LEVEGÕTISZTASÁG-VÉDELEM
2.1 1.5
A korszerű és régi típusú fa- és pellettüzelésű1 kazánok kibocsátási jellemzői Tárgyszavak: fa; pellet; tüzeléstechnika; biomassza; levegőszennyezés.
A biofűtőanyag fontos megújuló energiaforrás. A nagy erőműveken és fűtőműveken kívül háztartásokban fűtésre és főzésre használják elsősorban ritkán lakott területeken és a fejlődő országokban. A biofűtőanyag fűtésre két módon használható: közvetlenül kályhában vagy kazánban, ez utóbbi esetben a csőrendszerben áramoltatott felmelegített víz az egész házat fűti. A biofűtőanyag elégetése történhet egyszerű fafűtéses kályhákban és jól szabályozott pelletégetőkben, ill. korszerű fafűtésű kazánokban; ennek megfelelően a szennyezőanyag-kibocsátás igen eltérő mértékű lehet. Így pl., egy közönséges fatüzelésű kályha szemcsekibocsátása ötvenszer nagyobb lehet, mint egy szabályozható kazáné; a fűtésre használt fakályhák szén-monoxid (CO)-kibocsátása 18 és 180 g/kg fűtőanyag között változhat. Mindez felhívja a figyelmet a háztartásokban használt kályhákra/kazánokra, mivel a nem megfelelő égés nemcsak a közvetlen környezetre káros, de lényegesen növeli az üvegházgázok kibocsátását is. A kályháktól eltérően a kazánokhoz hőtárolók csatlakozhatnak. Ez előnyös lehet a kibocsátás szempontjából, mert lehetővé teszi, hogy a kazán szabályos időrendben működjön, nem pedig megszakításokkal, a ház pillanatnyi hőigényének megfelelően. A hőtároló tartály lehetővé teszi a közel optimális égés elérését, ami kisebb kibocsátáshoz és nagyobb hatásfokhoz vezet. A pelletégetők megszakításos működésre vannak tervezve, ezeknél a tartályoknak nincs olyan nagy jelentősége. A fafűtésű kazánok kibocsátása megfelelő tüzeléstechnikával is csökkenthető. Az utóbbi évtizedekben jelentős fejlődés ment végbe a fatüzelésű kazánok technológiájában. 1
Pellet – igen kis részecskékre aprított, őrölt, majd összepréselt (fa vagy fakéreg) hulladék.
A modern fafűtésű kazánok leszálló huzatúak, kiégési zónájuk kerámiabevonatú (1/A ábra), és tartály csatlakozik hozzá. A régi típusú fafűtésű kazánok általában felszálló huzatúak és vízhűtésesek (1/B ábra). A fafűtésű kályhák is általában felszálló huzatúak. A fatüzelésű kazánok fejlesztése a hatásfok növekedését és a kibocsátás csökkenését eredményezte. Svédországban a 260 ezer biofűtőanyaggal működő háztartási kazán 57%-a régi típusú, tartály nélküli, 4%-a régi típusú, de tartályos, 27%-a modern fafűtésű, és a maradék pelletfűtésű.
szekunder levegő
primer levegő szekunder levegő
szekunder levegő
égési övezet (A)
primer levegő
égési övezet
olaj/ pellet égő
primer levegő fatüzelésnél (B)
(C)
1. ábra (A) Fafűtésű leszálló légáramlású kazán; (B) fafűtésű felszálló légáramlású kazán; (C) vegyes fűtésű kazán, amelyben tűzifa, olaj vagy pellet használható A laboratóriumi tesztek összehasonlítják a régi és korszerű kazánok gáz- és szemcsés anyag kibocsátását. A biofűtőanyagok ökológiailag fenntartható felhasználása érdekében összehasonlítani szükséges a biofűtésű háztartási kazánok kibocsátását. A vizsgálatokba két olajégőt is bevontak, mert Svédországban ilyeneket is használnak a lakóházak fűtésére (a gáz- és szénfűtés a háztartásokban nem használatos).
Kísérleti rész A tesztekhez két régi típusú vízhűtéses fafűtésű kazánt, két kerámiabevonatú korszerű fafűtésű kazánt és két pelletégőt használtak; a tesztek részletes leírását az 1. táblázat adja meg. Az üzemeltetés módját és a fűtőanyag minőségét változtatták. A két fafűtésű kazánt a
tranziens jelenségek elkerülése végett előzetesen egy adag fával felfűtötték. A méréseket a második adag fa meggyulladása után kezdték, és a harmadik adag elégéséig folytatták. Ezt akkor tekintették megtörténtnek, amikor a szén-dioxid (CO2) koncentrációja 4%-ra csökkent. Amint az elégés megtörtént, új adag fát helyeztek az égőtérbe. A pellet- és olajégőket szintén felfűtötték a mérések előtt. A névleges teljesítmények mellett a méréseket kb. három órán keresztül végezték, szakaszos működés esetén a mérés tovább tartott. A kibocsátást (a szennyező anyag mg/a fűtőanyag MJ-ben megadott fűtőértéke) vagy (a részecskék száma/a fűtőanyag MJ-ben megadott fűtőértéke) adja meg, ezt a mért koncentráció és a fűtőanyag analízise alapján számították ki. A kibocsátásra vonatkozó adatok az átlagértékeknek felelnek meg. 1. táblázat A mérések műszaki jellemzői
Régi típusú fafűtésű kazánok
Modern fafűtésű kazánok
Fűtőanyag
Mérés jele
száraz tűzifa
a
száraz tűzifa száraz tűzifa száraz tűzifa
b c d
száraz tűzifa száraz tűzifa
e f
hőtároló, 34 (100%)
száraz tűzifa
g
hőtároló, 30 (100%)
26% nedvességtartalom 38% nedvességtartalom száraz tűzifa
h
Működési feltételek, teljesítmény (kW)
Kazán/égő
vízhűtésű, vegyes fűtésű, felszálló hőtároló, 10 (100%) légáramlású nagy adagokban, 6 kis adagokban, 6 vízhűtésű, fafűtéses, felszálló hőtároló, 24 (100%) légáramlású nagy adagokban, 7 kis adagokban, 6 kerámiabevonatú, fafűtésű füstgázelszívó ventilátorral, leszálló légáramlású
hőtároló, 12 (100%) kerámiabevonatú, fafűtésű, természetes, leszálló légáramlású
hőtároló, 28 (100%) hőtároló, 24 (100%)
kerámiabevonatú, fafűtésű, füstgázelszívó ventilátorral, leszálló légáramlású
hőtároló, 23 (100%)
26% nedvességtartalom brikett
i j k l
1. táblázat folytatása Működési feltételek, teljesítmény (kW)
Fűtőanyag
Mérés jele
névleges, 11 (100%)
fapellet
m
megszakításos, 6
fapellet
n
megszakításos, 6 intenzív huzatú
fapellet
o
megszakításos, 3
fapellet
p
névleges, 22 (100%)
fapellet
q
megszakításos, 6
fapellet
r
megszakításos, 3
fapellet
s
névleges, 16
fapellet
t
megszakításos, 6
fapellet
u
megszakításos, 3
fapellet
v
pelletégő elektromos gyújtással
megszakításos, 6
kéregpellet
w
környezetkímélő jelzéssel ellátott olajkazán
névleges, 18
fűtőolaj
x
vegyes tüzelésű, olajégővel ellátott kazán
névleges,21
fűtőolaj
y
Kazán/égő Pelletégők és kazánok
pelletégő őrlánggal
pelletégő elektromos gyújtással
pelletkazán
Olajégők
Az égetőberendezések és a mérések Az égetőberendezések levegőellátását a mérések előtt optimalizálták. A négyféle vizsgált eszköz tulajdonságait és működési jellemzőit az 1. táblázat adja meg. Hat kísérletet végeztek a régi típusú fafűtésű kazánokkal (a-f), hatot a korszerű fafűtéses kazánokkal (g-l), és tizenegyet a pelletfűtésű kazánokkal/égetőkkel (m-w). A régi típusú fafűtésű, tartály nélküli kazánokban két tüzelési módszert próbáltak ki. Az első esetben egy olyan felhasználót utánoztak, aki a lehetséges maximális mennyiségű fát helyezi az égéskamrába, a levegőellátást csökkenti (b és e) az égés huzamos ideig beavatkozás nélkül megy végbe. A második módszer egy olyan felhasználót utánoz, aki napközben otthon van, és kis adagokban pótolja az elégett fát (c és f). Egyes régi típusú fafűtésű kazánokhoz is csatlakoztak tartályok, a korszerű fafűtésű kazánoknál ez általános. Az (m-s, és w) pelletégők különálló egységet alkotnak, amelyek különböző kazánokhoz csatlakozhatnak; a (t-v) pelletkazánok integrált egységet alkotnak. A leírt vizsgálatok során a pelletégetők vízhűtésű
vegyes tüzelésű kazánokhoz csatlakoztak (1/C ábra). Összehasonlítás céljából két olajtüzelésű kazán kibocsátását is mérték. Az (x) olajégő a kazánnal integrált egységet alkotott, ez az egység környezetkímélő védjegyet kapott. A másik olajégőt (y) egy vízhűtésű, vegyes fűtésű kazánhoz csatlakoztatták (1/C ábra). A fűtőanyagok A tűzifa, a pellet és a brikett kémiai összetétele hasonló (2. táblázat); különbség a nedvességtartalmukban van: a pelleté és a briketté 8%, a tűzifáé 15%, 26% vagy 38%. A nyírfa viszonylag száraz, nedvességtartalma 15%. A tűzifák hamutartalma a fakérget tartalmazó pellethez képest csekély, ez utóbbi több nitrogént is tartalmaz. A fatuskók hossza kb. 500 mm; a henger alakú tuskókat egyszer vagy kétszer félbevágták, így haránt irányú méretük kb. 100 mm. A fából, illetve fakéregből készült pellet átmérője 8 mm, hossza 15–20 mm. 2. táblázat Az egyes fűtőanyagok elemanalízise és fűtőértéke* Fapellet
Kéregpellet
Fabrikett
Tűzifa
Fűtőolaj
Hamu
0,5
3,7
0,3
0,3
0,6
Nedvesség
7,6
7,8
7,5
19,0
20,1
18,9
19,0
43,1
50,2 43,2 5,9 0,08 <0,01
52,1 37,8 5,9 0,48 0,03
50,6 42,7 6,4 0,05 <0,01
50,6 42,7 6,4 0,05 <0,01
87,5 0 12,7 0,1 0,09
A fűtőérték legalább (MJ/kg) Összetétel Szén Oxigén Hidrogén Nitrogén Kén
15/26/38
0
* Nedvességtartalom – a nedves fűtőanyag %(m/m); a többi adat a száraz fűtőanyag %(m/m)
Az alkalmazott mérési eljárások A részecskékről két helyen vettek izokinetikus mintát a teljes tömegkoncentráció és a részecskeszám szerinti koncentráció, valamint a mé-
reteloszlás meghatározása céljából. Az első mintavételből származó füstgázt két lépésben hígították. Az első hígítást 180 °C-on végezték a kicsapódás és a részecskeméret növekedésének megakadályozására. A részecskeszám-koncentrációt és a részecskék méret szerinti eloszlását kalibrált műszerrel mérték. Mindkét műszer kalibrációját a gyártó végezte. A második mintavétel során kibocsátott részecskék teljes tömegét gravimerikusan a svéd szabvány alapján határozták meg. A harmadik mintavételi kaput a CO, a CO2, O2, az NOx és a teljes szerves széntartalom (total organic carbons – TOC) monitoringjára használták. A TOC- és NOx-kibocsátást metán, illetve NO2 ekvivalensben adták meg. A policiklusos aromás szénhidrogének (PAH) mintavétele az ISO 11338 (2000) szerint történt, szúrópróbaszerűen több mintát vettek. A PAH-mintákat együttesen gázkromatográfia/tömegspektrometria (GC/MS) módszerrel elemezték. A kibocsátás becslése során a PAH-vegyületeket együttesen vették tekintetbe. Az ötödik, utolsó mintavételi kapu az illékony szerves vegyületek (VOC) mérésére szolgált, ez esetben is szúrópróbaszerűen több mintát vettek, a mintákat együttesen elemezték. A szűrt füstgázt szobahőmérsékletre lehűtötték, és 801 Tedlar típusú zsákba vezették. A minta egy részét (1–20 ml) Tenax és Carbopac típusú adszorbens csövekbe vezették a további GC analízishez. (A Tedlar zsákokban maradt minta GC elemzését szintén elvégezték 24 órán belül.)
Az eredmények A CO-, TOC-, metán-, nemmetán VOC- (NMVOC), PAH- és NOxkibocsátást, valamint a részecskekibocsátás tömeg és szám szerinti koncentrációját a 3. táblázat adja meg. Háromféle kibocsátást mértek: a nem oxidált gázokét, a részecskékét és a nitrogén-oxidokét. A nem oxidált gázok (így a CO és a szénhidrogének) kibocsátása a nem tökéletes égés következménye; az égés tökéletessé tehető elég hosszú tartózkodási idővel megfelelően magas hőmérsékleten, és az elégetendő gázok és a levegő megfelelő elegyítésével. A 2. ábra szerint a CO-koncentráció a légfelesleggel nő. Ez arra utal, hogy nem az oxigénhiány korlátozta a CO teljesebb oxidációját. Gyanítható, hogy a többletlevegő csökkentette az égéstér hőmérsékletét, ez eredményezte a nagy CO-kibocsátást. A 3. ábra szerint lineáris összefüggés van a CO- és a TOC-kibocsátás között fafűtésű kazánok, pellet- és olajégők esetében, és a TOC kibocsátásra is (a CO, VOC és PAH kibocsátásához hasonlóan) hatással van a levegőadagolás.
3. táblázat CO2, CO, TOC, részecskék és NOx kibocsátása* Mérés CO2 jele (%) Régi típu- a sú fafűté- b sű kazán c
CO
TOC
CH4
NMVOC
PAH
Részecskék
Részecskék (1/MJ)**
NOx
8,4
4 100
660
–
–
–
87
–
65
4,7
5 200 1300
–
–
–
350
–
72
6,8
4 800 1100
610
270
14
89
17×1013
71
d
8,3
5 900 1500
670
430
13
103
3,9×1013
67
e
6,9
16 400 4800 4800
2000
64
2200
200×1013
28
f
5,6
–
–
15
–
2,8×1013
64
g
12,2
707
14
1
1,9
0,21
27
4,5×1013
125
h
11,5
507
33
0,8
1,3
0,14
25
2,4×1013
111
i
5,1
3 781
690
73
43
3,0
89
8,5×1013
101
j
10,3
1 300
89
14
14
1,1
32
3,6×1013
72
k
9,1
770
63
9,2
7,8
0,44
23
6,4×1013
81
l
10,2
880
28
4,3
3,9
0,33
18
2,0×1013
60
Pelletégők m és kazá- n nok o
9,5
36
4
0,76
1,2
0,32
22
1,4×1013
68
6,0
350
78
2,7
3,3
0,26
–
1,7×1013
71
4,8
290
31
–
–
0,12
28
1,3×1013
68
p
3,7
960
250
14
23
0,27
65
7,4×1013
66
q
13,0
120
3
<0,55
0,06
16
0,8×1013
70
r
9,1
990
60
5,3
8,5
64
1,6×1013
64
s
8,6
120
10
<0,84
1,7
0,55
15
0,8×1013
67
t
11,7
30
1
–
–
–
13
–
–
u
6,8
380
2
–
–
–
12
0,1×1013
62
v
3,8
1 100
92
–
–
–
51
0,1×1013
62
w
10,6
730
42
1,8
4,8
1,1
–
–
180
x
12,2
2
1
0,46
0,64
0,17
12
0,01×1013
37
y
10,6
9
32
0,52
0,38
0,006
6
0,1×1013
41
Korszerű típusú fafűtésű kazán
Olaj
8 200 3000
0,95 20
* A mérések részletes magyarázatát az 1. táblázat adja. Az adatok, ahol nincs más jelzés mg/MJ egységben vannak kifejezve. ** Részecskeszám/MJ.
100000
CO, mg/MJ
10000 fapellet tűzifa fabrikett olaj fakéreg pellet
1000 100 10 1 10
100
1000
többletlevegő (az elméleti mennyiség százalékában)
2. ábra Szén-monoxid-kibocsátás a többletlevegő függvényében az 1. táblázat méréseinek megfelelően
CO-kibocsátás, mg/MJ
100000 10000 fapellet fakéreg pellet tűzifa fabrikett olaj
1000 100 10 1 1
10
100
1000
10000
TOC-kibocsátás, mg/MJ
3. ábra Szén-monoxid-kibocsátás a teljes szerves anyag kibocsátás függvényében A kibocsátott szemcsék tartalmaznak mind szerves, mind szervetlen anyagokat (így nem teljesen elégett szilárd anyagot és hamuszemcséket). Az égési körülményektől függetlenül hamuszemcsék mindig vannak a kibocsátott anyagban. A 4. ábra szerint a kibocsátott részecskék tömegkoncentrációja kb. állandó volt 100 mg/MJ TOC-koncentrációig. Na-
gyobb koncentráció mellett a szemcsekibocsátás növekedett. Nem megfelelő égési körülmények között a széntartalmú szemcsék idézik elő a szemcsés kibocsátás növekedését. Rossz égési körülmények között a kibocsátott szemcsék szám szerinti koncentrációja is növekszik a TOC növekedésével (4. ábra).
részecskék, mg/MJ
10000
1000
fapellet
tűzifa
fabrikett
olaj
100
10
1 1
10
100
1000
10000
1000
10000
TOC, mg/MJ
a)
10000
fapellet
tűzifa
fabrikett
olaj
1000 100
10
11
részecskék, 1/MJ
100000
10 1 1
b)
10
100 TOC, mg/MJ
4/a ábra A kibocsátott részecskék tömegkoncentrációja az összes kibocsátott szerves anyag függvényében b) A kibocsátott részecskék szám szerinti koncentrációja az összes kibocsátott szerves anyag függvényében
A nitrogén-oxidok az égést tápláló levegőből vagy a fűtőanyagban lévő nitrogénből keletkezhetnek. A fűtőanyag nitrogéntartalmának fontosságára utal az NOx-kibocsátás és a nitrogéntartalom közötti korreláció. Az 5. ábra szerint a levegőtöbblet nem gyakorol egyértelmű hatást az NOx-kibocsátásra valószínűleg azért, mert bár a többletlevegő növeli az NO keletkezését, de a csökkenő hőmérséklet csökkenti a fűtőanyagból keletkező NO mennyiségét. 1000 fapellet
fapellet
kéregpellet
kéregpellet
tűzifa
tűzifa
nitrogén-oxidok NOx, mg/MJ
nitrogén oxidok NOx, mg/MJ
1000
fabrikett olaj 100
a)
100
1000
a levegőtöbblet, az elméleti érték %-ában
100
10 0,01
10 10
fabrikett
b)
0,1
1
a fűtőanyag nitrogéntartalma, %-ban
5/a ábra Nitrogénkibocsátás a levegőtöbblet függvényében b) Nitrogénkibocsátás a fűtőanyag nitrogéntartalma függvényében
A kazánok Általában a régi típusú fafűtésű kazánok több szemcsés anyagot és nem oxidált vegyületet bocsátanak ki, mint a korszerű fafűtésű kazánok vagy pelletégők. Az olajégők kibocsátása a legkisebb. A pellet- és olajégők teljesítménye jobb volt mint a fafűtésű kazánoké. A fafűtésű kazánok közül a tartállyal ellátott, száraz fát égető modern kazánok kibocsátása volt a legkisebb – ez megegyezett a pelletégők kibocsátásával. A régi típusú fafűtésű, nagy adagokban táplált kazán kibocsátása számottevően csökkenthető volt, ha tartályt csatlakoztattak hozzá. A legfontosabb illékony szerves vegyület a metán volt, valószínűleg azért, mert lassabban oxidálódik mint más szénhidrogének. A metán tö-
meg szerinti járuléka a metán és NMVOC összegben olajégőknél 50%, pelletégőknél 20–40%, modern fafűtésű kazánoknál 30–60% és régi típusú fafűtésű kazánoknál 60–70% volt. A VOC-kibocsátások legnagyobb járulékát metán képezte. A VOC további nagyobb járulékait az etán, az etén, az etin, a propén, a benzol és a toluol adta. A legnagyobb PAHkibocsátás, 64 mg/MJ, a régi típusú fafűtésű kazánokból származott, ez meghaladja a fakályhák kibocsátását, ez 56 mg/MJ. A biofűtőanyagokból származó PAH átlagosan 70%-a volt naftalin, fenantrén, fluorantén, pirén és acenaftilén, míg az olajból származó PAH átlagosan 70%-a volt fluorantén, pirén és fenantrén (a felsorolásban a vegyületek csökkenő koncentrációban szerepelnek). A szemcsés anyag tömeg szerinti koncentrációja fafűtésű, vízhűtéses, hőtárolóval nem rendelkező kazánban volt a legnagyobb – 2200 mg/MJ (e mérés, 3. táblázat). Korszerű kerámiabevonatú, hőtárolóval rendelkező fafűtésű kazánban ez az érték 70–80-szor kisebb lehet (g és j mérés). A fapellet fűtőanyag (m és o-v mérés) a szemcsés anyag hasonló tömeg szerinti koncentrációját eredményezi, mint a korszerű fafűtésű kazánok (g és j); a szemcsés anyag koncentrációja olajfűtés esetében a legkisebb (x és y). A kibocsátott szemcsés anyag tömeg szerinti eloszlását vizsgálták korszerű fafűtésű kazánra (j), régi típusú fafűtésű kazánra, amelyet kis adagokkal fűtöttek ( c ), pelletfűtésű égőre nominális működés esetére (m és q) és fakéregből készült pellettel való fűtés esetére (w). A fapellettel való folytonos fűtés esetén a szemcsés anyag tömeg szerinti eloszlása nagyon hasonló volt a két pelletégetőben (m és q), az eloszlás maximuma a 130 nm részecskeméretnél volt. A kerámiabevonatú, természetes huzatú kazánok esetében (j) a részecskék tömeg szerinti eloszlása hasonló volt, mint pelletégők esetében. A füstgáz részecskéinek tömegeloszlása a régi típusú, vízhűtéses, vegyes tüzelésű, kis adag fával fűtött kazánokban (c) hasonló, mint a korszerű fafűtésű kazánokban, a kibocsátott teljes mennyiség azonban különböző. A régi típusú fatüzelés (c-f) több részecske kibocsátásával járt, mint a fapellettel való tüzelés (m-s, u és v) és a modern fatüzelés, a legkevesebb részecskekibocsátással az olajtüzelés jár. A fűtés módja A hőtárolóval nem rendelkező régi típusú fafűtésű kazánok kibocsátása erősen függ a tüzelés módjától. A nem oxidált vegyületek és részecskék kibocsátása kis adagokban való tüzeléssel csökkenthető, ez esetben a kibocsátás a hőtárolóval rendelkező kazán kibocsátásához
válik hasonlóvá. Fafűtésű kazánok esetében a nem oxidált vegyületek kibocsátását akkor találták a legnagyobbnak/legkisebbnek, amikor az NOx kibocsátása megfelelően a legkisebb/legnagyobb volt. A fűtőanyag minősége Rossz minőségű fűtőanyag nagy kibocsátást eredményez új kazánoknál is. Így pl., a nedves fa modern kazánokban is növeli a nemoxidált vegyületek és részecskék kibocsátását. Azonban a mérsékelt, 26% nedvességtartalmú fa (h és k), a 8% nedvességtartalmú fabrikett (l), és a15% nedvességtartalmú száraz fa (g és j) kibocsátása hasonló. A fakéregből készült pellet (w) égetésekor a kibocsátott részecskék tömege, feltehetően a nagyobb hamutartalom miatt, nagyobb, mint a fapellet égetésekor kibocsátottaké. A fakéregből készült pellet által kibocsátott részecskék méret szerinti eloszlásának maximuma 220 nm értéknél van, ez némileg nagyobb mint a fapelletnél megfigyelt érték. A legnagyobb NOx-kibocsátást a fakéregből készült pelletnél észlelték – ennek a fűtőanyagnak a legnagyobb a nitrogéntartalma. Az NOx-kibocsátás a fűtőanyag nitrogéntartalmával hozható összefüggésbe. A hőtároló Hőtárolót csatlakoztatva a régi típusú fafűtésű kazánhoz a részecskekibocsátás akár huszadrészére is csökkenthető (d és e kísérletek). A modern kazán részecskekibocsátása kb. 30%-a a régi típusú kazánénak, ha mindkét kazán hőtárolóval van összekapcsolva (d, g és j).
Értékelés A várakozás szerint az olajégőknek kisebb a részecske- és nem oxidált anyag kibocsátása, mint a pellet- vagy fafűtésű kazánoké, mivel a folyékony fűtőanyag adagolása jobban szabályozható, mint a töltetenként vagy félig folytonosan adagolható tűzifáé, illetve pelleté. Azonban a korszerű fafűtésű kazánokban az égés szabályozhatóbbá tehető. A pelletégők friss fejlesztés eredményei és a továbbiakban, várhatóan kibocsátásuk az olajégőkével lesz összehasonlítható. A pelletégők az 1980-as évek végén jelentek meg, de az 1990-es évek végéig nem volt jelentős piaci szerepük Svédországban, Dániában és Ausztriában. Annak ellenére, hogy a biofűtőanyagokat hasznosító kazánok részecskeés nem oxidált anyag kibocsátása nagyobb, mint az olajégőké, használa-
tuk ökológiai szempontból fenntartható, mivel nem járulnak hozzá az üvegházhatáshoz. A háztartási olajégők az ásványi CO2 kibocsátásával hozzájárulnak az üvegházhatáshoz. Nagy különbségeket tapasztaltak a régi és modern biofűtőanyagot felhasználó kazánok kibocsátása között. Így az igen elterjedt régi típusú fafűtéses kazánok CH4 (üvegházgáz)-kibocsátása jelentős. A régi típusú fafűtéses kazánok hatása a jelentős metánkibocsátás miatt a CO2-t kibocsátó háztartási olajégők hatásával hasonlítható össze a globális melegítési potenciál (global warming potential – GWP) révén. (Ez a paraméter egy adott gáz üvegházhatását fejezi ki a CO2-höz képest. 1 kg metán hatása 21 kg CO2 hatásával azonos.) Egy olajégő CO2-kibocsátása 74000 mg/MJ (x és y eset alapján), a legrosszabb régi típusú fafűtésű kazánok (e) metánkibocsátása 4800 mg/MJ, ami 100 000 mg CO2-nek felel meg minden MJ-ra. Ehhez még hozzájárul az is, hogy a régi típusú fafűtésű kazánok hatásfoka 50%, az olajégőké pedig 90%. Ez azt jelenti, hogy a régi típusú fafűtésű kazánok üvegházhatása kétszer akkora, mint az olajégőké, ehhez járul még a jelentős részecskekibocsátás és a nem oxidált gázok kibocsátása is.
Következtetések A régi típusú fafűtésű kazánok új típusú, hőtárolóval rendelkező kazánokra vagy pelletkazánokra való lecserélése a metánkibocsátást 8-ad részben (c és i) vagy akár 9000-ed részben (e és q) tudja csökkenteni, mindez a hatásfok növekedésével jár. A régi típusú fafűtésű kazánokhoz hőtároló csatlakoztatásával a metánkibocsátás hetedrészére, a részecskekibocsátás 21-ed részére csökkenthető (d és e). Hasonló javulást figyeltek meg a tűzifa kisebb mennyiségekben történő adagolásakor. A modern fafűtésű kazánok nagyobb nedvességtartalmú tűzifa használatakor is megőrzik kedvező kibocsátási tulajdonságukat. Azonban a tűzifa, fatartalmú pellet vagy brikett kéregtartalmú pellettel való helyettesítése nagyobb részecske- és NOx-kibocsátáshoz vezet a kéreg nagyobb hamu- és nitrogéntartalma miatt. A CO-kibocsátás növekedését figyelték meg a légfelesleg-tényező nagyobb értékei mellett. Ezt feltehetően az égési hőmérséklet csökkenése váltja ki. A CO-kibocsátás növekedése más nem oxidált komponensek, így TOC, CH4, NMVOC és PAH kibocsátásának növekedésével járt. A kibocsátott részecskék tömegkoncentrációja független volt a nem elégett gázok koncentrációjától egészen 100 mg/MJ TOC értékig, efelett azonban a részecskekibocsátás növekedett valószínűleg a nem elégett
szemcsés anyag nagy koncentrációja miatt. A részecskék tömegkoncentrációja a legrosszabb régi típusú kazánban (e) 180-szor nagyobb volt mint a legjobb korszerűben (u). A kibocsátott részecskék száma a nem oxidált gázvegyületek kibocsátásának növekedésével növekedett. A szubmikron, különösen 100 nm-nél kisebb méretű részecskék kibocsátása rossz égési körülmények között növekszik. Ma a legtöbb biofűtőanyaggal működő kazán régi típusú, nagy a részecske és nem oxidált gáz kibocsátása, üvegházhatásuk összemérhető az olajégőkével. Lecserélésük korszerű hőtárolóval rendelkező fa- vagy pelletfűtésű kazánokra mind környezetvédelmi, mind egészségi szempontból sürgős. Összeállította: Schultz György Johansson, L. S.; Leckner, B.; Gustavsson, L.; Cooper, D.; Tullin, C.; Potter, A.: Emission chararacteristics of modern and old-type residential boilers fired with wood logs and wood pellets. = Atmospheric Environment, 38. k. 25. sz. 2004. aug. p. 4183–4195. McDonald, J. D.; Zielinska, B. stb.: Fine particle and gaseous emission rates from residential wood combustion. = Environmental Science and Technology, 34. k. 2000. p. 2080–2091. Nussbaumer, T.: Combustion and co-combustion of biomass: fundamentals, technologies and primary measures for emission reduction. = Energy and Fuels, 17. k. 6. sz. 2003. p. 1510–1521.
