ACF5000 – nový míľnik v FTIR CEMS

Kontinuálne monitorovanie emisií vypúšťaných do ovzdušia je v posledných rokoch dôležitou témou nielen environmentalistov. Hoci ho upravuje legislatíva, pre mnohé z firiem, ktorých sa týkajú spaľovacie procesy, je to otázka spoločenskej zodpovednosti a trvalej udržateľnosti, ktorú majú pevne zakomponovanú vo svojich stratégiách. Viaceré z nich idú pri výbere monitorovacích systémov nad rámec zákonnej povinnosti.
ACF5000 – nový míľnik v FTIR CEMS

K špičkovým zariadeniam spĺňajúcim, resp. až presahujúcim príslušné legislatívne ustanovenia (vyhlášku 411/2012 Z. z. a normu STN EN 15267), patrí najnovší rad automatizovaných monitorovacích systémov spoločnosti ABB (Continuous Emission Monitoring System) – systém ACF5000. Novinka z dielne spoločnosti, ktorá má dlhoročné skúsenosti s výrobou automatizovaných monitorovacích systémov, predstavuje nový míľnik v oblasti analyzačných a monitorovacích zariadení. V spoločnosti ABB je zároveň už štvrtou generáciou systémov, ktoré monitorujú emisie vypúšťané do ovzdušia zo stacionárnych zdrojov.

Prednosti systému ACF5000

Štandardný monitorovací systém je doplnený o výhody FTIR (Fourier Transformation Infrared) spektrometra, technológiu ionizácie plameňa (FID – Flame Ionization Detector) a meranie obsahu kyslíka. FTIR spektrometer s vysokým rozlíšením vykonáva selektívne meranie až 15 infračerveno aktívnych zložiek emisií s vysokou citlivosťou a stabilitou.

Princíp činnosti zariadenia

Systém pozostáva z troch od seba nezávislých analyzačných systémov, ktoré však spolu vytvárajú jeden integrovaný funkčný celok. FTIR spektrometer meria obsah infračerveno aktívnych zložiek: NO, NO2, N2O, NH3, SO2, CO, CO2, HF, HCl, H2O, CH4, H2CO. Tieto zložky majú asymetrické molekuly, ktoré absorbujú infračervené žiarenie. Zjednodušená schéma je na obr. 1. Infračervené žiarenie zo zdroja prechádza interferometrom, ktorý postupne odkrýva vlnové dĺžky charakteristické pre jednotlivé zložky meraného plynu. Infračervený lúč potom prechádza cez meraciu kyvetu a dopadá na detektor. Výstupný signál z detektora predstavuje interferogram – postupnosť vlnových dĺžok absorbovaných jednotlivými zložkami. Z interferogramu pomocou matematickej metódy rýchlej Fourierovej transformácie získame surové spektrum. Pomocou Lambertovho-Beerovho zákona surové spektrum je prepočítané na absorpčné spektrum, z čoho je priamo určené zastúpenie jednotlivých zložiek.

Hoci je meranie prchavých organických zlúčenín VOC (Volatile Organic Compounds) pomocou FTIR spektrometra tiež možné, európska legislatíva vyžaduje meranie pomocou plameňového ionizačného detektora FID (Flame Ionization Detector), čo je celkom iný princíp. Na druhej strane meranie obsahu kyslíka (symetrické molekuly) pomocou FTIR nie je možné, preto je do systému integrovaný aj tretí systém na základe merania obsahu kyslíka pomocou zirkóniovej sondy.

Zapojenie analyzátora je na obr. 2. Testované emisie cez odberovú sondu, filtre a vyhrievané vedenie sú pripojené k ASP bloku. Zahrnuje kyslíkový a VOC detektor, ejektor poháňaný stlačeným vzduchom na výstupe vzorky zo systému a vyhrievanie vzorky na 180 °C. Jedným z hlavných rozdielov v porovnaní s inými analyzátormi plynu je priebeh celého analyzačného procesu pri teplote 180 °C. Výhodou je, že systém nepotrebuje chladič ani odstránenie vlhkosti zo vzorky – obsah vody je tu rovnako jednou z meraných zložiek. Analyzátor potrebuje na svoju činnosť stlačený filtrovaný prístrojový vzduch, vodík na vyhrievanie FID detektora.

Kalibrácia zariadenia prebieha vo viacerých fázach. Každý deň sa dvakrát skontroluje nulové spektrum. Čistý, suchý prístrojový vzduch sa zavedie v bode č. 1 do ASP bloku. Týmto úkonom sa testuje stav systému na neprítomnosť všetkých meraných zložiek. Nulovanie prebieha automaticky na pozadí systému. Testovanie systému na merané zložky sa realizuje manuálne spravidla dvakrát za certifikované obdobie údržby, čo predstavuje šesť mesiacov. Kalibračné plyny sa zavedú v bode č. 1. Skontroluje sa vyhodnocovanie každej meranej zložky. Legislatíva niektorých štátov vyžaduje zaviesť testovacie plyny v bode č. 2 na testovanie FID a kyslíkového analyzátora. Zariadenie možno dodať aj s opciou nastavenia prostredníctvom testovacích kyviet. Koliesko s testovacími kyvetami sa zasunie do optickej cesty v bode č. 3 a umožňuje kontrolu správnej funkcie FTIR spektrometra.

Displej zariadenia umožňuje sledovať okamžité hodnoty meraných veličín a vykonávať kalibráciu zariadenia, kontrolu alarmových stavov a všetky potrebné úkony. Riadiaca jednotka systému je konštruovaná v súlade s požiadavkami na emisné a procesné merania. Údaje sú spracované cez internú CAN zbernicu. Na prenos údajov do nadradeného systému je k dispozícii Modbus a PROFIBUS. Na diaľkový monitoring slúži Ethernet Interface s TCP/IP protokolom. Analógové výstupy meraných zložiek a reléové výstupy jednotlivých stavov sú voliteľnou výbavou systému.

Systém ACF5000 od ABB predstavuje svetovú špičku emisných meracích systémov. Na Slovensku je ich už nainštalovaných niekoľko.

František Fodor