Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befeuchtung eines Prüfgases gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Gasbefeuchtungsvorrichtung und ein -verfahren zur Reduzierung von FW-Störeinflüssen auf automatische Messgaseinrichtungen für die Überwachung von Rauchgasemissionen.

Zur Überwachung von Rauchgasemissionen fossiler Feuerungsanlagen (z.B. Kohlekraftwerke, Gasturbinen, Müllverbrennungsanlagen etc.) werden sogenannte automatische Messeinrichtungen (AMS) für wiederkehrende Messungen der Konzentrationen von Rauchgaskomponenten verwendet und zumeist behördlich vorgeschrieben. Derartige AMS umfassen in der Regel eine sogenannte Messgasaufbereitung (MGAB) und einen nachgeschalteten Gasanalysator. Die Aufbereitung dient dazu, Rauchgase so zu präparieren, dass die nachgeschaltete Gaskonzentrationsmessung im Analysator möglichst korrekt und störungsfrei erfolgen kann (z.B. durch Partikelfilterung oder Gasfluss- / Gasfeuchteüberwachung). Typischerweise wird in der MGAB dem Analysator unter anderem ein sogenannter Messgaskühler (MGK) vorgeschaltet. Dieser dient dazu, das Messgas (Rauchgas) auf eine Temperatur von ca. 5 °C abzukühlen und somit den Wasseranteil des Rauchgases so weit zu reduzieren, dass der Analysator störungsfrei arbeiten kann. Durch das im Messgaskühler ausfallende FW-Kondensat können gemäß Henry-Gesetz und Massenwirkungsgesetz jedoch hoch wasserlösliche Gase (z.B. SO2, NH3) in relevantem Umfang ausgewaschen werden (d.h. Moleküle der jeweiligen Gaskomponenten werden im Wasser gebunden). Dies hat eine unerwünschte Reduzierung der Konzentration wasserlöslicher Gase im Messgasstrom zur Folge.

Dieser sogenannte „Auswascheffekt“ darf nach behördlichen Vorgaben einen definierten Anteil von wenigen Prozent der Gaseingangskonzentration nicht überschreiten. Die erlaubte Auswaschung beträgt somit oft nur wenige ppm. Handelsübliche Gaskühler überschreiten die erlaubte Auswaschung oft deutlich und sind trotz Kühlung des Gases in mehreren hintereinandergeschalteten Temperaturstufen (sog. kaskadierte Kühlung) vielfach nicht einsetzbar.

Zur Prüfung der Langzeitmessgenauigkeit solcher AMS werden die Systeme in regelmäßigen Abständen einer Kalibrierung bzw. Justierung unterzogen. Hierzu werden trockene Prüfgase mit genau bekannten Gaskonzentrationen aufgegeben (zumeist ein inertes Null-Gas und ein Prüfgas mit ca. 80 % des Messbereichsendwerts des Analysators). Die Prüfgase werden hierzu auf den Gaseingang der AMS aufgegeben und der zugehörige Analysatormesswert ausgelesen. Das trockene Prüfgas durchströmt hierbei alle Komponenten der Messgasaufbereitung, um mögliche Störeinflüsse durch Gasaufbereitungskomponenten (z.B. Gasfilter, Gaskühler etc.) oder Analysatoralterungseffekte zu kompensieren. Bei festgestellter Abweichung zwischen Mess-Sollwert und Mess-Istwert erfolgt eine Nachkalibrierung / -Justierung des Gasanalysators (zumeist eine rechnerische, lineare Anpassung der Messwerte zwischen neuem Null-Messwert und 80%-Messbereichsendwert).

Der zuvor beschriebene Auswascheffekt in MGK kann durch eine solche Kalibrierung bzw. Justierung nicht kompensiert werden, da die üblicherweise in Druckflaschen (ca. 150-200 bar) erhältlichen Prüfgase trocken sind (Taupunkt < -20 °C). Dem vom Prozessgas noch mit S02-gesättigtem Kondensat befeuchteten Wärmetauscher des MGK wird bei der Kalibrierung / Justierung also kein frisches Wasser zugeführt, sondern trocknet sukzessive aus. Dies führt bei der Verwendung von Gasanalysatoren mit nichtdispersiver IR-(NDIR-)Spektroskopie-Messtechnik teilweise dazu, dass der Störeinfluss durch zusätzliche, ungewollte IR-Absorption an FW-Molekülen nicht re- kal ibriert / -justiert werden kann.

Zudem ist der zulässige Wasserstöreinfluss zumeist behördlich reglementiert bzw. begrenzt. AMS, bei denen der Wasserstöreinfluss (Messfehler durch Gasfeuchte bei 70 °C Taupunkt) ca. 10 % des Gasemissionsgrenzwertes überschreitet, dürfen zur Überwachung von Grenzwerten der Rauchgasemission nicht eingesetzt werden. Da die Emissionsgrenzwerte stetig sinken (aufgrund stetig steigender Anforderungen an die Umweltverträglichkeit und den Schutz der Gesundheit), können Gaskühler zukünftig immer seltener eingesetzt werden. Die kostengünstige „kaltextraktive Emissionsmessung“ (= AMS bei dem das Rauchgas gekühlt wird, um Wasseranteile zu entfernen, welche ansonsten u.a. im Analysator auskondensieren würden und Gerätestörungen verursachen und bei Einsatz von NDIR zu einer Überlagerung der IR- Bande von H2O und der zu messenden Rauchgaskomponente führt) ist somit mittelfristig nicht mehr einsetzbar.

Zur Reduzierung der zuvor beschriebenen Gasauswascheffekte und FW-Störeinflüsse kommen daher bisher folgende Methoden zum Einsatz: a) Zudosierung von Säure (vorrangig durchgeführte Methode):

Hierbei wird während der Gasmessung und der Kalibrierung / Justierung permanent Säure (zumeist Phosphorsäure, H3PO4) in die Gaswärmetauscher (GWT) des Kühlsystems dosiert. Dies führt zu einer Dissoziation der Säure im Kondensat des Kühlers und somit zur Ausbildung einer Pufferlösung. Hierdurch wird die Dissoziation von SO2 im Kondensat (mit nachfolgender H2SO4-Bildung) verringert. Diese Methode senkt den SC -Auswascheffekt deutlich, hat aber den Nachteil, mit aggressiver Phos- phorsäure umgehen zu müssen. Dies birgt zum einen Verletzungsgefahren und erfordert zum anderen eine sehr aufwendige und kostenintensive Wartung der mit Säure benetzten Bauteile. Für Wartungsarbeiten ist daher zumeist Schutzausrüstung zu tragen. Auch die Lagerung der Säure erfordert teure Schutzmaßnahmen (z.B. Lagerung der Kanister in einer Auffangwanne). Darüber hinaus muss die Säure permanent, d.h. 24 Stunden am Tag zudosiert werden. Hieraus resultieren hohe Säureverbrauchskosten (Verbrauch ca. 150 Liter Säure pro Jahr). Zudem muss die Säuredosierung sehr konstant sein, um Auswaschschwankungen zu vermeiden. Hierfür müssen langzeitstabile Dosierpumpen eingesetzt werden (zumeist Peristaltikpumpen), welche durch den permanenten Säurekontakt sehr wartungsanfällig sind. b) Exakte Befeuchtung von Prüfgasen auf den Feuchtegehalt des Applikationsrauchgases durch Prüfgasgeneratoren (KGG):

KGG werden in der Regel zur Überprüfung von Gasanalysesystemen im Labor oder an Prüfständen und nicht für die zyklische Rekalibrierung / -Justierung von AMS eingesetzt. Prüfgas wird hierbei aus Prüfgasflaschen mit genau bekannter Gaskonzentration auf den Messgasweg des KGG gegeben. Hier können Prüfgase mittels elektronischer Massenflussregler hochgenau auf unterschiedliche Gasausgangskonzentration zusammengemischt werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dem Gasstrom Wasser zuzudosieren und einem zugehörigen Verdampfer zuzuführen. Der Wasseranteil wird somit verdampft und das Prüfgas auf einen exakten Ausgangstaupunkt befeuchtet. Durch Aufgabe dieses Gemisches auf die Gasanalyseneinheit der AMS könnte so der Feuchteeinfluss (z.B. die o.g. Auswaschung) herauskalibriert werden.

In der Rauchgasemissionsmessung mittels AMS kommen solche KGG allerdings derzeit nicht zur zyklischen Rekalibrierung / -Justierung von AMS zum Einsatz, da sie sehr hochpreisig sind. Dies ist dem Umstand geschuldet, dass die Geräte auf eine maximale Fluss- und Feuchtestabilität sowie Variabilität ausgelegt sind. Mit diesen Geräten können unterschiedliche Gaskonzentrationen und Feuchteanteile hochpräzise zusammengemischt und ausgegeben werden, um Linearitätsprüfungen an Gasanalysesystemen an mehreren Messpunkten durchzuführen, Feuchtemessgeräte zu prüfen oder z.B. Quecksilberlösungen in Dampfform für die Prüfung von Quecksilbermessgeräten herzustellen.

Problematisch für den Einsatz in der Emissionsrauchgasüberwachung ist zudem, dass der genaue Taupunkt des Applikationsrauchgases zumeist nicht genau bekannt ist. Er liegt je nach Brennstoff (Kohle, Öl, Gas etc.) zwischen ca. 40 und 65 °C. Zudem wird der Wasserstöreinfluss auf AMS durch zertifizierte Prüfstellen (z.B. TÜV) bei einem hohen Taupunkt von 70 °C geprüft. Somit ergibt sich eine relevante Gasfeuchtebandbreite von 40-70 °C Taupunkt. Um den FhO-Störeinfluss zu (re)kalibrieren, müsste somit der Applikationstaupunkt bekannt sein bzw. gemessen werden. Darüber hinaus variiert der Rauchgasstaupunkt in der Applikation auch zeitlich (z.B. durch Variation des Brennstoffes oder anderer Verbrennungsparameter der Feuerungsanlage). Somit müsste die Feuchtemessung permanent parallel zur Gasmessung erfolgen. Dadurch fielen weitere Kosten für die Feuchtemesstechnik an. c) Beheizung der Messstrecke:

Zudem besteht die Möglichkeit, den Auswascheffekt zu umgehen, indem die gesamte Messstrecke samt Gasanalysator beheizt werden. Ein Kühler kommt dann nicht zum Einsatz. Diese „heiß-extraktiven“ Messungen sind aber deutlich teurer als kaltextraktive Messsysteme. Gleiches gilt für In-Situ-Messungen (Laser-Spektroskopie) wobei die optische Spektroskopiemessung direkt im Prozess (z.B. im Kamin der Feuerungsanlage) ausgeführt wird. d) Verwendung von nichtdispersiver UV-Spektroskopie für die Analyse der Gaszusammensetzung:

Hier können Absorptionslinien gewählt werden, welche durch FhO-Absorptionslinien nicht überlagert werden. Die Messtechnik ist aber in der Regel deutlich teurer als die Verwendung nichtdispersiver IR-Spektroskopie und der Auswascheffekt ist hiermit nicht rekalibrierbar / -justierbar. e) Verwendung von Wärmetauschern mit hoher gaskontaktierender Innenoberfläche: Durch Verwendung derartiger Wärmetauscher ist es möglich, dass die bei der Kalibrierung mit trockenem Prüfgas anhaftende Restfeuchte ausreicht, um den Gasstrom zu befeuchten. Nachteilig ist hier zum einen, dass der Trocknungszustand der Wärmetauscher schwer prüfbar ist. Die Gefahr des Austrocknens der Wärmetauscher kann also nicht ganz ausgeschlossen werden. Zum anderen steigt der Auswascheffekt bei Wärmetauschern mit großer, wasserbenetzter Oberfläche.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine effektive und gleichzeitig kostengünstige Methode an die Hand zu geben, den vorgenannten Auswascheffekt sowie störende IR-Absorptionseffekte an H2O-Molekülen bei der Analyse von Messgasen in AMS zu reduzieren bzw. zu rekalibrieren. Die Methode soll dabei insbesondere für den dauerhaften Einsatz, d.h. für eine zyklische Kalibrierung, im Rahmen kalt-extraktiver Messungen geeignet sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Demnach wird einerseits ein Verfahren zur Befeuchtung eines Prüfgases für die insbesondere zyklische Kalibrierung (bzw. Rekalibrierung) einer automatischen Messeinrichtung vorgeschlagen, wobei die automatische Messeinrichtung zur Analyse der Zusammensetzung eines Messgases, insbesondere eines Rauchgases, eingesetzt wird. Das Verfahren bedient sich einer Befeuchtungsvorrichtung, welche einen Prüfgasbehälter, einen Flüssigkeitsbehälter und eine Verdampfungseinheit umfasst. Der Verdampfungseinheit wird Prüfgas aus dem Prüfgasbehälter und Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter zugeführt, wobei durch Verdampfen der besagten zugeführten Flüssigkeit in der Verdampfungseinheit ein Feuchtgasgemisch erzeugt und in eine Messgasleitung der automatischen Messeinrichtung geleitet wird. Bei der Flüssigkeit handelt es sich insbesondere um Wasser. Die Analyse der Zusammensetzung eines Messgases erfolgt vorzugsweise als kalt-extraktive Messung. Erfindungsgemäß werden der Verdampfungseinheit unabhängig von einer Zusammensetzung eines zu analysierenden Messgases (oder einer Überwachung eines das zu analysierende Messgas produzierenden Prozesses) ein Flüssigkeitsstrom und ein Prüfgasstrom derart zugeführt, dass das durch die Verdampfungseinheit erzeugte Feuchtgasgemisch einen fixen Taupunkt aufweist. Der Taupunkt wird also gerade nicht während des Verfahrens auf einen bestimmten Wert eingestellt und ggf. abhängig von externen Parametern variiert, sondern ist auf einen von vorneherein definierten, konstanten Wert festgelegt. Dieser Wert kann dabei vorteilhafterweise so gewählt werden, dass er für ganze Applikationsbereiche (z.B. Gasfeuerungsanlagen oder Kohlefeuerungsanlagen) Gültigkeit hat. Die Erzeugung des konstanten bzw. langzeitstabilen Taupunkts erfolgt idealerweise durch Zuführung eines konstanten bzw. langzeitstabilen Flüssigkeitsstroms und eines konstanten bzw. langzeitstabilen Prüfgasstroms.

Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist also, Prüfgase nur auf einen einzigen Taupunkt zu befeuchten und so den Auswaschstöreinfluss in den gängigen Rauchgas-erzeugenden Applikationen weitestgehend, wenn auch nicht komplett, zu rekalibrieren. Ein gewisser verbleibender Rest-Messfehler wird also bewusst in Kauf genommen. Es wurde festgestellt, dass eine derartige Kalibrierung mit einem Prüfgas mit fixem Taupunkt bei geeigneter Wahl des Taupunkts ausreicht, um den Auswaschstöreinfluss weit genug zu reduzieren, dass kritische Gasemissionsgrenzwerte (insbesondere Gasemissionsgrenzwerte nach Europäischen Emissionsschutzrichtlinien) deutlich unterschritten werden. Behördliche Anforderungen können so kostengünstig erfüllt werden. Die Notwendigkeit einer permanenten Messung des Rauchgas- bzw. Messgas-Feuchteanteils und/oder einer präzisen Einstellung auf den jeweils aktuellen Applikationstaupunkt entfällt.

In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der fixe Taupunkt im Bereich von 40-70 °C liegt. In diesem Taupunktintervall liegen die Taupunkte aller gängigen Großfeuerungsanlagen wie Gasturbinen, Kohlekraftwerke, Öl-Feuerungsanla- gen und Müllverbrennungsanlagen. Der Taupunkt kann beispielsweise im Wesentlichen 55°C, 47.5 °C oder 62.5 °C betragen, wobei „im Wesentlichen“ eine Abweichung von ± 5 °C, insbesondere von ± 3 °C bezeichnen kann.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der fixe Taupunkt so gewählt ist, dass die resultierende Auswaschung in einem Messgaskühler der AMS, vorzugsweise die resultierende Auswaschung hoch-wasserlöslicher Gase, insbesondere die resultierende SC -Auswaschung und/oder NHs-Auswaschung, einem Mittelwert innerhalb eines definierten Taupunktintervalls entspricht, in welchem insbesondere typische Taupunkte zu analysierender Messgase (vorzugsweise typischer Rauchgase) ganzer Applikationsbereiche (z.B. Gasemissionsmessung bei Kohle- oder Gasgroßfeuerungsanlagenfeuerung), liegen. Der Taupunkt wird also dadurch bestimmt, dass die Auswaschung im Messgaskühler bei diesem Taupunkt einem Mittelwert der Auswaschungswerte (beispielsweise angegeben in ppm) in diesem Taupunktintervall entspricht.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das für die Mittelwertbestimmung herangezogene Taupunktintervall einen Endpunkt von 40 °C und/oder einen Endpunkt von 70 °C aufweist. Das herangezogene Taupunktintervall kann 40-70 °C (dies kann ca. 7-30 Vol-% Wasseranteil entsprechen) betragen. Alternativ kann das Taupunktintervall kleiner sein und 40-55 °C oder 55-70 °C oder 47- 62°C betragen. In diesem Fall wird als fixer Taupunkt der jeweilige Taupunkt in dem herangezogenen Intervall gewählt, welcher dem Mittelwert der in diesem Intervall auftretenden Auswaschungswerte (beispielsweise angegeben in ppm) entspricht.

In speziellen Fällen können allerdings auch Endpunkte von weniger als 40 °C, beispielsweise 30 °C oder 35 °C, und/oder Endpunkte von mehr als 70 °C, beispielsweise 75 °C oder 80 °C, gewählt werden, um bestimmte Applikationen abzudecken. In den meisten Fällen ist allerdings ausreichend, Endpunkte zwischen 40 °C und 70 °C zu wählen. Ebenfalls sind beliebige Endpunkte innerhalb des Intervalls von 40-70 °C wählbar, abhängig von den jeweiligen zu überwachenden Applikationen, beispielsweise für Taupunktintervalle von 40-65 °C, 45-65 °C, 45-70 °C usw. Es wurde experimentell festgestellt, dass innerhalb eines Taupunktintervalls von 40- 70 °C die SC -Auswaschung bei 55 °C Taupunkt annähernd einen Mittelwert darstellt. Dementsprechend kann der fixe Taupunkt des erzeugten Feuchtgasgemisches 55 °C betragen. Dadurch, dass das für die Kalibrierung der AMS verwendete Prüfgas nur auf einen einzigen Taupunkt von ca. 55 °C befeuchtet wird, lässt sich der Aus- wasch-Störeinfluss in Applikationen mit Prozesstaupunkten zwischen 40-70 °C weitestgehend rekalibrieren.

Der nach 55°C-Taupunktkalibration bzw. -Justierung resultierende Rest Auswaschmessfehler ist deutlich kleiner als bei einer Trockengaskalibrierung bzw. -Justierung. Bei hohen Rauchgastaupunkten (> 50 °C) oder bei behördlich vorgeschriebenen Prüfungen (70 °C Taupunkt bei ca. 30 Vol-% H2O) wird der Auswascheffekt beträchtlich gesenkt. Behördliche Anforderungen können so kostengünstig erfüllt werden. Die Notwendigkeit einer permanenten Messung des Rauchgas- bzw. Messgas-Feuch- teanteils entfällt, da typische Prozessgasfeuchten das Taupunktintervall von 40-70 °C weder unter- noch überschreiten.

Ferner müssen nur geringe Anforderungen an das Rauschen bzw. die Kurzzeitfluktuationen des Ausgangstaupunkts (d.h. des Taupunkts zu analysierenden Messgases) gestellt werden (und damit an die Gas- und Wasserflussstabilität und - soweit eine solche vorgesehen ist - an die Gasflussregelung und Wasserdosierpumpe), da für die Auswaschung von Gasen hauptsächlich der zeitliche Mittelwert der eingetragenen Feuchte relevant ist. Ein mittlerer Ausgangstaupunkt von 55 °C ± 5 °C (Standardabweichung) hat sich dabei als ausreichend herausgestellt.

Ein solches Verfahren bzw. ein entsprechendes Befeuchtungsgerät kann wesentlich kostengünstiger durchgeführt bzw. bereitgestellt werden (ca. Faktor 3-6 im Vergleich zu den komplizierteren Varianten mit den oben beschriebenen Prüfgas-Generatoren). Ein wirtschaftlicher Einsatz in AMS für die behördlich vorgeschriebene Überwachung von Rauchgasemissionen ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren realisierbar. Die Verwendung kostengünstiger, kalt-extraktiver Gasmesstechnik ist somit auch bei sehr kleinen Gaskonzentrationen weiterhin sichergestellt. Da der Wasserverbrauch für die Feuchtkalibrierung bzw. -Justierung vergleichsweise gering ist, beispielsweise 2-3 Liter pro Jahr (hierbei kann z.B. ein Kalibriervorgang 2x täglich 4h für ca. 5-10 Minuten angenommen werden), und keine Gefährdung beim Nachfüllen des Wasservorrats vorliegt, ist das erfindungsgemäße Verfahren auch der oben beschriebenen Säuredosierung überlegen. Die dabei üblicherweise anfallenden Kosten für die Gerätewartung und die Anschaffung von Personenschutzausrüstung können weitgehend entfallen.

Um eine weitere, maßgebliche Reduzierung des Auswascheffektes zu erzielen (insbesondere ab Messwerten < 20 ppm unterhalb des Messfehlers modernster industrieller Gasanalysatoren) ist es auch denkbar, die Applikations-Taupunktintervalle angemessen zu verkleinern. Dementsprechend kann das Taupunktintervall 40-55 °C oder 55-70 °C betragen. Ein Taupunktintervall von 40-55 °C kommt dabei z.B. für Kohle-Gasfeuerungsanlagen infrage, während ein Taupunktintervall von 55-70 °C für Rauchgase aus z.B. Gas- oder Müll-Feuerungsanlagen verwendet werden kann. Bei einem Taupunktintervall von 40-55 °C kann der fixe Taupunkt des erzeugten Feuchtgasgemisches 47.5 °C betragen, bei einem Taupunktintervall von 55-70 °C kann der fixe Taupunkt des erzeugten Feuchtgasgemisches entsprechend 62.5 °C betragen. Diese Intervalle sind immer noch weit genug, um ganze Applikationsbereiche sowie innerhalb einer Applikation Feuchteschwankungen durch Variation der Brennstoffzusammensetzung abzudecken und somit auf eine FW-Messung im Messgasstrom verzichten zu können.

Selbstverständlich ist es ebenfalls denkbar, noch kleinere Taupunktintervalle heranzuziehen, welche an bestimmte Applikationsbereiche angepasst sind. In jedem dieser Taupunktintervalle kann der entsprechende Mittelwert der Auswaschung für die Festlegung des fixen Taupunkts des Feuchtgasgemisches gewählt werden und findet eine entsprechend verbesserte Kalibrierung mit reduziertem Auswaschmessfehler statt. Anstatt die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete Befeuchtungsvorrichtung auf genau eines dieser Taupunktintervalle einzustellen, ist es ebenfalls denkbar, die Möglichkeit vorzusehen, mehrere diskrete Taupunkte des erzeugten Feuchtgasgemisches einstellen zu können. Dies könnte auf unterschiedliche Weisen realisiert werden.

Beispielsweise ist es denkbar, in der Flüssigkeitszuleitung mehrere Flüssigkeitsdosiereinheiten vorzusehen, welche jeweils auf unterschiedliche Taupunktintervalle eingestellt sind (d.h. jede der Flüssigkeitsdosiereinheiten liefert einen anderen fixen Taupunkt des erzeugten Feuchtgasgemisches in Bezug auf ein bestimmtes Taupunktintervall), wobei je nach Bedarf eine der Flüssigkeitsdosiereinheiten zugeschaltet werden kann, beispielsweise mittels eines oder mehrerer schaltbarer Ventile. Dabei könnten die Flüssigkeitsdosiereinheiten parallel oder seriell geschaltet sein. Alternativ oder zusätzlich können in der Prüfgasleitung mehrere Prüfgasdosiereinheiten vorgesehen und bei Bedarf zuschaltbar sein, wie zuvor für die Flüssigkeitsdosiereinheiten beschrieben. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, mehrere Befeuchtungsvorrichtungen vorzusehen, welche jeweils einen anderen fixen Taupunkt des erzeugten Feuchtgasgemisches liefern, und welche je nach Bedarf mit der Messgasleitung der AMS verbunden werden, beispielsweise mittels eines oder mehrerer schaltbarer Ventile. Dadurch ergibt sich insgesamt ein komplizierterer und kostenintensiverer Aufbau, welcher jedoch flexibel auf die jeweilige Applikation bzw. das jeweilige zu analysierende Messgas und das korrespondierende Taupunktintervall eingestellt werden kann, wobei sich insgesamt ein geringerer durch Auswaschung verursachter Messfehler ergibt.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Prüfgas vor Eintritt in die Verdampfungseinheit einen Taupunkt von unter 0 °C, vorzugsweise unter -20 °C aufweist. Es handelt sich also um ein trockenes Prüfgas, welches anschließend mittels der Befeuchtungsvorrichtung auf einen fixen Taupunkt befeuchtet wird, sodass bei der Kalibration in der AMS der Störeffekt der Auswaschung im Kühler weitgehend herausgerechnet werden kann. In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die automatische Messeinrichtung einen Messgaseingang, einen mit dem Messeingang über eine Messgasleitung verbundenen Messgasanalysator zur Analyse der Zusammensetzung eines Messgases (insbesondere eines Rauchgases) und einen im Bereich der Messgasleitung angeordneten Messgaskühler zur Kühlung eines durch die Messgasleitung strömenden Gases (insbesondere eines Messgases bzw. Rauchgases o- der Prüfgases bzw. Feuchtgasgemisches) umfasst. Vorzugsweise ist der Feuchtgasausgang der Verdampfungseinheit mit der Messgasleitung in einem Bereich zwischen Messgaseingang und Messgaskühler oder in einem Bereich zwischen zwei Kühlstufen des Messgaskühlers verbunden.

Der Feuchtgasausgang bzw. eine mit diesem verbundene Gasleitung, kann mit der Messgasleitung über ein schaltbares Ventil, beispielsweise ein Magnetventil, verbunden sein. Über das Ventil kann gewählt werden, ob ein Messgasstrom (i.d.R. eine über eine Sonde dem zu überwachenden Prozess entnommene Rauchgasprobe) o- der ein Prüfgasstrom der AMS zugeführt wird.

Der Messgaskühler dient dazu, das Messgas (bzw. Rauchgas) auf eine niedrige Temperatur abzukühlen und somit dessen Wasseranteil so weit zu reduzieren, dass der Messgasanalysator störungsfrei arbeiten und die verschiedenen Gasanteile ermitteln bzw. analysieren kann. Der Messgaskühler kann mehrere in Serie geschaltete Kühlstufen (kaskadierte Kühlung) umfassen. Der Messgaskühler (bzw. jede der vorgenannten Kühlstufen) kann einen Wärmetauscher umfassen, in welchem dem durchströmenden Gas Wärme entzogen und dadurch dessen Temperatur reduziert wird. Bei diesem Vorgang entsteht ein Flüssigkeits- bzw. FW-Kondensat, welcher beispielsweise mittels einer Pumpe abtransportierbar sein kann.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Feuchtgasgemisch mittels des Messgaskühlers gekühlt und anschließend dem Messgasanalysator zur Analyse der Zusammensetzung des Feuchtgasgemisches zugeführt wird. Vorzugsweise wird das Feuchtgasgemisch auf unter 10 °C, besonders vorzugsweise auf ca. 5 °C gekühlt. In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Ergebnis der Analyse des gekühlten Feuchtgasgemisches zur Kalibrierung bzw. Re-Kalibrierung des Messgasanalysators für die Analyse der Zusammensetzung eines Messgases bzw. Rauchgases verwendet wird. Der Vorgang der Feuchtgasgemischerzeugung, - Zuführung, -kühlung und der Kalibrierung des Messgasanalysators wird vorzugsweise zyklisch, insbesondere mindestens einmal pro Woche (z.B. 2x täglich für jeweils einige Minuten oder 1x pro Tag), durchgeführt.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Befeuchtung eines Prüfgases, umfassend einen Prüfgasbehälter oder einen Anschluss zum Anschließen eines Prüfgasbehälters, einen Flüssigkeitsbehälter oder einen Anschluss zum Anschließen eines Flüssigkeitsbehälters und eine Verdampfungseinheit, wobei die Verdampfungseinheit einen Prüfgasanschluss, über weichen Prüfgas aus dem Prüfgasbehälter zuführbar ist, und einen Flüssigkeitsanschluss, über welchen Flüssigkeit, insbesondere Wasser, aus dem Flüssigkeitsbehälter zuführbar ist, umfasst und ausgebildet ist, durch Verdampfen der zugeführten Flüssigkeit ein Feuchtgasgemisch zu erzeugen und an einem Feuchtgasausgang bereitzustellen.

Erfindungsgemäß sind eine Flüssigkeitsdosiereinheit und eine Prüfgasdosiereinheit vorgesehen, welche eingerichtet sind, der Verdampfungseinheit unabhängig von einer externen Messgröße, insbesondere der Zusammensetzung eines Messgases, einen Flüssigkeitsstrom und einen Prüfgasstrom zur Bereitstellung eines Feuchtgasgemisches mit fixem Taupunkt zuzuführen. Mittels der Vorrichtung ist insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar. Vorzugsweise sind die Flüssigkeitsdosiereinheit und die Prüfgasdosiereinheit eingerichtet, der Verdampfungseinheit einen konstanten bzw. langzeitstabilen Flüssigkeitsstrom und einen konstanten bzw. langzeitstabilen Prüfgasstrom zur Erzeugung des fixen Taupunkts zuzuführen.

Dabei ergeben sich offensichtlich dieselben Vorteile und Eigenschaften wie für das erfindungsgemäße Verfahren, sodass auf eine wiederholende Beschreibung an die- ser Stelle verzichtet wird. Insbesondere gelten die sich auf die Vorrichtungskompo- nenten bezogenen Ausführungen und optionalen Ausgestaltungen in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren analog für die erfindungsgemäße Vorrichtung.

In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Prüfgasdosiereinheit einen Bypass-Regler mit einem mit der Prüfgasflasche verbundenen Eingang, einem mit dem Prüfgasanschluss der Verdampfungseinheit verbundenen Ausgang sowie einem mittels eines Feindosierventils gasdicht verschließbaren Bypassausgang umfasst. Das Feindosierventil ist ausgebildet, den Bypassausgang zu öffnen, insbesondere sukzessive zu öffnen, und gasleitend mit dem Eingang zu verbinden, wenn ein im Eingang herrschender Gasdruck einen Öffnungsdruck erreicht oder überschreitet, und den Bypassausgang gasdicht zu verschließen, wenn der Gasdruck unterhalb des Öffnungsdrucks liegt. Bei offenem Feindosierventil wird der Eingangsgasstrom folglich auf den Ausgang und den Bypassausgang aufgeteilt. Das Feindosierventil kann federgesteuert sein.

Bei ansteigendem Eingangs-Gasüberdruck (steigender Eingangsgasfluss) wird der Bypassweg bzw. Bypassausgang vorzugsweise sukzessive geöffnet und darüber ein Teilgasstrom abgeleitet. Dies führt (auch bei variierenden Gaseingangsdrücken) zu einem festen, langzeitstabilen Gasfluss über den Bypassausgang des Bypass-Reglers. Dies ist u.a. erforderlich, um in Kombination mit einem konstanten bzw. langzeitstabilen Flüssigkeitsstrom ein Feuchtigkeitsgasgemisch mit konstantem bzw. langzeitstabilen Taupunkt zu erzeugen.

Das Feindosierventil kann ein Stellelement umfassen, mittels welchem der Öffnungsdruck einstellbar ist. Das Stellelement kann mechanisch betätigbar sein, beispielsweise durch Verstellung einer Stellschraube, die ein Federelement vorspannt, welches ein Ventilelement gegen einen Ventilsitz drückt (z.B. ein Kugel-Feder-System als mechanische Gasflussregelung). Allerdings ist auch denkbar, dass das Stellelement elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigbar ist. Grundsätzlich ist die Prüfgasflussregelung auch über einen gewöhnlichen, elektronisch geregelten Gasmassenflussregler möglich. Hieraus entstehen aber deutliche Mehrkosten.

Idealerweise wird der konstante Taupunkt des Feuchtgasgemisches durch eine Zuführung eines konstanten Flüssigkeitsstroms und eines konstanten Prüfgasstroms erreicht. Allerdings kann es trotz Verwendung eines Bypass-Reglers zu Schwankungen des Prüfgasstroms hinter dem Bypassausgang kommen. Um derartige Schwankungen auszugleichen, kann in einer weiteren möglichen Ausführungsform vorgesehen sein, dass im Bereich hinter dem Bypassausgang, d.h. zwischen Bypass-Regler und Verdampfungseinheit, eine Gasflussmesseinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher eine Gasflussmessung durchgeführt wird. Hierbei kann eine Gasdifferenz- druck-(Ap)-Messung über eine Kapillare oder eine beliebige andere Sensorik für die Gasflussmessung zum Einsatz kommen. Das entstehende Gasfluss-Signal kann dann genutzt werden, um eine Flüssigkeitsreguliereinheit, beispielsweise eine elektronisch regulierbare Wasserdosierpumpe, proportional zum Gas-Fluss anzusteuern. Somit kann der Flüssigkeitsstrom (z.B. die Wasserdosiermenge) einer Prüfgasflussschwankung so angepasst (d.h. erhöht oder verringert) werden, dass der Ausgangstaupunkt des Feuchtgasgemisches stabil bleibt. Dadurch wird in erster Linie eine verbesserte Taupunktstabilität bei Rest-Gasflussschwankungen hinter dem Bypass- Regler erreicht. Alternativ oder zusätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, mit einer solchen Flüssigkeitsreguliereinheit (z.B. proportional ansteuerbare Dosierpumpe) unterschiedliche Taupunkte anzufahren.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Flüssigkeitsdosiereinheit ein Bypassventil zur Feinabstimmung des Flüssigkeitsflusses umfasst. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Flüssigkeitsdosiereinheit eine Pumpe, insbesondere eine Peristaltikpumpe, umfasst, um die Flüssigkeit zum Flüssigkeitseingang der Verdampfungseinheit zu transportieren. Das Bypassventil und/oder die Pumpe kann / können zur Einstellung des der Verdampfungseinheit zugeführten Flüssigkeitsstroms und somit zur Einstellung des Taupunkts des erzeugten Flüssigkeitsgasgemisches ansteuerbar und/oder regelbar sein. In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verdampfungseinheit eine mit den Flüssigkeits- und Prüfgasanschlüssen verbundene Zerstäubereinheit zur Feinzerstäubung der zugeführten Flüssigkeit umfasst, wobei die Zerstäubereinheit vorzugsweise eine Kapillare und/oder eine Zerstäuberdüse umfasst. Die Kapillare kann selbst als Zerstäubereinheit dienen. Der aus der vorgeschalteten Gasflussregelung stabilisierte Prüfgasfluss dient dabei vorzugsweise als Treibmittel für die Feinzerstäubung des Flüssigkeitsanteils.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verdampfungseinheit eine Heizvorrichtung bzw. einen Heizkörper umfasst, mittels welcher die zugeführte Flüssigkeit verdampfbar ist. Durch die Heizvorrichtung wird das insbesondere zuvor feinzerstäubte Gas-Flüssigkeit-Gemisch (Gas-Flüssigkeit-Nebel) komplett verdampft, beispielsweise bei einer Temperatur von 150-180 °C.

Vorzugsweise ist innerhalb der Heizvorrichtung ein Verdrängerelement vorgesehen und derart angeordnet, dass zwischen Verdrängerelement und Heizvorrichtung ein Raum, insbesondere ein Spalt, ausgebildet ist, welcher den Feuchtgasausgang mit den Flüssigkeits- und Prüfgasanschlüssen verbindet. Das Verdrängerelement dient der Bereitstellung einer möglichst großen Heizoberfläche. Der Gas-Flüssigkeit-Nebel wird somit in den engen Spalt zwischen Heizvorrichtung und Verdrängerelement geführt. Hieraus resultiert eine besonders hohe Verdampferleistung bei geringer Baugröße. Am Feuchtgasausgang der Verdampfungseinheit entsteht so ein langzeitstabiler Feuchtgasstrom mit definiertem Wasseranteil, d.h. mit fixem Taupunkt. Bei geringen Massenströmen kann auf ein solches Verdrängerelement allerdings verzichtet werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine automatische Messeinrichtung zur Analyse der Zusammensetzung eines Messgases, insbesondere eines Rauchgases, mit einer erfindungsgemäßen Befeuchtungsvorrichtung. Die automatische Messeinrichtung umfasst ferner einen Messgaseingang, einen mit dem Messeingang über eine Messgasleitung verbundenen Messgasanalysator zur Analyse der Zusammensetzung eines Messgases und einen im Bereich der Messgasleitung angeordneten Messgaskühler zur Kühlung eines durch die Messgasleitung strömenden. Mittels der automatischen Messeinrichtung lassen sich insbesondere kalt-extraktive Messungen von Messgasen durchführen.

In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Feuchtgasausgang der Verdampfungseinheit mit der Messgasleitung in einem Bereich zwischen Messgaseingang und Messgaskühler oder in einem Bereich zwischen zwei Kühlstufen des Messgaskühlers verbunden ist, vorzugsweise über ein schaltbares Ventil, insbesondere Magnetventil.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand der Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Figur 1 : einen schematischen Gasflussplan einer typischen AMS;

Figur 2: einen schematischen Gasflussplan der erfindungsgemäßen Befeuchtungsvorrichtung innerhalb einer AMS gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Figur 3: eine Skizze der erfindungsgemäßen Befeuchtungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Figur 4: eine schematische Skizze des Bypass-Reglers gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Figur 5: eine Skizze der Verdampfungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Figur 6: ein Gastaupunkt-Feuchtevolumenanteil-Diagramm für Wasser in einem feuchten Prüfgas; Figur 7: ein Diagramm, welches den Auswascheffekt als Funktion des Prüfgas-Taupunkts in einem Taupunktintervall von 40-70 °C zeigt;

Figur 8: das Diagramm gemäß Figur 7, wobei zwei Taupunkt-Teilintervalle von 40-55 °C und 55-70°C betrachtet werden; und

Figur 9-10: Plots zu experimentellen SC -Auswaschmessungen in einem Taupunktintervall von 50-70 °C.

Die Figur 1 zeigt einen schematischen Gasflussplan einer typischen automatischen Messeinrichtung 1 (AMS; hier für die Messung von SO2), umfassend eine Messgasleitung 3, in welche ein Rauchgas (Messgas) eines zu überwachenden Prozesses über einen Messgaseingang 2 eingeleitet wird, eine Messgasaufbereitung (Hauptkomponenten: Messgaskühler 5, Gaspumpe 7, Partikelfilter 9 und Feuchtefühler 8) und einen nachgeschalteten Gasanalysator 4 zur Bestimmung der Konzentration (ppm) z.B. von SC -Rauchgasbestandteilen. Zwischen dem Partikelfilter 9 und dem Messgasanalysator 4 sind ferner ein Strömungsmesser und ein H2O-Stopp-Filter angeordnet.

Das Messgas wird durch die Gaspumpe 7 von links (aus dem zu überwachenden Prozess) zum Messgasanalysator 4 gefördert. Der Messgaskühler 5 umfasst zwei seriell geschaltete Kühlstufen 5a, 5b, zwischen denen zyklisch die Aufgabe von trockenem Kalibriergas (Prüfgas) erfolgt, um die Messgenauigkeit des Systems sicherzustellen (Nullpunkt zumeist täglich (oder alle paar Stunden) und zweiter Punkt bei ca. 80%-Messbereichsendwert täglich bis ca. 1x pro Monat). Der Prüfgaseingang 49 ist über ein schaltbares Ventil 6, beispielsweise ein Magnetventil, mit der Messgasleitung (vorrangig) vor der Kühlstufe verbunden, sodass das trockene Prüfgas vorrangig die Kühlstufen 5a und 5b durchläuft und ebenfalls gekühlt wird (z.B. auf ca. 5 °C), um den Wassergehalt zu reduzieren, bevor es vom Messgasanalysator 4 analysiert wird. Die Figur 2 zeigt einen schematischen Gasflussplan der erfindungsgemäßen Befeuchtungsvorrichtung 10 innerhalb einer AMS 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Prüfgasbehälter 20 nicht Teil der Befeuchtungsvorrichtung 10. Letztere weist einen hier nicht näher dargestellten Anschluss auf, über weichen der Prüfgasbehälter 20 an die Befeuchtungsvorrichtung 10 angeschlossen werden kann. Selbstverständlich kann der Prüfgasbehälter 20 auch Teil der erfindungsgemäßen Befeuchtungsvorrichtung 10 sein, wie dies beispielsweise in einem zweiten Ausführungsbeispiel in der Figur 3 dargestellt ist. Die erfindungsgemäße Befeuchtungsvorrichtung kann eine AMS 1 , wie sie in der Figur 1 dargestellt ist, angeschlossen sein.

Bei der erfindungsgemäßen Befeuchtungsvorrichtung 10 handelt es sich um eine Vorrichtung, welche eine verbesserte Rekalibrierung von AMS für die Emissionsüberwachung zur Minimierung des Messfehlers durch Auswascheffekte hoch wasserlöslicher Emissionsgase (z.B. SO2 oder NH3) wirtschaftlich ermöglicht. Die Vorrichtung 10 findet also insbesondere Anwendung in der Gasanalytik, bei der Rauchgase aus fossilen Verbrennungsgasanlagen mit unterschiedlichem Feuchtegehalt auf Einhaltung von behördlich vorgegebenen Gaskonzentrationsgrenzwerten überwacht werden müssen. Oben genannte Rauchgase besitzen je nach Brennstoff und Verbrennungsparametern unterschiedliche Feuchtegehalte zwischen typischerweise ca. 40-70 °C Taupunkt (entspricht einem Wasseranteil von ca. 7-30 Vol-%). Der Feuchtegehalt des Rauchgases ist hierbei in den meisten Fällen nicht exakt bekannt und variiert bei Änderung des fossilen Brennstoffs oder der Verbrennungsparameter häufig.

Der in der Figur 2 gezeigte erfindungsgemäße Prüfgasbefeuchter 10 ist im Gasweg zwischen einem Prüfgasbehälter 20 (hier eine Prüfgasflasche, in welcher ein trockenes Prüfgas gelagert ist) und einem schaltbaren 3/2-Wege-Magnetventil 6 angeordnet. Über das Magnetventil 6 kann gewählt werden, ob ein Messgasstrom (d.h. die über eine Messgassonde 100 dem Prozess entnommene Rauchgasprobe, welche mittels des Messgasanalysators 4 auf ihre Zusammensetzung hin untersucht werden soll) oder ein für die Kalibrierung des Messgasanalysators 4 verwendeter Prüfgasstrom der AMS 1 zugeführt wird.

In der Figur 2 sind der Messgaskühler 5, der Partikelfilter 8, die Messgaspumpe 7 sowie der Messgasanalysator 4, welche über die Messgasleitung 3 miteinander verbunden sind, dargestellt. Die übrigen in der Figur 1 gezeigten Komponenten können hier ebenfalls vorgesehen sein (ebenso weitere Komponenten wie z.B. NO2- Konverter, Koalenzfilter etc.). Ferner kann es sich bei dem in der Figur 2 gezeigten Messgaskühler 5 um eine einzelne Kühlstufe handeln, wobei das Magnetventil 6 zwischen zwei Kühlstufen des Messgaskühlers 5 angeordnet ist, analog zur Figur 1 . Ferner ist eine Kondensatpumpe gezeigt, welche das im Messgaskühler 5 anfallende FhO-Kondensat abtransportiert.

Die Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Befeuchtungsvorrichtung 10 mit ihren Hauptkomponenten in einer Detailansicht. Die Befeuchtungsvorrichtung 10 umfasst eine mit einem Prüfgasbehälter 20 verbundene mechanische Gasflussregelung bzw. Prüfgasdosiereinheit mit einem Bypass-Regler 22, eine mit einem Wasserbehälter 30 verbundene Wasserdosiereinheit umfassend eine als Peristaltikpumpe ausgebildete Dosierpumpe 33 (hier könnte auch eine andere H2O-DO- siereinheit wie z.B. ein Spritzensystem vorgesehen sein) und ein Bypassventil 32 sowie eine Verdampfungseinheit 40. Prüfgas und Wasser werden über separate Prüfgas- und Wasseranschlüsse 24, 34 in die Verdampfungseinheit 40 geleitet und darin über eine Zerstäubereinheit 42 in eine Heizvorrichtung 44 bzw. einen Ofen eingesprüht und der H2O-Anteil des durch die Zerstäubereinheit 42 erzeugten Gas-Prüf- gas-Nebels 43 dort verdampft.

In der Figur 3 ist ebenfalls eine Gasflussmesseinrichtung 26 gezeigt, welche den Gasdifferenzdruck Ap über einer zwischen Bypass-Regler 22 und Verdampfungseinheit 40 angeordneten Kapillare misst. Die Dosierpumpe 33 ist elektronisch mittels einer Steuereinheit 36 (z.B. ein Microcontroller) in Abhängigkeit der von der Gasdifferenzdruckmessung gelieferten Signale regelbar. D.h. die Gasflussmesseinrichtung 26 und die Steuereinheit 36 sind über eine Signalleitung miteinander verbunden, ebenso die Steuereinheit 36 und die Dosierpumpe 33, sodass der Flüssigkeitsstrom, d.h. die Wasserdosiermenge, an Schwankungen des gemessenen Prüfgasflusses angepasst werden kann (insbesondere wird der Wasserfluss proportional zum Prüfgasfluss geregelt). Dadurch lässt sich auch bei einem Auftreten von Prüfgasflussschwankungen durch einen entsprechenden Ausgleich der Wasserdosiermenge ein fixer, d.h. langzeitstabiler Taupunkt des in der Verdampfungseinheit 40 erzeugten Feuchtgasgemisches sicherstellen.

Die Verdampfungseinheit 40 ist in der Figur 5 näher dargestellt, während der Bypass- Regler 22 schematisch in der Figur 4 gezeigt ist.

Die erfindungsgemäße Befeuchtungsvorrichtung 10 zeichnet sich durch folgende Untereinheiten aus:

1 ) Mechanische Gasflussregelung mit einem mechanisch geregelten Bypass-Regler 22, welcher eine flussstabilisierende Kapillare 228 und ein Gasfeindosierventil 224 umfasst. Der Bypass-Regler 22 (vgl. Figur 4) besitzt einen Prüfgas-Eingang 221 , einen Prüfgas-Ausgang 222 sowie einen Bypassausgang 223. Der Eingang 221 wird mit Prüfgas aus der Prüfgasflasche 20 beaufschlagt. Hierbei beträgt der Gaseingangsdruck typischerweise 1 -3 bar Überdruck.

Der Eingangsgasstrom wird auf den Ausgang 222 und den Bypassausgang 223 wie folgt aufgeteilt: Im Bypassgasweg befindet sich ein als PTFE-Kugel ausgebildeter Ventilkörper 227, welcher über eine Spiralfeder 226 den Bypassgasweg bzw. Bypassausgang 223 verschließt. Dieser Kugel-Feder-Mechanismus bildet ein Feindosierventil 224. Bei ansteigendem Gasüberdruck (steigender Eingangsgasfluss) wird der Bypassgasweg durch das Feindosierventil 224 sukzessive geöffnet und ein Teilgasstrom (Bypassgasstrom) abgeleitet, während der andere Teil (Prüfgasstrom) über die im Ausgang 222 angeordnete Kapillare 229 zur Verdampfungseinheit 40 geleitet wird. Dies führt (auch bei variierenden Gaseingangsdrücken) zu einem festen, langzeitstabilen Gasfluss über den Ausgang 222 des Reglers 22. Das im Bypassgasweg befindliche Feindosierventil 224 dient zur Feinabstimmung des Ausgangsgasflusses und der Nachregulierung bei sich ändernden Druckverhältnissen im Gasweg hinter der Verdampfungseinheit 40.

Der Prüfgasstrom wird also auch bei variierendem Eingangsfluss (bzw. -druck) über das Kugel-Feder-System 224 konstant gehalten. Über ein als Justierschraube ausgebildetes Stellelement 225 lässt sich die Federspannung verändern und damit der Prüfgasstrom mechanisch feinjustieren.

2) Wasserdosiereinheit mit einem Wasservorratsbehälter 30 (letzterer kann auch als von der Wasserdosiereinheit separater Teil angesehen werden), einer Peristaltikpumpe 33 und einem Bypassventil 32 zur Wasserflussfeinabstimmung (vgl. Figur 3). Das Wasser wird mittels der Pumpe 33 im ml/h-Flussbereich bis zur Zerstäubereinheit 42 der Verdampfungseinheit 40 transportiert. Die Dosierpumpe 33 kann optional ansteuerbar ausgelegt sein. Dadurch ergibt sich ein einfach veränderbarer bzw. an- passbarer Taupunkt.

3) Verdampfungseinheit 40 mit einem Kopfstück (links in der Figur 5), in dem sich die Prüfgas- und Wassereingänge 24, 34 befinden. Der Prüfgasstrom drückt das mittels Peristaltikpumpe 33 dosierte Wasser zu einer Kapillare, welche als Zerstäubereinheit 42 dient. Der aus der vorgeschalteten mechanischen Gasflussregelung stabilisierte Prüfgasfluss dient somit als Treibmittel für die Feinzerstäubung des Wasseranteils. Das fein zerstäubte Gas-Wassergemisch 43 wird in eine auf 130-180°C beheizte Heizvorrichtung 44 (Ofen) eingedüst, in der der Wasseranteil schließlich komplett verdampft. Um eine möglichst große Heizoberfläche zu generieren, ist im Ofen 44 ein Verdrängerelement 46 eingelassen. Das Gas-Wassernebel-Gemisch 43 wird in einen engen Spalt 47 zwischen Ofen-Fläche und Verdrängerelement 46 geführt. Hieraus resultiert eine hohe Verdampferleistung bei geringer Baugröße. Am einem Feuchtgasausgang 48 der Verdampfungseinheit 40, welcher sich am der Zerstäubereinheit 42 gegenüberliegenden Ende der Verdampfungseinheit 40 befindet und gasleitend mit dem Ringspalt 47 verbunden ist, entsteht so ein langzeitstabiler Feuchtgasstrom mit definiertem Wasseranteil, d.h. mit fixem Taupunkt, welcher zur Kalibrierung in die Messgasleitung 3 der AMS 1 geleitet werden kann. Bei geringen Gas- Wasser-Massenströmen kann optional auf das Verdrängerelement 46 verzichtet werden.

Die Figur 6 zeigt ein Gastaupunkt-Feuchtevolumenanteil-Diagramm für Wasser in einem feuchten Prüfgas. Die mit dem Bezugszeichen 80 versehene Kurve zeigt den Volumenprozentanteil H2O (y-Achse) in Abhängigkeit des Taupunkts des Prüfgases (x-Achse). Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, liegt in einem Taupunktintervall von 40-70°C (dies entspricht einem Feuchteintervall von ca. 7-30 Vol-%) der Mittelwert des Feuchte-Volumenanteils (ca. 19 Vol-%) bei einem Taupunkt von ca. 60° C.

Die Figur 7 zeigt beispielhaft den SC -Auswascheffekt im Messgaskühler 5 der AMS 1 (Auswaschung in ppm, y-Achse) als Funktion des Prüfgas-Taupunkts (x-Achse). Der Kurvenverlauf ist mit dem Bezugszeichen 90 bezeichnet. Im Taupunktintervall von 40-70 °C wird bei einem Taupunkt von ca. 55 °C der Mittelwert 50 der SO2- Auswaschung (ca. 3.5 ppm) erreicht. Im Taupunktintervall von 40-70 °C weist die Kurve 90 einen im Wesentlichen linearen Verlauf auf, sodass der Mittelwert der Auswaschung im betrachteten Taupunktintervall gleichzeitig dem Mittelwert der Taupunkte innerhalb des Taupunktintervalls entspricht.

Die Figur 8 zeigt dasselbe Diagramm wie die Figur 7, wobei hier zwei kleinere Teilintervalle betrachtet werden: Taupunktintervall 1 (Bezugszeichen 62): 40-55 °C und Taupunktintervall 2 (Bezugszeichen 72): 55-70 °C. Der Mittelwert 60 für die SO2- Auswaschung im Taupunktintervall 62 liegt bei einem Taupunkt von ca. 47.5 °C (dies entspricht gleichzeitig dem Mittelwert zwischen 40-55 °C) und der Mittelwert 70 für die SO2-Auswaschung im Taupunktintervall 72 liegt bei einem Taupunkt von ca. 62.5 °C (dies entspricht gleichzeitig dem Mittelwert zwischen 55-70 °C). Durch eine Verkleinerung des Feuchteintervalls von 40-70°C in zwei kleinere Intervalle samt zweier zugehöriger mittlerer Kalibriertaupunkte bei 47.5 °C und 62.5° C lässt sich der verbleibende Auswascheffekt nochmals verkleinern (SC -Auswaschung ab SO2- Messwerten von ca. < 20 ppm unterhalb des Messfehlers modernster Gasanalysatoren). Im Taupunktintervall von 40-55 °C liegen z.B. die Taupunkte von Rauchgasen typischer Öl- oder Kohlefeuerungsanlagen, während im Taupunktintervall von 55-70 °C typischerweise Rauchgase aus Gas- oder Müll-Feuerungsanlagen liegen. Natürlich können mehr als zwei Teilintervalle mit den dazugehörigen Mittelwerten betrachtet werden, um den Messfehler durch die Auswaschung bei der Kalibrierung weiter zu reduzieren. Ebenfalls müssen die verschiedenen Intervalle nicht aneinander angrenzen.

Zusammenfassend zeichnen sich das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Befeuchtungsvorrichtung 10 durch folgende Kernideen aus: a) Befeuchtung von Prüfgasen für die Kalibrierung / Justierung von AMS derart, dass deren Wasseranteil ca. in der Mitte des Feuchtegehalts typischer fossiler Feuerungsanlagen (Gas-, Öl-, Kohle-, Müllfeuerung) liegt. Gemäß experimentellen Befunden resultiert daraus eine SC -Auswaschung, welche ca. in der Mitte der SO2- Auswaschung von SC -Feuchtgasen im gewählten Feuchtebereich bzw. Taupunktbereich liegt (z.B. 7-30 Vol-% H2O bzw. 40-70 °C Taupunkt für alle gängigen Großfeuerungsanlagen oder 40-55 °C Taupunkt für Kohlefeuerungsanlagen). Bei einer Kalibrierung / Justierung mit einem auf 55 °C befeuchteten Prüfgas, wird der SO2- Auswascheffekt damit so weit herauskalibriert, dass strengste behördliche Anforderungen an die SC -Messgenauigkeit kostengünstig eingehalten werden können. Dies ermöglicht behördlich angewiesene Rauchgas-Emissionsmessungen in kleinsten SO2-Messbereichen ohne Säure-Zudosierung oder eine exakte Kenntnis / Messung der Rauchgasfeuchte der jeweiligen Applikation (Feuerungsanlage). Um den Auswascheffekt weiter zu reduzieren, könnten die Taupunktbereiche halbiert oder noch weiter verkleinert werden (z.B. 40-55 °C und 55-70 °C, vgl. Fig. 8). Hieraus resultieren bei kleinen SC -Eingangskonzentrationen (< 20 ppm) Auswascheffekte unterhalb des Messfehlers modernster handelsüblicher Gasanalysatoren. b) An die Vorrichtung müssen nur sehr geringe Anforderungen bzgl. der Kurzzeitfluktuation des Prüfgas-Eingangsflusses gestellt werden. Gründe sind:

Da das zugeführte Prüfgas einer einzigen Prüfgasflasche mit hochgenau eingemischter Gaskonzentration zu entnehmen ist und nicht aus mehreren Gasarten zusammengemischt wird, entfallen hohe Anforderung an die Gasfluss-Kurzzeitstabilität. Dies ermöglicht es, auf den Einsatz hochgenauer und teurer thermischer Massenflussregler zu verzichten.

Im Messgaskühler fällt die Gasfeuchte als Kondensat aus. Auswaschrelevante Feuchtefilme oder Wassertropfen bilden sich jedoch nicht im Sekunden-, sondern eher im Minuten-Bereich. Aufgrund dessen sind keine hohen Anforderungen an Kurzzeit-Taupunktschwankungen (Rauschen) zu stellen. Auch hieraus resultieren nur geringe Anforderungen an Gasfluss- und Wasserfluss-Stabilität.

Im Wärmetauscher des Messgaskühlers selbst wird das feuchte Prüfgas (das in der Verdampfungseinheit 40 erzeugte Feuchtgasgemisch) auf stabile 5 °C abgekühlt. Der Taupunkt hinter dem Kühler 5 weist somit einen rauscharmen, stets stabilen Taupunkt auf. Der Kühler 5 glättet damit die Kurzzeit-FhO-Schwankung des feuchten Prüfgases nachträglich. c) Aus diesen Überlegungen resultiert der hierin beschriebene, erfindungsgemäße, vereinfachte Befeuchtungsansatz für Prüfgase auf einen fixen Taupunkt mit geringer Kurzzeitstabilität, welcher somit eine kosteneffiziente, wartungs- und gefährdungsarme Rauchgas-Emissionsmessung auf kalt-extraktivem Weg ermöglicht. Gasfluss- und FhO-Dosiergenauigkeit können gering gehalten werden. An die Feinheit der Wasserzerstäubung müssen keine hohen Anforderungen gestellt werden. Dies führt zu einer kostengünstigen, wartungsarmen Vorrichtung, die eine hochgenaue, kaltextraktive Emissionsmessung nach strengsten behördlichen Vorgaben ermöglicht.

Zur experimentellen Überprüfung des oben beschriebenen Ansatzes, wurden Auswaschmessungen bei unterschiedlichen SC -Konzentrationen durchgeführt. Die Ergebnisse sind in den Figuren 9 und 10 dargestellt. Die darin gezeigten Plots repräsentieren SO2-Auswaschmessungen im Feuchtebereich von 50-70 °C Taupunkt bei 50 ppm SO2 (Figur 9) und bei 14 ppm SC -Eingangskonzentration (Figur 10). Hierbei wurde in Phase 1 der Messungen die SC -Auswaschung bei 50 °C Gas-Taupunkt und 70 °C Ga-Taupunkt bestimmt, nachdem der Analysator 4 zuvor mit Trocken- Prüfgas kalibriert wurde (gängige Kalibriermethode). Vor Phase 2 erfolgte dann eine Feucht-Kalibrierung / -Justierung bei 60 °C Taupunkt. In Phase 2 der Messung wurde die nachfolgend resultierende Auswaschung erneut bestimmt. Diese ist durch die Feucht-Kalibrierung / -Justierung um einen Faktor 2-3 reduziert. Hierdurch kann nachgewiesen werden, dass mittels Feucht-Kalibrierung / -Justierung auf einen mittleren Feuchte-Wert (hier 60 °C Taupunkt) die SC -Auswaschung (bzw. der H20-Stö- reinfluss auf die SC -Messung) im Taupunktbereich von 50-70 °C (entsprechend 12.8-30.3 Vol-% H2O) signifikant reduziert ist.

Bezugszeichenliste:

1 Automatische Messeinrichtung (AMS)

2 Messgaseingang

3 Messgasleitung

4 Messgasanalysator

5 Kühler

5a Erste Kühlstufe

5b Zweite Kühlstufe

6 Ventil

7 Gaspumpe

8 Feuchtefühler

9 Partikelfilter

10 Befeuchtungsvorrichtung

20 Prüfgasbehälter

22 Bypass-Regler

221 Eingang

222 Ausgang

223 Bypassausgang

224 Bypassventil

225 Stellelement

226 Feder

227 Ventilkörper

228 Feindosierventil

24 Prüfgaseingang

26 Gasflussmesseinrichtung Flüssigkeitsbehälter

Bypassventil

Pumpe

Flüssigkeitseingang

Flüssigkeitsreguliereinheit

Verdampfungseinheit

Zerstäubereinheit

Gas-Wassernebel-Gem isch

Heizvorrichtung (Ofen)

Verdrängerelement

Raum (Spalt)

Feuchtgasausgang

Prüfgaseingang

Mittelwert der Auswaschung im Taupunktintervall 40-70 °C

Mittelwert der Auswaschung im Taupunktintervall 40-55 °C

Taupunktintervall 40-55 °C

Mittelwert der Auswaschung im Taupunktintervall 55-70 °C

Taupunktintervall 55-70 °C

Kurve H2O-Vol-% vs. Taupunkt

Kurve Auswaschung vs. Taupunkt

Messgassonde