NOx-päästöjen mittaaminen
Miten prosessit pidetään hyvässä kunnossa
Säännölliset päästömittaukset kuuluvat monilla prosessiteollisuuden aloilla rutiinikäytäntöön. Yhtä selvää sen sijaan ei ole mittaustulosten mittaaminen, tulkitseminen ja arvioiminen. Jotta voitaisiin tietää, millä toimenpiteillä päästöjä voidaan vähentää, ja mitkä tekniikat soveltuvat parhaiten kulloisiinkin prosesseihin, on ensin ymmärrettävä mikä NOx-päästöihin vaikuttaa. AGAn metallurgian asiantuntijat Fredrik Nyman ja Fredrik Stark selittävät, miten asiat liittyvät toisiinsa, ja antavat vinkkejä prosessien tuottavuuden ja energiatehokkuuden parantamiseksi.
Terästeollisuudessa suurin typen oksidien päästöjen aiheuttaja on termiset typen oksidit. Niitä syntyy, kun happi ja typpi reagoivat toistensa kanssa korkeissa 1 200 – 1 300 celsiusasteen lämpötiloissa, esimerkiksi kuumennusuuneissa. Lämpötilan noustessa niiden muodostuminen kasvaa eksponentiaalisesti.
Typen oksidien mittaukseen liittyvän ongelman paikantaminen
Pienestä ongelmasta voi investointimielessä äkkiä tulla suuri ja kallis. NOx-päästöjen mittauksella voidaan paikantaa ongelmaa ja toteuttaa tarvittavia toimenpiteitä ja siten välttyä tarpeettomilta ja kalliilta investoinneilta. Hyvin tehty NOx-mittaus esimerkiksi kertoo sen, toimiiko kuumennusuuni kuten sen pitäisi. On helppoa ja yksinkertaista saada selville, onko uuni tiivis tai onko uunin paine väärä, mikä puolestaan vaikuttaa paljon energian kulutukseen.
”Pyrimme auttamaan asiakkaitamme erityisesti mahdollisen jäännöshapen analysoinnissa, jolla on suuri vaikutus NOx muodostumiseen. Mittaamalla voidaan päätellä, onko jäännöshappi peräisin vuotoilmasta vai väärin säädetyistä polttimista”, sanoo AGAn sovellusinsinööri Fredrik Stark.
Fredrik Nyman ja Fredrik Stark ovat AGAn prosessikehitykseen ja energiatehokkuuteen erikoistuneita sovellusinsinöörejä.
Maailmanlaajuinen mittausnormi puuttuu/strong
NOx-mittauksella mitataan päästöjen typpidioksidin, hapen ja hiilidioksidin osuutta. Siinä ei ole oikeastaan mitään epäselvää, mutta tärkeää ja nykypäivänä paljon erimielisyyksiä aiheuttavaa on se, miten tulokset lasketaan ja esitetään.
”Tällä hetkellä meiltä puuttuu maailmanlaajuinen normi mittausten analysointiin ja raportointiin. Jo yksistään Ruotsi ja Suomi analysoivat ja tulkitsevat mittaustuloksia eri tavalla. EU:ssa käydään parhaillaan keskusteluja mahdollisesta NOx-päästöjen raportointistandardista. Tällä hetkellä sovelletaan kuitenkin erilaisia menetelmiä”, kertoo AGAn sovellusinsinööri Fredrik Nyman.
Tärkeää ymmärtää arvoihin vaikuttavat tekijät
Yleinen tapa raportoida esimerkiksi kuumennus- ja lämpökäsittelyuunien päästöjä Ruotsissa on ilmoittaa päästöt NOx-määränä energiayksikköä kohti (ilmaistaan milligrammoina NO2/MJ). Suomessa taas päästöt raportoidaan pitoisuutena (ilmaistaan milligrammoina NO2/Nm3, redusoituna 3 % O2-pitoisuuteen).
”Pitoisuutena esittäminen antaa oikean tuloksen vain, jos pelkästään ilmaa käytetään palamiseen. Tulosten vertailu kuitenkin vaikeutuu, jos palamisen apuna käytetään happirikastusta tai jos palamisilma korvataan kokonaan puhtaalla hapella. Vertailu on mahdollista jos myös hiilidioksidipitoisuus mitataan samanaikaisesti ja polttoaine on tiedossa”, selvittää Nyman. Jotta tuloksia tulkittaisiin oikein, on tärkeää ymmärtää erot eri raportointitapojen välillä. On siis tunnettava, mitkä tekijät vaikuttavat NOx-päästöjen muodostumiseen ja otettava huomioon erilaiset mittausvaatimukset, sen sijaan että tuijotettaisiin pelkkiin numeroihin.
”Jos esimerkiksi käytetään happirikastusta ja sen seurauksena energiankulutus laskee, savukaasujen määrä polttoprosessissa vähenee, minkä seurauksena NOx-pitoisuus saattaa näyttää korkeammalta vaikka todelliset päästöt vähenevät”, selvittää Stark. ”Tästä syystä on tärkeää ymmärtää eri tekniikoiden vaikutukset ja sisäistää se, miten tuloksia pitäisi tulkita. Sen jälkeen on helpompi tehdä päätöksiä toimenpiteistä päästöjen vähentämiseksi riippumatta siitä, onko kyse jostain prosessiongelmasta vai NOx-päästöjä vähentävän tekniikan asentamisesta”, lisää Nyman.
Toimia NOx-päästöjen välttämiseksi
Koska typen oksideja syntyy luontaisesti kaikenlaisissa palamisprosesseissa, päästöjä on mahdoton leikata nollatasolle. Haasteena on siksi sekä pitää päästötasot alhaisina että samanaikaisesti pyrkiä säästämään polttoainetta. Typen oksidien puhdistamiseen on olemassa erilaisia tekniikoita, mutta paras tapa on pyrkiä välttämään typen oksidien muodostumista valitsemalla kulloinkin oikea polttotekniikka ja valvomalla prosessia säännöllisesti. ”AGAlla me olemme kehittäneet happiratkaisuja, jotka ovat osoittautuneet erittäin tehokkaiksi, ja olemme kyenneet auttamaan asiakkaitamme vähentämään NOx-päästöjä huomattavasti, sanoo Stark.
Aktiivisesti ehkäiseva kunnossapito
Tärkeä tekijä, jota ei pidä aliarvioida, on uunien kunnossapito. Kohonnut NOx-pitoisuus tässä yhteydessä on usein merkki siitä, ettei kaikki ole kunnossa, ja että prosessia voidaan optimoida. Korkeat NOx-arvot aiheutuvat usein vuotoilmasta tai väärin säädetystä polttoaineen ja palamisilman tai hapen suhteesta.
”Jo pelkästään vaurioitunut uuninluukku, rikkinäinen painemittari tai jumittunut säätöpelti voi aiheuttaa suuren vuotoilmamäärän pääsyn uuniin. Se aiheuttaa paitsi typen oksidien muodostumista myös lisää polttoaineen kulutusta. On esimerkkejä uuneista, joissa vaurioitunut säätöpelti on enemmän kuin nelinkertaistanut NOx-päästöt (75 mg/MJ –> 300 mg/MJ) ja lisännyt energiankulutusta yli 15 %”, selittää Nyman.
Päästöjen vähentämiseksi tehtäviä toimenpiteitä ei siksi toteuteta vain viranomaisvaatimusten täyttämiseksi, vaan myös energiatehokkuuden, tasaisen lämpötilan ja mahdollisimman tuottavien prosessien varmistamiseksi. ”Säännölliset prosessimittaukset ja aktiivisesti ehkäisevä säätöpeltien, luukkujen ja polttojärjestelmän huolto on siksi edellytys NOx-päästötasojen pitämiseksi alhaisina, jolloin ongelmat voidaan havaita ja niihin voidaan puuttua ajoissa”, sanoo Stark lopuksi. ”Seurauksena voi olla, että NOx-pitoisuus näyttää suuremmalta, vaikka päästöt todellisuudessa pienenevät”
Teksti ja kuvat: Cecilia Rudengren
