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Wie hat die Industrie 1,0 bis 4,0 die Partikelemissionen und die Überwachung beeinflusst - Teil 1

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In einer Serie von 4 Artikeln werden wir das Verhältnis zwischen Industrialisierung und Partikeln sowie das Aufkommen von Partikelreduzierung, -überwachung und -regulierung durch jede der vier industriellen Ären untersuchen.

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ENVEA ist seit vier Jahrzehnten führend in der Umweltüberwachung und Prozesskontrolle und bietet mit dem Aufkommen des industriellen Internets der Dinge (Industry 4.0) wieder einmal innovative Lösungen, die das Potenzial dieser neuen Industrieära nutzen.

Auf der Clean Air Technology Expo, die vom 11. bis 12. September im NEC in Birmingham stattfindet, zeigt ENVEA seine Palette an Particulate Emissions Instruments sowie seine Fortschritte bei der Datenerfassung, -speicherung und -analyse, die die Welt der industriellen Partikel- und Strömungsüberwachung mit den neuesten intelligenten Technologien verbinden.

In dieser Artikelserie werden wir das Verhältnis zwischen Industrialisierung und Partikeln sowie das Aufkommen von Partikelreduzierung, -überwachung und -regulierung durch jede der vier industriellen Ären untersuchen.

In diesem ersten Artikel werden wir Industry 1.0 in Bezug auf Partikel untersuchen und wie Fortschritte in dieser Zeit die moderne Energieerzeugung und -herstellung beeinflussen.

Industrie 1,0

Industrie 1.0 (1760-1840) gilt als die erste industrielle Revolution mit dem Übergang zu dampf- und wassergetriebenen Maschinen im verarbeitenden Gewerbe, die Industrien wie Landwirtschaft, Textil und Bergbau verändern. Die innerhalb der Dampfmaschinenkonstruktion erzielten Wirkungsgrade ermöglichten den Einsatz in Herstellungsprozessen (z.B. Eisenherstellung), und die Entwicklungen in der Schienen- und Schifffahrt führten zu einer Erweiterung

des Handels und der Steigerung der Produktionsmenge. In dieser Zeit breitete sich die Kohleverbrennung aus.

Partikel in der Industrie 1.0

Obwohl Verbrennungsprozesse heute noch nicht als Energiequelle genutzt werden konnten, hatte der verstärkte Einsatz von Kohle in der Industrie erhebliche Auswirkungen auf den Schadstoffausstoß. Es gab wenig Verständnis für die Existenz von Feinstaub und die damit verbundenen gesundheitlichen Auswirkungen und wenig Vorschriften zur Emissionskontrolle. Es wurde geschätzt, dass bis zum Ende des 18. Jahrhunderts die PM-Werte in London über 300 mg/m3 lagen. Während dieser Zeit gab es eine begrenzte Technologie für den Umweltschutz und Vorschriften (im Vereinigten Königreich). Die erste Regelung der Emissionen aus der Industrie würde erst Ende der 1840er Jahre in Kraft treten.

Technologischer Fortschritt in der Industrie 1.0

Während es während der ersten industriellen Revolution keine Verfahren zur Emissionsminderung gab, etablierten die Fortschritte in der Wissenschaft, was die Technologie der Zukunft werden sollte.

Früher elektrostatischer Abscheider

konzept nach der Corona-Entladung

entdeckung 1824

Die Entdeckung der Corona-Entladung als Methode zur Entfernung von Partikeln aus einem Aerosol erfolgte 1824 durch M Hohlfeld. Dies führte 1907 zur Erfindung des Electrostatic Precipitator (ESP) durch Frederick Gardner Cottrell, einem Verfahren, das heute bei der Staub- und Gasreinigung aus industriellen Prozessen weit verbreitet ist.

Der erste elektrische Generator wurde 1831 von Michael Faraday erfunden. Trotz ihres grundlegenden Designs legte diese erste Erfindung den Grundstein für die Entwicklung der Stromerzeugung, wie wir sie heute kennen. Die Entdeckung der elektromagnetischen Induktion hat viele Innovationen in der Industrie hervorgebracht, darunter die drahtlose Energieübertragung, die erst im 21. Jahrhundert in der Praxis weit verbreitet ist.

Kontrolle der Partikelemissionen im Jahr 2019

Im Jahr 2019 haben sich die Methoden der Stromerzeugung durch Verbrennung exponentiell entwickelt, jedoch bleiben die in Industrie 1.0 entwickelten Methoden, um Motoren (jetzt Turbinen) durch Verbrennung zu betreiben, und die vorhandenen Schadstoffe bleiben weitgehend gleich. Während die Stromerzeugung durch nicht fossile Brennstoffe wie EfW und Biomasse inzwischen deutlich zunimmt, werden nach Schätzungen immer noch mehr als 2400 Kohlekraftwerke (ab 30 MW) weltweit in Betrieb sein.

Heute ist die Stromerzeugung durch Verbrennung die am strengsten regulierte Branche für Emissionen. Sie nutzt mehrere emissionsmindernde Verfahren zur Reduzierung von Gas- und Partikelemissionen, einschließlich Rauchgasentschwefelung und Elektrofilter. Aufgrund der Wirksamkeit dieser Minderungssysteme emittieren Kraftwerke in der Regel die geringsten Partikelwerte aller industriellen Prozesse. Obwohl sowohl in Bezug auf die Effizienz als auch auf die Größenordnung deutlich fortschrittlicher, sind die Grundprinzipien der Koronaentladung immer noch von zentraler Bedeutung für die Technologie und die Wirksamkeit von Elektrofiltern zur Entfernung feiner Partikel aus einem Gasstrom, weshalb sie seit ihrer Entstehung über 100 Jahre lang immer noch weit verbreitet sind.

Industry 4.0 in der Partikelüberwachung

Aufgrund des signifikant niedrigen Anteils an Feinstaub (PM), der von den meisten modernen Kraftwerken emittiert wird, sind kontinuierliche Partikelmonitore erforderlich, um bei extrem niedrigen Werten mit hoher Genauigkeit zu messen, und Selbstdiagnosewerkzeuge zur Überprüfung der PM-Messungen.

Im Bereich PCME ProScatterTM bietet ENVEA eine Reihe von Lichtstreuungssensoren (Forward Scatter und Back Scatter) an, die weltweit in Energieerzeugungsprozessen eingesetzt werden und ideal für die Messung nach einem ESP sind. Messung von PM-Emissionen, oft unter 1mg/m3 ProScatterTM Sensoren

sind vernetzte Geräte, die eine digitale Einzelpunktdatenerfassung aus Messwerten über mehrere Emissionspunkte hinweg ermöglichen. Diese Daten können zur Steuerung von Prozessen verwendet werden, um sicherzustellen, dass die Betreiber über übermäßige Emissionsereignisse informiert werden, um Verstöße zu vermeiden und Prozessprobleme zu untersuchen.

Die Sensoren beinhalten automatisierte Selbstdiagnose-Checks, die eine frühzeitige Warnung vor erhöhter Staubbelastung und Änderungen des Partikeltyps sowie die Möglichkeit bieten, diese Daten zur Verwaltung der vorbeugenden Wartung von emissionsmindernden Systemen und Instrumenten zu nutzen. PCME ProScatterTM Geräte sind TÜV- und MCERTS QAL1-zugelassen mit zertifizierten Messbereichen von nur 0-7,5mg/m3, die alle Anforderungen für QAL2- und QAL3-Prozesse erfüllen und zudem US EPA PS-11 konform sind.

Mit Reglern, die weltweit eine erhöhte Transparenz der Emissionsdaten erfordern, können PCME ProScatterTM-Geräte konfiguriert werden, um eine direkte Berichterstattung über die Online-Messung unmittelbar an Umweltmanager und Regulatoren zu ermöglichen. ENVEA bietet mit Variationen der Stapelbedingungen, die berichtspflichtige PM-Messungen bewirken, auch eine Reihe von Strömungs-(Geschwindigkeits-)Sensoren an. Die STACKFLOW-Serie nutzt sowohl die Pitot- als auch die Ultraschalltechnologie, um Online-Durchfluss- oder Geschwindigkeitsmessungen durchzuführen.

Diese Instrumente können neben dem PCME ProScatterTM-Bereich und den Messwerten beider Geräte vernetzt werden, um normierte kontinuierliche PM-Messungen zu ermöglichen. Häufig mit eingebauter Redundanz installiert, bieten ENVEA-Systeme eine komplette Umwelt- und Prozesskontrolllösung für die Messung von PM unter Verwendung der digitalen Datenanalyse, automatisierten Selbstdiagnose und Kommunikationsmethoden, die mit Industry 4.0 gleichzusetzen sind.

Um mehr über die ENVEA-Gerätepalette und die Weiterentwicklung von IIoT zu erfahren, besuchen Sie uns bitte am Stand 138 auf der Clean Air Technology Expo, die vom 11. bis 12. September im NEC, Birmingham, stattfindet.

In unserem nächsten Artikel werden wir Industry 2.0, den Aufstieg der industriellen Revolution, die Entwicklung der frühen Partikelmessung und wie sich diese entwickelt hat, um Funktionen zur Steuerung des Herstellungsprozesses in einem digitalen Zeitalter bereitzustellen, untersuchen.