BIOS - Bioenergy
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Messungen

Broschüre

Übersicht

Die BIOS BIOENERGIESYSTEME GmbH verfügt über umfangreiche Ausrüstung zur Durchführung von Feldmessungen an Feuerungsanlagen, Vergasungsanlagen und an Biogasanlagen. Der Gerätepark der BIOS BIOENERGIESYSTEME GmbH umfasst einerseits konventionelle Gasanalytik und Partikelmesstechnik aber auch innovative, zum Teil selbst entwickelte Geräte und Methoden, die speziell für Flugaschen-, Aerosol- und Depositionsprobenahmen sowie für Heißgasmessungen (Messungen und Probenahmen im Feuerraum bei bis zu 1.200°C) herangezogen werden können.

Durch den modularen Aufbau der Messdatenerfassung ist es möglich, in Anlagen an mehreren räumlich weit voneinander getrennten Orten EDV-gestützt gleichzeitig Daten aufzunehmen, zentral zu visualisieren und zu speichern. Dadurch wird eine hohe Flexibilität bezüglich der Lösung verschiedenster Messaufgaben gewährleistet. Zur Datenauswertung steht im Haus speziell entwickelte Software zur Verfügung.

Messung: Verfahren:
Emissionsmessungen an Biomassefeuerungsanlagen:
O2, CO, CO2, NOx, NO2, TOC, Staub, HCl, SOx, NH3, gasförmige Schwermetalle
Konventionelle Rauchgasanalytik
kontinuierliche Verfahren

Konventionelle Rauchgasanalytik
diskontinuierliche Verfahren
Emissionsmessungen an Biogasanlagen:
CH4, H2, CO, CO2, H2S, NH3, O2
Konventionelle Rauchgasanalytik
kontinuierliche Verfahren
Bestimmung der Produktgaszusammensetzung in Biomasse-Vergasungsanlagen:
CO, CO2, H2, CH4, CxHy, Teere (samt Teeranalysen)
Konventionelle Rauchgasanalytik
kontinuierliche Verfahren
Messungen der Rauchgastemperatur im Feuerraum und Kessel von Biomassefeuerungen mittels Absaugpyrometer Konventionelle Rauchgasanalytik
kontinuierliche Verfahren
Messungen zur Erstellung von Stoff- und Energiebilanzen von Verbrennungsprozessen Konventionelle Rauchgasanalytik
kontinuierliche Verfahren
Konventionelle Rauchgasanalytik
diskontinuierliche Verfahren
Partikelmesstechnik
Bestimmung der Korngrößenverteilung und Konzentration von Flugaschen und Feinstaub (Aerosolen) im Rauchgas Diskontinuierliche Verfahren
Partikelmesstechnik
Kontinuierliche Verfahren,
elektrischer Niederdruck-Kaskadenimpaktor
Aschen-, Flugaschen- und Feinstaub-(Aerosol-)probenahmen aus Biomasseverbrennungsprozessen zur nasschemischen und elektronenmikroskopischen Analyse Partikelsammlung und Analyse
Heißgasprobenahme von Partikeln aus dem Feuerraum Heißgas-Partikelprobenahme
Probenahme und Analyse von Aschedepositionen in Biomassefeuerungen und Kesseln Depositionsprobenahme

Konventionelle Gasanalytik

Kontinuierliche Verfahren

Parameter Messprinzip Gerät
O2 Paramagnetisch Rosemount NGA 2000
CO/CO2 NDIR Rosemount NGA 2000
Organ. C Flammenionisationsdetektor Rosemount NGA 2000
Organ. C Flammenionisationsdetektor Bernath Atomic 3005
NOx/NO2 Chemielumineszenz ECO Physics CLD 700 EL ht
O2, CO, NO Elektrochemische Messzellen Testo 350
H2 Wärmeleitfähigkeitsdetektion Rosemount NGA 2000
CH4, CO2 Infrarotverfahren GA2000+ Landfill gas analyser
CO, H2S, NH3, O2, H2 Elektrochemische Messzellen GA2000+ Landfill gas analyser
CO, NO, NO2, N2O, HCN, HCl, SO2, NH3, CH4, verschiedene Kohlenwasserstoffe FT-IR Ansyco DX-4000
Absolutdruck Zweileiter-Messumformer Contrans P AMD 230
Überdruck Zweileiter-Messumformer Contrans P ASK 800
Temperatur Widerstand, Wärmespannung div. Hersteller
Gasfeuchte Thermo-Hygrometer Jumo B90.7023
Gasgeschwindigkeit Staudruck, kalorimetrisch div. Hersteller

Diskontinuierliche Methoden

Parameter Messprinzip
SOx- und HCl- Konzentration im Rauchgas Verfahren nach VDI 3480; Gasentnahme über eine beheizte Entnahmesonde, Staubfilterung und Sammlung der sauren Komponenten des Gases in hintereinander geschalteten Vorlagen von destilliertem Wasser und mit H2O2 versetzter, verdünnter Natronlauge. Nachfolgende Analyse mittels Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC)
NH3- Konzentration im Rauchgas Gasentnahme über eine beheizte Entnahmesonde, Staubfilterung und Sammlung in drei hintereinander geschalteten Vorlagen von 0,05 molarer Schwefelsäure. Bestimmung nach Kjeldahl.
Hg-Konzentration im Rauchgas Gasentnahme über eine beheizte Entnahmesonde, Sammlung der Schwermetalle in gekühlten Vorlagen von verdünnter Schwefelsäure mit Kaliumpermanganat. Nachfolgende Messung mittels Kaltdampftechnik (HGAAS) oder Massenspektrometrie (ICP-MS).
Gasförmige Schwermetalle im Rauchgas Gasentnahme über eine beheizte Entnahmesonde, Sammlung der Schwermetalle in gekühlten Vorlagen von verdünnter Salpetersäure. Nachfolgende Analyse mittels Absorptionsspektrometrie (FAAS, ICP-OES oder GFAAS) oder mittels Massenspektrometrie (ICP-MS).
Teerprobenahme und Teeranalysen Gravimetrisches Verfahren in Anlehnung an das „Tar Protocoll“. Adsorption der Teere in mit 2-Propanol befüllten Waschflaschen bei -20°C, danach Verdampfung des Solvents im Vakuumtrockenschrank und nachfolgende gravimetrische Bestimmung sowie C-, H-, N-Analyse der Teere.
Gasmaus Diskontinuierliche Sammlung des Produktgases in Gassammelrohren, nachfolgende Analyse mittels Gaschromatographie und Massenspektrometrie (GC-MS) für die Gasspezies CO, CO2, H2, CH4, O2 und N2

Partikelmesstechnik

Gesamtstaubgehalt in Abgasen

Messprinzip: Gesamtstaubmessung nach dem gravimetrischen Verfahren gemäß VDI 2066

Gerät: Ströhlein ST E 4

Kurzbeschreibung des Messprinzips:
Absaugung eines Teilgasstroms aus dem Hauptgasstrom und Filterung des darin enthaltenen Staubs in einem Quarzwollefilter. Der Staubgehalt im Rauchgas wird aus der abgeschiedenen Staubmasse und dem Volumen des abgesaugten Teilgasstromes berechnet. Zur repräsentativen Probenahme muss der Teilgasstrom mit der gleichen Geschwindigkeit, die der Hauptgasstrom im Probenahmequerschnitt hat (= isokinetisch), abgesaugt werden.

Korngrößenverteilung und Konzentration von Aerosolen im Rauchgas

(diskontinuierliche Methode)

Messprinzip: Niederdruck-Kaskadenimpaktor

Geräte: Hauke LPI30, Trennkörner: 8/4/2/1/0,5/0,25/0,125/0,0625 µm; Dekati DGI, Trennkörner: 2,5/1/0,5/0,2 µm

Kurzbeschreibung des Messprinzips:
Aus dem zu untersuchenden Rauchgasstrom wird ein Teilgasstrom isokinetisch abgezogen und durch den Impaktor geleitet. Der Impaktor besteht aus mehreren Stufen, die in Serie geschaltet sind. In einer Impaktorstufe wird dem Gasstrom eine Richtungsänderung aufgezwungen und Partikel, die auf Grund ihrer Größe dieser Richtungsänderung nicht folgen können,  werden abgeschieden.

Partikelabscheidung im Impaktor
Aufbau einer Impaktorstufe
zusammengesetzter Kaskadenimpaktor
Korngrößenverteilung und Konzentration von Aerosolen im Rauchgas

(kontinuierliche Methode)

Messprinzip: Elektrischer Niederdruck-Kaskadenimpaktor (ELPI)

Gerät: Dekati, 10lpm

Kurzbeschreibung des Messprinzips:
Am Eintritt in den ELPI werden die Partikel elektrisch geladen. Der ELPI selbst ist wie ein Kaskadenimpaktor aufgebaut. Werden Partikel auf einer der Impaktorstufen abgeschieden, so geben sie dort ihre Ladung ab. Der daraus resultierende Strom wird gemessen und in eine Anzahl-Korngrößenverteilung umgerechnet.
Mit dem ELPI ist es somit möglich, die Korngrößenverteilung von Partikeln (insbesondere von Feinstaub) im Rauchgas im Korngrößenbereich zwischen 0,03 und 8,97 mm im 1-sekundentakt quasikontinuierlich zu messen. Das Messgerät eignet sich besonders gut zur Überprüfung von Staubabscheidern, zur Prüfung von Einflussparametern und Betriebsbedingungen auf die Feinstaubbildung sowie für Grundlagenforschung im Bereich der Aerosolsbildung bei Verbrennungsprozessen.

Funktionsprinzip des ELPI
Depositionsprobenahme und Analyse

Messprinzip: Depositionsprobenahme mit einer luftgekühlten Depositionssonde und nachfolgende SEM/EDX-Analyse

Gerät: Eigenbau

Kurzbeschreibung des Messprinzips:

  • Eine Depositionssonde besteht aus einem luftgekühlten Rohr, auf dem ein Probenahmering montiert ist.
  • Die Depositionssonde wird für eine bestimmte Zeit in die heiße Gasströmung eingebracht.
  • Die Oberflächentemperatur des Probenahmeringes wird mittels Kühlluft auf einen Vorgabewert hin geregelt. Es ist somit möglich, die Oberfläche eines Wärmetauscherrohres zu simulieren.
  • Der Probenahmering wird vor und nach der Messung gewogen und aus der Massendifferenz der Depositionsaufbau in g/m2/h bestimmt.
  • Flugaschen- und Aerosoldepositionen, die sich auf dem Probenahmering gebildet haben, können nachfolgend unter dem Elektronenmikroskop bezüglich ihrer Struktur und chemischen Zusammensetzung untersucht werden. Dies bildet die Grundlage zur Erarbeitung von Richtwerten bezüglich des Schmelzverhaltens von Aschendepositionen und der Korrosionsgefahr durch diese Depositionen.
  • Dadurch werden Beurteilungen des Depositionsbildungsrisikos bei Einsatz eines bestimmten Brennstoffes bei bestimmten Betriebsbedingungen ermöglicht.
Prinzipieller Aufbau der Depositionssonde (Bilder zum Vergrößern klicken)
Depositionssonde im Einsatz
Probenahmering nach Depositionsprobenahme

Innovative Verfahren

Heißgas-Partikelprobenahmen

Um Partikelsammlungen für nachfolgende Analysen auch im heißen Rauchgas (Feuerraum) durchführen zu können, wurde in Kooperation mit dem Institut für Prozess- und Partikeltechnik, Technische Universität Graz, ein Hochtemperatur Niederdruck Kaskadenimpaktor entwickelt. Mit diesem Gerät können in-situ Partikelbeprobungen bei Temperaturen bis zu ca. 1.100°C durchgeführt werden.

Der Hochtemperatur-Impaktor im Einsatz
Der Hochtemperatur-Impaktor unmittelbar nach erfolgter Probenahme
Aufbau des Hochtemperatur-Impaktors (Zum Vergrößern klicken)

Partikelsammlung für nachfolgende nasschemische und elektronenmikroskopische Analysen

Der während der Messung mit der Gesamtstaubmessausrüstung laut VDI 2066 gesammelte Staub kann optional nachfolgend bezüglich seiner chemischen Zusammensetzung analysiert werden.

Die Aerosol- und Flugaschenproben, die mit dem Niederdruck Kaskadenimpaktor oder dem Hochtemperatur-Impaktor gesammelt werden, können ebenfalls nachfolgenden nasschemischen Analysen zugeführt werden. Des weiteren wurde von der BIOS BIOENERGIESYSTEME GmbH in Zusammenarbeit mit dem Institut für Prozess- und Partikeltechnik, Technische Universität Graz, sowie dem Zentrum für Elektronenmikroskopie und Feinstrukturforschung, Technische Universität Graz, eine Methode entwickelt, Flugaschen- und Aerosolspartikel so zu sammeln, dass einzelne Partikel bezüglich ihrer Struktur und Zusammensetzung mittels Scanning Electron Microscopy (SEM) und Energy Dispersive X-Ray Spectrometry (EDX) untersucht werden können.

SEM-Bild eines groben Flugaschenpartikels aus der Verbrennung von Buchenhackgut
SEM-Bild von Aerosolen aus der Rindenverbrennung
SEM-Bild und Element-Mapping von Aerosolen, die mit dem Hochtemperatur-Impaktor im heißen Rauchgas vor Eintritt in den Überhitzer einer Müllverbrennungsanlage gezogen wurden (höhere Farbintensität bedeutet höhere Elementkonzentration)