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Mercury Stack Gas Monitor

SM-4

 

Überwachung von Quecksilberemissionen

SM-4
  • Kontinuierlicher Messbetrieb
  • Probengasverdünnung direkt an der Entnahmesonde – eliminiert den Einfluss der Probenmatrix
  • Wartungsfreier Niedertemperaturkonverter direkt an der Probenentnahmestelle: kein Transport von ionischem Hg, dadurch Vermeidung von Adsorptionen
  • Detektiert Gesamtquecksilber (elementares, ionisches und gebundenes Hg)
  • Funktion zur Speziierung: Hg[elementar] / Hg[ionisch] als Option
  • Automatische Kalibrierfunktion für elementares und ionisches Hg
  • Automatische Qualitätskontrolle für den laufenden Betrieb (QAL3)
  • Eignungsgeprüft und zertifiziert von: TÜV Rheinland (QAL1)
    Energie und Umwelt GmbH,
    Köln Report-Nr.: 936/21213740/A

    Die Messeinrichtung wurde auf Erfüllung der deutschen Mindestanforderungen für Emissionsmesseinrichtungen geprüft. Der Prüfbericht wurde von dem zuständigen Unterausschuss Luft-Überwachung des Länderausschusses für Immissionsschutz (LAI) akzeptiert und die Messeinrichtung im Bundesanzeiger als "eignungsgeprüft" bekannt gegeben.

    Damit kann die Messeinrichtung im Rahmen ihrer Bekanntgabe für behördlich geforderte Messaufgaben eingesetzt werden.

Anwendungsbereiche

Der SM-4 von Mercury Instruments wurde speziell dafür entwickelt, auch niedrigste Quecksilberkonzentration in Rauchgasen mit einer komplexen Matrix (SO2, NOx, HCl und andere) präzise und zuverlässig zu messen.

Typische Einsatzgebiete umfassen:

  • Emissionsüberwachung für Anlagen der 13. und 17. BImSchV
  • Kohlekraftwerke
  • Müllverbrennungsanlagen
  • Klärschlammverbrennungsanlagen
  • Zementöfen
  • Erfassung der Hg-Emissionssituation sowie Ermittlung der Effizienz von Hg-Minderungstechniken
  • Thermische Behandlung von kontaminierten Böden, Sonderabfall, usw.
  • Metallurgische Anlagen mit potenziellen Hg-Emissionen

Funktionsprinzip

Durch ein beheiztes Sondenrohr wird ein konstanter Probengasstrom entnommen. Die Probe wird unmittelbar an der Entnahmestelle gefiltert und mit gereinigter Luft verdünnt. Der Gasstrom wird mit Hilfe einer kritischen Düse stabilisiert und ist dadurch unabhängig von Druckschwankungen im Kamin. Der Ansaug-Unterdruck wird automatisch überwacht. Die Probe wird unmittelbar nach der Verdünnung durch eine thermisch-katalytische Reduktionseinheit geleitet, wo die verschiedenen Quecksilberspezies in die elementare Form überführt werden. Die so vorbehandelte Probe wird nun durch einen leicht beheizten Schlauch aus Fluorkunststoff (FEP) zur Analysatoreinheit geleitet. Die Länge der Probenleitung beträgt in der Regel einige Meter bis zu 30 Meter (in Sonderfällen bis 100 Meter). Im Analysator wird das in der Probe enthaltene Quecksilber auf einer Goldfalle angereichert und in einem hochempfindlichen Detektor gemessen. Zur Ermittlung der Anteile an elementarem und ionischem Quecksilber ist eine Speziierungfunktion optional erhältlich.

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Thermokatalytischer Reaktor

Quecksilber kommt in Rauchgasen häufig nicht nur elementar, sondern auch als ionisches oder gebundenes Quecksilber vor. Um in der Probe den Gehalt an Gesamtquecksilber zu bestimmen, müssen alle diese unterschiedlichen Quecksilberformen quantitativ erfasst werden. Im SM-4 werden die verschiedenen Quecksilberformen in einem thermokatalytischen Konverter in die elementare Form umgewandelt. Der Konverter ist langlebig (typ. Einsatzdauer 1 Jahr), wartungsfrei und benötigt keine Reagenzien. Durch die relativ niedrige Betriebstemperatur von 200°C sind die Komponenten nicht besonders stark beansprucht. Lange Wartezeiten für eine eventuelle Abkühlung sind deshalb nicht erforderlich.

Detektor

Zur präzisen Messung des Quecksilbers dient ein hochempfindlicher Atomabsorptionsdetektor, welchem eine Amalgamanreicherungseinheit mit Goldfalle vorgeschaltet ist. Diese wird elektrisch innerhalb kürzester Zeit auf über 700°C aufgeheizt, das zuvor angereicherte Quecksilber wird auf diese Weise schlagartig freigesetzt. Ein Selbstreinigungseffekt wird durch die Verwendung von Luft als Trägergas erzielt, daraus resultiert eine erhöhte Lebensdauer der Goldfalle.

Probennahmesonde

Mercury Instruments

Die Probennahmesonde stellt ein wichtiges Teil des gesamten Systems dar. Durch geeignete Wahl der mit Probe in Berührung kommenden Komponenten sowie Beheizung auf 200 °C wird eine Adsorption von Hg wirksam verhindert. Mit einem hoch beheizten Filter wird Staub abgeschieden und gebundenes Quecksilber gleichzeitig thermisch desorbiert. Das Staubfilter wird regelmäßig durch Rückblasen gereinigt. Über ein beheiztes Ventil kann eine Kalibriergasquelle angekoppelt werden. Die Probengasverdünnungseinheit sowie der thermokatalytische Konverter sind in die Probennahmesonde integriert, extrem kurze Verbindungsleitungen sind dadurch möglich geworden.

Vermeidung von Querempfindlichkeiten

Die photometrische Quecksilberbestimmung (AAS und AFS) wird ganz allgemein durch Rauchgasbestandteile wie SO2, NOx, HCl, flüchtige Kohlenwasserstoffe (VOC´s) gestört. Bei moderneren Quecksilbermonitoren wird versucht, diesen Effekt durch Verwendung einer Goldfalle (Amalgamierung) oder einer Probengasverdünnung zu minimieren. Die Amalgamierungstechnik für sich alleine ist jedoch beschränkt durch negative Einflüsse von Matrixkomponenten auf die Goldoberfläche (z.B. Passivierung); während bei Systemen, welche nur mit Probengasverdünnung arbeiten, die Interferenzen nicht gänzlich verhindert werden. Deshalb wird beim SM-4 beides eingesetzt: Probengasverdünnung und Amalgamierung, dadurch wird eine vollständige Eliminierung von Matrixeffekten erzielt.

Automatische Kalibrierung

Der SM-4 kann optional mit einem automatischen Kalibriergasgenerator ausgestattet werden. Damit ist sowohl eine Referenzpunktskontrolle als auch eine automatische Kalibrierung in voreinstellbaren Zeitabständen möglich. Um auch den aktuellsten Anforderungen der Qualitätssicherung zu entsprechen, ist als weitere Option ein Referenzgasgenerator für ionisches Quecksilber, integriert in den SM-4, verfügbar. Damit kann die QAL3 nach DIN EN 14181 automatisiert werden.

Besondere Vorteile des SM-4

  • Thermokatalytische Probengasbehandlung, arbeitet ganz ohne Reagenzien
  • niedrige Konvertertemperatur von 200°C
  • Probengasverdünnung vermeidet Interferenzen
  • Kein Entstehen von Abfall oder Kondensat
  • Extrem niedrige Nachweisgrenze (unterer Messbereich 0,05 µg/m³)
  • beheiztes Staubfilter mit automatischer Abreinigung
  • Kurze Ansprechzeit: t[90] typisch 180 Sekunden
  • Länge der Probennahmeleitung bis zu 100 Meter
  • Integrierbare Kalibriergasquelle für ionisches Quecksilber
  • Automatische Qualitätssicherung nach DIN EN14181 (QAL3)
  • Sehr niedriger Wartungsbedarf
    (Wartungsintervall lt. Eignungsfeststellung 3 Monate, automatisierbar)


Komponenten des Systems

  • Probensonde mit Verdünnungseinheit und Konverter
  • Beheiztes Schlauchbündel mit Probennahmeleitung, Kalibriergasleitung, Druckluftversorgungsleitung
  • Steuerungsmodul für die Sonde
  • Analysenschrank mit Detektor, Kalibriergasgenerator (optional) und Druckluftaufbereitung

Mercury Instruments

 

Mercury Stack Gas Monitor SM-4: Technische Spezifikationen

Messprinzip:   Verdünnungssonde mit thermokatalytischem Konverter am Kamin
Detektor:  Kaltdampf-Atomabsorptionsspektrometer (CVAAS) mit Goldfalle,
Wellenlänge 253,7 nm
Messkomponente:   ΣHg (Gesamtquecksilber)
Messbereich:  0,05 μg/m³ bis 500 μg/m³ Hg
Nachweisgrenze: 0,0001 μg/m³ (Detektor);
<0,01 μg/m³ (Gesamtsystem)
Ansprechdauer:  180 – 360 Sekunden t[90]-Zeit
Maximale Probentemperatur:   250 °C
Umgebungstemperatur:  -5 °C bis 40 °C
Länge der Probenleitung: bis 30 m (bis 100 m optional)
Signalausgänge:  4-20 mA (500 Ω max.); RS232 seriell; Modbus RTU/RS485 (optional);
Ethernet (optional)
Statusausgänge: 3 Relaisausgänge, potenzialfrei
Ferndiagnose: über Modem per SM-4-Software (optional)
Betriebsspannung:  230 V (110 V optional); 50/60 Hz
El. Leistungsaufnahme:  Analysenschrank: 450 VA;
Sonde-Konverter: 1000 VA;
beheizte Probenleitung: 30 VA pro Meter
Abmessungen: Analysenschrank 161 x 60 x 60 cm (H x B x T)
Sonde 36 x 36 x 66 cm (H x B x T)
Sondensteuerkasten 48 x 44 x 27 cm (H x B x T)
Gewicht: Analysenschrank (mit Kalibriergasgenerator): 130 kg
Sonde: 28 kg
Sondensteuerkasten: 14 kg
Druckluftverbrauch: ca. 16 l/min (6.5 bar)
Kalibrierung:  automatisch, Kalibriergasgenerator für elementares Hg,
eingebaut (optional);
automatisch, Kalibriergasgenerator für ionisches Hg, integriert (optional);
manuell, beheiztes Fitting zum Anschluss einer Kalibriergasquelle
(z.B. HOVACAL®) vorhanden
Zertifizierungen: konform mit US EPA 40CFR60 PS-12A Mercury CEMS, eignungsgeprüft durch TÜV Rheinland, Zulassung veröffentlicht im Bundesanzeiger vom 20.07.2012; Prüfbericht: TÜV Rheinland Energie und Umwelt GmbH, Köln
Bericht-Nr.: 936/21213740/A vom 26. März 2012
Mercury Instruments Als führender Entwickler und Hersteller von Präzisions-Analysegeräten, streben wir danach bestmögliche Lösungen anzubieten. Alle unsere Produkte sind nach dem ISO 9001 Qualitätsstandard hergestellt.

Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

VM-3000

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Merkblätter: Hier können Sie sich zusätzliche Informationen zum SM-4 herunterladen !

Facts contra Fairy Tales:
SM-4 Marcury Stack Monitor:
Fact Sheet

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English

SM-4
Mercury CEMs:
Results of verification test studies at cement plants

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SM-4:
Measuring of mercury in raw gas for quantity contrtol of sorbent

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