YANMA GAZLARI ÖLÇÜMLERİ

Transkript

1 T.C. ÇEVRE VE ORMAN BAKANLIĞI ÇEVRE YÖNETĠMĠ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ ÖLÇÜM VE ĠZLEME DAĠRESĠ BAġKANLIĞI YANMA GAZLARI ÖLÇÜMLERİ Esra TURAN KILIÇ Çevre ve Orman Uzmanı

2 Sunum Ġçeriği Emisyon nedir? Yanma gazları ölçümü neden yapılır? BaĢlıca ölçüm parametreleri Standartlar Ölçüm prensipleri Ölçüm noktalarının belirlenmesi Yanma gazları ölçümleri Ölçüm hesaplamaları

3 Emisyon Nedir? Emisyon, yakıt ve benzerlerinin yakılmasıyla; sentez, ayrıģma, buharlaģma ve benzeri iģlemlerle; maddelerin yığılması, ayrılması, taģınması ve diğer mekanik iģlemler sonucu bir tesisten atmosfere yayılan hava kirleticileri olarak tanımlanır. Atmosfere açılan ve açıldığı noktadan çeģitli gaz ve tozları bırakan her nokta emisyon kaynağı olarak değerlendirilir.

4 Yanma Gazları Ölçümü Neden Yapılır? Emisyonları azaltmak Emisyonları limitlerin içinde tutmak Yakıt tasarrufu sağlamak Kazanların verimliliğini artırmak Üretim prosesinde kaliteyi artırmak Proseste kullanılan kazanların ayarlarını yapmak Emisyon ile ilgili yasalara uymak

5 Mevzuat Yanma gazları ölçümleri 03 Temmuz 2009 tarih ve sayılı Resmi Gazetede yayımlanarak yürürlüğe giren Sanayi Kaynaklı Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği ne göre yürütülür.

6 BaĢlıca Ölçüm Parametreleri Yönetmelikte yer alan önemli kirleticiler Ģunlardır; Yanma Gazları (SO 2,NOx,CO,toz) Toz Emisyonunda Özel Maddeler (Ağır Metaller) Proses Gazları (Uçucu Organik Buhar ve BileĢikler) Flor-Klor PAH(Poliaromatik hidrokarbonlar) PM 10 Çöken Toz

7 SO 2 Hakkında Kısaca Atmosfere verilen kükürt konsantrasyonunun en önemli kısmı fosil kökenli yakıtların yanması sonucunda oluģur. Renksiz, boğucu kokulu bir gazdır. Havada bulunabilen çeģitli katı partiküllerin yüzeylerinde reaksiyon gösterir. Suda hemen çözünür, havadaki su damlacıkları ile okside olur.

8 SO2 Hakkında Kısaca Ortamda herhangi bir katalizör madde bulunmadığı durumda, kükürtdioksit yavaģ bir reaksiyonla kükürt trioksite dönüģür. Kükürttrioksitin atmosferde derhal sülfürik asite (H 2 SO 4 ) dönüģmesinden dolayı, atmosferdeki kalıģ süresi çok kısadır. Su ile asit oluģturması nedeni ile kirletici olarak önem taģımaktadır.

9 NOx Hakkında Kısaca Fosil kökenli yakıtların yanması sonucunda yüksek sıcaklıklarda meydana gelen azot oksitlerin çok az miktarını azot dioksit, en fazla kısmını da azot monoksit oluģturur. Atmosfere yayılımı; taģıt egzozları, yakma üniteleri, kimyasal iģlemler, ısınma amacı ile kullanılan bazı fosil kökenli yakıtların yanması, elektrik üretimi gibi emisyon kaynaklarından olmaktadır.

10 NOx Hakkında Kısaca Gerek atmosferdeki konsantrasyonu, gerekse özelliği nedeni ile insan sağlığına en fazla olumsuz etki gösteren azot bileģiği azot monoksitin oksidasyonu ile oluģan azotdioksittir Atmosferdeki nem ile azot oksitlerin reaksiyonu sonucunda asit aerosollerinin veya asit yağmurunun oluģumu söz konusu olmaktadır.

11 CO Hakkında Kısaca Karbon monoksit (CO) yetersiz yanma ürünü olarak; fosil yakıtlar, karbon içeren materyaller, bazı endüstriyel ve biyolojik iģlemler sonucu atmosfere verilen bir kirleticidir. Özellikle nemli, düģük kaliteli ve yavaģ yanan yakıt ve düģük sıcaklıklardaki yanma iģlemleri CO emisyonunun artmasına neden olur. TaĢıt araçları, endüstriyel iģlemler, ısıtma sistemleri ve yakma üniteleri en önemli karbonmonoksit kaynaklarıdır.

12 CO Hakkında Kısaca Renksiz, kokusuz, havadan daha hafif bir gaz olup suda çözünür. Kan bileģimindeki hemoglobin ile birleģme eğilimi oksijenden 200 kat daha fazladır. Bu nedenle insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkisi öncelikle kan ve bu yolla diğer organlarda gözlenir ve en önemli maruziyet solunum yolu ile olmaktadır. Atmosfere verilen karbon monoksit toplam emisyon miktarı diğer kirleticilerden önemli ölçüde fazladır.

13 Standartlar Yanma gazları ölçümlerinde genel olarak kullanılan standartlar Ģunlardır; SO 2 ölçümleri için :TS ISO 7935 CO,O 2,CO 2 ölçümleri için : TS ISO NOx (NO+NO 2 ) ölçümleri için : EPA CTM 22 Gaz deriģimlerinin otomatik tayini için numune alma:ts ISO10396

14 Ölçüm Prensipleri Yanma gazları ölçümlerinde kullanılan cihazlar genellikle aģağıdaki ölçüm prensiplerine göre çalıģan cihazlarla ölçülür; Elektrokimyasal - Elektrokimyasal Metot Spektroskopi -IR (Kızıl ötesi) -UV (Mor ötesi)

15 Elektrokimyasal Hücre Prensibi Elektrokimyasal hücrelerde gaz, seçici bir yarı geçirgen membran içinden bir elektrota ve elektrolit çözeltiye yayılır. Gaz, elektrotta reaksiyona girer ve karģı elektrotta aynı oranda negatif bir potansiyel farkı doğurur. Bu yolla elde edilen elektron akımı uygun bir elektronik düzenekle ölçümlenir.

16 Spektroskopi Spektroskopi, bir numunedeki atom, molekül veya iyonların, bir enerji düzeyinden diğerine geçiģleri sırasında absorblanan veya yayılan elektromanyetik ıģımanın ölçülmesi ve yorumlanmasıdır. Her atom, molekül veya iyonun elektromanyetik ıģıma ile kendine özgü bir iliģkisi vardır ve bunların dönme, titreģim ve elektronik enerjilerindeki değiģiklikler spektroskopinin en önemli türlerini oluģturur.

17 IR Sensör ÇalıĢma Prensibi Farklı atomlu molekülleri ihtiva eden gazların tek bir dalga boyundaki infrared ıģınını absorplaması prensibine dayanır. Belli bir kızılötesi frekans bandında absorbsiyon özelliği olan bir gaz bileģeni konsantrasyonunun tayini için ölçüm gazı uygun frekans bandında bir kızılötesi radyasyon ortamından belirli bir hızla geçirilir. Ölçüm gazındaki ilgili gaz bileģeninin konsantrasvonu ile orantılı olarak meydana gelen absorbsiyondan oluģan enerji kaybı, hiçbir absorbsiyon enerji kaybına uğramayan referans ortamla karģılaģtırılarak değerlendirilir.

18 IR Sensör ÇalıĢma Prensibi

19 Yanma Gazları Ölçümleri Yapılan ölçümlerin sağlıklı olması, doğru numune almaya dayanır. Numune almayı etkileyen en önemli faktörler, doğru noktadan numune alınması ve numune alma süresidir.

20 Ölçüm Noktalarının Belirlenmesi Ölçülen gaz deriģimlerinin, bacanın veya borunun içindeki ortalama deriģimi temsil edici olması sağlanmalıdır. Temsil edici olmasını etkileyen faktörler;deriģimde ve sıcaklıktaki değiģmeler veya nem veya gaz tabakalanması dolayısıyla boru boyunca hızdaki değiģmeler gibi akıģ iģlemindeki düzensizlikler, gaz sızıntıları, hava sızması ve gaz reaksiyonlarıdır.

21 Ölçüm Noktalarının Belirlenmesi Hız profilinin laminer akıģ profilini temsil etmesi gerekir.laminer akıģ profilinde hız ortada maximum, kenarlara doğru sürtünmeden dolayı düģük olması gerekir.

22 Ölçüm Noktalarının Belirlenmesi Gaz akıģ düzeni dirseklerde bozulduğu için ölçüm noktalarının dirseklere yakın olmaması gerekmekte ve standartların belirlediği mesafeler uygulanmalıdır.

23 Ölçüm Noktalarının Belirlenmesi Kesit daralmasında akıģ bozulması nedeniyle ölçüm noktalarının belirlenmesinde bu durum göz önünde bulundurulmalıdır.

24 Ölçüm Noktalarının Belirlenmesi EPA 1 Standardına göre numune alınacak nokta; Gaz çıkıģ hattında türbülans ortaya çıkarabilecek dirsek noktası Baca geniģliğinin değiģtiği noktalar Gözle görülebilir bir alev olduğu noktalardan itibaren akıģ yönünün tersinden en az 8 hidrolik çap ve akıģ yönünden ise en az 2 hidrolik çap uzaklıkta olmalıdır.

25 Ölçüm Noktalarının Belirlenmesi TS ISO Standardına göre; Numune alma düzleminde yeterince homojen bir gaz hızı dağılımını sağlamak için borunun düz bölümü en az 7 hidrolik çap uzunluğunda olmalıdır. Numune alma yeri, boru giriģinden 5 hidrolik çap uzağa yerleģtirilir. Numune alma düzlemi, boruda gaz akıģının atmosfere çıkıģ noktasına yakın bir yere yerleģtirilirse, boru çıkıģına olan mesafe 5 hidrolik çap olmalıdır( düz kısım 10 hidrolik çap).

26 Ölçüm Noktalarının Belirlenmesi TS ISO 9096 Standardına göre; Numune alma düzlemi, baca giriģ ve çıkıģ yerlerinden 5 hidrolik çap mesafede yer almalıdır. As : Numune düzleminin kesit alanı Is : Numune düzleminin çevre uzunluğu 1.Numune Alma Hatları 2. Numune Alma Düzlemi 3. Giriş Deliği 4. Akış 5. Baca Tepesi

27 Yanma Gazları Ölçümleri Ölçümler yapılmadan önce, numune alınacak ve tayin edilecek emisyonların yakıt bileģimi, ve prosesi belirlenmelidir. Böylece beklenen gaz bileģimi ve muhtemel bozucular tespit edilmelidir.

28 Yanma Gazları Ölçümleri Örnekleme sistemine hava giriģi veya sistemden dıģarıya gaz kaçağı olmamalıdır. Numune alma yeri, boru veya bacada gazın akıģını ciddi olarak bozan bir düzenden uzak bir yerde olmalıdır.

29 Yanma Gazları Ölçümleri Alınan gaz ile kullanılan prob, örnekleme hattı ve diğer malzemeler arasında kimyasal reaksiyonlar olmaması için uygun malzemeden yapılmıģ ekipman kullanılmalıdır. Metal sondalar, gaz numuneleri almak için yaygın Ģekilde kullanılırlar. YumuĢak çelik, oksitleyici gazlar tarafından korozyona uğrar. Paslanmaz çelik veya krom çeliği yüksek sıcaklıklara kadar dayanabildiğinden tercih edilmektedir.

30 Yanma Gazları Ölçümleri Kayıpları önlemek için örnekleme hattı mümkün olduğu kadar kısa tutulmalı ve ısıtılmalıdır. Isıtılan gazın ölçüm hücresine gelmeden önce soğutulması gerektiğinden örnekleme hattına bir soğutucu eklenmelidir(dahili ya da harici).

31 Yanma Gazları Ölçümleri Tesis, ölçümler sırasında tam kapasite ile çalıģmalıdır. Baca gazı ölçüm cihazının izlenebilir referans gazlarla her ölçümden önce, sahada doğrulaması yapılmalıdır. Baca gazı hızı, sıcaklığı ve basıncı tespit edilmelidir.

32 Yanma Gazları Ölçümleri SKHKKY gereği en az üç ölçüm yapılarak bu ölçümlerin ortalaması alınmalıdır. Ölçülecek gazların cihaz ekranında görünen sayısal değerleri ekranda kontrol edilerek, değerlerde dalgalanma olmamasına (sabit olmasına) dikkat edilmelidir.

33 Yanma Gazları Ölçümleri Ölçüm esnasında, bacadaki sıcaklık değerinin sabit olmasına dikkat edilmelidir ve sıcaklıkla birlikte kirletici parametrelerinin konsantrasyon değerleri de stabil hale geldiği zaman ölçümler tamamlanarak sonuçlar yazıcıdan alınmalıdır.

34 Yanma Gazları Ölçümleri Ölçümler esnasında yanma verimi, oksijen değeri, fazla hava katsayısı gibi değerler de cihaz üzerinden takip edilebilir ve bu değerler bize yanma kalitesi hakkında fikir verebilirler.

35 Yanma Gazlarında Nem SKHKKY kapsamında emisyon sınır değerleri kuru baz ve normal Ģartlar esas alınarak belirlendiği için ölçüm sonuçlarında nem düzeltmesinin yapılması dolayısıyla da baca gazındaki nem oranının belirlenmesi gerekmektedir.

36 Ölçüm Hesaplamaları SKHKKY Ek.6: Yönetmelikte belirtilen emisyon sınır değerleri kuru baz ve normal Ģartlar esas alınarak belirlenmiģtir. C(mg/Nm 3 ) = C(ppmV) x C (mg/nm 3 ) : Normal Ģartlarda (0 0 C, 1 atm)kütlesel konsantrasyon M 22,4 C (ppmv) : Hacimsel konsantrasyon (milyonda bir birim) M: Bir molekül gazın ağırlığı

37 Ölçüm Hesaplamaları Oksijen DönüĢümü Oksijen DönüĢümü aģağıdaki formülle hesaplanır: mg/nm 3 (ref.) = 21-O2 %(ref) x mg/nm 3 (ölçülen) 21-O2 %(ölçülen)

38 Ölçüm Hesaplamaları Kütlesel Debi: Birim zamanda yayılan hava kirleticinin kütlesidir. Kg/saat, g/saat, mg /saat birimleriyle verilir. Kütlesel Debi = Hacimsel Debi x Konsantrasyon (Nm 3 /h) (mg /Nm 3 )

39 Ölçüm Hesaplamaları Örnek Hesaplama: Bir baca gazında aģağıdaki değerler ölçülmüģ olsun. SO2: 200 ppm Baca Gazı Hızı: 4 m/s Baca Gazı O2 yüzdesi: % 8 Baca Kesit Alanı: 1,5 m 2 Baca Gazı Nem Oranı: % 13 Baca Gazı Sıcaklığı : C Bacadaki atmosferik basınç : 0,9 atm.

40 Ölçüm Hesaplamaları SO 2 (mg/nm 3 ) = 200*64/22,4 = 571 mg/nm 3 ( Kuru bazda, Normal ġartlarda) Not:Ölçüm hücresinden hemen önce nem uzaklaģtırma ünitesi bulunur. Bu nedenle baca gazının ölçüm hücresine kuru olarak ulaģtığı ve bulunan değerin doğrudan kuru bazda olduğu kabul edilir. Ayrıca nem düzeltmesi yapılmaz.

41 Ölçüm Hesaplamaları Sıvı ve gaz yakıtlı bir yakma tesisinde fazla oksijen miktarı %3 olarak kabul edilmiģken katı yakıtlı bir yakma tesisinde bu miktar %6 dır. Ref. O 2 düzeltmesi(%3 O 2 ye göre düzeltme yapacak olursak) SO 2 (%3 O 2 ye göre)= ((21-3)/(21-8))*571 = 788 mg/nm 3

42 Ölçüm Hesaplamaları Baca Gazının Hacimsel Debisi= Baca gazı hızı * Baca kesit alanı = 4m/sn * 1,5m 2 = 6m 3 /sn P1*V1/T1= P2*V2/T2 bağıntısı kullanılırsa 0,9*6/( ) = 1*V 2 /273 den V 2 = 3,4 Nm 3 /sn bulunur Burada hız, baca Ģartlarında ölçüldüğünden nem düzeltmesi yapmak gerekir. Kuru bazda hacimsel debi =3,4*(100-13)/100 = 3,4*0,87 = 2,95 Nm 3 /sn olarak hesaplanır.

43 Ölçüm Hesaplamaları SO 2 nin kütlesel debisi=571mg/nm 3 *2,95Nm 3 /sn = 1684,4 mg/sn Buradan gerekli birim dönüģümleri yapılırsa; SO 2 nin kütlesel debisi = 1684,4 * 3600/ 10 6 = 6,064 kg/h

44 TEġEKKÜRLER...