The Development of the Measurements of Mass Concentration of Dust in Flue Gas

Abstract

The objective of this thesis is to outline current emission measurement practices and also to provide a general explanation of different factors affecting flue gas emissions. The goal was also to enhance methods of measuring mass concentrations of dust at Helsinki Energy so as to enable the future adoption of a quality assurance system.

High particle collection efficiency can be achieved with current flue gas cleaning technology. Power production with fossil fuels nevertheless releases emissions of ash and other particles into the atmosphere. Another notable source of particle emissions in the Helsinki metropolitan area is traffic, which causes high particle concentrations especially near the earth's surface. Emissions from power plants meanwhile spread to a wider area from high smoke stacks. High particle concentrations in breathing air have been found to have an adverse effect on people's health.

The mass concentration of dust can be measured using either the manual gravimetric method or an automated measuring system. The sampling plane should be as disturbance-free as possible in order to ensure that the results are representative. Typical sources of disturbances are bends, fans and partially closed dampers. It is also important to ensure isokinetic sampling and leak-free suction in all sampling equipment parts.

The implementation of a quality assurance system would primarily require actions to reduce measurement uncertainty. Calibration of sampling equipment and error analysis should be carried out systematically. These are the main points that should be addressed at Helsinki Energy.

The implementation of a quality assurance system requires continuous operative improvement. This is one keystone of any quality assurance system and otherwise also eliminates the need for investment in major one-off development projects. The actions initiated as part of this thesis should provide a basis for continuous development.

Työn lähtökohtana on ollut savukaasun päästömittauksia koskevien säädösten muuttuminen ja uusien vaatimusten tuleminen päästömittaustoimintaan. Tavoitteena on tutustuttaa lukija tämän hetken tilanteeseen päästömittauksissa ja kertoa yleisesti savukaasujen päästöihin liittyvistä osa-alueista. Lisäksi tavoitteena on ollut kehittää Helsingin Energian hiukkaspitoisuusmittaustoimintaa laatujärjestelmän vaatimalle tasolle, jotta laatujärjestelmä kertaluontoisille hiukkasmittauksille voitaisiin myöhemmässä vaiheessa ottaa käyttöön.

Nykyisillä savukaasun puhdistusmenetelmillä voidaan optimitilanteessa päästä varsin hyvään hiukkastenerottamisasteeseen. Savukaasun mukana vapautuu kuitenkin aina jonkin verran hiukkasia ulkoilmaan. Energiantuotannon lisäksi toinen merkittävä hiukkaspäästölähde pääkaupunkiseudulla on liikenne. Se on kaupungissa varsinkin maanpintatasolla merkittävä korkean hiukkaspitoisuuden aiheuttaja, kun taas energiantuotannon hiukkaspäästöt leviävät laajemmalle alueelle. Hengitysilman pienhiukkaspitoisuuden on havaittu vaikuttavan ihmisten terveyteen muun muassa lisääntyneinä hengitystiesairauksina.

Savukaasun hiukkaspitoisuutta voidaan mitata joko kertaluontoisesti tai jatkuvatoimisesti. Mittausten edustavuuden kannalta on tärkeää, että savukaasun virtaaminen kanavassa mittauskohdassa olisi mahdollisimman häiriötöntä. Häiriötä virtaukseen aiheuttavat esimerkiksi mutkat, ohjainpellit ja puhaltimet. Lisaksi huomioitavia asioita ovat näytteenottolinjan tiiveys ja oikea näytteen imunopeus.

Toimenpiteet, joilla laatujärjestelmän käyttöönotto Helsingin Energiassa vaatii, liittyvät lähinnä mittausepävarmuuteen ja sen määrittämiseen. Mittalaitteille on otettava käyttöön saannolliset kalibroinnit ja uusia standardeja tulee pyrkiä noudattamaan yksityiskohtaisesti. Mittausepävarmuuden määrittäminen laskennallisesti tulee uudeksi osa-alueeksi mittauksiin.

Laatujärjestelmän käyttöönotto vaatii jatkuvaa toiminnan kehittämistä. Tämä vaatimus on yksi laatujärjestelmän keskeisistä elementeistä ja toisaalta tämän avulla vältytään isoilta yksittäisiltä kehitystoimilta. Nyt tehtyjen ja aloitettujen töiden tulisi olla alkua jatkuvalle toiminnan kehittämiselle.