Der erforderliche Umfang von Emissionsdauerüberwachungen werden durch einschlägige nationale gesetzliche Vorschriften bestimmt.

Beispielsweise schreibt die in Deutschland verbindliche 17.

BImSchV (Bundes-Immission-Schutz-Verordnung) für eine lückenlose Überwachung von Rauchgas emittierende Anlagen auch taktweise zu wiederholenden Einzelmessungen vor, um relevante Staubinhalts- stoffe und filtergängige Schadstoffe, wie Schwermetalle oder or- ganische Verbindungen nachzuweisen und zu belegen, mit Kenntnis der gleichfalls zu bestimmenden Abgasfeuchte.

Bekannte Verfahren zur Emissionsdauerüberwachung sind Absorpti- onsverfahren von Lichtwellen oder sonstigen Strahlungsquellen.

Weiter ist bekannt, Staubfilter über ihren Druckverlust zu über- wachen, indem bei einem Schwellwert davon ausgegangen wird, dass der Filter beladen ist und ausgewechselt werden muss. Erst da- nach lässt sich nachträglich die integrale Menge der auf dem Filter abgeschiedenen Partikel gravimetrisch bestimmen. Eine kontinuierliche Überwachung der abgeschiedenen Menge in vorgege- benen Zeitschritten lässt sich mit dieser Methode nicht erzie- len.

Aus der DE 41 15 212 C2 ist ein Verfahren und ein dazugehöriges Langzeitprobenahmesystem zur kontinuierlichen Bestimmung von Staubgehalten in strömenden Medien unter isokinetischer Teil- stromentnahme von Proben aus dem Hauptgasstrom eines Schadstoff- emitters mittels einer Sonde und mit Abscheiden der Stäube durch Kuchenfiltration auf einem Filter bekannt. Eine isokinetische Teilstromentnahme aus einem Hauptgasstrom liegt vor, wenn der abzusaugende und zu messende Teilstrom exakt die gleiche Zusam- mensetzung bezüglich der Rauchgaszusammensetzung und der chemi- schen Bestandteile aufweist, wie der Hauptgasstrom (vgl. [1]).

Dabei werden zum ständigen Aufrechterhalten der isokinetischen Teilstromentnahme-Bedingungen an der Teilstromentnahmesonde die folgenden Strömungsparameter gemessen : - Der Gesamtdruck PG, - der statische Druck pst, in des Hauptgasstromes, - der statische Druck pst, T des Teilgasstromes, - die Systemtemperatur T, - die Gasfeuchte, sowie über eine dem Filter nachgeschaltete Analyseeinheit, wel- che einen Teilstrom anzapft, die Gaszusammensetzung.

Aus diesen Strömungsparametern lassen sich die Dichte, die Vis- kosität, der Volumenstrom sowie die Reynoldszahl Re des Teil- gasstromes berechnen. Diese Strömungsdaten dienen der Regelung der isokinetischen Teilstromentnahme bei sich ändernden Strö- mungsbedingungen im Abgashauptstrom. Zur Bestimmung der Staub- emission wird zunächst der Druckverlust im unbelegten Filter beim Start eines Abscheideprozesses gemessen. Während des Ab- scheideprozesses wird dann der momentane Druckverlust APF im Fil- ter unter ständigem Aufrechterhalten der isokinetischen Teil- stromentnahme-Bedingungen stetig weiter gemessen, wobei laufend die Filterbelegung h = APF/ (n-VF), VF ist die Filtrationsgeschwin- digkeit, berechnet wird. Die zeitliche Änderung der Filterbele- gung Ahi wird dann über die Beziehung Ahi= hi+1-hi dargestellt, wobei hi die Filterbelegung zu einem Zeitpunkt ti und hi, 1 die Filterbelegung zu einem weiteren Zeitpunkt t ; +i ist. Über die Be- ziehung Er = m/(hEnde-hO) (m = abgeschiedene Staubmenge) wird die Emissionskonstante Er im Rahmen eines gesamten Probenahmezyklus zwischen ho und hEnde empirisch bestimmt. Mit der gleichen Bezie- hung lässt sich dann bei einem filterspezifischen, d. h. prak- tisch unveränderlichen Er bei bekannten Ahidie in einem Zeitin- tervall zwischen ti und ti+1 abgeschiedenen Staubmenge Ami bestim- men, welche sich dann für eine Dokumentation einem im demselben Zeitintervall bestimmten Teilgasvolumen im Normzustand zuordnen lässt. Auf die formelmäßigen Zusammenhänge bei diesem Verfahren sei auf die einschlägige Literatur sowie Lehrbücher (z. B. [2]) für die Wärme-und Stoffübertragung verwiesen.

Bei dem Verfahren und dem mit diesem offengelegten Langzeitpro- benahmesystem erfolgt jedoch die Abzweigung eines Unterteilstro- mes aus dem Teilstrom des vom Staub gereinigten Abgases für eine Analyse der im Abgas gelösten flüchtigen, d. h. filtergängigen chemischen Inhaltstoffe nach dem Filter und vor der Pumpe nicht nach isokinetischen Bedingungen.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der Erfin- dung die Aufgabe zugrunde, ein Langzeitprobenahmesystem so zu modifizieren, dass neben der kontinuierlichen quantitativen Langzeitbeprobung von Stäuben in strömenden Medien zusätzlich die Möglichkeit geschaffen wird, flüchtige und damit filtergän- gige Inhaltsstoffe mit optimierter, d. h. sensiblerer Nachweis- grenze bei gleichzeitig reduziertem Messaufwand kontinuierlich quantitativ zu erfassen.

Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung die Merkmale vor, die im Patentanspruch 1 angeführt sind. Die weiteren Ansprüche geben bevorzugte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung an.

Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von Figuren einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lang- zeitprobenahmesystems näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 das Langzeitprobenahmesystem in prinzipieller Darstel- lung, sowie Fig. 2 die Teilstromentnahmesonde im Bereich der Sondenmün- dung.

Fig. 1 zeigt das Schema der dargestellten Ausführungsform des Langzeitprobenahmesystems zum kontinuierlichen Bestimmen von Staubgehalten, Gaszusammensetzung, Gasfeuchte sowie der im Abgas gelösten flüchtigen, d. h. filtergängigen chemischen Inhalts- stoffe in strömenden Medien unter isokinetischer Teilstroment- nahmebedingungen.

In Fig. 1 ist der Abschnitt eines Abgaskanals 1 dargestellt, welcher im Rahmen einer zuvor beschriebenen Emissionsdauerüber- wachungen der Rauchgasreinigungsstufe nachgeschaltet ist und in dem der Hauptgasstrom 3 des Abgases in der angegebenen Pfeil- richtung geleitet wird. Idealerweise ist dabei der gezeigte Ab- schnitt gerade verlaufend und vertikal ausgerichtet, der Quer- schnitt des Abgaskanals 1 rund sowie der Hauptgasstrom nach oben strömend. Die isokinetische Teilstromentnahme erfolgt in diesem Abschnitt mittels einer Teilstromentnahmesonde 2, dessen Sonden- mündung 6 gemäß der VDI-Richtlinie 2066 im Strömungsprofil des Hauptgasstroms im Abgaskanal 1 gegen die Strömung ausgerichtet ist. Der für die Absaugung des Teilstroms erforderliche Unter- druck in der Saugleitung 4 wird über ein Sauggebläse 5 erzeugt.

Die Strömungsdaten des Teilstromentnahmesonde 2, insbesondere die Strömungswiderstandsbeiwerte der Sondenmündung 6 im Haupt- gasstrom, fließen dabei als Parameter in die Regelung der isoki- netischen Teilstromentnahme mit ein. Sie werden im Rahmen sepa- rater Windkanalmessungen vorab bestimmt, wobei sie sich je nach Temperatur, Druckverhältnisse und Viskosität des Strömungsmedi- ums ändern und bei der Steuerung des Sauggebläses 5 zu berück- sichtigen sind.

Fig. 2 zeigt eine mögliche Gestaltung der Teilstromentnahmesonde 2 im Bereich der Sondenmündung 6. Für die Ermittlung der Regel- parameter für die isokinetische Teilstromentnahme wird deutlich hinter der Sondenmündung der statische Druck pst, H des Hauptgas- stromes über mindestens eine radialen Außenöffnung 7 außen an der Teilstromentnahmesonde, der statische Druck pst, T des Teil- gasstromes über mindestens eine radialen Innenöffnung 8 in der Teilstromentnahmesonde sowie der Gesamtdruck PG über drei Stau- rohre 9, welche die Druckwerte deutlich vor der Sondenmündungs- öffnung abgreifen, im Hauptgasstrom abgegriffen und jeweils über eine in den Figuren nicht dargestellte Rohrleitung parallel zu der Saugleitung 4 zu je einem Druckmessgerät, welche sich in ei- nem Gehäuse 10 am Ende der Saugleitung 4 außerhalb des Abgaska- nals befinden, pneumatisch weitergeleitet und durch diese in elektrische Signale gewandelt. Ferner wird die Systemtemperatur T des Hauptgasstromes über ein Thermofühler 11, welcher eben- falls die Messwerte deutlich vor der Sondenmündung abgreift, ge- messen.

Die Systemtemperatur T sowie die drei zuvor genannten System- drücke Pst, H, PstT und PG werden als vier elektrische Signale 12 parallel und zeitgleich einer Mess-und Regeleinheit 13 für die Steuerung des Sauggebläses 5 über eine Bedieneinheit 14 zuge- führt.

Im Dauerbetrieb wird der über die Teilstromentnahmesonde 2 und mittels dem Sauggebläse 5 abgesaugte Teilgasstrom über eine Zu- leitung 15, eine Ableitung 22 und zwei Mehrwegehähne 20 und 21 wechselseitig umschaltbar alternativ durch einen der beiden Fil- tergehäuse 16 und 17, in welchen die im Teilgasstrom enthaltenen Stäube und andere Feststoffpartikel fortlaufend auf den Feinstfiltern 18 und 19 aufgeschieden werden, geleitet. Als Feinstfilter eignen sich hierbei beispielsweise Teflonfilter.

Neu bei dem Langzeitprobenahmesystem sind die in den beiden Fil- tergehäusen 16 und 17 angeordneten und den Feinstfiltern 18 und 19 direkt nachgeschalteten Adsorberstufen 23 und 24. In diesen reichern sich die im Teilgasstrom gelösten flüchtigen, d. h. filtergängigen chemischen Inhaltsstoffe, beispielsweise Schwer- metalle oder organische Schadstoffe, auf dem Absorbermaterial an, sodass sie nach Abschluss der Beprobung durch ein geeignetes Analyseverfahren quantifizierbar sind.

Mit der Durchleitung des gesamten Teilgasstrom durch die Adsor- berstufen 23 oder 24 steht in vorteilhafter Weise auch der ge- samte Anteil der im gesamten Teilgastrom gelösten flüchtigen In- haltsstoffe für eine Analyse zu Verfügung. Auf diese Weise wird die Nachweisgrenze für einzelne Inhaltstoffe herabgesenkt, so- dass die zu detektierenden Stoffe auch bei sehr geringen Kon- zentrationen erheblich besser erfassbar sind. Eine Abzweigung eines Unterteilgasstromes aus dem Teilgasstrom des vom Staub ge- reinigten Abgases auf der Höhe der Ableitung 22 für eine Schad- stoffanalyse der im Abgas gelösten flüchtigen Inhaltstoffe, wel- cher gemäß des genannten Stands der Technik nicht nach isokine- tischen Bedingungen erfolgt, ist damit nicht mehr erforderlich.

Diese werden in den Adsorberstufen 23 oder 24 abgefangen oder können über die Ableitungen 31 oder 32 vor den Adsorberstufen einer eigenständigen Gasanalyse auch für die Erfassung von z. B.

HC1, SO2, NOX, HF oder anderer Schadstoffe zugeführt werden.

Ferner benötigt die den Feinstfiltern 18 und 19 nachgeschalteten Adsorberstufen 23 und 24 im Gegensatz zu dem genannten Stand der Technik für eine kontinuierliche Beprobung keine eigenen An- triebs-oder Regelungseinheiten, was den bisher übliche Messauf- wand erheblich reduziert. Damit ist das Langzeitprobenahmesystem ohne zusätzliche Messtechnik auch zur lückenlosen kontinuierli- chen Langzeitbeprobung von flüchtigen Stoffen geeignet.

Üblicherweise sind auf der Adsorbenz (z. B. Polypropylen, Aktiv- kohle etc.) der Adsorberstufen 23 und 24 folgende Stoffe im Ein- zelnen nachweisbar : - polybromierte bzw. polychlorierte Dibenz-p-dioxine - polybromierte bzw. polychlorierte Dibenzofurane - polychlorierte Biphenyle - polychlorierte Benzole - polychlorierte Phenole - polychlorierte Naphtaline - polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe flüchtige Schwermetalle, wie z. B. Hg und deren Verbin- dungen Nach den Feinstfiltern 18 und 19 und den Adsorberstufen 23 und 24 ist in der Ableitung 22 eine Bypassleitung 25 geschaltet, über welcher konstant eine minimale Unterteilstrommenge ange- saugt und direkt einer Analyseeinheit 26 zugeführt und von dort ins Freie geleitet wird. In der Analyseeinheit erfolgt die Be- stimmung der Gaszusammensetzung insbesondere hinsichtlich CO2, 02 sowie der Gasfeuchte. Die dabei ermittelten Messwerte werden als elektrische Messwerte 27 der Mess-und Regeleinheit 13 zuge- führt. Mit diesen und den an der Sondenmündung 6 der Teilstrom- entnahmesonde 2 ermittelten Systemtemperatur T und der drei Sy- stemdrücken pst,, , Pst, T und PG sowie der durch die Feinstfilter 18 und 19 erzeugte und an diesen abgegriffenen Druckminderungen Ap (gemessen wird der Differenzdruck vor und hinter dem Feinstfil- ter 18 bzw. 19, der als elektrische Messsignale 28 der Mess-und Regeleinheit 13 zugeführt wird) werden die Dichte, die Viskosi- tät, der Volumenstrom sowie die Reynoldszahl Re des Teilgas- stromes weiterverarbeitet und in einem weiteren Schritt zur Re- gelung der isokinetischen Teilstromentnahme bei sich ändernden Strömungsbedingungen im Hauptgaststrom herangezogen. Dabei wird dem Sauggebläse 5 eine entsprechende Regelgröße 29 für den Ge- bläsemotor zugeführt.

Gegenüber dem genannten Stand der Technik verringert sich der Unterteilgasstrom aus dem Teilgasstrom auf der Höhe der Ablei- tung 22, da der Unterteilgasstrom jetzt nur noch für die Analy- seeinheit 26 abgezweigt werden muss.

Im Anschluss an die Ableitung 22 durchströmt der Teilgasstrom das Sauggebläse 5, von wo dieser über eine weitere Leitung wie- der dem Hauptgasstrom, und zwar an einer Stelle nach der Teil- gasstromentnahme in Strömungsrichtung gesehen, zugeführt wird.

Zur Vermeidung von ungewollter Kondensation insbesondere von gasförmig vorliegenden Schadstoffverbindungen in den Feinstfil- tern 18 und 19 oder im Sauggebläse 5 können diese optional mit einer in den Figuren nicht näher dargestellte Heizung versehen werden. Mit Hilfe einer derartigen Verschiebung des Taupunktes lassen sich insbesondere auch die im Teilgasstrom gelösten flüchtigen Inhaltsstoffe sicher durch die Feinstfilter 18 und 19 in die Adsorberstufen 23 und 24 transportieren.

Zur Durchführung einer kontinuierlichen Langzeitbeprobung wird zunächst der Differenzdruck vor und hinter dem jeweils über die Mehrwegehähne 20 und 21 durchgeschalteten Feinstfilter 18 bzw.

19, d. h. die Druckminderung Ap, im unbelegten Zustand gemessen.

Damit beginnt der Probenahmevorgang, welcher ohne Unterbrechung und ohne ein Umschalten auf den jeweils anderen, nicht aktiven Feinstfilter 18 oder 19 bis zur vollständigen Belegung, d. h bis zur Überschreitung einer als Limit vorgegebenen Druckdifferenz Apkrit, des aktiven Feinstfilters weitergeführt wird. Wird APkrit überschritten, wird der Teilgasstrom über die Mehrwegehähne 20 und 21 auf den bislang nicht aktiven Feinstfilter 18 oder 19 um- geschaltet und der jetzt belegte Feinstfilter dem Filtergehäuse zur weiteren Analyse und/oder zur Archivierung entnommen. Fer- ner kann die reale Emissionskonstante Er als Quotient der abge- schiedenen Staubmenge m zu der Gesamtfilterbelegung Ah = hEnde- hO bestimmt und für die nachträgliche Korrektur der taktweise bestimmten Staubmengen pro Zeitintervall herangezogen werden. Da sich die Emissionskonstante Er als spezifische Größe der Staub- partikel praktisch nie ändert ist eine derartige Korrektur nur bei unbekannter, d. h. während der ersten Messung als Schätzwert eingesetzter, Emissionskonstante Ea erforderlich.

Auf die einzelnen Verfahrensschritte sowie auf die Algorithmen zur Ermittlung der zu dokumentierenden Emissionsdaten aus den gewonnenen Messdaten wird auf den zuvor zitierten Stand der Technik verwiesen.

Zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Langzeitprobenahme- systems wurden an einer Müllverbrennungsanlage sechs einwöchige Messzyklen durchgeführt. Die Versuche wurden mit zwei verschie- denen Teilstromentnahmesonden mit einem Wirkdurchmesser dw von 16 bzw. 25 mm durchgeführt. Zur Überprüfung der Wirksamkeit der Ad- sorberstufen wurde die Schüttung in diesen in drei Adsorber- schichten unterteilt, wobei der das Feinstfilter passierende Teilgasstrom zunächst die obere, dann die mittlere und schließ- lich die untere Adsorberschicht durchströmt. Die Dioxin-und Fu- rankonzentrationen in pg TEQ/Nm3 (TEQ= Toxizitätsäquivalent) der nach der Langzeitbeprobung in den Adsorberschichten akkumulier- ten Dioxine und Furane wurden quantitativ ausgewertet und für die drei Adsorberschichten in der folgenden Tabelle angegeben. Wirkdurchmesser Konzentration der Dioxine und Furane in den der Teilstroment-Adsorberschichten der Adsorberstufe nahmesonde [mm] [pg TEQ/Nm3] oben Mitte unten 16 0, 46 <0,01 <0,01 25 0, 25 0, 01 <0,01 Tabelle : Beispiel für die Adsorption von Dioxin/Furan auf den Adsorberschichten einer Adsorberstufe Aus der Tabelle deutlich ersichtlich ist die enorme Konzentrati- onsabnahme an Furanen und Dioxinen zwischen der oberen und mitt- leren Adsorberschicht, welche bereits in der zweiten durchström- ten Adsorberschicht einen Wert von 0,01 pg TEQ/Nm3 aufweist und damit bereits im Bereich der Nachweisgrenze liegt. Deshalb kann bei Routinemessungen auf eine Analyse des unteren und eventuell auch des mittleren Segmentes verzichtet werden.

Anstelle der Adsorberstufen sind je nach Einsatzzweck und der Art der zu detektierenden flüchtigen Inhaltstoffen auch Absorp- tionsstufen oder kombinierte Ad-und Absorberschichten mit gleichen oder verschiedenen, jeweils hinsichtlich der Adsorp- tionsfähigkeit für einen bestimmten Schadstoff auswählbaren Ad- sorbenzien einsetzbar.

Ferner können auch mehrere hintereinander und/oder parallel an- geordnete Ad-und/oder Absorberstufen zur Anwendung gelangen, welche aufeinander abgestimmt separat analytisch auswertbar sind.

Neben der zuvor beschriebenen kontinuierlichen Langzeitbeprobung von Stäuben über die Feinstfilter und der flüchtigen Inhalts- stoffe über die Adsorberstufen besteht im Rahmen des erfindungs- gemäßen Langzeitprobenahmesystems die Möglichkeit zum Anschluss von zusätzlichen Analysegeräten. Beispielsweise bietet sich eine Abzweigung eines Unterteilstromes zwischen dem Feinstfilter und der Adsorberstufe oder innerhalb der Adsorberstufe für eine zu- sätzliche, weiterführende Gasanalytik an. Insbesondere bietet es sich an, die Ableitungen 31 und 32 auch zwischen zwei Ad-oder Absorbtionsstufen ausmünden zu lassen. Dabei können bestimmte Schadstoffe, welche bei einer eigenständige Gasanalyse nicht ge- messen werden sollen, beispielsweise zur Vermeidung von Querem- pfindlichkeiten bei der Gasanalytik in Ad-oder Absorlberstufen bereits vor der Ableitung abgefangen werden. Zudem gehen Anteile der vor der Ableitung 31 oder 32 ab-oder adsorbierten Schad- stoffe für eine Bilanzierung der Schadstoffmengen in den Ab- oder Adsorptionsstufen nicht verloren.

Grundsätzlich ist das Langzeitprobennahmesystem auch im Rahmen einer Beurteilung und Optimierung eines Verbrennungsprozesses geeignet. Die wesentlichen Informationen in Hinblick auf die Be- urteilung eines Verbrennungsprozesses, insbesondere auf die Ef- fizienz der Verbrennung oder die Bildung und Freisetzung von Schadstoffen aus dem Prozess, liegen nämlich im Rohgas, also zwischen dem Abhitzekessel und der ersten Rauchgasreinigungs- stufe, vor. Im Rahmen einer Messung muss demzufolge der Rohgas- teilstrom auch direkt nach dem Abhitzekessel aus dem Rohgas- hauptstrom isokinetisch abgenommen werden. Im allgemeinen ist der dort herrschende Strömungszustand gekennzeichnet durch er- hebliche Schwankungen der Rohgasgeschwindigkeit und durch Parti- kelentmischungen im Rohgas, so dass eine isokinetische Teil- stromentnahme sowie umfangreiche Netzmessungen Vorraussetzung für das Konzept der Probennahme und die Repräsentativität des Probenmaterials sind. Als Feinstfilter 18 und 19 eigenen sich für diesen Einsatz beispielsweise Quarzfaserfilter.

[1] Röthele, S. : Verfahren zur geschwindigkeitsgleichen Absaugung mit Differenzdrucksonden ; Staub-Reinhalt. Luft 42 (1982) S. 6-10 Bezugszeichen : 1 Abgaskanal 2 Teilstromentnahmesonde 3 Hauptgasstrom 4 Saugleitung 5 Sauggebläse 6 Sondenmündung 7 Außenöffnung 8 Innenöffnung 9 Staurohr 10 Gehäuse 11 Thermofühler 12 Elektrische Signale 13 Mess-und Regeleinheit 14 Bedieneinheit 15 Zuleitung 16 Filtergehäuse 17 Filtergehäuse 18 Feinstfilter 19 Feinstfilter 20 Mehrwegehahn 21 Mehrwegehahn 22 Ableitung 23 Adsorberstufe 24 Adsorberstufe 25 Bypassleitung 26 Analyseeinheit 27 Elektrische Messwerte 28 Elektrische Messsignale 29 Regelgröße Gebläsemotor 30 Leitung 31 Ableitung 32 Ableitung