Messgeräte aus der Entwicklung bei ESG

Erste Untersuchungen zur Abscheidung relevanter Inhaltsstoffe in Rauchgaswäschern, insbesondere auch von Quecksilber, hat Prof. Wurz mit seiner Arbeitsgruppe von der Universität Karlsruhe im Jahre 1982 an einem Braunkohlekraftwerk in Texas (USA) durchgeführt, schon vor der Einführung der Rauchgasentschwefelung
in Deutschland. Schwächen bei den damals verfügbaren Mess- und Probenahmesystemen gaben den Anstoß zur Entwicklung eigener Verfahren und Geräte. Fehlerhafte Ergebnisse werden in erster Linie durch Unzulänglichkeiten bei der Vorbereitung der Messkampagnen sowie durch Probenahmefehler an den zu untersuchenden Anlagen ausgelöst. Jedoch lassen sich “Irrläufer” durch eine jahrzehntelange Erfahrung auf diesem Gebiet weitestgehend vermeiden. Der Einsatz langjährig erprobter Messgeräte trägt entscheidend zum Erfolg bei.

 

Messung der Tropfengrößenverteilung, der Tropfenbeladung und der Tropfeninhaltsstoffe

Die ESG wird seit ca. 30 Jahren weltweit mit der Durchführung von Tropfenmessungen beauftragt, insbesondere an Nasskühltürmen, Rauchgaswäschern und Schornsteinen. Im Vergleich mit den Wettbewerbern dürfte die ESGmbH auf diesem Gebiet die größte Zahl an Referenzen aufweisen können. Für die Bestimmung der Tropfengrößenverteilung, der Tropfenbeladung sowie der Tropfeninhaltsstoffe wurden bei ESG unterschiedlichste Impaktoren jeweils für bestimmte Einsatzgebiete entwickelt, wie den nachfolgenden Bildern 6.1 und 6.2 zu entnehmen ist. Mit unseren Sondensystemen sind wir in der Lage, Kanäle bis zu Querschnittsabmessungen
von ca. 10 m von außen zu beproben bzw. zu überstreichen. Kühlturm - Abnahmemessungen (Kühlturmdurchmesser ca. 50 - 100 m) werden von einem in den Kühlturm einsteigenden und mit dieser Situation erfahrenen Messingenieur durchgeführt.

 

Kippsonden für Staubmessungen

Interessant sind auch die speziellen Kippsonden für Staubmessungen bei kleinen Abmessungen der Messstutzen bzw. Messflansche, die bei ESG entwickelt wurden,
Bild 6.3.

 

Glasbausteine für die Miniaturpilotierung

Ein Beispiel aus dem ESG - Fundus an Glasbausteinen zur Miniaturpilotierung verfahrenstechnischer Anlagen zeigt Bild 6.4.

 

Messung des SO₃ - bzw. des H₂SO₄ - Gehalts von Rauchgasen

ESG hat auch entscheidend zur Entwicklung einer fortschrittlichen Messtechnik für die Bestimmung des SO₃ - Gehalts von Rauchgasen (Schwefelsäuretaupunkt) beigetragen und mit diesem Verfahren weltweit eine größere Zahl zuverlässiger Messkampagnen durchgeführt, Bild 6.5.

 

Endoskopie

Ein interessantes Beispiel der Messgeräteentwicklung der ESG stellt auch das Periskop für die Videoinspektion bei hohen Rauchgastemperaturen dar, Bild 6.6.

 

Streugüte von Winterdienstfahrzeugen

Ein Sonderfall stellt das Messgerät zum Nachweis der Streugüte von Winterdienstfahrzeugen dar, Bild 6.7.

Bild 6.1
Tropfen- und Partikel - Impaktoren, hier ohne Antriebe und ohne Steuergeräte dargestellt, für unterschiedlichste Einsatzzwecke:
- Rotierende Impaktoren
- Absaugeimpaktoren, ein- und zweistufig
- Ausfahrbare Flachimpaktoren
- Schlitzimpaktoren
- Thermostatisierbare Großflächenimpaktoren für Grobpartikel

Ein Vorteil der probenehmenden Tropfen- und Partikelgrößen - Messtechnik besteht darin, dass über eine chemische Analyse der gesammelten Proben eine Aussage über die Herkunft bzw. über den Entstehungsort der Partikel gewonnen werden kann. Ferner kann zwischen Tropfen und Feststoffteilchen differenziert werden, was
mit optischen Methoden nicht gelingt.

Bild 6.2 Rotierende Impaktoren für Messungenbei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten eines mit Tropfen- und Partikeln beladenen Gases, geeignet insbesondere für Emissionsmessungen an Nasskühltürmen.

 

Für notwendige Messungen müssen an Großanlagen häufig Messflansche nachgerüstet werden. Um in diesem Falle mit einem möglichst geringen Aufwand Lösungen anbieten zu können, hat ESG spezielle Kippsonden entwickelt, die nur lichte Normflanschweiten von 70 mm bzw. von 100 mm erfordern.

 

Bild 6.3 Kipp- und schwenkbare Kopfsonden mit Prandtl - Rohr für isokinetische Staubmessungen bei minimalen Flanschdurchmessern.	Bild 6.4 Miniaturwäscher mit Quarzbauteilen für einen Betrieb bis 400°C (ansaugseitig).

 

In manchen Fällen ist der Bau kleiner Pilotanlagen dringend zu empfehlen, bevor mit einem hohen
Kostenaufwand großtechnische Maßnahmen ergriffen werden. Die ESG verfügt über einen reichhaltigen
Fundus an Glasbaukomponenten für die Miniatur-Pilotierung verfahrenstechnischer Anlagen.

 

Bild 6.5
SO₃ - Messapparatur mit Quarzzyklonen zur Staubvorabscheidung

 

Insbesondere bei SO₃ - Messungen in Gasen mit einer hohen Staubbeladung kann es zu einem SO₃ - Verlust durch chemische Einbindung in den Staubkuchen auf dem Filter der Probenahmeapparatur kommen. ESG hat schon sehr früh Probenahmeapparaturen mit Hochleistungs - Zyklonabscheidern aus Quarz entwickelt,
Positionen 2 und 3. Hier wird der in der Probenahmeapparatur gesammelte Staubgrößtenteils nicht durchströmt, sondern nur noch überströmt. Damit verringert sich die an der Einbindung von SO₃ beteiligte Oberfläche der abgeschiedenen Stäube entscheidend. Die geringe Feinstaubmenge, die noch auf dem abschließenden
Totalfilter 4 gesammelt wird, ist meist bereits vollständig sulfatiert und verursacht keinen relevanten SO₃ - Verlust. SO₃ bzw. gasförmiges H₂SO₄ wird in einem Schlangenrohrkühler 5 abgeschieden. Im abschließenden Aerosolfilter 6 werden Schwefelsäureaerosole abgeschieden, die sich bei der Abkühlung im Schlangenrohrkühler
bilden können.

Bild 6.6
Periskop für die Inspektion rauchgasführender Kanäle bei höheren
Temperaturen.
Dieses Periskop wurde primär für die Inspektion feiner Strukturen aus
kurzer Entfernung und auch bei höheren Temperaturen (ca. 400°C)
entwickelt, z. B. für die Untersuchung der Belagsbildung auf Wabenkatalysatoren.

Bild 6.7
Probenahmesysteme zur Überprüfung der Streugüte von Winterdienstfahrzeugen.

Bei Winterdienstfahrzeugen interessiert häufig eine Differenzierung der Verteilung der Trockensalzkomponente
und der Salzsolenkomponente im Streubereich. Für diesen Zweck wurde das hier gezeigte Probenahmesystem
entwickelt. Es wird von Herstellern und von Prüfinstituten eingesetzt.

Ergebnisse und Öffentlichkeitsarbeit

Da in aller Regel Vertraulichkeit mit unseren Auftraggebern vereinbart wird, ist ESG
kaum in der Lage, durch Präsentation von Messergebnissen, insbesondere vor und
nach Optimierungsmaßnahmen an Großanlagen, Werbung zu betreiben. Somit
beschränken wir uns zwangsläufig auf einige typische Ergebnisbeispiele aus dem
Technikum der ESG.
Diese betreffen die hier präsentierten Primärresultate von Tropfengrößenmessungen
sowie der Messungen zur Bestimmung der Größenverteilung von Schwefelsäureaerosolen
und größerer Schwefelsäuretropfen.

	Bild 6.8 Tropfengrößenverteilung (Wassertropfen, Durchmesserbereich ca. 10 µm - 300 µm), aufgenommen mit einer Nanolite als Kurzzeit- Belichtungsquelle. Die zuverlässige Bestimmung der Tropfengrößenverteilung, insbesondere der maximalen Tropfendurchmesser, interessiert in vielen Bereichen der Technik und der Medizin. Zu nennen sind hier die Sprühdüsen von Verdampfungskühlern und Sprühwäschern sowie jene von Sprühköpfen bei der Applikation von Arzneimitteln.
	Bild 6.9 Gelbe Flecken auf Indikatorfläche: Spuren von Schwefelsäure-Aerosoltröpfchen mit einem Durchmesser von ca. 3 - 15 µm. Dieses Bild zeigt ein typisches Beispiel für den Vorteil der probenehmenden Tropfengrößenmesstechnik. Die kleinen gelben Flecken stellen das Ergebnis der Reaktion kleiner, wässrig verdünnter Schwefelsäuretröpfchen mit einer speziellen Beschichtung des Objektträgers dar.
	Bild 6.10 Gelbe Flecken auf Indikatorfläche: Spuren von Schwefelsäure-Aerosoltröpfchen mit einem Durchmesser von ca. 3 - 15 µm sowie eines größeren Schwefelsäuretropfens (50 µm).