Emission af uforbrændt gas/kulbrinter under start og stop af gasmotorer. Kunderapport Juni 2004

Transkript

1 Emission af uforbrændt gas/kulbrinter under start og stop af gasmotorer Kunderapport Juni 2004

2 Emission af uforbrændt gas/kulbrinter under start og stop af gasmotorer Jan de Wit og Steen Andersen Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 2004

3 Titel : Emission af uforbrændt gas/kulbrinter under start og stop af gasmotorer Rapport kategori : Kunderapport Forfatter : Jan de Wit og Steen Andersen Dato for udgivelse : Copyright : Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer : ; H:\724\76-uforbr_emis\Rapport\Rap_start_stop_juni_final.doc Sagsnavn : Uforbrændt gas/kulbrinter For ydelser af enhver art udført af Dansk Gasteknisk Center a/s (DGC) gælder: at DGC er ansvarlig i henhold til Almindelige bestemmelser for teknisk rådgivning & bistand (ABR 89), som er vedtaget for opgaven, med mindre andet aftales skriftligt. at erstatningsansvaret for fejl, forsømmelser eller skader over for rekvirenten eller tredjemand gælder pr. ansvarspådragende fejl eller forsømmelse. Ansvaret er dog altid begrænset til maksimum 100% af det vederlag, som DGC har modtaget for den pågældende opgave. Rekvirenten holder DGC skadesløs for alle tab, udgifter og erstatningskrav, der måtte overstige DGC s hæftelse. at DGC skal - uden begrænsning - omlevere egne ydelser i forbindelse med fejl, mangler og forsømmelser i DGC s materiale. Dette gælder dog ikke længere end 5 år fra opgavens udførelse. at rekvirenten er ansvarlig for, at de iht. lov gældende sikkerheds- og arbejdsmiljøregler hos rekvirenten kan overholdes af DGC i forbindelse med opgavens udførelse. Såfremt DGC må standse, afbryde og/eller udsætte en opgave, fordi disse regler ikke kan overholdes, må rekvirenten bære DGC s eventuelle ekstraomkostninger i forbindelse hermed. Marts 2000

4 DGC-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side 1 Forord Resume og konklusion English summary Formål og baggrund Gasmotorer til kraftvarmeproduktion i Danmark Motortyper Anlægsopbygning Driftsforhold Myndighedskrav Data vedr. gasforbrænding Projektudførelse Målemetode Udvælgelse af anlæg Oversigt over udførte målinger Måleresultater Referencer Bilag

5 DGC-rapport 2 1 Forord Denne rapport er rekvireret af Gasselskabernes Fagudvalg for Gasanvendelse og Installationer, FAU GI. Rapporten er udarbejdet af Jan de Wit og Steen Andersen, Dansk Gasteknisk Center a/s (DGC). Kvalitetssikring er udført af Henrik Andersen, DGC. Gasselskabernes ERFA gruppe for kraftvarme har fungeret som sparringspartner i projektforløbet. Denne gruppe har p.t. følgende sammensætning: Carsten Nielsen, Benny Petersen (DONG, Stenlille), Bjarne Koch, Brian Petersen (DONG, Vejen), Bjarne Jørgensen (Naturgas Midt-Nord), Niels K. Mortensen (Naturgas Fyn), Jørn Larsen, Jørn E. Andersen (HNG), Anders Knak-Nielsen (Sikkerhedsstyrelsen), Jan de Wit (DGC). Carsten Nielsen, DONG Stenlille, har fungeret som kontaktperson til Fagudvalget. DGC takker alle ovenstående for positiv og aktiv medvirken i projektarbejdet. Endvidere skal rettes en tak til de anlægsejere, der velvilligt har givet accept til målinger på deres anlæg. Hørsholm, juni 2004 Jan de Wit Projektleder Afd. for Energiteknik og Sikkerhed Steen D. Andersen Måletekniker Laboratoriet Bjarne Spiegelhauer Afdelingschef Afd. for Energiteknik og Sikkerhed

6 DGC-rapport 3 2 Resume og konklusion Der er i projektet foretaget målinger på tre forskellige gasmotorbaserede kraftvarmeanlæg. Højeste gaskoncentration i røggassen er målt ved start af en åbenkammer gasmotor. Der måltes her kortvarigt ca. 3 % brændbar gas i røggassen. Anlægget er ikke forsynet med tvungen skylning af udstødssystem før eller under start. Der var ifølge måleudstyret ikke tegn på, at der ved målepunktet var opmagasineret høj uforbrændt koncentration inden start. Motoren, der måltes på, er af en type, der ved stationær almindelig drift har en lav emission af uforbrændt gas (UHC). På de øvrige gasmotoranlæg (der var udstyret med skylning ved start), observeredes de største gaskoncentrationer i målepunktet i forbindelse med stop af gasmotor. Her måltes op til ca. 2,4 % brændbar gas i målepunktet. Disse motorer var to forskellige motorer/fabrikater forkammer gasmotorer. På det ene af de to forkammer gasmotoranlæg sås en meget markant koncentrationsreducerende effekt, når skylning iværksattes. En lige så tydelig effekt kunne ikke ses på det andet anlæg. DGC anser, på baggrund af de foretagne målinger, tvungen skylning af udstødssystemet som en effektiv foranstaltning til nedbringelse af uønskede koncentrationer i røggassen. Skylning kan gennemføres før start eller efter stop, gerne med supplerende skylning under tomgang og indtil eksempelvis % last. For anlæg der er forsynet med katalysator, bør skylning foretages, når denne er kølet tilstrækkeligt ned. DGC kunne ønske, at der for fuldstændighedens skyld blev gennemført supplerende målinger på et anlæg med et mere ugunstigt forløb af udstødssystem. Med ugunstigt forløb menes anlæg, hvor der grundet komponenter og afkastrørs placering/geometri evt. vil kunne opstå lommer med uforbrændt gas. Ligeledes kunne DGC ønske, at der blev foretaget måling på et anlæg, hvor flere måleudtag var til rådighed. Sådant kunne eventuelt udføres på anlægget med mere ugunstigt udstødssystem.

7 DGC-rapport English summary On behalf of the Danish natural gas companies Danish Gas Technology Centre (DGC) has conducted a survey concerning concentrations of unburned hydrocarbons (UHC) during starts and stops at gas-engine based combined heat and power plants. Measurements were made at three natural-gas fired gas-engine based cogeneration plants. Two of these have pre-chamber gas engines; at the third plant open-chamber gas engines were installed. Several start and stop sequences were made at each site. At one site also an emergency stop was made. At a number of plants (pre-chamber gas engines) forced short time ventilation of exhaust system has been installed the last years. A significant UHCconcentration reduction due to this was seen from the measurements at one of the two pre-chamber gas-engine CHP plants in this survey. The same significant effect was not seen during measurements at the other site. The measurements showed peak concentrations close to ppm (vol.) for a very short time. This equals some 3% (vol.) unburned gas at the measuring point in the exhaust system. The highest concentrations were seen during the stop phase. The highest concentrations were measured at the open-chamber gas-engine plant. This was a bit surprising due to the fact that this particular engine, when in steady state operation, has low UHC emissions. Graphs presenting the results concentrations during starts and stops etc. at the different plants can be found in the report enclosures as Figures 1.1, 1.2, 2.1, 2.2, 3.1 and 3.2, the last two mentioned being results for the openchamber engine.

8 DGC-rapport 5 3 Formål og baggrund DGC har i forbindelse med målinger i bl.a. PSO/Eltra projektet /1/ lejlighedsvis konstateret, at der under start og/eller stop kan optræde betragtelig koncentration af uforbrændte kulbrinter (UHC), hidrørende fra uforbrændt og dermed brændbar gas. DGC har derfor, med en specialtilpasset målemetode, supplerende foretaget start/stop og dellastmålinger på tre forskellige gasmotorbaserede kraftvarmeanlæg (med og uden forkammer) for at få belyst UHC-emissionsforholdene med sigte på evt. sikkerhedsrisici under start/stop. Målingerne har haft til formål nærmere at belyse, hvilke koncentrationer der kan optræde og, om nødvendigt, at komme med forlag/anbefaling vedr. ændring af driftsforhold/anlægsudformning.

9 DGC-rapport 6 4 Gasmotorer til kraftvarmeproduktion i Danmark 4.1 Motortyper Der er p.t. opstillet i alt ca. 750 naturgasfyrede gasmotorer (i alt ca. 900 MW e ) til kraftvarmeproduktion i Danmark. Hertil kommer et antal biogasdrevne gasmotorer opstillet på renseanlæg mv. De fleste af motorerne er turboladede motorer med V-cylinderkonfiguration. Gasmotorerne har årligt i alt ca. 3-4 millioner driftstimer. Motorerne er stort set alle gnisttændingsmotorer, dvs. tænding sker ved tændrør. De større motorer er oftest forkammermotorer, hvor tænding ved tændrør sker i et forkammer med en mere brændselsrig gas/luftblanding. Der er opstillet i alt ca. 200 forkammergasmotorer med en samlet effekt på i alt 600 MW e. Blandt de helt eller delvist naturgasfyrede gasmotorer indgår fire motorer (effekt i alt 22 MW e ), hvor tænding sker med en lille andel dieselolie, såkaldte duel fuel-motorer. Der optræder i alt ca. ca. 8 motorer (i alt 6 MW e ), hvor der anvendes såvel naturgas som anden gas (oftest biogas). DGC bekendt er der opstillet motorer fra i alt ca. 20 forskellige motorleverandører. Til de mht. installeret effekt mere betydende motorfabrikater må henregnes i alt ca Anlægsopbygning Anlæggene er i mange tilfælde opbygget/leveret med motorleverandøren som totalleverandør. Meget ofte indgår motorleverancen dog som underentreprise, hvor så en totalleverandør står for valg og sammenbygning af det samlede kraftvarmeanlæg. En specifik motortype kan således optræde i forskellige anlægsopbygninger. Et typisk motorbaseret kraftvarmeanlæg kan være som følger mht. komponenter: Motor/generator Samlemanifold (for V-motorer) Evt. skylningsarrangement 1) Evt. oxidationskatalysator 2) Lyddæmper 3)

10 DGC-rapport 7 Røggaskølere/udstødskedler, er ofte delt i højtemperatur- og lavtemperaturdel. Afkastkanal Skorsten 1) 2) 3) Særligt krav fra Sikkerhedsstyrelsen (tidl. DGP) for forkammermotorer, krav i seneste reviderede udgave af Gasreglementet for større anlæg (GR-B4 i 1998). På visse anlæg i gartnerisektoren kan der være indskudt endnu en katalysator (såkaldt SCR eller DeNox-katalysator) for rensning af røgens NO x -indhold. På visse anlæg er lyddæmperen integreret i røggaskøler. Figur 1 Principskitse af gasmotoranlæg. Det viste anlæg er forsynet med skylningsarrangement for udstødssystemet. De fleste anlæg er opbygget således, at motor/generator er opstillet i separat motorcelle. Røggasserne ledes op gennem loft i denne, og samlekassen samt lyddæmperen befinder sig oftest umiddelbart over motorcellen. For en lang række anlæg er også røggaskøler installeret over motorcellen. Røggaskølerne er oftest placeret horisontalt, dog forekommer også (gulvpladsbesparende) vertikalt forløb.

11 DGC-rapport 8 På Figur 2 og 3 er vist et par installationseksempler. Figur 2 Røggaskedel mv. installeret over motorcelle. Figur 3 Horisontalt gulvplacerede røggaskølere efter en række større motorer.

12 DGC-rapport Driftsforhold Anlæggene har indtil nu i vidt omfang indrettet driften efter el-salgspriser i henhold til den såkaldte 3-leds elsalgstarif. Dette vil typisk sige i videst muligt omfang konstant og høj produktion i formiddagstimer samt evt. eftermiddagstimer på hverdage og i nødvendigt omfang produktion i dagtimer i weekender. Rimelig lang og stabil drift er muliggjort af akkumuleringstanke, og antallet af daglige start/stop har derfor for de fleste anlæg været begrænset. Der er p.t. igangsat ændringer mht. markedsorienteret salg af el samt evt. reguleringsydelser mv. Dette vil kunne betyde hyppigere start/stop for en række anlæg for derigennem at opnå bedst mulig driftsøkonomi. Figur 4 Frederikssund Kraftvarmeværk med varmeakkumuleringstank i forgrunden af billedet. 4.4 Myndighedskrav Gasreglementet /4/og /5/ stiller en række sikkerhedsmæssige krav i forbindelse med start og stort af gasmotorer. For i videst muligt omfang at undgå uforbrændt gas i motormanifold/udstødssystem skal der ved start bl.a. være etableret et for tænding sikkert omdrejningstal samt være gnist fra tændrørene, førend gas må frigives. Ved stop skal gnist fra tændrør fortsætte et stykke tid efter, at gassen er afbrudt.

13 DGC-rapport 10 5 Data vedr. gasforbrænding Naturgas er på grund af sit høje indhold af metan, mangel på giftige bestanddele og en vægtfylde lavere end luft generelt et meget sikkert brændsel. Naturgas kræver en højere antændelsestemperatur end langt de fleste øvrige brændsler. Det koncentrationsinterval, hvor naturgas blandet med luft potentielt er eksplosionsfarligt, er snævrere end for de fleste andre brændselsgastyper. I Tabel 1 er anført de brændselskarakteristika, der er relevante i relation til nærværende rapport. Tabel 1 Data vedr. antændelse af dansk naturgas fra /3/ og /7/ Antændelsestemperatur ca. 500 C 1) Nedre eksplosionsgrænse (LEL), volumenbasis ca. 4.8 % ( ppm) gas i luft 2) 1) 2) Kan variere med volumen og andre forhold. Ved atmosfærisk tryk og 20 C, ved 350 C er antændelsesgrænsen eksempelvis 3 % gas i luft. Udstødstemperaturen er ved kontinuert drift for typiske gasmotorer er ca C efter turbolader. Før turbolader er temperaturen ca. 100 C højere. Iltkoncentrationen i røggaskanalen vil under start, drift og stopforløb typisk være 8-21 %. Dette påvirker ikke i væsentlig grad den nedre eksplosionsgrænse.

14 DGC-rapport 11 6 Projektudførelse 6.1 Målemetode DGC s måleinstrumenter for UHC (uforbrændt) måler op til ppm. Dette er normalt tilstrækkeligt, idet der oftest højest måles op til ppm under stabil drift. Dog har DGC under start mv. set, at der på måleinstrumentet er konstateret fuldt udslag, hvilket svarer til, at der er UHCkoncentration over ppm (vol.); det samme som 1 % (vol.). For at fastlægge, hvor højt koncentrationen kommer op, og om dette evt. skulle være i det eksplosionsfarlige område, må der kunne måles op til 4 % (dvs. til ppm). Dette udføres ved at fortynde gasstrømmen, der måles på, med fx fire dele nitrogen fra trykflaske. Fortyndingsforholdet kontrolleres ved at måle flow i såvel prøveudtag fra røggaskanal som nitrogen flow fra flaske samt kontrol ved sammenligning af fx koncentration af O 2 i fortyndet og ufortyndet røggas. Den anvendte UHC-analysator er en FID (Flame Ionisation Detection) analysator. Denne registrerer den samlede andel brændbare kulbrinter. Visningen omregnes og angives i metan (CH 4 ) ækvivalenter. For en gas, der også har en andel tungere kulbrinter (etan, propan, butan osv.), vil målervisningen, hvis det er uforbrændt naturgas, der måles, være lidt højere end den aktuelle (volumen-)koncentration af brændselsgas i røggassen. Med den aktuelle sammensætning af den danske naturgas, kan målervisningen korrigeres med en faktor 0.87 for at omregne fra angivne metanækvivalenter til aktuel uforbrændt gaskoncentration. Dette vil sige, at hvis målervisningen er fx ppm metanækvivalenter, vil dette svare til 8700 ppm naturgas med gassens nuværende kulbrintefordeling. 6.2 Udvælgelse af anlæg Første måleserie er gennemført på et anlæg, der i henhold til /1/ tilsyneladende havde høj emission af UHC under start/stop. Den aktuelle motor er af forkammertypen. Anlægget er forsynet med tvungen skylning af udstødssystemet før start. Røggasudtag er placeret umiddelbart efter lavtemperatur røggaskøleren.

15 DGC-rapport 12 Næste måleserie blev foretaget på et andet større forkammer gasmotoranlæg. Her er opstillet motor af andet fabrikat end ved måleserie 1. På dette anlæg gav anlægsejeren mulighed for afprøvning af nødstop og måling af de hermed forbundne emissioner. Røggasudtag er placeret umiddelbart efter lavtemperatur røggaskøler. Tredje måleserie er foretaget på et anlæg, hvor der er opstillet flere (ens) mellemstore gnisttændings åbenkammermotorer. Dette anlæg er ikke forsynet med tvungen skylning af udstødssystem ved start og/eller stop. På dette anlæg var røggasudtaget placeret umiddelbart efter lyddæmper, dvs. længere opstrøms i røggassen end for de første to anlæg og før køling af røggassen. 6.3 Oversigt over udførte målinger Der er gennemført følgende måleserier: Anlæg 1: I alt 2 stop og genstartforløb. Anlæg 2: Et nødstop samt efterfølgende genstartforløb. Herudover et normalt stop og senere genstartforløb. Anlæg 3: I alt 2 stop og senere genstartforløb. Der er foretaget følgende måleregistreringer ved alle målingerne: Tidspunkt Gasforbrug O 2 % i røggas CO-koncentration i røggas NO x -koncentration i røggas UHC-koncentration i røggas Det anvendte måleudstyr er nærmere beskrevet i rapportens Bilag 4.

16 DGC-rapport 13 7 Måleresultater Der er som nævnt foretaget målinger på i alt tre forskellige anlæg (to forkammermotorer og et åbenkammer ditto). På alle anlæg er foretaget mere end et start/stop-forløb. På et af anlæggene omfattede dette også et nødstop. Sidstnævnte gav i øvrigt ikke væsentligt højere UHC-niveau. Der var oprindelig tilstræbt, hvis fysisk muligt, at måle i flere målepunkter på anlæggene. Dette har ikke været muligt på de valgte anlæg. Herunder ses hovedresultaterne i runde tal. Tabel 2 Måleresultater, oversigt Anlæg Type Motorydelse Maks. Maks. Måleudtag, nr. kw e gaskoncentration gaskoncentration placering v. start v. stop % % 1 Forkammer Ca ,0 2,3 Efter veksler 2 Forkammer Ca ,6 1,6 Efter veksler 3 Åbenkammer Ca ,0 0,9 I lyddæmper/veksler Som det fremgår af tabellen, måltes højest emission af UHC på åbenkammermotoren. Det skal dog siges, at tidsrummet, hvor dette måltes, var meget kortere end, og den samlede specifikke mængde UHC derfor mindre end, for de øvrige motorer/enheder. Det lader sig desværre ikke afgøre om, målestedet i virkeligheden spiller ind her. Visse af de målte gaskoncentrationer nærmer sig gassens nedre eksplosionsgrænse, jf. gasdata i Kapitel 5. For forkammer gasmotorerne i undersøgelsen måltes højere (eller lige så høj) koncentration ved stop i forhold til start. Der er ud over UHC også målt følgende røggaskomponenter CO, NO x og O 2 For mere detaljerede oplysninger om måleresultaterne henvises til graferne i målerapporterne (Bilag 1-3).

17 DGC-rapport 14 8 Referencer /1/ ELTRA PSO Projekt 3141: Kortlægning af emissioner fra decentrale kraftvarmeværker; afsluttet /2/ Sikkerhedsstyrelsen (tidl. DGP): Aktionsplan for forøget sikkerhed, større gasmotorer, afsluttet /3/ Gashåndbog, DGC-information, april /4/ Sikkerhedsstyrelsen i Gasreglement Afsnit B-4 (større gasfyrede anlæg), oktober /5/ Sikkerhedsstyrelsen i Gasreglement Afsnit B-41 ( Forskrifter for gasmotorinstallationer ), september /6/ DGC anbefaling i Sikker installation og drift af gasmotor kraftvarmeanlæg, januar /7/ Selvantændelse af naturgas, DGC-projektrapport, juli 2001.

18 DGC-rapport 15 Bilag Bilag 1: Målerapport 1 Bilag 2: Målerapport 2 Bilag 3: Målerapport 3 Bilag 4: Anvendt måleudstyr Omstående bilag er målerapporterne for de målinger, der er foretaget i det aktuelle projekt. I målerapporterne (bilag 1-3) anvendes betegnelsen UHC for uforbrændt gas. De angivne værdier er måleinstrumentsvisning, dvs. metanækvivalenter. Som anført i hovedrapporten, skal de viste værdier multipliceres med faktoren 0,87 for at angive den tilsvarende koncentration af uforbrændt (dansk) naturgas. Dette betyder, at anføres der i omstående en måling på eksempelvis ppm metanækvivalenter i røggas, svarer dette til en andel naturgas på ppm i røggassen. DGC har fra en lang række tidligere undersøgelser (senest /1/) erfaret, at restgasindholdet i røggas har en sammensætning, der er identisk med brændselsgassen.

19 DGC-rapport 16 Målerapport 1 BILAG 1 Projekt Uforbrændt under start og stop. Emissionsmåling Emissionsmålinger på gasmotor under start og stop udført den Indledning Der er den foretaget en måling af emissioner på et gasmotorbaseret kraftvarmeanlæg for at bestemme røggassens indhold af uforbrændt gas under start og stop. Gennemførte målinger (emissioner) Der er udført to måleserier, hver med en stop- og en startsekvens samt normal drift før stop og efter start. Samtidig er motorens gasforbrug registreret, med henblik på optegnelse af kurve for motorens belastning. Måleserierne er vist grafisk på Figur 1.1 og 1.2. Der er anvendt udstyr til fortynding af røggassen med nitrogen under målingen, idet indholdet af uforbrændt gas forventedes at overstige måleudstyrets måleområde. På kurvebladene Figur bilag 1.1 og 1.2 er der korrigeret for denne fortynding, det vil sige aksernes enheder svarer til de faktiske emissioner i ufortyndet røggas. Tekniske oplysninger Målingerne er foretaget på en større forkammer gnisttændingsgasmotor på ca. 3 MW e opstillet i Røggasudtaget er placeret efter røggasveksler, umiddelbart før indløb i skorsten. Resultater Nedenstående tabel viser emissionerne ved første og andet stop-startforløb.

20 DGC-rapport stop 1. start 2. stop 2. start UHC [ppm] CO [ppm] CO-spids [ppm] Ved første stop-forløb (Figur bilag 1.1) ses en kraftig stigning i UHCkoncentration, der derefter flader ud ved ca ppm. Når motoren er stoppet ses et hurtigt fald til ca ppm, hvorefter koncentrationen langsomt aftager med skorstenstrækket. Det bratte fald herefter skyldes røggasventilation før start. Ved start af motoren ses en kortvarig stigning til godt ppm, og derefter aftager koncentrationen mens motorens last øges. Sammenhængen mellem emissioner og motorens belastning anskueliggøres ved kurven for gasforbruget. Med hensyn til emission af CO ses, at ved stop øges koncentrationen momentant til ca ppm, falder kort efter til ca ppm, der er niveauet ved tomgangsdrift. Som det er tilfældet med UHC, falder CO med trækket i skorstenen indtil røggasventilationen starter. Ved start af motoren nås et niveau på ca ppm der derefter aftager til normalt niveau i takt med, at belastningen på motoren øges. Samme forløb ses af kurverne ved andet start-stopforløb (Figur bilag 1.2). Her opnås en UHC-koncentration på ca ppm, og ved start ses en kortvarig emission på ca ppm. CO-emissionen når ved stop en spids på ca ppm, hvorefter emissionen under tomgangsdrift er ca ppm. Ved start ses en spids på ca ppm. Figurer bilag måling 1: 1. Kurver for første stop-startforløb 2. Kurver for andet stop-startforløb

21 DGC-rapport 18 Bilag 1, Figur 1.1 Forkammermotor 1, 1. start-stopforsøg , ufortyndet røggas O CO & NOx [ppm] Gasforbrug CO Stop-forløb Ventilering Start-forløb O2 [%-vol] 250 NO x 0 12:05 12:15 12:25 12: Tidspunkt Forkammermotor 1, 1. start-stopforsøg , ufortyndet røggas O UHC 14.7 UHC [ppm] Gasforbrug Stop-forløb Ventilering Start-forløb O2 [%-vol] :05 12:15 12:25 12: Tidspunkt

22 DGC-rapport 19 Bilag 1, Figur 1.2 Forkammermotor 1, 2. start-stopforsøg , ufortyndet røggas O CO & NOx [ppm] 1800 CO Stop-forløb Start-forløb Gasforbrug NO x 0 13:03 13:08 13:13 13:18 13:23 13:28 13:33 Ventilering Tidspunkt O2 [%-vol] Forkammermotor 1, 2. start-stopforsøg , ufortyndet røggas UHC UHC [ppm] Stopforløb Ventilering Startforløb O O2 [%-vol] 3000 Gasforbrug :03 13:08 13:13 13:18 13:23 13:28 13: Tidspunkt

23 DGC-rapport 20 Målerapport 2 BILAG 2 Projekt Uforbrændt under start og stop. Emissionsmåling Emissionsmålinger på gasmotor under start og stop udført den Indledning Der er den foretaget en måling af emissioner på et forkammer gasmotoranlæg for at bestemme røggassens indhold af uforbrændt gas under start og stop. Gennemførte målinger (emissioner) Der er udført to måleserier, én under nødstop af motoren og efterfølgende start samt én med normal stop- og startsekvens. I begge tilfælde der der målt ved normal drift før stop og efter start. Samtidig er motorens gasforbrug registreret, med henblik på optegnelse af kurve for motorens belastning. Måleserierne er vist grafisk på Figurer bilag 2.1 og 2.2. Der er anvendt udstyr til fortynding af røggassen med nitrogen under målingen, idet indholdet af uforbrændt gas forventedes at overstige måleudstyrets måleområde. På kurvebladene Figur 2.1 og 2.2 er der korrigeret for denne fortynding, det vil sige aksernes enheder svarer til de faktiske emissioner i ufortyndet røggas. Tekniske oplysninger Målingerne er foretaget på en gasmotor med forkammer fra 1994 på ca. 3 MW e. Røggasudtaget er placeret efter røggasveksler, umiddelbart før indløb i skorsten.

24 DGC-rapport 21 Resultater Nedenstående tabel viser emissionerne ved første og andet stop-startforløb. nødstop 1. start 2. stop 2. start UHC [ppm] CO [ppm] => CO-spids [ppm] Ved nødstopforløb (Figur bilag 2.1) ses en kraftig, kortvarig stigning i UHC-koncentration til ca ppm. Når motoren er stoppet ses et hurtigt fald til under 1000 ppm. Ved start af motoren ses en kortvarig stigning til ca ppm, og derefter aftager koncentrationen hurtigt til ca. 2200, der er normal UHC-emission ved fuld last for denne motortype. Sammenhængen mellem emissioner og motorens belastning anskueliggøres ved kurven for gasforbruget. Med hensyn til emission af CO ses, at ved nødstop falder koncentrationen brat til 0 ppm, da forbrændingen umiddelbart ophører. Ved opstart af motoren ses en spids på ca ppm der derefter aftager til ca. 400 ppm ved opkørsel, hvorefter der opnås normalt niveau (ca. 300 ppm) i takt med, at belastningen på motoren øges. Ved normalt, kontrolleret stop ses en stigning i UHC-koncentrationen til ca ppm. Denne falder brat når motoren er stoppet. (Figur bilag 2.2). Ved start ses, som tidligere en stigning til ppm, der falder efter kort tid til motorens normale niveau. CO-emissionen når ved stop en spids på ca ppm. Ved opstart ses en spids på ca ppm og under opkørsel et niveau på ca. 550 ppm. Formålet med denne måling var at konstatere om der forekommer større UHC-emission ved et nødstop / shutdown end ved et normalt kontrolleret stop. Dette er ikke tilfældet for denne motortype. Figurer, bilag måling 2: 2.1. Kurver for første stop-startforløb (nødstop) 2.2 Kurver for andet stop-startforløb

25 DGC-rapport 22 Figurer bilag 2.1 Forkammermotor 2, nødstop & alm. start , ufortyndet røggas O CO & NOx [ppm] Gasforbrug Nødstop Start-forløb O2 [%-vol] NO x CO 0 12:30 12:40 12:50 13:00 Tidspunkt Forkammermotor 2, nødstop & alm. start , ufortyndet røggas, , ufortyndet røggas Nødstop & alm. start UHC [ppm] Gasforbrug Gasforbrug Nødstop Nødstop UHC UHC 6000 Start-forløb 6000 Start-forløb :30 12:40 12:50 13:00 12:30 12:40 12:50 13:00 Tidspunkt Tidspunkt O 2 O O2 O2 [%-vol] [%-vol]

26 DGC-rapport 23 Figurer bilag 2.2 Forkammermotor 2, 2. stop & start , ufortyndet røggas O CO & NOx [ppm] Gasforbrug CO Start-forløb O2 [%-vol] Stop-forløb NO x 0 13:03 13:13 13:23 13:33 13:43 13:53 14: Tidspunkt Forkammermotor 2, 2. stop & start , ufortyndet røggas Gasforbrug O UHC [ppm] UHC O2 [%-vol] 6000 Start-forløb Stop-forløb :03 13:13 13:23 13:33 13:43 13:53 14: Tidspunkt

27 DGC-rapport 24 BILAG 3 Emissionsmålinger på gasmotor under start og stop udført den Indledning I projektet er der den foretaget en måling af emissioner for at bestemme røggassens indhold af uforbrændt gas under start og stop. Gennemførte målinger (emissioner) Der er udført to måleserier med normale stop- og startsekvenser. I begge tilfælde er der målt ved normal drift før stop og efter start. Samtidig er motorens gasforbrug registreret, med henblik på optegnelse af kurve for motorens belastning. Anlægget består af flere identiske gasmotorer, hvoraf alle, bortset fra en, kører uden driftsændringer, mens den sidste motor stoppes og startes. Måleserierne er vist grafisk på Figur 3.1 og 3.2. Der er anvendt udstyr til fortynding af røggassen med nitrogen under målingen, idet indholdet af uforbrændt gas forventedes at overstige måleudstyrets måleområde. På kurvebladene, Figur 3.1 og 3.2 er der korrigeret for denne fortynding, det vil sige aksernes enheder svarer til de faktiske emissioner i ufortyndet røggas. Tekniske oplysninger Målingerne er udført på en 1,3 MW e gasmotor af åbenkammertypen, opstillingsår Røggasudtaget er placeret i røggaskanal mellem lyddæmper og røggasveksler.

28 DGC-rapport 25 Resultater Nedenstående tabel viser emissionerne ved første og andet stop-startforløb. 1. stop 1. start 2. stop 2. start UHC [ppm] CO [ppm] => => CO-spids [ppm] Ved stop af motoren ses i begge tilfælde en ganske kortvarig stigning i UHC-koncentration til ca ppm. Efter stop er koncentrationen i udstødssystemet ca ppm. Ved start ses en momentan stigning til ppm, der dog hurtigt falder til ca ppm, der er niveauet mens motoren kobler ind på elnettet. Denne koncentration falder til normalt niveau mens motoren tager last. CO-koncentration falder fra normalt niveau til 0 når motoren stopper, mens der kommer en kortvarig stigning til ca. 700 ppm ved start. Dette falder til normalt niveau mens motoren kobler ind og tager last. Formålet med denne måling var at få en ide om UHC-emissionen fra en åbenkammermotor under start og stop. Målingerne viser, at spidsniveauet er højere end for forkammermotorer, men det høje niveau optræder i et ganske kort tidsrum. Den totale mængde af UHC ved start og stop af denne motor er derfor mindre end tidligere set for forkammermotorer Steen D. Andersen Laboratoriet. Figurbilag måling 3: 3.1 Kurver for første stop-startforløb 3.2 Kurver for andet stop-startforløb

29 DGC-rapport 26 Figur 3.1 Kurver for emissioner og gasforbrug, 1. stop-startforsøg. Åbenkammermotor, 1. stop-start , ufortyndet røggas O 2 NO x Gasforbrug motorer CO & NOx [ppm] Stop-forløb 3 motorer Start-forløb O2 [%-vol] CO NO x 12:46 12:56 13:06 13: Tidspunkt Åbenkammermotor, 1. stop-start , ufortyndet røggas O UHC UHC [ppm] O2 [%-vol] Stopforløb Start-forløb UHC :46 12:56 13:06 13: Tidspunkt

30 DGC-rapport 27 Figur 3.2 Kurver for emissioner og gasforbrug, 2. stop-startforsøg. Åbenkammermotor, 2. stop-start , ufortyndet røggas O 2 NO x 18.9 CO & NOx [ppm] Stop-forløb Gasforbrug 3 motorer 4 motorer Start-forløb O2 [%-vol] CO NO x 13:22 13:32 13:42 Tidspunkt 0.0 Åbenkammermotor, 2. stop-start , ufortyndet røggas O 2 UHC UHC [ppm] O O2 [%-vol] Stopforløb UHC Start-forløb :22 13:32 13:42 13:52 Tidspunkt

31 DGC-rapport 28 Anvendt måleudstyr BILAG 4 Røggas - konditionering Den røggasdelstrøm, som udtages til analysatorerne, er konditioneret på følgende måde: - Grov fugtighed opsamles i en dråbeudskiller - Røggassen tørres i en køletørrer med kapacitet 0-10 l/min med sænkning af vanddugpunktet til 2 ± 1 C - Røggassen filtreres i et partikelfinfilter med en effektivitet på >99,9% for partikler på 0,3 µm - Røggassen fordeles via flowmetre til de enkelte analysatorer - DGC-nr.: / Betjeningsvejledning B Iltindhold i røggas Røggassens iltindhold er målt med en paramagnetisk iltmåler på tørret røggas. Iltmåleren har følgende data: Fabrikat: Type: Måleområde: SERVOMEX paramagnetisk %-vol. Reproducerbarhed: < 0,2% O 2 Linearitet: < 0,3% O 2 Kalibrering: N 2 og atmosfærisk luft DGC-nr.: 00202/Betjeningsvejledning B-00202

32 DGC-rapport 29 Kulilte i røggas Røggassens indhold af kulilte er målt med en infrarød absorptionsanalysator. Målingen er udført på tørret røggas. Analysatorens data er følgende: Fabrikat: Hartmann & Braun AG Type: Uras 14 Måleområder: og ppm Anvendt måleområde: Reproducerbarhed: 0,5% af måleområde Linearitet: 1% af måleområde Kalibrering: N 2 og kalibreringsgas med 249 henholdsvis 1990 ppm CO i kvælstof. DGC-nr.: 00404/Betjeningsvejledning B Kvælstofilte i røggas Røggassens indhold af kvælstofilter er målt med en kemiluminiscensanalysator, som bygger på måling af lysemissionen fra kvælstofiltes reaktion med ozon. Målingen er udført på tørret røggas. Analysatorens data er følgende: Fabrikat: Thermo Environmental Instruments Inc. Type: 10 A/R - kemiluminiscens Måleområde: 0-2,5 til ppm i 8 områder Anvendt måleområde: og ppm Reproducerbarhed: 1% af fuld skalaværdi Linearitet: ± 1% fra 0, ppm med luft til ozongenerator ± 1% fra 0, ppm med ilt til ozongenerator Kalibrering: N 2 og kalibreringsgas med 192 henholdsvis 396 ppm NO i kvælstof DGC-nr.: / Betjeningsvejledning B-00301

33 DGC-rapport 30 Kulbrinte i røggas Røggassens indhold af uforbrændt kulbrinte er målt med en flammeionisationsdetektor. Målingen er udført på tørret røggas. Analysatorens data er følgende: Fabrikat: AAL (Analysis Automation Limited) Type: 523 Måleområde: 0-10 til i 7 områder Anvendt måleområde: Reproducerbarhed: ± 1% af måleområde Linearitet: ± 1% af måleområde Kalibrering: N 2 og kalibreringsgas med 1960 ppm CH 4 i kvælstof DGC-nr.: / Betjeningsvejledning B Kalibrering af røggasanalysatorer før måling samt kontrol efter måling Røggasanalysatorerne er kalibreret før måling, og visning er kontrolleret efter endt måling. Ud fra kalibrerings- og kontroldata er der foretaget korrektion (lineær) af de målte værdier. Desuden er fortyndingsgraden kontrolleret før og efter måling, og de målte værdier er lineært korrigeret med hensyn til fortyndingsgrad. Gasforbrug Gasforbruget er målt ved videokamera overvågning af afregningsmåler med samtidig tidsregistrering.