SZAKDOLGOZAT. Sümeghy Gábor

SZAKDOLGOZAT Sümeghy Gábor

2005

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

1782 Gépészmérnöki Kar Áramlástan Tanszék

SZAKDOLGOZAT FELADAT A szakdolgozat készítő neve: Sümeghy Gábor A tervfeladat témája: Magyarországon alkalmazott füstgázelemző műszerek vizsgálata és összehasonlítása A szakdolgozat készítés helye: Energotrade Kft. Vállalat, üzem címe: Budapest, XVII. ker. Almásháza u. 121. Üzemi konzulens: Matos Attila Beosztása: főmérnök Munkahelye: Energotrade Kft. Tanszéki konzulens: Goricsán István Záróvizsga tárgyak: 1. Környezet-menedzsment 2. Levegőtisztaság-védelem 3. Műszaki akusztika Beadási határidő: 2005. június 03. A feladat kiadásának időpontja: 2005. február 14.

ii

A feladat részletezése: o Röviden ismertesse a füstgáz mérésére és elemzésre vonatkozó hazai és EU-s előírásokat! o Ismertesse a tesztelésre kiválasztott, két különböző típusú füstgázelemzőt! o Vázolja a tesztelés célját és menetét! o Végezzen méréseket adott összetételű referenciagáz, illetve ismeretlen összetevőjű füstgáz esetére! o Foglalja össze és értékelje a kapott eredményeket!

Budapest, 2005. január 14. …………………. tanszékvezető A tervfeladatot jóváhagyom: Budapest, 2005. január 17. …………………. dékán A feladatot átvettem: ………………………….. gépészmérnök hallgató

iii

Nyilatkozat az önálló munkáról: Alulírott Sümeghy Gábor, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem hallgatója kijelentem, hogy ezt a szakdolgozatot (diplomatervet) meg nem engedett segítség nélkül, saját magam készítettem, és a szakdolgozatban (diplomatervben) csak a megadott forrásokat használtam fel. Minden olyan részt, amelyet szó szerint vagy azonos értelemben, de átfogalmazva más forrásból átvettem, a forrásra hivatkozva egyértelműen megjelöltem.

……………………………. Sümeghy Gábor

iv

Tartalomjegyzék 1. Tartalmi összefoglaló 1.1 Magyar nyelvű 1.2 The summary of matter

1 1

2. Bevezetés 2.1 A légszennyezettség 2.2 A légszennyezettség és szennyezőanyag kibocsátás mérése 2.3 A szakdolgozat célja, felépítése

3 4 5

3. Törvényi szabályozás 3.1 1995. évi LIII. Törvény 3.2 21/2001. (II.14) Kormányrendelet 3.3 14/2001. (V.9) KöM-EüM-FVM együttes rendelet 3.4 17/2001. (VIII.3) KöM rendelet 3.5 23/2001. (XI.13.) KöM rendelet

6 6 6 7 7

4. Füstgázok szennyezőanyag komponensek mérésére használt műszerek működési elve 4.1 Kemilumineszcenciás elven alapuló műszerek 4.2 Infravörös sugárzás abszorpcióját mérő készülék 4.3 Ultraibolya abszorpció elvén mérő készülék 4.4 Lángionizációs detektorral ellátott CxHy elemző 4.5 Paramágneses oxigénelemző 4.6 Szenzoros elemzők 4.6.1 Cirkónium-dioxidos oxigénszonda 4.6.2 Tüzelőanyagcella

8 9 10 10 12 13 13 14

5. A választott füstgázelemző rendszerek bemutatása 5.1 A füstgázelemző műszerekkel szemben támasztott követelmények 5.2 A Horiba PG-250 típusú gázelemző 5.2.1 Horiba PG-250 Műszaki leírás 5.2.2 A PG-250 típusú gázanalizátor működése 5.2.3 Az analizátor használata 5.3 Advance Optima modulrendszerű füstgázanalizátor leírása 5.3.1 Műszaki adatok 5.3.2 Advance Optima modulrendszerű füstgázanalizátor leírása 5.3.3 Az analizátor használata

15 16 16 18 19 19 20 21 21

6. Az analizátorok kalibrálása 6.1 A kalibrálás szükségessége 6.2 Horiba PG-250 kalibrálása 6.3 Advance Optima AO2020 kalibrálása

22 23 24

7. Helyhez kötött szennyezőanyag források emisszió mérése 7.1 A mintavételezés elmélete 7.1.1 A mérések során a füstgázban megfigyelendő szennyező komponensek 7.1.2 Emisszió mérőrendszer

25 25 25 v

7.1.3 Mintavételezés 7.2 Ismert összetételű füstgáz mérése 7.2.1 A mérés tárgya 7.2.2 A mérés célja 7.2.3 A mérés időpontja és helyszíne 7.2.4 A mérés folyamata 7.2.5 Mérési adatok 7.2.6 A mérés kiértékelésének elmélete 7.3 Ismeretlen összetételű füstgáz mérése 7.3.1 A mérés tárgya 7.3.2 A mérés célja 7.3.3 A mérés időpontja és helyszíne 7.3.4 Az alkalmazott mérési módszerek és mérőműszerek 7.3.5 A mérés folyamata, mérési eredmények 7.3.6 A mérés kiértékelésének elmélete

25 27 27 27 27 27 29 31 33 33 33 33 33 35 41

8. Kiértékelés 8.1 Ismert összetételű füstgáz mérésének kiértékelése 8.2 Ismeretlen összetételű füstgáz mérésének kiértékelése 8.3 Tapasztalatok, és következtetések

43 49 52

9. Irodalomjegyzék 9.1 Felhasznált irodalom 9.2 A szakdolgozatban hivatkozott jogszabályok 9.3 A szakdolgozatban hivatkozott szabványok

54 54 55

vi

vii

1. Tartalmi összefoglaló 1.1 Tartalmi összefoglaló magyar nyelven A szakdolgozat a Magyarországon használatos, a levegőszennyezés pontszerű forrásainak emissziós mértékének megállapítására használt műszerek és módszerek bemutatását tűzi ki célul. A szakdolgozat kezdetben a magyarországi jogi hátteret tárgyalja, amely egyezik az Európai Unio hasonló jogi szabályozásával. Ez a része a dolgozatnak meghatározza a hatóságilag elfogadott eszközök, mérési módszerek listáját, valamint a légszennyező anyagok kibocsátás mérésének időszakait, amennyiben a kibocsátónak lehetősége van időszakos mintavételezésre, és nem köteles állandó mérőműszert üzemeltetni. A dolgozat második részében a hatóságilag elfogadott, szabványos füstgáz analizátor egységeket mutatjuk be, azok működését és mérési elvét. Ezután, a szakdolgozat értékeléséhez választott két füstgázelemző rendszer bemutatásakor kitérünk azok működési tulajdonságaikra, és vázlatosan bemutatjuk használatukat. A kalibrációs részben leírjuk a kalibráció szükségességét, a mérést befolyásoló null-, és referenciapont eltolódásból adódó hiba korrekciójának folyamatát, majd bemutatjuk a két választott füstgázelemző kalibrálásának folyamatát. A hetedik fejezete a dolgozatnak a füstgázelemzők mérési összehasonlítását, valamint az összehasonlítás elvét és analitikáját tartalmazza. Az első mérésben az analizátorokon meghatározott mennyiségű referenciagázt áramoltatunk keresztül, és vizsgáljuk a műszerek ismételhetőségét valamint a relatív hibát. A második mérés folyamán a Fővárosi Közterület Fenntartó Rt. Hulladékhasznosító Művének 3. számú kazán füstcsatornájában végeztünk emisszió mérést. Referenciaként az összehasonlításhoz a Hulladékhasznosító Mű folyamatos mérő műszerének adatait használtuk fel. A befejező szakaszban a mérés kiértékelésekor kapott adatok kerülnek felhasználásra és kitérünk a szakdolgozat készítése során észlelt tapasztalatokra, következtetésekre. 1.2 The summary of matter The purpose of this thesis contains the introduction of the air emission analysers and air quality calculating methods used in Hungary. At first the thesis shows the Hungarian laws that are mostly agree with the European Union’s similar laws. This part defining the formal list of accepted instruments, measuring methods and the periods of measuring the emission (if the emissive has the right for periodic sampling and not liable to work fixed measuring analysers). The fourth chapter of the thesis introduces the formal flue gas analyser moduls with those functioning and measuring principles. The fifths chapter introduce the two air emission measuring analyser systems we choose for the evaluation of the thesis. Roughly demonstrate these systems useage and functional attributes. In the calibration part the thesis write down the necessity of calibration, the affection of zero-, and reference point slip with its correction method, than shows the calibration of two flue gas analyser systems.

1

The seventh chapter of the thesis contains the measuring comparison of flue gas analyser systems with the method and analytical way of the comparison. In the first measure with the circulation of a fixed amount reference gas throw the systems can result data for analysing the systems repeatability limit and relative miss. Throw the second measure with the taking a sample of emission in the Fővárosi Közterület Fenntartó Rt. Hulladékhasznosító Mű’s third furnance’s floss and use the Hulladékhasznosító Mű’s fixed measuring analyser’s data for reference to the comparison can calculate the systematic bias and expanded uncertainty of the two emission measuring systems. The last chapter shows the calculations and its results than draw the conclusions.

2

2. Bevezetés 2.1 A légszennyezettség Az ember, tevékenységeivel mindig terhet rótt környezetére, mióta képes megváltoztatni azt. Az ős-, és ókorban ez nem befolyásolta a természet egyensúlyát, ám a népesség rohamos gyarapodásával, és technológiájának fejlődésével együtt járt a feldolgozott, egyre nagyobb mennyiségű termék előállítása. Ez sajnos magával vonzotta a környezetre ártalmas, a gyártás és életvitel szempontjából használhatatlan vagy melléktermékként fellépő hulladék anyagok kibocsátását. Az elmúlt században, leginkább az 1950-es évektől, a környezet terhelése folyamatosan növekedett, mígnem elérte a mai, közel kritikus szintet. A jelenlegi levegő-, víz- és talajszennyezettség olyan mértékben károsítja, terheli a Föld élővilágát, ami gyors és drasztikus beavatkozások nélkül könnyen visszafordíthatatlan folyamatokat indíthat be a következő évtizedekben. A környezetvédelmi kérdések a politikában is egyre nagyobb szerepet játszottak, mígnem 1979 novemberében Genfben az I. Összeurópai Környezetvédelmi Tanácskozáson aláírták a „Nagy távolságokra jutó, országhatárokon átterjedő légszennyezés korlátozásáról” szóló egyezményt, illetve a hulladékszegény technológiák használatáról, és a hulladékok hasznosításáról szóló nyilatkozatot. Ehhez további kiegészítésként 1985-ben elfogadták a kén-dioxid kibocsátás korlátozását előíró megállapodást, melyhez az 1980-as évet vették bázisévként figyelembe. Ehhez az évhez képest az országok kibocsátása jelentősen kell csökkenjen a jövőben, 2010-ig 60 %-kal. 1985-ben aláírták a Bécsi Konvenciót, amely az ózonréteget károsító anyagok kibocsátásának korlátozását írja elő majd 1988-ban rendelkeztek a nitrogén oxidok csökkentéséről is. A levegőtisztaság védelem ilyen formájú törvényekbe iktatásával nagy szerepet kaptak a szennyezettség lokális mindenkori szintjét – az immissziót – mérő és a diffúz illetve pontforrások kibocsátását – emisszióját – mérő berendezések, személyek, vállalatok, és eljárások. Az immisszió mérésének segítségével a levegő szennyezettségét vagyunk képesek nyomon követni adott területi egységek mentén. Budapesten például egy immisszió mérő monitoring hálózat működik, amely a környezetre és emberre veszélyes anyagok koncentrációját illetve a szálló por mennyiségét vizsgálja. A diffúz források, melyek például a közúti forgalom füstgáza, illetve egy település lakóépületeinek kéményei roppant körülményesen, nehezen és pontatlanul mérhetőek. A pontszerű források kibocsátásának megállapítása ugyanakkor egyértelműen meghatározható és igen fontos ezek ismerete, hiszen az energia- és gyáripar kéményeiből távozik a szennyezőanyagok legnagyobb hányada. A CO2, mely a legnagyobb mennyiségben kibocsátott üvegházhatású gáz, ugyan csak kis mennyiségben származik emberi aktivitásból, ám ez igen jelentősen megbontja a Föld természeti egyensúlyát. A legnagyobb mértékben ez a gáz járul hozzá az üvegházhatás kialakulásához. A Magyarországon kibocsátott szén-dioxid közel 50 %-a, az ipar és hőerőművek működésének végtermékeként képződik. A CO az egyik legveszélyesebb füstgáz összetevő, fulladást és légúti bénulást okoz, vérméreg – a CO 200-szor erősebben kötődik a hemoglobinhoz mint az oxigén, így amelyik hemoglobinhoz csatlakozott, azt ki is iktatja az oxigénszállításból. A háztartási hőforrások tökéletlen égetéséből szabadul fel leginkább, amikor a szén nem képes két oxigénatomot felvenni, mert pl. kevés a levegő.

3

A NOx-ok túlnyomó része – kb. 90%-a – NO, mely levegőben NO2-dá alakul át. Mérgező hatása a NO2-nak van, ám mivel a NO szabadtéren átalakul, ugyanolyan minőségű légszennyezőnek tekintendő. Kis koncentrációban is légzőszervi megbetegedéseket okoznak, mérgezés esetén tüdővizenyő, tüdőgyulladás majd halál léphet fel, nagy koncentrációban felelősek a savas esőkért, és a fotokémiai szmog kialakulásáért valamint az ózonréteget is károsítják. A NOx-ok az égés során a levegő N2 tartalmából keletkeznek, magas hőmérsékleten. Minél magasabb a hőmérséklet annál több NOx képződik. A SO2 az egyik legveszélyesebb légszennyező anyag. A természet egészét rongálja. A levegőbe kerülve annak víztartalmával kénessavat, hamura kiülepedve és víz jelenlétében SO3-dá alakulva a vízzel kénsavat alkot. A savas esőkért leginkább ez az anyag a felelős, mely így a talajt rongálja, a növényzetet pusztítja, és az ember által épített, készített javakat roncsolja. Ember általi kibocsátása legnagyobbrészt kénsavgyártáskor, szén és kőolaj erőművekben történő égetéskor keletkezik, természetes folyamatként pedig tűzhányók kitörésekor jut a légkörbe. A karcinogén anyagok, melyek policiklikus aromás szénhidrogének, a tüdőrákos megbetegedésekért felelős légszennyező komponensek. Jelenlétük a belsőégésű motorral rendelkező gépjárművek és a széntüzelésű erőművek használatából ered. A karcinogén anyagok por vagy koromrészecskékhez kötődve jutnak az ember szervezetébe. 2.2 A légszennyezés mérése A levegőbe juttatott szennyező anyagok felismerésével és kibocsátási határértékük törvényi szabályozásával megvalósulhat a védekezés a további túlzott károsítás szempontjából. Ezt a védekezést a légszennyezettség és a kibocsátás mérésével lehet megvalósítani. Így kiszűrhetőek, kimutathatóak azok a területi egységek, pontforrások, útszakaszok, ahol a légszennyezettség túllépi a rendeletekben meghatározott szintet, illetve ahol magas, de még a határérték alatti a légszennyezettség. Azokon a helyeken, ahol a határértéket túllépték azonnali hatályú intézkedésekre van szükség. Pontforrások esetén szennyezőanyag leválasztókra, diffúz forrás esetén átgondolt közlekedés, lakáspolitikára, egyéb intézkedésre, a levegőszennyezettség esetében viszont teljes, területi szintű környezetvédelmi beavatkozásra mint például szmogriadók elrendelésére. A levegőszennyezettség mérése leginkább tájékoztató és riasztó szolgáltatásként funkcionál, azonnali beavatkozásra nem igazán van lehetőség, azonban a lakosságot a kialakult helyzetről kötelező értesíteni. A területi légszennyezettség megszüntetését nem lehet azonnali intézkedésekkel megoldani, legfeljebb némi beavatkozással megakadályozni a jövőbeli kialakulását. Ilyenkor csak a természeti erők következtében képes a levegő ismét elfogadható minőségűvé válni. A levegőmozgás hatására a szennyezés elmozdul, keveredik más légrétegekkel, hígul. Csapadék hatására kimosódik a levegőből. Amennyiben a levegőszennyezettség még nem éri el az egészségügyi határértéket, lehetőség van annak elkerülése érdekében új környezetvédelmi intézkedéseket hozni, amivel kiküszöbölhető a jövőbeli probléma. A pontforrások károsanyag kibocsátásának mértéke a füstgáz összetételének mérésével történik. Ezek nagyon jó pontosságú és azonnali eredményt hozó módszerek. Ilyen méréseknél a rendeletileg felállított határérték túllépés esetén az üzemelő kibocsátót bírságolni lehet, illetve a megfelelő berendezést le lehet állítani, amivel a további környezetterhelés megszűntethető. A kibocsátó füstgáz tisztító

4

berendezések beépítésével csökkentheti a természetbe kerülő károsanyag mennyiségét. Kazánok beszabályzására is tökéletesen alkalmasak ezek a rendszerek. A helyhez kötött légszennyező források kibocsátásának mérését, a 17/2001 (VIII.3) KöM rendelet értelmében a hatálybalépést követően, csak nemzetközileg elfogadott, akkreditált mérőlaborok végezhetik, melyek működését az MSZ EN ISO/IEC 17025 szabvány rögzíti. Ezen laboratóriumoknak, az akkreditálás megszerzéséhez, és megtartásához kétévente összehasonlító körméréseken kell részt venniük, melyek során a műszerek megbízhatóságát, és ezzel együtt a mérőszemélyzet felkészültségét vizsgálják. Amennyiben ezek megállják a helyüket, és a vállalati felkészülés is megfelelő – a labor működése, a szerződések és mérési adatok iktatása, tárolása megfelelő, az akkreditált státusz megadható és fenntartható. 2.3 A szakdolgozat célja, felépítése A szakdolgozat a honi gyakorlatban elterjedő akkreditált mérőlaborok által használt, környezetvédelmi típusalkalmassági engedéllyel rendelkező mérőeszközök összehasonlító mérésére való felkészülést tűzi ki célul. A választott füstgázelemző eszközök működésének vizsgálatával, és azok mérési összehasonlításával, az akkreditációt megszerezni kívánó mérőlaborok hivatalos vizsgáját kívánja tesztmérésekkel segíteni. A kiértékelésben megállapítjuk melyik rendszer milyen mérési pontossággal-pontatlansággal rendelkezik, mely anyagokra lép fel keresztérzékenység, és megtudjuk az egyes elemzők előnyeit, hátrányait. A dolgozat során kitérünk a jogi szabályozásra, előtérbe helyezve a 17/2001. (VIII. 3.) KöM rendeletet, melyből kiemeljük a helyhez kötött légszennyező források kibocsátásának vizsgálatával, ellenőrzésével, értékelésével kapcsolatos szabályokat. Bemutatjuk az egyes komponensek mérésére használatos eszközök működési elvét, melyből megtudhatjuk milyen módon képesek specifikusan egyes elemek mennyiségét mérni. A választott füstgázelemző rendszerek – Advance Optima, Horiba PG-250 – bemutatása, felépítése, működésének elemzése után azok kalibrálásának gyakorlatát szemléltetjük. Az elméleti felkészítés és háttér után elkezdjük az összehasonlító mérést, mely során az első mérés alkalmával egy ismert összetételű referenciagázt áramoltatunk a rendszereken keresztül, ezzel megfigyelve azok működési paramétereit, leellenőrizve a gyári adatokat, majd a második mérés alkalmával ismeretlen összetételű, helyhez kötött pontforrásból, kéményből kiáramló füstgázt vizsgálunk, és hasonlítjuk össze a két műszer által kapott adatokat. A kiértékelés részben az ide vonatkozó számítások, megfigyelések, és levonható következtetések ismertetése következik.

5

3. Törvényi szabályozás A magyarországon hatályos jogszabályok nagyrészt megegyeznek az Európai Közösség előírásaival, sok tekintetben azok tartalmilag átvett, formailag megváltoztatott, a magyar jogrendszerrel harmonizáló átalakításon mentek keresztül. 3.1 1995. évi LIII. Törvény Az 1995. évi LIII törvény, a környezetvédelem általános szabályait fekteti le. Kimondja, hogy az embernek harmóniában kell élnie környezetével, és törekednie kell annak megóvására. 22.§-a rendelkezik a levegő védelméről, miszerint a légkör egészét védeni kell mindenféle szennyezéstől, és új technikák telepítésekor ügyelni kell a lehető legkisebb mennyiségű szennyezőanyag kibocsátásra. A törvény ezen felül rendelkezik a hivatalos személyek környezetvédelemmel kapcsolatos teendőiről és felelősségéről. A törvény 111.§-a kimondja, hogy ez a törvény a Magyar Köztársaság és az Európai Közösség közötti társulás létesítéséről szóló, Brüsszelben, 1991. december 16-án aláírt Európai Megállapodás tárgykörében, a megállapodást kihirdető 1994. évi I. törvény 3. §-ával összhangban tartalmaz szabályozásokat. 3.2 21/2001. (II.14) Kormányrendelet A kormányrendelet az 1995. évi LIII törvény értelmében a levegő védelmével kapcsolatos egyes szabályokról rendelkezik. A rendelet hatálya kiterjed minden olyan személyre (természetes, jogi, nem jogi) akik (amik), tevékenysége, létesítménye, terméke levegőterhelést okoz, vagy okozhat. A rendelet célja a környezeti levegő minőségének tartós és hatékony megóvása illetve javítása. Ez a rendelet mondja ki, hogy tilos a levegő olyan mértékű terhelése, ami már levegőszennyezést okoz. A levegőterhelést okozó légszennyező forrásokra az elérhető legjobb technológia alapján, kibocsátási határértékeket határoznak meg, melynek eleget kell tenni. A rendelet leírja milyen feltételek mellett létesíthető új légszennyező forrás egy adott területen, és mekkora kiterjedésű védelmi övezetet kell bizonyos tevékenységek környezetében kialakítani, hogy az ne befolyásolja az életminőséget. A rendelet 9.§-a rendelkezik a helyhez kötött légszennyező pontforrásokról, a működési engedélyeikről, és azok 5 évenkénti felülvizsgálatáról, valamint a pontforrások üzemeltetőjét kötelezi, a kibocsátás ellenőrzésére. A kormányrendelet a környezetveszélyeztetést okozó légszennyezettség kialakulása során alkalmazandó rendkívüli intézkedésekről, a légszennyező források adatszolgáltatásáról, és a légszennyezési bírságról is rendelkezik. A rendelet az Európai Megállapodást kihirdető 1994. évi I. törvény 3.§-ával összhangban összeegyeztethető szabályozásokat tartalmaz az Európai Közösség egyes jogszabályaival. A rendelet mellékletei tartalmazzák, az elérhető legjobb technika meghatározásának szempontjait, a védelmi övezetek nagyságára vonatkozó szabályokat és a helyhez kötött légszennyező pontforrások bírságolásának módszerét. 7.3 14/2001. (V.9) KöM-EüM-FVM együttes rendelet A légszennyezési határértékekről, a helyhez kötött légszennyező források kibocsátási határértékeiről szóló miniszteri rendelet az egyes légszennyező anyagokat veszélyességük mértékében rendszerezi, és megadja a légszennyező anyagok kibocsátási határértékeit. 6

7.4 17/2001. (VIII.3) KöM rendelet A szakdolgozat szempontjából lényeges, a mérési eljárásokra, mérőműszerekre, mérőszemélyzetre vonatkozó szabályozást adja meg ez a miniszteri rendelet. Melynek hatálya kiterjed a levegőterhelés mértékét ellenőrző, valamint a helyhez kötött légszennyező pontforrásokat üzemeltető személyekre (természetes, jogi, nem jogi). A rendelet értelmezésében a pontforrások kibocsátását folyamatos méréssel, időszakos méréssel vagy számítással, műszaki becsléssel, anyagmérleg készítésével kell meghatározni. A szakdolgozat szempontjából az időszakos méréssel meghatározott kibocsátás mérés a meghatározó. Ezen mérések során alkalmazott mérőhelyet úgy kell kialakítani, hogy a szabványos és biztonságos mérés lehetősége biztosítva legyen. A jogszabály rendelkezik a kibocsátások mérésének követelményeiről, melyben kimondja, hogy a hatóság határozza meg az ellenőrizendő légszennyező forrásokat, a mérések időpontját, gyakoriságát (a rendelet 8. számú melléklete meghatározza a légszennyező anyagok időszakos kibocsátás mérésére kötelezett tevékenységek esetében a mérések gyakoriságát), a mérendő légszennyező anyagokat, a mérés időtartamát (a rendelet 9. számú melléklete ad felvilágosítást az időszakos kibocsátás mérés szükséges időtartamáról), a mérések alatti üzemviteli körülményeket és a szabványos mintavételi helyek kialakítását. A rendelet kimondja, hogy a kibocsátás ellenőrzéséhez szabványos, vagy azzal bizonyítottan egyenértékű eredményt adó módszereket kell alkalmazni, és azok kalibrációját a műszer gyártója által meghatározott gyakorisággal el kell végezni a null-, és egy referencia értéken tanusított anyagmintával, vagy használati etalonnal valamint a mérőeszközök ellenőrző kalibrálását évente el kell végeztetni egy erre akkreditált szervezettel. A rendelet meghatározza a minőségügyi és típusalkalmassági követelményeket (a rendelet 11. számú melléklete írja le a típusalkalmassági felülvizsgálat követelményrendszerét), melyek értelmében a légszennyező források kibocsátásának ellenőrzését végző szervezetnek rendelkeznie kell feladatai szerinti akkreditálással, el kell végeztetnie az ellenőrző kalibrálást, kétévente részt kell vennie az Országos Környezetvédelmi, Természetvédelmi és Vízügyi Főigazgatóság (OKTVF) által szervezett körmérésen valamint a kibocsátást mérő műszereknek rendelkezniük kell típusalkalmassági felülvizsgálati igazolással, melyet az OKTVF végez, tart nyilván és állít ki. A rendelet 10. számú melléklete meghatározza a kibocsátás ellenőrzés eredményeinek értékelését. A rendelet 22.§ szerint az Európai Megállapodást kihirdető 1994. évi I. törvény 3.§-ával összhangban, a levegő védelmével kapcsolatos egyes szabályokról szóló 21/2001. (II.14.) Kormányrendelettel és a légszennyezettségi határértékekről, a helyhez kötött légszennyező pontforrások kibocsátási határértékeiről szóló 14/2001. (V.9.) KöMEüM-FVM együttes rendelettel együtt összeegyeztethető szabályozást tartalmaz az Európai Közösségek néhány jogszabályával. 7.5 23/2001. (XI.13.) KöM rendelet A rendelet a 140 kWth és az ennél nagyobb, de 50 MWth-nál kisebb névleges bemenő hőteljesítményű tüzelőberendezések légszennyező anyagainak technológiai kibocsátási határértékeiről nyilatkozik. A rendelet értelmében a 15 MWth-nál nagyobb, de 50 MWth-nál kisebb tüzelőberendezések üzemeltetői kötelesek évente kibocsátás ellenőrzést végeztetni. A rendelet mellékletei az egyes technológiák (szilárd, folyékony, gáz halmazállapotú tüzelőanyag) kibocsátási határértékét határozzák meg.

7

4. Füstgáz szennyezőanyag műszerek működési elve

komponensek mérésére használt

Napjainkban a gázáramban előforduló szennyező anyagok mennyiségét az egyes komponensekre specifikus, folyamatos működésre lehetőséget nyújtó mérési elv az elfogadott. A széndioxid, szénmonoxid és kén-dioxid mérésére infravörös elven mérő műszerek, a nitrogénoxid meghatározására kemilumineszcenciás elemző, az oxigén tartalom megállapítására paramágneses elvű készülék használatát írják elő a vonatkozó jogszabályok. A füstgázban lévő, elégetlen szénhidrogén meghatározásához lángionizációs detektorral ellátott mérőműszer a legalkalmasabb. Szabvány mérésekhez nem engedélyezett rendszerek a kémiai érzékelők, melyek egy-egy mérési pont meghatározásához, kb. 10-20 % pontossággal megfelelőek, de folyamatos pontos mérésre a szenzoros mérődobozok nem alkalmasak. A mérőműszerek működési elvének leírása és ábrái Dr. Meggyes Attila [1] könyve alapján lettek elkészítve, átvéve. 4.1 Kemilumineszcenciás elven alapuló műszerek: A mérőműszer működési elve alapján, ózon hatására a gázminta nitrogén-monoxid tartalmának meghatározott hányada, a mérési körülményektől függően, gerjesztett állapotú nitrogén-dioxiddá alakul. A gerjesztett molekulák jellemző hullámhosszú fényenergia kisugárzás közben jutnak az alapállapotukra. NO + O3 -> NO2* + O2 NO2* -> NO2 + h A kibocsátott fény mennyisége az NO2 koncentrációval arányos. Az NOx mérésekor a különböző nitrogén-oxidokokat először NO-dá alakítják át egy reaktorban, majd az eredeti és képződött NO-t mérik. A NOx-ok elemzésekor az átalakulás során keletkező fényjelenséget mérjük fotomultiplayer /fénysokszorosító/ segítségével kemilumineszcenciás elven. A műszer az NOx mérésére specifikus, mivel a füstgázban jelenlévő, az égéssel keletkező egyéb vegyületek zavaró sugárzást nem bocsátanak ki. Egy kemilumineszcenciás műszer elvi felépítését a 4.1 ábra mutatja. A mintát a készülékbe épített szivattyú juttatja be a reaktortérbe. Az NOx mérés esetén a mintát előbb egy konverteren vezetik keresztül, ahol a különböző nitrogén-oxidok NO-dá alakulnak át. Ezután a minta a reaktorba jut. A reaktorban történik az NO molekula gerjesztése ózonnal. Az ózont beépített ozonizátor állítja elő levegőből. A gerjesztett molekula kisugárzását fényszűrő után egy fotosokszorosító erősíti fel. A készülékben lévő membránszivattyú nagyobb mennyiségű mintát szív be, mint amennyi szükséges, így azt by-pass úton a szabadba vezetik, vagy sorba kötött füstgázelemzők esetén, mivel ez az eredeti mintát tartalmazza, más elemzők felé irányítják. Ekkor a füstgázösszetétel egyazon mintából lesz meghatározható. Az NO2 mennyiségét a következőképpen lehet számolni: Bekapcsoljuk a konvertert, ilyenkor a teljes NOx mennyiség NO-ként lesz jelen, majd kikapcsoljuk, és megnézzük az így mért NO értéket. Ezután az NOx eredményből kivonva a konvektor nélkül mért NO-t megkapjuk az NO2 mennyiségét. A NO mennyisége kb. 90-98%, a NO2 -é 2-10 % között mozog, tüzeléstechnikai jellemzőktől függően. 8

4.1 ábra: Kemilumineszcenciás elven mérő NOx elemző [1] 4.2 Infravörös sugárzás abszorpcióját mérő készülék: Az infravörös fénnyel megvilágított, legalább két különböző atomból felépülő molekulák a fényt a komponenseikre jellemző módon nyelik el. A sugárzás intenzitását a Lambert-Beer törvény írja le. I 1  I 0 exp   l  ahol:  l 

(4.1)

sűrűség [kg/m3] mérőküvetta hossza /optikai úthossz/ [m] extinciós koefficiens [m2/kg]

A műszer elvi felépítését a 4.2 ábra mutatja. Két sugárnyaláb van; egy mérő és egy összehasonlító. A sugárnyalábot elektromosan izzított fémtekercs állítja elő. A mérőküvettában 30-60 dm3/h sebességgel a mérendő gáz áramlik, míg az összehasonlító zárt küvetta nitrogénnel töltött. A sugárnyalábok a küvettán át az érzékelő kamrákba jutnak, melyek egymástól fémmembránnal vannak elválasztva, és a mérendő komponenssel töltöttek. Az érzékelő kamrákban a sugárzás elnyelődik; az abszorpciónál energia szabadul fel, így a hőmérséklet megemelkedik. A mérő és az összehasonlító ág sugárzásintenzitása egymástól eltérő, ha a mérőküvettában komponens van jelen. Az érzékelő és az összehasonlító kamrában hőmérséklet-, illetve nyomáskülönbség alakul ki, mely a membránt elmozdítja. A membrán elmozdulása kapacitásváltozást hoz létre, ami feszültségjellé alakítva mutatóműszerre vihető.

9

4.2 ábra: Infravörös abszorpciós mérőműszer elvi felépítése [1] LP1: erősítő, LP2: hálózati stabilizátor, R: ellenállás, M1: analizáló küvetta, M: küvetta, M2: összehasonlító küvetta, E2: ellenelektród, E: érzékelő, E1: membrán, E3: méréstartomány beállító, F: szűrőküvetta, ST4: sugár-forrás, ST5: blende tárcsa, ST6: blende tárcsa motorja Az infravörös sugárzás abszorpciója alapján elsősorban a szénmonoxid, széndioxid és kén-dioxid koncentrációt határozzák meg a füstgázban. A NO tartalom mérésénél az NO2 -ot át kell alakítani konverter segítségével NO -dá. A vízgőz jelenléte főként NO mérésénél rendkívül zavaró. A vízgőz abszorpciós sávja széles, részben fedi az egyes komponensek abszorpciós sávját. 4.3 Ultraibolya abszorpció elvén mérő készülék: Az ultraibolya sugárzás abszorpcióján alapuló műszerek felépítése hasonló az infravörös abszorpciós készülékekkel, de itt a jel nem nyomáskülönbség, hanem mérő és összehasonlító küvettán átmenő sugárzás intenzitásának különbsége. Amennyiben nem kemilumineszcenciás elven mérjük a füstgáz NO tartalmát, akkor ez a mérőműszer alkalmas a mennyiségi meghatározására, ugyanis az infravörös elven működő rendszerrel ellentétben itt nincs zavaró hatása a vízgőznek. Az ultraibolya sugárzás abszorpciója alapján működő készülékek előnye, hogy alkalmazható „in-situ” műszernek is, tehát az érzékelő elem nem mintát, hanem közvetlenül a füsgázcsatornában áramló gáz összetételét méri. Nagy portartalmú füstgáz mérése esetén az üzemeltetése problematikus. Ez a módszer ugyanakkor kiválóan alkalmas földgáztüzelésű erőművek füstgázának elemzésére. 4.4 Lángionizációs detektorral ellátott CxHy elemző: A mérőműszerrel a levegőben, vagy füstgázban jelenlévő, szénhidrogének mennyiségi meghatározását láthatjuk el. Az elemzőben két elektróda között 10

hidrogénláng ég. Ha a levegő szénhidrogén mentes, úgy az elektródák között igen kicsiny, de még mérhető ionáram keletkezik. Ha a lángba szénhidrogén tartalmú mérendő gázt vezetnek, nő az ionáram nagysága. Az ionáram az időegység alatt a lánghoz áramlott szénatomok számával arányos. Mivel a műszer a mintában lévő szénhidrogének összegét méri, ezért a műszert valamelyik kiválasztott szénhidrogénre, mint egyenértékre kalibrálják. Célszerűségi okokból a lángionizációs mérőműszerek metán (CH4) vagy propán (C3H8) egyenértéket mérnek. Más szénhidrogénre az átszámítás a következő képlet segítségével történik: Cn H m 

ahol: n

CH 4 mért 3C 3 H 8  n n

(4.2)

szénatomok száma

A gázelemző elvi felépítését a 4.3 ábra mutatja. A műszer égőjéhez a levegőt és a hidrogént állandó, szabályozott nyomáson vezetik be. A levegőből katalizátor távolítja el a szénhidrogéneket. Az égőhöz áramló gázok mennyiségét kapillárisok szabályozzák. Az elektronikus részben található az előerősítő, a méréstartomány váltó, valamint a lángőr.

4.3 ábra: Lángionizációs gázelemző [1] A: analizátor, Le: szobalevegő, Lsz: levegő szabályzó, H: hidrogén, L: láng, HSz: hidrogénszabályzó, MG: mérendő gáz, K: katalizátor, MSz: membrán szivattyú, É: égő, L’: lángőr, Ka: kapilláris, EL: elektronika, Ee: előerősítő, HSz’: hőmérséklet szabályzó, k1: méréstartomány kapcsoló

11

4.5 Paramágneses oxigén gázelemző: Az oxigén paramágneses jellegét felhasználva működik ez a mérőberendezés. A különböző gázok relatív mágneses szuszceptibilítása erősen eltérő. Az oxigénét 100%-ra értelmezve erősen kiemelkedik a többi légnemű vegyület közül melyekre példát a 4.1 táblázatban látni. A NO és NO2 enyhén zavarja a műszert. A paramágneses oxigénelemző egyik lehetséges elvi felépítését a 4.4 ábra mutatja be. A mérőcella két egyforma méretű, de egymástól elválasztott kamrát tartalmaz. A baloldali a mérő, a jobboldali az összehasonlító kamra. A mérőkamrába állandó mágnes pólussarkai nyúlnak be. Így a mérőkamra egy mágneses mezőben, míg az összehasonlító kamra mágneses mező nélküli térben fekszik. Komponens Oxigén Hidrogén Metán Nitrogén-dioxid Nitrogén-monoxid Széndioxid Szénmonoxid

Relatív szuszceptibilítás 100 0,24 -0,2 28 43 -0,27 0,01

4.1 táblázat: Tiszta gázok relatív mágneses szuszceptibilítása

4.4 ábra: Paramágneses gázelemző [1] DK: digitális kijelző, KL: kezelőlap, DE: digitális elektronika, T: teljesítményrész, TE: tápegység, R1, R2: ellenállások, GB: gáz belépés, GK: gáz kilépés, MK: mérőkamra, É és D: mágnespólusok, HTE: híg tápegység 12

Mind a mérő, mind az összehasonlító kamrában egy-egy elektromosan fűtött platina ellenállás található. A kamrában található ellenállásokat Wheatson hídkapcsolásba kötik. Ha a mérő és az összehasonlító kamrában oxigénmentes gáz áramlik, úgy mind a két kamrában hasonló termikus áramlások, cirkulációk alakulnak ki. Ha viszont a minta oxigént tartalmaz, akkor a mérőkamrában az ott lévő mágneses mező hatására fokozott, az oxigén mennyiségével arányos cirkuláció keletkezik. Ha a mérő és az összehasonlító kamrában az áramlások eltérőek, a platina körellenállások lehűlése különböző mértékű. A mérő és az összehasonlító ág között ellenállás-különbség keletkezik. A műszer elektromosan átalakítja az ellenálláskülönbséget és egy koncentrációval arányos jelet ad a kimeneten. 4.6 Szenzoros elemzők A füstgáz elemzők piacán gyorsan terjed a szenzoros elemződoboz. Előnye, hogy egy gombnyomásra a mérés megindul, és a nyomtató kiadja a megfelelő értékeket a füstgáz összetételére: oxigén, széndioxid, szénmonoxid, nitrogénoxid és kén-dioxid mennyiségét, a légfelesleg tényezőt, füstgáz hőmérsékletet és a hatásfokot. A műszerben minden komponensre külön szenzor található. Az oxigénre a legalkalmasabb a cirkónium-dioxidos szonda, míg a káros anyagokra tüzelőanyag cellát használnak. 4.6.1 Cirkónium-dioxidos oxigénszonda: A cirkóniumos cella egy szilárdtest-elektrolit, amely külső és belső elektródokkal van ellátva. Felépítését a 4.5 ábra mutatja. Működése során a belső elektród levegővel érintkezik, ez adja az alapjelet. A külső elektródot a forró füstgáz éri el. A minta oxigénje és a belső elektród körüli referencia oxigén között egy parciális oxigénnyomás-különbség jelentkezik, amely feszültségjellé alakul át. A cirkóniumdioxid optimális hőmérséklete 700 oC.

4.5 ábra: Cirkónium-dioxid szonda elvi felépítése [1]

13

4.6.2 Tüzelőanyag cella: A tüzelőanyag cella felépítése a 4.6 ábrán látható. A három elektród közül a mérőelektród az anód, mely katalitikusan aktivált, ahová a diffúziós gát (membrán) csak a mérendő komponenst engedi át. Az elektród felületén a gáz oxidálódik, és hidrogén-ion keletkezik. Az ellenelektródon, a katódon az anódnál felszabadult hidrogén-ionból víz keletkezik. Az anód és a vonatkoztatási elektród között fellépő feszültség a mérendő gáz koncentrációjával arányos.

4.6 ábra: Tüzelőanyag cella felépítése [1] Az anód anyaga és a tápfeszültség a mérendő komponenstől függ, a katód minden esetben platina. Az anód kén-dioxidnál aktívszén vagy arany, és a tápfeszültség 950 mV, szénmonoxidnál az anód is platina, a tápfeszültség pedig 1100 mV. A tüzelőanyag cellák legnagyobb hibája keresztérzékenységük. Ez azt jelenti, hogy a mérendő gázhoz hasonlóan viselkednek más gázok is, vagyis a műszer nem szelektív. A 4.2 táblázat az egyes tüzelőanyag cellák keresztérzékenységét mutatja. A táblázatból leolvasható, hogy igen nagy hibát is véthet a műszer. A mért értékek pontosságát számítógépes korrekcióval próbálják javítani. A szenzorok érzékenysége az anód katalitikus hatásától függ. A katódon és az anódon lejátszódó reakciók elméletileg nem változtatják meg az elektródok és az elektrolit összetételé, ám a valóságban az elektrolitok felülete a cellák működése közben öregszik, összetétele változik Komponens Szénmonoxid Kén-dioxid Nitrogén-monoxid Nitrogéndioxid Kénhidrogén

CO 100 2 0 -1 7

SO2 65 100 5 -5 20

NO 30 0 100 5 0

NO2 -60 -100 15 100 -20

H2S 340 200 18 20 100

4.2 táblázat: Gázszenzorok keresztérzékenysége

14

5. A Horiba PG-250 és Advance Optima füstgázelemző berendezések bemutatása 5.1 A füstgázelemző műszerekkel szemben támasztott követelmények Mérőkészülék követelményei: -

linearitás időben állandó érték mutatása folyamatosan mérjen mérés ideje ne befolyásolja megfelelő pontosság időjárás független rázkódástűrő (szállítható) megfelelő gyorsaságú válaszidő: pár sec. – pár min. fizikai elven mérjen

A folyamatos füstgázelemző berendezésekkel szemben támasztott követelmény, a megfelelő pontosság (néhány ppm, néhány század tf%). A mérések során egy ilyen műszer megbízhatósága csak abban az esetben helytálló, amennyiben az összehasonlító mérések során a referenciához képesti eltérése meghatározott, és az ezt követő, önálló mérések során kapott eredmény ennek értékével korrigálható. Amennyiben a műszer és a laboratórium megfelelt az akkreditálási kritériumoknak, a műszerrel jogerős méréseket végezhet az adott laboratórium. Tiszta gáz mérése esetén a mérések eltérésében nincs nagy szórás. Azonban vegyes összetételű füstgázok mérése esetén az egymáshoz viszonyított értékek erősen eltérhetnek. Akkreditált mérőberendezések egymáshoz képest mért relatív hibája nem haladhatja meg az 5 %-os értéket, de a nem joghatással bíró mérésekben a hiba 10 %-ig kielégítő. Amennyiben két mérésre az egymáshoz képest mért értékek semmiben nem térnek el egymástól, úgy a mérésnél csalás feltételezhető. 5-10 % hiba:a mérés megfelelő 5 % hiba: a mérés kiváló 0 % hiba: nem lehetséges, hogy két mérés adatai ne térjenek el egymástól Ahhoz, hogy időben állandó értéket mutasson a rendszer, kalibrálás szükséges. A linearitás a kiértékelés megkönnyítését szolgálja. Egy, a mért koncentrációhoz tartozó feszültségértéket ad le a műszer, mely lineárisan változó kapcsolatban van egymással. Minél nagyobb a méréstartományon belül a mért elem mennyisége, annál nagyobb feszültségjel indukálódik. A folyamatos mérés szavatolja számunkra, hogy a mérés az időegység alatt – a mérés kezdetétől a befejezéséig – felvett adatok alapján egy összefüggő átlagértéket adjon. Szakaszos mérések során az áramlási bizonytalanságok következtében nagymértékű szórás játszódhat le.

15

5.2 Horiba PG-250 típusú gázelemző A PG-200-as sorozatú gázanalizátorok egy hordozható analizátor családot alkotnak, melyek kis kazánok és kemencék égéstermékeinek elemzésére szolgálnak. Az analizátor a következő három elven mér: kemilumineszcencia (CLD), nemdiszperzív infravörös (NDIR) és paramágneses. A műszerbe eredetileg az oxigénelemzésre cirkóniumos és galváncella volt építve, de mivel ezt az Európai Közösség nem ajánlja, ezért kicserélték paramágneses elvű analizátorra. Elektronikus hűtővel összekapcsolva a szerkezetet folyamatos égéstermék vizsgálatéra is lehet használni. A leghosszabb egyidejű használati idő nem haladhatja meg a három napot. A mért komponensek a termékcsaládon belül modellenként különböznek. A készülék legfeljebb öt komponenst képes egy időben mérni (NOx, SO2, CO, CO2 és O2). A termékcsaládból a PG-250-es típus lett kiválasztva, mivel csak ez a termék képes az összes komponens mérésére. A mért eredményeket LCD kijelzőn lehet figyelemmel követni, és eközben analóg kimenet is használható. Ezen kívül RS-232-es port segítségével lehetőség van adatátvitelre, mentésre. 5.2.1 Horiba PG-250 Műszaki leírás A mérőműszer műszaki adati a Horiba Portable Gas Analyser PG 200 Series gépkönyv alapján [4]: Modell:

Horiba PG-250: NOx, SO2, CO, CO2, O2

Mérési elvek:

NO: Kemilumineszcenciás módszer SO2, CO, CO2: Nem-diszperziós infravörös módszer O2: Cirkónium vagy galváncella módszer Kicserélve paramágneses mérőre

Méréshatárok:

NOx: 0 ppm-től 25/50/100/250/500/1000/2500 ppm-ig (standard 1) NOx: 0 ppm-től 50/100/250/500/1000/2500/5000 ppm-ig (standard 2) SO2: 0 ppm-től 200/500/1000 ppm-ig CO: 0 ppm-től 200/500/1000/2000/5000 ppm-ig (standard) CO2: 0 térf%-tól 5/10/20 térf%-ig O2: 0 térf%-tól 5/10/25 térf%-ig

Ismételhetőség:

 0.5% -on belül (a fenti a CO-nál 1000 ppm és NOx-nél 100 ppm-es határra)  1.0% -on belül (a fenti határokon kívül)

Linearitás:

 2.0% -on belül

Zéruspont eltolódás:  1.0% -on belül/nap (SO2 analizátornál,  2.0% -on belül) Felsőérték eltolódás:  1.0% -on belül/nap (SO2 analizátornál,  2.0% -on belül) 16

Válaszidő (T90):

Minden analizátor, kivéve SO2: 45 másodpercen belül (elektromos rendszer válaszideje a készlékbe áramlás után 10 másodpercen belül) SO2 analizátor: 4 percen belül (elektromos rendszer válaszideje 10 és 30 másodperc között változik)

Interferencia:

5.1 táblázat

Kimenet:

DC 4 mA-től 20 mA-ig (nem szigetelt jel) DC 0 V-tól 1 V-ig (nem szigetelt jel) (opcionális) RS-232C

Cellaürítési áramlás: megközelítőleg 0.4 l/min Környezeti hőmérséklettartomány: 5 oC-tól 40 oC-ig Környezeti páratartalom-tartomány: max. 85% 31 °C-nál nagyobb hőmérsékleten lineárisan csökken 40 oC-on 50%-ra Tengerszint feletti magasság: 2000 m alatt 100 V-tól 120 V-ig AC 10%, 200 V-tól 240 V-ig +4%/-10%; 50Hz/60Hz

Áramellátás:

Teljesítményfelvétel: Maximum 400 VA, normálisan 250 VA Külső méretek: Tömeg:

260 (szélesség) x 260 (magasság) x 510 (mélység) mm kb. 17 kg

Mért Interferencia gáz kompon H2O (5 oC NO 1000 C3H8 1000 SO2 1000 CO2 20 CO 5000 CH4 szaturáció) ppm ppm ppm térf% ppm 100 ppm ens NO

 2 .0 %

-

 2 .0 %

 2 .0 %

 2.0%

 2.0%

-

SO2

 2 .0 %

 2 .0 %

 2 .0 %

-

 2.0%

 2.0%

 5 .0 %

 2 .0 %

 2.0%

-

-

 1 .0 %

 1 .0 %

-

-

 2 .0 %

-

 2.0%

-

CO (<=200  2 .0 %  2 .0 %  2 .0 % ppm) CO (>200  1 .0 %  1 .0 %  1 .0 % ppm) CO2  2 .0 %  2 .0 %  2 .0 % (egység a teljes méréstartomány skála %-a)

5.1 táblázat: A PG-250 műszer keresztérzékenysége

17

5.2.2 A PG-250 típusú gázanalizálor működése A rendszer elérhető funkcióit mutatja be a 5.1 ábrán látható folyamatábra, melyen láthatjuk milyen lépések útján dolgozik a kalibrálás és mérés közben a berendezés.

5.1 ábra: Folyamatábra [4]

18

A gép üzembe helyezésénél figyelnünk kell a külső körülményekre. A PG-200 sorozatú készülékeket átlagos környezeti körülményekre, nem pedig extrém felhasználás mellé tervezték. Ezért mindig csak az alábbi feltételeket kielégítő környezetben szabad használni a berendezést: -

a környezeti hőmérséklet 5 oC és 40 oC között legyen, hirtelen hőmérsékletváltozás nélkül ne érje közvetlen napsugárzás vagy hőhatás ne érje túlzott porhatás ne érje erős vibráció ne kerüljön erős elektromos vagy mágneses mezőbe ne érje korrozív gáz a maximális relatív páratartalom legfeljebb 80% lehet. 31 oC fölött lineárisan csökken 50 %-ig 40 oC-on. a legnagyobb tengerszint feletti magasság ne haladja meg a 2000 métert. ne érje közvetlen eső vagy vízcseppek

5.2.3 Az analizátor használata A készülék bekapcsolás után felfűti magát üzemi hőmérsékletre. Ezt 30 perc alatt végzi el, amennyiben SO2 vagy CO /200 ppm felett/ is van a mérendő komponensek között a bemelegedés időtartama el kell érje a 60 percet. A készülék, a hosszú élettartam érdekében, automatikusan kiválasztja a mintagázokból a kondenzátumot az előkészítés, majd mérés során. A füstgázból a vízgőzt perisztaltikus hűtő segítségével cseppfolyós víz formájában engedi ki. Az áramlási értéket a készülék a mérési és kalibrációs képernyő alsó részén jelzi ki. Ha a mintagáz bemenet és a kalibrációs bemenet nyitva van, ellenőrizni kell mindegyik képernyőn az áramlási értéket, amelynek megközelítőleg 0,4 l/percnek (0,3 l/perctől 0,5 l/percig) kell lennie. A kalibráló vezetékeken (CAL-2) nem áramlik gáz, ha a kalibrációs gáz nyomása nem éri el az 50 kPa 5 kPa-t. 5.3. Advance Optima modulrendszerű füstgázanalizátor leírása Az Advance Optima több modulrendszerű fizikai egység befogadására alkalmas, egységes kezelői felületű, PC-n alapuló integrált berendezés. Kis teljesítményű gázelőkészítőt, analóg és digitális I/O-kat tartalmaz kisebb vezérlés- és az ezeket kiegészítő méréstechnikai feladatok ellátására. Az AO2020 analizáló rendszer központi egysége áll az elektronikai modulból, melyben az I/O kártyák, a tápegység és a rendszer ellenőrző egységek kapnak helyet, valamint a műszerházból, mely a kijelző és kezelő egységet tartalmazza. A füstgázt a pneumatika modul szállítja az analitika modulhoz. Itt opcióként közbeiktatható elektrokémiai elven mérő cirkónium-dioxidos oxigénmérő szonda. A pneumatika modulhoz csatlakoznak az analizátor modulok, melyek igény szerint a következők lehetnek:

19

- CALDOS 15 hővezető képességű - CALDOS 17 hővezető képességű - MAGNOS 106 paramágneses oxigénmérő - MAGNOS 17 paramágneses oxigénmérő - MULTI FID 14 láng ionizációs, összes szénatom mérésére CHx meghatározásra - URAS 14 infravörös analizátor modul, NO, NOx, SO2, CO2, CO mérésére Az általunk használt berendezésben MAGNOS 106 és URAS 14 analizátor modulok kaptak helyet, a pneumatika modul nem rendelkezik oxigénmérő szondával. 5.3.1 Műszaki adatok: A mérőműszer műszaki adatai a Continouos Gas Analysers AO2000 series gépkönyv alapján [3] Modell:

Advance Optima AO2020: NOx, SO2, CO, CO2, O2

Mérési elvek:

NOx, SO2, CO, CO2: Nem-diszperziós infravörös módszer O2: Paramágneses mérő

Méréshatárok:

NOx: SO2: CO: CO2: O2:

Ismételhetőség:

kisebb, mint a végérték a  1.0% -a

Linearitás:

kisebb, mint a végérték a  1.0% -a

0 ppm-től 1000 ppm-ig 0 ppm-től 1000 ppm-ig 0 ppm-től 1000 ppm-ig 0 térf%-tól 25 térf%-ig 0 térf%-tól 25 térf%-ig

Zéruspont eltolódás: kisebb, mint a legkisebb méréstartomány  0.5% -a /hét Felsőérték eltolódás: kisebb, mint a legkisebb méréstartomány  0.5% -a /hét Válaszidő (T90):

kisebb vagy egyenlő mint 2 másodperc, mérőkamra direkt csatlakozásánál, átfolyási mennyiség 60 l/h

Kimenetek:

2 analóg kimeneti 4 digitális ki- és bemeneti 1 modbus csatlakozás (RS 485, RS-232C) ethernet csatlakozás (TCP-IP)

Kimeneti ingadozás: kisebb, mint a végérték  0.5% -a, ha 2 és az elektronikus válaszidő (T90) 0 sec.

20

Befolyásoló tényezők Hőmérséklet:

A megengedett tartományban a környezeti hőmérséklet hatása a nullpontra és érzékenységre kisebb, mint  0.5% 10 oC-ként

Légnyomás:

Kisebb, mint a méréstartomány  0.25% -a, 10hPa értékenként megadva a legkisebb mérettartományra. Nagyobb méréstartománynál, a befolyásoló tényező hatása kisebb.

Tápfeszültség:

24 V DC  5.0% : kisebb, mint a méréstartomány  0.5% -a

Helyzet:

Kisebb, mint a méréstartomány  1.0% -a, 30 fokos dőlésszög mellett.

5.3.2 Az Advance Optima analizátor működése: A rendszer működése sokban hasonlít a Horiba műszeréhez. Itt is meg kell várni a felfűtést üzemi hőmérsékletre, és utána grafikus kijelző a menü képernyőre vált. Itt lehet elvégezni a kalibrációt, a beállításokat, és a tisztítást. A mérési képernyőre váltva futtathatjuk a mérési folyamatot. Az AO2020 analizátor működése közben sorosan kötött gázelemző küvettákat alkalmaz. A fölösleges mintagáz mennyiséget, by-pass csatornán lehet kiengedni a szabadba, ezzel biztosítva az egyenletes áramlást. Az érkező mintát a modulrendszerűen bekötött egységekbe vezetjük. Elsőként szűrővel tisztítjuk meg a gázt a magával ragadott portól, és egyéb szilárd szennyezőktől, majd hűtőbe vezetjük, mely a víz kiválasztását szolgálja. Ilyenkor a gázt 3-5 oC hőmérséletig hűtjük, hogy még ne lépjen fel jégképződés, de megfelelően alacsony legyen ahhoz a hőmérséklet, hogy a hideg gázban maradó gőzmennyiség ne okozzon keresztérzékenységet. A hűtőből a pneumatika modul szállítja a füstgázt, melynek mennyisége 30-60 l/h, hőmérséklete +5…+45 oC lehet. Az elszállított mintát az analizátorok elemzik, melyek igény szerint beköthetőek, a vizsgálni kívánt szennyező komponensek függvényében. A kapott adatokat a rendszer irányító modul digitálisan továbbítja adatfeldolgozásra. A mérés befejeztével, tisztítási folyamat után áll le a rendszer. 5.3.3 A gázanalizátor használata A füstgázanalizátor egységek, bekapcsolás után üzemi hőmérsékletig melegednek. Az általunk használt modulokból gyári adatok szerint, a MAGNOS 106-nak volt a leghosszabb felfűtési periódusa, mely 60-90 percet igényel. A felfűtés végeztével az analizátor mérésre kész és kalibrálható. Az analizátor kezelése a grafikus kijelzőn történik, ahol a menüsor, az információs, vagy adatmező és a softkey sor kap helyet. A kezelő egységen a numerikus billentyűzet, a státusz ledek és a softkey valamint megszakító gombok találhatók. Két fő üzemmód, a menü és mérési üzemmód változtatható. Menü üzemmódban az információs mező a választható menüket mutatja, mérési üzemmódban a mérési komponensekhez tartozó értékeket számszerűleg. A menü üzemmódból érhetjük el a kalibrálási blokkot, illetve a konfigurációs blokkban állíthatjuk át a méréstartományt, jelölhetjük ki a mérni kívánt komponenseket.

21

6. Az analizátorok kalibrálása 6.1 a kalibrálás szükségessége Az akkreditált mérőlaborok műszereit, így füstgázelemzőit, évente akkreditált kalibrálólaboratóiumban ellenőriztetni kell. Minden olyan komponensre, melyet az elemző mér, külön kalibrációs görbét állítanak fel. Ekkor a műszereket a nullponton, és még 3-4 referencia ponton vizsgálják. Mivel a gázelemzők az egyes referencia értékeket csak megközelítőleg mérik pontosan, ezért a közelítő lineáris karakterisztikát, melyet a gépkönyvi adatok szórással adnak meg, egy pontosabb görbével helyettesíti. A kapott görbét a mérési korrekciónál használják fel. Egy SO2 analizátor kalibrációs görbéjét a 6.1 ábra mutatja, melyet 0, 100, 200 és 300 ppm kén-dioxid mennyiségen vizsgáltak.

Mért érték [ppm]

Egy SO2 gázanalizátor kalibrálása 330 300 270 240 210 180 150 120 90 60 30 0 -30

0

100

200

300

Kalibráló gáz koncentrációja [ppm]

Mért érték

Kalibrálógáz értéke

6.1 ábra: Egy SO2 analizátor kalibrációs görbéje A mérési kalibrálás szükségessége a mérések pontosságánál jelentkezik. Mérések előtt és után minden esetben kalibrálni kell a műszereket. A mérés előtti kalibrációval a méréstartomány beállítását végezzük el, míg a mérést befejező kalibrálással a nullpont és referenciapont vándorlását határozzuk meg, amivel a kiértékelésnél a mért eredményeket korrigálni kell. A korrigáció során, a kalibrációs görbét a nullpont és referencia pont vándorlásának mértékével csúsztatjuk ellentétes irányba. A mérési kalibrálás folyamatában a berendezések üzemi hőmérsékletre melegednek, majd a csatlakoztatott referencia gázokat a műszereken átáramoltatva beállítjuk a kalibrációs pontokat. A referencia gázpalackok ismert minőségű és mennyiségű gázösszetételt tartalmaznak, ezért a kalibrálás során a műszerek pontosan beállíthatók.

22

A kalibráló gázok összetételétől függően beállítjuk a null-, és végpontokat. Ez a végpont nem a méréshatárt jelöli, csupán támpont, egy a null-, és végpontra illesztett egyeneshez, ami alapján a berendezés már lineáris karakterisztikával képes mérni. Ilyenkor a nullponton az érzékelő nem ad le feszültségjelet, vagy élőnullás műszernél a nulla értéknek megfelelő feszültséget mutatja. A végpont a műszer számára a méréstartomány beállításánál felvett maximális méréshatár és a nullpont közé eső állapot, mellyel a mérőműszer számára bemutatjuk, hogy az a feszültség amit kalibráláskor mér, mekkora mennyiségű mérendő komponenshez tartozik. A legfelső méréshatáron a berendezés maximális feszültségállapotot ad le. A kalibrálás berendezésenként másképp zajlik le, a Horiba készülékek esetén a SO2 miatt két referencia palackot kell párhuzamosan üzemeltetni két kalibráló csövön bevezetni, míg az Advance Optimán, a SO2 mehet ugyanarra a kalibrálóvezetékre. A mérési adatok korrigálásánál a bevett gyakorlatban nem minden esetben a kalibrációs görbe eltolásával korrigálnak, különösen nagy mennyiségű komponens esetében, amikor az ebből eredő mérési hiba elhanyagolható. Ilyenkor a görbét egyenessel helyettesítik, mintha a linearitás tökéletes lenne. Ekkor a számítási korrigáció: Nullpont korrekció: „0” = mért érték  nullpont eltolódás mértéke

(6.1)

Teljes korrekció:  sorszám  K = „0” +    (  ref. pont eltolódás – nullpont eltolódás) (6.2)  összes 

Ahol: sorszám összes

egy mért érték (1 perces átlag) időbeli sorszáma az összes mért érték (1 perces átlag) száma

Kalibráló laboratóriumokban a füstgázelemzőket keresztérzékenység tekintetében is vizsgálják, de ezt hatóságilag nem kötelező elvégezni, általában műszerhibánál érdemes vizsgálni. 6.2 Horiba PG-250 kalibrálása A Horiba PG-250 típusú füstgázelemző berendezésnél a kalibrálást, bekapcsolás és bemelegedés /30-60 perc/ után kezdhetjük el. A lecsapódás elkerülése érdekében a kalibrálógázt nem szabad 30 percnél tovább áramoltatni a rendszerben. A kalibráció folyamatában a nullpont beállítása a CAL-1 jelzésű vezetékkel történik, amelyre tiszta N2 gázpalackot csatlakoztatunk. Ekkor elindítjuk a gáz áramoltatását, és beállítjuk a mérendő komponensek értékeit nullára. Ezután megvárjuk, amíg a mérési értékek stabilizálódnak. SO2 mérőnél ez 5 percet is igénybe vehet. 23

A végpont kalibrálását különböző összetételű referenciagázokkal végezzük. A kalibrációt mindig a CO analizátorral kell kezdeni, és a lehető legkevesebb palackcserével végrehajtani. Nagyon fontos, hogy az SO2 beállításakor, a palackot a CAL-2 vezetékre kell csatlakoztatni, a berendezésbe csak ezen a vezetéken léphet be SO2 kalibráláskor. 6.3 Advance Optima AO2020 kalibrálása A kalibrálást ennél a füstgázelemző rendszernél a bemelegedés után lehet megkezdeni. Ez 30-90 percet vesz igénybe az analizátor modulok függvényében. A kalibrálás történhet manuálisan, automatikusan vagy külső vezérléssel. Manuális kalibrálásnál a nullpont és végpont értékeit egyenként áálítjuk be az analizátor kijelző és kezelő egységén. Amennyiben több analizátor van a szerkezetbe építve, akkor az összes detektort egyesével kell kalibrálni. Amennyiben az analizátor modul nincs felszerelve légnyomásmérővel, azt manuálisan kell beállítani. A kalibrálás pontosságának optimalizálása céljából első lépésként a nullpont beállítását végezzük el. Ekkor a nullponti gázt engedjük át a rendszeren, mely legtöbbször 99,99%-os N2 gáz, beállítjuk numerikusan a koncentrációt, majd amennyiben a mért érték stabilan a beállított értéket mutatja, mentjük az állapotot. A végpont kalibrálásához a rendszeren átvezetjük a referenciagázt, majd a palackon megjelölt koncentrációt numerikusan beállítjuk végpontnak. Amennyiben itt is stabilizálódik a mérése, a végpontot menthetjük. Ebben az esetben a kalibrálás befejeződött. Automatikus kalibrálás esetén a rendszer irányító modul az egész folyamatot, a nullponttól a végpontig önműködően végzi el. Ez a kalibrálási folyamat indulhat a kezelőegység manuális jelére, beépített óra jelére -idővezérléssel- vagy külső vezérléssel. Külsőleg vezérelt kalibrálás esetén a null és végpont kalibrálást egy külső vezérlő egység által adott vezérlőjel indítja el. Az AO2020 rendszernél több kalibrálási módszer áll rendelkezésre. „SINGLE” kalibrálás esetén, az analizátor modul minden komponenshez minden tartományban egyenként kalibrálja a null és végpontokat. Ennél a módszernél egyazon komponens két méréstartományának kalibrálása nincs hatással egymásra, minden tartományban külön-külön kell elvégezni. Csak manuális kalibrálással végezhető ez a módszer. „COMMON” kalibrálás esetén, az analizátor modult minden komponenshez mindig csak egy méréstartományban a null és végponton kalibráljuk. Más méréstartományok, kezdeti és végpontja elektronikusan ennél a méréstartománynál kapott értékkel lesznek korrigálva. Általában a legkisebb méréstartomány kezdeti pontját, és annak a méréstartománynak a végpontját kalibrálják, amihez megfelelő ellenőrzőgáz áll rendelkezésre. Csak abban az esetben használjuk ezt a kalibrálást, amennyiben a mérendő komponensnek több méréstartománya van.

24

7. Helyhez kötött szennyezőanyag pontforrások emisszió mérése 7.1 A mintavételezés elmélete Emisszió mérése során a tüzeléstechnikában általánosan elfogadott gyakorlat, hogy a füstgáz összetételét száraz (vízmentes), hígítatlan (légfelesleg tényező = 1) állapotra vonatkoztatják. Az ettől eltérő eredmény megadási formánál meg kell adni egy vonatkoztatási alapot, máskülönben a mért értékek haszontalanok. A mintavételezés leírása és elmélete rész Dr. Meggyes Attila, Hőerőgépek égéstermékei okozta levegőszennyezés [1] könyve alapján készült. 7.1.1 A mérések során a füstgázban megfigyelendő szennyező anyagok NOx CO2 CO SO2 O2

- savas esők, fotokémiai szmog, mérgező, tüdőkárosodást okoz - nem mérgező, üvegházhatású gáz - légzésbénulást okoz, vérméreg - savas esők, műtárgyak roncsolása, növénypusztulás, mérgező - nem mérgező, a légfelesleg megállapításához mérése nélkülözhetetlen

7.1.2 Emisszió mérőrendszer A füstgáz méréséhez olyan rendszert kell kiépíteni, mely a füstgáz alkotórészeinek egyidejű mérésére alkalmas. A mérőrendszer kialakításánál figyelembe kell venni: - a mintavételi lehetőségeket - a minta eljuttatását az elemzőkhöz (lehetőleg minél rövidebb vezetékeken) - az elemzőkészülék elhelyezését - kalibrálási lehetőség biztosítását 7.1.3 Mintavételezés A vizsgálandó gázt úgy kell a műszerekhez eljuttatni, hogy annak összetétele ne változzon meg, a minta a füstgázáram egészére nézve reprezentatív legyen. A mintát a szivattyú szállítja a mintaelőkészítő egységen keresztül. A mintaelőkészítő feladata a zavaró körülmények eltávolítása, azaz a mintaelőkészítő egység: -

eltávolítja a szilárd részecskéket szűrők segítségével eltávolítja a mintából a vízgőzt általában hűtő segítségével a mintát megfelelő hőmérsékleten tartja, ezért a mintavezetéket szigetelik, és gyakran fűtik is adott időpontban kalibráló, hitelesítő gázt juttat a rendszerbe

A 7.1 ábrán egy füstgázelemző rendszer elvi felépítése látható, ahol a mintát először egy durva fűtött szűrőn vezetik át, majd a kondenzáció elkerülése végett fűtött mintaszállító vezetéken szállítják. A kondenzátum lecsapatása hűtőben történik. Itt 3-5 oC hőmérsékletre hűtik. (0 oC-ra nem célszerű, hiszen a vízjég eltömítheti a rendszert) A legtöbb műszer nedvességre érzékeny, illetve a vízgőz jelenléte meghamisítaná a mérési eredményt. Az általánosan elfogadott gyakorlat alapján száraz füstgázra vonatkoztatnak. A vízgőz jelenlétének további problémája, hogy a kén-dioxid, széndioxid és nitrogén-dioxid egy része oldódik vízben. 25

A vezetékek hosszát a lehető legkisebbre kell megválasztani, az ad és abszorpció elkerülése végett, hideg minta esetén a legjobb választás a PTFE cső, mely inert, azaz nem lép reakcióba a gázokkal. A hűtő után általában membránszivattyú szállítja a finomszűrőn és az áramlásmérőn keresztül az elemzőkbe a mintát. Az elemzők elrendezése nagy mintavételi mennyiségnél lehet párhuzamos elrendezésű, ám ha lehet inkább sorba kötik, és a minta egymás után halad át az analizátor egységeken. Ezzel az összetartozó értékek meghatározása biztosítható. Erre csak abban az esetben van lehetőség, ha az analizátor egységek a mérés során a minta összetételét nem változtatják meg. A mintavétel miatt a műszerek csak holtidővel jelzik a gáz összetételét. A szilárdanyag tartalom emellett lerakódást, dugulást okozhat, a vízgőz elnedvesítheti a rendszert. Ezek kiküszöbölésére fejlesztették ki az „in-situ” mérőrendszereket, melyek a füstgáz összetételét a füstgázelvezető csatornában határozza meg, és nincs szükség mintaelőkészítésre. A két módszert a 7.1 táblázat hasonlítja össze. Mintaelőkészítéses módszer Előnyök - a legjobb analitikai rendszer választható ki - szervízelése könnyű - több mérési pontnál kisebb fajlagos költség - nedves tisztító módszereknél előnyös - több mintavételi pont kapcsolható össze Hátrányok - több egység van, és a mintavevő bonyolult - nagyobb beruházási költség - nagy a holtidő - dugulás, korrózió, mintaveszteség lehet

„in situ” módszer - alacsony beruházási költség - nem kell mintaelőkészítés - holtidő minimális - jobb alkalmazhatóság - szervizigényesebb - minden mérési ponthoz külön műszer szükséges - több mérési pontra nehezen alkalmazható

7.1 táblázat: Az „in situ” és mintaelőkészítéses mérési módszerek összehasonlítása

7.1 ábra: Egy mintaelőkészítő rendszer elvi vázlata [1] 1: fűtött szűrő, 2: fűtött vezeték, 3: hűtő, 4: membrán szivattyú, 5: finom szűrő, 6: áramlásmérő, 7: elemzők

26

7.2 Ismert összetételű füstgáz mérése 7.2.1 A mérés tárgya Laboratóriumi mérés emisszió mérőkörök részére NO, NO+NO2 valamint propán, O2 mérés. A mérési programot a 7.2 ábra mutatja. A mérés folyamán vízgőzmentes gázt engedünk a mérőkörökre. Lévén a mérőműszerek nem voltak felszerelve szénhidrogén mérésére alkalmas lángionizációs detektorral, a mérés második fele nem lett elvégezve. 7.2.2 A mérés célja A mérési eredmények pontosságát befolyásoló paraméterek meghatározása. A berendezések analizátorainak tesztelése, és a kiértékelés után a működési paraméterek összevetése a gyári értékekkel. A mérés az analizátorok vizsgálatát szolgálja, nem a teljes mérőrendszerét /nincs vízgőz, por az áramoltatott gázban stb…/, így a mérőműszerek esetleges hibái, működési rendellenességei kimutathatóak. 7.2.3 A mérés időpontja és helyszíne 2004.07.01. OKTVF – Környezetvédelmi Igazgatóság Bp. Aga u. 4. 7.2.4 A mérés folyamata A mérések azonos időben, azonos mérendő referencia anyag felhasználásával történnek, amely elfogadott („valódi”) értékének bizonytalansága elhanyagolható a feltételezett mérési bizonytalansághoz viszonyítva. A mérés megbízhatóságát nem a teljes mérési tartományban, hanem annak csak egy, a gyakorlati alkalmazás szemponjából fontos pontján állapítjuk meg. Gazdasági okokból a vizsgált pontokban a két mérőeszközön két-két mérést végeztünk. A gázanalizátorok felfűtése után, azok kalibrációját kell elvégezni a mérés előtt. Ezek befejeztével, a mérendő gázkeveréket elkezdik a rendszerre engedni. A mérési programban szereplő szakaszoknál, a tiszta N2 öblítő-szakaszokból az első 10, a többi 5 perces, a gázkiadás szakaszai egyenként 15 percesek. A mérés folyamán kiadott gázkomponensek és azok bizonytalanságát a 7.2 táblázat mutatja. A mérés végeztével ismételt kalibrációt kell végezni, a null-, és referenciapontok vándorlásának meghatározására és ezzel az adatok korrigálhatóságának biztosítására. A mérés alatt a laboratórium által kiadott gázkeverék térfogatárama 100 l/h körül mozog, mely a mérőeszközök számára nem kezelhető, így nagy mennyiségű gázt engedtünk el by-pass csatornán. Mért komponens Kiadott érték [ppm] Kiadott érték bizonytalansága % Gázkiadási szakasz száma

NO 60,15

188,9 4,2

3, 5

2, 6

NO (NO+ 20 [ppm] NO2) 60,83 189,98 4,8 9, 11 8, 12

7.2 táblázat: A kiadott gázkomponensek mennyisége és bizonytalansága

27

7.2 ábra: Mérési program 28

7.2.5 Mérési adatok Méréstartomány:

Mérés sorsz. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.

Időtartam 10’ 15’ 15’ 5’ 15’ 15’ 5’ 15’ 15’ 5’ 15’ 15’ 5’ 4’ 6’ 4’ 6’ 4’ 6’ 4’ 6’ 4’ 6’ 4’ 6’ 4’ 6’ 4’ 6’ 4’

0-500

NO [ppm] 0 188 59 0 60 186 -1 182 56 -1 57 178 -1

[ppm]

NO2 [ppm] 0 0 0 0 0 0 -1 21 19 -1 19 24 -1

Mér. biz. 4,2 4,8 Kiadott gázkomp. [%] Mér. biz. 4,65 5,2 Mért gázkomp. [%] * Csak a 2. és 4. sorszámú méréseknél

[ppm]

[%]

NOx [ppm] 0 188 59 0 60 186 -1 203 75 -1 76 202 -1

C3H8 [ppm]

O2 [%]

-

4,3

3,1

*

7.3 táblázat: Horiba PG-250 leolvasott mérési adatai

29

0-1000

Méréstartomány:

Mérés sorsz. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.

Időtartam 10’ 15’ 15’ 5’ 15’ 15’ 5’ 15’ 15’ 5’ 15’ 15’ 5’ 4’ 6’ 4’ 6’ 4’ 6’ 4’ 6’ 4’ 6’ 4’ 6’ 4’ 6’ 4’ 6’ 4’

NO [ppm] 0 189 61 -1 60 185 -2 180 56 -3 56 181 -2

NO2 [ppm] 0 0 0 -1 0 0 -2 20 19 -3 19 21 -2

Mér. biz. 4,2 4,8 Kiadott gázkomp. [%] Mér. biz. 4,65 5,2 Mért gázkomp. [%] * Csak a 2. és 4. sorszámú méréseknél

[ppm]

[ppm]

[%]

NOx [ppm] 0 189 61 -1 60 185 -2 200 75 -3 75 202 -2

C3H8 [ppm]

O2 [%]

-

4,3

3,1

*

7.4 táblázat: Advance Optima leolvasott mérési adatai

30

7.2.6 A mérés kiértékelésének elmélete A kiértékelés során, a laboratórium által kiadott gázmennyiséghez képesti eltérést, vagyis a relatív hibát, illetve a műszerek ismételhetőség és reprodukálhatóság értékét számítjuk ki, melyek a mérőműszerek pontosságát fejezik ki. Ezek az értékek a mérési eredmények elfogadhatóságára kialakított mennyiségi jellemzők. Az ismételhetőséget laboratóriumon belül, a reprodukálhatóságot általában a mérésben résztvevő laboratóriumok körében, meghatározott irányelvek szerint szervezett körmérések alapján határozzák meg. A körmérés kiértékelése az ISO 5725-1-6. szabványok figyelembevételével készült. Ismételhetőség: a.) minőségileg azonos vizsgálati anyagon, azonos módszerrel, rövid időn belül, azonos feltételek mellett (azonos operátor, műszer, laboratórium) pontosan végrehajtott eljárások független eredményeinek egyezése b.) mennyiségileg az ilyen feltételek mellett értelmezett két egyedi vizsgálat eredményeinek abszolút különbsége a 95%-os valószínűségi határon belül van Az ismételhetőség tehát, az azonos mintán, egy mérőműszerrel elvégzett, több egymás utáni mérés egymáshoz képest való eltérését adja meg. Az ismételhetőség számítása: Az ismételhetőség mérőszámát az MSZ EN ISU/IEC 17025 szabvány alapján, a tapasztalati szórás (standard deviáció, SD) és a százalékos szórás (relatív standard deviáció, RSD) segítségével jellemezhetjük. n

SD 

(y i 1

RSD% 

Ahol: yi yi n

i

 yi )

n 1 SD  100 yi

(7.1)

(7.2)

az egyes mérési sosrozatok értéke az „n” mérés eredményének átlaga a mérések száma

Amennyiben n  2 , a fenti számítás nem ad értékelhető eredményt, így az erre a kritériumra érvényes képletet kell alkalmazni, mely:

31

Sr  Ahol: Sr yi y

y1  y 2 y

 100

(7.3)

Ismételhetőség egy-egy mérési sorozat értéke mért értékek átlaga

Reprodukálhatóság: a.) minőségileg az azonos mintán, azonos módszer pontos megvalósításával kapott eredmények egyezése, ha ezt különböző vizsgálati feltétlek mellett (különböző operátor, műszer, laboratórium) valósították meg b.) mennyiségileg az azonos mintán, a szabványosított vizsgálati módszerrel, különböző laboratóriumokban megvalósított vizsgálatok eredményeinek abszolút különbsége a 95%-os valószínűségi határon belül van A reprodukálhatóság tehát, az azonos mintán, több laboratórium, több mérésének egymáshoz képest való eltérését mutatja, mellyel meghatározható, hogy az egyes laborok mennyire mérnek pontos értéket, az összes labor átlagához képest. Mivel ebben a szakdolgozatban két laboratórium kerül összehasonlításra, az eltérés mindkét esetben ugyanakkora lenne, így az eredmények értékelhetetlenné válnának. Ebből kifolyólag a reprodukálhatóság számítása nem kerül levezetésre. A reprodukálhatóság számítására az ISO 5725-2 szabvány ad útmutatást. Relatív hiba: A relatív hiba megmutatja a vizsgáló laboratórium mérési eltérését a referenciaként kiadott gázkoncentrációhoz képest. A relatív hibát minden mérési ponthoz és minden mért komponenshez egyedileg kell meghatározni. Számítási képlete: M  1

Ahol: M z

y z

(7.7)

relatív hiba értéke kiadott referencia érték

32

7.3 Ismeretlen összetevőjű füstgáz mérése 7.3.1 A mérés tárgya A mérés során a Fővárosi Közterület Fenntartó Rt. tulajdonában lévő Hulladékhasznosító Mű 3. kazánjának füstcsatornájában végeztünk emisszió vizsgálatot. 7.3.2 A mérés célja A mérés célja, Hulladékhasznosító Mű állandó mérést végző folyamatos mérőműszerének referenciaként való felhasználásával és a mérőműszerek mérési eredményeinek összehasonlítása, valamint a szisztematikus eltérések és mérési bizonytalanság meghatározása. 7.3.3 A mérés időpontja és helyszíne 2005. 06. 14. FKF RT. Hulladékhasznosító Mű Bp. 7.3.4 Az alkalmazott mérési módszerek és mérőműszerek A mérés során, a barometrikus és külső hőmérsékleti adatok egyezésének, ezek befolyásoló tényezőjének kizárása érdekében, egyazon helyiségben, azonos magasságban elhelyezett mérőkészülékekkel mértünk. A gázminta bevezetése azonos hosszúságú mintaszállító vezetéken történt a műszerekbe. Titánból készített, az izokinetikus mintavételezéshez megfelelően kialakított leszívócsonkot valamint szabályozható fűtésű szondaszárat alkalmaztunk. A mintagázok folyamatos vételezését az MSZ ISO 10396:1998 és MSZ-13101:1985 szabványok alapján végeztük. A vízgőztartalom meghatározása EPA-4 módszerrel történt. A mérőkör kiépítését az MSZ ISO 10396:1998 és az MSZ-13-101:1985 szabványok szerint, a 7.3 ábrán vázolt mérőkörökkel végeztük. A mérőkörök azonos típusú műszerekből lettek összeállítva, csak az analizátorok eltérőek. 1. Titánból készített leszívócsonk 2. Szabályozható fűtésű titán szondaszár 3. Porszűrő 4. Perisztaltikus hűtő, Kilépő gáz hőmérséklete 5 oC 5. Finom szűrő 6. Teflonvezeték 7. Szivattyú 8. Gázanalizátorok 9. PC – elektronikus adatgyűjtő, kiértékelő

33

7.3 ábra: Az alkalmazott mérőkör vázlata Az MSZ ISO 10396:1998 szerint vett gázminta oxigén tartalmát szűrés és kondicionálás után az MSZ 21853-27:1993 szabvány szerint, paramágneses elven működő gázanalizátorral határoztuk meg. Alkalmazott méréstartomány:

Horiba Advance Optima

: 0-25 tf% : 0-25 tf%

Az MSZ ISO 10396:1998 szerint vett gázminta szén-dioxid tartalmát szűrés és kondicionálás után az MSZ 21853-19:1981 szabvány szerint, infravörös abszorpció elvén működő gázanalizátorral határoztuk meg. Alkalmazott méréstartomány:

Horiba Advance Optima

: 0-20 tf% : 0-25 tf%

Az MSZ ISO 10396:1998 szerint vett gázminta szén-monoxid tartalmát szűrés és kondicionálás után az MSZ 21853-8:1977 szabvány szerint, infravörös abszorpció elvén működő gázanalizátorral határoztuk meg. Alkalmazott méréstartomány:

Horiba Advance Optima

: 0-500 ppm : 0-1000 ppm

34

Az MSZ ISO 10396:1998 szerint vett gázminta nitrogénoxidok tartalmát szűrés és kondicionálás után az MSZ 21853-9:1991 szabvány szerint, kemilumineszcenciás illetve infravörös abszorpció elvén működő gázanalizátorral határoztuk meg. Alkalmazott méréstartomány:

Horiba Advance Optima

: 0-500 ppm : 0-1000 ppm

Az MSZ ISO 10396:1998 szerint vett gázminta kén-dioxid tartalmát szűrés és kondicionálás után az MSZ 21853-6:1984 szabvány szerint, infravörös abszorpció elvén működő gázanalizátorral határoztuk meg. Alkalmazott méréstartomány:

Horiba Advance Optima

: 0-500 ppm : 0-1000 ppm

A CO2, CO, SO2 mérése mindkét esetben Nem Diszperzív Infravörös (NDIR), az O2 mérése paramágneses elven végződött. A NOx koncentrációjának szabványos meghatározására az Advance Optima analizátorral NDIR, a Horiba készülékkel kemilumineszcenciás módszert alkalmaztunk. Az alaklamazott mintavételi sebesség a gépkönyvi adatoknak megfelelően a Horiba készülék esetén 24 l/h, az Advance Optima műszer esetén 40 l/h volt. 7.3.5 A mérés folyamata, mérési eredmények A mérés folyamán a teljes mérőkörök tömítettségét összeszerelés után a szondába vezetett nitrogéngázzal ellenőriztük. A bemelegedett készülékeket kalibráltuk, majd 5 darab, egyenként 30 perces mérést végeztünk, zárásként pedig ismételt kalibrálást végeztünk, a korrekciós értékek meghatározásához. Az adott mérési intervallumokban az analizátorokról érkező mérési adatokat GENIE v1.0 környezetvédelmi mérőprogrammal 5 másodpercenként regisztráltuk, melyből 1 perces átlagokat képezve kaptuk meg a felhasználásra kerülő nyers adathalmazt. Az adatok feldolgozására Microsoft Excel programot használtunk. A mérési adatokat az 1. melléklet rögzíti. A mérés során, a két vizsgált mérőberendezés kiértékeléséhez, a Hulladékhasznosító Mű beépített /in-situ/, folyamatos üzemű mérőberendezésének adatait használtuk referencia értékként. A diagrammokban az analizátorok elnevezése: 1, Horiba 2, Advance Optima 3, Hulladékhasznosító Mű

Horiba Advance Optima Huha

A mért komponensek perces átlagainak alakulását a 7.4-7.8 ábra mutatja. A tüzelés technológiájából kifolyólag a szennyezőanyagok időbeli változása erős egyenlőtlenséget mutat CO és NOx esetében, SO2-nél pedig a mérés időtartama alatt ívesen emelkedő görbét írt le, valószínűsíthető, hogy gumikeverék került a hulladékégető rostélyokra.

35

Oxigén 12 10

6

O

2

[tf% ]

8

4 2

1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 2 3 3 4 4 5 6 6 7 7 8 9 9 0 0 1 2 2 3 3 4

1 7 3 9 5 1 7 3 9 5 1 7 3 9 5 1 7 3 9 5 1 7 3 9 5

0 Idő [min]

Advance Optima

Horiba

Huha

7.4 ábra: Mért oxigén koncentráció

36

Szén-dioxid 14 12

8 6 4 2 0

1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 2 3 3 4 4 5 6 6 7 7 8 9 9 0 0 1 2 2 3 3 4

1 7 3 9 5 1 7 3 9 5 1 7 3 9 5 1 7 3 9 5 1 7 3 9 5

CO

2

[tf% ]

10

Idő [min]

Advance Optima

Horiba

Huha

7.5 ábra: Mért szén-dioxid koncentráció 37

Szén-monoxid 30 25

15 10 5 0 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 2 3 3 4 4 5 6 6 7 7 8 9 9 0 0 1 2 2 3 3 4

1 7 3 9 5 1 7 3 9 5 1 7 3 9 5 1 7 3 9 5 1 7 3 9 5

C O [p p m ]

20

Idő [min]

Advance Optima

Horiba

Huha

7.6 ábra: Mért szén-monoxid koncentráció 38

Nitrogén-oxidok 250

150

100

50

0 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 2 3 3 4 4 5 6 6 7 7 8 9 9 0 0 1 2 2 3 3 4

1 7 3 9 5 1 7 3 9 5 1 7 3 9 5 1 7 3 9 5 1 7 3 9 5

NO

x

[p p m ]

200

Idő [min]

Advance Optima

Horiba

Huha

7.7 ábra: Mért nitrogénoxidok koncentráció

39

Kén-dioxid 9 8 7

[p p m ]

4 3 2 1 0

1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 2 3 3 4 4 5 6 6 7 7 8 9 9 0 0 1 2 2 3 3 4

1 7 3 9 5 1 7 3 9 5 1 7 3 9 5 1 7 3 9 5 1 7 3 9 5

SO

5

2

6

Idő [min]

Advance Optima

Horiba

Huha

7.8 ábra: Mért kén-dioxid koncentráció

40

7.3.6 A mérés kiértékelésének elmélete A szisztematikus eltérés és a mérési bizonytalanság: Az eredmények kiértékeléséhez a mért komponensenkénti legalább 150 értékpár a grafikus ábrázolás mellett az eredmények statisztikai kiértékelését is lehetővé teszi.A statisztikai kiértékelést az ISO 13752:1998 szabvány - „Egy mérési módszer bizonytalanságának meghatározása helyszíni mérések során egy, referenciaként elfogadott másik eljárással való összehasonlítás segítségével.” - szerint végeztük, k=2 tényező figyelembevételével. A WECC – Nyugat Európai Kalibrálási Együttműködés – határozata szerint a k=2 értéket kell alkalmazni. Normális (Gauss) eloszlás esetén k=2 azt jelenti, hogy az eredő bizonytalansághoz tartozó megbízhatósági szint közelítőleg 95%-os. A mérési bizonytalanság számítása: A módszer a vizsgált és referenciaként elfogadott módszerrel kapott eredmények között lineáris összefüggést tételez fel, ami a következő egyenlettel írható le: yˆ b0  b1 x Ahol: yˆ b0, b1 x

(7.8)

Y becsült értéke a koncentráció x értékénél a lineáris regresszió függvény vagy kalibrációs függvény együtthatói mért komponens értéke

A statisztikai számításoknál használt általános variancia függvény figyelembe veszi nemcsak a tengelymetszés (b0) és a meredekség (b1) variabilitását, hanem a statisztikai zajt is, melynek normálszórása arányos magának az értéknek a négyzetgyökével. A mérési eredmények szórása így: s 2  a 02  a12 x  a 22 x 2

Ahol: a0, a1, a2 s

(7.9)

a variancia függvény együtthatói normálszórás, mint koncentráció függvénye

A szisztematikus mérési eltérés számítása:  y  b 0  b 1  1 x Ahol: y

(7.10)

a szisztematikus eltérés

A teljes mérési bizonytalanság:

U  2 s 2  y 

2

(7.11)

41

A számításokhoz a mért értékek perces átlagait kell figyelembe venni. A szisztematikus eltérés és a mérési bizonytalanság abszolút és relatív értékei mindig a referenciaként kijelölt laboratórium mérési eredményeire vonatkozik.

42

8. Mérési kiértékelés 8.1 Ismert összetételű füstgáz mérésének kiértékelése A beérkezett nyers adatok értékelése során, az 5 másodpercenkénti mintavételek 1 perces átlagainak átlagából képeztük az egyes mérési sorozatok értékeit ( y i ). Az így kapott értékekből kiszámoltuk az Ismételhetőség és relatív hiba mértékét. Jelen mérési körülmények között ( n  2 ) az ismételhetőség speciális képletét kell alkalmazni. A reprodukálhatóság nem számítható ki. Értékelhetetlen eredményre jutnánk, lévén két mérőrendszer átlagát nem lehet egymáshoz viszonyítani, az egyenlő eltérés miatt. A mérés értékeit és a számításokat a 8.1-6 táblázatok mutatják. A számításokban jelentkező eltéréseket a mintavétel 5 tizedesjegyig történő mintavételi pontossága okozza, a háttérszámításokat hasonló pontossággal végeztem. A számítások alapján felvett diagrammokat a 8.1-9. ábrák mutatják.

y1

NO 60,15 [ppm]

z

Horiba Advance Optima

60,15 60,15

59,15 60,53 y  y2 Sr  1  100 y 1,3 0,6

NO 60,15 [ppm] Horiba Advance Optima

y2

y

y1  y 2

59,89 60,19

59,52 60,36

0,75 0,34

M  1

y z

1,0 0,4

8.1 táblázat: 60,15 ppm NO mért értékei és számított eredményei

y1

NO 188,9 [ppm]

z

Horiba Advance Optima

188,9 188,9

188,35 189,08 y  y2 Sr  1  100 y 0,8 1,7

NO 188,9 [ppm] Horiba Advance Optima

y2

y

y1  y 2

186,79 185,86

187,57 187,47

1,56 3,22

M  1

y z

0,7 0,8

8.2 táblázat: 188,9 ppm NO mért értékei és számított eredményei

y1

NO + 20 ppm NO2

z

Horiba Advance Optima

189,98 189,98

NO + 20 ppm NO2 Horiba Advance Optima

181,93 180,57 y  y2 Sr  1  100 y 1,9 0,2

y2

y

y1  y 2

178,53 180,86

180,23 180,71

3,41 0,29

M  1

y z

5,1 4,9

8.3 táblázat: 189,98 ppm NO + 20 ppm NO2 mért értékei és számított eredményei

43

y1

NO + 20 ppm NO2

z

Horiba Advance Optima

60,83 60,83

56,22 56,05 y  y2 Sr  1  100 y 1,2 0,6

NO + 20 ppm NO2 Horiba Advance Optima

y2

y

y1  y 2

56,92 56,37

56,57 56,21

0,70 0,32

M  1

y z

7,0 7,6

8.4 táblázat: 60,83 ppm NO + 20 ppm NO2 mért értékei és számított eredményei

y1

NO2 (NO 189,98)

z

Horiba Advance Optima

20 20

21,40 20,56 y  y2 Sr  1  100 y 11,8 1,1

NO2 (NO 189,98) Horiba Advance Optima

y2

y

y1  y 2

24,07 20,79

22,74 20,68

2,68 0,24

M  1

y z

13,7 3,4

8.5 táblázat: 20 ppm NO2 189,98 ppm NO-ban mért értékei és számított eredményei

y1

NO2 (NO 60,83)

z

Horiba Advance Optima

20 20

NO2 (NO 60,83) Horiba Advance Optima

18,79 19,49 y  y2 Sr  1  100 y 0,5 0,2

y2

y

y1  y 2

18,71 19,53

18,75 19,51

0,09 0,04

M  1

y z

6,2 2,5

8.6 táblázat: 20 ppm NO2, 60,83 ppm NO-ban mért értékei és számított eredményei

44

Nitrogén-monoxid mérése nitorgén-dioxid nélkül

NO 188,9 / 60,15 [ppm]

Mérési eredmények [ppm]

200,00 175,00 150,00 125,00 100,00 75,00 50,00 25,00 0,00 Horiba

Advance Optima Mérőcsoportok

188,9 NO

188,9 NO 2. mérés

60,15 NO

60,15 NO 2. mérés

8.1 ábra: 188,9 és 60,15 ppm NO mérési eredmények

NO 188,9 / 60,15 [ppm] 4,0

Ismételhetőség [%]

3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Horiba

Advance Optima Mérőcsoportok 188,9 [ppm]

60,15 [ppm]

8.2 ábra: Ismételhetőség 188,9 és 60,15 ppm NO-ra 45

NO 188,9 / 60,15 [ppm] 4,0

Relatív hiba [%]

3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Horiba

Advance Optima Mérőcsoportok 188,9 [ppm]

60,15 [ppm]

8.3 ábra: Relatív hiba 188,9 és 60,15 ppm NO-ra Nitrogén-monoxid mérése nitrogén-dioxid jelenléte mellett

NO 189,98 / 60,83 [ppm] + (NO2)

Mérési eredmények [ppm]

200,00 175,00 150,00 125,00 100,00 75,00 50,00 25,00 0,00 Horiba

Advance Optima Mérőcsoportok

189,98 NO

189,98 NO 2. mérés

60,83 NO

60,83 NO 2. mérés

8.4 ábra: 189,98 és 60,83 ppm NO + 20 ppm NO2 mérési eredmények

46

NO 189,98 / 60,83 [ppm] + (NO2) 4,0

Ismételhetőség [%]

3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Horiba

Advance Optima Mérőcsoportok 189,98 [ppm]

60,83 [ppm]

8.5 ábra: Ismételhetőség 189,98 és 60,83 ppm NO + 20 ppm NO2-re

NO 189,98 / 60,83 [ppm] + (NO2) 10,0 9,0

Relatív hiba [%]

8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Horiba

Advance Optima Mérőcsoportok 189,98 [ppm]

60,83 [ppm]

8.6 ábra: Relatív hiba 189,98 és 60,83 ppm NO + 20 ppm NO2-re

47

Nitrogén-dioxid mérése két különböző nitrogén-monoxid koncentráció mellett

NO2 20 [ppm] (189,98 és 60,83 ppm NO jelenlétében)

Mérési eredmények [ppm]

40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 Horiba

Advance Optima Mérőcsoportok

189,98 NO

189,98 NO 2. mérés

60,83 NO

60,83 NO 2. mérés

8.7 ábra: 20 ppm NO2 mérési eredmények 189,98 és 60,83 ppm NO-ban

NO2 20 [ppm]

Ismételhetőség [%]

(189,98 és 60,83 ppm NO jelenlétében)

12,0 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Horiba

Advance Optima Mérőcsoportok 189,98 [ppm]

60,83 [ppm]

8.8 ábra: Ismételhetőség 20 ppm NO2-re 189,98 és 60,83 ppm NO-ban

48

NO2 20 [ppm]

Relatív hiba [%]

(189,98 és 60,83 ppm NO jelenlétében)

16,0 15,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Horiba

Advance Optima Mérőcsoportok 189,98 [ppm]

60,83 [ppm]

8.9 ábra: Relatív hiba 20 ppm NO2-re 189,98 és 60,83 ppm NO-ban 8.2 Ismeretlen összetételű füstgáz mérésének kiértékelése Az összehasonlító mérések eredményeinek kiértékelésekor, a referencia értékhez képesti szisztematikus eltérést és mérési bizonytalanságot határozzuk meg. Ennek első lépéseként felvesszük a lineáris regresszió (kalibrációs) és variancia függvények együtthatóit, melyek az a0, a1, a2, b0, és b1. Az együtthatók számítását az ISO 13752 szabvány alapján kell elvégezni. Az együtthatók, a szisztematikus eltérés és mérési bizonytalanság számításához szükségesek. A szisztematikus eltérés a referencia és a labor közötti mérési eltérés mértékét határozza meg, míg a mérési bizonytalanság a referenciához képest a labor mérésének pontatlanságát mutatja meg. Az együtthatók mért komponensenkénti értékeit a 8.7 és 8.8 táblázat mutatja: Horiba O2 CO2 CO NOx SO2

b0 0,54232 0,44134 1,35417 0,01549 1,10154

b1 0,95502 0,97758 1,01012 1,00124 1,38577

a0 0,04513 0,00000 0,84645 0,00000 1,12456

a1 0,01263 0,02658 0,45431 0,00000 0,84136

a2 0,00230 0,05161 0,12467 0,00154 0,56432

8.7 táblázat: A Horiba labor regressziós- és variancia együtthatói

49

Advance Optima O2 CO2 CO NOx SO2

b0

b1

a0

a1

a2

0,68714 0,05414 0,53548 -0,53754 0,18965

0,93153 0,99884 0,98421 0,99871 1,00242

0,00000 0,00000 0,09451 0,00000 0,00000

0,00718 0,00001 0,02415 0,00000 0,00000

0,00736 0,01430 0,00124 0,00132 0,00154

8.8 táblázat: Az Advance Optima labor regressziós- és variancia együtthatói Ezen adatok alapján, a laboratóriumok mérési bizonytalansága megadható minden értékre pontosan, és kiszámíthatóak a referenciához képest a mért komponensek eltérései. A mérési eredményeket, a referenciához viszonyított szisztematikus eltéréseket, valamint a mérési bizonytalanságokat a mért komponensekre, a 8.9-13. táblázat mutatja. Oxigén

Labor

Mérési eredmények átlagai Ref. tf %

Labor tf %

Horiba

9,56

9,67

Advance Optima

9,56

9,59

Eltérés Ref./Labor %

Referenciához viszonyított Szisztematikus eltérés

Mérési bizonytalanság

tf%

%

tf%

%

1,15

0,11

1,15

0,25

2,6

0,3

0,03

0,31

0,16

1,7

8.9 táblázat: O2 - napi mérési eredmények átlagai, és a mérési bizonytalanság Szén-dioxid

Labor

Mérési eredmények átlagai Ref. tf %

Labor tf %

Horiba

9,56

9,78

Advance Optima

9,56

9,6

Eltérés Ref./Labor %

Referenciához viszonyított Szisztematikus eltérés

Mérési bizonytalanság

tf%

%

tf%

%

2,3

0,22

2,3

1,12

11,7

0,4

0,04

0,42

0,29

3

8.10 táblázat: CO2 - napi mérési eredmények átlagai, és a mérési bizonytalanság

50

Szén-monoxid

Labor

Mérési eredmények átlagai Ref. ppm

Labor ppm

Horiba

14

15,5

Advance Optima

14

14,3

Eltérés Ref./Labor %

Referenciához viszonyított Szisztematikus eltérés

Mérési bizonytalanság

ppm

%

ppm

%

10,7

1,5

10,71

6,3

45

2,1

0,3

2,14

0,7

5

8.11 táblázat: CO - napi mérési eredmények átlagai, és a mérési bizonytalanság Nitrogén-oxidok

Labor

Horiba

Mérési eredmények átlagai Ref. ppm

Labor ppm

158,8

159 158,1

Advance 158,8 Optima

Eltérés Ref./Labor %

Referenciához viszonyított Szisztematikus eltérés

Mérési bizonytalanság

ppm

%

ppm

%

0,1

0,2

0,12

0,6

0,4

-0,44

-0,7

-0,44

1,5

0,9

8.12 táblázat: NOx - napi mérési eredmények átlagai, és a mérési bizonytalanság Kén-dioxid

Labor

Mérési eredmények átlagai Ref. ppm

Labor ppm

Horiba

3,5

7,5

Advance Optima

3,5

3,7

Eltérés Ref./Labor %

Referenciához viszonyított Szisztematikus eltérés

Mérési bizonytalanság

ppm

%

ppm

%

114,3

4

115

12,7

362,9

5,7

0,2

5,7

0,4

11,4

8.13 táblázat: SO2 - napi mérési eredmények átlagai, és a mérési bizonytalanság

51

8.3 Tapasztalatok, és következtetések Az ismert összetevőjű referencia gáz mérésénél kapott értékek alapján megállapítható, hogy mindkét műszer nagy pontossággal mérte a tiszta NO gázokat, és a NO2-dal együtt kiadott NO-t is. A 8.1-4 táblázatokból kiolvasható, hogy ezekben az esetekben az ismételhetőség 2%-os érték alatt marad. Ez olyan alacsony érték, melyel az analizátor üzemi mérés során csekély mértékű hibát vét az egyes mérési sorozatokban. Üzemi méréseknél 3x30 percig kell mérni. Az ismételhetőség megmutatja mekkora eltérés lesz a három mérés kapott eredményei között. A NO mérésénél a relatív hiba értéke megfelelően alacsony volt, vagyis a referencia értékhez közel mértek a műszerek.Ennek fontossága is az üzemi mérések során, a szennyezőanyag komponensek mértékeinek meghatározásakor jelentkezik. Valószínűsíthető ugyanis, hogy az üzemi mérés során szintén hasonló mértékű hibát vét majd a műszer az egyes komponensek meghatározásakor. Amennyiben a hiba 10% alatt marad, a mérés elfogadható. 5% hiba alatt a mérés kiváló. A Horiba műszer NO2 mérésénél követett el komoly mérési hibát, nagy mennyiségű NO jelenlétében. Az itteni relatív hiba jelentősen túllépi a megengedett 10%-os normát. Ezen a mérésen belül, az ismételhetőség mérőszámával megtudhatjuk, hogy a két mérési sorozat közben, melyekben azonos körülményeket biztosítottunk, és azonos referencia gázokat engedtünk a műszerekre, a Horiba hibásan, komoly különbségeket mért. Ezzel a műszerrel, egy üzemi körülmények között lezajló mérés során a mért NO2 szint értéke igen kérdéses lenne, amennyiben mellette nagy mennyiségű NO is jelen van. Ennek valószínű magyarázata az ismeretlen összetevőjű füstgázok mérésekor felvett 7.4-8 diagrammokon is látható folyamat melynek során az analizátor „levágja” a csúcsértékeket és középérték körül mér. Mivel a gázok áramlásakor hullámhegyek és hullámvölgyek keletkeznek a szennyezőanyag koncentrációban, így azok nagyrészt kiegyenlítik egymást, ám mindenképpen említésre méltó, hogy a valós érték egy nagyolt változatát méri a készülék. A szakdolgozatban tárgyalt két füstgázelemző rendszer mérési pontosságának meghatározása után arra a következtetésre jutottunk, hogy az Advance Optima műszer pontossága jelentősen meghaladja a Horiba PG-250 típusú műszerét, melynek SO2 mérésnél a referenciához képesti hibája szembetűnően magas, CO mérésnél pedig a hibahatáron mozgott. Az O2 és NOx mérésekor a Horiba készülék eltérése és bizonytalansága a referencia műszerhez képest megfelelően alacsony volt, kifejezetten pontosan mért a berendezés. CO2 mérésénél már felléptek problémák, melyek valószínűleg ismét a csúcsérték levágás miatt fordultak elő. Az itt megjelenő 2,3%-os eltérés nem okoz komoly eredménybeli gondokat, viszont a 11,7%-os mérési bizonytalanság azt mutatja, hogy a mérési eredményt a műszer nem ugyanolyan értékek mérésével kapta, mint a referenciaműszer. Azzal tehát, hogy a műszer kétszeri hibát vét, csak egyiket pozitív másikat negatív irányba, a középérték felé, az eredmény eltérésében nem lesz komoly hiba, ugyanakkor a mérés bizonytalanságát jelentősen megnöveli. CO mérésénél a szisztematikus eltérés már komoly, közel 11%-os értéken mozog. Ez a mérési hibánál értékeltekhez hasonlóan, a 10%-os hibahatár közelében van, ugyanakkor az itt a mérési bizonytalanság már 45%-ot ért el, ami a mérés eredményeit kérdőjelezi meg. Ilyen bizonytalan mérések esetében, egy nem folyamatosan üzemelő tüzelőberendezés füstgázának mérésekor teljesen hibás adatokat kapnánk, lévén ott a begyújtás, és leállás szakaszaiban mért értékeket is pozitív irányba „csalná” a műszer, viszont nem lenne meg az értékek ellenpólusa,

52

így valószínűleg a valósnál magasabb értéket mérne. Az Advance Optima műszer SO2 mérésénél nagyobb mint 10%-os mérési bizonytalansággal mért, ám ilyen alacsony értékeknél, ez általánosan előforduló gyakorlati jelenség. Az SO2 mérésekor a Horiba műszer teljesen elfogadhatatlan eredményeket közölt, az eltérés a referenciához képest 115% volt, tehát több mint a dupláját mérte a valósan eltávozó szennyezőnek a műszer. A mérési bizonytalansága 360% körül mozgott, de ez nem a csúcsértékek levágásából eredeztethető. Az SO2 és CO mérése egyazon küvettán történt. Valószínű ezen gázok keresztérzékenysége – gépkönyvi adat szerint 2% [4] – is közrejátszott, ám ilyen mértékű hibát nem okozhatott. A mérés végeztével megvizsgáltuk a küvettát, mert az esetleges nem megfelelő hűtésből eredő többlet vízgőz hatására a nem diszperzív infravörös elven működő analizátor jelentős hibát véthet, ám a küvettában nem volt észlelhető kondenzálódás nyoma, illetve ebben az esetben a CO2 mérés is pontatlanabb eredményt hozott volna, lévén ezt a komponenst is ilyen elven mértük. Ebben a formában a Horiba SO2 mérésének pontatlanságára nem sikerült megfelelő magyarázatot találni, de valószínű, hogy a kis mennyiségű szennyező komponens – kb.4 ppm SO2 – miatt lépett fel nagymértékű pontatlanság, és nagyobb mennyiségek esetén a műszer pontosabban mér. A mérések folyamán kitűnt, hogy a Horiba PG-250 műszer a gépkönyvi adatoktól eltérően kb. 120 perc alatt melegedett be minden mérés előtt, és csak ezután kezdődhetett meg a kalibrálása. Az ismeretlen összetevőjű füstgázok mérésekor előkerült gyakorlati probléma az Advance Optima készüléknél jelentkezett. Egyrészt mérete, másrészt súlya miatt roppant nehezen mozgatható. Az Advance Optima műszer megközelítőleg 80 kg összeépítve, és egy kisebb (1x1x0,5 m) szekrényt igényel, míg a Horiba készülék mindösszesen 17 kg, és 26x26x51 cm. Ezek alapján az Advance Optima műszert mérőkocsiba ajánlható, ami jelentős kiadásokat ró a laboratóriumra, míg a Horiba analizátora hordozhatóságánál fogva kézben szállítható, amellyel a mintavételi pont közelében lehet elhelyezni. Ez a mintagáz, analizátor egységig való eljuttatásában nagyon hasznos, hiszen rövidebb mintavételi vezetéket kell fűteni, és kisebb az esélye a mintában lévő szennyezőanyag komponensek átalakulásának, vagy vezetéken történő kicsapódásának. A vizsgáló laboratóriumok számára lényeges jellemző a műszerek árfekvése, ami a Horiba esetében lényegesen alacsonyabb, mint az Advance Optima esetében. Összegzésként elmondható, hogy a nagyobb méretű és jelentősen drágább Advance Optima műszer nagyobb pontosságával, míg a könnyebb, kisebb Horiba műszer hordozhatóságával és árával nőtt a másik berendezés fölé.

53

9. Irodalomjegyzék 9.1 Hivatkozott irodalom [1]

Dr. Meggyes Attila; 1993. Hőerőgépek levegőszennyezés; Műegyetemi kiadó; Budapest

égéstermékei

okozta

[2]

Vécsei Barnabás – Elek Gyula; 2003. XVII. Országos Környezetvédelmi Konferencia

[3]

ABB Automation Producte Gmbh; 2005. Continuous Gas Analysers AO2000 Series; Frankfurt

[4]

Horiba Ltd.; 2000. Horiba Portable Gas Analyser PG 200 Series; Kyoto

9.2 A szakdolgozatban hivatkozott jogszabályok [1]

1995. évi LIII. Törvény A környezet védelmének általános szabályairól

[2]

21/2001. (II.14) Kormányrendelet A levegő védelmével szabályokról

[3]

kapcsolatos

egyes

14/2001. (V.9) KöM-EüM-FVM együttes rendelet A légszennyezettségi határérétkekről, a helyhez kötött légszennyező pontforrások kibocsátási határértékeiről

[4]

17/2001. (VIII.3) KöM rendelet A légszennyezettség és a helyhez kötött légszennyező források kibocsátásának vizsgálatával, ellenőrzésével, értékelésével kapcsolatos szabályokról

[5]

23/2001. (XI.13.) KöM rendelet A 140 kWth és az ennél nagyobb, de 50 MWthnál kisebb névleges bemenő hőteljesítményű tüzelőberendezések légszennyező anyagainak technológiai kibocsátási határértékeiről

54

9.3 A szakdolgozatban hivatkozott szabványok A szakdolgozatban hivatkozott magyar szabványok [1]

MSZ EN ISO/IEC 17025

Vizsgálóés kalibrálólaboratóriumok felkészültségének általános követelményei (ISO/IEC 17025:2005)

[2]

MSZ ISO 5725-1-6:2000

Mérési módszerek és eredmények pontossága (valódiság és precizitás)

[3]

MSZ ISO 10396:1998

Helyhez kötött légszennyező források. Mintavétel a gázok koncentrációjának folyamatos meghatározásához

[4]

MSZ-13-101:1985

Gázemisszió szakaszos mintavételének és követelményei

[5]

MSZ 21853-27:1993

Légszennyező források vizsgálata Az oxigéntartalom folyamatos mérése

[6]

MSZ 21853-19:1981

Légszennyező források vizsgálata Szén-dioxid emisszió meghatározása

[7]

MSZ 21853-8:1977

Légszennyező források vizsgálata Szén-monoxid emisszió meghatározása

[8]

MSZ 21853-9:1991

Légszennyező források vizsgálata A nitrogén-oxidok emissziójának mérése kemilumineszcenciás és infravörös abszorpciós módszerrel

[9]

MSZ 21853-6:1984

Légszennyező források vizsgálata Kén-dioxid emisszió folyamatos mérése

és folyamatos meghatározásának

A szakdolgozatban hivatkozott nemzetközi szabványok [1] ISO 13752:1998

Levegőminőség – Egy mérési eljárás bizonytalanságának meghatározása helyszíni körülmények között egy másik, referenciaként használt mérési eljárás segítségével.

A szakdolgozatban hivatkozott nemzetközileg elfogadott módszerek [1]

EPA-4 method

Füstgáz nedvességtartalmának meghatározása

55