Ši svetainė naudoja slapukus („cookies“), norint suteikti kokybiškesnes paslaugas. Likdami svetainėje sutinkate su šia politika.

Kietųjų dalelių emisijų matavimo gravimetriniu metodu taikymo ypatumai deginant biokurą

Paskelbta auregis 2017.01.24 0 Komentarai Straipsniai,

Kietųjų dalelių emisijų matavimo gravimetriniu metodu taikymo ypatumai deginant biokurą

 

Biomasės panaudojimas kurui tai viena iš priemonių mažinti aplinkos taršą ir šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisiją. Tai nereiškia, jog biomasės panaudojimas automatiškai išspendžia taršos problemas. Kaip parodė prieš keletą matų atlikti matavimai, taršos emisijų lygis labai priklauso ir nuo eksploatuojamų energetinių katilų konstrukcijos, kuro savybių ir palaikomo darbo rėžimo. Labiausiai jaučiama yra kietųjų dalelių emisija. Juolab, kad modernizuotos ir pritaikytos biokuro deginimui katilinės dažniausiai yra miestų teritorijoje arti gyvenamųjų namų.

 

Kietųjų dalelių emisijų matavimą reglamentuoja du pagrindiniai standartai – LST-EN 13284-1 ir ISO 9096 [1; 2]. Juose aprašyta nuodugniai aprašyta matavimų atlikimo tvarka, reikalavimai matavimas naudojamiems prietaisams. Gravimetrinis metodas yra referencinis ir taikomas emisijų taršos kontrolei bei kitais principais (optiniu, elektrodinaminiu) veikiančių prietaisų kalibravimui. Iš kitos pusės matavimai susiję su specifinėmis biokuro savybėmis: didelis kuro savybių netolygumas ir didelė jo drėgmė; mažas, palyginus su kitomis kuro rūšimis, kaloringumas, didelis kiekis lakiųjų medžiagų; mažas sieros kiekis ir galimai didelis chloro kiekis šiauduose. Šio metodo taikymas ribojamas slėgių skirtumu tarp statinio ir dinaminio slėgių dujų transportavimo kanale. Tik esant jam didesniam, nei 5 Pa bus išlaikomas srauto greičio ir debito (≤ 2 % ) matavimo tikslumas.

 

Gravimetrinio metodo taikymo apribojimas pagal slėgių skirtumą

Srauto matavimas sparneliniais arba termoanemometrais negalimas dėl didelės kietųjų dalelių koncentracijos dujose. Matavimas grindžiamas reprezentatyvaus mėginio paėmimu aspiruojant dalį pagrindinio srauto per specialų filtrą. Standartas numato mėginio paėmimo trukmę ne mažiau 30 minučių. Tokių būdu įvertinama katilo darbo netolygumas dėl kuro savybių nevienodumo, apkrovos pasikeitimo ir kitų faktorių. Jei energetiniuose objektuose naudojame matavimo įrangą skirtą darbui ventiliacinių sistemų kontrolei ar darbo vietų aplinkos taršai matuoti, atlikti matavimai nebus korektiški. Pirmiausia, tokie prietaisai nepritaikyti darbui kanaluose su daug aukštesnėmis temperatūromis ir srautais su keliolika kartų didesne kietųjų dalelių koncentracija [3]. Juose mažas aspiravimo debitas (iki 25 l/min.), o naudojami plokšti filtrai pilnai užsipildo per kelias minutes. Per tokį trumpą laiką neįmanoma atlikti mėginio paėmimą visuose didesnio diametro kanaluose, o mažo diametro aspiracinių antgalių panaudojimą riboja standartas - angos diametras turi būti didesnės nei 6 mm. Taip pat nenaudotini aspiratoriai lakių ir aerozolinių teršalų mėginių paėmimui. Jie pritaikyti darbui su labai mažais debitais (1,5...3 l/min.).

 

 

          1pav. Gravimetrinio metodo taikymo apribojimas pagal slėgių skirtumą.

 

Kitas dažnai pasitaikantis netikslumas - tai emisijų matavimas esant mažai katilo apkrovai (15-20%) ir gautų rezultatų ekstrapoliavimas didelėms (60-85%) katilo apkrovoms. Korektiška yra atlikti du kontrolinius matavimus – vasarą/rudenį prie mažų katilo apkrovų ir žiemą/pavasarį prie didelių katilo apkrovų. Kaimyninėse šalyse (Lenkijoje, Vokietijoje) tai yra reglamentuota įstatymu. Ne mažai problemų yra su matavimo vietos parinkimu. Standarte numatyta, kad matavimo taškas turi būti per 5 diametrus nuo ortakio alkūnės, kanalo diametro pasikeitimo ar atsišakojimo, o už matavimo taško 3 diametrų kanalo ilgio atkarpa. Šiuos reikalavimus ne visada pavyksta išlaikyti rekonstruojamuose objektuose. Geriausias variantas atlikti matavimus vertikaliuose kanaluose. Šiuo atveju matavimus pakanka atlikti vienoje kanalo ašyje, nes srautas - viena svarbiausių sąlygų yra izokinetiškumo užtikrinimas mėginio aspiravimo metu (leistinos koeficiento kitimo ribos 95...115%). Esant izokinetiškumui mažesniam nei optimalus, mėginyje bus surenkama mažesnis kiekis mažų kietųjų dalelių, o didesniam – daugiau mažų kietųjų dalelių nei yra dujų sraute. Problemą apsunkina tai, kad izokinetiškumo sąlyga švarioms dujoms be dulkių nėra tapati dujų ir kietųjų dalelių mišiniui. Atliki tyrimai parodė, kad aukštesnis aspiravimo izokinetiškumo lygis dujoms realiai yra artimas kvazikinetiniam dujų-dulkių mišinio aspiravimui [4]. Tai yra palaikant izokinetiškumą 105...120% ribose paimtas mėginys geriausiai atitiks faktinei frakcinei dulkių sudėčiai. Bet aspiravimas prie izokinetiškumo mažiau nei 95% neleistinas. Taip pat esant aspiracinio antgalio angos diametrui <6 mm frakcinė sudėtis neatitiks faktinės. Paimtų mėginių reprezentatyvumui įtakos turi ir aspiravimo zondo nuokrypis nuo lygiagrečios srautui padėties (leistinas nuokrypis 10°) ir jo vibracija prie didelių srauto greičių bei lokaliniai kanalų nehermetiškumai.

 

Nemažai problemų sudaro didelė deginamos biomasės drėgmė. Idealiausias variantas - kai atliekame kanalinę aspiraciją. Filtras yra aukštoje temperatūroje ir nėra pavojaus kondensato susidarymui. Sudėtingiau tai atlikti už šilumokaičių išmetamųjų dujų kanaluose ir drėgnų dujų filtrų. Šioje kanalo zonoje vietoje vyksta intensyvi kondensacija ir filtras tiesiog užklijuojamas. Šiuo atveju galima rekomenduoti matavimą atlikti galimai toliau nuo šilumokaičio arba kamine. Dalis drėgmės iškrenta dūmų nuvedimo kanale ir filtro užpylimo kondensatu pavojus bus kur kas mažesnis. Tačiau tokios matavimo vietos įrengimas brangus ir būtina užtikrinti saugos reikalavimus dirbant dideliame (> 5 m) aukštyje. Sėkmingam matavimų atlikimui reikia naudoti kokybiškus filtrus. Jie neturi reaguoti su degimo produktais, būti stabilūs mechaniškai (neprarasti filtravimo elemento pluošto) ir atsparūs aukštai temperatūrai. Jeigu yra pavojus, kad degimo produktuose gali susidaryti aerozoliai (mediena deginama su kitos rūšies kuro priedais arba mišiniais), filtrų kondicionavimą prieš bandymus ir džiovinimą po matavimų atliekame aukštoje (180°C) temperatūroje, kad patikimai pašalinti juos iš filtro medžiagos. Pratekėjusios pro kietųjų dalelių filtrą degimo dujose yra didelis drėgmės kiekis. Aspiratoriaus apsaugai nuo kondensato turi būti naudojami efektyvūs separatoriai, užtikrinantys drėgmės kiekį ne didesnį, kaip 10 g/m3. Geriausiai šiam tikslui tinka trijų kamerų separatoriai su silikagelio užpildu. Normaliomis sąlygomis (sausas oras, biomasės drėgmė 20...25%) galime be problemų atlikti 3... 6 aspiravimus. Bet kai didelė aplinkos drėgmė (>80%) ir šlapia biomasė po poros aspiravimų separatorius bus pilnas kondensato. Kondicionieriai su Peltje aušinančiu elementu naudojami tik prie nedidelių debitų (1,5...4 l/min.) dujų analizatoriuose.

 

Matuoti kietųjų dalelių emisijas sutinkamai su reglamentuojančiais standartais puikiai tinka gravimetrinis kietųjų dalelių koncentracijos matuoklis EMIOTEST 3114. Šį matuoklių komplektą tinkamai naudojant išvengiama visų aukščiau išnagrinėtų problemų.

 

Išvados

  1. Atliekant emisijų matavimus būtina įvertinti specifines biokuro savybes bei katilo darbo rėžimą.
  2. Rekomenduojama taikyti kanalinę mėginių aspiraciją, aspiratoriaus apsaugai naudoti efektyvius drėgmės separatorius.
  3. Mėginių filtravimui geriausiai naudoti gilzinius filtrus, nes plokštieji filtrai persipildo nepasiekus standarte nurodytos minimalios aspiravimo trukmės.
  4. Aspiravimo vietų parinkimas vertikaliuose kanaluose mažina darbų apimtis ir trukmę.
  5. Matavimo prietaisai skirti darbo vietų užterštumui matuoti ir vedinimo-kondicionavimo sistemų kontrolei neužtikrina korektiško matavimų atlikimo pagal galiojančių standartų reikalavimus bei patikimų rezultatų.

Literatūra

  1. LST-EN 13284-1:2007 Emisijos iš stacionarių šaltinių. Mažų masės koncentracijų dulkių nustatymas. Rankinis gravimetrinis metodas.
  2. LST ISO 9096+AC1:2008 Stacionarių šaltinių išmetami teršalai. Kietų dalelių masės koncentracijos nustatymas rankiniu būdu.
  3. Ambrulevičius R. Biomasės deginimas mažos bei vidutinės galios katilinėse ir emisijų problemos. Energetika, 2010, T.56, Nr.2, P. 103-109, ISSN 0235-7208.
  4. Mazur M., Teisseyre M. Pomiar koncentracji i strumienia masy pylu węglowego podawanego do palnikow kotlow energetycznych. Krzepnięcie metali i stopow. PAN-Katowice, 1999 r., Nr.29, P. 157-164,  ISSN 0208-9386.

 

Pristatymas "Kietųjų dalelių emisijų matavimo gravimetriniu metodu taikymo ypatumai deginant biokurą" parsisiuntimui [.ppt]

 

Dr. Rimvydas Ambrulevičius 

UAB AUREGIS

Palikti komentarą