Osaatko tulkita NOx-tuloksiasi?

NOx, eli typenoksidit, on enemmän ja enemmän tarkastelun alla. Typpioksi- deja  koskeva lainsäädäntö todennäköisesti tiukkenee tulevaisuudessa ja sallitut päästörajat laskevat. Päästöjen säännöllisestä mittauksesta on tullut arkipäivää monelle prosessiteollisuuden alalle. Jotta tuloksia voitaisiin tulkita ja hyödyntää oikein, on tärkeää mitata NOx-päästöt oikealla tavalla ja ymmärtää syy-seuraus suhteet.

Palamisen yhteydessä muodostuu haitallisia typpiyhdisteitä, joista tärkeimmät ovat typpimonoksidi (NO) ja typpidioksidi (NO2). Yhdisteistä käytetään yhteisnimitystä NOx. Muodostuminen tapahtuu typen ja hapen reagoidessa keskenään. NOx yhdisteistä noin 95 % on peräisin NO:sta ja loput 5 % NO2:sta. Typpioksidipäästöjä mitatessa ei tehdä eroa monoksidien ja dioksidien välillä vaan käytetään yhteistä lyhennettä NOx, koska suuri osa typpimonoksidista hapettuu ilmakehässä suhteellisen nopeasti typpidioksidiksi.

Hapen kanssa palamisessa reagoiva typpi on joko polttoaineeseen sitoutunutta typpeä tai polttoilmassa olevaa molekyylityppeä. Polttoaineen sisältämä typpi on hyvin reaktiivista ja se onkin  merkittävä typen oksidien lähde. Palamisen yhteydessä syntyy pääosin typpimonoksidia. Typpimonoksidin muodostus alkaa 1 200- 1 300 °C:n lämpötilassa ja kiihtyy voimakkaasti lämpötilan noustessa. Lämpötilaherkkyytensä vuoksi tätä typpimonoksidin muodostumismekanismia kutsutaan termiseksi NOx:ksi. Terästeollisuudessa terminen NOx on tavallisin NOx-päästöjen lähde, sillä sitä syntyy muun muassa kuumennusuuneissa.

NOx-mittaus paikallistaa ongelman
Pienestä ongelmasta voi tulla äkkiä suuri ja kallis puhtaasti investointimielessä. NOx-mittauksella pystytään paikallistamaan ongelma tarkasti, ja näin tarpeettomat ja kalliit toimenpiteet voidaan välttää. Hyvin tehty NOx-mittaus esimerkiksi kertoo sen, toimiiko kuumennusunuuni kuten sen pitäisi. On helppoa ja yksinkertaista saada selville jos uuni ei ole tiivis tai jos uunin paine on väärä, mikä puolestaan vaikuttaa suoraan uunin energiatehokkuuteen. Yksi tärkeä asia johon mittauksissa keskitymme, on asiakkaidemme auttaminen analysoimaan mahdollista jäännöshappea. Jäännöshappi vaikuttaa NOx:in muodostumiseen ja mittaamalla voidaan päätellä, johtuuko korkea jäännöshappipitoisuus ilmavuodoista vai väärin säädetyistä polttimista.

Tuloksen analysointi ja ymmärtäminen
NOx-mittauksessa mitataan savukaasun typpioksidien, hapen, hiilimonoksidin ja hiilidioksidin pitoisuuksia. Tulosten laskenta ja kuinka ne esitetään on kuitenkin yhtä tärkeää, ja tässä on selviä kansallisia eroja. Mittausten analysoinnille ja raportoinnille ei ole olemassa globaalia standardia, joten esimerkiksi jo Suomen ja Ruotsin välillä on eroja kuinka tuloksia esitetään. EU-tasolla on meneillään keskusteluja uusien BREF-dokumenttien osalta siitä, kuinka esimerkiksi NOx-päästörajat ja yksiköt määritellään. Tällä hetkellä sovelletaan kuitenkin erilaisia tapoja.

Yksi tyypillinen mittausten esitystapa, jota käytetään tällä hetkellä esimerkiksi kuumennus- ja lämpökäsittelyuuneissa, perustuu NOx-määrään energiamäärää kohti (ilmaistaan mgNOx/MJ). Tämä on standardi Ruotsissa. Toinen esitystapa  on pitoisuusarvo  (ilmaistaan mgNOx/Nm3 red.  3% O2), mikä on standardi Suomessa. Pitoisuusarvona esitys antaa oikean tuloksen vain, jos palamiseen on käytetty vain ilmaa. Eri polttotekniikoiden vertailu on mahdollista hyödyntämällä eri laskentamenetelmiä, jolloin esimerkiksi ilmapolton ja happipolton vaikutusta päästöihin voidaan verrata.  Tämä edellyttää kuitenkin, että savukaasun hiilidioksidipitoisuus mitataan ja polttoaineen koostumus on tunnettu.

Fredrik Nyman ja Fredrik Stark ovat AGAn prosessikehitykseen ja energiatehokkuuteen erikoistuneita sovellusinsinöörejä.

Tulosten tulkitseminen oikealla tavalla vaatii, että erilaiset esitystavat ja niiden perusteet tunnetaan. Esimerkiksi palamisen tehostaminen hapella vähentää sekä savukaasujen määrää että energiankulutusta. Kuitenkin mittaustulos voi osoittaa NOx-pitoisuuden kasvavan, vaikka todellisuudessa NOx- päästöt vähenevät. On siis ymmärrettävä mikä vaikuttaa NOx:in muodostumiseen, ja osattava ottaa huomioon siihen vaikuttavat tekijät pelkkien tulosten tuijottamisen sijaan.

Näistä syistä on tärkeää tuntea mitattava prosessi, esitystapojen erot ja kuinka niitä tulee tulkita. Kokonaiskuvan ymmärtäminen tekee päätöksenteon helpommaksi ja edesauttaa oikeiden jatkotoimien tekemistä päästöjen vähentämiseksi.

Teksti: Fredrik Stark, Fredrik Nyman 
Kuva: Cecilia Rudengren, Erik Larsson