AndreLubke SICK 06-11-1

: Tecnologias para o monitoramento de emissões em

processo de incineração André Lubke Brigatti

Supervisor de Mercado – SICK [email protected] / (11) 99660-5938

mailto:[email protected]

SICK BRASIL 2

:1 Sistemas de Análises de Gases Extrativos e Analisadores In-Situ;

:2 Sistemas de Análises de Gases Extrativos tipo Cold-Dry e Hot-Wet;

:3 Sistema de Condicionamento de Amostra;

:4 Tecnologias de Medição de Gases: IR, UV, Laser, FID, Paramagnético e Zircônio;

:5 Tecnologia Scattered Light para medição contínua de Material Particulado;

:6 Tecnologia ultrassônica para medição contínua de vazão;

:7 Sistema de Análise para monitoramento de emissões em processo de incineração;

:8 Certificações

Eng. André Lubke Brigatti

AGENDA

SICK BRASIL 3

:1 Sistemas de Análises de Gases Extrativos e Analisadores In-Situ

Eng. André Lubke Brigatti

Sistema de Análise Extrativo Analisadores In-Situ

Sonda de

Captação

Linha de

Transporte

SICK BRASIL 4 Eng. André Lubke Brigatti

Sistemas de Análise Extrativo:

1)A amostra do gás é retirada do

processo e condicionada para ser

analisada;

2)Possui mais consumíveis;

3)Podem ocorrer pequenos desvios

devido à condensação da umidade

existente no gás de amostra nos

Sistemas Cold-Dry;

4)Tempo de resposta depende do

sistema de condicionamento e da

distância entre o ponto de coleta e o

painel de análise;

5)Sistema composto de sonda de

amostragem, linha de transporte e painel

de condicionamento e análise;

Analisadores In-Situ:

1)Sem retirada de amostra;

2)Baixa manutenção necessária;

3)A análise é realizada nas mesmas

condições do processo, o gás é mantido acima

do ponto de orvalho evitando condensação;

4)Tempo de resposta muito rápido, entre 3 e 5

segundos, Ideal para sistemas de proteção;

5)Simples instalação;

X

:1 Sistemas de Análises de Gases Extrativos e Analisadores In-Situ


:2 Sistemas de Análises de Gases Extrativos tipo Cold-Dry e Hot-Wet

Sistema Extrativo Cold-Dry Sistema Extrativo Hot-Wet

Análise em Base Seca;

(amostra é resfriada e retirada a umidade)

Sistema de condionamento mais complexo;

Baixo custo inicial;

Análise em Base Úmida;

(amostra é mantida acima do ponto de orvalho)

Sistema de condicionamento simples;

Custo inicial mais elevado;

Principal aplicação em medições de

componentes condensáveis ou solúveis em

água (HF, HCL, NH3, SO2, SO3, THC, etc)


:3 Sistema de Condicionamento de Amostra

Para realizarmos uma análise eficiente, devemos

considerar os seguintes pontos para o

dimensionamento do Sistema de

Condicionamento:

Composição da amostra;

Componentes a serem analisados;

Pressão, Temperatura e Umidade da amostra;

Sólidos em suspensão;

Presença de componentes condensáveis e/ou

corrosivos;

Precisamos controlar em qual parte do sistema

ocorrem mudanças na amostra; (ex. mudança de

temperatura, pressão, condensação, etc.);

Grande parte dos problemas relacionados à

disponibilidade e confiabilidade dos Sistemas de

Análise de Gases estão relacionados ao Sistema

de Condicionamento !!



Dimensionamento da Sonda de Captação:

O ponto de amostragem deve ser determinado de

forma que represente a real composição do gás de

processo;

A sonda deve ser instalada com inclinação para

que a umidade condensada retorne ao processo;

O corte de 30 / 45 ºC na extremidade da sonda

visa diminuir a sucção dos sólidos em suspensão (Lei

de Stokes);

A sucção deve ser realizada próximo ao centro da

chaminé / tubulação;

Aumento da disponibilidade do sistema !!

Fluxo da

Amostra



Dimensionamento da Linha de Transporte:

A linha de transporte pode ser aquecida ou não;

Linhas de transporte devem ser disponibilizadas

em campo de forma que não ocorra a formação de

sifão, onde possa haver acúmulo de condensado /

sólidos;

O diâmetro da linha de transporte deve ser

dimensionado de acordo com o comprimento da linha

(considerando-se a perda de carga) e o tempo de

resposta necessário para o sistema;

Raio de Curvatura Mínimo

Linha de sem Aquecimento

(PFA, PVDF, INOX)

Linha Aquecida

Suporte de Fixação



Tempo de Resposta do Sistema:

O tempo de resposta do sistema é determinado

através da soma do tempo de resposta do analisador

e o tempo de atualização da amostra;

O tempo de resposta pode ser otimizado se:

Ruduzir a pressão da amostra;

Diminuir a distância entre o ponto de coleta e o

analisador;

Aumentarmos a velocidade da amostra

(utilizando uma bomba mais potente ou by-pass)

Usualmente o tempo de resposta de um sistema Hot-Wet é menor quando comparado à um sistema Cold-Dry

devido à simplicidade do sistema de condicionamento de amostra. No sistema Hot-Wet o volume de amostra no

condicionamento é menor.



Sistema de Filtragem:

Podemos utilizar pré-filtros na extremidade da

sonda de captação para retenção inicial dos sólidos

em suspenção na amostra;

Os filtros devem ser limpos periodicamente visando

aumentar a vida útil e disponibilidade do sistema

(Rotina de Blow-Back);

Os filtros influenciam de forma negativa no tempo

de resposta do sistema;

Blow-Back



Resfriador de Gases (Sistema Cold-Dry):

O resfriador de gases é utilizado para a retirada da

umidade da amostra afim de proteger o analisador de

gases e realizar a medição em Base Seca;

A Bomba Peristáltica é responsável pela retirada do

condensado sem que a amostra seja contaminada;

NOTA: No Sistema Hot-Wet não é utilizado resfriador,

sendo que a amostra é mantida aquecida acima do

ponto de orvalho em todo o sistema;



Sistema Hot-Wet

Sistema Cold-Dry

Módulo de I/O

Unidade de

Controle do FID

Analisador IR Hot-Wet

e Zircônio (O2)

Controle de

Aquecimento

Bomba

Aquecida

Válvulas

Unidade Catalítica

(Ar Zero p/ FID)

Analisador FID

Analisador IR

Cold-Dry

Analisador IR

Cold-Dry

Controle do

Sistema

Bomba

Resfriador de

Amostra

Reservatório de

Condensado

Ventilação


:4 Tecnologias de Medição de Gases: IR, UV, Laser, FID, Paramagnético e Zircônio

N2 N2 N2

Gearmotor

A/Dconverter

Microprocessor

DisplayRS232C Interface

Analog outputs

Measuringamplifier

Stepmotor

Interferencefilter wheel

Sample gas Sample gas front rearabsorption volume

IR source

Pressure-balancingcapillary

Membrane capacitor

DetectorCuvette

Synchronousmotor

Modulationwheel

Measuring side

Reference side





Measuring

gas pump

Measuring gas

Gas outlet

Flow

0.5 ltr/hr

ZrO2

electrolyte

tube

Capillary

Condensate

Differential

pressure

Célula Paramagnética

Célula de Zircônio


:5 Tecnologia Scattered Light para medição contínua de Material Particulado

Reflection

Refraction

Diffraction

Lig

ht

Absorption

Princípio Ótico:

Quando uma luz incide em uma partícula

física, são gerados efeitos de disperção de

luz.

A relação entre a luz dispersa e a

concentração de particulados é determinada

através da calibração isocinética.

Volume de medição

Detetor

Emiss

or

de luz


:5 Tecnologia Scattered Light para medição contínua de Material Particulado

Parametrização (correlação) do Medidor de Particulado

( Análise Isocinética - VDI 2066 )

A atenuação ou dispersão da luz dependem de diferentes parametros de aplicação: tamanho e densidade da partícula, dispersão das partículas no processo, cor da partícula, entre outros.

A parametrização é realizada com curva de regressão determinada através da comparação gravimétrica:cc2E2 + cc1E + cc0

A curva de regressão é implementada no DUSTHUNTER

mg/

m3

mA (Atenuação /

Dispersão)

0 Fig.: Curva de Regressão


:6 Tecnologia ultrassônica para medição contínua de vazão

cosp

ABvc

Lt

cosp

BAvc

Lt

BAAB

ptt

Lv

1-

1

cos2

Tempos de

trânsito:

vp - velocidade média no feixe

tAB,tBA - tempos de trânsito

L - comprimento do feixe de medição

a - ângulo de instalação

c - velocidade do som

Princípio de Medição: Diferença de tempo de trânsito

CAviaQ

Qi.a.= vazão [m³/h i.a.]

v = velocidade [m/s]

A = área da tubulação [m²]

C = fator de calibração ou perfil de

fluxo


:7 Sistema de Análise para monitoramento de emissões em processo de incineração

Camara de

Combustão

Precipitador

Eletrostático

Lavador

de Gases

Chaminé

Filtro de

carvão

COMBUSTÃO PRECIPITADOR

ELETROSTÁTICO

DeNOx SCR Filtro de

Carvão CEMS



Sistema de Aquisição

de Dados

SISTEMA DE MONITORAMENTO CONTÍNUO DE GASES ( CEMS )

- CO, NOx, SO2, HCL, NH3, CO2, THC, O2, H2O, HG;

- Concentração de Particulado;

- Vazão dos Gases;

- Temperatura e Pressão dos Gases;

- Sistema de Aquisição de Dados (opcional);

Aplicação - Sistema Extrativo Hot-Wet:

Analisador Extrativo IR: CO, NOx (NO + NO2), SO2, NH3, CO2 e H2O

(hot-wet)

Analisador ZIRCÔNIO: O2

(hot-wet)

Analisador PARAMAGNÉTICO: O2

(cold-dry)

Analisador FID: THC

Analisador In-Situ LASER: HCL

Analisador Extrativo: HG

≠ % H2O



RANGES TÍPICOS DE MEDIÇÃO

HCL 0 ... 20 mg/Nm3

NH3 0 ... 20 mg/Nm3

SO2 0 ... 100 mg/Nm3

CO 0 ... 200 mg/Nm3

Nox 0 ... 200 mg/Nm3

THC 0 ... 10 mg/Nm3

O2 0 ... 21 % Vol

CO2 0 ... 25 % Vol

H2O 0 ... 40 % Vol

HG 0 ... 45 µg/Nm3

PARTICULADO 0 ... 10 mg/Nm3

VAZÃO 0 ... 300.000 m3/h

(para normalização)

PRESSÃO 800 ... 1.200 hPa

TEMPERATURA 0 ... 300 ºC

Sistema de Aquisição

de Dados







Medidor de

Particulados

Pressão

Temperatura

Sonda Sistema

Extartivo

‘

Medidor de

Vazão

Medidor de

Vazão

Bocais para Análise

Isocinética


:8 Certificações

:De um ponto de vista europeu um CEMS deve atender as normas:

- EN15267

- EN14181

:EN 15267 Certificação de um CEMS

- EN 15267-1 - Princípios Gerais

- EN 15267-2 - A avaliação inicial do sistema de gestão da qualidade do fabricante AMS e

vigilância pós-certificação para o processo de fabricação

- EN 15267-3 - Os critérios de desempenho e procedimentos de teste para sistemas

automatizados de medição de monitorização das emissões de fontes estacionárias


:8 Certificações

: Procedimento geral de teste de desempenho de um CEMS pela EN15267

: Dois sistemas de medição devem medir e reagir de forma "idêntica”;

: Testes de laboratório devem ocorrer primeiro;

- Sensibilidades Cruzadas;

- Linearidade;

- Influência da temperatura, pressão do ar ambiente;

: Teste de campo só pode ser iniciado após um teste de laboratório bem sucedido:

- Disponibilidade;

- Desvios de zero e escala;

- Função de calibração;

- Intervalo de manutenção;


:8 Certificações

: Instituto certificador gera um relatório performance

: Relatório de performance é apresentado ao Comitê Federal para Controlo de Emissões (BLAI)

: Avaliação do relatório por membros da (BLAI)

- Se positivo - Certificação QAL1

- Se negativo – Novo teste ou não certificação

: Instituto de teste, bem como o fabricante do instrumento não têm nenhuma influência sobre a

decisão do BLAI !!

15: SICK MAIHAK GmbH 15

EN15267 Approval Process for a modern AMS

Performance Testing

: General procedure of performance testing for AMS

- Test institute generates a perfomance report

- Performance report will be presented to the

Federal States Committee for Immission Control (BLAI)

“Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft für Immissionsschutz”

- Evaluation by members of BLAI

▪ If positive QAL1 Certification

▪ If negative Retesting or no certification

- Test institute as well as instrument manufacturer have no influence on to the

decision by BLAI!


:8 Certificações

: Norma Europeia EN 14 181 - Garantia de qualidade de CEMS

: Estabelece normas para

- QAL1 = Ensaio de homologação para provar a adequação geral de um CEMS

- QAL2 = Teste funcional e de calibração inicial no local

- QAL3 = Controle da qualidade da medida (mensal, trimestral ...)

- AST = Teste anual e controle de calibração

: Calibração renovada a cada 3 ou 5 anos

: Os esquemas de certificação europeus para BS EN 15267-3 e QAL1 da BS EN 14181 são

considerados equivalentes


:8 Certificações

: SICK AG : Dr. M. Boness (March 2009) 3

QAL1QAL2

3/5 years QAL 3

AST

EN 15267

Instrument

Certification

Calibration

Independent Lab

Purchase

Installation

On-going

Quality Assurance

Zero and Span

Plant Operator

Time

Linearity Check

Calibration Check

Independent Lab

1 Year

European Legislation– AMS Lifecycle

10 - 15 year cycle

EN15267

Certificação do

Instrumento

Tempo

Ciclo de 10 – 15 anos

1 ano

Calibração

Laboratório

Independente

Teste de Linearidade

Teste de Calibração

Laboratório Independente

Instalação

Compra

Garantia de Teste

zero e span

Operador da Usina

(em andamento)


:8 Certificações

Nível Aplicação Principais dados

QAL 1 Qualidade do equipamento

Ensaios de laboratório

Ensaios de campo

Avaliação das incertezas

Realizado por laboratórios acreditados

QAL 2

Correta instalação calibração e

funcionalidade

Ensaio de funcionalidade

Comparação com métodos de referencia

Função de calibração

Ensaio de variabilidade

Cálculo da incerteza

Realizado por laboratórios acreditados

QAL 3 Demonstração da qualidade em

operação normal

Derivação de zero e span

Validade do range

AST

Avaliar o correto funcionamento

e validade da função calibração

e ensaio de variabilidade Mini QAL 2


:8 Certificações

:EUA - EPA tem uma série de requisitos de controle de teste similares ao EN14181, todos

especificados no 40 CFR Part 60 - Amendments to Standards of Performance for New Stationary

Sources; Monitoring Requirements; Final Rule:

:Os equipamentos que compõem o CEMS tem de atender aos requisitos descritos nos

Performance Specification (PS)


:8 Certificações

: Certificação inicial

: Relative Accuracy Testing (RATA) e Bias Test - comparação dos dados de medição do CEMS

contra medição com método de referência EPA. Se detectado pequenas diferenças, deve ser

feito um ajuste de todos os dados coletados subsequentes até o próximo RATA.

: Verificação da Linearidade - injeção de gás padrão no sistema de medição em três níveis ao

longo da faixa de medição.

: Outros testes para certificação:

- teste de 7 dias para determinação do erro de calibração;

- teste do tempo de resposta;

- verificações de vazamento;

- verificações de interferência de fluxo

: Validação do sistema de Aquisição de Dados (DAHS)


:8 Certificações

: Frequência de teste para manter QA / QC

- Diariamente check do erro de calibração - injeção de gás padrão zero e up scale –

Diariamente verificação das interferências - verificação da funcionalidade de monitores de

fluxo

- "Annual" Relative Testing Precisão (RATA) - comparação de dados CEMS medição com

métodos de referência EPA.

- Trimestralmente check da linearidade - injeção de gás padrão no sistema de medição em

três níveis ao longo da faixa de medição;

- Verificações de vazamento

SICK BRASIL Eng. André Lubke Brigatti 34

: É importante que uma tonelada de uma fonte seja igual a uma tonelada de emissões em

qualquer fonte.

: Obrigado pela atenção André Lubke Brigatti

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AndreLubke SICK 06-11-1