Kontinuerligt system för övervakning av utsläpp - Continuous emissions monitoring system

Kontinuerliga system för övervakning av utsläpp ( CEMS ) används som ett verktyg för att övervaka avloppsgasflödena som förorsakas av förbränning i industriella processer. CEMS kan mäta rökgas för syre , kolmonoxid och koldioxid för att ge information för förbränningskontroll i industriella miljöer. De används också som ett medel för att följa luftutsläppsstandarder, såsom United States Environmental Protection Agency (EPA) Acid Rain Program , andra amerikanska federala utsläppsprogram eller statliga tillåtna utsläppsnormer. CEMS består vanligtvis av analysatorer för att mäta gaskoncentrationerna i strömmen, utrustning för att rikta ett prov av den gasströmmen till analysatorerna om de är avlägsna, utrustning för att konditionera provgasen genom att avlägsna vatten och andra komponenter som kan störa den avläsande, pneumatiska VVS med ventiler som kan styras av en PLC för att leda provgasen till och bort från analysatorerna, ett kalibrerings- och underhållssystem som möjliggör injektion av kalibreringsgaser i provledningen och ett datainsamlings- och hanteringssystem (DAHS) som samlar in och lagrar varje datapunkt och kan utföra nödvändiga beräkningar som krävs för att få totala massutsläpp. En CEMS fungerar hela tiden även om processen den mäter inte är på. De kan kontinuerligt samla in, registrera och rapportera utsläppsdata för processövervakning och / eller för att uppfylla kraven.

Standard CEM-systemet består av en provsond, filter , provledning ( navelsträng ), gaskonditioneringssystem, kalibreringsgassystem och en serie gasanalysatorer som återspeglar de parametrar som övervakas. Typiska övervakade utsläpp inkluderar: svaveldioxid , kväveoxider , kolmonoxid , koldioxid , väteklorid , luftburna partiklar , kvicksilver , flyktiga organiska föreningar och syre . CEM-system kan också mäta luftflöde, rökgas ogenomskinlighet och fukt . Ett övervakningssystem som mäter partiklar kallas PEMS.

I USA kräver EPA ett datainsamlings- och hanteringssystem för att samla in och rapportera data. Mätningar av koncentrationen kan konverteras till massa / timme genom att inkludera flödeshastighetsmätningar. De typer av gaser som mäts och de beräkningar som krävs beror på källtypen och varje källtyp har sin egen underdel under 40 CFR del 60 och del 75. SO
2utsläppen mäts i pund per timme med både en SO
2föroreningskoncentrationsmonitor och en volymflödesmonitor. För NO x används både en NO x- föroreningskoncentrationsmonitor och en utspädningsgasmonitor för att bestämma utsläppsgraden i vikt per volym eller vikt per värmevärde (till exempel lbs / miljon Btu, lbs / ft 3 , kg / kWh eller kg / m 3 ). Ibland krävs opacitetsmätningar beroende på källtyp. CO
2mätning är ibland ett krav, men om det övervakas, är det en CO
2eller syreövervakare plus en flödesvakt bör användas. DAHS måste kunna samla in, spela in och lagra data, vanligtvis med 1 minuts intervall. För att uppfylla kraven måste en DAHS vara i kontinuerlig drift 24/7/365 även när ingen process är på. För en giltig mätning måste DAHS registrera minst en avläsning var 15: e minut under 3 av fyra kvartal. Avläsningarna beräknas sedan per timme.

Drift

Ett litet prov av rökgas extraheras med hjälp av en pump in i CEM-systemet via en provsond. Anläggningar som förbränner fossila bränslen använder ofta en utspädnings- extraktionssond för att späda provet med ren, torr luft till ett förhållande som typiskt är mellan 50: 1 och 200: 1, men vanligtvis 100: 1. Utspädning används eftersom ren rökgas kan vara het, våt och med vissa föroreningar klibbig. När den väl utspädd till lämpligt förhållande transporteras provet genom en provledning (vanligtvis kallad navelsträng) till ett grenrör från vilket enskilda analysatorer kan extrahera ett prov. Gasanalysatorer använder olika tekniker för att noggrant mäta koncentrationer. Några vanligt använda tekniker inkluderar: infraröd och ultraviolett adsorption , kemiluminescens , fluorescens och beta- strålabsorption . Efter analys kommer gasen ut från analysatorn till ett gemensamt grenrör till alla analysatorer där den ventileras utifrån. Ett datainsamlings- och hanteringssystem (DAHS) tar emot signalutmatningen från varje analysator för att samla in och registrera utsläppsdata .

En annan provextraktionsmetod som används i industriella källor och användbarhetskällor med låga utsläppshastigheter kallas vanligen "torr extraktion", "varm torr" extraktion eller "direkt" CEMS. Provet späds inte ut utan transporteras längs en uppvärmd provledning vid hög temperatur till en provkonditioneringsenhet. Provet filtreras för att avlägsna partiklar och torkas, vanligtvis med en kylare , för att avlägsna fukt . När det väl är konditionerat går det in i ett provrör och mäts av olika gasanalysatorer, typiskt NO
x och O 2 (och ibland CO) för förbränningsturbiner och motorer som kör naturgas eller diesel. NEJ
x analysatorer arbetar vanligtvis med kemiluminescens . O 2 analysatorer ett magnetfält som attraherar O 2 för att mäta koncentrationen. Den O 2 orsakar rörelse hos en upphängd spegel inuti analysatorn, som sedan ändrar mängden ljus som reflekteras av spegeln mot en fotocell. Den mängd ström som krävs för att flytta spegeln tillbaka till centrum är proportionell mot O 2 koncentration. Förmågan att mäta% syre i provet krävs för att utföra de beräkningar som krävs.

Kvalitetssäkring

Systemets noggrannhet visas på flera sätt. En intern kvalitetssäkring uppnås genom daglig införande av en certifierad koncentration av gas i provsonden. CEMS-mätningen jämförs sedan med den kända koncentrationen för att uppnå en kalibreringsfelprocent. En nollgasavläsning tas också och jämförs. Om kalibreringsfelet% överstiger 2x prestandaspecifikationen under 5 på varandra följande dagar eller 4x prestandaspecifikationen på 24 timmar, anses CEMS vara utom kontroll, vilket innebär att data inte kan förlitas så exakta förrän de åter kontrolleras. Datasubstitution kommer att användas under perioder som inte är kontrollerade. Metoden för dataersättning är i allmänhet inte fördelaktig så det är viktigt att få CEMS tillbaka så snart som möjligt.

EPA tillåter också användning av kalibreringssystem för kontinuerlig utsläppskontroll som späd gaser för att generera kalibreringsstandarder. Analysatorns avläsning måste vara korrekt till en viss procentsats. Procentvis noggrannhet kan variera, men de flesta faller mellan 2,5% och 5%. På kraftverk som påverkas av Acid Rain Program måste årlig (eller tvåårig) certifiering av systemet utföras av ett oberoende företag. Företaget kommer att ha ett oberoende CEM-system tillfälligt på plats för att samla utsläppsdata parallellt med anläggningen CEMS. Denna testning kallas en RATA (Relative Accuracy Test Audit).

I USA måste periodiska utvärderingar av utrustningen rapporteras och registreras. Detta inkluderar dagliga kalibreringsfeltester, dagliga störningstester för flödesvakter och halvårliga (eller årliga) RATA- och bias-tester. CEMS-utrustning är dyr och inte alltid överkomlig för en anläggning. I sådana fall installerar en anläggning analysutrustning som inte är EPA-kompatibel vid utsläppspunkten. En gång per år, för utvärdering av utrustning, mäter ett mobilt CEMS-företag utsläpp med kompatibel utrustning. Resultaten jämförs sedan med det icke-kompatibla analysatorsystemet.

Referenser

  1. ^ Den Babcock & Wilcox Company (2005). Steam: dess generation och användning . Babcock & Wilcox Company. s. 36–5. ISBN 0-9634570-1-2.
  2. ^ [Jahnke, James] Company (2001). System för övervakning av kontinuerliga utsläpp: 2: a utgåvan . Wiley. ISBN 978-0471292272.
  3. ^ United States Code of Federal Regulations , avdelning 40, del 60, 63, 72 och 75
  4. ^ https://www.ecfr.gov/cgi-bin/retrieveECFR?gp=&SID=1134dfa8ef4327a6889f0bd9c267b205&mc=true&n=pt40.7.60&r=PART&ty=HTML
  5. ^ a b "Kontinuerliga utsläpp som övervakar faktablad" . US EPA. Arkiverad från originalet den 11 februari 2009.
  6. ^ "Tier 2 Generation Capital Projects" . www.pnm.com . Hämtad 23 februari 2016 .
  7. ^ "EPA-spårbarhetsprotokoll för analys och certifiering av gasformiga kalibreringsstandarder," EPA-600 / R93 / 224. Reviderad september 1993.
  8. ^ "Specifikationer och testförfaranden för kontinuerliga övervakningssystem för kolväten i stationära källor" (PDF) . www3.epa.gov . Hämtad 23 februari 2016 .
  9. ^ "Rökgas- och utsläppsanalysatorer | Nova Gas" . Nova Gas . Hämtad 2016-02-23 .