NOWOŚĆ: TANIE ANALIZATORY GAZOWE SERII G-CEM 40XX DO CELÓW PROCESOWYCH NAJNOWSZA GENERACJA OPTYCZNYCH PRZYRZĄDÓW POMIAROWYCH

Transkrypt

1 PENTOL - ENVIRO POLSKA Sp. z o.o. Osiedle Piastów 21B, Kraków Tel , fax pentol@pentol.pl NOWOŚĆ: TANIE ANALIZATORY GAZOWE SERII G-CEM 40XX DO CELÓW PROCESOWYCH NAJNOWSZA GENERACJA OPTYCZNYCH PRZYRZĄDÓW POMIAROWYCH DLA CELÓW OCHRONY ŚRODOWISKA I OPTYMALIZACJI PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH *** SYSTEM CIĄGŁYCH POMIARÓW EMISJI 1. Wprowadzenie Brytyjska firma Codel International (CODEL), reprezentowana w Polsce przez firmę Pentol-Enviro Polska, ma w swoim programie produkcyjnym szereg przyrządów pomiarowych mających zastosowanie w eksploatacji kotłów oraz innych obiektów w przemyśle chemicznym, metalurgicznym, cementowym itp. Pozwalają one na określenie stężenia w gazach odlotowych lub procesowych zawartości cząstek stałych (pyłu) oraz substancji gazowych: dwutlenku siarki, tlenków azotu, tlenku węgla, chlorowodoru, metanu, dwutlenku węgla, pary wodnej oraz innych gazów jak również na pomiar wydajności przepływu spalin. PENTOL - CODEL oferuje System Ciągłych Pomiarów Emisji, spełniający wszystkie wymagania dotyczące kontroli emisji z punktu widzenia norm ochrony środowiska, jak również optymalizacji procesów technologicznych. W szczególności system jest w pełni zgodny z wymaganiami normy PN-EN14181 (Emisja ze źródeł stacjonarnych Zapewnienie jakości automatycznych systemów pomiarowych). W dalszej części zostaną omówione analizatory (wszystkie pracujące metodą In situ ) niezbędne do stworzenia systemu monitoringu emisji dla instalacji energetycznego spalania paliw: - Analizator wielogazowy Codel G-CEM 4000, posiadający certyfikat MCERTs na pomiary NO, NO2, CO, SO2, H2O; - Pyłomierz Codel D-CEM 2000; - Przepływomierz Codel V-CEM 5000; - Tlenomierz cyrkonowy; - System transmisji, wizualizacji i przetwarzania danych pakiet oprogramowania IEM wraz z opracowanym przez Pentol oprogramowaniem raportującym PCEMRaport.

2 - 2 - Opisano również analizatory umożliwiające rozszerzenie systemu o pomiary niezbędne dla instalacji spalania lub współspalania odpadów: - Pomiar HCl zintegrowany w analizatorze Codel G-CEM 4000; - Pomiar HF za pomocą analizatora Norsk Elektro Optikk LaserGas; - Pomiar całkowitego węgla organicznego za pomocą analizatora Thermo-FID MK. W stosunkowo nielicznych przypadkach metoda In situ nie jest rozwiązaniem optymalnym. Ma to miejsce przede wszystkim gdy temperatura spalin jest bardzo niska poniżej wodnego punktu rosy (np. mokra metoda odsiarczania bez przegrzewu spalin) albo bardzo wysoka (np. turbina gazowa bez kotła odzysknicowego), ponadto gdy stężenia mierzonych gazów są bardzo niskie. W takich przypadkach analizator gazowy G-CEM 4000 może być zastąpiony modelem ekstrakcyjnym z gorącą próbką G-CEM Ponadto przedstawiono najnowsze rozwiązania Codela rodzinę jedno- i wielogazowych analizatorów serii G- CEM 40xx, przeznaczonych zarówno do celów procesowych jak też do uzupełnienia istniejących systemów monitoringu emisji, np. o pomiar pary wodnej lub CO2 analizator optyczny In situ do pomiaru CO w warunkach wysokiego zapylenia i wysokiej temperatury przeznaczony do monitorowania procesów technologicznych. 2. Optyczne pomiary zanieczyszczeń gazowych 2.1 Zasada pomiaru analizatora wielogazowego G-CEM 4000 Pomiar stężenia gazów wykorzystuje zjawisko absorpcji promieniowania podczerwonego o określonej częstotliwości przez poszczególne gazy. Na rysunku 1 przedstawiono przykładowe charakterystyki częstotliwościowe absorpcji dla dwutlenku siarki, tlenku węgla, dwutlenku węgla i pary wodnej. Należy zauważyć, że termin NOx oznacza wszystkie tlenki azotu tzn. NO, NO2, N2O, N2O3, N2O5. Analizator zdolny do pomiaru wszystkich tych gazów byłby bardzo skomplikowany i drogi. Analizy wykazały, że z całości emisji wszystkich tlenków azotu NO stanowi 95%, a 5% pozostałe tlenki. Miernik w wersji podstawowej mierzy więc tylko stężenie NO z przeliczeniem na NOx według stałego współczynnika (zgodnie z obowiązującymi powszechnie przepisami stężenie NOx jest ponadto przeliczane na NO2). Jako opcję CODEL może zamontować oprócz pomiaru NO również dodatkowy kanał do pomiaru NO2. Zasada pomiaru stężeń wszystkich gazów (oprócz SO2 i pary wodnej) oparta jest na porównaniu wskazań detektora mierzącego intensywność promieniowania podczerwonego o określonej częstotliwości dobranej indywidualnie dla każdego mierzonego gazu - w warunkach roboczych i warunkach odniesienia. Znajdujący się w odbiorniku zespół filtrów i celek z gazami wzorcowymi zawiera po 2 zestawy dla każdego gazu. Zestaw roboczy zawiera filtr i pustą celkę - detektor mierzy wskazanie D2 zależne od stężenia mierzonego gazu (oraz od wszystkich czynników zakłócających pomiar). Po przesunięciu zespołu filtrów i celek w pozycję odniesienia dla tego samego gazu, promieniowanie podczerwone przechodzi przez taki sam filtr i dodatkowo przez celkę wypełnioną gazem mierzonym o stuprocentowym stężeniu. Stopień pochłaniania promieniowania podczerwonego przez mierzony gaz w kanale spalin lub kominie jest pomijalnie mały w stosunku do pochłaniania przez gaz w celce. Wskazanie detektora D1 nie zależą od stężenia mierzonego gazu, natomiast wpływ wszystkich czynników zakłócających pomiar jest identyczny jak dla pomiaru roboczego D2. Pozwala to na kompensację wszystkich czynników mogących zniekształcić pomiar. Funkcja D2 Y = 1 - K ---- D1 jest jednoznaczną funkcją stężenia mierzonego gazu (K jest współczynnikiem proporcjonalności nastawianym podczas kalibracji przyrządu

3 S O C O 15 µm µm C O µm P A R A W O D N A µm Rysunek 1 Porównanie charakterystyk częstotliwościowych absorpcji

4 - 4 - Rysunek 2 przedstawia zależność parametru Y od stężenia mierzonego gazu na przykładzie NO (dla CO kształt krzywej jest identyczny). Parametr Y.14 a Stężenie odniesienia ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 [tys. ppm] Stężenie NO Zakres pomiarowy Rysunek 2. Parametr Y w funkcji stężenia NO (CO) Pomiar SO2 różni się nieco od wyżej opisanego. Wskazanie D2 detektora odpowiadające warunkom roboczym odpowiada przepuszczeniu wiązki promieniowania podczerwonego przez filtr obejmujący częstotliwość wysoko uczuloną na stężenie SO2 oraz przylegające pasmo nieczułe na stężenie SO2. Natomiast do uzyskania wskazania odniesienia D1 służy filtr wąskopasmowy, obejmujący tę część pasma przenoszenia filtru roboczego, która jest nieczuła na stężenie SO2. W ten sposób podobnie jak dla pozostałych gazów można skompensować wpływ wszystkich czynników zakłócających pomiar. Pomiar stężenia pary wodnej dokonywany jest metodą pośrednią, poprzez obróbkę wskazań detektorów generowanych przy pomiarach pozostałych gazów. 2.2 Budowa analizatora wielogazowego G-CEM 4000 Miernik serii 4000 może mierzyć stężenie do siedmiu gazów spośród wymienionych powyżej. Analizator G-CEM 4000 jest to miernik optyczny in situ, zachowujący wszystkie zalety tej technologii. Pomiar dokonywany jest wewnątrz sondy zamontowanej w kanale spalin lub na kominie miernik ma jedną głowicę pełniącą rolę nadajnika i odbiornika promieniowania podczerwonego. Element pomiarowy sonda prześwietlana promieniowaniem podczerwonym ma (w zależności od wersji) długość 1m lub 0,6m. Wzdłuż części pomiarowej sondy zabudowane są filtry dyfuzyjne, zapewniające swobodny przepływ gazów i nieprzepuszczające do wewnątrz sondy pyłów ani kropel cieczy. Na końcu sondy znajduje się lustro pokryte rodem (metal szlachetny z grupy kobaltowców, bardzo odporny na działanie czynników chemicznych), co zapewnia trwale wysoki współczynnik odbicia również dla promieniowania podczerwonego. Łączna długość sondy (część pomiarowa i część nośna) wynosi w wersji długiej 1,8m, a w wersji krótkiej 1,0m. Wersja długa posiada część nośną wystarczająco długą do zabudowy w grubościennych kominach betonowych, ponadto jest stosowana w stalowych kominach i kanałach spalin o odpowiednio dużej średnicy (szerokości). Jedynie dla kanałów spalin o małych wymiarach stosowana jest sonda krótka. Widok analizatora przedstawia rysunek 3, a sposób zabudowy miernika na obiekcie rysunek 4.

5 - 5 - Rys. 3 Widok miernika wielogazowego Codel typ G-CEM4000 z krotką sondą. Na pierwszym planie głowica z sondą, z tyłu szafa zawierająca elektronikę wszystkich analizatorów zabudowanych razem na kominie lub kanale spalin, sterownik kalibracji (GCC) oraz sterownik lokalny (SCU). Rys. 4 Sposób zabudowy analizatora wielogazowego G-CEM 4000 Analizator zawiera zintegrowane mierniki temperatury i ciśnienia bezwzględnego, co upraszcza połączenia między elementami systemu. Zachowanie stabilnej temperatury wewnątrz głowicy jest krytyczne dla dokładności i powtarzalności wskazań analizatora. Aby sprostać temu wymaganiu w najtrudniejszych i szybko zmieniających się warunkach atmosferycznych (np. na kominach) Codel opracował aktywną osłonę pogodową z elementem Peltiera. Dane techniczne przyrządu: Mierzone stężenie gazów: do 7 naraz spośród: SO2, NO, NO2, CO, CO2, CH4,HCl, H2O Zakres - CO/NO - Nastawialny w zakresie ppm do ppm SO2 Nastawialny w zakresie ppm do ppm CO2/H2O Nastawialny 0-25% Przetwarzanie danych pomiarowych - bieżące uśrednianie w czterech nastawianych przedziałach czasowych: s, 1-60 min, 1-24 h, 1-30 dni Pełzanie zera 2 ppm (CO, NO, NO2, SO2, HCl) 0,2% (CO2, H2O)

6 - 6 - Dokładność 2% wartości mierzonej Wyjścia (przez sterownik lokalny) - analogowe 0 lub 4 ± 20 ma, 500 Ω max. (wybrany przedział uśredniania) - cyfrowe przez magistralę danych do sterownika centralnego - dwustanowe - do sygnalizacji wysokiego stężenia gazu lub uszkodzenia analizatora Temperatura spalin C Materiał sondy stal nierdzewna 316 L Materiał głowicy aluminium malowane farbą epoksydową, IP68 Temperatura otoczenia do +70 C Zasilanie 48V prądu stałego, 50W (ze sterownika lokalnego) Zużycie powietrza - 4m 3 /h (5-7 bar) Do analizatora dołączony jest moduł kalibracji, umożliwiający automatyczną lub ręczną kalibrację zera, a ponadto w ramach okresowej kontroli weryfikacji zakresu za pomocą gazów wzorcowych z butli. Wszystkie mierniki wyposażone są w wyjścia analogowe i cyfrowe do współpracy ze Zintegrowanym Systemem Monitoringu Emisji oraz dwustanowe (sygnalizacyjne). Sterownik lokalny wspólny dla grupy pomiarowej pełni funkcję zasilacza, buforu danych pomiarowych oraz realizuje funkcję normalizacji. Parametrami normalizującymi są: temperatura, ciśnienie, wilgotność i zawartość O2. Pierwsze trzy parametry mierzone są w mierniku wielogazowym, O2 za pomocą tlenomierza zewnętrznego. Wartości stężeń mogą być alternatywnie przedstawione w postaci mg/m 3 lub mg/nm 3, w przeliczeniu na stałą zawartość O2 i/lub na spaliny suche. Zastosowany procesor umożliwia swobodny wybór czasu uśredniania w zakresie od 10s do 30 dni. 2.3 Kalibracja Konstrukcja mierników serii 4000 spełnia wymagania dotyczące kalibracji zawarte w normach ISO nr 7935 i 10849, jak również w znacznie ostrzejszej normie amerykańskiej EPA (40CFR część 60 załącznik B). Wcześniejsze konstrukcje analizatorów optycznych in situ przy wszystkich swoich zaletach miały ograniczenie nie dawały mianowicie możliwości wykonania kalibracji w warunkach możliwie najbardziej zbliżonych do rzeczywistych niezależnie od stanu pracy monitorowanego obiektu technologicznego. Konstrukcje zastosowane w analizatorze serii 4000 umożliwiło poprawne technicznie i wiarygodne dla użytkownika oraz służb kontrolnych rozwiązanie. Kalibracja zera Zastosowanie sondy pomiarowej zamontowanej wewnątrz kanału spalin umożliwia dokonanie kalibracji zera poprzez podanie do wnętrza sondy gazu zerowego (powietrze AKPiA lub azot), który usuwa spaliny ze strefy pomiarowej i umożliwia stworzenie rzeczywistych warunków zerowych. Po przedmuchaniu wnętrza sondy oraz uzyskaniu stabilnych wskazań rozpoczyna się cykl kalibracyjny. Łączny czas procedury kalibracyjnej zera wynosi 20 minut przy zużyciu gazu zerowego 1 dm 3 /s. Kalibracja zera może być dokonywana automatycznie w zadanych odstępach czasu bądź inicjowana ręcznie z poziomu analizatora lub komputera. Producent zaleca automatyczną kalibrację zera raz na dobę. Ponieważ krzywa pochłaniania promieniowania podczerwonego jest jednoznacznie określona prawami fizyki, ewentualny błąd wskazań analizatora może być skutkiem jedynie pełzania zera. Regularna kalibracja zera gwarantuje, więc długotrwałą poprawność wskazań. Kalibracja zakresu (punktu pracy) Dokonywana jest ona, podobnie jak kalibracja zera, w warunkach rzeczywistych. Dla uzyskania maksymalnej miarodajności kalibracji punktu pracy, gaz wzorcowy będący mieszaniną gazów wzorcowych o uzgodnionych stężeniach z nośnikiem w postaci azotu jest podawany do tej samej przestrzeni, w której odbywa się pomiar, tzn. do wnętrza sondy pomiarowej. Uzyskuje się dzięki temu zgodność długości ścieżki pomiarowej oraz tę samą temperaturę i ciśnienie, co w rzeczywistych warunkach kanału spalin (gaz wzorcowy jest przed podaniem do wnętrza sondy pomiarowej przepuszczony przez specjalną wężownicę celem podgrzania do temperatury panującej w kanale spalin). Takie rozwiązanie pozwala uniknąć przeliczeń wskazań z warunków rzeczywistych na warunki panujące w zewnętrznej kuwecie kalibracyjnej i zapewnia pełną porównywalność wskazań podczas kalibracji z warunkami panującymi podczas normalnej pracy analizatora. Na każdy odczyt

7 AF D MADE IN JAPAN AFM D MADE IN JAPAN AFD D MADE IN JAPAN IDG M AX TEM P 50 C M AX PRESS. 1.0MPa MADE IN JAPAN L/min A IR weryfikacyjny zużywa się 600 do 900 dm 3 gazu (czas podawania gazu wynosi ok min z wydajnością nie więcej niż 1 dm 3 /s). Kalibracja zakresu wykonywana jest przez serwis Pentolu po każdym przeglądzie serwisowym. Wykonane podczas montażu podłączenia do butli z gazami oraz zainstalowane oprogramowanie umożliwiają Użytkownikowi samodzielne wykonywanie kalibracji zakresu miedzy przeglądami serwisowymi. Butle z gazem wzorcowym nie wchodzą w zakres oferty, natomiast ryczałtowy koszt przeglądu serwisowego obejmuje koszt gazów wzorcowych. 2.4 Analizator gazowy typ G-CEM 4100 Jest to wielogazowy analizator ekstrakcyjny z gorącą próbką, skonstruowany z wykorzystaniem komponentów opisano w rozdziale 2.2. analizatora G-CEM Rysunek 5 przedstawia widok szafy analizatora. 1. Szafa pneumatyki 2. Skrzynka z przekaźnikami 3. Skrzynka wejść/wyjść 4. Szafa klimatyzowana 5. Przedzial analizatora GCEM Skrzynka zasilacza 7. Skrzynka sterownika lokalnego Rysunek 5 Widok szafy analizatora G-CEM 4100 Zespół analizatora składa się z następujących komponentów: sondy umieszczonej w kanale spalin grzanego węża, podającego próbkę z sondy do strefy pomiarowej analizatora głowicy analizatora o budowie identycznej jak głowica miernika G-CEM 4000 umieszczonej na osi głowicy izolowanej i grzanej cylindrycznej strefy pomiarowej długości 1 metra, przez którą przepływa próbka mierzonego gazu eżektora służącego do zasysania próbki zespołu kalibracyjnego służącego do regulacji i sterowania przepływem mediów kalibracyjnych: powietrza służącego do kalibracji zera oraz gazów wzorcowych do weryfikacji punktu pracy sterownika lokalnego umożliwiającego konfigurację i zapewniającego komunikację analizatora z komputerem klimatyzowanej szafy zapewniającej wymagany komfort cieplny analizatora (alternatywnie szafa analizatora może być zabudowana w klimatyzowanym kontenerze). Zasada działania oraz dane techniczne analizatora G-CEM 4100 są takie same jak modelu G-CEM Lokalizacja analizatorów do celów procesowych Analizator wielogazowy pracujący jako element systemu monitoringu emisji jest zazwyczaj montowany na kanale spalin za odpylaczem bądź na kominie. Odczyt pomiaru CO jest więc opóźniony w stosunku do stanu na wylocie z kotła, a ponadto wartość zmierzona jest niższa z uwagi na rozcieńczenie spalin, niekiedy znaczne.

8 - 8 - Okoliczności te powodują, że zastosowanie tak zlokalizowanego pomiaru CO do kontroli procesu jest ograniczone. W przypadku procesów technologicznych, w których występują zagrożenia nagłego, niekontrolowanego wzrostu CO krytyczne jest jak najszybsze wykrycie takiego stanu i podjęcie środków zaradczych (np. zmniejszenie ilości bądź odcięcie paliwa, wyłączenie elektrofiltrów itp.) Osiągnięcie jak najszybszej reakcji analizatora CO wymaga zabudowy możliwie jak najbliżej źródła emisji. Optymalna lokalizacja to zazwyczaj strefa wysokiego zapylenia (rzędu kilkudziesięciu g/m 3 ) oraz wysokiej temperatury (kilkaset stopni Celsjusza). Dotychczas w takich lokalizacjach możliwe było zastosowanie jedynie analizatora ekstrakcyjnego, charakteryzującego się z natury rzeczy opóźnieniem wskazań i znacznymi nakładami na obsługę, a w warunkach wysokiego zapylenia niezbędne jest częste czyszczenie filtra w sondzie bądź jego wymiana. Zastosowana przez Codel konstrukcja sondy In situ z filtrami dyfuzyjnymi, przepuszczającymi gaz i zatrzymującymi cząstki stałe (ale z uwagi na gładką powierzchnię filtra nie narażonymi na zablokowanie przez pył) umożliwia zabudowę i poprawną pracę analizatora nawet w tak niekorzystnych warunkach. Z uwagi na zapotrzebowanie na przyrząd do ciągłego pomiaru CO2 (np. do rozliczeń z tytułu handlu emisjami) Codel wdrożył do produkcji analizator CO2 G-CEM 1080, którego rozwiązania są identyczne jak analizatora CO G-CEM Analizatory Codela nadają się również do kontroli pracy instalacji odsiarczania lub odazotowania. Jedynym ograniczeniem może być instalacja mokrego odsiarczania bez przegrzewu spalin, kiedy temperatura spalin może spaść poniżej wodnego punktu rosy a w spalinach mogą być obecne wolne krople wody. 2.6 Analizatory wielogazowe G-CEM 40 Analizatory Codel G-CEM 40xx są uproszczoną wersją analizatora wielogazowego G-CEM 4000, dedykowana przede wszystkim do celów procesowych, ale i również do uzupełnienia istniejących ekstrakcyjnych systemów monitoringu emisji, np. o niemożliwy do realizacji w technice ekstrakcyjnej pomiar pary wodnej. W najnowszej wersji przyrządy te mogą one mierzyć do trzech gazów spośród CO, NO, NO2, SO2, CH4 i HCl oraz (w każdej konfiguracji) H2O i CO2. Oferta obejmuje również jednogazową wersję G-CEM4010 do pomiaru CO. Podobnie jak opisane powyżej analizatory G-CEM4000, mierniki serii 40 mają zintegrowane pomiary temperatury i ciśnienia spalin.. Zasada działania analizatorów oraz ich budowa są analogiczne do opisanego powyżej analizatora G-CEM Rysunek 6 Widok ogólny analizatora G-CEM 40

9 - 9 - Dane techniczne przyrządu: Zakres Dokładność Rozdzielczość Czas odpowiedzi Kalibracja Wyjście analogowe Wyjścia dwustanowe - ustalany w ppm - ustawiany do ppm (CO, NO, NO2, SO2, CH4, HCl) - ustawiany do 0-25%* (CO2, H2O) - ± 10 ppm (0,5% CO2 i H2O) - ± 1 ppm (0,1% CO2 i H2O) Wyjścia szeregowe - RS 232/485 Obudowa Temp. otoczenia - ustawiany w zakresie 1 do 60min - automatyczna kalibracja zera, ręczna kalibracja zakresu - wyjścia prądowe 2 szt 4-20mA izolowane, max obc. 500Ω ustawiane z klawiatury - 2 szt. beznapięciowe, 50V, max obc. 1A ustawiane jako sygnały alarmowe przekroczenia zakresu pomiarowego - 1 szt. beznapięciowe, 50V, max obc. 1A ustawiane jako sygnalizacja ważności danych - aluminium epoksydowane, IP o C do +50 o C Temp. spalin - wodny punkt rosy do 300 o C* Zasilanie - 24V=, opcjonalnie 230V~ Powietrze kalibracyjne - czystość AKPiA, 4Nm 3 /godz., 0,5Mpa 2.7 Rozbudowa systemu monitoringu emisji o pomiary wymagane przy spalaniu lub współspalaniu odpadów Pentol oferuje systemy monitoringu emisji w najszerszym zakresie wymaganym w Załączniku 6 do Rozporządzenia Ministra środowiska z dn r. w sprawie pomiarów wielkości emisji (Dz.U. nr 283, poz. 2842), a więc dla instalacji spalania lub współspalania odpadów. Oprócz SO2, NOx, CO, CO2 i współczynnika wilgotności, wymagany jest jeszcze pomiar następujących substancji gazowych: - HCl mierzonego za pomocą analizatora Codel G-CEM 4000; - HF mierzonego za pomocą optycznego analizatora spalin In situ Norsk Elektro ptikk LaserGas; - Substancji organicznych w postaci gazów i par wyrażonych jako całkowity węgiel organiczny mierzonych za pomocą analizatora Thermo-FID MK. Opis obydwu w/w analizatorów zamieszczono w kolejnych rozdziałach. 2.8 Analizator HF Do pomiaru fluorowodoru zostanie zastosowany analizator optyczny in situ typ LaserGas z otwartą ścieżką pomiarową. Pomiar na zasadzie absorpcji podczerwieni z wykorzystaniem lasera diodowego pozwala na oznaczanie wielu związków heteroatomowych, a w szczególności: NH3, HCl, HF, CH4, H2S, HCN) i innych, szczególnie przy ich niskich stężeniach w aplikacjach monitoringu emisji zanieczyszczeń. Budowę analizatora przedstawiono na rysunku 7.

10 Spaliny Nadajnik Odbiornik zespół centrowania i powietrza zaporowego Max 25 m Max 80 m moduł elektroniczny zasilanie 115/230 VAC, 50/60Hz 4-20mA wejścia normalizacyjne 4-20mA wyjścia analogowe wyjścia sygnałowe wyjścia cyfrowe wyjście światłowodowe (opcja) Rysunek 7 Budowa analizatora optycznego HF Analizator składa się z trzech zasadniczych części: nadajnika z laserem diodowym, odbiornika z zespołem detektora oraz modułu elektronicznego. Nadajnik i odbiornik zamontowane są na przeciwległych stronach kanału pomiarowego. Zasada działania oparta jest na skanowaniu pasma bliskiej podczerwieni wokół długości fali, dla której ma miejsce silne pochłanianie mierzonego gazu. Pasmo jest dokładnie dobrane w celu uniknięcia zakłóceń i wpływu innych związków. Istotą metody jest zastosowanie podwójnej modulacji długości fali lasera. Amplituda sygnału detektora zmieniająca się na skutek modulacji długości fali promieniowania lasera stanowi podstawę do generacji wartości pomiarowej. Dokładność pomiaru poprawiono dzięki poddaniu analizie drugiej harmonicznej sygnału oraz analizie cyfrowej kształtu otrzymanej krzywej absorpcji. Przyrząd charakteryzuje się: - Wysoka dokładnością i selektywnością - Niskimi progami detekcji - Krótkim czasem odpowiedzi - Brakiem wpływu na pomiar innych gazów - Prosta instalacją - Minimalnym zakresem czynności obsługowych - Niskim kosztem obsługi (brak części planowo zużywających się). Dane techniczne przyrządu Próg detekcji* Zakres pomiarowy* Długość drogi optycznej Czas odpowiedzi Dryft zera Dryft zakresu 0,01 mg/m3 ustawiany od 0,1 mg/m3 do mg/m3 0,5 6 m <2 s < 2% zakresu/3 miesiące < 4% zakresu/3 miesiące

11 Czas uśredniania Kalibracja Wyjścia Temperatura spalin Temperatura otoczenia Stopień ochrony Zasilanie od 2s do 24h In situ przy pomocy fabrycznie wykalibrowanej celki przepływowej lub w osobnej kuwecie kalibracyjnej (kalibracja dokonywana przez serwis producenta w ramach przeglądów profilaktycznych analogowe 4-20 ma max C -30 do C IP65 (głowice) IP55 (moduł elektroniczny) 115/230 V 50/60Hz, 50W * Wielkości odniesione do 1m długości drogi optycznej 2.9 Analizator całkowitego węgla organicznego Analizator wykorzystuje metodę ciągłej detekcji płomieniowo-jonizacyjnej (FID), która pozawala na wiarygodne oznaczenie zarówno węglowodorów o dużej masie cząsteczkowej, jak i śladowych zanieczyszczeń w gazach o podwyższonej czystości. Wszystkie elementy mające styczność z próbką są zintegrowane w grzanej komorze pomiarowej. Wbudowany grzany filtr z wymiennym stalowym wkładem o porowatości 2 µm może być okresowo czyszczony, co przedłuża jego żywotność. Urządzenie posiada regulator zapewniający kontrolę ciśnienia i stabilność przepływu próbki przez komorę spalania. Analizator ma również układ przygotowania powietrza niezbędnego do spalania węglowodorów. Dzięki temu nie potrzebne jest zewnętrzne źródło oczyszczonego powietrza. W metodzie FID cząsteczki węglowodorów z gazu pomiarowego podlegają jonizacji w obszarze płomienia. Do podtrzymania płomienia niezbędne jest paliwo (wodór) oraz powietrze. Płomień umieszczony jest w silnym polu elektrostatycznym wytwarzanym przez dwie elektrody. Powstałe jony migrują w kierunku katody lub anody. Wytworzona w ten sposób różnica potencjałów, a tym samym wielkość prądu, jest wprost proporcjonalna do stężenia cząstek węgla organicznego w spalanej próbce gazu. Sygnał jest mierzony i przetwarzany przez układ elektroniczny. Metoda FID jest jedyną referencyjną w pomiarach węgla organicznego do celów monitoringu emisji. Zalety: - metoda FID referencyjna w pomiarach emisji lotnych związków organicznych - wysoka czułość - możliwość selektywnego oznaczania węglowodorów niemetanowych - przełączalne zakresy pomiarowe - wbudowany filtr i eżektor do poboru próbek - wbudowany układ przygotowania powietrza do spalania Analizator występuje w kilku wersjach, stosowanych w zależności od pomieszczenia i warunków pracy. W zależności od wersji oferty przyjęte rozwiązania będą się różnić sposobem transportu próbki. Do celów monitoringu emisji Pentol preferuje wersję MK, zabudowaną bezpośrednio na kanale spalin lub kominie. Eliminuje to konieczność stosowania układu transportu próbki, dzięki czemu obsługa przyrządu jest prostsza. Dla utrzymania drożności układu poboru próbki oraz zwiększenia czasu żywotności filtra zostanie zastosowane automatyczne przedmuchiwanie zwrotne. Producent analizatora potwierdza, że to rozwiązanie zostało przetestowane w szczególnie trudnych warunkach, np. w cementowniach i sprawdziło się w dłuższym okresie eksploatacji. Dzięki takiemu rozwiązaniu jedyną przewidzianą dla Użytkownika czynnością serwisową jest wymiana butli z gazami: wodorem oraz propanem w azocie lub syntetycznym powietrzu. Zużycie gazów jest bardzo niewielkie (3 butle wodoru rocznie i 1 butla propanu na 2 lata). Konieczność wymiany filtra pomiędzy planowanymi przeglądami serwisowymi wykonywanymi co 6 miesięcy będzie jedynie sporadyczna.

12 Dane techniczne przyrządu: Mierzony parametr Metoda pomiarowa Zakresy pomiarowe Całkowity węgiel organiczny Ciągła detekcja płomieniowo jonizacyjna (FID) 0-1 do mg/m 3 (programowalne) Wykrywalność <0,1 mg/m 3 Czas odpowiedzi T90 Zużycie paliwa (100 % H2) Zużycie powietrza (do eżektora) Zużycie metanu (do kalibracji) Wymagana filtracja próbki Przygotowanie powietrza Temperatura pieca Wyjście analogowe Wymiary obudowy, masa Zasilanie Temperatura otoczenia <0,5 s 40 ml/min dla 2 bar 2 Nm 3 /h dla 5 bar 0,13 Nm3/h dla 3 bar (tylko podczas kalibracji) 2 μm Wbudowany układ przygotowania powietrza o C 4-20 ma 410 x 450 x 400 mm (szer. x gł. x wys.), mocowanie kołnierzowe do komina, masa 30kg 230 V AC/ 50 Hz, 250 W -30 do +40 o C 3. Przegląd metod pomiaru stężenia cząstek stałych 3.1. Metoda izokinetyczna Najczęściej stosowaną metodą okresowego pomiaru ilościowego emisji zanieczyszczeń stałych jest fizykalny pobór próbek. Metoda izokinetyczna polega na poborze próbki za pomocą sondy w taki sposób, aby prędkość spalin w sondzie była równa prędkości spalin w kanale w miejscu zainstalowania sondy. Zapewnia to dotrzymanie przepływu spalin nie zakłóconego przez wprowadzenie sondy. Próbka pobierana jest przez określony czas (zazwyczaj 10 do 30 minut), a następnie ważona. Dokładne określenie rzeczywistego stężenia pyłu w kanale spalin wymaga pobierania próbek z wielu miejsc w przekroju kanału. Jest to metoda wymagająca mimo stosowania automatycznych aparatów do poboru próbki zaangażowania wykwalifikowanego personelu, czasochłonna i droga. Ponadto, z uwagi na specyfikę procesu spalania (bądź innego procesu technologicznego) nieuniknione są wahania parametrów spalin, co obarcza trwający zazwyczaj kilka godzin pomiar dodatkowym, niemożliwym do uniknięcia błędem. Mimo opisanych powyżej niedogodności metoda izokinetyczna jest powszechnie stosowana do wzorcowania i weryfikacji poprawności pracy pyłomierzy optycznych Metoda Ringelmana obserwacji wizualnej Najprostszą metodą szybkiego, aczkolwiek przybliżonego określania zawartości zanieczyszczeń stałych jest metoda wizualna, polegająca na porównaniu przejrzystości dymu ze standardowym wzorcem (zwanym "wzorcem Ringelmana") określającym zaczernienie w postaci sześciu stopni szarości (0 odpowiada bieli, 5 - czerni, pozostałe stopnie odpowiadają zaczernieniu spalin w proporcji 1 stopień - 20%). Prostota metody okupiona jest ograniczoną dokładnością, spowodowaną nie tylko subiektywnością oceny, ale i wpływem pory dnia i warunków atmosferycznych Metoda pomiaru przejrzystości optycznej Obydwie wspomniane powyżej metody pozwalają na określenie chwilowych wartości emisji. Dla miarodajnej oceny emisji niezbędny jest jednakże pomiar ciągły, w wielu krajach wymagany przez przepisy o ochronie

13 środowiska jako obowiązkowy element wyposażenia kotła. Pomiar dokonywany tą metodą opiera się na określeniu stopnia pochłaniania (ekstynkcji) wiązki promieniowania w poprzek drogi gazu. Mierniki optyczne podają zazwyczaj, oprócz ekstynkcji, wartość względnego stopnia zaczernienia ("opacity"), przy czym: zaczernienie + przejrzystość = 1 Z kolei wzajemną zależność ekstynkcji i zaczernienia określa wzór Beer-Lamberta: zaczernienie = 1 - e -ekstynkcja Warunkiem miarodajności metody optycznej dla określenia emisji cząstek stałych są rozmiary cząsteczek pyłu - zakłada się, że nie powinny być większe niż 20 mikrometrów. Pochłanianie strumienia światła przez cząsteczki stałe zależy zarówno od rozmiarów cząsteczek, jak i od długości fali świetlnej. Zwłaszcza zdolność rozpraszania maleje, gdy rozmiar cząsteczek jest mniejszy od długości fali światła użytego do pomiaru. Z tego powodu, promieniowanie podczerwone jest mniej skuteczne od światła widzialnego do wykrywania cząstek o rozmiarach submikronowych. Światło widzialne nie jest absorbowane przez inne składniki spalin, jak dwutlenek węgla bądź para wodna, zapewnia wreszcie porównywalność wyników z metodą Ringelmana. 3.4 Pyłomierz optyczny Codel D-CEM 2000/D-CEM 2100 Miernik jest zmodyfikowaną wersją sprawdzonego od lat modelu 200. Umożliwia on kontrolę wskazań odpowiadających zerowemu zapyleniu bez przerywania procesu technologicznego - a więc dla procesów ciągłych oraz kominów zbierających spaliny z kilku źródeł emisji. Układ kompensacji zanieczyszczeń powierzchni optycznych zapewnia precyzyjny pomiar również dla niskich poziomów zapylenia. Rysunek 8 Sposób montażu pyłomierza typ D-CEM 2000 Miernik składa się z dwóch identycznych zespołów nadajnik-odbiornik i karty procesora, zamontowanej w sterowniku lokalnym wspólnym z pozostałymi miernikami Codela zamontowanymi na tym samym obiekcie. Zespoły nadajnik-odbiornik są montowane naprzeciwko siebie na kanale spalin. Nadajnik-odbiornik składa się ze źródła światła (diody LED), detektora, układu optycznego z ruchomym lustrem kalibracyjnym zamontowanym w zaworze kulowym oraz niezbędnego dla sterowania i pomiaru układu elektronicznego. Źródłem światła jest dioda elektroluminescencyjna (LED) modulowana w taki sposób, że w danym momencie tylko jedna z nich świeci. Przełączenie diod odbywa się 37,5 razy na sekundę. System optyczny każdej z głowic jest tak zaprojektowany, że detektor otrzymuje sygnał z własnej diody oraz z przeciwległego nadajnika. Sygnały emitowane z nadajników są elektronicznie modulowane częstotliwością 600 Hz, dzięki czemu można było odstroić odbiorniki od obcych źródeł światła.

14 Rysunek 9 Układ optyczny pyłomierza typ D-CEM Podczas normalnej pracy (rysunek 9 po lewej) położenie zaworu kulowego pozwala, aby strumień światła przepływał poprzez kanał spalin do drugiego zespołu. W tym czasie lustro jest zabezpieczone przed spalinami. W wybranych przez użytkownika odstępach czasu zostaje zainicjowana procedura kalibracyjna dla zerowego zaczernienia (rysunek 9 po prawej). W tym celu zawór kulowy obraca się odcinając system od otoczenia a lustro ustawia się prostopadle do strumienia światła. Odbiornik mierzy w tym czasie natężenie światła tłumionego jedynie przez elementy optyczne. Każdy z nadajników-odbiorników jest kalibrowany indywidualnie, dzięki czemu w odróżnieniu od innych systemów, zanieczyszczenie układów optycznych jest automatycznie kompensowane. W najnowszej wersji zastosowano również układ weryfikacji wskazań pyłomierza w punkcie pracy. Funkcja ta jest realizowana po ustawieniu lustra w pozycji kalibracji zera. Częściowe zaczernienie symulowane jest przez kontrolowane zmniejszenie intensywności świecenia diody LED. Z uwagi na bardzo precyzyjną kontrolę intensywności świecenia diody metoda ta jest wiarygodna, a zarazem znacznie prostsza konstrukcyjnie od wprowadzania na ścieżkę optyczną filtra sygnalizującego częściowe zaczernienie unika się zastosowania kolejnego ruchomego elementu. Dla zabezpieczenia powierzchni optycznych zastosowano układ powietrza zaporowego, niedopuszczającego do osadzania się cząstek stałych zawartych w przepływającym gazie. Do tego celu stosuje się niewielkie ilości 2 dm 3 /s czystego powietrza o ciśnieniu 0,1-0,5 MPa. W przypadku stabilnego podciśnienia medium rolę tę może pełnić zasysane powietrze atmosferyczne, chociaż nie jest to rozwiązanie zalecane, jako docelowe. Zespół procesora zawiera układ zasilania oraz mikroprocesor do przetwarzania danych z obydwu głowic i formowania sygnału wyjściowego. Przyrząd oferuje możliwość odczytu wartości pomiaru w postaci zaczernienia (w procentach lub jednostkach Ringelmana), ekstynkcji, bądź po wprowadzeniu współczynnika proporcjonalności - stężenia pyłu, mierzonego w miligramach na rzeczywisty lub normalny metr sześcienny. Miernik umożliwia przeliczanie stężeń na warunki normalne. Zastosowany procesor umożliwia swobodny wybór czasu uśredniania w zakresie od 10 sekund do 30 dni. Oprócz wyjścia analogowego 4 20 ma miernik wyposażony jest w wyjście cyfrowe umożliwiające włączenie przyrządu do Inteligentnego Systemu Monitoringu Emisji. Wersja 2100 przeznaczona do samodzielnej pracy wyposażona jest w klawiaturę i wyświetlacz ciekłokrystaliczny umożliwiające programowanie, kalibrację i diagnostykę miernika. Wersja ta posiada tylko wyjście analogowe 4-20mA. Pamięć trwała RAM pozwala na utrzymanie wszystkich danych w przypadku zaniku zasilania. Dane techniczne analizatora: Zakres - zaczernienie - nastawiany indywidualnie w dowolnym podzakresie 0 100% - ekstynkcja - nastawiany indywidualnie - stężenie pyłu - nastawiany indywidualnie w zakresie mg/nm 3

15 Przetwarzanie danych pomiarowych Dokładność Powtarzalność Max. pełzanie długookresowe Długość ścieżki pomiarowej Obudowa Wyjście Temperatura otoczenia Zasilanie Zużycie powietrza czyszczącego bieżące uśrednianie w czterech nastawianych przedziałach czasowych: 10-60s, 1-60 min, 1-24h, 1-30d. - ± 0,2% zaczernienia - ± 0,1% zaczernienia - 0,2% zaczernienia - max. 8 metrów - stopień ochrony IP65 - analogowe 0 20 lub 4 20 ma, 500 W max. (wybrany przedział uśredniania) - cyfrowe przez magistralę danych do jednostki centralnej Inteligentnego Systemu Monitoringu Emisji tylko (model 2000) - dwustanowe do sygnalizacji wysokiego zanieczyszczenie układu optycznego lub braku współosiowości do +60 o C -48 V prądu stałego 30 VA ze sterownika lokalnego (model 2000) - 230V prądu zmiennego 30VA (model 2100) - 2 dm 3 /s (0,1-0,5 MPa) lub 5 dm 3 /s z otoczenia 3.5. Porównywalność wyników pomiarów Stężenie pyłu w gazie C jest wprost proporcjonalne do mierzonej przez przyrząd ekstynkcji E i wyraża się wzorem: E k C = l gdzie l jest długością ścieżki pomiarowej (wewnętrzny wymiar kanału lub komina w miejscu zainstalowania przyrządu), natomiast k jest współczynnikiem proporcjonalności, który należy określić empirycznie przez porównanie wskazań ekstynkcji mierzonej przez przyrząd optyczny z wynikiem pomiaru izokinetycznego. W przypadku braku wyników pomiaru porównawczego można przyjąć przybliżoną wartość współczynnika k=2500. W poniższej tabeli podano przykładowe zestawienie kilku wartości współczynnika Ringelmana, zaczernienia, przejrzystości, ekstynkcji i stężenia spalin, zakładając współczynnik proporcjonalności 2500, długość ścieżki pomiarowej w kanale spalin 2,5 m oraz temperaturę spalin 150 C. Wsp. Ringelmana --- 0,25 0, ,5 2,5 3,5 4,5 Zaczernienie --- 0,05 0,10 0,20 0,30 0,50 0,70 0,90 Przejrzystość --- 0,95 0,90 0,80 0,70 0,50 0,30 0,10 Ekstynkcja --- 0,05 0,10 0,22 0,36 0,69 1,20 2,30 Stężenie mg/m mg/nm Tabela 1. Porównanie wyników pomiarów stężenia cząstek stałych.

16 3.6. Kontrola poprawności wskazań pyłomierzy W rozdziale 2.4 przedstawiono metodę automatycznej kalibracji pyłomierzy D-CEM Stosowany system kalibracji zapewnia uniknięcie błędów wskazań pochodzących od większości możliwych do przewidzenia zakłóceń, jak zanieczyszczenie powierzchni optycznych, odchylenie głowic od osi optycznych, spadek intensywności źródła promieniowania, zmiana charakterystyk detektorów lub elementów elektronicznych itp. Norma PN-EN14181 wymaga od Użytkownika bieżącej kontroli wiarygodności wskazań. Rekomendowaną przez producenta, miarodajną metodą okresowej weryfikacji wskazań pyłomierza jest kontrola na ławie optycznej o długości ścieżki pomiarowej odpowiadającej rzeczywistej lokalizacji na obiekcie. PENTOL dostarcza ławy optyczne zainteresowanym użytkownikom. 4. Pomiar/obliczanie przepływu spalin Dla uzyskania wartości emisji bezwzględnej (w jednostkach masy na jednostkę czasu) niezbędna jest znajomość, oprócz wartości stężeń, również wartości przepływu spalin. W przypadku systemów służących do rozliczeń z tytułu opłat za emisję dopuszczalne jest zarówno bezpośredni pomiar, jak i obliczanie przepływu. Poniżej opisano obie opcje. 4.1 Przepływomierz optyczny Codel V-CEM 5000 Do pomiaru przepływu spalin firma CODEL stosuje niewymagającą kontaktu ze spalinami metodę korelacji poprzecznej. Normalnie metoda ta wymaga wprowadzenia do medium śladowej ilości znacznika chemicznego, barwiącego lub promieniotwórczego. Prędkość przepływu mierzonego gazu jest określona w funkcji czasu przepływu znacznika między punktami pomiarowymi o znanej odległości. W przypadku jednakże gazu zanieczyszczonego pyłem, zamiast sztucznie wprowadzanego znacznika, wykorzystuje się występujące naturalnie szybkozmienne zaburzenia promieniowania podczerwonego emitowanego przez strugę spalin. Rysunek 10 Sposób montażu przepływomierza V-CEM 5000

17 Miernik V-CEM5000 składa się z następujących elementów (Rysunek 10): Dwóch odbiorników mierzących natężenie naturalnego promieniowania podczerwonego przepływającego gazu Procesora przetwarzającego wyjścia odbiorników na sygnał proporcjonalny do prędkości przepływu gazu między punktami pomiarowymi; napięcie zasilające 48V prądu stałego podawane jest ze stanowiska lokalnego. Prędkość przepływu v to oczywiście iloraz odległości l między czujnikami przez czas przepływu zakłócenia t (rys.10). natomiast wydajność przepływu F: l S F = v S = t gdzie S to pole przekroju poprzecznego kanału (komina) w miejscu pomiaru. Sygnał wyjściowy wydajności przepływu może być normalizowany. Drugi czujnik Drugi czujnik Pierwszy czujnik Pierwszy czujnik Sterownik lokalny (SCU) Proste procedury matematyczne realizowane w mikroprocesorze pozwalają obliczyć czas przepływu odpowiadający maksymalnemu nałozeniu się sygnałów z obu czujników. Rys. 11. Zasada działania przepływomierza typ V-CEM 5000 Przetwornik sygnałowy Kierunek przepływu Dane techniczne przyrządów: Zakres - prędkość - nastawiany od 3 do 50 m/s - przepływ - nastawiany indywidualnie Dokładność - ± 2% Liniowość - ± 1% Wyjścia - analogowe 0 lub 4 20 ma, 500 W max. - cyfrowe przez magistralę danych do jednostki centralnej Inteligentnego Systemu Monitoringu Emisji Obudowa - aluminiowa, stopień ochrony IP65, uszczelnienie epoksydowe Temperatura otoczenia Zasilanie do +70 C - 48V prądu stałego, 50W (ze sterownika lokalnego) Zapotrzebowanie powietrza czyszczącego - 12 Nm 3 /godz. (ciśnienie 0,5MPa).

18 4.2 Obliczanie przepływu Pentol opracował i wdrożył kilka alternatywnych algorytmów obliczania przepływu spalin. W zależności od rodzaju źródła spalin (kocioł, piec technologiczny, turbina parowa) stosuje się różne algorytmy uwzględniające specyfikę procesu oraz dostępność i wiarygodność mierzonych w czasie rzeczywistym parametrów, które można wykorzystać do obliczania przepływu. W przypadku kotłów parowych opalanych węglem przepływ spalin obliczany jest z bilansu cieplnego kotła wychodzi się z określenia wartości entalpii przejmowanej przez powierzchnie ogrzewalne kotła (sygnałami mierzonymi są przepływ, temperatura i ciśnienie wody zasilającej i pary). Następnie oblicza się ilość energii chemicznej w paliwie, ilość spalonego paliwa i wreszcie teoretyczną ilość spalin (gdyby spalanie zachodziło bez nadmiaru powietrza). Rzeczywista ilość spalin obliczana jest z uwzględnieniem mierzonego stężenia O2 w spalinach (dotyczy to wszystkich algorytmów obliczania przepływu). Dla kotłów wodnych procedura jest analogiczna, zmieniają się jedynie mierzone parametry (przepływ i temperatury wody sieciowej na wlocie i wylocie z kotła). W przypadku spalania paliw ciekłych i gazowych, z uwagi na zazwyczaj stabilne parametry paliwa i wiarygodny pomiar jego przepływu, obliczenie teoretycznego przepływu spalin odbywa się na podstawie przepływu paliwa oraz odpowiednich wzorów empirycznych uwzględniających jego skład chemiczny. Sygnały analogowe niezbędne do obliczania przepływu wprowadzane są do sytemu przez moduły wejściowe, a parametry stałe wprowadzane są z klawiatury (z możliwością ich aktualizacji). 5. Tlenomierze cyrkonowe Zawartość O2 w spalinach jest jedynym parametrem normalizacyjnym nie mierzonym przez miernik wielogazowy serii System monitoringu emisji wymaga więc zastosowania oddzielnego tlenomierza. Pentol może włączyć do systemu dowolny dobrej jakości tlenomierz cyrkonowy. Na podstawie wieloletniego doświadczenia zalecamy w zależności od preferencji Użytkownika: albo najwyższej klasy tlenomierz Yokogawa ZR402 albo znacznie tańszy, ale spełniający wszystkie wymagania systemów monitoringu emisji polski przyrząd produkcji TTM Elektronika. Zasada pomiaru oparta jest na wykorzystaniu ogniwa cyrkonowego umieszczonego bezpośrednio w mierzonym gazie. Ogniwo to jest podgrzewane do stałej temperatury 750 C. Siła elektromotoryczna na jego elektrodach zależy od stężenia tlenu mającego kontakt z nimi i jest opisana wzorem Nernsta: Gdzie R: stała gazowa T: temperatura absolutna F: stała Faradaya E = - RT nf ln PX PA PX: stężenie tlenu w gazie pozostającym w kontakcie z ujemną elektrodą PA: stężenie tlenu w gazie pozostającym w kontakcie z dodatnią elektrodą Elektroda ujemna analizatora jest umieszczona w gazie referencyjnym jakim zwykle jest powietrze a dodatnia w gazie mierzonym. Wraz ze zmianą stężenia O2 w mierzonym gazie zmienia się siła elektromotoryczna ogniwa. Analizator składa się z sondy pomiarowej i procesora sygnałowego. Sonda umieszczona jest bezpośrednio w spalinach. Jej podstawowe elementy to ogniwo cyrkonowe, termopara służąca do pomiaru temperatury ogniwa, element grzejny i układ doprowadzenia gazów wzorcowych. Ogniwo cyrkonowe może być wymienione w prosty sposób na obiekcie. Sonda jest połączona kablem sygnałowym z procesorem. W procesorze znajduje się wyświetlacz do odczytywania danych z analizatora, wyjście analogowe (4-20mA), oraz dwustanowe (sygnalizacyjne). Procesor sygnałowy pozwala na odczytywanie wielu ważnych informacji o analizatorze, parametrów diagnostycznych, poprawności wskazań itp. oraz umożliwia przeprowadzenie kalibracji. W przypadku braku zasilania procesor zachowuje wszystkie parametry. Analizator ma możliwość kalibracji przy użyciu gazów wzorcowych bez wyjmowania sondy z kanału spalin, w czasie pracy obiektu.

19 Dane techniczne (Yokogawa ZR402): zakres: 0 do % O2 (ustawiany co 1%) dane techniczne dla zakresu 0-25% O2 zasilanie: 100, 110, 115, 220 lub 240 V ( -15%, +10% ) 50/60 Hz pobór mocy: nom. 80 VA max. 270 VA powtarzalność: 0,125% O2 liniowość: 0,25% O2 pływanie zera i zakresu: 0,5% O2 na miesiąc czas odpowiedzi: 5 sekund dla 90%. 6. Elementy transmisji, rejestracji i przetwarzania danych System transmisji, rejestracji i przetwarzania danych składa się ze sterownika lokalnego (SCU), szeregowej magistrali danych, Centralnego Sterownika Systemu (CDC) i komputera wyposażonego w oprogramowanie. Na rysunku 12 przedstawiono przykładową konfigurację systemu na trzech kanałach spalin lub kominach. Zakres analizatorów przedstawiony na rysunku jest zgodny z wymaganiami dla instalacji energetycznego spalania paliw i może być rozszerzony o zakres niezbędny przy spalaniu odpadów. Objaśnienia: 4000 analizator optyczny in situ wielogazowy Codel G-CEM4000 GCC sterownik kalibracji O2 tlenomierz cyrkonowy 2000 pyłomierz optyczny Codel D-CEM przepływomierz optyczny spalin V-CEM5000 SCU sterownik lokalny Rysunek 12 Przykładowa Konfiguracja Zintegrowanego Systemu Monitoringu Emisji dla trzech grup 6.1 Lokalny Sterownik (SCU) Lokalny Sterownik Systemu (montowany wraz z każdą grupą analizatorów) spełnia następujące funkcje: dostarczenie zasilania do poszczególnych analizatorów; sterowanie pracą głowic pomiarowych; buforowanie danych pomiarowych w okresie wyłączenia komputera; wysyłanie danych w kierunku komputera systemu poprzez sterownik centralny CDC;

20 6.2 Magistrala danych Służy do zapewnienia dwukierunkowej transmisji danych między sterownikami lokalnymi a sterownikiem centralnym (CDC). Dla zapewnienia prawidłowej pracy systemu wystarczające jest połączenie w szereg (w dowolnej konfiguracji) wszystkich elementów systemu czterożyłową magistralą danych (przewodem ekranowanym). Każdy z elementów przyłączonych do magistrali jest galwanicznie izolowany. Długość magistrali danych może wynosić do 10 kilometrów. 6.3 Centralny Sterownik (CDC) Sterownik Centralny jest wspólny dla całego systemu. Jest on odpowiedzialny za poprawną komunikację pomiędzy lokalnymi sterownikami systemu (SCU), a komputerem. Elementami łączącymi są: w kierunku obiektu szeregowa magistrala danych, a w kierunku komputera - standardowe złącze szeregowe RS232. W przypadku systemu składającego się z jednej grupy pomiarowej sterownik CDC nie jest wymagany. 6.4 Komputer z pakietem oprogramowania SmartCEM Oprogramowanie systemu monitoringu emisji przewidziane jest do pracy we wszystkich klienckich i serwisowych systemach operacyjnych Windows. W skład oprogramowania SmartCEM wchodzą trzy pracujące równocześnie programy: CEMComm, SmartCEM oraz PCEMRaport. Program 1 (CEMComm)- obsługa komunikacji i gromadzenia danych Program ten służy do komunikowania się z analizatorem na obiekcie (w protokole AK) oraz z komputerem sterującym pracą bloku (w protokole Modbus lub równorzędnym) oraz zapamiętywania otrzymywanych danych w odpowiednich rejestrach bazy danych. Program 2 (SmartCEM) - analiza danych Program ten służy do analizy zgromadzonych danych dając użytkownikowi wiele możliwości wizualizacji informacji dotyczących mierzonych wielkości zarówno na żywo jak i dla zarejestrowanych danych historycznych. Bliższe informacje zawarto w rozdziałach 7.2 i 7.3. Program 3 (PCEMRaport) raportowanie Program raportujący opisano w p Program (PCEMDane) konwersja danych Integralną częścią programu raportującego jest program PCEMDane służący do konwersji danych jednominutowych na średnie jednogodzinne lub półgodzinne w zależności od typu instalacji spalania paliw i zapisów w aktach prawnych dotyczących standardów emisyjnych oraz wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości emisji. Przekonwertowane przez program PCEMDane wartości średnich jednominutowych wykorzystywane są w programie PCEMRaport do tworzenia raportów emisji, przekroczeń oraz Listingu danych. Specyfikacja komputera emisyjnego: System operacyjny Windows XP Professional, Vista Business, Windows 7, Windows Server 2008 Procesor: Intel Dual Core lub nowszy Dyski twarde z macierzą RAID 1,0: pojemność 2 x 80 GB (każdy z dysków wystarcza na gromadzenie danych przez 5 lat, drugi dysk służy do tworzenia kopii bezpieczeństwa i w przypadku awarii dysku podstawowego może przejąć pracę systemu bez ryzyka utraty danych) Pamięć RAM 2GB Monitor: kolorowy, rozmiar ekranu 19 Modem, karta sieciowa Drukarka: dowolna A4 Karta wejścia z dwoma portami RS232/422/485.

21 Funkcje oprogramowania Systemu Ciągłych Pomiarów Emisji (pakiet SmartCEM) 7.1 Archiwizacja danych Dane pomiarowe przesyłane na bieżąco do komputera emisyjnego za pomocą programu komunikacyjnego IEMComm z analizatorów na obiekcie zapisywane są, co minuta w odpowiednich rekordach bazy danych, Paradox 7.0. Sposób zabezpieczenia danych opisano w rozdziale 4.5. Informacje zapisane w bazie danych są następnie wykorzystywane do wizualizacji oraz serwisowania. Niezależnie od archiwizacji w komputerze serwisowym dane będą transmitowane do sterownika Simatic S7 i archiwizowane oraz wizualizowane wraz z innymi danymi procesami w sposób nie objęty niniejszą ofertą. 7.2 Wizualizacja danych pomiarowych Wizualizacja danych pomiarowych odbywa się z wykorzystaniem programu SmartCEM wchodzącego w skład pakietu oprogramowania dostarczonego z systemem. Rysunek 13 przedstawia okno programu dla danych bieżących. Oprogramowanie istnieje w wielu wersjach językowych, również w polskiej. Rysunek 13. Przykładowe okno wizualizacji danych bieżących W oknie tym przedstawiane są dane pomiarowe, jako dane bieżące oraz wszystkie parametry istotne dla odczytywanych wyników, a więc: parametry normalizacji, jednostki pomiarowe średnia czasowa prezentowanych wyników zakresy pomiarowe poszczególnych torów pomiarowych zadane poziomy alarmowe status ważności danych status obiektu (praca lub postój).

22 Rysunek 14. Przykładowe okno wizualizacji wykres trendu Aby program SmartCEM mógł poprawnie prezentować otrzymywane dane z analizatorów konieczna jest praca w tle programu IEMComm odpowiedzialnego za komunikację komputera z CDC i analizatorami systemu. Wyłączenie programu powoduje przerwanie transmisji danych pomiędzy komputerem a CDC. W takiej sytuacji dane napływające z analizatorów będą przechowywane w buforze pamięci SCU do momentu aktywacji programu IEMComm. Dane historyczne zapamiętane na twardym dysku komputera systemu prezentowane są z wykorzystaniem opcji Wykres (Rysunek 14). Program umożliwia odtworzenie przebiegu każdej zarejestrowanej wielkości pomiarowej, w dowolnym przedziale czasowym w okresie objętym rejestracją. Oprócz wykresu można za pomocą kursora wyświetlać kolejne wartości średnie analizowanego przedziału czasowego zaznaczając w Źródle danych Wartość kursora odczytując je, co 1 minutę lub co 10 minut. Dane historyczne mogą być prezentowane w dowolnych dostępnych w systemie jednostkach i średnich czasowych. Możliwe też jest wycięcie z wykresu określonego przedziału czasowego i obliczenie średniej dla tego przedziału. 7.3 Diagnostyka i kalibracja przyrządów Z punktu widzenia obsługi przyrządów bardzo pomocną funkcją programu jest możliwość przeglądania na ekranie komputera danych diagnostycznych dla każdego podłączonego do systemu przyrządu w celu analizy poprawności pracy przyrządów w czasie. Dane te pozwalają na precyzyjne określenie poprawności działania przyrządów, a w przypadku usterki na dokładne określenie rodzaju uszkodzenia. Dane te są także automatycznie zapisywane w pamięci dyskowej komputera w wybranych odstępach czasu, co daje możliwość pełnej analizy serwisowej urządzeń monitoringu nawet po pewnym czasie. Zainstalowany modem wraz z oprogramowaniem w komputerze Systemu Monitoringu pozwoli na zdalne sprawdzanie poprawności działania pracy analizatorów lub lokalizacji usterek. Można będzie z siedziby serwisu Pentol-Enviro Polska lub Codel mieć wgląd do danych diagnostycznych, co pozwoli na prowadzenie działań profilaktycznych i osiągnięcie prawie stuprocentowej dyspozycyjności systemu. Przykładowy ekran diagnostyki pokazano na rysunku 15.