system akwizycji i obsługi danych (DAHS) który zbiera i przechowuje każdy punkt danych i może wykonać niezbędne obliczenia wymagane do uzyskania całkowitej masy emisji. CEMS działa przez cały czas, nawet jeśli proces, który mierzy, nie jest włączony. Mogą stale gromadzić, rejestrować i raportować dane dotyczące emisji w celu monitorowania procesu i/lub w celu zapewnienia zgodności.

Standardowy system CEM składa się z sondy próbki, filtra , przewodu próbki ( przewodowego ), układu kondycjonowania gazu, układu gazu kalibracyjnego oraz serii analizatorów gazów, które odzwierciedlają monitorowane parametry. Typowe monitorowane emisje obejmują: dwutlenek siarki , tlenki azotu , tlenek węgla , dwutlenek węgla , chlorowodór , pył zawieszony w powietrzu , rtęć , lotne związki organiczne i tlen . Systemy CEM mogą również mierzyć przepływ powietrza, zadymienie spalin i wilgotność . System monitorowania, który mierzy cząstki stałe, jest określany jako PEMS.

W Stanach Zjednoczonych EPA wymaga systemu gromadzenia i przetwarzania danych w celu gromadzenia i raportowania danych. Pomiary stężenia można przekonwertować na masę/godzinę, włączając pomiary natężenia przepływu. Rodzaje mierzonych gazów i wymagane obliczenia zależą od rodzaju źródła, a każdy rodzaj źródła ma swoją własną podczęść w ramach 40 CFR część 60 i część 75. SO
2emisje są mierzone w funtach na godzinę przy użyciu zarówno SO
2monitor stężenia zanieczyszczeń i monitor przepływu objętościowego. Na NR x zarówno NO x zanieczyszczeń monitorowania stężenia oraz monitor rozcieńczającego gazu są wykorzystywane do określenia tempa emisji masy na objętość lub ciężar na wartości opałowej (np funtów / milionów BTU Ibs / ft 3 kg / kWh lub kg /m 3 ). Czasami wymagane są pomiary nieprzezroczystości, w zależności od typu źródła. WSPÓŁ
2pomiar jest czasami wymagany, jednak jeśli jest monitorowany, CO
2lub monitor tlenu plus monitor przepływu. DAHS musi być w stanie zbierać, rejestrować i przechowywać dane, zwykle w odstępach 1-minutowych. Dla celów zgodności, DAHS musi być w ciągłej pracy 24/7/365, nawet gdy żaden proces nie jest włączony. Aby pomiar był prawidłowy, DAHS musi rejestrować co najmniej jeden odczyt co 15 minut przez 3 z 4 kwartałów. Odczyty są następnie uśredniane co godzinę.

Operacja

Mała próbka spalin jest pobierana za pomocą pompy do systemu CEM poprzez sondę do pobierania próbek. Obiekty spalające paliwa kopalne często używają sondy rozcieńczająco- ekstrakcyjnej do rozcieńczania próbki czystym, suchym powietrzem w stosunku zwykle od 50:1 do 200:1, ale zwykle 100:1. Stosowane jest rozcieńczanie, ponieważ czysty gaz spalinowy może być gorący, wilgotny i, w przypadku niektórych zanieczyszczeń, lepki. Po rozcieńczeniu do odpowiedniego stosunku próbka jest transportowana przez przewód próbki (zwykle nazywany przewodem) do kolektora, z którego poszczególne analizatory mogą pobierać próbkę. Analizatory gazów wykorzystują różne techniki do dokładnego pomiaru stężeń. Do powszechnie stosowanych technik należą: adsorpcja w podczerwieni i ultrafiolecie , chemiluminescencja , fluorescencja i absorpcja promieniowania beta . Po analizie gaz opuszcza analizator do wspólnego kolektora do wszystkich analizatorów, gdzie jest odpowietrzany na zewnątrz. System akwizycji i obsługi danych (DAHS) odbiera sygnał wyjściowy z każdego analizatora w celu gromadzenia i rejestrowania danych dotyczących emisji .

Inna metoda ekstrakcji próbek stosowana w źródłach przemysłowych i źródłach użyteczności publicznej o niskich wskaźnikach emisji jest powszechnie określana jako ekstrakcja „na sucho”, „na gorąco” lub „bezpośrednio” CEMS. Próbka nie jest rozcieńczana, ale jest przenoszona wzdłuż rozgrzanej linii próbki w wysokiej temperaturze do jednostki kondycjonowania próbki. Próbka jest filtrowana w celu usunięcia cząstek stałych i suszona, zwykle w chłodziarce , w celu usunięcia wilgoci . Po kondycjonowaniu próbka trafia do kolektora do pobierania próbek i jest mierzona przez różne analizatory gazów, zwykle NO
x oraz O 2 (a czasami CO) w turbinach spalinowych i silnikach napędzanych gazem ziemnym lub olejem napędowym. NIE
x analizatory zazwyczaj pracują przy użyciu chemiluminescencji . Analizatory O 2 to pole magnetyczne, które przyciąga O 2 do pomiaru stężenia. O 2 wywołuje ruch zawieszonego lustro wewnątrz analizatora, który następnie zmienia się ilość światła odbitego od istoty tego zwierciadła na fotokomórkę. Ilość prądu wymagane do przejścia z powrotem do środka lusterka jest proporcjonalna do O 2 stężeniu. Do wykonania wymaganych obliczeń wymagana jest umiejętność pomiaru % tlenu w próbce.

Zapewnienie jakości

Dokładność systemu jest demonstrowana na kilka sposobów. Wewnętrzną kontrolę zapewnienia jakości uzyskuje się poprzez codzienne wprowadzanie certyfikowanego stężenia gazu do sondy próbki. Pomiar CEMS jest następnie porównywany ze znanym stężeniem, aby uzyskać procent błędu kalibracji. Zbierany jest również i porównywany odczyt gazu zerowego. Jeżeli błąd kalibracji % przekracza 2x specyfikację działania przez 5 kolejnych dni lub 4x specyfikację działania w ciągu 24 godzin, CEMS jest uważany za poza kontrolą, co oznacza, że ​​dane nie mogą być traktowane jako dokładne, dopóki nie zostaną przywrócone do kontroli. Podstawianie danych będzie stosowane przez okresy poza kontrolą. Metoda substytucji danych generalnie nie jest korzystna, dlatego bardzo ważne jest, aby jak najszybciej przywrócić kontrolę nad CEMS.

EPA pozwala również na stosowanie systemów kalibracji ciągłego monitorowania emisji, które rozcieńczają gazy w celu wygenerowania standardów kalibracji. Odczyt analizatora musi być dokładny do pewnego procentu. Dokładność procentowa może się różnić, ale większość mieści się w zakresie od 2,5% do 5%. W elektrowniach objętych Programem Kwaśnych Deszczów coroczna (lub co dwa lata) certyfikacja systemu musi być przeprowadzona przez niezależną firmę. Firma będzie tymczasowo dysponować niezależnym systemem CEM do gromadzenia danych dotyczących emisji równolegle z zakładowym CEMS. Ten test jest określany jako Audyt Testu Względnej Dokładności (RATA).

W USA okresowe oceny sprzętu muszą być zgłaszane i rejestrowane. Obejmuje to codzienne testy błędów kalibracji, codzienne testy zakłóceń dla monitorów przepływu oraz półroczne (lub roczne) testy RATA i bias. Sprzęt CEMS jest drogi i nie zawsze dostępny dla obiektu. W takich przypadkach zakład zainstaluje w punkcie emisji sprzęt do analizy niezgodny z EPA. Raz w roku, w celu oceny sprzętu, mobilna firma CEMS mierzy emisje za pomocą zgodnego sprzętu. Wyniki są następnie porównywane z niezgodnym systemem analizatora.

Bibliografia

  1. ^ Babcock & Wilcox Company (2005). Steam: jego generowanie i wykorzystanie . Firma Babcock & Wilcox. s. 36-5. Numer ISBN  0-9634570-1-2.
  2. ^ [Jahnke, James] Firma (2001). Systemy ciągłego monitorowania emisji: Wydanie II . Wileya. Numer ISBN 978-0471292272.
  3. ^ Kodeks przepisów federalnych Stanów Zjednoczonych , tytuł 40, część 60, 63, 72 i 75
  4. ^ https://www.ecfr.gov/cgi-bin/retrieveECFR?gp=&SID=1134dfa8ef4327a6889f0bd9c267b205&mc=true&n=pt40.7.60&r=PART&ty=HTML
  5. ^ a b „Arkusz informacyjny dotyczący ciągłego monitorowania emisji” . Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska. Zarchiwizowane z oryginału w dniu 11 lutego 2009 r.
  6. ^ „Projekty kapitału drugiej generacji” . www.pnm.com . Pobrano 23 lutego 2016 .
  7. ^ „Protokół identyfikowalności EPA dla testów i certyfikacji gazowych standardów kalibracji”, „EPA-600/R93/224”. Zmieniony we wrześniu 1993.
  8. ^ „Specyfikacje i procedury badawcze dla systemów ciągłego monitorowania węglowodorów w źródłach stacjonarnych” (PDF) . www3.epa.gov . Pobrano 23 lutego 2016 .
  9. ^ „Analizatory gazów spalinowych i emisji | Nova Gaz” . Nova Gaz . Źródło 2016-02-23 .