Gør emissionstests for røgsten bedre, hurtigere, billigere

Skorstene på kulfyrede kraftværker har sensorer, der kontinuerligt overvåger deres emissioner ved at måle strømmen af ​​gasser som kuldioxid, kviksølv, Svovldioxid, og nitrogenoxider. Ved føderal lov, disse sensorer skal kalibreres hvert år. De er kalibreret med små, bærbare flowmåleapparater kaldet pitotrør.

Men forskere formoder, at der er temmelig stor usikkerhed om kalibreringsmålingerne udført med pitotrørene. Og usikkerheder vil være et problem for virksomhederne, hvis kraftværker bliver opkrævet for deres emissioner under cap-and-trade-politikker.

I påvente af det endelige behov for at øge nøjagtigheden af ​​disse målinger, og arbejder i samråd med Electric Power Research Institute (EPRI), forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) har nu målt usikkerheden ved de forskellige slags pitotrør, der nu bruges til at kalibrere røgstabel-emissionssensorer.

"Formålet med denne undersøgelse er at give industrien muligheder, " sagde NISTs Aaron Johnson. "Kan vi gøre målingerne bedre? Hvor meget bedre? Og kan vi gøre det billigt?"

Bekæmpelse af hvirvelen

Måling af skorstens emissioner kræver to ting:at kende koncentrationen af ​​forurenende stoffer i en røggas og at vide, hvor hurtigt gassen strømmer.

Forskere har været i stand til nøjagtigt at måle koncentrationen af ​​udledte forurenende stoffer i årtier. Men det har været vanskeligere at få nøjagtige flowmålinger. Det er fordi, før det udsendes, røggas bevæger sig normalt rundt i et skarpt sving. Bøjningen skaber komplicerede hvirvler og hvirvler, der ikke går væk, selv i høje skorstene.

"Hvirvelen fortsætter, mens du går op, "Sagde Johnson." Flowmålere kan ikke lide det. De fungerer meget dårligt, når du har disse crossflow -komponenter. "

Lige nu, at måle flow, skorstene er installeret med et ultralydssystem kaldet et Continuous Emission Monitoring System (CEMS), som består af et par enheder, der på skift sender ultralydsimpulser til hinanden fra op og ned af skorstenen. I én retning, ultralyden rejser med strømmen og accelererer lidt. I den anden retning, den rejser imod den og sænker farten lidt. Beregning af gassens hastighed kræver måling af, hvor lang tid det tager ultralyden at rejse i hver retning.

Pitot -rør er små bærbare enheder, der måler, hvor godt dette CEMS ultralydssystem gør sit arbejde. Hvert år, teknikere bruger pitotrør til at udføre det, der kaldes en relativ nøjagtighedstest (RATA). For at udføre revisionen, de sætter et pitotrør vandret ind i skorstenen. Røret har små huller eller porte. Den ene port vender direkte ind i gasstrømmen og registrerer det tryk, der opbygges i røret. Jo hurtigere flow, jo højere tryk; måling af trykket giver dem mulighed for at beregne flowets hastighed.

Hvis pitotrøret måler samme flow som ultralyds CEMS-enheden, kraftværket består sin emissionstest. Men der er ingen regler, der kræver, at selve pitotrørene skal kalibreres. Som resultat, det er ikke sikkert, præcis hvor nøjagtige hverken CEMS- eller pitotrør-metoderne er.

Spare penge

Det mest almindeligt anvendte pitotrør kaldes en "s-sonde". Den har to porte, der peger i modsatte retninger. En port peger direkte ind i strømmen. De andre peger direkte væk fra flowet. Trykket er højere i opstrøms-porten end i nedstrøms-porten. Teknikere måler denne trykforskel og bruger den til at beregne gasstrømmens hastighed.

NIST-forskere har testet denne type pitotrør såvel som to andre, "prismesonden" og den "sfæriske sonde, "som begge har fem porte i stedet for to.

NIST's Iosif Shinder tester de tre sonder i en vindtunnel, hvor flow måles med høj præcision.

Efter at være blevet kalibreret i vindtunnelen, Pitotrørene bliver også testet i NISTs horisontale skorstenssimulator, som producerer hvirvler og hvirvler svarende til dem i industrielle skorstene.

For at bruge s-probe pitotrør i en skorsten, en RATA-tekniker sørger for, at et af hullerne vender mod strømmens sande retning. I praksis, dette betyder at dreje sonden for at bestemme retningen af ​​den højeste trykforskel. Processen, kaldet "yaw-nulling, " skal gentages dusinvis af gange under en RATA-test.

"Det er ret arbejdskrævende, " sagde Johnson. Det er så intensivt, at en årlig kalibrering på stedet kan tage dage at fuldføre. "Og kraftværket taber penge, hele tiden RATA-testerne er der, så de vil have teknikerne ind og ud så hurtigt som muligt."

Ved at tilpasse en proces, der bruges i andre industrier, Shinder er ved at udvikle en teknik, der eliminerer behovet for yaw-nulling. Det kræver en mere kompleks kalibrering af pitotrørene i et laboratorium, men Johnson og Shinder siger, at de er overbeviste om, at besparelserne ved at forkorte RATA-tests vil opveje den ekstra kalibreringsudgift.

Johnson og Shinder var også interesserede i at forbedre selve CEMS ultralydsmetoden og måler, hvor meget bedre målingerne ville være med et andet par ultralydssender-modtagere. De har testet en x-mønsterinstallation ved hjælp af to par ultralydsenheder i stedet for en, sagde Johnson. "Med x -mønsteret, du kompenserer for krydsflow."

Forskerne aftaler at teste deres fund i en røgstak i en arbejdende industri i sommer. Ud over kulfyrede kraftværker, Johnson sagde, at cement- og papirproduktionsindustrien muligvis også kunne bruge de nye oplysninger.