🌿 Sauerstoff (O₂) im Abgas — paramagnetischer Analysator (Referenzverfahren)

Umwelt PN-EN 14789

Übersicht

EN 14789 legt das Standardreferenzverfahren (SRM) auf der Grundlage des Paramagnetismus zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Abgas aus Kanälen und Schornsteinen fest; es umfasst das System der Probenahme und der Gasaufbereitung sowie den Analysator. Die Norm gibt die Leistungskenngrößen und die Kriterien für die Messsysteme an, wird für die periodische Überwachung sowie für die Kalibrierung und die Kontrolle der automatischen Messsysteme (AMS) angewendet und legt die Kriterien für die Gleichwertigkeit alternativer Verfahren fest (EN 14793). Sie wurde in Feldversuchen an Abfallverbrennungs- und Abfallmitverbrennungsanlagen sowie an Großfeuerungsanlagen und an einem Prüfstand für Probenahmezeiten von 30 min im Bereich 3–21 % validiert. Die als Volumenkonzentrationen angegebenen Sauerstoffkonzentrationen dienen der Standardisierung der Ergebnisse der Emissionsmessungen auf den Bezugssauerstoffgehalt und auf trockenes Gas, wie sie z. B. die Richtlinie 2010/75/EU verlangt. Die Ausgabe 2017 ersetzte EN 14789:2005. In Polen weist die Verordnung über die Messungen der Emissionen PN-EN 14789 als Referenzverfahren für O₂ bei der Kontrolle der kontinuierlichen Messungen aus.

Prinzip der Methode

Das paramagnetische Verfahren nutzt die starke Anziehung der Sauerstoffmoleküle durch ein Magnetfeld (Paramagnetismus), während die übrigen Bestandteile des Abgases schwach paramagnetisch oder unmagnetisch sind, was eine selektive Messung des Sauerstoffs erlaubt. Die magnetische Suszeptibilität eines Gases ist seiner absoluten Temperatur umgekehrt proportional; eine sauerstoffhaltige Probe strömt im Gradienten eines Magnetfeldes in einem begrenzten Raum in Richtung des Feldes, und die Größe dieser Strömung hängt von der Sauerstoffkonzentration ab — gemessen wird sie von Analysatoren verschiedener Bauart. Der Analysator wird mit einem extraktiven Probenahmesystem und einer Gasaufbereitung verbunden: Die Probe wird dem Schornstein mit einer Sonde entnommen und über die Messleitung durch die Aufbereitung zum Analysator geführt, und die Anzeigen werden elektronisch aufgezeichnet. Die Norm bestimmt die Leistungskenngrößen des Analysators (Null- und Bereichsdrift, Linearität, Störungen, Ansprechzeit t90), die zusammen mit der kombinierten Unsicherheit des Verfahrens die Kriterien der Norm erfüllen müssen; das Spanngas wird gewöhnlich auf etwa 80 % der oberen Bereichsgrenze gewählt.

Anwendungen

• Jede Emissionsmessung begleitende O₂-Messung — Umrechnung der Konzentrationen von SO₂, NOx, CO und Staub auf den Bezugssauerstoffgehalt
• Kalibrierung und Kontrolle (QAL2, AST) automatischer Sauerstoffanalysatoren (peripherer AMS) — Referenzverfahren nach der Verordnung über die Emissionsmessungen
• Kraftwerkskessel, Abfallverbrennungs- und Abfallmitverbrennungsanlagen, Industrieöfen, Motoren und Turbinen
• Kontrolle des Verbrennungsprozesses (Luftüberschuss) in der Energiewirtschaft und in der Industrie
• Nachweis der Gleichwertigkeit alternativer Verfahren (z. B. elektrochemischer, auf Zirkonoxid beruhender) gegenüber dem SRM

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

PN-EN 14789:2017-04 (EN 14789:2017)

Titel (PL)

Emisja ze źródeł stacjonarnych — Oznaczanie stężenia objętościowego tlenu — Standardowa metoda odniesienia: Paramagnetyzm

Title (EN)

Stationary source emissions — Determination of volume concentration of oxygen — Standard reference method: Paramagnetism

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Planung

   Plane die Messung nach EN 15259 gemeinsam mit den Messungen der Bestandteile, für die der O₂ zur Umrechnung dient; lege den Bereich des Analysators und das Spanngas fest (etwa 80 % des Bereichs).

2. Aufbau und Gasaufbereitung

   Baue die Sonde, den Filter, die Leitung und die Gasaufbereitung auf (Entfernung des Wasserdampfs — Ergebnis bezogen auf trockenes Gas); prüfe die Dichtheit und heize die Teile über den Taupunkt auf.

3. Justierung

   Gib Nullgas und Spanngas unmittelbar auf den Analysator sowie über die Sonde auf; prüfe die Ansprechzeit und die Linearität nach den Anforderungen der Norm.

4. Messung

   Zeichne die O₂-Konzentration fortlaufend und parallel zu den Emissionsmessungen über den Mittelungszeitraum auf (z. B. 30 min).

5. Driftkontrolle und Berechnungen

   Prüfe nach der Messung Null und Bereich; berechne die mittlere O₂-Konzentration und verwende sie zur Standardisierung der Ergebnisse der übrigen Bestandteile auf den Bezugssauerstoffgehalt; erstelle das Unsicherheitsbudget.

Erforderliche Geräte und Apparatur

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Befestige und sichere die Flaschen mit den Prüfgasen; ein Spanngas mit erhöhtem O₂-Gehalt steigert die Brennbarkeit — fern von Schmierstoffen und Zündquellen halten
• Beheizte Teile des Probenahmesystems und Arbeit auf der Schornsteinbühne — hitzebeständige Handschuhe, Absturzsicherung

Häufige Fragen