Bessere Luftqualität dank Pumpen in der kontinuier­lichen Emissions­überwachung

Der Hauptgrund für die Verschmutzung liegt in dem enorm hohen Energiebedarf. Viele Unternehmen betreiben sogar eigene Kraftwerke, um diesen Bedarf zu decken. Ein anderer wichtiger Grund sind direkte Emissionen, die in einigen Industriezweigen durch bestimmte Prozesse entstehen, beispielsweise durch Röstprozesse in der Metallurgie oder Kohleveredelung.

Eine solche Form der Überwachung von Emissionen kommt in Kraftwerken, industriellen Produktionsanlagen, Müllverbrennungsanlagen und Motorenprüfständen zur Anwendung, aber auch auf Hochseeschiffen und in der Gasanalytik in der Chemiebranche. Dabei wird, neben Umweltschutz und Sicherheit, ein weiteres Ziel verfolgt: die Optimierung von Verbrennungsprozessen. Dadurch wird die Effizienz gesteigert, während der Energieverbrauch sinkt. Gleichzeitig werden die bei der Produktion verwendeten Komponenten geschützt und so ihre Lebensdauer verlängert. Im Ergebnis entsteht eine Win-Win-Situation, bei der die Umwelt ebenso profitiert wie die Unternehmen, denen durch moderne Rauchgasüberwachung mit kontinuierlicher Emissionsmessung Einsparungen ermöglicht werden.

„Haze“ in China: VOC spielen zentrale Rolle bei der Entstehung von photochemischem Smog

Chinas Großstädte kämpfen schon seit langem mit Smog, und die Regierung hat bereits mit zahlreichen Aktionsplänen versucht, das Problem einzudämmen. So wurden in den letzten zwei Jahren Fabriken geschlossen und Fahrverbote eingeführt. 2017 wurde außerdem die Umstellung vom Heizen mit Kohle auf Gas und Strom angeordnet. Auch in Bezug auf flüchtige organische Verbindungen (VOC) hat die chinesische Regierung Verordnungen verabschiedet.

VOC spielen eine zentrale Rolle bei der Entstehung von photochemischem Smog, der für den berüchtigten „Haze“ (Dunst, Dunstglocke) – in China als „Wu Mai“ bekannt – verantwortlich ist. Es handelt sich dabei um ein ernst zu nehmendes Verschmutzungsproblem, dem die Politik durch die Eindämmung der VOC-Emissionen zu begegnen versucht. Der erste Schritt zur Erreichung dieses Ziels ist die Überwachung der Emissionen.

Geräte zur Überwachung der VOC-Emissionen funktionieren nach verschiedenen Prinzipien. In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf die Online-Hochtemperatur-VOC-Überwachung, bei der die Rauchgase nicht erst heruntergekühlt werden müssen, sondern dem Analysegerät im heißen Zustand zugeführt werden. Dadurch wird vermieden, dass einzelne Bestandteile des Rauchgases kondensieren.

Weltweit hat ein Umdenken stattgefunden, das zu Maßnahmen geführt hat, durch die der Schadstoffausstoß reduziert und die Produktion effizienter wird. Wir von KNF sind stolz darauf, dass unsere Pumpen dazu beitragen, die Luftqualität nachhaltig zu verbessern. Zielführend ist beispielsweise, dass die Pumpen in Verbindung mit Sensoren und Analysegeräten eingesetzt werden, die durchgehend den Schadstoffausstoß überwachen.

Der chinesische Hersteller Focused Photonics Inc. (FPI) in Hangzhou (China) hat ein Nichtmethankohlenwasserstoff (NMHC)-Analysegerät entwickelt, dem das Rauchgas mithilfe unserer Pumpen aus einem Schornstein zugeführt wird. Der Hersteller bietet zwei Produktlinien an, die für Temperaturen von bis zu 60°C bzw. bis zu 240°C geeignet sind.

Damit das Gas nicht abkühlt, befindet sich der Pumpenkopf in einem auf 140 – 180°C aufgeheizten Gehäuse. Zu diesem Zweck verwendet das Unternehmen unsere temperaturbeständigen Pumpen. Je nach Bedarf bieten wir verschiedene Optionen mit unterschiedlichen mechanischen Anpassungen, z. B. mit einem um 180° nach unten gedrehtem Pumpenkopf, mit einem individuell vom Kompressorgehäuse abgesetztem Pumpenkopf, mit Isolation zur Eindämmung des Wärmeverlusts, mit Bohrungen im Pumpenkopf für Heizelemente und Sensoren, mit Schwingmetallen, die die Vibration reduzieren, oder mit speziellen Montagefüßen.

Ein Sensor am Einlass des Analysegeräts misst den Druck, während ein Durchflussmesser am Auslass die Durchflussmenge regelt. Die Durchflussrate (1 l/min) wird gewöhnlich manuell mithilfe eines Nadelventils gesteuert. Dies ist wichtig, um sicherzustellen, dass die Überwachung unter konstanten Bedingungen stattfindet.

Um die Probe vom Schornstein oder der Abgasanlage zum Analysegerät zu befördern, bieten wir je nach Analyseanforderung und Anwendungsumfang temperaturbeständige Pumpen für eine Förderrate von 6 bis 32 LPM. Die für diese Anwendung entwickelten Pumpen, können für Gastemperaturen von bis zu 240°C genutzt werden. Sie sind gasdicht und kondensationssicher.

Die Membranpumpe erfordert sehr wenig Wartung und bietet dank ihrer Anbindungsoptionen größere Flexibilität. Wir empfehlen die Verwendung eines BLDC-Motors, da dieser über die Drehzahlregelung in den Steuerungsprozess integriert werden kann und die Pumpe so alle zu analysierenden Betriebspunkte abdecken kann.

Mit einem BLDC-Motor sind folgende Optionen möglich.

• Standard-Förderleistung: Die Pumpe liefert ihre Nennförderleistung, wenn der BLDC-Motor mit einer Versorgungsspannung von 24 V betrieben wird.
• Voreingestellte Förderleistung: Die Nennförderleistung der Pumpe kann vorab eingestellt werden. Wird der BLDC-Motor dann mit der Versorgungsspannung betrieben, liefert die Pumpe eine spezifische Durchflussmenge.
• Regelbare Durchflussmenge: Die Durchflussmenge der Pumpe kann durch die Regelung der Motordrehzahl mittels der folgenden Optionen angepasst werden:
  • Analoges Signal: Zusätzlich zur Spannungsversorgung wird eine Steuerspannung am Motor angelegt. Möglich wäre zum Beispiel eine Steuerspannung von 0 bis 5 V, bei welcher der Motor bei 5 V mit maximaler Drehzahl läuft und bei 0 V die minimale Drehzahl erreicht. 
  • Stromsteuerung: Zusätzlich zur Spannungsversorgung wird ein Stromsteuerungssignal angelegt und die Motordrehzahl über den Steuerstrom Dabei kann zum Beispiel ein Stromsignal von 0 bis 20 mA verwendet werden.
  • PWM-Signal: Zusätzlich zur Versorgungsspannung wird ein Pulsweitenmodulationssignal (PWM-Signal) am Motor der Pumpe angelegt, das von einem PWM-Generator (in der Regel einem Microcontroller) erzeugt wird. Das Zweipunktsignal steuert die Drehzahl des Motors anhand der Länge der Impulse. 

Sofern eine Pumpe mit Wechselstrommotor gewünscht wird, können wir diesen in allen gängigen Spannungen liefern.

Zusammenfassung: Die für die kontinuierliche Emissionsmessung eingesetzten Pumpen von KNF tragen zur Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Analysesysteme bei und helfen bei der Optimierung von Verbrennungsprozessen. Durch die vielseitige Regelbarkeit der bürstenlosen Gleichstrommotoren kann dieser positive Beitrag durch die KNF Pumpen sogar noch vergrößert werden.