Emise jemných částic při spalování dřeva a hnědého uhlí v malých zdrojích Jiří Horák – Michal Branc – Helena Hnilicová Malé domovní kotelny produkují více jak třetinu všech emisí jemných prachových částic v ČR. Výrazné zlepšení stávajícího stavu je možné pouze přijetím opatření, která budou vycházet z objektivního posouzení vlivu jednotlivých technologií spalování i kvality používaného paliva. Slouží nám k tomu tzv. emisní faktory, které vyjadřují množství emitované škodliviny vzniklé spálením jednotkového množství konkrétního paliva v konkrétním zdroji. Autoři ve svém příspěvku naznačují, jak složitá je problematika objektivního stanovení emisních faktorů při spalování uhlí a dřeva v malých zdrojích. Množství emisí prachových částic (a škodlivin obecně ) je zde do značné míry ovlivněno množstvím vnějších faktorů. Je to především stabilita samotného spalovacího procesu, na kterou má vliv hlavně obsluha kotle. Čím více může obsluha zasáhnout do spalovacího procesu, tím větší je předpoklad vysokých emisí škodlivin. Z prezentovaných výsledků mimo jiné vyplývá, že u moderních zplyňovacích kotlů a automatických kotlů jsou nízké emise tuhých látek dány vysokou mírou stability spalování bez ohledu na to, jaké palivo je zde spalováno. Recenzent: Zdeněk Lyčka
Zdroje tepla v domácnostech, které spalují tuhá paliva jsou považovány za výrazné producenty tuhých znečišťujících látek (TZL, TSP). V roce 2005 cca 35 % z celkových emisí prachu PM10 (v ČR) pocházelo z vytápění domácností[1]. Spalovací zařízení malého výkonu však nelze chápat jako identické zdroje znečištění, jelikož mohou pracovat na odlišných principech spalování, a mít tak výrazně odlišné emisní faktory. Článek prezentuje výsledky experimentálního stanovení emisí tuhých znečišťujících látek včetně rozdělení celkových TZL na frakce PM10 a PM2,5 v pěti typech spalovacích zařízení při spalování dřeva a hnědého uhlí.
Úvod Pevné částice v ovzduší patří k významným, lidské zdraví negativně ovlivňujícím, znečišťujícím látkám. Závažnost působení částic na lidské zdraví je dána jejich velikostním spektrem, které determinuje depozici v dýchacím traktu, a chemickým složením, od něhož se odvozuje míra toxického působení deponovaných částic v organizmu. Jak již bylo řečeno, velikost částic určuje jejich depozici v dýchacích cestách. Částice větší než 10 μm jsou zachyceny v horních cestách dýchacích (nos, nosohltan, ústa). Částice, které projdou horními dýchacími cestami (menší než 10 μm), jsou nazývány torakální frakcí. Hrubší částice torakální frakce jsou dále zachyceny v dolních cestách dýchacích (hrtanu, průduškách atd.), a do lidských plic tak proniká širší
26
spektrum částic. Uvádí se, že se jedná především o částice menší než 2,5 μm[2]. Tyto částice působí svými toxickými vlastnostmi přímo na plicní tkáň. Menší částice, které plíce nezachytí (<1 μm), jsou po vdechnutí opět vydechovány popřípadě procházejí membránou alveol a pronikají do krve[3]. Z uvedeného vyplývá, že rizika depozice a následná zdravotní rizika s sebou nesou především částice pod 10 μm (PM10)[2]. Primární částice mohou vznikat různými mechanizmy. Jedná se např. o proces spalování, při kterém se emitují částice popela a nespáleného paliva, dále erozivní procesy (zvětrávání půdy a hornin), zemědělskou, stavební a jinou činností, při které se manipuluje se sypkými materiály, průmyslovou činností (hutě apod.) a mechanickým otěrem ploch, především pneumatik, vozovky a brzdových destiček. Zdravotní riziko těchto látek spočívá v jejich chemickém složení. Přestože hmotu tuhých částic mohou představovat inertní látky, na povrchu těchto částic se mohou adsorbovat další látky, které mohou představovat vážné zdravotní riziko. Mezi látky, které se dále na prachové částice váží patří např. kondenzované páry kovů, kyseliny, dehty, polyaromatické uhlovodíky (PAU), polychlorované di-benzo dioxiny a furany (PCDD/F) a polychlorované bifenyly (PCB). Tyto látky představují pro lidský organizmus značné zdravotní riziko. Dělení dle praxe stanovení a zaběhlých pravidel odpovídá zdravotním rizikům. V praxi se nejčastěji stanovují celkové
emise tuhých znečišťujících částic, dále částic menších než 10 μm (PM10) a částic menších než 2,5 μm (PM2,5). V některých případech se dále určují částice pod 1 μm. Legislativa[9] definuje částice PM10 takto: je to frakce, která při průchodu selektivně-výstupním filtrem vykazuje pro aerodynamickou velikost 10 μm frakční odlučivost 50 %. Analogicky lze definovat i frakci PM2,5. Tato definice je přizpůsobena chování reálných třídičů, které nemají ideální třídění. Lze však dokázat, že v případě symetrické křivky odlučivosti hmotnostně odpovídá frakci částic menších než 10 μm[2].
Emisní inventury Spalování tuhých paliv v malých zdrojích produkuje významnou část emisí TZL, a jejich frakcí PM10 a PM2,5 (PM10 35 %), v České republice. Pro realizaci účinných opatření na snížení emisí je nutné sestavit odhad emisí co nejlépe vystihující zastoupení jednotlivých kategorií zdrojů, protože jinak by se nákladná opatření mohla minout účinkem. V současné době je odhad emisí ze spalování v domácnostech prováděn na základě meteorologických podmínek v topném období (následné stanovení spotřeby paliva) a emisního faktoru. Meteorologické podmínky jsou charakterizovány počtem denostupňů v topném období a emisní faktor je používán dle vyhlášky[4]. Pro spalování hnědého uhlí je definován vztahem 1·Ar v kg/t, kde Ar je obsah popela v palivu (v %). Zastoupení PM10 a PM2,5 v celkovém množství prachu je dosud stanoveno na základě výsledků měření uskutečněného v Polsku[5] (podíl PM10 v TZL je 75 % a PM2,5 25 %). Pro spalování dřeva je emisní faktor vyjádřen nezávisle na obsahu popela a činí 5,2 kg/t. Podíl frakce PM10 je stanoven na 95 % a podíl frakce PM2,5 pak na 90 % z TZL. Emisní faktor je aplikován bez ohledu na stáří a druhovou skladbu vytápěcích zařízení, což se projevuje značnou nepřesností při odhadu emisí v této kategorii zdrojů. V současnosti autoři bilance pracují na jejím zpřesnění tak, aby odhad emisí reflektoval kvalitativní vývoj ve skladbě topných zařízení. Tento úkol představuje min. dvě samostatné oblasti: jednak poznání v oblasti emisních faktorů (např. obsah tohoto článku), ale také informace o skladbě spalovacích systémů provozovaných v jednotlivých domácnostech.
Aktuálně používané emisní faktory pro stanovení emisí prachových částic Pro stanovení emisí ze spalování tuhých paliv v domácnostech se v EU používají tři sady emisních faktorů (dále
3/2010
jen EF). Jsou to EF používané v emisním modelu GAINS[6] (tento model byl vyvinut mezinárodní výzkumnou organizací IIASA a je používán pro projekci emisí skleníkových plynů a základních škodlivin v Evropě), EF publikované Evropskou agenturou pro životní prostředí v Emission Inventory Guidebook (EIG)[7] a sada EF připravená v rámci projektu The Co-ordinated European Programme on Particulate Matter Emission Inventories, Projections and Guidance (CEPMEIP)[8]. Ve všech těchto sadách EF, na rozdíl od České legislativy, je EF vztažen na jednotku energie obsažené v dodaném palivu (výhřevnost). Pro porovnání je český EF přepočten pro průměrné hodnoty hnědého uhlí používaného k vytápění domácností (průměrná hodnota dle REZZO 3
Obr. 1 Schéma prohořívacího, odhořívacího, automatického a zplyňovacího kotle a krbových kamen
za rok 2007) a uveden v tab. 1 spolu s dříve jmenovanými EF. Emisní faktory pro dřevo u jmenovaných sad EF a užívaný český EF přepočtený na uvažovanou výhřevnost 14,62 MJ/kg jsou uvedeny v tab. 2.
Tab. 1 Přehled emisních faktorů pro hnědé uhlí zdroj emisních faktorů
kategorie spalovacích zařízení
TSP
PM10
PM2,5
GAINS[7]
kotle na uhlí s výkonem < 50 kW
350
315
280
kotle na uhlí s výkonem < 50 kW, nové
210
189
168
kamna na uhlí
600
540
480
kamna na uhlí upravená
420
378
336
kamna na uhlí nová
300
270
240
zařízení pro vytápění domácností – černé i hnědé uhlí, < 50 kW
444
404
398
krb otevřený
350
330
330
kamna
500
450
450
kamna moderní
250
240
220
EIG[8] zjednodušený výpočet podrobný výpočet
emisní faktor [g/GJ]
kotle na uhlí s výkonem < 50 kW
400
380
360
CEPMEIP[9]
zařízení pro vytápění domácností – hnědé uhlí
350
140
70
ČR[5]*
zařízení pro spalování hnědého uhlí, < 50 kW
387
290
97
* pro průměrné hodnoty hnědého uhlí používaného k vytápění domácností: obsah popela Ar = 7 %, výhřevnostQ ir = 18,1 MJ/kg Tab. 2 Přehled emisních faktorů pro dřevo zdroj emisních faktorů
kategorie spalovacích zařízení
GAINS[7]
kotle na dřevo s výkonem < 50 kW
TSP
PM10
PM2,5
250
240
233
52
49
47
kamna na dřevo
750
672
651
kamna na dřevo vylepšená
259
249
241
kotle na dřevo s výkonem < 50 kW, nové
EIG[8] zjednodušený výpočet podrobný výpočet
emisní faktor [g/GJ]
kamna na dřevo nová
140
134
130
krb
750
720
698
zařízení pro vytápění domácností – dřevo, < 50 kW
730
695
695
krb otevřený
900
860
860
kamna
850
810
810
kotle na dřevo s výkonem < 50 kW
500
475
475
80
76
76
CEPMEIP[9]
zařízení pro vytápění domácností – dřevo, nízkoemisní
kotle na pelety s výkonem < 50 kW
150
143
135
zařízení pro vytápění domácností – dřevo, vysokoemisní
300
285
270
ČR[5]*
zařízení pro spalování dřeva, < 50 kW
356
338
320
Použitá spalovací zařízení a paliva Experimentální stanovení TZL bylo provedeno na 5 spalovacích zařízeních představujících základní koncepce spalování, které jsou v dnešní době u nás používány pro potřeby vytápění. Jedná se o automatický kotel, kotel prohořívací, kotel odhořívací a zplyňovací kotel a krbová kamna, viz obr. 1. Prohořívací kotel je zařízení s ručním přikládáním paliva. Dávka paliva prohořívá najednou, přičemž spaliny procházejí celou vrstvou paliva. Spalinový trakt je tvořen jedním tahem. Použitý kotel jako jediný není certifikován pro spalování hnědého uhlí (přesto je hojně uživateli pro toto palivo používán, a proto byly provedeny experimenty také s tímto palivem). Ostatní kotle jsou certifikovány pro spalování hnědého uhlí, a to ořechu 1, respektive ořechu 2 u automatického kotle. Odhořívací kotel představuje zařízení s ručním přikládáním paliva. Zespoda odhořívající palivo je doplňováno palivem, které se postupně v zásobníku sesouvá do ohniště. Spaliny neprocházejí celou vrstvou přiloženého paliva. Spalinový trakt je tvořen třemi tahy. Kotel zplyňovací představuje zařízení moderní konstrukce s ručním přikládáním paliva a dvoufázovým spalováním. V první fázi je palivo zplyněno a v druhé fázi plyn hoří v samostatné spalovací komoře. Spalinový trakt je tvořen „jeden a půl tahem“ (horizontální výměník). Automatický kotel představuje zařízení moderní konstrukce. Palivo je přikládáno automaticky pomocí šnekového dopravníku do hořáku, následně hoří odhořívacím způsobem. Spalinový trakt je tvořen pouze jedním tahem, spaliny tak proudí pouze vzhůru, kotel je však opatřen deflektorem pro záchyt částic. Koncepce použitých krbových kamen využívá prohořívacího systému spalování, a proto se koncepce shoduje s prohořívacím kotlem.
* pro dřevo s uvažovanými parametry: výhřevnostQ ir = 14,62 MJ/kg
3/2010
27
Ar [%]
Ad [%]
Cr [%]
Hr [%]
Nr [%]
Or [%]
Sr [%]
V daf [%]
Popis vzorku
Wt r [%]
Qir [MJ/kg]
HU ořech 1
27,48
4,18
5,77
46,88
3,83
0,65
16,35
0,62
51,09
19,06
Dřevo (buk)
9,58
0,83
0,92
41,10
5,11
0,09
43,08
0,22
85,58
15,68
Tab. 3 Parametry použitého paliva Při zkouškách bylo použito hnědé uhlí a dřevo o parametrech, které shrnuje tab. 3. Pozn.: Wt r voda veškerá, Ar popel v původním stavu, Ad popel v bezvodém stavu, Cr uhlík v původním stavu, Hr vodík v původním stavu, Nr dusík v původním stavu, Or kyslík v původním stavu, Sr síra v původním stavu, Vdaf podíl prchavé hořlaviny, Qir výhřevnost v původním stavu.
látek a stabilní rychlost spalin cca 5 m/s. Hubicí a sondou se prosávají spaliny pomocí odběrové trati, která umožňuje nastavení požadovaného průtoku a zároveň poskytuje údaj o odebraném množství suchých spalin za normálních podmínek.
Princip odběru Spalovací zařízení byla před měřením umístěna na vážící most a osazena měřicí technikou, pro stanovení základních provozních parametrů a složení spalin za kotlem a v ředicím tunelu (ŘT). Schéma zapojení spalovacích zařízení, napojení na ŘT a umístění odběrových míst znázorňuje obr. 2. Stanovení PM bylo provedeno gravimetrickou metodou. Princip měřicí metody je založen na „izokinetickém“ odsátí vzorku plynu z ŘT a záchytu jednotlivých frakcí. K odběru tuhých látek a jejich rozdělení dle frakcí na PM10 a PM2,5 slouží impaktor (obr. 3). Jedná se o sondu se zachycovačem, ve které se frakce separují odstředivými silami prostřednictvím soustavy trysek a následně se zachycují na filtrech. Odběr je proveden vždy v ŘT o průměru 150 mm, ve kterém je, díky naředění, nižší koncentrace tuhých Obr. 2 Schéma ředicího tunelu
Obr. 3 Jednotlivé části impaktoru
Výsledky experimentů Graf 1 prezentuje výsledky stanovení emisních faktorů tuhých znečišťujících látek vztažených na hmotnost paliva. U všech zařízení byly provedeny odběry při stabilním režimu, který nebyl narušován zásahem obsluhy, jako je otevírání dvířek, prohrábnutí paliva, přiložení, zaroštování apod. Zařízení byla provozována na jmenovitém výkonu a za podmínek doporučených výrobcem. U zařízení s manuálním přikládáním byly dále provedeny odběry po zásahu obsluhy, které jsou při skutečném provozu nezbytné, a to přiložení a zaroštování.
V rámci stabilních režimů, bez zásahu obsluhy, byly stanoveny u jednotlivých zařízení a paliv rozdílné emisní faktory, rozdíly však nebyly příliš výrazné. Nejvyšší hodnoty bylo dosaženo při spalování hnědého uhlí v prohořívacím kotli 2,22 kg/tpaliva. Při spalování dřeva v prohořívacím kotli byla stanovena hodnota 0,618 kg/tpaliva. Naopak nejnižší hodnota byla stanovena při spalování hnědého uhlí v odhořívacím kotli 0,201 kg/tpaliva. U tohoto kotle se projevil vliv způsobu spalování a tří tahů spalinové cesty, ve kterých jsou příhodné podmínky pro záchyt emitovaných částic z odhořívající vrstvy hnědého uhlí. U dřeva spalovaného v odhořívacím kotli však byl stanoven emisní faktor poměrně vysoký (1,75 kg/tpaliva). Tento fakt svědčí o rozdílných vlastnostech částic emitovaným při spalování dřeva a hnědého uhlí a také o jiných vlastnostech vrstvy odhořívajícího dřeva a uhlí. U ostatních zařízení a paliv provozovaných ve stabilních režimech byly stanovené emisní faktory poměrně vyrovnané a pohybovaly se mezi 1,22 a 0,81 kg/tpaliva. Výsledné emisní faktory u odběrů provedených po zásahu obsluhy do spalovacího procesu však vykazují výrazně odlišné hodnoty. Jak je z grafu patrné, nejvýraznější vliv na produkci TZL byl zaznamenán u kotle odhořívacího a kotle prohořívacího. U kotle prohořívacího se emisní faktor u hnědého uhlí zvýšil na 16,7 kg/tpaliva, což představuje 7,5násobné zvýšení, a u dřeva na 9,60 kg/tpaliva, což představuje 15,5násobné zvýšení oproti stabilnímu stavu. Nárůst emisních faktorů u prohořívacího kotle je dán tvorbou velkého množství dehtových látek po přiložení paliva. U kotle odhořívacího se emisní faktor u hnědého uhlí zvýšil na 21,2 kg/tpaliva, což představuje cca 100násobné zvýšení, a u dře-
Graf 1 Emisní faktory frakcí tuhých částic při spalování hnědého uhlí a dřeva 25 stabilní režimy
odběry po přiložení
stabilní režimy
odběr po roštování
odběr po přiložení
stabilní režimy
odběry po přiložení
stabilní režim
stabilní režim
odběr po přiložení
21,2
Užívaný emisní faktor TSP pro daná paliva
Emisní faktor frakce [kg /t p aliva]
20
TZL
Hnědé uhlí TSP = 1·Ar [kg/t] TSP = 4,18 kg/t
16,7
PM 10 PM 2,5
15
Bukové dřevo TSP = 5,2 kg/t 9,60
10
4,12 5 2,22
2,03
1,75 0,618
1,22
0,201
0,812
0,372
0,516
1,21
0,855
0 hnědé uhlí
dřevo
hnědé uhlí
prohořívací kotel
28
dřevo
hnědé uhlí
dřevo
hnědé uhlí
odhořívací kotel
dřevo
hnědé uhlí
dřevo
hnědé uhlí
zplyňovací kotel
dřevo
hnědé uhlí
automat. kotel
dřevo
dřevo
krbová kamna
3/2010
Stabilní režimy
Odběry po přiložení
Stabilní režimy
Odběr po roštování
Odběr po přiložení
Stabilní režimy
Odběry po přiložení
Stabilní režim
Stabilní režim
TZL PM10 PM2,5
Odběr po přiložení
100 90 80
Podíly z TZL [% h m. ]
70
Opačný trend byl zjištěn při spalování dřeva, kdy byly po zásahu obsluhy stanoveny většinou menší podíly jemných frakcí. U všech kotlů došlo k poklesu podílů obou jemných frakcí řádově o 2 až 5 %. U krbových kamen došlo k mírnému nárůstu podílu jemných frakcí.
60
Porovnání výsledných EF s v současnosti v ČR užívanými EF
50 40
Cílem realizovaných měření bylo stanovení emisních faktorů pro spalování uhlí a dřeva a podílů frakcí PM10 a PM2,5 v TZL na základě naměřených měrných emisí pro jednotlivé fáze hoření.
30 20 10 0 hnědé uhlí
dřevo hnědé uhlí prohořívací kotel
dřevo
hnědé uhlí
dřevo
hnědé uhlí
dřevo
odhořívací kotel
hnědé uhlí
dřevo hnědé uhlí zplyňovací kotel
dřevo
hnědé dřevo dřevo uhlí automat. krbová kotel kamna
hnědé uhlí
dřevo
užívaný emisní faktor
Graf 2 Podíly frakcí TZL při spalování hnědého uhlí a dřeva
va na 4,12 kg/tpaliva, což představuje 2,4násobné zvýšení oproti stabilnímu stavu. Nárůst emisních faktorů u odhořívacího kotle po zásahu obsluhy je dán uvolněním tuhých částic zachycených ve vrstvě paliva. U hnědého uhlí má vrstva dobrou schopnost zachytávat částice přes ni procházející, při zásahu do vrstvy se však velká část z nich uvolní. Naopak vrstva nad roštem při spalování dřeva nezachytává částice tak výrazně, a proto ani po zásahu do vrstvy se jich tolik neuvolní. U kotle zplyňovacího došlo po zásahu ke snížení emisních faktorů. Při spalování hnědého uhlí se emisní faktor snížil na 0,373 kg/tpaliva, což představuje snížení na jednu třetinu hodnoty ve stabilním režimu. U dřeva došlo ke snížení na 0,516 kg/tpaliva, což představuje snížení na dvě třetiny hodnoty ve stabilním režimu. Vizuálně bylo pozorováno sesunutí vrstvy po přiložení, což mělo pravděpodobně za následek zvýšený záchyt částic ve vrstvě. Uvolněné částice z vrstvy byly dále zachyceny ve spalovací komoře a dalších tazích, jelikož se neopakovala situace pozorovaná po zaroštování u odhořívacího kotle. Po přiložení bukového dřeva do krbových kamen došlo k nárůstu emisního faktoru na 2,03 kg/tpaliva, což představuje 2,4násobné zvýšení. Podobně jako u prohořívacího kotle je tento nárůst dán tvorbou dehtových látek, díky menší dávce paliva a kvalitnějšímu rozvodu spalovacího vzduchu není tento nárůst tak výrazný jako u prohořívacího kotle. Popsané nestabilní stavy po zásahu obsluhy mají rozdílnou délku trvání v řádu minut až desítek minut. S ohledem na většinou výrazně odlišné hodnoty emisních faktorů u nestabilních stavů a s ohledem na délku těchto sta-
3/2010
vů je zřejmé, že ovlivní výsledné hodnoty emisních faktorů. Z pohledu vlivu na zdraví živých organizmů je pozornost věnována malým (respirabilním) rozměrům. Velikost částic emitovaných jednotlivými spalovacími zařízeními při spalování jednotlivých paliv zachycuje graf 2. Je patrný výrazný rozptyl podílů jednotlivých frakcí. Při srovnání stabilních režimů lze vidět výrazně vyšší produkci jemných frakcí PM10 i PM2,5 při spalování dřeva. Úroveň podílu jemných částic je dále ovlivněna použitým spalovacím zařízením. Nejvyšší podíly jemných frakcí byly stanoveny u kotle prohořívacího, kde se podíl PM10 u hnědého uhlí pohyboval okolo 88 % a u dřeva přes 98 %. U frakce PM2,5 se jednalo o 80 % u uhlí a téměř 96 % u dřeva. Výrazně nižší podíly jemných frakcí byly pozorovány u ostatních kotlů, a to především při spalování hnědého uhlí. Nižší podíl byl stanoven u odhořívacího kotle, další snížení je patrné u zplyňovacího kotle a nejnižších podílů jemných frakcí bylo dosaženo u automatického kotle (jen hnědé uhlí) – PM10 73 %, PM2,5 53 %. Nižší produkce jemných frakcí byla zjištěna i při spalování dřeva, i když pokles oproti prohořívacímu kotli není tak výrazný jako u hnědého uhlí. Nejnižší podíly jemných frakcí byly stanoveny při spalování dřeva v krbových kamnech – PM10 91 %, PM2,5 79 %. Zásahem obsluhy do spalovacího procesu došlo k výrazné změně ve velikostním spektru emitovaných částic. Při spalování hnědého uhlí došlo zásahem obsluhy vždy k podstatnému nárůstu jemných frakcí, kdy podíly PM10 překročily 90 % a podíly PM2,5 se pohybovaly od 84 do 92 %.
Při porovnání s emisními faktory užívanými pro roční bilance produkce tuhých znečišťujících látek je patrná odlišnost (viz graf 1). Emisní faktor TZL je dán jako 10 % z podílu popela v hnědém uhlí, jinak vyjádřeno je to 1·Ar v kg/t, a pro dřevo je dána nezávisle na podílu popela jako 5,2 kg/t (vodorovné čáry). Užívané faktory jsou vyšší než zjištěné měrné emise u sledovaných spalovacích zařízení a spalovaných paliv. Naproti tomuto v případě hodnot EF stanovených při nestabilních režimech jsou v některých případech jejich hodnoty vyšší než používaný EF. U prohořívacího kotle a kamen lze očekávat, že pokles produkce TZL po přiložení nebude prudký, a reprezentativní emisní faktor se tak bude pohybovat kolem průměrné hodnoty. Vážený průměr emisních faktorů respektující délku jednotlivých odběrů určený z hodnot pro stabilní a nestabilní režim u prohořívacího kotle je 9,59 kg/tpaliva u uhlí a 3,42 kg/tpaliva u dřeva, u kamen pak je 1,38 kg/tpaliva. U kotle odhořívacího lze očekávat rychlý pokles k hodnotám zjištěným při stabilním režimu, navíc má odhořívací kotel delší přikládací periodu a delší spalinovou cestu než kotel prohořívací. Z uvedených důvodů se reprezentativní emisní faktory budou pohybovat blízko hodnoty zjištěné pro stabilní režim. U velikostního spektra lze nalézt výrazný rozdíl mezi užívanými podíly pro jemné frakce a skutečně zjištěnými podíly. Podíl částic PM2,5 užívaný pro kalkulace roční bilance emisí z malých zdrojů, který je v současné době pro uhlí 25 % z TZL, je dle zkoušek daleko vyšší, a to v průměru asi 3krát. Obdobná situace je pozorovatelná i u podílu PM10. Používaná úroveň 75 % podílu PM10 z TZL byla pozorována pouze u automatického kotle. Ostatní spalovací zařízení vykazují podíly větší cca o 15 %. Nutno podotknout, že za zvýšením podílů jemných částic lze vidět zásahy do spalovacích procesů, nicméně i stabilní režimy dosud používané podíly vysoce převyšují. U dřeva lze nalézt také rozdíly mezi užívanými a stanove-
29
Cílem článku bylo prezentovat stanovené měrné emise tuhých znečišťujících látek a podílů jemných frakcí při spalování hnědého uhlí a dřeva ve spalovacích zařízeních odlišné koncepce spalování a dále upozornit na rozdíl mezi zjištěnými hodnotami a emisními faktory užívanými pro bilance emisí z malých spalovacích zařízení. Jak ukázala měření, jednotlivé malé zdroje, byť spalují stejné palivo, vykazují velké rozdíly v měrných emisích TZL. Až na kotel prohořívací byly u všech kotlů stanoveny nižší měrné emise než je užívaný EF. Průměrná hodnota emisního faktoru u kotle prohořívacího převyšuje užívaný emisní faktor pro hnědé uhlí více než dvojnásobně, u dřeva se stanovená hodnota téměř shoduje s užívaným EF. Podobné rozpory lze nalézt i u velikostního rozdělení částic. V současné době v ČR používaný podíl PM10 75 % a PM2,5 25 % vycházel z výsledku experimentů provedených na polských kamnech s polským uhlím[5] a je dnes používán také pro kotle. U zkoušek bylo zjištěno, že na rozdíl od používaného rozdělení je ve skutečnosti mnohem větší podíl jemných částic. Užívané podíly částic PM10 95 % a PM2,5 90 % pro dřevo jsou naopak mírně nadhodnoceny, i když jsou u prohořívacího kotle překračovány. Jak ukazují prezentované výsledky, skutečnou bilanci emisí výrazně ovlivňuje druhová skladba spalovacích zařízení, přesto se při kalkulaci emisí z důvodu nedostatku informací nezahrnuje. Cílem výše uvedené diskuze je poskytnutí nových dat pro zahájení validace a úpravy emisních faktorů používaných pro bilanci emisí TZL, PM10, PM2,5 pro spalování hnědého uhlí a dřeva v malých spalovacích zařízeních.
Poděkování Článek vznikl za podpory MŽP v rámci řešení projektu SP/1a3/148/08 „Stanovení chemických a toxikologických vlastností prachových částic a výzkum jejich vzniku“ a MŠMT Operačního programu Výzkum a vývoj pro inovace v rámci projektu CZ.1.05/2.1.00/01.0036 – „Inovace pro efektivitu a životní prostředí (INEF)“.
[1] Národní program snižování emisí České republiky http://www.env.cz/C1257458002F0DC7/cz/narodni_program_snizovani_ emisi_cr/$FILE/OOO-NPSE_CR20081003.pdf [2] BRANIŠ, M. Tříděný odběr vzorků emisí, dizertační práce, ČVUT Praha 2009 [3] HÄBERLE, G. a kol. Technika životního prostředí pro školu i praxi, Praha: EUROPA – SOBOTÁLES 2003, ISBN 80-86706-05-2 [4] Příloha č. 2, k vyhlášce č. 205/2009 Sb. [5] HLAWICZKA, S., KUBICA, K., ZIELONKA, U., WILKOSZ, K., Wlasciwosci emisii pylu i metali ciezkich w procesie spalania wengla w paleniskach domowych, Archiwum ochrony srodowiska, 2001, PL ISSN 03248461 [6] http://gains.iiasa.ac.at/gains/EUR/index.login?logout=1 [7] http://www.eea.europa.eu/publications/emepeea-emission-inventory-guidebook-2009 [8] http://www.air.sk/tno/cepmeip/ [9] Nařízení vlády č. 597/2006 Sb. Autoři:
NOVINKY Nové kotle na biomasu od EKOEFEKT a.s. Kotlárna EKOEFEKT a.s. letos připravila zajímavý automatický kotel pro náročné zákazníky. Spojením třítahového kotle s automatickým hořákem na pelety vznikl kotel EKOEFEKT PETROJET, po kterém volají zemědělská družstva, menší firmy a bytové domy. Kotel se startuje automaticky a po natopení otopné soustavy s akumulační nádrží se vypne a čeká na další signál od regulace k opětnému startu. Zajímavá je samozřejmě cena tepla. Při použití paliva – dřevěná peleta – je cena na standardní úrovni okolo 0,9 Kč/kWh. Nejzajímavější je kotel pro toho, kdo má zbytky obilí, makoviny, rostlinné pelety, apod. Ten topí pouze za ceny suroviny, tj. téměř zadarmo, a přitom automaticky. Kotle jsou zatím vyráběné ve výkonové řadě 40 a 49 kW. Obrovskou výhodou je, že prvotní investici pomůže zaplatit dotační titul.
Ing. Jiří Horák, Ph.D., Výzkumné energetické centrum, VŠB – Technická univerzita Ostrava Ing. Michal Branc, Výzkumné energetické centrum, VŠB – Technická univerzita Ostrava Ing. Helena Hnilicová, Český hydrometeorologický ústav, Praha – Komořany
Recenzent:
Ing. Zdeněk Lyčka, LING Krnov, s.r.o.; člen redakční rady Topenářství instalace
Particulate emission during combustion of wood and coal in small energy sources Small boiler rooms produce more than one third of particulate emissions in the Czech Republic. Objective judgement of combustion technology and subsequent changes in legislation can decrease emission production. Authors present objective judgement of combustion process and significant influence of external factors on the emission production.
s
Nová řada Major Line se nazývá nová řada klimatizačních a vytápěcích jednotek CIAT, určených pro zajištění tepelného komfortu v budovách, která má více než padesát verzí. Jejich chladicí výkon je od 700 W do 9 kW (certifikováno podle Eurovent). Jednotky řady Major Line používají ventilátory HEE (High Energy Efficiency), pro než inženýři z CIAT navrhli speciální tvar lopatek s ohledem na maximální energetickou účinnost. Pro další zlepšení mohou být jednotky alternativně vybaveny úspornějšími elektromotory. Tepelná účinnost klimatizačních jednotek byla zlepšena i zvětšením čelní plochy výměníku tepla.
Keywords: brown coal, wood, particle matter, small furnace, heating
q q q s
30
INFO 014
INFO 016
Závěr
Literatura
INFO 015
3/2010
t
nými podíly, na rozdíl od hnědého uhlí však odchylky nejsou příliš velké a pohybují se v rozmezí –11 až +3 %, přičemž jsou nižší podíly částic PM2,5.
