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Mercury Stack Gas Monitor
SM-4

 

Automatische Überwachung von Quecksilberemissionen (CEM)
in Rauchgas

 

SM-4

 

  • Kontinuierlicher Messbetrieb
  • Probengasverdünnung direkt an der Entnahmesonde – eliminiert den Einfluss der Probenmatrix
  • Wartungsfreier Niedertemperaturkonverter direkt an der Probenentnahmestelle: kein Transport von ionischem Hg, dadurch Vermeidung von Adsorptionen
  • Detektiert Gesamtquecksilber (elementares, ionisches und gebundenes Hg)
  • Funktion zur Speziierung: Hg[elementar] / Hg[ionisch] als Option
  • Automatische Kalibrierfunktion für elementares und ionisches Hg
  • Automatische Qualitätskontrolle für den laufenden Betrieb (QAL3)
  • Eignungsgeprüft und zertifiziert von:
    TÜV Rheinland (QAL1) Energie und Umwelt GmbH, Köln Report-Nr.: 936/21213740/A

 

Die Messeinrichtung wurde auf Erfüllung der deutschen Mindestanforderungen für Emissionsmesseinrichtungen geprüft. Der Prüfbericht wurde von dem zuständigen Unterausschuss Luft-Überwachung des Länderausschusses für Immissionsschutz (LAI) akzeptiert und die Messeinrichtung im Bundesanzeiger als "eignungsgeprüft" bekannt gegeben.

 

Damit kann die Messeinrichtung im Rahmen ihrer Bekanntgabe für behördlich geforderte Messaufgaben eingesetzt werden.

 

Einsatzbereiche des SM-4

 

Der SM-4 von Mercury Instruments wurde speziell dafür entwickelt, auch niedrigste Quecksilberkonzentration in Rauchgasen mit einer komplexen Matrix (SO2, NOx, HCl und andere) präzise und zuverlässig zu messen.

SM_4-Applications-1

Typische Einsatzgebiete umfassen:

 

  • Emissionsüberwachung für Anlagen der 13. und 17. BImSchV
  • Kohlekraftwerke
  • Müllverbrennungsanlagen
  • Klärschlammverbrennungsanlagen
  • Zementöfen
  • Erfassung der Hg-Emissionssituation sowie Ermittlung der Effizienz von Hg-Minderungstechniken
  • Thermische Behandlung von kontaminierten Böden, Sonderabfall, usw.
  • Metallurgische Anlagen mit potenziellen Hg-Emissionen

Ein Beispiel:

link zu MI-News Kohlekraftwerk Valmy Sation,
Nevada, USA

 

Funktionsprinzip

 

Durch ein beheiztes Sondenrohr wird ein konstanter Probengasstrom entnommen. Die Probe wird unmittelbar an der Entnahmestelle gefiltert und mit gereinigter Luft verdünnt. Der Gasstrom wird mit Hilfe einer kritischen Düse stabilisiert und ist dadurch unabhängig von Druckschwankungen im Kamin. Der Ansaug-Unterdruck wird automatisch überwacht. Die Probe wird unmittelbar nach der Verdünnung durch eine thermisch-katalytische Reduktionseinheit geleitet, wo die verschiedenen Quecksilberspezies in die elementare Form überführt werden. Die so vorbehandelte Probe wird nun durch einen leicht beheizten Schlauch aus Fluorkunststoff (FEP) zur Analysatoreinheit geleitet. Die Länge der Probenleitung beträgt in der Regel einige Meter bis zu 30 Meter (in Sonderfällen bis 100 Meter). Im Analysator wird das in der Probe enthaltene Quecksilber auf einer Goldfalle angereichert und in einem Detektor, dem Mercury Ultratracer UT-3000 (einem der empfindlichsten Quecksilbermessgeräte auf dem Markt) gemessen.

Zur Ermittlung der Anteile an elementarem und ionischem Quecksilber ist eine Funktion zur Speziierung optional erhältlich.

 

SM-4 Flow diagram

 

Thermokatalytischer Reaktor

 

In Rauchgas liegt Quecksilber meist in elemtarer Form vor, obwohl ionisches und gebundes Quecksilber ebenfalls auftritt. Um Gesamt-Hg zu messen müssen alle Speziierungen analytisch erfasst werden. Um das zu erreichen bedient sich der SM-4 der Thermokatalyse bei der alles Quecksilber in elementare Form gebracht wird. Der thermokatalytische Raktor arbeitet ohne nasschemische Reagenzien bei einer Temperatur von etwas über 200 ° C. Dies gewährleistet eine hohe Zuverlässigkeit und niedrigen Wartunsbedarf.

Alle mit Probengas in Berührung kommenden Oberflächen sind auf Temperaturen >200 °C beheizt, um eine Quecksilberadsorption zu vermeiden.

Die Probennahmeleitung besteht aus Perfluoralkoxy (PFA), einem Material das sich durch eine extrem niedrige Wechselwirkung mit Quecksilber auszeichnet.

Die Reduktion der Hg-Verbindungen findet bei Temperaturen weit über dem Taupunkt statt. Es kann sich deshalb kein Kondensat bilden, was zu einem erhöhten Signalrauschen und zu unspezifischen Peaks führen würde.

 

Detektor

 

Zur präzisen Messung des Quecksilbers dient ein hochempfindlicher Atomabsorptionsdetektor, welchem eine Amalgamanreicherungseinheit mit Goldfalle (GoldTrap) vorgeschaltet ist. Diese wird elektrisch innerhalb kürzester Zeit auf über 700°C aufgeheizt, das zuvor angereicherte Quecksilber wird auf diese Weise schlagartig freigesetzt.

Spezielle Trägergase werden nicht benötigt, da gefilterte Luft als Trägermedium verwendet wird. Dies dient zudem der Selbstreinigung der Goldfalle was deren Lebensdauer erhöht.

 

GoldTrap

 

Probennahmesonde

 

Sampling Probe SM-4

 

Die Probennahmesonde stellt ein wichtiges Teil des gesamten Systems dar. Durch geeignete Wahl der mit Probe in Berührung kommenden Komponenten sowie Beheizung auf 200 °C wird eine Adsorption von Hg wirksam verhindert. Mit einem hoch beheizten Filter wird Staub abgeschieden und gebundenes Quecksilber gleichzeitig thermisch desorbiert. Das Staubfilter wird regelmäßig durch Rückblasen gereinigt. Über ein beheiztes Ventil kann eine Kalibriergasquelle angekoppelt werden. Die Probengasverdünnungseinheit sowie der thermokatalytische Konverter sind in die Probennahmesonde integriert, extrem kurze Verbindungsleitungen sind dadurch möglich geworden.

 

Vermeidung von Querempfindlichkeiten

 

Die photometrische Quecksilberbestimmung (AAS und AFS) wird ganz allgemein durch Rauchgasbestandteile wie SO2, NOx, HCl, flüchtige Kohlenwasserstoffe (VOCs) gestört.

Bei moderneren Quecksilbermonitoren wird versucht, diesen Effekt entweder durch Verwendung einer Goldfalle (Amalgamierung) oder einer Probengasverdünnung zu minimieren. Die Amalgamierungstechnik für sich alleine ist jedoch beschränkt durch negative Einflüsse von Matrixkomponenten auf die Goldoberfläche (z.B. Passivierung); während bei Systemen, welche nur mit Probengasverdünnung arbeiten, die Interferenzen nicht gänzlich verhindert werden.

Deshalb wird beim SM-4 beides eingesetzt: Probengasverdünnung und Amalgamierung, dadurch wird eine vollständige Eliminierung von Matrixeffekten erzielt.

 

Automatische Kalibrierung

 

Der SM-4 ist mit einem automatischen Kalibriergasgenerator (IAS HovaCAL für ionisches HG oder Mercury Instruments MC-3000 für elementares Hg) ausgestattet. Damit ist sowohl eine Referenzpunktskontrolle als auch eine automatische Kalibrierung in voreinstellbaren Zeitabständen möglich.

Um auch den aktuellsten Anforderungen der Qualitätssicherung zu entsprechen, kann mit dem in den SM-4 integrierten HovaCal die QAL3 nach DIN EN 14181 automatisiert werden.

 

Calibrator MC-3000

 

Besondere Vorteile des SM-4

 

  • Thermokatalytische Probengasbehandlung, arbeitet ganz ohne Reagenzien
  • niedrige Konvertertemperatur von 200°C
  • Probengasverdünnung vermeidet Interferenzen
  • Kein Entstehen von Abfall oder Kondensat
  • Extrem niedrige Nachweisgrenze (unterer Messbereich 0,05 µg/m³)
  • beheiztes Staubfilter mit automatischer Abreinigung
  • Kurze Ansprechzeit: t[90] typisch 180 Sekunden
  • Länge der Probennahmeleitung bis zu 100 Meter
  • Integrierbare Kalibriergasquelle für ionisches Quecksilber
  • Automatische Qualitätssicherung nach DIN EN14181 (QAL3)
  • Sehr niedriger Wartungsbedarf
    (Wartungsintervall lt. Eignungsfeststellung 3 Monate, automatisierbar)

 

Komponenten des Systems

 

  • Probensonde mit Verdünnungseinheit und Konverter
  • Beheiztes Schlauchbündel mit Probennahmeleitung, Kalibriergasleitung, Druckluftversorgungsleitung
  • Steuerungsmodul für die Sonde
  • Analysenschrank mit Detektor, Kalibriergasgenerator (optional) und Druckluftaufbereitung

 

SM-4 Setup

 

Mercury Stack Gas Monitor SM-4:
Technische Daten

 

Messkomponente:

Gesamtquecksilber (ionische und elementare Speziierung optional)

Messprinzip:

Verdünnungssonde mit thermokatalytischem Konverter am Kamin, Kaltdampf-Atomabsorption (CVAAS) mit Goldfalle bei 253,7 nm Wellenlänge

Konverter:

Niedertemperaturtyp (200 °C); direkt am Kamin

Messbereich:

0,05 μg/m³ bis 500 μg/m³ Hg (bis 1000 µg/m³ als Option)

Nachweisgrenze:

0,0001 μg/m³ (Detektor);
<0,01 μg/m³ (Gesamtsystem)

Ansprechzeit:

180 – 360 Sekunden t[90]-Zeit

Maximale Probentemperatur:

250 °C

Zulässige Umgebungstemperatur:

-5 bis 40 °C

Länge der Probenleitung:

bis zu 30m; bis zu 100 m optional

Signalausgänge: 

analog 4-20 mA (500 Ω max.); RS232 seriell;
Modbus RTU/RS485 (optional); Ethernet (optional)

Statusausgänge:

3 Relaisausgänge, potenzialfrei

Ferndiagnose:

über Modem per SM-4-Software (optional)

Betriebsspannung:

230 V (110 V optional); 50/60 Hz

El. Leistungsaufnahme:

Analysenschrank: 450 VA;
Sonde-Konverter: 1000 VA;
beheizte Probenleitung: 30 VA pro Meter

Abmessungen:

Analysenschrank 161 x 60 x 60 cm (H x B x T)
Sonde 36 x 36 x 66 cm (H x B x T)
Sondensteuerkasten 48 x 44 x 27 cm (H x B x T)

Gewicht:

Analysenschrank (mit Kalibriergasgenerator): 130 kg
Sonde: 28 kg
Sondensteuerkasten: 14 kg

Druckluftverbrauch:

ca. 16 l/min (6.5 bar)

Kalibrierung:

  • automatisch, mit eingebautem Kalibriergasgenerator für elementares Hg (Option)
  • automatisch, mit eingebautem Kalibriergasgenerator für ionisches Hg (Option)
  • manuell, beheiztes Fitting zum Anschluss einer externen Kalibriergasquelle (z.B. HOVACAL®) vorhanden

Zertifizierungen:

konform mit US EPA 40CFR60 PS-12A Mercury CEMS,
eignungsgeprüft durch TÜV Rheinland,
Zulassung veröffentlicht im Bundesanzeiger vom 20.07.2012;
Prüfbericht: TÜV Rheinland Energie und Umwelt GmbH, Köln
Bericht-Nr.: 936/21213740/A vom 26. März 2012

ISO 9001

Als führender Entwickler und Hersteller von Präzisions-Analysegeräten, streben wir danach bestmögliche Lösungen anzubieten. Alle unsere Produkte sind nach dem ISO 9001 Qualitätsstandard hergestellt.

Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

 

SM-4 cover

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Merkblätter:

Hier können Sie sich zusätzliche Informationen zum SM-4 herunterladen !

Facts contra Fairy Tales:
SM-4 Marcury Stack Monitor:
FACT SHEET

 

 

SM-4 Fact sheet

English

SM-4: Mercury CEMs:
Results of verification test studies at cement plants

 

 

Leaflet RATAs

English

SM-4:
Measuring of mercury in raw gas for quantity contrtol of sorbent

 

 

Leaflet_Tedlar

English

Letztes Update:
05.12.2017