Zoeken in deze site

Herleiden van meetgegevens luchtemissies

Herleiden van meetgegevens van luchtemissies kan op verschillende manieren. Emissies hebben verschillende referentieparameters, zoals druk, temperatuur, vocht- en zuurstofgehalte.

Op deze pagina

Standaardcondities luchtemissie

Emissie-eisen in wet- en regelgeving zijn beschreven onder standaardcondities. Hierdoor zijn de emissie-eisen onafhankelijk van specifieke bedrijfscondities. Voor toetsing van een gemeten waarde aan de emissie-eis is omrekening nodig naar dezelfde standaardcondities.

Afhankelijk van de meetmethode betekent dit het uitvoeren van één of meerdere van de onderstaande correcties om tot een gestandaardiseerde meetconcentratie te komen.

  • in droog rookgas
  • bij standaard druk (101,3 kPa) en temperatuur (273 K)
  • bij standaard zuurstofconcentratie
  • uitgedrukt in mg/m03 (mg/Nm3)

Voor emissiegrenswaarden geldt een specifiek zuurstofpercentage. Dat is om te voorkomen dat rookgassen met schone buitenlucht verdund worden om aan de emissie-eisen te voldoen. De gemeten concentratie moet worden herleid naar datzelfde zuurstofpercentage.

Herleiden van meetwaarde naar standaardcondities

Herleiden naar droog volume

Voor de gemeten concentratie vindt correctie plaats voor het waterdampgehalte in het monster of afgas tijdens de analyse met het meetinstrument. Het volume waterdamp wordt afgetrokken van het totale volume waarin is gemeten. De concentratie in droog afgas is daarom hoger dan in het natte afgas. Herleiden naar droog volume gaat met de volgende formule:

C = Cm x (100/(100-Cw))

Waarbij:
C = de concentratie in droog afgas (mg/m03)
Cm = de gemeten concentratie in nat afgas (mg/m03)
Cw = waterdampgehalte in het afgas (volume%)

Herleiden naar standaard temperatuur en druk

De herleiding naar standaard temperatuur en druk volgt uit de ideale gaswet. Herleiden is mogelijk om de gemeten concentratie te corrigeren, via:

C = Cm x (Tm/273) x (101,3/Pm)

Waarbij:
C = de concentratie bij standaard druk en temperatuur
Cm = de concentratie gemeten bij actuele druk en temperatuur
Tm = de actuele rookgastemperatuur (K)
Pm = de actuele rookgasdruk (kPa)

Herleiden naar referentiegehalte zuurstof

Een concentratie is bekend bij een ander zuurstofgehalte dan het referentiegehalte. In dat geval is omrekenen mogelijk met de onderstaande formule:

Cref = Cact x ((21% - O2%ref) / (21% - O2%act))

Waarbij:
Cref = concentratie bij referentiegehalte zuurstof (mg/m03)
Cact = gemeten concentratie in droog rookgas (actuele concentratie)
O2%ref = referentiegehalte zuurstof (volume%)
O2%act = zuurstofgehalte gemeten in droog rookgas (actueel zuurstofgehalte)
21 = de zuurstofconcentratie in droge lucht

Voorbeeld: Een gasturbine emitteert rookgas met een concentratie van 60 mg NOx/m03 bij 13% O2. De concentratie voor het toetsen aan de emissiegrenswaarden is dan:

60 x ((21%-15%)/(21%-13%)) = 45 mg NOx/m03 bij 15% zuurstof

Gaat het om emissies met rookgassen met een hoog zuurstofgehalte, zoals afzuigingen van processen en katalytische naverbranders? Dan is het onmogelijk om op basis van het zuurstofgehalte te corrigeren voor verdunning met lucht. De emissie-eisen zijn dan gegeven bij de actuele zuurstofconcentratie. En is een visuele beoordeling nodig op het bijmengen van lucht.

Omrekenen van ppm naar mg/m03 (mg/Nm3)

Emissie-eisen zijn uitgedrukt in mg/m03. Wanneer een meetinstrument de gemeten concentratie uitdrukt in ppm, moet een omrekening plaatsvinden:

C=(M/22,4) x Cv

Waarbij:
C = concentratie (mg/m03) in droog rookgas bij standaard druk en temp.
M = molecuulmassa van de betreffende component (g/mol)
Cv = gemeten concentratie in (ppm)
22,4 = molair volume (l/mol) van een ideaal gas bij 273 K en 101,3 kPa

Herleiden naar gram/GJ en gram/kWh

Uit de berekende of gemeten massastroom rookgassen en de concentratie NOx in deze rookgassen, is berekening mogelijk van de uitstoot in massa NOx per tijdseenheid:

Erel = Cm x (Vst/H) x (21/(21-Om))

Waarbij:
Erel = relatieve emissie (g/GJ)
Cm = concentratie (mg/m03) in droog rookgas bij actuele zuurstofconcentratie
Vst = stoichiometrisch droog rookgasvolume in (m03/kg) voor vaste brandstoffen en (m03/m03) voor gasvormige brandstoffen
H = onderste verbrandingswaarde (stookwaarde) van de brandstof (MJ/eenheid van de brandstofhoeveelheid)
Om = actuele zuurstofconcentratie (volume%) betrokken op droog rookgas
21 = zuurstofconcentratie in droge lucht

Voor de meeste brandstoffen is de omrekeningsfactor circa 0,25 * (21/(21 - Om). Omrekenen van g/GJ naar g/kWh gebeurt met factor 0,0036 (Erel x 0,0036).

Herleiden naar ISO-condities

De NOx-emissie van gasturbines en zuigermotoren is afhankelijk van de verbrandingsluchtcondities. Daarom is het nodig de gemeten emissies voor toetsing naar een emissie-eis eerst terug te rekenen naar ISO-luchtcondities. Dit zijn een temperatuur van 288 K, een druk van 101,3 kPa en een relatieve vochtigheid van 60%. Herleiden kan met de volgende formule:

E = Em x (√(101,3/Pm)) x (Tm/288)-1,53 x e19(Xn-0,0063)

Waarbij:
E = emissie stikstofoxiden herleid tot ISO-condities (g/GJ) of (mg/m03)
Em = gemeten emissie stikstofoxiden (g/GJ) of (mg/m03)
Pm = gemeten absolute atmosferische druk
Tm = inlaatluchttemperatuur (K)
Xn = gemeten vochtgehalte van de inlaatlucht (kg water/kg)

Berekenen van debiet bij standaardcondities

Om vracht te kunnen berekenen moet debiet (uitgedrukt in m03/uur) bekend zijn. Meten of berekenen van debiet kan op basis van het brandstofverbruik. Bij de gemeten debietwaarde vindt, zoals bij de concentratie, herleiding plaats naar een standaard debiet. Dat betekent dat correctie nodig is voor vochtgehalte, druk, temperatuur en zuurstofconcentratie.

Correctie voor vochtgehalte, druk, temperatuur en zuurstofconcentratie

Correctie van gemeten debietwaarde voor vochtgehalte, druk, temperatuur en zuurstofconcentratie kan met de volgende formule:

Fs = v x 3600 x Opp x ((100-Cw)/100) x (273/T) x (P/101,3) x ((21-Om)/(21-Os))

Waarbij:

Fs = gestandaardiseerd debiet (m03/u) van droog rookgas bij een standaard zuurstofconcentratie
v = rookgassnelheid (m/s)
Opp = oppervlakte rookgaskanaal (m2)
Cw = waterdampgehalte (volume%) van het natte rookgas
T = actuele rookgastemperatuur (K)
P = actuele absolute rookgasdruk (kPa)
Os = de zuurstofconcentratie (volume%) betrokken op droog rookgas waarnaar herleiding moet plaatsvinden
Om = de actuele zuurstofconcentratie (volume%) betrokken op droog rookgas die is vastgesteld tegelijkertijd en op dezelfde plaats in de installatie als waar Cm is gemeten. Cm en Om moeten over hetzelfde tijdsinterval zijn gemiddeld
21 = zuurstofconcentratie in droge lucht

Berekening van gestandaardiseerd debiet op basis van het brandstofgebruik

Het gestandaardiseerd debiet berekenen op basis van het brandstofgebruik kan met de volgende formule:

Fs = Fbr x Vst x (21/(21-Os))

Waarbij:

Fs = gestandaardiseerd debiet (m03/u) van droog rookgas bij een standaard zuurstofconcentratie
Fbr = brandstofverbruik (kg/u) voor vaste of vloeibare brandstoffen en (m03/u) voor gasvormige brandstoffen
Os = zuurstofconcentratie (volume%) betrokken op droog rookgas waarnaar herleiding moet plaatsvinden
Vst = stoichiometrisch droog rookgasvolume; (m03/kg) voor vaste of vloeibare brandstoffen en (m03/m03) voor gasvormige brandstoffen

Bepalen stoichiometrisch rookgasvolume (Vst)

Het stoichiometrisch droog rookgasvolume is het droog rookgasvolume dat bij volledige verbranding met lucht zonder luchtovermaat ontstaat. Het stoichiometrisch droog rookgasvolume wordt uit de brandstofsamenstelling (het aandeel C, H en O) bepaald. Door volledige verbranding te veronderstellen is, samen met de minimale luchtbehoefte, berekening mogelijk van het totale rookgasvolume als som van de aandelen CO2, H2O en N2.

Er zijn verschillende manieren waarop u het stoichiometrisch rookgasvolume (Vst) kunt berekenen:

  1. De beste methode om de Vst te bepalen is een massabalans. U kunt hiervoor CalComEmis gebruiken. De voorwaarde is dat de samenstelling van de brandstof bekend is.
  2. Wanneer de samenstelling van brandstoffen onbekend is, kunt u de formules uit de NEN-16911-1 gebruiken. De formules maken gebruik van statistisch eenvoudige parameters.
  3. Wanneer de bovenste twee methoden niet werken, kunt u de statistische methode van DIN1942 gebruiken:
    • gasvormige brandstoffen: Vst = 0,199 + 0,234 x H (H in MJ/m03)
    • vaste brandstoffen: Vst = 0,450 + 0,239 x H (H in MJ/kg)
    • vloeibare brandstoffen: Vst = 0,929 + 0,221 x H (H in MJ/kg)

Berekenen van de vracht

Volgens de Nederlandse wet- en regelgeving is het verplicht in diverse situaties vracht of jaarvracht te bepalen. Vanuit de NeR en het Activiteitenbesluit is bijvoorbeeld toetsing nodig aan zogenaamde grensmassastroom (vracht uitgedrukt in gram per uur). Dat is om vast te stellen of een emissie-eis van toepassing is op de betreffende installatie. Voor emissiehandel en E-PRTR is van bepaalde installaties rapportage van de jaarvracht verplicht. Berekenen van de vracht kan op basis van concentratie en debiet. Of op basis van relatieve emissie en brandstofgebruik.

Berekening van de vracht op basis van debiet

E = Cs x (10-6) x Fs

Waarbij:
E = emissievracht (kg/u)
Cs = gestandaardiseerde concentratie (mg/m03) in droog rookgas bij een standaard zuurstofconcentratie
Fs = gestandaardiseerd debiet (m03/u) van droog rookgas bij een standaard zuurstofconcentratie

Berekenen van de jaarvracht gebeurt door vermenigvuldiging van de emissievracht in kg/u met het aantal bedrijfsuur per jaar. Vaak vindt berekening van de jaarvracht plaats op basis van een periodieke meting. Als er continue meting van de concentratie is, heeft men doorgaans (half)uurgemiddelde waarden. Het is mogelijk om ieder (half)uur van de vracht te berekenen als ook het debiet als (half)uurgemiddelde waarde bekend is. Dit kan bijvoorbeeld zijn door directe meting of berekening uit het brandstofverbruik. Berekening van de jaarvracht gebeurt dan door sommatie van de (half)uurvrachten. Langere middelingstijden of verschillende middelingstijden voor de concentratie en het debiet kunnen leiden tot aanzienlijke systematische fouten in de berekende jaarvracht.

Berekening van de vracht op basis van brandstofverbruik

E = Erel x Fb x (H/106)

Waarbij:
E = jaarvracht (kg/uur)
Erel = relatieve emissie (g/GJ)
Fb = brandstofverbruik. Verbruik van gasvormige brandstoffen is in (m03/uur), verbruik van vaste of vloeibare brandstoffen in (kg/uur)
H = stookwaarde van de brandstof (MJ/m03 respectievelijk MJ/kg)