Jatkuvatoiminen päästömittaus teollisuudessa

Transkriptio

1 sivu 1 (40) Jatkuvatoiminen päästömittaus teollisuudessa Johdanto Jatkuvatoiminen päästöjen tarkkailu on välttämätön edellytys, jotta toiminnanharjoittaja 1) ja viranomainen voisivat seurata pysyvätkö esim. teollisuuslaitosten toiminnasta aiheutuneet päästöt ilmaan asetettujen päästöraja-arvojen alapuolella. Päästöjen jatkuvatoiminen tarkkailu voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Päästöjä voidaan seurata joko suoraan päästöjä mittaamalla ja/tai prosessia rvoista epäsuorasti laskemalla. Suomen viranomaiset ovat nähneet päästöjen jatkuvatoimisen mittaamisen valvonnan kannalta hyvänä apuvälineenä, siksi suurimmille teollisuus- ja energiantuotantolaitoksille on velvoitettu luvulla hankkimaan tärkeimpien päästökaasukomponenttien jatkuvatoimiset mittalaitteet. Monilla laitoksilla päästöjen tarkkailujärjestelmät eivät vielä täytä niille asetettuja tavoitteita. Ongelmia on sekä mittausten toimivuudessa että mittaustietojen käsittelyssä. Mittaustietojen käsittelystä ei ole olemassa ohjeita eikä kirjallisuutta, jonka perusteella tehtaat voisivat tarkkailujärjestelmänsä rakentaa. Tietojen käsittely oli varsin kirjavaa tehtaiden kesken. Normaaliajo Taulukkoon 1 on koottu tyypillisiä normaaliajon ja häiriötilanteiden savukaasuarvoja meesauunille, soodakattilalle, kuorikattilalle ja hajukaasukattilalle. Taulukko 1 Tyypillisiä sellutehtaan päästölähteitä ja kaasun koostumustietoja Pitoisuudet Savukaasut 2) Meesauuni Soodakattila Kuorikattila Hajukaasukattila vesihöyry, % happi piipussa, % hiilidioksidi, % hiilimonoksidi, ppm alle 100 alle typen oksidit, ppm rikkidioksidi, ppm - pesurin jä lkeen - ennen pesuria hajukaasut, ppm normaaliajo < ohitus hiukkaset, mg/m 3 n - ennen sähkösuodatinta - sähkösuodattimen jälkeen Toiminnanharjoittajalla tarkoitetaan ihmisen toimintaa, jonka ylläpito edellyttää ympäristölupaa. Ympäristölupavelvollisuus/yhtenäislupamenettely on määritelty ympäristösuojeluasetuksessa. Ilmoitettu vesihöyryn tilavuusosuus on kosteasta kaasusta.

2 sivu 2 (40) Prosessiolosuhteet kuten häiriötilanteet, kuormamuutokset ja ajotapa vaikuttavat mm. mitattavien suureiden ajallisiin ja paikallisiin vaihteluihin. Esimerkiksi rikinpoiston erotusaste muuttuu ajotavan muuttuessa, pesurin pesuliuoksen ph:n vaihdellessa. Vastaavasti kivihiiltä polttoaineena käyttävän voimalaitoksen typen oksidien ominaispäästö voi vaihdella mg/mj. Low-NO x polton tehokkuuteen ja typen oksidien määrään vaikuttaa eniten hiilen laatu (sekoitushiilet), hiilen jauhautuminen (kovuus), polttoaineen kosteus-, typpi-, rikki- ja tuhkapitoisuudet sekä haihtuvien osuus. Lisäksi polttimien kunto ja polttoaineilma suhde vaikuttavat syntyvien typen oksidien määrään. Poltto-ilma suhteen säätö tehdään poltintasoittain valvomosta. Vastaavasti rikkidioksidin ominaispäästöön vaikuttaa polttoaineominaisuuksien lisäksi rikinpoistolaitoksen ajotapa. Laitoksen ylösajossa rikinpoistolaitos otetaan käyttöön öljytulien sammuttamisen jälkeen, kun savukaasujen lämpötila on tasaantunut. Laitoksen alasajossa rikinpoistolaitos otetaan pois käytöstä ennen öljytulien sytyttämistä. Laitoksen normaalissa tehoajossa rikinpoistolaitosta pidetään jatkuvasti päällä, huomioiden kuitenkin laitoksen käynnin aikana rikinpoistolaitoksella tarvittavat ja suoritettavat kunnossapitotoimenpiteet. Rikinpoistolaitoksen huoltoseisokeista, ylös- ja alasajoista aikana syntyvät laitoksen huippupäästöt. Hiukkaspäästöt kasvavat hieman kuorman kasvaessa. Hiukkasten ominaispäästöihin vaikuttavat mm. polttoaineen ja tuhkan koostumuksen. Polttoaineen koostumus ja ominaisuudet vaikuttavat myös savukaasun tilavuusvirtaan ja happipitoisuuteen. Häiriötilanteet Häiriötilanteella tarkoitetaan prosessihäiriöitä, jolloin prosessista aiheutuu normaalia korkeampi päästö ja pitoisuuden raja-arvo mahdollisesti ylittyy. Häiriöpäästön syynä voivat olla tehtaiden käynnistykset, seisokit, väkevien ja laimeiden hajukaasujen käsittelyn ohitukset sekä pesurien ja sähkösuodattimien toimintahäiriöt. Prosessien häiriötilanteilla on merkitystä ilmapäästöjen osalta lähinnä hiukkas- ja rikkiyhdisteiden päästöissä. Typenoksidien pitoisuudet voivat nousta tehtaiden ylös- ja alasajoissa mm. meesauunin ylösajo kestää reilun vuorokauden, jolloin prosessi ei va rsinaisesti ole vielä käynnissä.

3 sivu 3 (40) 100 Meesauunin sähkösuodatin ohituksella häiriöpäästön osuus, % Hajukaasut käsittelemättöminä ulos Kuorikattilan sähkösuodatin ohituksella Sooodakattilan sähkösuodatin 3/4 teholla häiriöpäästö normaalitilanteeseen verrrattuna 2 kertaa 30 kertaa 1000 kertaa 10 0, häiriöaika, % Kuva 1 Prosessien häiriöaikaan ja kokonaispäästöön suhteutetut häiriöpäästöt Häiriöpäästön osuutta voi arvioida kuvan 1 käyrästöstä, jossa häiriöpäästön osuus on ilmoitettu kokonaispäästöstä häiriöajan funktiona, kun parametrina on häiriöpäästön määrä normaaliajoon verrattuna. Kuvaan 1 on myös piirretty pisteinä näkyviin todellisia häiriöpäästötietoja. Esimerkiksi uusien sähkösuodattimien erotusasteet ovat luokkaa %, joten pahimmassa häiriötilanteessa hiukkaspitoisuus on 1000 kertainen. Tällöin reilun vuorokauden häiriöpäästö (sähkösuodatin pois käytöstä) vastaa lähes 90 % kokonaispäästöstä. Mittaamisen nykytila Eri tuotantolaitosten ilmapäästöjen jatkuvatoiminen tarkkailu perustuu suurimmalta osalta pitoisuuksien mittaukseen päästökohteista. Laitokset seuraavat pitoisuuksien muutoksia sekä kiinteästi asennetuilla ns. jatkuvatoimisilla mittausjärjestelmillä että jaksottaisilla (vertailu- )mittauksilla, joita tehdään säännöllisin väliajoin. Jaksottaiset mittaukset suoritetaan yleensä kerran vuodessa (tasaisille prosesseille harvemmin) ja mittausjaksot vaihtelevat parista päivästä muutamaan viikkoon. Jaksottaisten päästömittausten yhteydessä mitataan myös hetkellinen savukaasujen tilavuusvirta, jota käytetään kohteen kokonaispäästöjen laskennassa. Laitoksilla käytettävä mittaustekniikka käsittää mittausjärjestelmän laitteet näytteenotosta mittaustulosten raportointiin. Jatkuvatoimisella mittaamisella saada parempi kuva kokonaispäästöistä uusilla tehtailla, joilla päästölähteitä on vähän. Vanhoilla tehtailla saadaan lähinnä kattiloiden pitoisuustietoja, jotka edustavat vain osaa tehtaan kokonaispäästöistä. Päästötietojen saaminen edellyttää jatkuvatoimisten mittareiden mittaustulosten käsittelyä. Tehtaiden rapor-

4 sivu 4 (40) toinnit ovat kehittyneet huomattavasti viime aikoina ja tuloksia voidaan jo käsitellä pitoisuuksista päästötiedoiksi. Esim. NO x -päästöjä syntyy lähinnä kattiloilla polttoaineiden palamisesta, joten jatkuvatoiminen mittaus kattaa NO x -päästöt pitkälti. Toisaalta esim. sellutehtaan hajukaasujen käsittelyjärjestelmästä riippuen saadaan mitattua vain osa TRS-päästöistä jatkuvatoimisella mittauksella. Suuntaus on yhä suljetumpaan tehtaaseen, joten yhä suurempi osa kokonaisrikkipäästöistä saadaan mittauksen piiriin. Ilmapäästöjen mittausvelvoitteet ja päästöjen tarkkailu Taulukossa 2 on esitetty tyypillisiä uuden tehtaan pitoisuuden raja-arvoja eri päästölähteille ja - komponenteille. Taulukko 2 Yhteenveto sellu- ja paperitehtaiden ilmapäästöjen raja-arvoista ja mittausvelvoitteista Päästökomponenttien pitoisuuden raja-arvo (j Vaaditut jatkuva- Prosessi TRS (S) (a NO x (NO 2 ) Hiukkaset CO PCDD,PCDF toimiset mittaukset (h Soodakattila 10 mg/m 3 n 80 mg/mj (b mg/m 3 n SO 2,TRS,NO x, hiukkaset Meesauuni 20 mg/m 3 n 150 mg/mj (c mg/m 3 n (i SO 2,TRS,NO x Kuorikattila (e 150 mg/mj 50 mg/m 3 n, 250 mg/m 3 n (f 1 ng/m 3 n (g CO, T 20 mg/mj 150 mg/m 3 n (d Hajukaasulaitteet 10 mg/m 3 n SO 2, TRS a) saa olla annettu korkeintaan 97 % käyntiajasta tai voidaan ylittää 10 % kuukauden käyntiajasta b) uudet soodakattilat, tavoitteena 50 mg(no 2 )/MJ c) uudet meesauunit, tavoitteena 100 mg(no 2 )/MJ d) häiriötilanteille e) tulipesän yläpuolella T min = 850 C, suolahapon raja-arvo 50 mg/m 3 n f) ylitysaika korkeintaan 2-5 % vrk-käyntiajasta g) biolietettä poltettaessa h) aikakäytettävyys > 90 %, pitoisuuksien h-, d-, a-keskiarvot ja max-arvot, raja-arvojen ylitykset i) NO x seuranta vain uusille meesauuneille j) Pitoisuuden raja-arvot mg/nm³ on redusoitava oikeaan happipitoisuuteen (3 tai 6 %). Viranomainen velvoittaa tehdasta seuraamaan pitoisuuksien tunti-, vuorokausi-, vuosikeskiarvoa ja huippuarvoja sekä asetettujen raja-arvojen ylityksiä ja ylitysaikoja. Mittauslaitteet mittaavat yleensä kaasumaisten päästöjen tilavuusosuuksia ja ppm-tulos täytyy muuttaa yksikköön mg/m 3 n kuivassa savukaasussa. Nykyisin tehtailla on yleensä käytettävissä tehokas automaatio- ja tiedonkäsittelyjärjestelmä, joka mahdollistaa hyvin monimutkaiset päästölaskennat. Suurimpana ongelmana jatkuvatoimisten mittaustulosten käsittelyssä on laskennassa tarvittavien suureiden määritys. Mitattaessa pitoisuutta kosteasta savukaasusta on kaasun kosteus tunnettava, jotta tulos voidaan muuttaa vastaamaan kuivan kaasun pitoisuutta. Tällä hetkellä ei ole saatavissa luotettavia jatkuvatoimisia (kiinteästi asennettavia) kosteusanalysaattoreita savukaasuolosuhteisiin, joten kaasun kosteuspitoisuus pitää määrittää joko laskennallisesti (esim. pesurin jälkeisestä kaasun lämpötilasta tai polttoaineen kosteudesta) tai kertamittauksella. Jotta eri tehtaiden pitoisuustulokset olisivat lupaehtojen mukaisia ja vertailukelpoisia, täytyy pitoisuustulokset redusoida samaan happipitoisuuteen. Käytännössä hapen mittaus suoritetaan kertamittauksena, vain harvassa jatkuvatoimisessa mittauspisteessä on mukana myös happimittaus.

5 sivu 5 (40) Laitosten typen oksidi- ja hiukkaspäästöille on asetettu myös raja-arvot ominaispäästönä yksiköissä mg/mj, jonka määrittämiseksi tarvitaan tieto prosessiin syötetystä energia- ja savukaasumääristä. Ominaispäästön laskemiseksi on standardissa SFS 5624 /3/ esitetty lähinnä energiantuotantoon soveltuva ominaispäästön määritysohje, joka soveltuu tasaiselle prosessille, jossa käytettävän polttoaineen kosteus eikä sen koostumus muutu. Useiden muiden kuin voimalaitosprosessien palamisprosessien syötteen tai polttoaineen koostumus ja määrä vaihtelevat, jolloin ominaispäästön määrittäminen on hankalaa. Toiminnanharjoittajien tulee vuosittain ilmoittaa päästökohteiden vuosipäästöt (t/a) ja häiriötilanteiden päästömäärät (kg/h), kesto (min) ja häiriöaikarajojen täyttyminen (esim. t häiriö < alle 3 % t käynti ). Vaikka häiriötilanteet saattavat edustaa merkittävää osaa vuotuisista kokonaispäästöistä, eivät laitoksille hankitut mittalaitteet aina pysty mittaamaan häiriöiden aiheuttamien päästöjen pitoisuutta eikä määrää, koska mittausalueet on valittu mittaamaan viranomaisten velvoittamana normaalitilanteiden päästötasoja (vrt. kuva 2 ja taulukko 2). Tällöin häiriötilanteiden päästöjä ei määritetä, eikä niitä joka paikassa summata raportointijärjestelmässä kokonaisvuosipäästöihin. Lisäksi häiriötilanteissa analysaattoreiden mittausalueet ylittyvät ja huonoimmassa tapauksessa mittausjärjestelmä menee epäkuntoon, joten häiriön kestostakaan ei saada tietoa. Häiriö päästöt arvioidaan vuosittain viranomaisille annettavassa ilmansuojeluilmoituksessa. Kuvassa 2 on esitetty erään voimalaitoksen päästömittausjärjestelmä. Voimalaitoksen päästömääritys perustuu savupiipussa sijaitseviin tilavuusvirta-, SO 2, NO- ja hiukkasmittauksiin. Käytönvalvontaan ja prosessiohjaukseen liittyvät mittaukset sijaitsevat ennen rikinpoistolaitosta ja kattilan savukanavassa ekonomaiserin jälkeen ennen ilman esilämmitintä.

6 sivu 6 (40) höyrykattila Vertailumittaukset poltintasot 1. LUVO sähkösuodatin 2. ohitus 3. O 2 CO PROSESSIOHJAUSJÄRJESTELMÄ prosessi- ja polttoainetiedot Rikinpoistolaitos SO 2 Tilavuusvirta Hiukkaset lämpötila Tilavuusvirta SO 2 NO Hiukkaset O 2 lämpötila TIEDONKERUUJÄRJESTELMÄ C, bar, kg, aika, MJ/kg, ppm, mg/m²n, %, m²n/s KÄYTÖNVALVONTA- JA LASKENTAJÄRJESTELMÄ raportit ja tulokset kg/h, mg/mj Kuva 2 Voimalaitoksen päästömittausjärjestelmä (viranomaismittaukset lihavoituina) Yleensä laitosten päästötietoja voidaan seurata reaaliaikaisesti prosessijärjestelmän puolelta. Päästöjen raportointi hoidetaan käytönvalvontajärjestelmällä, joka kerää minuuttitason hetkellistietoja tiedonkeruu- ja prosessiohjausjärjestelmiltä (kuvan 2 laitosta ajetaan prosessiohjausjärjestelmällä). Käytönvalvontajärjestelmä voi esim. käynnistää tarvittavat laskennat automaattisesti, huolehtia tiedonsiirrosta ohjelmien ja tietokannan välillä. Käytönvalvontajärjestelmään sisältyvät myös käyttötalousraportit, joihin kuuluvat mm. voimalaitoksen päästötiedot. Tehtailla yleinen vuosipäästöjen laskentatapa on laskea kuukauden keskiarvopitoisuus (mg/m 3 n) jatkuvatoimisten analysaattoreiden mittaustuloksista. Kuukausikeskiarvot kerrotaan savukaasun tilavuusvirralla (m 3 n/h), joka on mitattu prosessista kerran vuodessa suoritettavien jaksottaisten mittausten yhteydessä. Kuukauden päästö (kg/kk) saadaan kertomalla kuukausittainen tuntikeskipäästö (kg/h) prosessin kuukausittaisella käyntiajalla (h/kk). Vuosipäästö (kg/a) on kuukausipäästöjen summa. Ilmoitetut vuosipäästöt eivät siis perustu jatkuvatoimiseen päästömittaukseen muuten kuin pitoisuuden mittauksen osalta. Vuosipäästölaskennassa oletetaan, että kaasun tilavuusvirta ja happipitoisuus pysyvät vakiona ja, että kertaluonteinen virtaus- ja happimittaustulokset vastaavat kaasun vuotuista keskiarvoa. Laskentatapa ei siis huomio kaasumäärän ja jäännöshapen ajallisia vaihteluja. Käytännössä kaasumäärät ja happipitoisuudet vaihtelevat olosuhteiden ja kuormituksen mukaan, joten kertamittaustuloksiin perustuva vuosipäästölaskenta on kalliista

7 sivu 7 (40) mittauslaitteista ja konsulttien mittauksista huolimatta vain arvio tarkastellun prosessin aiheuttamista "oikeista" päästöistä. Prosessin toimintaan perustuva tarkkailu Päästöjä on mahdollista seurata ilman varsinaisia päästömittauslaitteita. Tällöin päästöt laskentaan päästökertoimista ja prosessitiedoista, joita ovat mm. tuotantotiedot, kattiloiden käynti- ja häiriöajat, polttoaineiden kulutus, puhdistuslaitteiden erotusasteet ja toiminta. Eri prosessien normaaliajon ja häiriötilanteiden päästökertoimet on määritetty mm. laitetoimittajien ilmoittamista tiedoista ja kertaluonteisista päästömittaustuloksista. Häiriötilanteita ovat esimerkiksi väkevien hajukaasujen ulospuhallus, kattilan happipitoisuuden lasku, sähkösuodattimien vajaatoiminta ja pesureiden pesuliuoksen happamuuden pieneneminen. Laskentamenetelmällä ei voida kuitenkaan määrittää kaikkia eri osakuormien ja ajotapojen päästöjä, mutta menetelmällä voidaan seurata "normaaliajon" päästöjä ja häiriötilanteiden rajaarvojen ylityksiä. Mittauspaikka ja -olosuhteet Mittauspaikka valitaan siten, että mitattavasta savukaasusta saadaan analysoitua edustava otos. Tärkein asia mittauspaikan valinnassa on häiriöttömän etäisyyden toteutuminen. Standardeissa /3 ja 4/ on annettu ohjeita häiriöttömistä etäisyyksistä kaasumaisten yhdisteiden ja hiukkasten mittaukseen. Hyvin usein prosessikattiloiden savukaasukanavat ovat rakenteeltaan monimutkaisia. Kattiloilla on käytössä sähkösuotimet ja kanavassa on usein savukaasupesuri, joka häiritsee savukaasun virtausta. Käytännössä mittauspaikkojen valinnassa ei aina voida toteuttaa häiriöttömiä virtausetäisyyksiä. Näytteenottolinjojen pituudet pyritään pitämään lyhyinä ja analysaattorit sijoittamaan paikkoihin, joissa niitä on helppo huoltaa ja tarkkailla. Tämä on johtanut siihen, että usein mittauspiste on tehty heti pesurin jälkeen tai vaakatasossa olevaan savukanavaan. Pesurien välittömässä läheisyydessä savukaasussa on niin paljon vettä, että se aiheuttaa lähes poikkeuksetta ongelmia jatkuvatoimisen mittauksen näytteenottoon. Mittauspaikkaa valittaessa pitäisi mittauspisteen virtausprofiili ja pitoisuuksien kanavoituminen määrittää. Vaikka mittauspisteessä toteutuisivat vaatimukset häiriöttömistä etäisyyksistä, niin usein savukaasu on pyörteistä ja pitoisuudet saattavat vaihdella eri kohdissa kanavan poikkileikkausta. Kun virtausprofiili ja kanavoituminen on määritetty, voidaan mittausjärjestelmän näytteenotto sijoittaa kohtaan, josta saadaan edustava näyte 3) analysoitavaksi. Jatkuvatoimisen mittausjärjestelmän vertailumittaukset tehdään sikäli kuin mahdollista samalta mittaustasolta, jolla kiinteästi asennetut analysaattorit mittaavat. Mittauspaikan valinnassa pitää ottaa huomioon vertailumittausten asettamat vaatimukset mittauspaikalle. Mittauspaikasta pitäisi voida mitata virtaukset ristiin sekä asentamaan anturi vastaavaan paikkaan, kuin kiinteän järjestelmän anturi on asennettu. Mittausyhteiden paikat pitää valita siten, että kiinteästi asen- 3 Edustavalla näytteellä tarkoitetaan yhdestä pisteestä imettyä näytettä, joka vastaa aina mahdollisimman hyvin koko virtauspoikkipinta-alan keskimääräistä kaasun koostumusta.

8 sivu 8 (40) nettu anturi ei häiritse virtausmittausta eikä pitoisuusmittausta. Lähteissä /8, 9 ja 10/ on esitetty tuloksia Suomessa tehdyistä eri mittausryhmien välisistä vertailumittauksista. Mittauspaikoissa vallitsevat prosessiolosuhteet ovat yleensä mittauksen kannalta vaikeat. Savukaasut ovat hyvin kosteita pesurin jälkeen. Savukaasuissa on myös jonkin verran pölyä, joka kosteuden kanssa voi tukkia näytteenoton. Prosessiolosuhteisiin voidaan vaikuttaa lähinnä mittauspaikan valinnalla. Mittauspaikka valitaan mahdollisimman kauas pesurilta, jotta savukaasuissa ei ole enää pisaroita. Ympäristön olosuhteet voivat myös vaikeuttaa jatkuvatoimista mittausta. Mittauspaikassa voi olla liian kuumaa tai pölyistä analysaattorien toiminnalle. Analysaattorit asennetaan ilmastoituun ja pölyltä suojattuun tilaan, jossa on sopivat ympäristöolo suhteet. Analysaattorit asennetaan paikkaan, jossa ne ovat helposti huollettavissa. Ympäristöilman epäpuhtaudet voivat syövyttää analysaattorien herkkiä osia, joten analysaattorit asennetaan paikkoihin, joissa ei ole syövyttäviä kloori- tai hajurikkipitoisuuksia ja analysaattoreiden ilmastointi-ilmana käytetään puhdasta ilmaa. Mittauspaikan ja olosuhteiden vaikutusta mittaustuloksiin on selvitetty tarkemmin myöhemmin. Pitoisuuden mittausjärjestelmä Taulukossa 3 on esitetty kuvan 2 esimerkkilaitoksen jatkuvatoimisten päästömittauslaitteiden sijainti ja käyttötarkoitus. Taulukko 3 Jatkuvatoimisten päästömittauslaitteiden sijainti ja käyttö Nro Mittaus Sijainti Käyttötarkoitus 1. 4 kpl O 2 ja CO Ekon jälkeen ennen luvoa Palamisen valvonta 4) 2. SO 2, hiukkaset, tilavuusvirta, lämpötila Ennen rikinpoistolaitosta Prosessiohjaus 3. O 2 Savupiippu Prosessivalvonta 3. NO, SO 2 ja hiukkaset ja tilavuusvirta, lämpötila Savupiippu Päästömittaus Savukaasujen happipitoisuutta ja häkäpitoisuutta seurataan jatkuvatoimisilla mittauksilla, jotka on sijoitettu savukanavaan ennen palamisilman esilämmitintä (LUVO). Toinen happimittaus on sijoitettu laitoksen piippuun. Savukaasujen päästömittauslaitteet sijaitsevat savupiipussa, jonka sisähalkaisija on 3600 mm. Piipun mittauspisteet on esitetty taulukossa 4. 4 Happimittausta käytetään kattilan ilmamäärälaskennassa ja CO mittausta tarvitaan savukaasuhäviölaskennassa.

9 sivu 9 (40) Taulukko 4 Mittauspisteiden sijainti piipussa Nro. Mittaus Korkeus maasta, m Muuta 3. Happi 25 Mitta-anturi kanavassa 3. NO-, SO 2 - ja hiukkaset 35 Läpi kanavan mittaava 3. Tilavuusvirta 55 Läpikanavan mittaava Esimerkkilaitoksen (kuva 2) mittauspisteet sijaitsevat suoralla putkiosuudella, jossa kaasun virtaus on tasainen. Tällainen paikka täyttää myös kaasun tilavuusvirran määrityksen kriteerit häiriöttömästä virtausetäisyydestä /3/. Näin ollen voidaan olettaa, että kaasuvirtauksen osakaasut ovat jakautuneet tasaisesti. Lisäksi läpi kanavan tapahtuva päästömittaus tasaa SO 2 -, NOja hiukkaspitoisuuksien sekä kaasun nopeuden paikallisia vaihteluja. Analysaattoreiden mittauspaikka on valittu siten, että mitattavasta savukaasusta saadaan analysoitua edustava otos. Mittauspaikat täyttävät hyvälle mittauspaikalle asetetut vaatimukset. Laitoksen analysaattorit on asennettu pölyltä suojattuun tilaan, joten ympäristöolosuhteet eivät vaikuta merkittävästi jatkuvatoimisten mittauslaitteiden toimintaan. Laitteet ovat helposti huollettavissa. Vertailumittauspisteet sijaitsevat piipussa 55 metrin korkeudessa ja ennen rikinpoistolaitosta Näytteenottoon perustuva päästömittausjärjestelmä Näytettä ottavissa mittausjärjestelmissä näytteenotto on yleensä järjestelmän häiriöherkin osa. Käytännön ongelmia ovat lähinnä suhteellisen usein toistuvat näytteenoton tukkeutumiset. Mittausjärjestelmän tiheällä tarkkailulla voidaan näytteenoton häiriöt todeta ja niihin reagoida nopeasti. Joissakin tapauksissa näytteenoton tukkeutumista voidaan ehkäistä puhaltamalla näytteenottolinjoja paineilmalla ajoittain puhtaiksi. Näytteenotto ja -käsittelyjärjestelmä on lämmitetty, jotta veden lauhtumista järjestelmään ei esiinny. Vaikka näytteenottojärjestelmä on käytännössä lämmitetty, niin yleensä jonkinasteisia lämpötilaeroja esiintyy esimerkiksi näytelinjan ja laimennusyksikön välillä. Tällaisissa pisteissä saattaa tapahtua kosteuden tiivistymistä jonkin verran. Tällä hetkellä esim. selluteollisuudessa on käytössä toimivia jatkuvatoimisia analysointimenetelmiä SO 2 :n TRS:n, NO x :ien CO:n ja osittain myös hapen mittaamiseen. Yleensä käytetään näytettä ottavaa laimennuksella varustettua mittausjärjestelmää. Hapen ja hiilimonoksidin mittauksessa käytetään myös sähkökemialliseen kennoon perustuvia laitteita, jotka toimivat kohtuullisesti sellutehtaan vaativissa olosuhteissa. Tehtailla on vuosien mittaan kokeiltu erilaisia näytettä ottavia ja kanavassa mittaavia järjestelmiä ja kokemuksien perusteella on päädytty nykyisin käytössä oleviin mittausjärjestelmiin. Happimittaus on yleensä sijoitettu kattilaan eikä savukaasukanavaan. Tarkemmissa mittauksissa happi pitäisi kuitenkin mitata myös samasta paikasta kuin muut mitattavat komponentit. Happimittaustuloksia tarvitaan lähinnä mittaus tulosten redusoinnissa määrättyyn happipitoisuuteen. Tulosta voi myös käyttää apusuureena tilavuusvirran määrityksessä.

10 sivu 10 (40) TRS-pitoisuuden mittaus on erityisen ongelmallista kohteissa, joissa rikkidioksidipitoisuudet ovat huomattavasti suurempia tai pienempiä kuin TRS-pitoisuudet. Tällaisissa tilanteissa mitataan SO 2 - ja TRS-pitoisuuksia hyvin erilaisilla alueilla. Esimerkiksi toista päästökomponenttia mitataan alueella 0-10 ppm ja toista ppm. Suurella mittausalueella mittauksen epätarkkuus voi olla suurempi kuin käytetty pieni mittausalue. TRS:n mittauksessa hajurikkiyhdisteet hapetetaan konvertterissa rikkidioksidiksi, jonka jälkeen ne analysoidaan ja tulokseksi saadaan näytekaasun sisältämä kokonaisrikkipitoisuus. Kun tästä kokonaisrikkipitoisuudesta vähennetään näytekaasusta analysoitu rikkidioksidipitoisuus, niin saadaan näytekaasun TRS-pitoisuus. Pieni TRS-pitoisuus häviää helposti suurella alueella mitattavaan SO 2 -pitoisuuden mittauksen kokonaisepävarmuuteen ja päinvastoin. TRS-pitoisuuden mittaus on erityisen vaikeaa silloin, kun mitataan pieniä pitoisuuksia. Yleensä kattiloilla on normaalitilanteessa hyvin pienet pitoisuudet. Kattiloille asetetut TRS-pitoisuuden raja-arvot ovat luokkaa mg(s)/m 3 n eli ppm kuivassa kaasussa (taulukko 2). Kuten edellä on kuvattu TRS-pitoisuuden mittaukseen liittyy tekijöitä, jotka kasvattavat mittauksen kokonaisepävarmuutta Luvussa on esitetty esimerkkejä kokonaisepävarmuuden määrittämisestä. Mittaustulokseen vaikuttaa myös konvertterin tehokkuus eli konvertterin kyky hapettaa hajurikit rikkidioksidiksi. Konvertterin kyky polttaa hajurikkejä saattaa vanhetessaan heikentyä ja tämä pie nentää TRS-pitoisuustulosta. Hyvin pieniä pitoisuuksia mitattaessa mittausjäjestelmät toimivat aivan määritysrajan alarajoilla ja mittauksen kokonaisepävarmuus voi olla satoja prosentteja. Pieniä pitoisuuksia mitattaessa esimerkiksi alueiden ryömintä, epälineaarisuus, huojunta, laimennussuhteen muutokset jne. ovat merkityksellisempiä kuin silloin, kun mitataan mittausalueiden keskivaiheilla. Usein TRS-pitoisuudet ovat hyvin lähellä asetettuja raja-arvoja ja mittaustekniikan epävarmuus saattaa vaikuttaa mittaustuloksiin siten, että rajaarvot ylittyvät. Myös rikkidioksidipitoisuudet ovat monissa mittauskohteissa hyvin pieniä, erityisesti rikkidioksidipesurien jälkeen. Rikkidioksidille ei ole annettu varsinaisia pitoisuusrajoja, joten mittaustuloksia ei käytetä raja-arvojen valvontaan, mutta mittaustuloksia käytetään mahdollisesti vuosipäästöjen laskentaan. Kokonaisrikkipäästön nykyiset päästörajat ovat luokkaa kg (SO 2 )/ts, joten suuri mittausvirhe SO 2 - ja TRS-mittauksissa voi aiheuttaa aiheettomia raja-arvojen ylityksiä. Muiden päästökomponenttien osalta jatkuvatoimisessa mittauksessa ei ole vastaavia ongelmia, sillä näitä pitoisuuskomponentteja esiintyy yleensä mitattavia pitoisuuksia. Myöskään raja-arvojen suhteen ei toimita niin kapealla marginaalilla kuin TRS-pitoisuuksia mitattaessa. Pölypäästöjen tarkkailua voisi kehittää nykyisestä ja sen voisi toteuttaa sähkösuotimien toimintaa tarkkailemalla; kenttien ja kammioiden jännitteiden ja virtojen seuranta ja sähköhäiriöiden hälytykset valvomoon. Pölypitoisuudet eri sähkösuotimien häiriötilanteissa määritetään mittaamalla tai noudatetaan laitevalmistajan antamia takuuarvoja. Näiden erilaisille häiriö tilanteille määritettyjen päästökertoimien avulla lasketaan häiriötilanteen päästö, kun tiedetään häiriön kestoaika. Best Available Technology Jatkuvatoimisen päästömittauksen paras käyttökelpoinen tekniikka ei käsittele pelkästään teknisiä ratkaisuja, vaan myös mittaustekniikan käyttöä, huoltoa, laadunvarmennusta ja mittaustulosten käsittelyä. BAT-tekniikan toteuttamiseen vaikuttavat lähinnä toiminnanharjoittaja, valvova viranomainen, vertailumittauksia tekevät päästömittaajat sekä laitetoimittaja.

11 sivu 11 (40) Toiminnanharjoittaja tekee päätökset jatkuvatoimisten mittausjärjestelmien laitehankinnoista sekä huolehtii järjestelmien käytöstä ja kunnossapidosta. Mittausjärjestelmiksi valitaan laitteita, joista on vankka kokemus selluteollisuudessa. Tämän vuoksi laitteet ovat lähes yhteneviä Suomen sellutehtaissa. Tarkempi kuvaus käytössä olevista mittausjärjestelmistä on esitetty lähteessä 1. Kaikkien tutkimuksen tehtaiden jatkuvatoimiset mittausjärjestelmät ovat alle viisi vuotta vanhoja ja edustavat näin lähes uusinta markkinoilla olevaa tekniikkaa. Aivan uusimmatkin mittausjärjestelmät toimivat samoilla periaatteilla kuin tehtailla käytössäolevat järjestelmät, joten mitään mullistavia keksintöjä tällä alalla ei ole otettu käyttöön. Yhtenevät mittaustekniikat Suomen sellutehtaissa parantavat ilmapäästötietojen vertailukelpoisuutta. Toiminnanharjoittaja voi vaikuttaa eniten jatkuvatoimisen mittauksen luotettavuuteen oikealla järjestelmän käytöllä ja riittävällä kunnossapidolla. Mittausjärjestelmien käyttöönotto Kun mittausjärjestelmän hankinnasta on päätetty ja sopivat laitteet hankittu, niin ennen laitteistojen asentamista ja käytöönottoa niille kannattaa tehdä käyttöönottotarkistus, jotta viallisia tai virheellisiä laitteita ei oteta käyttöön. Ostetuille analysaattoreille pitää tehdä lineaarisuustarkistus ennen käytöönottoa, jotta nähdään analysaattorin vaste erilaisissa pitoisuuksissa. Tämän lisäksi heti käyttöönoton jälkeen mittausjärjestelmille pitäisi tehdä vertailumittaus, jotta todetaan koko mittausjärjestelmän toiminta käytännössä. Käyttöönottotarkastus on jo muutamalla tehtaalla toteutettu ja tarkastus on todettu hyödylliseksi. Tarkastuksissa havaittiin joitakin viallisia laitteita. Viallisia komponentteja olisi ollut huomattavasti vaikeampi löytää asennuksen ja käyttöönoton jälkeen. Vialliset laitteet on helppo palauttaa laitetoimittajalle, kun niitä ei ole asennettu ja käytetty. Mittausjärjestelmän käyttöasteen seuranta Viranomaiset asettavat kohtalaisen korkeita vaatimuksia jatkuvatoimisten mittausjärjestelmien käyttöasteille. Yleensä jatkuvatoimisilta mittausjärjestelmiltä vaaditaan 90 % käyttöastetta. Tämä edellyttää sitä, että toiminnanharjoittajan pitää järjestää jatkuvatoimisten mittausjärjestelmien käyttöasteen seuranta. Myös kaikki havaitut mittausjärjestelmän häiriöajanjaksot, jolloin ei saada luotettavaa mittaustietoa, kirjataan ylös, jotta vuosittainen käyttöaika voidaan määrittää. Kun mittausjärjestelmän häiriö havaitaan ja se korjataan, häiriöajanjakso määritetään edelliseen luotettavana pidettävään mittaustulokseen. Tähän asti käyttöasteen seuranta on ollut puutteellista ja käytettävissä olevien tietojen perusteella voidaan sanoa, etteivät nykyiset käyttöasteet ole riittävän korkeita. Prosessin käyntiajoista on tähän asti vähennetty lähinnä jaksot, jolloin mittarit ovat näyttäneet nollaa sekä pidemmät huoltojaksot. Käyttöaikatarkkailussa ei voida pelkästään käyttää ajanjaksoja, jolloin mittarit ovat antaneet jonkinlaista tulosta, sillä tulokset eivät ole aina luotettavia. Mittausjärjestelmä antaa mittaustuloksen, vaikka järjestelmä olisi osittain tukossa tai se mittaisi ulkoilmaa. Mittausjärjestelmän likaantuminen muuttaa laimennussuhdetta ja lähes poikkeuksetta pienentää pitoisuustuloksia. Mittausjärjestelmässä saattaa olla myös vuotoja, jotka laimentavat näytekaasua. Mittausjärjestelmiä valvovan henkilökunnan pitää reagoida pitoisuuksien muutoksiin ja pyrkiä selvittämään

12 sivu 12 (40) niiden syyt. Jos pitoisuuden muutokseen ei löydy selitystä tehtaan prosessin käyttöparametreista, niin syy saattaa olla mittausjärjestelmän toiminnassa. Jos häiriötä epäillään, niin luotettavimmin häiriö todetaan, kun koko mittausjärjestelmä kalibroidaan. Jos häiriötä ei voida ajallisesti luotettavasti määrittää, niin häiriöaika määritetään esimerkiksi edelliseen kalibrointiin tai tarkistukseen saakka, jossa todettiin kaiken olevan kunnossa. Tästä syystä mittausjärjestelmien toimintaa pitää tarkkailla usein, jotta häiriöajat eivät veny kovin pitkiksi. Eri mittauskohteisiin kannattaa määrittää pitoisuuksille rajat, joiden sisällä pitoisuudet pysyvät, kun prosessi toimii normaalisti. Rajat ylittyvät yleensä silloin, kun prosessissa on häiriötilanne ja alittuvat silloin, kun mittausjärjestelmässä on jotakin vikaa. Pitoisuusrajojen määritys helpottaa käyttöasteen tarkkailua ja pitoisuuksien muutoksiin reagoimista. Rajojen määritys on vaikeaa mittauskohteissa, joissa pitoisuudet vaihtelevat paljon normaalitilanteissakin, mutta yleensä ainakin alaraja löytyy eli voidaan määrittää pitoisuus, jonka alle prosessi ja puhdistuslaitteet eivät normaalitilanteessa kykene. Normaalitilanteen pitoisuuksien alaraja on tärkeä juuri mittausjärjestelmän häiriöiden valvonnassa. Monella tehtaalla on käytössä mittausjärjestelmiä, joissa samoilla analysaattoreilla mitataan kahta tai jopa kolmea kattilaa vuorotellen. Kattiloilta on vedetty näytteenottolinjat analysaattoreille, joilla automaattisen magneettiventtiilin avulla näytelinjoja vaihdetaan säännöllisin väliajoin. Tällöin yhtä kattilaa mitataan noin minuuttia tunnissa, kun järjestelmän tasaantuminen vie oman aikansa linjan vaihdossa. Vaikka mittaustietoa kertyy mittauspistettä kohti alle puolet kattiloiden käyntiajasta, niin tätä ei nykyään tulkita mittauskohteiden käyttöasteiden huonoudeksi. Selluprosessien kattiloissa pitoisuuksien muutokset normaalitilanteissa ovat kohtuullisen hitaita, joten on katsottu riittäväksi se, että saadaan edes lyhyt mittaustulos joka tunti kaikista kattiloista. Jos mittausjärjestelmillä pyritään saamaan selville häiriötilanteiden pitoisuuksia, niin silloin mittaus pitäisi olla jatkuvaa. Häiriötilanteissa pitoisuudet vaihtelevat hyvin nopeasti ja piikit voivat olla lyhytaikaisiakin. Käyttöasteen ylläpitämiseen liittyy myös vuosittain tehtävät tarkistus- ja vertailumittaukset, jotka suorittaa luotettava mittauslaboratorio. Vertailumittauksilla todetaan mittausjärjestelmien toiminta mittausalueella sekä mahdolliset tasoerot mittaustuloksissa. Erilaisille mittauskohteille voidaan erikseen määrittää rajat, jotka vertailumittauksessa ylittyessään katsotaan normaalista poikkeavaksi. Rajat voivat olla joissakin kohteissa esimerkiksi 10% pitoisuudesta ja erityisen vaikeissa mittauksissa esimerkiksi mitattaessa hyvin pieniä pitoisuuksia korkeampi. Jos vertailumittaustulokset eroavat asetettuja rajoja enemmän, niin pyritään määrittämään mittausten erojen syyt. Jos häiriö löytyy tehtaan mittausjärjestelmästä, niin häiriön alkamisajankohta ja syy pyritään selvittämään, jotta luotettava mittausaika voidaan määrittää. Mittausjärjestelmien käyttöasteen seurannan järjestäminen on toiminnanharjoittajan oman harkinnan varassa. Seuranta pitäisi toteuttaa siten, että ei pääsisi syntymään kovin pitkiä jaksoja, jolloin mittauksen toimintaa ei ole todettu. Paras keino mittaus järjestelmän toiminnan varmentamiseen on mahdollisimman usein tehtävä koko mittausjärjestelmän kalibrointi. Tehtailla on kuitenkin hyvin monia mittauskohteita ja -järjestelmiä, mutta resursseja järjestelmien huoltoon ja kalibrointiin on rajoitetusti, joten kovin tiheä kalibrointitiheys kaikille mittareille ei ole mahdollista. Tehtailla on kuitenkin yleensä joissakin mittauskohteissa enemmän ongelmia kuin toisissa ja näin ollen käyttöasteen tarkkailua voidaan enemmän suunata näihin ongelmakohteisiin ja jättää kohtuullisen hyvin toimivat mittausjärjestelmät vähemmälle tarkkailulle. Tehtaitten on kartoitettava mittausjärjestelmiensä toiminta ja keskitettävä tarkkailua ja huoltoa enemmän on-

13 sivu 13 (40) gelmakohteisiin, jotta käytettävissä olevilla henkilöstöresursseilla päästään mahdollisimman tehokkaaseen mittausjärjestelmän toimintaan. Häiriötilanteiden päästöjen määrittäminen Toiminnanharjoittaja on velvoitettu seuraamaan häiriötilanteiden kestoaikoja ja pitoisuuksien maksimiarvoja. Yleensä jatkuvatoiminen mittausjärjestelmä on viritetty toimimaan alueella, joka soveltuu normaaliajon pitoisuuksien mittauksiin. Normaalitilanteessa pitoisuudet ovat mittauskohteesta riippuen usein hyvin pieniä (kts. taulukko 2). Häiriötilanteissa pitoisuudet saattavat nousta jopa tuhatkertaiseksi. Häiriötilanteiden pitoisuuksia ei yleensä saada kiinni, sillä normaaliajon mittausalueet ylittyvät. Häiriötilanteiden päästöt voivat edustaa lähteestä riippuen hyvin merkittävää osaa koko vuoden päästöstä. Tästä syystä häiriötilanteiden päästöjen määrittäminen mahdollisimman luotettavasti on erittäin tärkeää, tietyissä tapauksissa jopa normaalitilanteen päästön määritystä tärkeämpää. Häiriöpäästöjen määritys on erityisen tärkeää uutta tekniikkaa edustavilla tehtailla, joilla normaalitilanteissa syntyvät päästöt ovat pieniä tehokkaan prosessin ja puhdistuslaitteiden ansiosta. Tyypillisiä häiriötilanteita sellutehtailla ovat sähkösuotimien häiriöt, rikkidioksidipesurien häiriöt, hajukaasujen keräily- ja käsittelyjärjestelmän häiriöt sekä kattiloiden käyntihäiriöt. Sähkösuotimien, pesurien ja hajukaasujen käsittelyjärjestelmien erotus- ja käsittelytehokkuus ovat normaalitilanteissa hyvin korkeita. Häiriötilanteissa tehokkuus putoaa usein hyvin merkittävästi ja päästöt vastaavasti kasvavat. Häiriötilanteisiin verrattavia tapauksia ovat tehtaiden seisokit, joiden aikana prosessit eivät ole käynnissä, mutta esimerkiksi säiliöistä hönkii TRS- yhdisteitä, joita ei käsitellä seisokin aikana. Seisokkien aikana päästöt ovat lähinnä pöly- ja TRS-päästöjä. Myös prosessin ylös- ja alasajoissa vapautuu suurempia päästöjä kuin normaalissa prosessitilanteessa. Seisokkien aikaisia päästöjä on hyvin vähän mitattu tai muuten määritetty, joten niiden määristä ei juuri ole tietoa. Jatkuvatoiminen mittaus Häiriötilanteiden päästöjä voidaan määrittää mittaamalla jatkuvatoimisilla järjestelmillä häiriötilanteisiin soveltuvilla mittausalueilla. Mittausalueet ovat tässä tapauksessa niin suuria, että normaalitilanteen pitoisuus jää usein mittaustarkkuuden rajoissa havaitsematta. Toisaalta normaalitilanteen SO 2 - ja TRS-pitoisuus on yleensä suhteellisen tasainen eikä välttämättä edusta kovin suurta osaa kohteen kokonais päästöstä. Viranomainen edellyttää jatkuvatoimisilta mittausjärjestelmiltä korkeita käyttöasteita, joten häiriötilanteiden mittauksessa mittausjärjestelmän toiminta normaalitilanteessa pitää todeta muuten, kuin pitoisuutta seuraamalla. Joillakin tehtailla on käytössä analysaattoreita, jotka kykenevät vaihtamaan mittausaluetta suuremmaksi pitoisuuksien kasvaessa yli normaalin mittausalueen. Toimiessaan kahdella mittausalueella mittaavalla järjestelmällä voidaan mitata sekä normaalitilanteen että häiriötilanteiden pitoisuudet. Automaattiset alueiden vaihdot saattavat kasvattaa analysaattoreiden ryömintää ja tihentää siten kalibrointitarvetta. Lisäksi laitteiden mittausviestin epälineaarisuus vaihtelee eri mittausalueilla. Jaksottainen mittaus

14 sivu 14 (40) Häiriötilanteiden päästöjä voidaan määrittää jaksottaisesti mittaamalla pitoisuuksia häiriöiden aikana. Määrityksen ongelmana on se, että häiriötilanteet esiintyvät yllätyksellisesti ja niitä on vaikea järjestää siten, että mittaajat sattuvat olemaan häiriön aikana paikalla. Joidenkin tehtaiden tutkimuskeskuksella on siirrettävät mittauslaitteistot ja mittaushenkilökunta, jotka ovat nopeasti käytettävissä mittauksiin. Mittaustuloksien avulla muodostetaan häiriöille päästökertoimia, jotka kerrotaan häiriön kestolla ja saadaan näin häiriötilanteen päästö. Mittauksien avulla voidaan muodostaa myös erilaisia korrelaatioita esimerkiksi päästön ja pesurin pesunesteen ph:n välille. Korrelaatiot ovat parempia häiriötilanteita määritettäessä, kuin päästökertoimet, sillä häiriötilanteen päästöt vaihtelevat tilanteen mukaan koko ajan. Laskennallinen määritys Häiriöpäästöjä voi määrittää laskennallisesti esimerkiksi erilaisia päästökertoimia käyttäen. Päästökertoimien määritysperusteina voi käyttää jaksoittaista mittauksia, laitetoimittajan tietoja erotusasteista, laitteiden toiminnasta tai karkeaa arviota. Häiriötilanteiden päästöjen määritys voidaan viedä hyvin pitkälle, mutta kaikkien tehtaiden pitäisi kartoittaa ainakin merkittävimmät häiriölähteet ja määrittää niiden päästöt. Päästökertoimia voidaan käyttää myös normaalitilanteen päästöjen määrityksessä hyväksi ja esimerkiksi yhdellä tutkimuksen tehtaalla on käytössä päästökertoimiin perustuva päästöjen laskentajärjestelmä. Mittausjärjestelmän huolto ja kalibrointi Jatkuvatoimisten mittausjärjestelmien huolto ja kalibrointi kuuluu yleensä tehtaan instrumenttitai automaatio-osaston tehtäviin. Yleensä tehtaiden huoltohenkilöstö huoltaa jatkuvatoimiset mittausjärjestelmät muiden töiden ohella. Pelkästään mittausjärjestelmiin erikoistuneita henkilöitä ei yleensä tehtailla ole. Mittausjärjestelmät ovat osoittautuneet kuitenkin enemmän huoltoa vaativiksi, kuin on luultu ja on ollut tarkoitus. Varsinkin tehtaalla, jolla on käytössä useita mittausjärjestelmiä, huoltotöitä on niin paljon, että pelkästään mittausjärjestelmiin erikoistuneelle henkilölle olisi riittävästi töitä mittareiden parissa. Monella tehtaalla harkitaan henkilökunnan lisäämistä mittausjärjestelmien huoltoon ja kunnossapitoon. Huoltohenkilökunnan tehtäviin kuuluvat mittausjärjestelmien vaatimat säännölliset huoltotoimenpiteet sekä mittausjärjestelmän häiriöiden selvittäminen. Laitetoimittaja suorittaa yleensä perus teellisemman vuosihuollon sekä mittausjärjestelmien korjaukset. Analysaattoreilla pitäisi käydä päivittäin tarkistamassa näytekaasujen virtaukset näytteenottojärjestelmän rotametreistä. Samalla katsotaan mm silikageelien kunto, näytteenottolinjan ja laimennusyksikön lämpötila, mittarin antama mittaviesti sekä mittauskopin ilmastoinnin toimivuus. Nämä toimenpiteet kuuluvat jo muutaman tehtaan käytäntöön, eikä sitä koeta kovin työlääksi. Näin tiheästi toteutettu mittausjärjestelmien valvonta edellyttää sitä, että analysaattorit on asennettu paikkoihin, joissa on helppo käydä tekemässä tarkistukset. Huoltotiheys ja tehtävät toimenpiteet määräytyvät mittauskohteittain. Joissakin kohteissa joudutaan suodattimia vaihtamaan ja järjestelmää puhdistamaan useamman kerran kuukaudessa, kun toisissa päästään huomattavasti pidempiin huoltoväleihin. Jokaisen tehtaan on tehtävä huoltosuunnitelma omien mittausjärjestelmien tarpeiden mukaisesti. Säännöllinen huolto on huomattavasti parempi kuin se, että järjestelmät huollettaisiin vain tarvittaessa, sillä säännöllisillä toimenpiteillä järjestelmä ei pääse rappeutumaan niin helposti ja on säännöllisen tarkkailun alla myös huoltohenkilökunnan toimesta. Säännöllisiä huoltotoimenpiteitä ovat mm.

15 sivu 15 (40) suodattimien, silikageelien ja aktiivihiilien vaihto, näytteenottojärjestelmän puhdistus ja tiiveyden tarkistus sekä analysaattoreiden toiminnan tarkistus. Myös tehtaiden mittausjärjestelmien kalibrointitiheys on riippuvainen mittauspisteestä ja käytetystä mittausjärjestelmästä. Nyrkkisääntönä voi kuitenkin pitää, että mittausjärjestelmät pitää kalibroida vähintään kerran kuukaudessa. Kalibrointikaasuina käytetään mittausalueille sopivia jäljitettyjä tarkistuskaasuja. Kalibrointi pitäisi suorittaa koko mittausjärjestelmälle, jotta näytteenottojärjestelmän tukokset, vuodot sekä näytteen absorboituminen huomataan. Laimennussondilla varustetut järjestelmät kalibroidaan kokonaan aina, mutta laimennusyksiköillä varustetut järjestelmät kalibroidaan yleensä vain laimennusyksiköstä eteenpäin. Nykyään on saatavissa joitakin koko mittausjärjestelmän kalibroinnin mahdollistavia järjestelmiä. Tällainen kalibrointijärjestelmä parantaa huomattavasti jatkuvatoimisen mittauksen luotettavuutta, sillä näytteenottojärjestelmissä esiintyy eniten ongelmia. Kalibroinnista pitää kirjata ylös ainakin seuraavat seikat: -Mittarin lukema ennen kalibrointia -Mittarin lukema kalibrointikaasulla ennen järjestelmän säätöä -Mittarin lukema kalibrointikaasulla virityksen jälkeen -Mittarin lukema kalibroinnin jälkeen, aika sekä kalibroinnin tekijä -Tietoja prosessin tilasta (polttoaineen syöttö, höyryteho) Kun tarkistuskaasupullo vaihdetaan, niin kaasun oikeellisuus voidaan todeta ajamalla mittausjärjestelmään ensin kaasua vanhasta pullosta ja sen jälkeen uudesta. Näiden kalibrointikaasujen pitäisi näyttää analysaatorilla samaa pitoisuutta. Tarvittaessa mittalaitteiden lineaarisuus voidaan tarkistaa monipistekalibroinnilla. Päästötietojen raportointi Jatkuvatoimisen mittausjärjestelmän pitoisuustulokset muutetaan viranomaisen edellyttämiin yksiköihin ja raportoidaan eteenpäin. Parhaimmassa tapauksessa tehtaan käyttöhenkilökunnalla, ympäristövastaavilla sekä valvovalla viranomaisella on käytettävissään lähes reaaliaikainen tieto päästömittaustuloksista. Kehittyneimpiin raportointijärjestelmiin on yhdistetty myös ympäristöilman epäpuhtauksia mittaavien kohteiden pitoisuustiedot. Järjestelmät ovat osoittaneet selvästi sen, että kun tehtaan mittausjärjestelmän pitoisuudet nousevat, niin jonkin ajan päästä muutos huomataan myös lähistön ympäristöilman mittauspisteissä. Päästötietojen laskennassa suurimpana ongelmana tällä hetkellä on se, että kaikkia päästölaskennassa tarvittavia suureita ei mitata eikä voi mitata jatkuvatoimisesti. Savukaasun tilavuusvirtaa ja kosteutta ei voida nykytekniikalla mitata kaikissa kohteissa jatkuvatoimisesti. Näiden lisäksi savukaasujen happipitoisuutta ei yleensä mitata savukaasukanavasta. Laskennassa käytetään yleensä hyväksi kertamittauksissa saatuja tilavuusvirran, happipitoisuuden ja kosteuden arvoja. Pitkälle kehitetty päästötietojen käsittely ja raportointi mahdollistaa mittaustietojen monipuolisen käytön päästöjen valvonnassa. Jossakin määrin päästötietoja voidaan käyttää hyväksi myös prosessin valvonnassa ja säädössä.

16 sivu 16 (40) Vertailu- ja tarkistusmittaukset Jatkuvatoimisen mittausjärjestelmän toiminta tarkistetaan vuosittain tehtävillä vertailumittauksilla. Vertailumittaukset tehdään mahdollisimman samanlaisilla laitteilla ja samoissa mittauspisteissä, kuin tehtaan omat järjestelmät. Rinnakkaisilla mittauk silla todetaan mittausjärjestelmän reagointi pitoisuuksien muutoksiin. Tarvittaessa analysaattoreille tehdään ns. lineaarisuustarkistukset, jotta analysaattorien viestin epälineaarisuuden mittausvirhe voidaan poistaa tuloksista tai huomioida kokonaisepävarmuusarvioinnissa. Samalla nähdään, minkä verran analysaattoireiden epälineaarisuus muuttuu (ryömii) ajan myötä. Eri mittausten monipistekalibrointi kannattaa tehdä: tapauskohtaisesti sopivin väliajoin (varsinkin raja-arvojen ylityksissä), laitteen käyttöönoton ja korjaustoimenpiteiden yhteydessä ja, jos analysaattorin epälineaarisuus vaikuttaa merkittävästi mittaustuloksen kokonaisepävarmuuteen (esimerkiksi kahden mittausalueen samanaikaisessa seurannassa). Tarkistus- ja vertailumittauksia tekevän päästömittauslaboratorion pitää osoittaa omien päästömittaajien ja mittausten laadullinen taso tai tulisi käyttää ns. akkreditoituja testaus- ja mittausmenetelmiä. Akkreditoituja mittausmenetelmiä voivat olla esimerkiksi lämpötilamittaus savukanavasta, SO 2 -pitoisuusmittaus kemiallisella kennolla, virtausmittaus tai monipistekalibrointi kenttäolosuhteissa. Suomessa mittauksia suorittavan laboratorion pätevyyden toteamisen eli akkreditoinnin edellytyksenä on, että laboratorio osoittaa jatkuvasti täyttävänsä akkreditointitoiminnassa noudatettaviksi vahvistetut vaatimukset: SFS EN 45001, ja sekä ISO QUIDE 25 /11/. Akkreditoitujen päästömittauslaboratorioiden mittaustoiminta ja raportointi sekä akkreditoidut mittausmenetelmät on todettu luotettavaksi. Vuosittain tehtävät mittaukset ovat hyvin tärkeä osa mittausjärjestelmien toiminnan laadunvarmennusta. Jatkuvatoimisten mittausjärjestelmien mittaustulosten luotettavuus todetaan pitkälti vertailu- ja tarkistusmittauksilla. Viranomainen on määrännyt kertaluonteisia mittauksia tehtäväksi vuoden välein. Mitattavia yhdisteitä ovat mm. SO 2, TRS, NO x, CO, pöly, klooriyhdisteet sekä polyklooratut dibentsodioksiinit ja dibentsofuraanit. Mittauksien tarkoituksena on tarkistaa jatkuvatoimisten mittausten antamat tulokset ja saada näin varmennetut päästötiedot. Jaksottaiset mittaukset ovat yhä enemmän jatkuvatoimisten järjestelmien vertailumittauksia. Viranomainen tosin edellyttää paljon sellaisiakin mittauksia, joille ei ole jatkuvatoimisia mittausjärjestelmiä selluteollisuudessa. Tällaiset mittaukset on tarkoitettu raja-arvojen valvontaan. Päästömittauslaboratorioiden tekemät mittaukset ovat hyvin tarpeellisia myös sen vuoksi, että tilavuusvirran ja kosteuden määritys perustuu vielä pitkälti kertamittauksiin. Näitä mittaustuloksia käytetään sitten vuosipäästöjen laskennassa hyväksi. Koulutus

17 sivu 17 (40) Jatkuvatoimisten mittausjärjestelmien käyttöön ja kunnossapitoon liittyvä koulutus on ollut tähän asti hyvin pitkälti laitetoimittajan tehtävä. Yleensä laitetoimittajat antavat lyhyen koulutuksen järjestelmien käytöstä ja tavanomaisista huoltotoimenpiteistä silloin, kun mittausjärjestelmät otetaan käyttöön. Lisäkoulutusta annetaan oikeastaan vain silloin, kun mittausjärjestelmiä uusitaan tai laajennetaan. Laitetoimittaja pystyy varmasti antamaan parhaan mahdollisen opastuksen järjestelmien käytöstä, mutta selluteollisuuden mittauksissa esiintyy paljon erityisongelmia, joihin laitetoimittajalla ei aina ole kokemusta ja tietoa. Selluteollisuuden mittausjärjestelmät ovat vain yksi, vaikkakin merkittävä osa laitetoimittajien myynnistä. Selluteollisuuden mittausjärjestelmissä joudutaan paneutumaan huomattavasti enemmän huoltoon ja kunnossapitoon, kuin esimerkiksi energiatuotannon mittausjärjestelmissä. Selluprosessin ilmapäästöjen jatkuvatoimisen mittauksen toimintaan liittyy paljon ongelmia, joita ei esiinny muissa mittauskohteissa. Koulutusta mittausjärjestelmien käyttöön, kalibrointiin ja huoltoon liittyviin asioihin kannattaa suunnata erityisesti sellutehtaitten henkilökunnille. Metsäteollisuudessa on jonkin verran keskinäistä yhteistyötä ja koulutuspäiviä asiaan liittyen. Tällainen koulutusmuoto on erittäin hyödyllinen, sillä eri sellutehtailla on hyvin pitkälti samantyyppisiä ongelmia jatkuvatoimisessa mittaamisessa. Jatkuvatoimisen mittausjärjestelmän laadunvarmennus Jatkuvatoimisen mittausjärjestelmän laadunvarmennuksen tavoitteena on tuottaa jatkuvasti luotettavia päästömittaustuloksia. Laadunvarmennustoiminta voidaan ajatella kuvassa 3 esitettynä tapahtumasarjana, jossa mittauksesta ja kalibroinnista saadaan mittaus- ja laskentatulokset, joille on määritetty kokonaisepävarmuus. Mittaustulosten luotettavuus varmennetaan tarvittavilla tarkistusmittauksilla. Koko mittaustapahtuma dokumentoidaan ja arkistoidaan riittävän hyvin myöhempää käyttöä varten. MITTAUS JÄLJITETTÄVYYS KALIBROINTI ARKISTOINTI MITTAUSTULOS TARKISTUSMITTAUKSET LASKENTA EPÄVARMUUSARVIO Kuva 3 Selluteollisuuden päästömittausjärjestelmän laadunvarmennuksen keskeiset osatekijät Laadunvarmennuksessa kiinnitetään huomiota myös siihen, että kaikki mittausjärjestelmän tapahtumat ovat jäljitettävissä esimerkiksi johonkin mittausnormaaliin. Tämä koskee erityisesti järjestelmien huoltoa ja kalibrointia, jotka tehdään ohjeiden mukaan ja toiminnat kirjataan huolellisesti ylös. Dokumentointi voi käsittää mm. menetelmä-, tulkinta-, testaus-, käyttö-, huolto-, kalibrointi- ja työohjeet, standardit, lait, asetukset ja määräykset. Mittaustietojen jäljitettävyys riippuu hyvin pitkälti siitä, miten hyvin mittausjärjestelmän toiminta ja tehdyt huol-

18 sivu 18 (40) totoimenpiteet on dokumentoitu. Viranomainen ei ole antanut tarkkoja ohjeita jatkuvatoimisen mittauksen laadunvarmennuksesta, vaan toiminnanharjoittaja voi itse harkita sen, kuinka jatkuvatoimisen mittausjärjestelmän laadunvarmennus hoidetaan. Metsäteollisuusyrityksillä on käytössään laatujärjestelmiä. Laatujärjestelmät liittyvät yleensä yrityksen tuotannolliseen toimintaan, mutta monella metsäteollisuusyrityksellä on käytössä myös ympäristöjärjestelmä. Laatujärjestelmiä voi soveltaa myös päästöjen tarkkailujärjestelmiin. Ympäristöjärjestelmät antavat lisäksi joitakin viitteitä päästöjen määritysmenetelmien toimintaan, niiden luotettavuuteen ja toiminnan tarkkailuun. Jatkuvatoimisen mittausjärjestelmän toiminnasta kannattaa tehdä laatukäsikirja. Laatukäsikirjassa kuvataan mittausjärjestelmien toiminta, käyttö, huolto, kalibrointi, vertailumittaukset, lineaarisuustarkistukset, tulosten raportointi ja niiden käyttö sekä tulosten kokonaisepävarmuuden arviointi. Varsinaisen laatujärjestelmän kokoaminen erikseen päästöjen määritysmenetelmille on raskasta ja kallista, mutta laatujärjestelmistä tutuksi tulleet toimintatavat ja kirjaamistoimenpiteet on sovellettavissa myös päästöjen määrityspuolelle. Jatkuvatoimisen mittaamisen laatukäsikirjan voisi laatia toiminnanharjoittajan tekemän päästöjen tarkkailu- ja häiriötilannesuunnitelman pohjalta. Mittausjärjestelmän osalta suunnitelmaan pitäisi lisätä ainakin arviot mittaus järjestelmän kokonaisepävarmuudesta. Laatukäsikirjaan kootaan myös mittausjärjestelmien käyttöön ja kunnossapitoon liittyvät vastuut ja tehtävät. Päästömittauksista ja huollosta vastaavat henkilöt nimetään ja heidän tehtävänsä määritellään. /13/ Säännölliset huolto- ja kalibrointitoimenpiteet ja niiden suoritustiheys pitäisi kuvata. Laatukäsikirja olisi hyvä laatia kaikkien mittausten kanssa tekemisissä olevien ihmisten kanssa yhteistyössä, jotta koko mittausketju ja tulosten käsittely käytäisiin huolellisesti läpi. Vuosittain tehtävät tarkistusmittaukset ovat yksi tärkeä osa mittausjärjestelmien laadunvarmennusta. Mittauksien avulla tarkistetaan kiinteitten jatkuvatoimisten mittausten toiminta käytännössä. Päästömittauslaboratorion mittaustuloksia verrataan tehtaan järjestelmän tuloksiin sekä pitoisuustietoina, että päästötiedoiksi laskettuna, mikäli tehtaalla on päästötietojen laskentajärjestelmä. Näin tarkastetaan myös tehtaan mittaustulosten käsittely- ja raportointijärjestelmä. Ohjeita päästöjen määrittämiseksi Viranomainen velvoittaa tehdasta seuraamaan pitoisuuksien tunti-, vuorokausi-, vuosikeskiarvoa ja huippuarvoja sekä asetettujen raja-arvojen ylityksiä ja ylitysaikoja. Mittauslaitteet mittaavat yleensä kaasumaisten päästöjen tilavuusosuuksia ja ppm-tulos täytyy yleensä muuttaa yksikköön mg/nm 3 (kuivaa savukaasua). Osakaasujen pitoisuudet muuttuvat riippuen siitä, ilmoitetaanko pitoisuus kuivissa tai kosteissa kaasuissa. Kuvassa 4 havainnollistetaan kosteuden vaikutusta epäpuhtauden pitoisuuteen kosteassa ja kuivassa kaasussa. Usein epäpuhtauden pitoisuus mitataan kosteasta näytekaasusta, jolloin kosteuden vaikutus on huomioitava määritettäessä kuivan kaasun pitoisuutta.

19 sivu 19 (40) epäpuhtaus 25 % mittaus kosteasta kaasusta kosteus epäpuhtaus 50 % H2O mittaus kuivasta kaasusta Kuva 4 Kosteuden vaikutus epäpuhtauden pitoisuuteen kosteassa ja kuivassa kaasussa /25/ Kuivan savukaasun mittaustulos saadaan yksinkertaisesti laskettua seuraavalla muunnoskaavalla: C m, d CV, d = V * M haittaaine m, haitta aine ( 1 ) missä C m,d pitoisuus kuivassa savukaasussa, mg/nm 3 C V,d mitattu tilavuusosuus kuivassa savukaasussa, ppm M haitta-aine haitta-aineen moolimassa, g/mol V m,haitta-aine haitta-aineen moolitilavuus normaalitilassa (NTP=N), mol/nm 3 NTP normiolosuhteet, T =273,15 K, p = 101,3 kpa Kosteaa kaasua mittaava mittausjärjestelmä: Pitoisuusarvon laskenta voi osoittautua ongelmalliseksi tehtailla, joilla mittari mittaa pitoisuutta kosteasta kaasusta. Melkein kaikilla tehtailla osa mittareista mittaa kosteita savukaasuja. Tällöin pitoisuus saadaan laskettua seuraavasti: C m, d CV, w * M = V haittaaine m, haitta aine x ( 2 ) missä C V,w haitta-aineen mitattu tilavuusosuus kosteassa savukaasussa, ppm x kaasun kosteuskerroin q w V w v ρ, x = = 1 + q ρ V, d H O 2 g, d ( 3 ) missä q V,w kostean savukaasun tilavuusvirta, m 3 /s q V,d kuivan savukaasun tilavuusvirta, m 3 /s ρ g,,d kuivan savukaasun tiheys ρ H2O vesihöyryn tiheys w v veden ja kuivan kaasun massasuhde kanavassa, kg/kg w v m = m H2O g, d ( 4 )

20 sivu 20 (40) missä m H2O on veden massa m g,d kuivan savukaasun massa Veden ja kuivan savukaasun massasuhde on kertaluonteisissa mittauksissa määritetty punnitsemalla näytekaasusta kondensoitu vesi. Jatkuvatoimisesti vastaava mittaus on mahdoton järjestää. Massasuhde saadaan kaasun suhteellisesta kosteudesta mittaamalla tai savukaasulaskusta laskemalla. Kosteuskerroin pesurin jälkeen: Erityistapaus on savukaasun kosteus pesurin jälkeen. Tällöin suhteellinen kosteus savukaasukanavassa on 100 % ja massasuhteelle voidaan johtaa seuraavanlainen yhtälö w v = M M H2O g, d p tot ϕ p, h ϕ p, h ( 5 ) missä M H2O veden moolimassa M g,d kuivan savukaasun moolimassa M g,d M i kuivan ilman moolimassa ϕ savukaasun suhteellinen kosteus, - Kun suhteellinen kosteus on 100 %, niin ϕ = 1. p tot savukaasuseoksen kokonaispaine, Pa kaasuseoksen lämpötilaa vastaava kylläinen höyrynpaine, Pa p ' h Kaasuseoksen lämpötilaa vastaava kylläinen höyrynpaine voidaan katsoa taulukoista tai laskea korrelaatioyhtälöstä. p, h = e B A T C ( 6 ) missä p ' h kaasuseoksen lämpötilaa vastaava kylläinen höyrynpaine, bar A,B,C vakioita, jotka ovat vesihöyrylle A= 12,046, B = 4036,05, C = 37,736 T kaasuseoksen lämpötila, K Kuvaan 5 on laskettu kosteuskertoimen arvoja savukaasun lämpötilassa. Kuvasta nähdään, miten kosteuskertoimen arvo voimakkaasti kasvaa savukaasun lämpötilan ollessa yli 60 C. Meesauunien ja soodakattiloiden päästöt mitataan yleensä pesurin jälkeen, missä savukaasu on kylläisessä tilassa ja noin C lämpötilassa, jolloin kosteuskerroin kuvan mukaan on jopa 2-3. Jos kosteutta ei huomioida, on ilmoitettu tulos jopa 2-3 kertaa pienempi kuin kuivissa savukaasuissa. Merkitys on melkein yhtä huomattava, vaikka savukaasu ei olisi kylläistä (esim ϕ = 40 %, 60 C < T < 90 C 1,15 < x < 1,55 ).