2.3.2 Waterdamp

Condensatie van waterdamp door ongecontroleerde afkoeling van rookgassen in het monsternamesysteem kan leiden tot verliezen van de aandachtscomponent in het condensaat. Daarnaast kan condensatie van waterdamp in het meetinstrument leiden tot onbetrouwbare meetresultaten en schade aan het meetinstrument.

Er zijn twee typen meetinstrumenten op de markt voor continue meting na een extractieve monstername. Bij het ene type, zoals bijvoorbeeld een analyser op basis van een vlamionisatiedetector (FID), wordt het monstergas verwarmd om condensatie van de waterdamp te voorkomen. De analyse vindt derhalve plaats in nat en heet rookgas dat zowel tijdens het transport als in het meetinstrument met behulp van verwarming en goede isolatie boven het dauwpunt wordt gehouden. Het ontwerp van monsternamesysteem, pompen en analyseapparatuur moet zodanig zijn opgebouwd dat er geen ‘koude' overgangen optreden. Ongeïsoleerde leidingdelen of slecht aangebrachte verwarming kunnen aanleiding zijn voor ongewenste cold spots waar verliezen kunnen optreden als gevolg van condensatie. Bij uitval van het externe verwarmingssysteem kan schade aan pompen en analyseapparatuur ontstaan. Een uitgebreide temperatuurbewaking is daarom noodzakelijk. Warme meetsystemen hebben als nadeel dat een additionele waterdampmeting noodzakelijk is. Een verwarmd analysesysteem is niet altijd mogelijk vanwege de storende werking van waterdamp op verschillende meettechnieken, zoals infraroodanalyse.

Bij het andere type meetinstrument, dat ook wel ‘koude' analyser wordt genoemd, vindt geen verwarming plaats. De meetcel in een ‘koude' analyser wordt overigens wel op constante temperatuur gehouden om beïnvloeding van de omgevingstemperatuur op het meetresultaat te voorkomen. De ingestelde temperatuur is doorgaans te laag om condensatie in het meetinstrument te voorkomen. ‘Koude' analysers kunnen uitsluitend worden toegepast wanneer voorafgaand aan de analyse de waterdampconcentratie in het rookgasmonster is verlaagd, zodat het dauwpunt lager wordt dan de analysetemperatuur. Verlaging van de waterdampconcentratie is ook van belang voor bemonstering van organische componenten op actief kool of andere adsorptiemiddelen. Condensatie van waterdamp op het adsorptiemiddel verlaagt namelijk de capaciteit, waardoor doorslag kan optreden. Droging kan worden bereikt door middel van:

  • Droogmiddelen;
  • Koeling;
  • Permeatiedroging;
  • Verdunning.

Tot aan de droging moeten door een doelmatige verwarming cold spots en de daarmee gepaard gaande verliezen worden voorkomen.

Rookgasdroging

Droogmiddel

Bij een afzonderlijke meting waar achter het fixatie-medium het afgezogen rookgasvolume wordt bepaald, wordt meestal een droogmiddel zoals geconcentreerd zwavelzuur, silicagel of een molzeef gebruikt. Toepassing van dergelijke droogmiddelen is niet mogelijk bij continue meetsystemen vanwege adsorptie (en daarmee verlies) van rookgascomponenten.

Koeling

Monstergaskoeling wordt verreweg het meest toegepast. In speciaal hiervoor ontworpen koelers wordt het rookgas gekoeld tot een temperatuur van circa 4°C. Controle op de juiste werking van een koeler kan onder andere plaatsvinden met hulp van een dauwpuntsmeter. Meting van de temperatuur aan het uiteinde van de koeler is niet geschikt omdat het afgas na de koeler direct door de omgeving wordt opgewarmd en de warmtecapaciteit van de monsterstroom heel klein is. Daardoor wordt een hogere temperatuur dan de daadwerkelijke temperatuur gemeten.

De contacttijd tussen het condensaat en de rookgasstroom wordt zo kort mogelijk gehouden om verliezen van wateroplosbare stoffen, zoals SO2 en NO2, in het condensaat te beperken. Desondanks kunnen grote verliezen optreden wanneer de rookgaskoeler op overdruk wordt bedreven om verdergaande droging te realiseren. Ondanks de extra zorg die nodig is om lekkage te voorkomen, moet een rookgaskoeler dan ook op onderdruk worden bedreven. In de praktijk wordt dit gerealiseerd door de monstergaspomp tussen het koelsysteem en het meetinstument te plaatsen. Bij verkeerd geïnstalleerde rookgaskoelers zijn in het verleden verliezen tot 40% aan SO2 waargenomen. De gangbare zuurdosering in de koeler om verliezen te reduceren is hierbij niet toereikend.

Permeatiedroging

Het principe van permeatiedroging is gebaseerd op het selectieve transport van waterdamp door een membraan. Voor de overige componenten in het rookgas is het membraan ondoorlatend. Door langs één zijde van het membraan rookgas te zuigen, terwijl aan de andere zijde in tegenstroom een gedroogd spoelgas stroomt, vindt selectief waterdamptransport plaats van het rookgas naar het spoelgas. Hierdoor wordt het rookgas gedroogd. Tijdens dit proces ontstaat geen condensaat waarin componenten kunnen oplossen. Een nadeel van deze methode is dat de droogcapaciteit door vervuiling kan teruglopen, waardoor te lage concentraties worden gemeten of door condensatie alsnog schade aan de analyser kan optreden. Te lage concentraties van specifieke componenten kunnen ook ontstaan doordat het gebruikte membraan niet volledig ondoorlaatbaar is voor de betreffende component. Daarnaast zijn de gebruikte membranen gevoelig voor bepaalde organische componenten.

Verdunning

Bij verdunning wordt feitelijk geen waterdamp uit de monstergasstroom verwijderd, maar wordt door verdunning met droge stikstof of met gedroogde lucht bereikt dat bij kamertemperatuur geen condensatie van waterdamp kan optreden. Een 25- tot 100-voudige verdunning is in de praktijk gangbaar. Vanzelfsprekend moet de gevoeligheid van de analysemethode hierop zijn aangepast en moet een zuurstofmeting apart in het onverdunde rookgas plaatsvinden. Toepassing van verdunning om condensatie van waterdamp te voorkomen bij componenten met een lage emissie-eis wordt niet toegepast omdat de te meten concentraties dan beneden de bepalingsgrens kunnen komen te liggen.

Technisch is het mogelijk deze conditioneringssystemen uit te voeren in combinatie met monsternamenetwerk, maar gewoonlijk wordt verdunning als puntmeting toegepast. De controle van het verdunningsfactor kan eenvoudig worden uitgevoerd door voorin het systeem een controlegas met bekende concentraties aan te bieden. Een voordeel van de verdunningsmethode is dat het systeem minder snel vervuilt, omdat met sterk verdund rookgas wordt gewerkt. Als nadeel van een verdunningssysteem wordt vaak instabiliteit van de verdunning en de vereiste additionele waterdampconcentratiemeting aangevoerd.

Monsterconditionerings- en analysesysteem

Monsterconditionerings- en analysesysteem


Uw onderwerpen