Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék
Emisszió mérés berendezései
2008
A LEGFONTOSABB VIZSGÁLT GÁZ KOMPONENSEK ÉS MÉRÉSI MÓDSZEREI OXIGÉN - O2: Színtelen, szagtalan nem mérgezı gáz. A levegı oxigén tartalma ~21%. A füstgázban lévı oxigén koncentráció mérésével meghatározható az égés során kialakult légfelesleg tényezı (λ), ami az égés minıségét jellemzi. 21 λ≈ , ahol O2,mért: a füstgázban mért oxigén koncentráció [tf%] 21 − O 2,mért Oxigén mérése paramágneses gázelemzıvel: Az oxigén paramágneses tulajdonságát felhasználva mőködik ez a mérıberendezés. A mérıcella két azonos mérető részbıl áll, az egyik a mérı a másik az összehasonlító kamra. A mérıkamra egy mágneses mezıben, az összehasonlító kamra, pedig egy mágneses mezı nélküli térben fekszik. Mindkét kamrában van egy-egy elektromosan főtött platinaszál. Ha a minta oxigént tartalmaz, akkor a mérıkamrában a mágneses mezı hatására az oxigén mennyiségével arányos cirkuláció (mágneses szél) keletkezik. Ha az áramlás eltérı a mérı és az összehasonlító kamrában, akkor a platina körellenállásainak lehőlése különbözı mértékő. A két ág között ellenállás-különbség keletkezik, melybıl egy koncentrációval arányos jelet hoz létre a mőszer.
4. ábra: paramágneses mérımőszer elvi felépítése DK. Digitális kijelzı; KL: kezelılap; DE: digitális elektronika; T: teljesítményrész; TE: tápegység; R1-R2: ellenállások; GB: gázbelépés; GK: gázkilépés; MK: mérıkamra; É-D: mágnespólusok; HTE: híd tápegység
NITROGÉNOXIDOK: • Nitrogén-monoxid- NO: Színtelen gáz, szaga nem ismert, mivel a levegıben NO2-vé oxidálódik. • Nitrogén-dioxid - NO2: Vörösesbarna szúrós szagú gáz, az atmoszférában meghatározó, mivel a kikerülı NO a levegıben elkezd NO2-vé oxidálódni. • Dinitrogén-oxid - N2O: Színtelen édeskés szagú és íző, narkózist okozó nem toxikus gáz. A NOx-ok közül a füstgázban jellemzıen NO van jelen(a NOx-ok 90%-a NO). Azonban az atmoszférában a NO2 a meghatározó, mivel a füstgázzal kikerülı NO a levegıben NO2-vé oxidálódik. A N2O jelentıssége csekély. NO, NO2 mérgezı gázok, tüdıvizenyıt, a bırön égési sérüléseket (NO2), illetve a növényeknél reverzibilis fotoszintézis csökkenést és szövetelhalást okozhatnak. Továbbá szerepet játszanak a savas esıkben is. NO képzıdése: Alapvetıen három lehetséges úton keletkezhet, ennek megfelelıen létezik: • Termikus NO: szegény keverékek esetén keletkezik a levegı nitrogén és oxigén tartalmából, magas hımérsékleten (T>1500 °C). Képzıdéséhez idıreakció, kinetikusan kontrollált. T O 2 → O⋅ + O⋅ N 2 + O ⋅ → NO + N ⋅ O 2 + N ⋅ → NO + O ⋅ • Prompt NO: dús keverékek esetén jellemzı, mennysége elhanyagolható a termikushoz NO-hoz képest. • Tüzelıanyag eredető NO: a tüzelıanyag kötött nitrogént tartalmából keletkezik. Mennyisége elhanyagolható, mivel a Magyarországon szolgáltatott földgáz kötött nitrogént nem tartalmaz. NOx-ok mérése kemilumineszcens elven mérı mőszerrel: A mőszer mérési elv az, hogy a gázminta NO tartalmának meghatározott hányada ózon hatására gerjesztett NO2*-á alakul. A gerjesztett molekulák jellemzı hullámhosszú fényt sugároznak ki, miközben az alapállapotukba visszajutnak. NO + O3 = NO2* + O2 hν NO*2 → NO 2 Az így kibocsátott fény mennyisége arányos a minta NO tartalmával. A teljes NOx tartalom mérésekor a különbözı nitrogén-oxidokat elıször NO-á alakítják, és mérik a keletkezett NO2* által a kibocsátott fényt. 1. lépés: NO koncentrációmérés 2. lépés: NOx koncentrációmérés
5. ábra: kemilumineszcens elven mérı NOx elemzı elvi felépítése
SZÉNMONOXID - CO: színtelen, szagtalan, mérgezı gáz. Az emberi szervezetben irreverzibilis károsodást okozhat, mivel a hemoglobinhoz ~200-szor jobban kötıdik mit az oxigén, vagy a széndioxid, ezzel megakadályozza a hemoglobin CO2-O2 cseréjét. A vér karboxi-hemoglobin (CO-Hb) szintje 1% alatt elfogadható, azonban 10% felett már halálos is lehet. CO képzıdése: A szénmonoxid a tökéletlen égés eredménye. Akkor keletkezik, ha nem áll rendelkezésre elegendı oxigén a tüzelıanyag tökéletes kiégésére. A füstgázban mért mennyiségébıl az égés jóságára lehet következtetni. A gázmotorok légfelesleggel tüzelnek, tehát elvileg rendelkezésre áll a tüzelıanyag tökéletes kiégéséhez szükséges oxigén mennyiség, azonban a keverék eloszlása soha nem homogén a hengerekben, ezért mindig lehetnek tüzelıanyagban dús zónák, ahol a tüzelıanyag kiégése nem tökéletes. Továbbá a CO – CO2 konverzió nem megy azonnal végbe, ha a hengerekben a tartózkodási idı nem elegendı, a CO nem tud CO2-á oxidálódni. A hımérséklet csökkenésével csökken az oxidáció sebessége. CO mérése infravörös abszorpciós elven mőködı mérımőszerrel: A mérés elméleti alapja az, hogy a különbözı atomokból álló molekulák az infravörös tartományban komponensre jellemzı hullámhosszú sugárzást nyelnek el. A mőszerben két sugárnyaláb van: egy mérı és egy összehasonlító. A mérıküvettában a mérendı gáz áramlik, az összehasonlító zárt küvettában nitrogén gáz van. A sugárnyalábok a küvettákon keresztül az érzékelıbe jutnak. Azt érzékelıben a sugárzás abszopbeálódik, melynek során energia szabadul fel, ami hımérséklet-, illetve nyomásemelkedést okoz. A nyomáskülönbség miatt a az érzékelıben lévı membrán elmozdul, ez kapacitásváltozáshoz vezet, amit feszültségjellé alakítva, a mérendı minta CO tartalmával arányos jelet ad. A mőszer szelektivitását az adja, hogy az érzékelı a mérendı gázzal van feltöltve.
6. ábra: infravörös abszorpció elvén mőködı mőszer elvi felépítése LP1: erısítı; LP2: hálózati stabilizátor; R: ellenállás; M1: mérıküvetta; M: küvetta; M2: összehasonlító küvetta; E2: ellenelektród; E: érzékelı; E1: membrán; E3: méréstartomány beállító; F: szőrıküvetta; ST4: sugárforrás; ST5: blende tárcsa; ST6: blende tárcsa motorja
ELÉGETLEN SZÉNHIDROGÉNEK – THC –Total HidroCarbon, (CxHy): színtelen, különbözı összetételő szénhidrogén gázok. Egyes komponensei gyenge szaghatásúak (parafinok), az aromás komponensek kellemetlen szaghatásúak jelentıs rákkeltık. Alapvetıen üvegházhatásúak, elsısorban a metán (CH4), ami a CO2-nél sokkal erıteljesebb üvegházhatású gáz. THC képzıdése: Az elégetlen szénhidrogének a CO-hoz hasonlóan a tökéletlen égés eredményeként keletkeznek. THC mérése lángionizációs gázelemzıvel: Mérési elv: Két elektróda között hidrogén láng ég. Ha a lángba szénhidrogén tartalmú mérendı gázt vezetnek, akkor az elektródák közt ionáram jelenik meg, mivel a különbözı szénhidrogénekbıl szén gyökök keletkeznek (C·), melyek elektromosan vezetık. Az ionáram nagysága arányos a mintában lévı szénatomok számával, tehát a mőszer a mintában lévı összes szénhidrogént méri.
7. ábra: lángionizációs elven mérı mőszer elvi felépítése A: analizátor; Le: szobalevegı; LSz: levegı szabályzó; H: hidrogén; L: láng; Hsz: hidrogénszabályzó; MG: mérendı gáz; K: katalizátor; MSz: membrán szivattyú; É: égı; L’: lángır; Ka: kapilláris; EL: elektronika; Ee: elıerısítı; HSz’: hımérséklet szabályozó; k1: méréstartomány kapcsoló
