Emissionsanalysator in der Kraftwerksteuerung

Um die Einhaltung der Umweltvorgaben in der Betriebsgenehmigung nachzuweisen wird im Kraftwerk Thetford ein Multigasmesssystem verwendet. Die Daten des Analysators, die vom Gasmet-Distributor Quantitech geliefert wurden, spielen auch eine wesentliche Rolle beim Betrieb der Anlage. „Einzelne Gasablesungen werden in Echtzeit im Kontrollraum angezeigt“, sagt Werksleiter Andrew Corbyn, „die es unseren Mitarbeitern ermöglichen schnell auf Veränderungen, die sich durch verschiedene Zusammensetzungen der Rohstoffe ergeben, zu reagieren. Die Fähigkeit den Prozess kontinuierlich anzupassen stellt sicher, dass die Anlage effizient betrieben wird und maximale erneuerbare Energie während einer sauberen Verbrennung erzeugt wird.“

Hintergrund

Im Jahr 1999 in Betrieb genommen und betrieben von Energy Power Resources Ltd (EPR) bietet Thetford Power Station eine installierte Leistung von 38,5 MW und erzeugt genug Strom für mehrere tausend Haushalte. Sie ist europaweit die größte mit Geflügelstreu betriebene Kraftwerksanlage. Brennstoff der Anlage ist Biomasse aus nachhaltigen Quellen und im Vergleich zu einem Kohlekraftwerk leistet die Anlage einen bedeutenden Beitrag gegen die globale Erwärmung.

Rund 40.000 Tonnen Verbrennungsrückstände werden noch als Fibrophos-Dünger mit hohen Phosphat-, Kali- und Spurenelementen vermarktet und verkauft.

Wärme aus dem Verbrennungsprozess erzeugt Dampf, der eine Turbine antreibt. Die erzeugte elektrische Energie wird in das lokale Stromnetz eingespeist. Emissionen der Anlage werden durch eine sorgfältige Verbrennungssteuerung wirksam vermindert. Zusätzlich hält ein Beutelfiltersystem Feinstaub zurück und in den Abgasstrom injiziertes Bikarbonat neutralisiert saure Gase wie HCl und H2SO4.

Emissionsüberwachung

Thetford Power Station wird unter einer Umweltgenehmigung betrieben und muss als solche der Umweltagentur kontinuierliche Überwachungsdaten für HCl, SO2 und TOC (gesamte organische Verbindungen) halbstündig und täglich melden. Auch Daten über CO, NOx und Staub werden der Agentur übermittelt.

Quantitech lieferte und installierte einen MCERTS zugelassenen Gasmet FTIR Analysator, um alle gasförmigen Emissionen kontinuierlich zu überwachen. Um teure Ausfallzeiten zu vermeiden betreibt Thetford noch einen zweiten Gasmet FTIR-Analysator. EPR Group Umweltmanager Kevin Williams: „Wir haben ursprünglich den tragbaren Gasmet DX4000 für den Notfall erworben. Da jedoch die Messkomponenten im Kern denen eines Gasmet CEMS entsprechen ist es sinnvoll, beide gleichzeitig zwecks einer doppelten Absicherung zu betreiben.“

Der Gasmet CEMS verwendet ein FTIR-Spektrometer um Infrarotspektren aus dem Abgas zu erhalten, indem zuerst ein Interferogramm des Probensignals mit einem Interferometer aufgenommen wird. Das misst alle Infrarotfrequenzen gleichzeitig, um ein Spektrum zur Identifikation und Analyse der gasförmigen Verbindungen zu erzeugen.

Im Laufe der Jahre hat Gasmet eine umfangreiche Bibliothek von FTIR-Referenzspektren für die gleichzeitige Quantifizierung von 50 Gasen und die Identifizierung von Unbekannten etabliert. Gespeicherte Spektren können auch mit der Software (Calcmet) des Instruments wiederholt analysiert werden, um unbekannte Gase zu identifizieren und zu quantifizieren. Allerdings ist dieses Merkmal für die Thetford-Anlage nicht besonders wichtig, denn während der Feuchtigkeitsgehalt des Einsatzmaterials erheblich variiert ist dies bei der chemischen Zusammensetzung nicht der Fall. Hauptaufgabe aus der Überwachungsperspektive ist die Parameter zu messen, die die Prozesskontrolle beeinflussen und die, die in der Umweltzulassung vorgegeben sind.

Die Gasmet FTIR-Technologie wurde für die Thetford-Anlage aufgrund ihrer Fähigkeit, mehrere Gase gleichzeitig zu überwachen, ausgewählt. Teamleiter Richard Bloomfield sagt dazu: „Das Multigasmesssystem arbeitet bemerkenswert gut und benötigt nur einen sehr geringen Wartungsaufwand. Die Nullpunktkalibrierung mit Stickstoff dauert nur wenige Minuten pro Tag und ist voll automatisiert. Die Wasserdampfkalibrierung erfolgt einmal jährlich und unter normalen Umständen ist keine andere Kalibrierung erforderlich.“

Gasüberwachung zur Prozesskontrolle

Richard: „Die Gasmet Analysatoren sind unsere Augen und Ohren, die uns unmittelbar mit Informationen aus der Brennkammer versorgen. Wir haben einen Bildschirm im Kontrollraum, der die aktuellen Messwerte gleichzeitig als Tabelle und Trend darstellt. Auf diese Weise können wir Maßnahmen treffen, um einen höchstmöglichen Wirkungsgrad bei gleichzeitiger Einhaltung der Emissionsgrenzwerte zu gewährleisten.“

Es gibt eine Reihe von Werkzeugen, mit denen der Verbrennungsprozess verwaltet werden kann. Beispielsweise ist es möglich die Vorschubgeschwindigkeit, die Verteilung auf dem Rost, die Rostgeschwindigkeit und den Luftstrom von unten (Primärluft) und von oben (Sekundärluft) einzustellen.

Die Anlage befindet sich 24 Stunden pro Tag sowie sieben Tage pro Woche in Betrieb und daher arbeitet das Kontrollraumpersonal in Schichten. Paul Dunthorne arbeitet seit über 15 Jahren im Werk. Vom Teilzeit-Schichtarbeiter hat Paul sich zum erfahrenen Mitarbeiter hochgearbeitet. „Ich liebe diesen Job“, sagt er, „es braucht einige Zeit bis man gelernt hat wie der Brennprozess gesteuert wird. Mit den Vorteilen der Gasmessung können wir jedoch fällige Änderungen in der Prozesssteuerung durchführen und gleichzeitig die Auswirkungen beobachten.“

„Wir sorgen auch dafür, dass der Prozess bei Schichtübergabe optimal läuft, obwohl durch die Schwankungen im Rohstoff jeden Tag neue Herausforderungen anstehen.“

Nick Gooden, verantwortlich für den Betrieb der Instrumentierung: „Wenn manschmal die CEMS mit sonderbaren Darstellungen scheinbar spinnt, sind wir geneigt dies einem Fehlverhalten des Analysators zuzuschreiben. Aber mit einem Blick auf den zweiten Analysator des doppelten FTIR-Systems, der genau dasselbe anzeigt, können wir die wahren Problemverursacher ausfindig machen.“

Dominic Duggan von Quantitech fasst zusammen: „Die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte war Hauptgrund für die Installation eines Gasmet FTIR-Analysators bei Thetford, was auch erreicht wurde. Die Investitionsrentabilität der Multiparameter-Emissionsüberwachung besteht jedoch darin, den höchstmöglichen Wirkungsgrad zu gewährleisten.“