Aktuální vydání

celé číslo

08

2019

MSV 2019 v Brně

celé číslo

Analyzátor LDS 6 optimalizuje spotřebu čpavku při denitrifikaci spalin

Při řízení denitrifikačních procesů v průmyslu je základním parametrem tzv. čpavkový skluz (zbytková koncentrace čpavku po proběhnutí denitrifikačních dějů ve spalinách). Za nejvhodnější metodu sledování čpavkového skluzu je považována tzv. spektroskopie in situ, která poskytuje informaci o koncentraci čpavku ve spalinách v reálném čase, takže lze bezprostředně optimalizovat dávkování denitrifikačního činidla. Společnost Siemens dodává pro tyto účely provozní analyzátor plynů LDS 6.

 
Kompaktní provozní laserový diodový analyzátor plynů LDS 6 (Laser Diode Spectrometer) díky svým unikátním vlastnostem měří přímo ve spalinovodu a poskytuje okamžitou a přesnou hodnotu čpavkového skluzu. To je hlavní důvod, proč je celosvětově využíván ve více než tisícovce elektráren a jiných provozů využívajících spalovací procesy, v nichž pomáhá řídit denitrifikaci spalin (obr. 1). Desítky nainstalovaných přístrojů lze najít i v elektrárnách a teplárnách v České republice.
 

Denitrifikace spalin

Spalovacími procesy vznikají emise, které mohou poškozovat životní prostředí. Jde především o emise oxidu uhličitého (CO2), oxidu siřičitého (SO2), oxidů dusíku (NOx) a tuhých znečišťujících látek (popílek). Koncentrace těchto látek jsou při provozu tepelných elektráren a tepláren pravidelně sledovány. Při denitrifikaci spalin se k primárním měřicím zařízením, jako je např. technika k měření množství přiváděného vzduchu za účelem optimalizace spalovacího procesu, přidá další měřicí technika podle zvolené metody denitrifikace.
 
Jako redukční činidla převádějící při vysokých teplotách oxidy dusíku na dusík a vodu se používají čpavek nebo močovina. Činidlo je vstřikováno tryskami do proudu spalin, přičemž vstřikované množství činidla je neustále řízeno podle koncentrace NOxve spalinách. Nezreagované množství čpavku ve spalinách, tj. čpavkový skluz, musí být z mnoha důvodů co nejmenší. Naproti tomu je ale dostatek čpavku nezbytný pro úplnou přeměnu oxidů dusíku. Vzhledem ke skutečnosti, že hodnota čpavkového skluzu je základním ukazatelem stavu denitrifikačního děje, musí být pečlivě a pravidelně sledována.
 
V současnosti se v průmyslu používají dvě základní denitrifikační metody, a to metoda selektivní katalytické redukce (Selective Catalytic Reduction – SCR) a metoda selektivní nekatalytické redukce (Selective Non-Catalytic Reduction – SNCR). Denitrifikační metoda SCR se používá u velkých zdrojů, jako jsou např. tepelné elektrárny. Denitrifikační metodu SNCR lze oproti tomu nalézt v teplárnách nebo spalovnách komunálního odpadu. Spojnicí mezi oběma metodami selektivní redukce je analyzátor LDS 6, který lze využít k optimalizaci obou technik.
 

Analyzátor LDS 6

Provozní analyzátor LDS 6 je přístroj určený k měření koncentrace jedné nebo dvou sloučenin přímo v provozním plynném médiu (obr. 2). Skládá se z centrální jednotky a až tří párů senzorů (vždy vysílač/zářič a přijímač/detektor nainstalované proti sobě ve stěně spalinovodu, tzv. cross-over sensors), spojených s centrální jednotkou optickým kabelem (obr. 3, obr. 4). Řídicí elektroniku analyzátoru LDS 6 tak lze i ve velmi složitých provozních podmínkách vždy umístit na bezpečné místo. Měření není ovlivněno spektrální křížovou interferencí a díky okamžité odezvě měřicího řetězce je možné aktivně řídit dynamické procesy. K hlavním přednostem analyzátoru patří okamžitá analýza složení média bez nutnosti odebírat a upravovat jeho vzorky, obsluha až tří měřicích míst současně jednou centrálních jednotkou, odolnost proti provozním teplotám až do 1 200 °C a dostupnost verze certifikované k použití v prostředí s nebezpečím výbuchu. Jeden nebo dva páry senzorů jsou obvykle umístěny přímo za katalyzátorem nebo ve vysokoteplotní zóně, kde je kontrolován čpavkový skluz. Protože analyzátor měří koncentraci s téměř okamžitou odezvou, je možné zcela vyloučit nadbytečné dávkování denitrifikačního činidla. Další místo měření koncentrace čpavku, neméně důležité, je přímo na komíně – tento měřicí kanál je využíván ke sledování emisí.
 
Vedle měření čpavkového skluzu lze analyzátor LDS 6 použít v provozu tepelné elektrárny, teplárny nebo spalovny např. k optimalizaci spalování okamžitým sledováním koncentrace O2 a CO/CO2 nebo doplnění monitoringu plynných emisí o měření koncentrace H2O, HCl, HF nebo NH3 (obr. 5).
 

Přínosy použití analyzátoru LDS 6 v denitrifikačních procesech

Základní vlastnosti analyzátoru LDS 6 vymezující jeho použitelnost při denitrifikaci spalin jsou uvedeny v tab. 1. Souhrnně patří k přednostem přístroje zejména rychlost odezvy, snadná instalace a obsluha, odolnost proti provozním vlivům a univerzálnost.
 

Rychlost

Krátká doba odezvy přístroje umožňuje dosáhnout rychlejší regulace denitrifikačního procesu než při použití jiných měřicích metod, např. infračervené spektrometrie s Fourierovou transformací (Fourier Transform Infrared – FTIR), a tudíž jeho účinnější optimalizace. Měření in situ dovoluje získat reprezentativní výsledky měření bez vedlejších vlivů a křížových interferencí.
 

Jednoduchost

Centrální jednotka může být díky dlouhým optickým kabelům umístěna až několik set metrů od místa měření čpavkového skluzu. Jedna centrální jednotka může současně obsluhovat až tři vzdálené měřicí body, takže není nutné kalibrovat a obsluhovat přístroje na těžko dostupných místech.
 

Odolnost

Pár senzorů instalovaných v místě měření obsahuje jen minimum elektronických a optických částí, čímž je dosahováno nejvyšší možné spolehlivosti a dostupnosti. Údržba senzorů je omezena na pouhé otření průzorů senzorů po několika měsících kontinuálního provozu.
 

Univerzálnost

Analyzátor LDS 6 dovoluje vedle koncentrace čpavku měřit např. koncentraci H2O ve spalinách, což je velmi užitečné při hlídání těsnosti trubek v kotli a umožňuje to vydat upozornění dříve, než se netěsnost projeví poklesem tlaku v okruhu. Měření vlhkosti spalin je také užitečné při přepočtu emisí na suché spaliny.
Obr. 1. Analyzátor LDS 6 pomáhá řídit denitrifikaci spalin již ve více než tisícovce provozů se spalovacími procesy po celém světě
Obr. 2. Typické NIR spektrum spalin s vyznačenými absorpčními pásy NH3a H2O
Obr. 3. Jednokanálová sestava analyzátoru LDS 6
Obr. 4. Schéma analyzátoru LDS 6 včetně senzorů in situ (Pn – detektor: převod laserového světla na elektrický signál, E/O – optoelektronický vazební člen)
Obr. 5. Možnosti využití analyzátoru LDS 6 při řízení spalovacího procesu
 
Tab. 1. Typické podmínky pro denitrifikaci s použitím analyzátoru LDS 61)