Projekt 27741/01

Entwicklung eines Feinstaubmessgerätes für Überwachungsmessungen an Feuerungsanlagen für feste Brennstoffe im Geltungsbereich der 1. BImSchV

Projektträger

Wöhler Messgeräte Kehrgeräte GmbH
Schützenstr. 41
33181 Bad Wünnenberg
Telefon: 02953 73-252

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die in 2010 in Kraft getretene Novelle der 1. BImSchV sieht aufgrund der Feinstaubimmissionsbelastung eine deutliche Verschärfung der Staubgrenzwerte von derzeit 0,15 g/m3 auf 0,02 g/m3 (jeweils bei 13 Vol% O2) bei Feuerungsanlagen für feste Brennstoffe vor. Außerdem ist eine Übergangsregelung für messpflichtige Anlagen zwischen ? 4 bis < 15 kW Nennwärmeleistung vorgesehen. Diese Anlagen werden erst nach der Zulassung eines neuen Messverfahrens, welches mit geringerem Aufwand durchge-führt werden kann, überwachungspflichtig.
Dies bedeutet, dass ohne Entwicklung eines neuen Messverfahrens die zukünftigen Staubgrenzwerte der 1. BImSchV von 0,02 g/m3 (bei 13 Vol% O2) und Anlagen mit Nennwärmeleistungen von ? 4 bis < 15 kW nicht überwacht werden können. Somit wäre ein Vollzug der 1. BImSchV nicht mehr im vollen Umfang möglich. Deshalb soll im Rahmen des Vorhabens ein mobiles Messverfahren zur Bestimmung von Staubkonzentrationen entwickelt werden, welches für Überwachungsmessungen von Feuerungsanlagen für feste Brennstoffe im Geltungsbereich der 1. BImSchV geeignet ist und für Grenzwerte bis 0,02 g/m3 (bezogen auf 13 Vol% O2) eingesetzt werden kann. Die Staubprobenahme erfolgt hierzu unter definierten Randbedingungen direkt im unverdünnten Abgas. Es handelt sich um ein gravimetrisches Messver-fahren, bei dem die Partikelkonzentration direkt gemessen wird.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAufgrund der zeitaufwendigen Konstruktion und Überprüfung der Funktionsweise des Messverfahrens wurde bisher das Gesamtprojekt in einzelnen Teilschritten umgesetzt. In diesem Vorhaben soll das Messgerät mittels Praxisuntersuchungen an unterschiedlichen Feuerungsanlagen bis zur Serienreife weiterentwickelt werden. Hierdurch soll die Handhabbarkeit des Messgerätes bei den Messungen untersucht und optimiert werden sowie eine Verbesserung der Störgrößenelimination erreicht und die Zuverlässigkeit sowie Reproduzierbarkeit der Messergebnisse gesteigert werden.


Ergebnisse und Diskussion

Im Projektverlauf wurden wesentliche Verbesserungen am Online-Staubmessgerät SM 500 erreicht (z. B. Anbringen einer Einlaufstrecke am Messgeräteeingang, Wahl geeigneter Temperaturmessstellen zur Störgrößenkompensation, Anfertigung und Überprüfung eines Messkoffers sowie Vergrößerung der Durchmesser der Filterfläche für höhere Staubkonzentrationen). Ganz wesentliche Entwicklungsschritte waren die Implementation einer Schlauch- und Gehäusebeheizung sowie der Übergang zu Materialen mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Hierdurch konnte die Stabilität des Messgerätes entscheidend verbessert und die Inbetriebnahmezeit deutlich reduziert werden. Weiterhin wurde hierdurch eine einfachere und transparentere Korrektur von Störgrößen erreicht. Höhere Nullpunktabweichungen, wie sie beim ersten Versuch an einem Tag oder nach einer längeren Messpause auftraten, wurden nach Inbetriebnahme der Gehäuseheizung nicht mehr festgestellt.
Um die Ergebnisse zweier unterschiedlicher Messverfahren vergleichen zu können, muss die Messunsicherheit beider Verfahren bekannt sein. Die Messunsicherheit des neuen Messverfahrens wird anhand von Vergleichsmessungen mit dem Staubmessverfahren nach VDI-Richtlinie 2066 (als Referenzmessverfahren) bestimmt. Zur Ermittlung der Messunsicherheit der verwendeten Referenzaufbauten wurden insgesamt 39 Doppelbestimmungen nach VDI-Richtlinie 4219 durchgeführt. Der bei den Doppelbestimmungen abgedeckte Staub-Konzentrationsbereich liegt zwischen 14 mg/m3 und 90 mg/m3. Sowohl Mittelwert als auch der Medianwert der Differenzen von den jeweiligen Doppelbestimmungen liegen im Größenbereich von Null. Systematische Abweichungen zwischen den beiden Referenzaufbauten liegen somit nicht vor. Die nach VDI-Richtlinie 4219 ermittelte erweiterte Messunsicherheit für das Referenzmessverfahren beträgt ± 1,248 mg/m3.
Bei den durchgeführten Vergleichsmessungen mit dem Referenzmessverfahren unter Realgasbedingungen wurde besonderes Augenmerk auf die Auswahl eines geeigneten Filtermaterials gelegt. Es wurde festgestellt, dass mit einem zweistufigen Filtermaterial optimale Ergebnisse erzielt werden können. Das Zweistufige Filtermaterial besteht aus einem Rollfilter und einem Planfilter.
Die Ergebnisse der Vergleichsmessungen zwischen dem Referenzmessverfahren und dem SM 500 in letzter Entwicklungsstufe zeigen eine gute Übereinstimmung. Somit sind die Voraussetzungen geschaffen, dass die notwendige Eignungsprüfung mit dem neuen Online-Staubmessgerät erfolgreich bestanden werden kann. Dies ist die Voraussetzung, damit das Messgerät für Überwachungsmessungen im Rahmen der 1. BImSchV eingesetzt werden darf.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Wesentliche Ergebnisse des Entwicklungsprojektes werden nach Projektende in Fachzeitschriften, auf Messen und bei Vorträgen publiziert.
Nach Projektende konnte die Eignungsprüfung mit dem Online-Messgerät erfolgreich durchgeführt wer-den, die Vorbereitungen zur Markteinführung laufen. Diese wird ab ca. Mitte 2012 erfolgen. Entsprechende Hinweise sind auf der Homepage des Geräteherstellers bereits vorhanden: http://mgkg.woehler.de/de/content/neues_staubmessgeraet_2012.html.


Fazit

Das Projekt konnte erfolgreich abgeschlossen werden, das wichtigste Entwicklungsziel (erfolgreiche Durchführung der Eignungsprüfung) wurde erreicht, die Markteinführung des Online-Staubmessgerätes ist in Vorbereitung.