Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute v Praze Uacutestav plynaacuterenstviacute koksochemie a ochrany ovzdušiacute
Technickaacute 5 166 28 Praha 6
Vliv topneacuteho režimu na emise krbovyacutech kamen spalujiacuteciacutech dřevo
Semestraacutelniacute projekt Vypracovala Jiřina Čermaacutekovaacute Školitel Ing Martin Voseckyacute
Praha duben 2006
Na uacutevod teacuteto praacutece bych chtěla poděkovat meacutemu školiteli Ing Martinu Voseckeacutemu za
podporu po celou dobu vytvaacuteřeniacute praacutece daacutele pak Doc Ing Bohumilu Koutskeacutemu CSc a Ing
Jiřiacutemu Malechovi CSc za technickou pomoc při sestavovaacuteniacute aparatury a za cenneacute rady
Souhrn
Spalovaciacute procesy představujiacute nejvyacuteznamnějšiacute antropogenniacute činnost způsobujiacuteciacute
znečištěniacute ovzdušiacute Nejviacutece uhliacute se spaluje v zařiacutezeniacutech o vyacutekonech od jednotek kW až po
stovky MW kteryacutemi je ziacuteskaacutevaacuteno velkeacute množstviacute energie V domaacutecnostech se ziacuteskaacutevaacute teplo
spalovaacuteniacutem zemniacuteho plynu uhliacute či dřeva Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na vliv topneacuteho
režimu na emise krbovyacutech kamen spalujiacuteciacutech březoveacute dřevo boroveacute dřevo či dřevěneacute brikety
V teoretickeacute čaacutesti je popsaacuten spalovaciacute proces tuhyacutech paliv a přehled znečišťujiacuteciacutech
laacutetek ktereacute vznikajiacute při hořeniacute v lokaacutelniacutech spotřebičiacutech Teacutež je diskutovaacuten jejich vliv na
ekosysteacutem a lidskeacute zdraviacute
V experimentaacutelniacute čaacutesti jsou popsaacuteny použiteacute přiacutestroje vybaveniacute a stanoveniacute
odebranyacutech vzorků Je podaacuten přehled metod stanoveniacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek ve spalinaacutech
stacionaacuterniacutech zdrojů emisiacute Jsou zde řešeny tři hlavniacute uacutekoly Prvniacutem uacutekolem bylo zjištěniacute
vlivu různyacutech typů paliv na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Daacutele posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože
na změnu emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento pokus byl provaacuteděn pouze u borovice Posledniacutem
uacutekolem bylo zjistit vliv teploty v komiacuteně na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Vyacutesledkem praacutece je rozsaacutehlyacute soubor experimentaacutelniacutech dat jednotlivyacutech paliv při jejich
spalovaacuteniacute v lokaacutelniacutech spotřebičiacutech s vyacutekonem do 10 kW Bylo zjištěno že za obvyklyacutech
provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti přiacutelože paliva a druhu paliva na tvorbu sledovanyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute při
rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech hodnot Z rozboru
provedeneacuteho měřeniacute vyplyacutevaacute že optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute ve sledovaneacutem lokaacutelniacutem
spotřebiči lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem paliva
1
Obsah
1 UacuteVOD2
2 TEORETICKAacute ČAacuteST 4
21 Spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv 4
22 Vyacuteznamneacute znečišťujiacuteciacute laacutetky vznikajiacuteciacute při spalovaacuteniacute 5 221 Oxid uhelnatyacute 6 222 Oxid siřičityacute 7 223 Oxidy dusiacuteku 8 224 Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky 10 225 Organickeacute laacutetky10
23 Zaacutekladniacute pojmy v ochraně ovzdušiacute 11
24 Vlastnosti tuhyacutech paliv12
3 EXPERIMENTAacuteLNIacute ČAacuteST15
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute 15 311 Stanoveniacute kysliacuteku 17 312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho19 313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku 20
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků 21
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků 22 331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody22 332 Stanoveniacute popela 23 333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny 23
4 VYacuteSLEDKY A DISKUSE 24
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek 24
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv 27
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute28
5 ZAacuteVĚR29
SEZNAM POUŽITEacute LITERATURY 30
SEZNAM OBRAacuteZKŮ 31
SEZNAM TABULEK 32
SEZNAM PŘIacuteLOH33
2
1 Uacutevod
Spalovaacuteniacute je nejstaršiacutem technologickyacutem procesem využiacutevanyacutem lidstvem od sameacuteho
počaacutetku jeho existence tj po viacutece než 1 milion let Spalovaacuteniacutem převaacutežně fosilniacutech paliv se
ziacuteskaacutevaacute teplo a energie
Historicky nejstaršiacutem spalovaciacutem zařiacutezeniacutem je otevřeneacute ohniště ktereacute v podobě
otevřenyacutech krbů přetrvaacutevaacute až do současnosti Nevyacutehodou byla niacutezkaacute teplota plamene a niacutezkaacute
koncentrace prchaveacute hořlaviny uvolňujiacuteciacute se ze dřeva Průlomem do otevřenyacutech ohnišť byl
vynaacutelez uzavřeneacuteho roštoveacuteho topeniště Omezenyacute a řiacutezenyacute přiacutestup spalovaciacuteho vzduchu s
uzavřenyacutem vyzděnyacutem spalovaciacutem prostorem vyacuterazně změnil podmiacutenky spalovaacuteniacute Reakčniacute
teplota danaacute teplotou plamene je nejen vyššiacute ale takeacute rovnoměrnějšiacute v prostoru topeniště
Koncentrace prchaveacute hořlaviny je rovněž diacuteky pouze dvojnaacutesobneacutemu přebytku vzduchu
přiacuteznivějšiacute i když je staacutele nehomogenniacute v prostoru topeniště
Průmyslovaacute revoluce přibližně před 200 lety přinesla objeveniacute a využiacutevaacuteniacute fyzikaacutelně
chemickyacutech zaacutekonů hořeniacute vznikly noveacute technologie spalovaacuteniacute ktereacute nejenže dokaacutezaly spaacutelit
použiacutevaneacute palivo dokonaleji a s vyššiacute uacutečinnostiacute ale vyššiacute spalovaciacute teplotou umožnily využitiacute
dalšiacutech paliv ktereacute byly pro původniacute technologie spalovaacuteniacute nepoužitelneacute
Spalovaacuteniacute maacute takeacute nepřiacutezniveacute dopady na všechny složky životniacuteho prostřediacute předevšiacutem
na znečišťovaacuteniacute ovzdušiacute toxickyacutemi laacutetkami a skleniacutekovyacutemi plyny Znečišťujiacuteciacute laacutetky mohou
způsobit degradaci ekosysteacutemů a mohou miacutet vyacuteznamnyacute dopad na lidskeacute zdraviacute Proto je
důležiteacute věnovat se možnostem snižovaacuteniacute emisiacute při spalovaacuteniacute fosilniacutech paliv Jako
nejjednoduššiacute způsob snižovaacuteniacute emisiacute malyacutech energetickyacutech zdrojů je přechod na plynnaacute
přiacutepadně kapalnaacute paliva V Českeacute republice proběhla v letech 1991 - 2000 intenzivniacute
plynofikace I nadaacutele jsou statisiacutece domaacutecnostiacute odkaacutezaacuteny na vytaacutepěniacute lokaacutelniacutemi topidly na
tuhaacute paliva zejmeacutena na venkově Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů mezi lety 1991 a 2004 ukazuje
Tab I
Tab I Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911
Způsob otopu [] Roky
Pevnaacute paliva Centraacutel vytaacutepěniacute Plynnaacute paliva Elektrickyacute otop Ostatniacute
1991 44 36 18 1 1 2004 19 37 37 6 1
3
Jedniacutem z rozšiacuteřenyacutech typů tuhyacutech paliv spalovanyacutech v lokaacutelniacutech topeništiacutech je dřevo
Dřevo je palivem zejmeacutena v menšiacutech siacutedlech dobře dostupnyacutem cenově přijatelnyacutem
nezanedbatelnou přednostiacute z hlediska životniacuteho prostřediacute je i jeho obnovitelnost Dřevo lze
spalovat ve formě polen poliacutenek štěpky pilin hoblin i briket
Praacutece je věnovaacutena měřeniacute emisiacute majoritniacutech znečišťujiacuteciacutech složek (CO NOx a SO2) při
spalovaacuteniacute dřevniacute hmoty v krbovyacutech kamnech maleacuteho vyacutekonu určenyacutech pro vytaacutepěniacute
rodinneacuteho domu Emise uvedenyacutech laacutetek byly sledovaacuteny v šestihodinovyacutech blociacutech v
zaacutevislosti jak na druhu dřeva (břiacuteza borovice pilinoveacute brikety) tak na velikosti přiacutelože (malaacute
a velkaacute polena) a jejich vlhkosti Daacutele byl sledovaacuten vliv teploty v komiacuteně na koncentraci
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Naměřeneacute hodnoty byly přepočteny na normaacutelniacute stavoveacute podmiacutenky a
referenčniacute obsah kysliacuteku pro dřevo
4
2 Teoretickaacute čaacutest
21 Spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv
Pevnaacute paliva jsou všechna původem z organickeacute hmoty a lišiacute se od sebe dobou a
podmiacutenkami prouhelněniacute (tlak teplota) teacuteto organickeacute hmoty Podle časoveacute zaacutevislosti vzniku
můžeme pevnaacute paliva rozdělit do skupin
bull dřevo (současneacute ndash proto ho neřadiacuteme do fosilniacutech paliv ale do obnovitelnyacutech
zdrojů energie)
bull rašelina (staacuteřiacute cca 10 tisiacutec roků)
bull hnědaacute uhliacute (staacuteřiacute cca 1 milion roků)
bull černaacute uhliacute ( staacuteřiacute cca 3 miliony roků)
bull antracity ( staacuteřiacute cca 5 milionů roků)2
Spalovaacuteniacute probiacutehaacute ve čtyřech vzaacutejemně se překryacutevajiacuteciacutech se faacuteziacutech Po přiacutevodu paliva
do vyhřaacuteteacuteho ohniště probiacutehaacute prvniacute faacuteze V prvniacute faacutezi dochaacuteziacute k odpařovaacuteniacute vody palivo se
vysoušiacute a dochaacuteziacute k naacutesledneacutemu uvolňovaacuteniacute prchaveacute hořlaviny ktereacute probiacutehaacute intenzivně při
ohřaacutetiacute nad 250 degC Ve druheacute faacutezi se prchavaacute hořlavina miacutesiacute se vzduchem a teplota se zvyšuje
Ve třetiacute plynneacute faacutezi nastaacutevaacute hořeniacute prchaveacute hořlaviny V posledniacute faacutezi probiacutehaacute při nejvyššiacutech
teplotaacutech spalovaacuteniacute tuheacuteho uhliacuteku a dochaacuteziacute k uvolněniacute největšiacuteho množstviacute tepla
Vyacuteznamnyacutem dějem teacuteto faacuteze je heterogenniacute reakce uhliacuteku s oxidem uhličityacutem probiacutehajiacuteciacute na
povrchu pyrolyacutezniacuteho zbytku Vznikajiacuteciacute CO se z povrchu okamžitě uvolňuje do plynneacute faacuteze a
v přiacutepadě dostatečně vysokeacute koncentrace kysliacuteku a přiacutezniveacute teploty se daacutele oxiduje až na CO2
Spalovaacuteniacute tuheacuteho uhliacuteku je nejdelšiacute ze všech faacuteziacute spalovaacuteniacute trvaacute až 90 celkoveacute doby Poteacute
probiacutehaacute dohořiacutevaacuteniacute tuhyacutech zbytků34
Vznik a průběh spalovaciacuteho procesu je ovlivněn některyacutemi vlastnostmi paliv K těmto
vlastnostem patřiacute zejmeacutena měrnyacute tepelnyacute obsah paliva (spalneacute teplo a vyacutehřevnost) mez
zaacutepalnosti paliva teplota vzniacuteceniacute paliva rychlost plamene spalovaciacute teplota vlhkost a takeacute
složeniacute
5
Pracovniacutemi laacutetkami spalovaciacuteho procesu jsou
a) Palivo což je obecně jakaacutekoliv hořlavaacute laacutetka s dostatečnou vyacutehřevnostiacute a aktivitou
okysličovaciacutech pochodů
b) Okysličovadlo což je laacutetka obsahujiacuteciacute kysliacutek V praxi byacutevaacute nejčastějšiacutem okysličovadlem
vzduch Souhrnně palivo a okysličovadlo označujeme jako vstupniacute laacutetky spalovaciacuteho procesu
c) Produkty spalovaciacuteho procesu vznikajiacute jako vyacutesledek chemickeacute reakce mezi palivem a
okysličovadlem Patřiacute k nim plynneacute spaliny a tuhyacute nebo kapalnyacute zbytek po spalovaacuteniacute
22 Vyacuteznamneacute znečišťujiacuteciacute laacutetky vznikajiacuteciacute při spalovaacuteniacute
Za znečišťujiacuteciacute laacutetky jsou považovaacuteny hmotneacute laacutetky všech skupenstviacute přiacutetomneacute v
ovzdušiacute ktereacute nepřiacuteznivě ovlivňujiacute ovzdušiacute a poškozujiacute zdraviacute člověka nebo ostatniacutech
organismů zhoršujiacute jejich životniacute prostřediacute nadměrně je obtěžujiacute nebo poškozujiacute majetek
přiacutemo nebo po chemickyacutech změnaacutech v atmosfeacuteře nebo ve spolupůsobeniacute s jinou laacutetkou
Při spalovaacuteniacute dřeva vznikajiacute znečišťujiacuteciacute laacutetky ktereacute podle zaacutekona O ovzdušiacute č
862002 Sb patřiacute mezi hlavniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky Jednaacute se o naacutesledujiacuteciacute laacutetky
bull Oxid uhelnatyacute ndash CO
bull Oxid siřičityacute ndash SO2
bull Oxidy dusiacuteku ndash NOx (suma NO + NO2 vyjaacutedřenaacute jako NO2)
bull Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky (TZL) ndash tuheacute čaacutestice ve spalinaacutech
bull Organickeacute laacutetky (OL) vyjaacutedřeneacute jako celkovyacute organickyacute uhliacutek (TOC)
Tyto znečišťujiacuteciacute laacutetky jsou svyacutem původem vzniku součaacutestiacute paliva a ve vyacuteše uvedeneacute
formě se do ovzdušiacute dostaacutevajiacute v důsledku uvolněniacute tepla obsaženeacuteho v palivu spalovaciacutem
procesem
Při měřeniacute byly sledovaacuteny pouze prvniacute tři znečišťujiacuteciacute laacutetky
Vyacutevoj celkovyacutech emisiacute zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech
1990ndash2004 je uveden na Obr 1 V letech 1990 ndash 1997 došlo k dlouhodobeacutemu poklesu emisiacute
6
oxidu siřičiteacuteho a tuhyacutech laacutetek1 To je způsobeno sniacuteženiacutem spotřeby hnědeacuteho uhliacute těžkeacuteho
topneacuteho oleje a odsiřovaacuteniacutem paliva i vzniklyacutech spalin ze spalovaciacutech procesů
0200400600800
100012001400160018002000
1990 1992 1994 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004roky
celk
oveacute
emis
e (1
000t
rok)
SO2 CO NOx VOC tuheacute laacutetky
Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech
1990ndash2004
221 Oxid uhelnatyacute
Oxid uhelnatyacute je jedovatyacute plyn bez chuti a zaacutepachu omezeně rozpustnyacute ve vodě V
atmosfeacuteře se velmi rychle rozptyacuteliacute takže ve většiacute vzdaacutelenosti od zdroje neniacute nebezpečnyacute
Zvyacutešenyacute obsah oxidu uhelnateacuteho ve spalinaacutech je charakteristickyacute pro středniacute a předevšiacutem pro
maleacute zdroje znečišťovaacuteniacute ovzdušiacute
Technickou přiacutečinou vzniku oxidu uhelnateacuteho při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv je
nedokonalyacute průběh spalovaacuteniacute způsobenyacute nedostatečnyacutem přiacutevodem spalovaciacuteho vzduchu nebo
nedostatečnou teplotou ve spalovaciacutem prostoru Oxid uhelnatyacute vznikaacute rovněž sekundaacuterniacutemi
reakcemi jakyacutemi jsou disociace CO2 při teplotě spalin převyšujiacuteciacute 1500 degC nebo reakce CO2 s
nespaacutelenyacutem uhliacutekem při teplotaacutech nad 950 degC Vliv teploty na uacuteplnost konverze CO na CO2
(při dostatečneacutem přiacutestupu kysliacuteku v palivu) je uveden na Obr 2 Tyto vlivy však můžeme u
většiny malyacutech zdrojů zanedbat protože teplota spalin nedosahuje tak vysokyacutech hodnot1
Oxid uhelnatyacute vaacuteže v krvi člověka krevniacute barvivo a způsobuje proto při vyššiacutech
daacutevkaacutech smrt udušeniacutem protože zabraňuje funkci krve jako transporteacuteru kysliacuteku v těle Přesto
7
je působeniacute oxidu uhelnateacuteho na lidskyacute organismus ze zdravotniacuteho hlediska kvalifikovaacuteno
jako nejmeacuteně poškozujiacuteciacute ze všech znečišťujiacuteciacutech laacutetek z energetickyacutech zdrojů5
Vyacuteraznou a nebezpečnou vlastnostiacute CO jsou širokeacute meze zaacutepalnosti a tiacutem takeacute
vyacutebušnosti ktereacute se pohybujiacute v meziacutech 125 až 75 objemoveacute koncentrace ve vzduchu
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO
222 Oxid siřičityacute
Oxid siřičityacute je bezbarvyacute lehce zkapalnitelnyacute jedovatyacute plyn naslaacutedleacute palčiveacute chuti a
zaacutepachu silně draacuteždiacuteciacute sliznice a pokožku Oxid siřičityacute se velmi dobře rozpouštiacute ve vodě (za
normaacutelniacutech podmiacutenek je molaacuterniacute zlomek oxidu siřičiteacuteho ve vodě roven 00606) přičemž
vzniklyacute roztok obsahuje silně disociovanou kyselinu siřičitou
Oxid siřičityacute je původcem tzv kyseleacuteho smogu kteryacute dřiacuteve často vznikal v oblastech
spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv s vyššiacutem obsahem siacutery Popiacutelek s obsahem těžkyacutech kovů a saze
způsobujiacute katalytickou oxidaci oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute kteryacute se vzdušnou vlhkostiacute
8
vytvaacuteřiacute aerosol kyseliny siacuteroveacute Tento aerosol je velmi stabilniacute s dlouhou dobou setrvaacuteniacute v
přiacutezemniacute vrstvě atmosfeacutery
Oxid siřičityacute patřiacute do maleacute skupiny znečišťujiacuteciacutech laacutetek jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je
daacuten vyacutehradně složeniacutem paliva a jejich obsah ve spalinaacutech lze jen velmi omezeně ovlivnit
průběhem spalovaciacuteho procesu V palivu se siacutera vyskytuje v těchto zaacutekladniacutech formaacutech ve
formě siacuteranů (siacutera siacuteranovaacute) pyritu (siacutera pyritickaacute) a dalšiacutech polysulfidů železa (siacutera
sulfidickaacute) vaacutezanaacute v organickyacutech sloučeninaacutech (siacutera organickaacute) a někdy jako siacutera volnaacute Na
tvorbě oxidu siřičiteacuteho se podiacutelejiacute všechny uvedeneacute sloučeniny siacutery s vyacutejimkou siacuteranů3
Snižovaacuteniacute emisiacute oxidu siřičiteacuteho lze v zaacutesadě dosaacutehnout pouze dvěma způsoby uacutepravou
paliva před jeho spaacuteleniacutem a odstraňovaacuteniacutem již vznikleacuteho oxidu siřičiteacuteho ze spalin U malyacutech
zdrojů je teoreticky možnyacute prvniacute způsob druhyacute je velmi technicky a ekonomicky naacuteročnyacute
Obsah siacutery v palivu je různyacute pro různeacute druhy paliva např v uhliacute se pohybuje od 1 do 2
v přiacutepadě dřeva je zanedbatelnyacute
223 Oxidy dusiacuteku
Spalovaciacutemi reakcemi v ohništiacutech vznikajiacute tři různeacute oxidy dusiacuteku a to N2O NO a
NO2 z nichž pouze druheacute dva řadiacuteme mezi znečišťujiacuteciacute laacutetky Podmiacutenkou vzniku NOx při
spalovaacuteniacute je přiacutetomnost atomaacuterniacuteho dusiacuteku a kysliacuteku v reakčniacute zoacuteně plamene Oxid dusnatyacute a
oxid dusičityacute jsou jedovateacute plyny intenzivně iritujiacuteciacute sliznice a pokožku Oba oxidy podporujiacute
vznik fotochemickeacuteho smogu a přiacutezemniacuteho ozonu Fotochemickyacute smog vznikaacute
fotochemickyacutemi reakcemi oxidů dusiacuteku s těkavyacutemi organickyacutemi sloučeninami v přiacutezemniacutech
vrstvaacutech atmosfeacutery přičemž se vytvaacuteřejiacute agresivniacute jedovateacute fotochemickeacute oxidanty
způsobujiacuteciacute paacuteleniacute očiacute bolesti hlavy apod Oxidy dusiacuteku se rovněž uacutečastniacute stratosfeacuterickyacutech
řetězovyacutech reakciacute poškozujiacuteciacutech ozoacutenovou vrstvu Země Proto těmito znečišťujiacuteciacutemi laacutetkami
je nutneacute se zabyacutevat a hledat uacutečinneacute metody jejich sniacuteženiacute nebo odstraněniacute
Oxid dusičityacute je termicky labilniacute při teplotaacutech nad 300 degC kvantitativně disociuje na
oxid dusnatyacute Z toho vyplyacutevaacute že v ohništi se vyskytuje oxid dusnatyacute kteryacute se naacutesledně při
nižšiacutech teplotaacutech čaacutestečně oxiduje na oxid dusičityacute V současneacute době jsou znaacutemy čtyři
zaacutekladniacute mechanismy vzniku oxidu dusnateacuteho
9
bull termickyacute (Zeldovičův) NO - vznikaacute v oblasti teplot nad 1300 degC z dusiacuteku přiacutetomneacuteho
ve vzduchu
Mechanismus vzniku N2 + O rarr N + NO (1)
N + O2 rarrNO + O (2)
N + OH rarrNO + H (3)
bull promptniacute (Fenimorův) NO ndash vznikajiacuteciacute při nejvyššiacutech teplotaacutech v počaacutetečniacute faacutezi
hořeniacute (jejich podiacutel na celkovyacutech emisiacutech NO2 je minimaacutelniacute)
Mechanismus vzniku N2 + OH rarr HCN + N rarr NO (4)
bull palivovyacute NO ndash vznikajiacute v oblasti nejnižšiacutech teplot z dusiacuteku obsaženeacuteho v hořlavině
paliva Důležitaacute při jeho je vzniku doba zdrženiacute v kamnech a přebytek spalovaciacuteho
vzduchu
Mechanismus vzniku RN rarr R + N (5)
N + O2 rarr NO + O (6)
RN + O2 rarr NO + RO (7)
bull NO vzniklyacute z N2O
Vlivy na tvorbu NOx
bull teplota plamene (vliv složeniacute paliva bohatost směsi předehřaacutetiacute vzduchu stupeň
promiacutešeniacute konstrukce a tvar spalovaciacute komory)
bull doba setrvaacuteniacute molekul v paacutesmu vysokyacutech teplot (vliv vyacutetokoveacute rychlosti spalovaneacute
směsi)
bull množstviacute kysliacuteku v paacutesmu spalovaciacutech reakciacute (bohatost směsi a intenzita jejiacuteho
promiacutešeniacute)
Vliv teploty a součinitele přebytku vzduchu při spalovaacuteniacute uhliacute na tvorbu oxidů dusiacuteku je
uveden na Obr 3
10
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku5
224 Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky
Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky patřiacute mezi polutanty jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je určen jak
vlastnostmi paliva tak typem ohniště v němž je provaacuteděno spalovaacuteniacute V ideaacutelniacutem přiacutepadě
dokonaleacuteho spalovaacuteniacute jsou tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tvořeny pouze popiacutelkem (u velkyacutech
energetickyacutech kotlů) ve spalinaacutech zařiacutezeniacute středniacutech a malyacutech vyacutekonů jsou naviacutec přiacutetomny
nedohořeleacute čaacutestice paliva anorganickeacute sloučeniny (popeloviny) a produkty tepelneacuteho
rozkladu uhliacute (saze a jineacute) Škodlivost tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek je daacutena několika faktory
Diacuteky sveacutemu velkeacutemu měrneacutemu povrchu sorbujiacute jineacute toxickeacute sloučeniny jakyacutemi jsou
persistentniacute organickeacute polutanty těkaveacute fluoridy a chloridy toxickyacutech kovů Daacutele mohou
obsahovat kovy ktereacute katalyzujiacute nežaacutedouciacute reakce např přiacutetomnost vanadu způsobuje
přeměnu oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute
Z podstaty vzniku tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek vyplyacutevaacute že jejich vzniku zvlaacuteště v
topeništiacutech malyacutech vyacutekonů nelze prakticky zabraacutenit
225 Organickeacute laacutetky
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky zahrnujiacute velmi širokou skupinu sloučenin s velmi
rozdiacutelnyacutemi fyzikaacutelně-chemickyacutemi a toxikologickyacutemi vlastnostmi
11
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky lze zařadit do třiacute třiacuted
1 těkaveacute organickeacute laacutetky (Volatile Organic Compounds - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou VOC) tj organickaacute sloučenina nebo směs organickyacutech
sloučenin s vyacutejimkou methanu kteraacute při teplotě 29315 K maacute tlak par 001 kPa nebo maacute
odpoviacutedajiacuteciacute těkavost za konkreacutetniacutech podmiacutenek jejiacuteho použitiacute a kteraacute může v průběhu sveacute
přiacutetomnosti v ovzdušiacute reagovat za spolupůsobeniacute slunečniacuteho zaacuteřeniacute s oxidy dusiacuteku za vzniku
fotochemickeacuteho smogu
2 persistentniacute organickeacute laacutetky (Persistent Organic Pollutants - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou POPs) tj organickeacute laacutetky ktereacute působiacute vyacuteznamnyacutem
škodlivyacutem vlivem na lidskeacute zdraviacute a maacute škodliveacute uacutečinky na životniacute prostřediacute v miacutestě i okoliacute
jejiacuteho zdroje a jejiacute toxickeacute vlastnosti jsou spojeny se schopnostiacute dlouhodobě přetrvaacutevat v
životniacutem prostřediacute a schopnostiacute akumulace v biologickyacutech systeacutemech V přiacutepadě analyacutezy
odpadniacutech plynů a kvality ovzdušiacute se členiacute daacutele podle toxicity na tři kategorie
I polychlorovaneacute dibenzodioxiny a dibenzofurany (PCDDPCDF)
II polychlorovaneacute bifenyly (PCB)
III polycyklickeacute aromatickeacute uhlovodiacuteky (PAH)
3 methan6
23 Zaacutekladniacute pojmy v ochraně ovzdušiacute
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v koncentrovaneacute podobě tak jak vystupujiacute ze zdroje znečištěniacute např
u kotelny z komiacutena označujeme jako emise a jejich maximaacutelniacute koncentrace je omezena podle
nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb a navazujiacuteciacutemi předpisy tzv emisniacutemi limity
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v ovzdušiacute se tzv přiacutezemniacute vrstvě tj tam kde jsou obsahem ovzdušiacute
ktereacute dyacutechaacuteme označujiacute jako imise a nejvyššiacute dovoleneacute koncentrace těchto laacutetek jsou opět
omezeny zaacutekonnou normou ve formě imisniacutech limitů
Koncentrace emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek se vyjadřujiacute buď hmotnostniacute koncentraciacute (mg
m-3 microgm-3) Hmotnostniacute koncentrace je nutno uvaacutedět a přepočiacutetaacutevat na normaacutelniacute podmiacutenky
12
(p = 101325 kPa a T = 27315 K) a na referentniacute obsah kysliacuteku Referentniacute obsah kysliacuteku je
stanoven v zaacutevislosti na spalovaneacutem palivu např pro dřevo je 6 pro uhliacute 11 atd
Spotřebiče malyacutech vyacutekonů patřiacute mezi zdroje znečišťovaacuteniacute jejichž emisniacute limity nejsou
určeny zcela jednoznačně Pro spraacutevneacute zařazeniacute spotřebiče do přiacuteslušneacute skupiny zdrojů je
nutno znaacutet jmenovityacute tepelnyacute vyacutekon spotřebiče vlastnickyacute vztah provozovatele spalovaciacuteho
zařiacutezeniacute k nemovitosti se spalovaciacutem zařiacutezeniacutem a v některyacutech přiacutepadech stanovisko
stavebniacuteho uacuteřadu k možnosti společneacuteho vypouštěniacute spalin
Nejjednoduššiacute situace nastaacutevaacute v přiacutepadě že součet jmenovityacutech tepelnyacutech vyacutekonů
všech spotřebičů na tuhaacute paliva je v daneacutem objektu menšiacute než 15 kW Pak bez ohledu na
ostatniacute skutečnosti platiacute že pro provoz těchto spotřebičů neniacute stanoven žaacutednyacute emisniacute limit
Spotřebič může byacutet uveden na trh pokud autorizovanaacute zkušebna potvrdiacute dosaženiacute
předepsanyacutech hodnot objemoveacuteho zlomku oxidu uhelnateacuteho3
24 Vlastnosti tuhyacutech paliv
Palivo se sklaacutedaacute ze třiacute zaacutekladniacutech složek hořlaviny vody a popelovin ktereacute tvořiacute tzv
hrubyacute rozbor paliva pro něž platiacute
h + W + A = 1 [kgkg-1] (8)
h je tzv hořlavina (čaacutest palivoveacute hmoty obsahujiacuteciacute uvolnitelneacute teplo)
W je voda obsaženaacute v palivu
A jsou inertniacute popeloviny v palivu
Hořlavina paliva se děliacute na prchavyacute podiacutel (hořlavina kteraacute se uvolniacute zahřaacutetiacutem paliva v
plynneacute formě) a uhliacutekovyacute zbytek (hořiacute v pevneacutem stavu) Hořlavina je tvořena 5-ti prvky a to
uhliacutekemvodiacutekem siacuterou dusiacutekem a palivovyacutem kysliacutekem Dřevo tedy obsahuje tři zaacutekladniacute
prvky ktereacute jsou zdrojem chemicky vaacutezaneacuteho tepla - uhliacutek vodiacutek a siacuteru
Voda obsaženaacute v palivu se děliacute na vodu hrubou (volnaacute voda) a na vodu zbytkovou
(chemicky v palivu vaacutezanou)
13
Popeloviny v palivu se děliacute na čaacutest kteraacute po spaacuteleniacute paliva zůstane v plynneacute formě
(prchavyacute podiacutel) a na popel kteryacute zůstane v pevneacutem stavu
Dřevo je organickyacute materiaacutel rostlinneacuteho původu Největšiacute podiacutel jeho složeniacute zaujiacutemaacute
celuloacuteza (cca 42) daacutele hemiceluloacutezy (cca 26) a lignin (cca 25) Zbytek tvořiacute acetyl (cca
2) popeloviny (03 ) škroby a tuky (cca 18) biacutelkoviny (cca 1) třiacutesloviny (cca 01)
pryskyřičneacute laacutetky (cca 16) a ve stopoveacutem množstviacute barviva alkaloidy glykosidy a ostatniacute
složky
Poměrnaacute množstviacute prvků v sušině tuzemskeacuteho dřeva jsou přibližně
uhliacutek 50
dusiacutek 004 až 02
vodiacutek 6
popeloviny 02 až 06
kysliacutek 43
Vyacutehřevnost dřeva zaacutevisiacute na jeho vlhkosti Všechna voda ve dřevě obsaženaacute se při
spaacuteleniacute odpařiacute a na tuto přeměnu kapalneacute vody na paacuteru se spotřebuje čaacutest energie vznikleacute
spaacuteleniacutem sušiny Vyacutehřevnost sušiny se u všech druhů dřeva pohybuje přibližně od 17 do 22
MJkg-1 Při běžneacute vlhkosti tj při 25 vody klesaacute tato vyacutehřevnost na hodnoty kolem 15
MJkg-17
Bod zaacutepalnosti tj nejnižšiacute teplota na kterou se musiacute dřevo zahřaacutet aby se samovzniacutetilo
je mezi 330 a 470 degC kdežto bod vzplanutiacute tj nejnižšiacute teplota při niacutež se ve dřevě vyvine
tolik plynů že se vzduchem vytvořiacute směs kteraacute se přibliacuteženiacutem k plameni vzniacutetiacute je pouze 180
až 275degC
Různeacute dřeviny majiacute rozdiacutelnou vyacutehřevnost a nehořiacute stejnyacutem způsobem Obecně daacutevaacuteme
přednost tvrdeacutemu dřevu jako je dub buk jasan habr a ovocneacute dřeviny Hořiacute jasnyacutem
plamenem a produkujiacute hodně žhavyacutech uhliacuteků ze kteryacutech dlouho vyzařuje teplo Nejviacutece
rozšiacuteřeneacute dřevo u naacutes je bukoveacute protože maacute nejvyššiacute vyacutehřevnost z dostupnyacutech dřevin Musiacute
byacutet uskladněno pod přiacutestřeškem ihned po poraženiacute rozřezaacuteniacute a naštiacutepaacuteniacute v opačneacutem přiacutepadě
velmi rychle trouchniviacute a ztraacuteciacute vyacutehřevnost
Neniacute důležiteacute jakeacute dřevo spalujeme ale skutečnost že dřevo musiacute byacutet dobře proschleacute
(podiacutel vody v sucheacutem dřevu dosahuje zhruba 15) Spalovaacuteniacutem nevysušeneacuteho dřeva se
14
snižuje jeho vyacutehřevnost protože velkaacute čaacutest energie je spotřebovaacutena praacutevě na odpařeniacute vody
obsaženeacute ve dřevu To se projeviacute ve zvyacutešeneacute spotřebě dřevniacute hmoty Hořiacuteciacute vlhkeacute dřevo
produkuje velkeacute množstviacute kouře spaliny majiacute vysokyacute obsah dehtu maacutelo plamenů což
způsobuje zanaacutešeniacute topeniště skla průzoru u krbu kotle i komiacutenu Daacutele spalovaacuteniacutem vlhkeacuteho
dřeva dojde ke zvyacutešeniacute obsahu vodniacute paacutery ve spalinaacutech a tiacutem ke zvyacutešeniacute jejich rosneacuteho bodu
To se může projevit kondenzaciacute vlhkosti a zkraacuteceniacutem životnosti kamen přiacutepadně komiacutenoveacuteho
tělesa Z těchto důvodů vyplyacutevaacute že topeniacute vlhkyacutem dřevem je meacuteně vyacutehodneacute jak pro uživatele
tak pro přiacuterodu
Spraacutevneacute vysoušeniacute dřeva přiacuterodniacutem způsobem nastane u měkkeacuteho dřeva u rozštiacutepnutyacutech
polen po dvou letech u tvrdeacuteho dřeva po třech letech
15
3 Experimentaacutelniacute čaacutest
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute
bull Kombinovanaacute krbovaacute kamna Golemek 95 od firmy Verner
Parametry stanoveneacute vyacuterobcem celkovyacute jmenovityacute vyacutekon 9 kW uacutečinnost 80 a objem
přiklaacutedaciacuteho prostoru 45 l Předepsanyacutem palivem je dřevo o vlhkosti do 20 nebo dřevniacute
brikety V kamnech je možneacute spalovat polena deacutelky 35 cm o průměru až 20 cm
Podle nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb spotřebiče o jmenoviteacutem tepelneacutem vyacutekonu do 10
kW označovaneacute jako lokaacutelniacute spotřebiče (bez ohledu na provedeniacute a uacutečel použitiacute spotřebiče)
Vyacuterobce těchto zařiacutezeniacute musiacute prokaacutezat splněniacute technickyacutech požadavků majitel neniacute povinen
dodržovat žaacutedneacute emisniacute limity může byacutet pouze zaacutekonnyacutem způsobem omezen ve volbě
spalovaneacuteho paliva3
bull Analyzaacutetor Horiba PG 250 měřiciacute COCO2 SO2 NO2 O2
Kysliacutek -byl stanovovaacuten paramagneticky
Oxid siřičityacute oxid uhelnatyacute a oxid uhličityacute - byly stanovovaacuteny pomociacute NDIR spektrometru
Oxid dusičnyacute - byl stanovovaacuten pomociacute chemiluminiscence
Tab II Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 250
Analyt Certifikovanaacute hodnota objemoveacuteho zlomku kalibračniacute složky v kalibračniacutem plynu Relativniacute nejistota certifikovaneacute hodnoty
CO 100 2
CO2 12 1
NO 198 2
SO2 199 2
Směs CO NO CO2 SO2 v dusiacuteku ( Linde Technoplyn Praha)
16
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab II Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
Parametry analyzaacutetoru jsou shrnuty v naacutesledujiacuteciacute Tab III
Tab III Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 250
Analyt Měřiacuteciacute princip Jmenoviteacute měřiacuteciacute rozsahy
O2 paramagnetickyacute (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
CO NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2000) mlm3 a (0 divide 5000) mlm3
CO2 NDIR (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
SO2 NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 3000) mlm3
NO Chemiluminiscence (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3 (0 divide 100) mlm3
(0 divide 250) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2500) mlm3
NO2 Chemiluminiscence s předřazenyacutem konvektorem (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3
Relativniacute nejistota měřeniacute ndash pro všechny analyty a rozsahy plusmn 2 z naměřeneacute hodnoty
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab III Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
17
bull Dřevařskyacute vlhkoměr ndash vyjadřuje vlhkost jako podiacutel hmotnosti vody ku hmotnosti
sušiny ve dřevě
bull Anemometr Testo 435 s vrtulkovou sondou ndash průtok byl měřen pouze orientačně
bull Teplota v komiacuteně byla měřena kontinuaacutelně termočlaacutenkem typu K a zaznamenaacutevaacutena
dataloggerem
Scheacutema zapojeniacute přiacutestrojů je naznačeno na Obr 4
Palivo
Měřiacuteciacute sonda
Spotřebič
KOMIacuteN
ČerpadloChladič
Analyzaacutetor
PC
T
Obr 4 Scheacutema aparatury
311 Stanoveniacute kysliacuteku
Instrumentaacutelniacute metoda stanoveniacute využiacutevaacute pro stanoveniacute kysliacuteku magnetickyacutech nebo
elektrochemickyacutech vlastnostiacute molekuly
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Na uacutevod teacuteto praacutece bych chtěla poděkovat meacutemu školiteli Ing Martinu Voseckeacutemu za
podporu po celou dobu vytvaacuteřeniacute praacutece daacutele pak Doc Ing Bohumilu Koutskeacutemu CSc a Ing
Jiřiacutemu Malechovi CSc za technickou pomoc při sestavovaacuteniacute aparatury a za cenneacute rady
Souhrn
Spalovaciacute procesy představujiacute nejvyacuteznamnějšiacute antropogenniacute činnost způsobujiacuteciacute
znečištěniacute ovzdušiacute Nejviacutece uhliacute se spaluje v zařiacutezeniacutech o vyacutekonech od jednotek kW až po
stovky MW kteryacutemi je ziacuteskaacutevaacuteno velkeacute množstviacute energie V domaacutecnostech se ziacuteskaacutevaacute teplo
spalovaacuteniacutem zemniacuteho plynu uhliacute či dřeva Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na vliv topneacuteho
režimu na emise krbovyacutech kamen spalujiacuteciacutech březoveacute dřevo boroveacute dřevo či dřevěneacute brikety
V teoretickeacute čaacutesti je popsaacuten spalovaciacute proces tuhyacutech paliv a přehled znečišťujiacuteciacutech
laacutetek ktereacute vznikajiacute při hořeniacute v lokaacutelniacutech spotřebičiacutech Teacutež je diskutovaacuten jejich vliv na
ekosysteacutem a lidskeacute zdraviacute
V experimentaacutelniacute čaacutesti jsou popsaacuteny použiteacute přiacutestroje vybaveniacute a stanoveniacute
odebranyacutech vzorků Je podaacuten přehled metod stanoveniacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek ve spalinaacutech
stacionaacuterniacutech zdrojů emisiacute Jsou zde řešeny tři hlavniacute uacutekoly Prvniacutem uacutekolem bylo zjištěniacute
vlivu různyacutech typů paliv na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Daacutele posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože
na změnu emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento pokus byl provaacuteděn pouze u borovice Posledniacutem
uacutekolem bylo zjistit vliv teploty v komiacuteně na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Vyacutesledkem praacutece je rozsaacutehlyacute soubor experimentaacutelniacutech dat jednotlivyacutech paliv při jejich
spalovaacuteniacute v lokaacutelniacutech spotřebičiacutech s vyacutekonem do 10 kW Bylo zjištěno že za obvyklyacutech
provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti přiacutelože paliva a druhu paliva na tvorbu sledovanyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute při
rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech hodnot Z rozboru
provedeneacuteho měřeniacute vyplyacutevaacute že optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute ve sledovaneacutem lokaacutelniacutem
spotřebiči lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem paliva
1
Obsah
1 UacuteVOD2
2 TEORETICKAacute ČAacuteST 4
21 Spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv 4
22 Vyacuteznamneacute znečišťujiacuteciacute laacutetky vznikajiacuteciacute při spalovaacuteniacute 5 221 Oxid uhelnatyacute 6 222 Oxid siřičityacute 7 223 Oxidy dusiacuteku 8 224 Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky 10 225 Organickeacute laacutetky10
23 Zaacutekladniacute pojmy v ochraně ovzdušiacute 11
24 Vlastnosti tuhyacutech paliv12
3 EXPERIMENTAacuteLNIacute ČAacuteST15
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute 15 311 Stanoveniacute kysliacuteku 17 312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho19 313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku 20
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků 21
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků 22 331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody22 332 Stanoveniacute popela 23 333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny 23
4 VYacuteSLEDKY A DISKUSE 24
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek 24
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv 27
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute28
5 ZAacuteVĚR29
SEZNAM POUŽITEacute LITERATURY 30
SEZNAM OBRAacuteZKŮ 31
SEZNAM TABULEK 32
SEZNAM PŘIacuteLOH33
2
1 Uacutevod
Spalovaacuteniacute je nejstaršiacutem technologickyacutem procesem využiacutevanyacutem lidstvem od sameacuteho
počaacutetku jeho existence tj po viacutece než 1 milion let Spalovaacuteniacutem převaacutežně fosilniacutech paliv se
ziacuteskaacutevaacute teplo a energie
Historicky nejstaršiacutem spalovaciacutem zařiacutezeniacutem je otevřeneacute ohniště ktereacute v podobě
otevřenyacutech krbů přetrvaacutevaacute až do současnosti Nevyacutehodou byla niacutezkaacute teplota plamene a niacutezkaacute
koncentrace prchaveacute hořlaviny uvolňujiacuteciacute se ze dřeva Průlomem do otevřenyacutech ohnišť byl
vynaacutelez uzavřeneacuteho roštoveacuteho topeniště Omezenyacute a řiacutezenyacute přiacutestup spalovaciacuteho vzduchu s
uzavřenyacutem vyzděnyacutem spalovaciacutem prostorem vyacuterazně změnil podmiacutenky spalovaacuteniacute Reakčniacute
teplota danaacute teplotou plamene je nejen vyššiacute ale takeacute rovnoměrnějšiacute v prostoru topeniště
Koncentrace prchaveacute hořlaviny je rovněž diacuteky pouze dvojnaacutesobneacutemu přebytku vzduchu
přiacuteznivějšiacute i když je staacutele nehomogenniacute v prostoru topeniště
Průmyslovaacute revoluce přibližně před 200 lety přinesla objeveniacute a využiacutevaacuteniacute fyzikaacutelně
chemickyacutech zaacutekonů hořeniacute vznikly noveacute technologie spalovaacuteniacute ktereacute nejenže dokaacutezaly spaacutelit
použiacutevaneacute palivo dokonaleji a s vyššiacute uacutečinnostiacute ale vyššiacute spalovaciacute teplotou umožnily využitiacute
dalšiacutech paliv ktereacute byly pro původniacute technologie spalovaacuteniacute nepoužitelneacute
Spalovaacuteniacute maacute takeacute nepřiacutezniveacute dopady na všechny složky životniacuteho prostřediacute předevšiacutem
na znečišťovaacuteniacute ovzdušiacute toxickyacutemi laacutetkami a skleniacutekovyacutemi plyny Znečišťujiacuteciacute laacutetky mohou
způsobit degradaci ekosysteacutemů a mohou miacutet vyacuteznamnyacute dopad na lidskeacute zdraviacute Proto je
důležiteacute věnovat se možnostem snižovaacuteniacute emisiacute při spalovaacuteniacute fosilniacutech paliv Jako
nejjednoduššiacute způsob snižovaacuteniacute emisiacute malyacutech energetickyacutech zdrojů je přechod na plynnaacute
přiacutepadně kapalnaacute paliva V Českeacute republice proběhla v letech 1991 - 2000 intenzivniacute
plynofikace I nadaacutele jsou statisiacutece domaacutecnostiacute odkaacutezaacuteny na vytaacutepěniacute lokaacutelniacutemi topidly na
tuhaacute paliva zejmeacutena na venkově Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů mezi lety 1991 a 2004 ukazuje
Tab I
Tab I Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911
Způsob otopu [] Roky
Pevnaacute paliva Centraacutel vytaacutepěniacute Plynnaacute paliva Elektrickyacute otop Ostatniacute
1991 44 36 18 1 1 2004 19 37 37 6 1
3
Jedniacutem z rozšiacuteřenyacutech typů tuhyacutech paliv spalovanyacutech v lokaacutelniacutech topeništiacutech je dřevo
Dřevo je palivem zejmeacutena v menšiacutech siacutedlech dobře dostupnyacutem cenově přijatelnyacutem
nezanedbatelnou přednostiacute z hlediska životniacuteho prostřediacute je i jeho obnovitelnost Dřevo lze
spalovat ve formě polen poliacutenek štěpky pilin hoblin i briket
Praacutece je věnovaacutena měřeniacute emisiacute majoritniacutech znečišťujiacuteciacutech složek (CO NOx a SO2) při
spalovaacuteniacute dřevniacute hmoty v krbovyacutech kamnech maleacuteho vyacutekonu určenyacutech pro vytaacutepěniacute
rodinneacuteho domu Emise uvedenyacutech laacutetek byly sledovaacuteny v šestihodinovyacutech blociacutech v
zaacutevislosti jak na druhu dřeva (břiacuteza borovice pilinoveacute brikety) tak na velikosti přiacutelože (malaacute
a velkaacute polena) a jejich vlhkosti Daacutele byl sledovaacuten vliv teploty v komiacuteně na koncentraci
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Naměřeneacute hodnoty byly přepočteny na normaacutelniacute stavoveacute podmiacutenky a
referenčniacute obsah kysliacuteku pro dřevo
4
2 Teoretickaacute čaacutest
21 Spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv
Pevnaacute paliva jsou všechna původem z organickeacute hmoty a lišiacute se od sebe dobou a
podmiacutenkami prouhelněniacute (tlak teplota) teacuteto organickeacute hmoty Podle časoveacute zaacutevislosti vzniku
můžeme pevnaacute paliva rozdělit do skupin
bull dřevo (současneacute ndash proto ho neřadiacuteme do fosilniacutech paliv ale do obnovitelnyacutech
zdrojů energie)
bull rašelina (staacuteřiacute cca 10 tisiacutec roků)
bull hnědaacute uhliacute (staacuteřiacute cca 1 milion roků)
bull černaacute uhliacute ( staacuteřiacute cca 3 miliony roků)
bull antracity ( staacuteřiacute cca 5 milionů roků)2
Spalovaacuteniacute probiacutehaacute ve čtyřech vzaacutejemně se překryacutevajiacuteciacutech se faacuteziacutech Po přiacutevodu paliva
do vyhřaacuteteacuteho ohniště probiacutehaacute prvniacute faacuteze V prvniacute faacutezi dochaacuteziacute k odpařovaacuteniacute vody palivo se
vysoušiacute a dochaacuteziacute k naacutesledneacutemu uvolňovaacuteniacute prchaveacute hořlaviny ktereacute probiacutehaacute intenzivně při
ohřaacutetiacute nad 250 degC Ve druheacute faacutezi se prchavaacute hořlavina miacutesiacute se vzduchem a teplota se zvyšuje
Ve třetiacute plynneacute faacutezi nastaacutevaacute hořeniacute prchaveacute hořlaviny V posledniacute faacutezi probiacutehaacute při nejvyššiacutech
teplotaacutech spalovaacuteniacute tuheacuteho uhliacuteku a dochaacuteziacute k uvolněniacute největšiacuteho množstviacute tepla
Vyacuteznamnyacutem dějem teacuteto faacuteze je heterogenniacute reakce uhliacuteku s oxidem uhličityacutem probiacutehajiacuteciacute na
povrchu pyrolyacutezniacuteho zbytku Vznikajiacuteciacute CO se z povrchu okamžitě uvolňuje do plynneacute faacuteze a
v přiacutepadě dostatečně vysokeacute koncentrace kysliacuteku a přiacutezniveacute teploty se daacutele oxiduje až na CO2
Spalovaacuteniacute tuheacuteho uhliacuteku je nejdelšiacute ze všech faacuteziacute spalovaacuteniacute trvaacute až 90 celkoveacute doby Poteacute
probiacutehaacute dohořiacutevaacuteniacute tuhyacutech zbytků34
Vznik a průběh spalovaciacuteho procesu je ovlivněn některyacutemi vlastnostmi paliv K těmto
vlastnostem patřiacute zejmeacutena měrnyacute tepelnyacute obsah paliva (spalneacute teplo a vyacutehřevnost) mez
zaacutepalnosti paliva teplota vzniacuteceniacute paliva rychlost plamene spalovaciacute teplota vlhkost a takeacute
složeniacute
5
Pracovniacutemi laacutetkami spalovaciacuteho procesu jsou
a) Palivo což je obecně jakaacutekoliv hořlavaacute laacutetka s dostatečnou vyacutehřevnostiacute a aktivitou
okysličovaciacutech pochodů
b) Okysličovadlo což je laacutetka obsahujiacuteciacute kysliacutek V praxi byacutevaacute nejčastějšiacutem okysličovadlem
vzduch Souhrnně palivo a okysličovadlo označujeme jako vstupniacute laacutetky spalovaciacuteho procesu
c) Produkty spalovaciacuteho procesu vznikajiacute jako vyacutesledek chemickeacute reakce mezi palivem a
okysličovadlem Patřiacute k nim plynneacute spaliny a tuhyacute nebo kapalnyacute zbytek po spalovaacuteniacute
22 Vyacuteznamneacute znečišťujiacuteciacute laacutetky vznikajiacuteciacute při spalovaacuteniacute
Za znečišťujiacuteciacute laacutetky jsou považovaacuteny hmotneacute laacutetky všech skupenstviacute přiacutetomneacute v
ovzdušiacute ktereacute nepřiacuteznivě ovlivňujiacute ovzdušiacute a poškozujiacute zdraviacute člověka nebo ostatniacutech
organismů zhoršujiacute jejich životniacute prostřediacute nadměrně je obtěžujiacute nebo poškozujiacute majetek
přiacutemo nebo po chemickyacutech změnaacutech v atmosfeacuteře nebo ve spolupůsobeniacute s jinou laacutetkou
Při spalovaacuteniacute dřeva vznikajiacute znečišťujiacuteciacute laacutetky ktereacute podle zaacutekona O ovzdušiacute č
862002 Sb patřiacute mezi hlavniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky Jednaacute se o naacutesledujiacuteciacute laacutetky
bull Oxid uhelnatyacute ndash CO
bull Oxid siřičityacute ndash SO2
bull Oxidy dusiacuteku ndash NOx (suma NO + NO2 vyjaacutedřenaacute jako NO2)
bull Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky (TZL) ndash tuheacute čaacutestice ve spalinaacutech
bull Organickeacute laacutetky (OL) vyjaacutedřeneacute jako celkovyacute organickyacute uhliacutek (TOC)
Tyto znečišťujiacuteciacute laacutetky jsou svyacutem původem vzniku součaacutestiacute paliva a ve vyacuteše uvedeneacute
formě se do ovzdušiacute dostaacutevajiacute v důsledku uvolněniacute tepla obsaženeacuteho v palivu spalovaciacutem
procesem
Při měřeniacute byly sledovaacuteny pouze prvniacute tři znečišťujiacuteciacute laacutetky
Vyacutevoj celkovyacutech emisiacute zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech
1990ndash2004 je uveden na Obr 1 V letech 1990 ndash 1997 došlo k dlouhodobeacutemu poklesu emisiacute
6
oxidu siřičiteacuteho a tuhyacutech laacutetek1 To je způsobeno sniacuteženiacutem spotřeby hnědeacuteho uhliacute těžkeacuteho
topneacuteho oleje a odsiřovaacuteniacutem paliva i vzniklyacutech spalin ze spalovaciacutech procesů
0200400600800
100012001400160018002000
1990 1992 1994 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004roky
celk
oveacute
emis
e (1
000t
rok)
SO2 CO NOx VOC tuheacute laacutetky
Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech
1990ndash2004
221 Oxid uhelnatyacute
Oxid uhelnatyacute je jedovatyacute plyn bez chuti a zaacutepachu omezeně rozpustnyacute ve vodě V
atmosfeacuteře se velmi rychle rozptyacuteliacute takže ve většiacute vzdaacutelenosti od zdroje neniacute nebezpečnyacute
Zvyacutešenyacute obsah oxidu uhelnateacuteho ve spalinaacutech je charakteristickyacute pro středniacute a předevšiacutem pro
maleacute zdroje znečišťovaacuteniacute ovzdušiacute
Technickou přiacutečinou vzniku oxidu uhelnateacuteho při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv je
nedokonalyacute průběh spalovaacuteniacute způsobenyacute nedostatečnyacutem přiacutevodem spalovaciacuteho vzduchu nebo
nedostatečnou teplotou ve spalovaciacutem prostoru Oxid uhelnatyacute vznikaacute rovněž sekundaacuterniacutemi
reakcemi jakyacutemi jsou disociace CO2 při teplotě spalin převyšujiacuteciacute 1500 degC nebo reakce CO2 s
nespaacutelenyacutem uhliacutekem při teplotaacutech nad 950 degC Vliv teploty na uacuteplnost konverze CO na CO2
(při dostatečneacutem přiacutestupu kysliacuteku v palivu) je uveden na Obr 2 Tyto vlivy však můžeme u
většiny malyacutech zdrojů zanedbat protože teplota spalin nedosahuje tak vysokyacutech hodnot1
Oxid uhelnatyacute vaacuteže v krvi člověka krevniacute barvivo a způsobuje proto při vyššiacutech
daacutevkaacutech smrt udušeniacutem protože zabraňuje funkci krve jako transporteacuteru kysliacuteku v těle Přesto
7
je působeniacute oxidu uhelnateacuteho na lidskyacute organismus ze zdravotniacuteho hlediska kvalifikovaacuteno
jako nejmeacuteně poškozujiacuteciacute ze všech znečišťujiacuteciacutech laacutetek z energetickyacutech zdrojů5
Vyacuteraznou a nebezpečnou vlastnostiacute CO jsou širokeacute meze zaacutepalnosti a tiacutem takeacute
vyacutebušnosti ktereacute se pohybujiacute v meziacutech 125 až 75 objemoveacute koncentrace ve vzduchu
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO
222 Oxid siřičityacute
Oxid siřičityacute je bezbarvyacute lehce zkapalnitelnyacute jedovatyacute plyn naslaacutedleacute palčiveacute chuti a
zaacutepachu silně draacuteždiacuteciacute sliznice a pokožku Oxid siřičityacute se velmi dobře rozpouštiacute ve vodě (za
normaacutelniacutech podmiacutenek je molaacuterniacute zlomek oxidu siřičiteacuteho ve vodě roven 00606) přičemž
vzniklyacute roztok obsahuje silně disociovanou kyselinu siřičitou
Oxid siřičityacute je původcem tzv kyseleacuteho smogu kteryacute dřiacuteve často vznikal v oblastech
spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv s vyššiacutem obsahem siacutery Popiacutelek s obsahem těžkyacutech kovů a saze
způsobujiacute katalytickou oxidaci oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute kteryacute se vzdušnou vlhkostiacute
8
vytvaacuteřiacute aerosol kyseliny siacuteroveacute Tento aerosol je velmi stabilniacute s dlouhou dobou setrvaacuteniacute v
přiacutezemniacute vrstvě atmosfeacutery
Oxid siřičityacute patřiacute do maleacute skupiny znečišťujiacuteciacutech laacutetek jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je
daacuten vyacutehradně složeniacutem paliva a jejich obsah ve spalinaacutech lze jen velmi omezeně ovlivnit
průběhem spalovaciacuteho procesu V palivu se siacutera vyskytuje v těchto zaacutekladniacutech formaacutech ve
formě siacuteranů (siacutera siacuteranovaacute) pyritu (siacutera pyritickaacute) a dalšiacutech polysulfidů železa (siacutera
sulfidickaacute) vaacutezanaacute v organickyacutech sloučeninaacutech (siacutera organickaacute) a někdy jako siacutera volnaacute Na
tvorbě oxidu siřičiteacuteho se podiacutelejiacute všechny uvedeneacute sloučeniny siacutery s vyacutejimkou siacuteranů3
Snižovaacuteniacute emisiacute oxidu siřičiteacuteho lze v zaacutesadě dosaacutehnout pouze dvěma způsoby uacutepravou
paliva před jeho spaacuteleniacutem a odstraňovaacuteniacutem již vznikleacuteho oxidu siřičiteacuteho ze spalin U malyacutech
zdrojů je teoreticky možnyacute prvniacute způsob druhyacute je velmi technicky a ekonomicky naacuteročnyacute
Obsah siacutery v palivu je různyacute pro různeacute druhy paliva např v uhliacute se pohybuje od 1 do 2
v přiacutepadě dřeva je zanedbatelnyacute
223 Oxidy dusiacuteku
Spalovaciacutemi reakcemi v ohništiacutech vznikajiacute tři různeacute oxidy dusiacuteku a to N2O NO a
NO2 z nichž pouze druheacute dva řadiacuteme mezi znečišťujiacuteciacute laacutetky Podmiacutenkou vzniku NOx při
spalovaacuteniacute je přiacutetomnost atomaacuterniacuteho dusiacuteku a kysliacuteku v reakčniacute zoacuteně plamene Oxid dusnatyacute a
oxid dusičityacute jsou jedovateacute plyny intenzivně iritujiacuteciacute sliznice a pokožku Oba oxidy podporujiacute
vznik fotochemickeacuteho smogu a přiacutezemniacuteho ozonu Fotochemickyacute smog vznikaacute
fotochemickyacutemi reakcemi oxidů dusiacuteku s těkavyacutemi organickyacutemi sloučeninami v přiacutezemniacutech
vrstvaacutech atmosfeacutery přičemž se vytvaacuteřejiacute agresivniacute jedovateacute fotochemickeacute oxidanty
způsobujiacuteciacute paacuteleniacute očiacute bolesti hlavy apod Oxidy dusiacuteku se rovněž uacutečastniacute stratosfeacuterickyacutech
řetězovyacutech reakciacute poškozujiacuteciacutech ozoacutenovou vrstvu Země Proto těmito znečišťujiacuteciacutemi laacutetkami
je nutneacute se zabyacutevat a hledat uacutečinneacute metody jejich sniacuteženiacute nebo odstraněniacute
Oxid dusičityacute je termicky labilniacute při teplotaacutech nad 300 degC kvantitativně disociuje na
oxid dusnatyacute Z toho vyplyacutevaacute že v ohništi se vyskytuje oxid dusnatyacute kteryacute se naacutesledně při
nižšiacutech teplotaacutech čaacutestečně oxiduje na oxid dusičityacute V současneacute době jsou znaacutemy čtyři
zaacutekladniacute mechanismy vzniku oxidu dusnateacuteho
9
bull termickyacute (Zeldovičův) NO - vznikaacute v oblasti teplot nad 1300 degC z dusiacuteku přiacutetomneacuteho
ve vzduchu
Mechanismus vzniku N2 + O rarr N + NO (1)
N + O2 rarrNO + O (2)
N + OH rarrNO + H (3)
bull promptniacute (Fenimorův) NO ndash vznikajiacuteciacute při nejvyššiacutech teplotaacutech v počaacutetečniacute faacutezi
hořeniacute (jejich podiacutel na celkovyacutech emisiacutech NO2 je minimaacutelniacute)
Mechanismus vzniku N2 + OH rarr HCN + N rarr NO (4)
bull palivovyacute NO ndash vznikajiacute v oblasti nejnižšiacutech teplot z dusiacuteku obsaženeacuteho v hořlavině
paliva Důležitaacute při jeho je vzniku doba zdrženiacute v kamnech a přebytek spalovaciacuteho
vzduchu
Mechanismus vzniku RN rarr R + N (5)
N + O2 rarr NO + O (6)
RN + O2 rarr NO + RO (7)
bull NO vzniklyacute z N2O
Vlivy na tvorbu NOx
bull teplota plamene (vliv složeniacute paliva bohatost směsi předehřaacutetiacute vzduchu stupeň
promiacutešeniacute konstrukce a tvar spalovaciacute komory)
bull doba setrvaacuteniacute molekul v paacutesmu vysokyacutech teplot (vliv vyacutetokoveacute rychlosti spalovaneacute
směsi)
bull množstviacute kysliacuteku v paacutesmu spalovaciacutech reakciacute (bohatost směsi a intenzita jejiacuteho
promiacutešeniacute)
Vliv teploty a součinitele přebytku vzduchu při spalovaacuteniacute uhliacute na tvorbu oxidů dusiacuteku je
uveden na Obr 3
10
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku5
224 Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky
Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky patřiacute mezi polutanty jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je určen jak
vlastnostmi paliva tak typem ohniště v němž je provaacuteděno spalovaacuteniacute V ideaacutelniacutem přiacutepadě
dokonaleacuteho spalovaacuteniacute jsou tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tvořeny pouze popiacutelkem (u velkyacutech
energetickyacutech kotlů) ve spalinaacutech zařiacutezeniacute středniacutech a malyacutech vyacutekonů jsou naviacutec přiacutetomny
nedohořeleacute čaacutestice paliva anorganickeacute sloučeniny (popeloviny) a produkty tepelneacuteho
rozkladu uhliacute (saze a jineacute) Škodlivost tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek je daacutena několika faktory
Diacuteky sveacutemu velkeacutemu měrneacutemu povrchu sorbujiacute jineacute toxickeacute sloučeniny jakyacutemi jsou
persistentniacute organickeacute polutanty těkaveacute fluoridy a chloridy toxickyacutech kovů Daacutele mohou
obsahovat kovy ktereacute katalyzujiacute nežaacutedouciacute reakce např přiacutetomnost vanadu způsobuje
přeměnu oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute
Z podstaty vzniku tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek vyplyacutevaacute že jejich vzniku zvlaacuteště v
topeništiacutech malyacutech vyacutekonů nelze prakticky zabraacutenit
225 Organickeacute laacutetky
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky zahrnujiacute velmi širokou skupinu sloučenin s velmi
rozdiacutelnyacutemi fyzikaacutelně-chemickyacutemi a toxikologickyacutemi vlastnostmi
11
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky lze zařadit do třiacute třiacuted
1 těkaveacute organickeacute laacutetky (Volatile Organic Compounds - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou VOC) tj organickaacute sloučenina nebo směs organickyacutech
sloučenin s vyacutejimkou methanu kteraacute při teplotě 29315 K maacute tlak par 001 kPa nebo maacute
odpoviacutedajiacuteciacute těkavost za konkreacutetniacutech podmiacutenek jejiacuteho použitiacute a kteraacute může v průběhu sveacute
přiacutetomnosti v ovzdušiacute reagovat za spolupůsobeniacute slunečniacuteho zaacuteřeniacute s oxidy dusiacuteku za vzniku
fotochemickeacuteho smogu
2 persistentniacute organickeacute laacutetky (Persistent Organic Pollutants - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou POPs) tj organickeacute laacutetky ktereacute působiacute vyacuteznamnyacutem
škodlivyacutem vlivem na lidskeacute zdraviacute a maacute škodliveacute uacutečinky na životniacute prostřediacute v miacutestě i okoliacute
jejiacuteho zdroje a jejiacute toxickeacute vlastnosti jsou spojeny se schopnostiacute dlouhodobě přetrvaacutevat v
životniacutem prostřediacute a schopnostiacute akumulace v biologickyacutech systeacutemech V přiacutepadě analyacutezy
odpadniacutech plynů a kvality ovzdušiacute se členiacute daacutele podle toxicity na tři kategorie
I polychlorovaneacute dibenzodioxiny a dibenzofurany (PCDDPCDF)
II polychlorovaneacute bifenyly (PCB)
III polycyklickeacute aromatickeacute uhlovodiacuteky (PAH)
3 methan6
23 Zaacutekladniacute pojmy v ochraně ovzdušiacute
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v koncentrovaneacute podobě tak jak vystupujiacute ze zdroje znečištěniacute např
u kotelny z komiacutena označujeme jako emise a jejich maximaacutelniacute koncentrace je omezena podle
nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb a navazujiacuteciacutemi předpisy tzv emisniacutemi limity
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v ovzdušiacute se tzv přiacutezemniacute vrstvě tj tam kde jsou obsahem ovzdušiacute
ktereacute dyacutechaacuteme označujiacute jako imise a nejvyššiacute dovoleneacute koncentrace těchto laacutetek jsou opět
omezeny zaacutekonnou normou ve formě imisniacutech limitů
Koncentrace emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek se vyjadřujiacute buď hmotnostniacute koncentraciacute (mg
m-3 microgm-3) Hmotnostniacute koncentrace je nutno uvaacutedět a přepočiacutetaacutevat na normaacutelniacute podmiacutenky
12
(p = 101325 kPa a T = 27315 K) a na referentniacute obsah kysliacuteku Referentniacute obsah kysliacuteku je
stanoven v zaacutevislosti na spalovaneacutem palivu např pro dřevo je 6 pro uhliacute 11 atd
Spotřebiče malyacutech vyacutekonů patřiacute mezi zdroje znečišťovaacuteniacute jejichž emisniacute limity nejsou
určeny zcela jednoznačně Pro spraacutevneacute zařazeniacute spotřebiče do přiacuteslušneacute skupiny zdrojů je
nutno znaacutet jmenovityacute tepelnyacute vyacutekon spotřebiče vlastnickyacute vztah provozovatele spalovaciacuteho
zařiacutezeniacute k nemovitosti se spalovaciacutem zařiacutezeniacutem a v některyacutech přiacutepadech stanovisko
stavebniacuteho uacuteřadu k možnosti společneacuteho vypouštěniacute spalin
Nejjednoduššiacute situace nastaacutevaacute v přiacutepadě že součet jmenovityacutech tepelnyacutech vyacutekonů
všech spotřebičů na tuhaacute paliva je v daneacutem objektu menšiacute než 15 kW Pak bez ohledu na
ostatniacute skutečnosti platiacute že pro provoz těchto spotřebičů neniacute stanoven žaacutednyacute emisniacute limit
Spotřebič může byacutet uveden na trh pokud autorizovanaacute zkušebna potvrdiacute dosaženiacute
předepsanyacutech hodnot objemoveacuteho zlomku oxidu uhelnateacuteho3
24 Vlastnosti tuhyacutech paliv
Palivo se sklaacutedaacute ze třiacute zaacutekladniacutech složek hořlaviny vody a popelovin ktereacute tvořiacute tzv
hrubyacute rozbor paliva pro něž platiacute
h + W + A = 1 [kgkg-1] (8)
h je tzv hořlavina (čaacutest palivoveacute hmoty obsahujiacuteciacute uvolnitelneacute teplo)
W je voda obsaženaacute v palivu
A jsou inertniacute popeloviny v palivu
Hořlavina paliva se děliacute na prchavyacute podiacutel (hořlavina kteraacute se uvolniacute zahřaacutetiacutem paliva v
plynneacute formě) a uhliacutekovyacute zbytek (hořiacute v pevneacutem stavu) Hořlavina je tvořena 5-ti prvky a to
uhliacutekemvodiacutekem siacuterou dusiacutekem a palivovyacutem kysliacutekem Dřevo tedy obsahuje tři zaacutekladniacute
prvky ktereacute jsou zdrojem chemicky vaacutezaneacuteho tepla - uhliacutek vodiacutek a siacuteru
Voda obsaženaacute v palivu se děliacute na vodu hrubou (volnaacute voda) a na vodu zbytkovou
(chemicky v palivu vaacutezanou)
13
Popeloviny v palivu se děliacute na čaacutest kteraacute po spaacuteleniacute paliva zůstane v plynneacute formě
(prchavyacute podiacutel) a na popel kteryacute zůstane v pevneacutem stavu
Dřevo je organickyacute materiaacutel rostlinneacuteho původu Největšiacute podiacutel jeho složeniacute zaujiacutemaacute
celuloacuteza (cca 42) daacutele hemiceluloacutezy (cca 26) a lignin (cca 25) Zbytek tvořiacute acetyl (cca
2) popeloviny (03 ) škroby a tuky (cca 18) biacutelkoviny (cca 1) třiacutesloviny (cca 01)
pryskyřičneacute laacutetky (cca 16) a ve stopoveacutem množstviacute barviva alkaloidy glykosidy a ostatniacute
složky
Poměrnaacute množstviacute prvků v sušině tuzemskeacuteho dřeva jsou přibližně
uhliacutek 50
dusiacutek 004 až 02
vodiacutek 6
popeloviny 02 až 06
kysliacutek 43
Vyacutehřevnost dřeva zaacutevisiacute na jeho vlhkosti Všechna voda ve dřevě obsaženaacute se při
spaacuteleniacute odpařiacute a na tuto přeměnu kapalneacute vody na paacuteru se spotřebuje čaacutest energie vznikleacute
spaacuteleniacutem sušiny Vyacutehřevnost sušiny se u všech druhů dřeva pohybuje přibližně od 17 do 22
MJkg-1 Při běžneacute vlhkosti tj při 25 vody klesaacute tato vyacutehřevnost na hodnoty kolem 15
MJkg-17
Bod zaacutepalnosti tj nejnižšiacute teplota na kterou se musiacute dřevo zahřaacutet aby se samovzniacutetilo
je mezi 330 a 470 degC kdežto bod vzplanutiacute tj nejnižšiacute teplota při niacutež se ve dřevě vyvine
tolik plynů že se vzduchem vytvořiacute směs kteraacute se přibliacuteženiacutem k plameni vzniacutetiacute je pouze 180
až 275degC
Různeacute dřeviny majiacute rozdiacutelnou vyacutehřevnost a nehořiacute stejnyacutem způsobem Obecně daacutevaacuteme
přednost tvrdeacutemu dřevu jako je dub buk jasan habr a ovocneacute dřeviny Hořiacute jasnyacutem
plamenem a produkujiacute hodně žhavyacutech uhliacuteků ze kteryacutech dlouho vyzařuje teplo Nejviacutece
rozšiacuteřeneacute dřevo u naacutes je bukoveacute protože maacute nejvyššiacute vyacutehřevnost z dostupnyacutech dřevin Musiacute
byacutet uskladněno pod přiacutestřeškem ihned po poraženiacute rozřezaacuteniacute a naštiacutepaacuteniacute v opačneacutem přiacutepadě
velmi rychle trouchniviacute a ztraacuteciacute vyacutehřevnost
Neniacute důležiteacute jakeacute dřevo spalujeme ale skutečnost že dřevo musiacute byacutet dobře proschleacute
(podiacutel vody v sucheacutem dřevu dosahuje zhruba 15) Spalovaacuteniacutem nevysušeneacuteho dřeva se
14
snižuje jeho vyacutehřevnost protože velkaacute čaacutest energie je spotřebovaacutena praacutevě na odpařeniacute vody
obsaženeacute ve dřevu To se projeviacute ve zvyacutešeneacute spotřebě dřevniacute hmoty Hořiacuteciacute vlhkeacute dřevo
produkuje velkeacute množstviacute kouře spaliny majiacute vysokyacute obsah dehtu maacutelo plamenů což
způsobuje zanaacutešeniacute topeniště skla průzoru u krbu kotle i komiacutenu Daacutele spalovaacuteniacutem vlhkeacuteho
dřeva dojde ke zvyacutešeniacute obsahu vodniacute paacutery ve spalinaacutech a tiacutem ke zvyacutešeniacute jejich rosneacuteho bodu
To se může projevit kondenzaciacute vlhkosti a zkraacuteceniacutem životnosti kamen přiacutepadně komiacutenoveacuteho
tělesa Z těchto důvodů vyplyacutevaacute že topeniacute vlhkyacutem dřevem je meacuteně vyacutehodneacute jak pro uživatele
tak pro přiacuterodu
Spraacutevneacute vysoušeniacute dřeva přiacuterodniacutem způsobem nastane u měkkeacuteho dřeva u rozštiacutepnutyacutech
polen po dvou letech u tvrdeacuteho dřeva po třech letech
15
3 Experimentaacutelniacute čaacutest
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute
bull Kombinovanaacute krbovaacute kamna Golemek 95 od firmy Verner
Parametry stanoveneacute vyacuterobcem celkovyacute jmenovityacute vyacutekon 9 kW uacutečinnost 80 a objem
přiklaacutedaciacuteho prostoru 45 l Předepsanyacutem palivem je dřevo o vlhkosti do 20 nebo dřevniacute
brikety V kamnech je možneacute spalovat polena deacutelky 35 cm o průměru až 20 cm
Podle nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb spotřebiče o jmenoviteacutem tepelneacutem vyacutekonu do 10
kW označovaneacute jako lokaacutelniacute spotřebiče (bez ohledu na provedeniacute a uacutečel použitiacute spotřebiče)
Vyacuterobce těchto zařiacutezeniacute musiacute prokaacutezat splněniacute technickyacutech požadavků majitel neniacute povinen
dodržovat žaacutedneacute emisniacute limity může byacutet pouze zaacutekonnyacutem způsobem omezen ve volbě
spalovaneacuteho paliva3
bull Analyzaacutetor Horiba PG 250 měřiciacute COCO2 SO2 NO2 O2
Kysliacutek -byl stanovovaacuten paramagneticky
Oxid siřičityacute oxid uhelnatyacute a oxid uhličityacute - byly stanovovaacuteny pomociacute NDIR spektrometru
Oxid dusičnyacute - byl stanovovaacuten pomociacute chemiluminiscence
Tab II Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 250
Analyt Certifikovanaacute hodnota objemoveacuteho zlomku kalibračniacute složky v kalibračniacutem plynu Relativniacute nejistota certifikovaneacute hodnoty
CO 100 2
CO2 12 1
NO 198 2
SO2 199 2
Směs CO NO CO2 SO2 v dusiacuteku ( Linde Technoplyn Praha)
16
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab II Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
Parametry analyzaacutetoru jsou shrnuty v naacutesledujiacuteciacute Tab III
Tab III Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 250
Analyt Měřiacuteciacute princip Jmenoviteacute měřiacuteciacute rozsahy
O2 paramagnetickyacute (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
CO NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2000) mlm3 a (0 divide 5000) mlm3
CO2 NDIR (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
SO2 NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 3000) mlm3
NO Chemiluminiscence (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3 (0 divide 100) mlm3
(0 divide 250) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2500) mlm3
NO2 Chemiluminiscence s předřazenyacutem konvektorem (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3
Relativniacute nejistota měřeniacute ndash pro všechny analyty a rozsahy plusmn 2 z naměřeneacute hodnoty
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab III Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
17
bull Dřevařskyacute vlhkoměr ndash vyjadřuje vlhkost jako podiacutel hmotnosti vody ku hmotnosti
sušiny ve dřevě
bull Anemometr Testo 435 s vrtulkovou sondou ndash průtok byl měřen pouze orientačně
bull Teplota v komiacuteně byla měřena kontinuaacutelně termočlaacutenkem typu K a zaznamenaacutevaacutena
dataloggerem
Scheacutema zapojeniacute přiacutestrojů je naznačeno na Obr 4
Palivo
Měřiacuteciacute sonda
Spotřebič
KOMIacuteN
ČerpadloChladič
Analyzaacutetor
PC
T
Obr 4 Scheacutema aparatury
311 Stanoveniacute kysliacuteku
Instrumentaacutelniacute metoda stanoveniacute využiacutevaacute pro stanoveniacute kysliacuteku magnetickyacutech nebo
elektrochemickyacutech vlastnostiacute molekuly
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Souhrn
Spalovaciacute procesy představujiacute nejvyacuteznamnějšiacute antropogenniacute činnost způsobujiacuteciacute
znečištěniacute ovzdušiacute Nejviacutece uhliacute se spaluje v zařiacutezeniacutech o vyacutekonech od jednotek kW až po
stovky MW kteryacutemi je ziacuteskaacutevaacuteno velkeacute množstviacute energie V domaacutecnostech se ziacuteskaacutevaacute teplo
spalovaacuteniacutem zemniacuteho plynu uhliacute či dřeva Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na vliv topneacuteho
režimu na emise krbovyacutech kamen spalujiacuteciacutech březoveacute dřevo boroveacute dřevo či dřevěneacute brikety
V teoretickeacute čaacutesti je popsaacuten spalovaciacute proces tuhyacutech paliv a přehled znečišťujiacuteciacutech
laacutetek ktereacute vznikajiacute při hořeniacute v lokaacutelniacutech spotřebičiacutech Teacutež je diskutovaacuten jejich vliv na
ekosysteacutem a lidskeacute zdraviacute
V experimentaacutelniacute čaacutesti jsou popsaacuteny použiteacute přiacutestroje vybaveniacute a stanoveniacute
odebranyacutech vzorků Je podaacuten přehled metod stanoveniacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek ve spalinaacutech
stacionaacuterniacutech zdrojů emisiacute Jsou zde řešeny tři hlavniacute uacutekoly Prvniacutem uacutekolem bylo zjištěniacute
vlivu různyacutech typů paliv na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Daacutele posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože
na změnu emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento pokus byl provaacuteděn pouze u borovice Posledniacutem
uacutekolem bylo zjistit vliv teploty v komiacuteně na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Vyacutesledkem praacutece je rozsaacutehlyacute soubor experimentaacutelniacutech dat jednotlivyacutech paliv při jejich
spalovaacuteniacute v lokaacutelniacutech spotřebičiacutech s vyacutekonem do 10 kW Bylo zjištěno že za obvyklyacutech
provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti přiacutelože paliva a druhu paliva na tvorbu sledovanyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute při
rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech hodnot Z rozboru
provedeneacuteho měřeniacute vyplyacutevaacute že optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute ve sledovaneacutem lokaacutelniacutem
spotřebiči lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem paliva
1
Obsah
1 UacuteVOD2
2 TEORETICKAacute ČAacuteST 4
21 Spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv 4
22 Vyacuteznamneacute znečišťujiacuteciacute laacutetky vznikajiacuteciacute při spalovaacuteniacute 5 221 Oxid uhelnatyacute 6 222 Oxid siřičityacute 7 223 Oxidy dusiacuteku 8 224 Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky 10 225 Organickeacute laacutetky10
23 Zaacutekladniacute pojmy v ochraně ovzdušiacute 11
24 Vlastnosti tuhyacutech paliv12
3 EXPERIMENTAacuteLNIacute ČAacuteST15
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute 15 311 Stanoveniacute kysliacuteku 17 312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho19 313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku 20
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků 21
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků 22 331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody22 332 Stanoveniacute popela 23 333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny 23
4 VYacuteSLEDKY A DISKUSE 24
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek 24
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv 27
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute28
5 ZAacuteVĚR29
SEZNAM POUŽITEacute LITERATURY 30
SEZNAM OBRAacuteZKŮ 31
SEZNAM TABULEK 32
SEZNAM PŘIacuteLOH33
2
1 Uacutevod
Spalovaacuteniacute je nejstaršiacutem technologickyacutem procesem využiacutevanyacutem lidstvem od sameacuteho
počaacutetku jeho existence tj po viacutece než 1 milion let Spalovaacuteniacutem převaacutežně fosilniacutech paliv se
ziacuteskaacutevaacute teplo a energie
Historicky nejstaršiacutem spalovaciacutem zařiacutezeniacutem je otevřeneacute ohniště ktereacute v podobě
otevřenyacutech krbů přetrvaacutevaacute až do současnosti Nevyacutehodou byla niacutezkaacute teplota plamene a niacutezkaacute
koncentrace prchaveacute hořlaviny uvolňujiacuteciacute se ze dřeva Průlomem do otevřenyacutech ohnišť byl
vynaacutelez uzavřeneacuteho roštoveacuteho topeniště Omezenyacute a řiacutezenyacute přiacutestup spalovaciacuteho vzduchu s
uzavřenyacutem vyzděnyacutem spalovaciacutem prostorem vyacuterazně změnil podmiacutenky spalovaacuteniacute Reakčniacute
teplota danaacute teplotou plamene je nejen vyššiacute ale takeacute rovnoměrnějšiacute v prostoru topeniště
Koncentrace prchaveacute hořlaviny je rovněž diacuteky pouze dvojnaacutesobneacutemu přebytku vzduchu
přiacuteznivějšiacute i když je staacutele nehomogenniacute v prostoru topeniště
Průmyslovaacute revoluce přibližně před 200 lety přinesla objeveniacute a využiacutevaacuteniacute fyzikaacutelně
chemickyacutech zaacutekonů hořeniacute vznikly noveacute technologie spalovaacuteniacute ktereacute nejenže dokaacutezaly spaacutelit
použiacutevaneacute palivo dokonaleji a s vyššiacute uacutečinnostiacute ale vyššiacute spalovaciacute teplotou umožnily využitiacute
dalšiacutech paliv ktereacute byly pro původniacute technologie spalovaacuteniacute nepoužitelneacute
Spalovaacuteniacute maacute takeacute nepřiacutezniveacute dopady na všechny složky životniacuteho prostřediacute předevšiacutem
na znečišťovaacuteniacute ovzdušiacute toxickyacutemi laacutetkami a skleniacutekovyacutemi plyny Znečišťujiacuteciacute laacutetky mohou
způsobit degradaci ekosysteacutemů a mohou miacutet vyacuteznamnyacute dopad na lidskeacute zdraviacute Proto je
důležiteacute věnovat se možnostem snižovaacuteniacute emisiacute při spalovaacuteniacute fosilniacutech paliv Jako
nejjednoduššiacute způsob snižovaacuteniacute emisiacute malyacutech energetickyacutech zdrojů je přechod na plynnaacute
přiacutepadně kapalnaacute paliva V Českeacute republice proběhla v letech 1991 - 2000 intenzivniacute
plynofikace I nadaacutele jsou statisiacutece domaacutecnostiacute odkaacutezaacuteny na vytaacutepěniacute lokaacutelniacutemi topidly na
tuhaacute paliva zejmeacutena na venkově Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů mezi lety 1991 a 2004 ukazuje
Tab I
Tab I Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911
Způsob otopu [] Roky
Pevnaacute paliva Centraacutel vytaacutepěniacute Plynnaacute paliva Elektrickyacute otop Ostatniacute
1991 44 36 18 1 1 2004 19 37 37 6 1
3
Jedniacutem z rozšiacuteřenyacutech typů tuhyacutech paliv spalovanyacutech v lokaacutelniacutech topeništiacutech je dřevo
Dřevo je palivem zejmeacutena v menšiacutech siacutedlech dobře dostupnyacutem cenově přijatelnyacutem
nezanedbatelnou přednostiacute z hlediska životniacuteho prostřediacute je i jeho obnovitelnost Dřevo lze
spalovat ve formě polen poliacutenek štěpky pilin hoblin i briket
Praacutece je věnovaacutena měřeniacute emisiacute majoritniacutech znečišťujiacuteciacutech složek (CO NOx a SO2) při
spalovaacuteniacute dřevniacute hmoty v krbovyacutech kamnech maleacuteho vyacutekonu určenyacutech pro vytaacutepěniacute
rodinneacuteho domu Emise uvedenyacutech laacutetek byly sledovaacuteny v šestihodinovyacutech blociacutech v
zaacutevislosti jak na druhu dřeva (břiacuteza borovice pilinoveacute brikety) tak na velikosti přiacutelože (malaacute
a velkaacute polena) a jejich vlhkosti Daacutele byl sledovaacuten vliv teploty v komiacuteně na koncentraci
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Naměřeneacute hodnoty byly přepočteny na normaacutelniacute stavoveacute podmiacutenky a
referenčniacute obsah kysliacuteku pro dřevo
4
2 Teoretickaacute čaacutest
21 Spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv
Pevnaacute paliva jsou všechna původem z organickeacute hmoty a lišiacute se od sebe dobou a
podmiacutenkami prouhelněniacute (tlak teplota) teacuteto organickeacute hmoty Podle časoveacute zaacutevislosti vzniku
můžeme pevnaacute paliva rozdělit do skupin
bull dřevo (současneacute ndash proto ho neřadiacuteme do fosilniacutech paliv ale do obnovitelnyacutech
zdrojů energie)
bull rašelina (staacuteřiacute cca 10 tisiacutec roků)
bull hnědaacute uhliacute (staacuteřiacute cca 1 milion roků)
bull černaacute uhliacute ( staacuteřiacute cca 3 miliony roků)
bull antracity ( staacuteřiacute cca 5 milionů roků)2
Spalovaacuteniacute probiacutehaacute ve čtyřech vzaacutejemně se překryacutevajiacuteciacutech se faacuteziacutech Po přiacutevodu paliva
do vyhřaacuteteacuteho ohniště probiacutehaacute prvniacute faacuteze V prvniacute faacutezi dochaacuteziacute k odpařovaacuteniacute vody palivo se
vysoušiacute a dochaacuteziacute k naacutesledneacutemu uvolňovaacuteniacute prchaveacute hořlaviny ktereacute probiacutehaacute intenzivně při
ohřaacutetiacute nad 250 degC Ve druheacute faacutezi se prchavaacute hořlavina miacutesiacute se vzduchem a teplota se zvyšuje
Ve třetiacute plynneacute faacutezi nastaacutevaacute hořeniacute prchaveacute hořlaviny V posledniacute faacutezi probiacutehaacute při nejvyššiacutech
teplotaacutech spalovaacuteniacute tuheacuteho uhliacuteku a dochaacuteziacute k uvolněniacute největšiacuteho množstviacute tepla
Vyacuteznamnyacutem dějem teacuteto faacuteze je heterogenniacute reakce uhliacuteku s oxidem uhličityacutem probiacutehajiacuteciacute na
povrchu pyrolyacutezniacuteho zbytku Vznikajiacuteciacute CO se z povrchu okamžitě uvolňuje do plynneacute faacuteze a
v přiacutepadě dostatečně vysokeacute koncentrace kysliacuteku a přiacutezniveacute teploty se daacutele oxiduje až na CO2
Spalovaacuteniacute tuheacuteho uhliacuteku je nejdelšiacute ze všech faacuteziacute spalovaacuteniacute trvaacute až 90 celkoveacute doby Poteacute
probiacutehaacute dohořiacutevaacuteniacute tuhyacutech zbytků34
Vznik a průběh spalovaciacuteho procesu je ovlivněn některyacutemi vlastnostmi paliv K těmto
vlastnostem patřiacute zejmeacutena měrnyacute tepelnyacute obsah paliva (spalneacute teplo a vyacutehřevnost) mez
zaacutepalnosti paliva teplota vzniacuteceniacute paliva rychlost plamene spalovaciacute teplota vlhkost a takeacute
složeniacute
5
Pracovniacutemi laacutetkami spalovaciacuteho procesu jsou
a) Palivo což je obecně jakaacutekoliv hořlavaacute laacutetka s dostatečnou vyacutehřevnostiacute a aktivitou
okysličovaciacutech pochodů
b) Okysličovadlo což je laacutetka obsahujiacuteciacute kysliacutek V praxi byacutevaacute nejčastějšiacutem okysličovadlem
vzduch Souhrnně palivo a okysličovadlo označujeme jako vstupniacute laacutetky spalovaciacuteho procesu
c) Produkty spalovaciacuteho procesu vznikajiacute jako vyacutesledek chemickeacute reakce mezi palivem a
okysličovadlem Patřiacute k nim plynneacute spaliny a tuhyacute nebo kapalnyacute zbytek po spalovaacuteniacute
22 Vyacuteznamneacute znečišťujiacuteciacute laacutetky vznikajiacuteciacute při spalovaacuteniacute
Za znečišťujiacuteciacute laacutetky jsou považovaacuteny hmotneacute laacutetky všech skupenstviacute přiacutetomneacute v
ovzdušiacute ktereacute nepřiacuteznivě ovlivňujiacute ovzdušiacute a poškozujiacute zdraviacute člověka nebo ostatniacutech
organismů zhoršujiacute jejich životniacute prostřediacute nadměrně je obtěžujiacute nebo poškozujiacute majetek
přiacutemo nebo po chemickyacutech změnaacutech v atmosfeacuteře nebo ve spolupůsobeniacute s jinou laacutetkou
Při spalovaacuteniacute dřeva vznikajiacute znečišťujiacuteciacute laacutetky ktereacute podle zaacutekona O ovzdušiacute č
862002 Sb patřiacute mezi hlavniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky Jednaacute se o naacutesledujiacuteciacute laacutetky
bull Oxid uhelnatyacute ndash CO
bull Oxid siřičityacute ndash SO2
bull Oxidy dusiacuteku ndash NOx (suma NO + NO2 vyjaacutedřenaacute jako NO2)
bull Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky (TZL) ndash tuheacute čaacutestice ve spalinaacutech
bull Organickeacute laacutetky (OL) vyjaacutedřeneacute jako celkovyacute organickyacute uhliacutek (TOC)
Tyto znečišťujiacuteciacute laacutetky jsou svyacutem původem vzniku součaacutestiacute paliva a ve vyacuteše uvedeneacute
formě se do ovzdušiacute dostaacutevajiacute v důsledku uvolněniacute tepla obsaženeacuteho v palivu spalovaciacutem
procesem
Při měřeniacute byly sledovaacuteny pouze prvniacute tři znečišťujiacuteciacute laacutetky
Vyacutevoj celkovyacutech emisiacute zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech
1990ndash2004 je uveden na Obr 1 V letech 1990 ndash 1997 došlo k dlouhodobeacutemu poklesu emisiacute
6
oxidu siřičiteacuteho a tuhyacutech laacutetek1 To je způsobeno sniacuteženiacutem spotřeby hnědeacuteho uhliacute těžkeacuteho
topneacuteho oleje a odsiřovaacuteniacutem paliva i vzniklyacutech spalin ze spalovaciacutech procesů
0200400600800
100012001400160018002000
1990 1992 1994 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004roky
celk
oveacute
emis
e (1
000t
rok)
SO2 CO NOx VOC tuheacute laacutetky
Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech
1990ndash2004
221 Oxid uhelnatyacute
Oxid uhelnatyacute je jedovatyacute plyn bez chuti a zaacutepachu omezeně rozpustnyacute ve vodě V
atmosfeacuteře se velmi rychle rozptyacuteliacute takže ve většiacute vzdaacutelenosti od zdroje neniacute nebezpečnyacute
Zvyacutešenyacute obsah oxidu uhelnateacuteho ve spalinaacutech je charakteristickyacute pro středniacute a předevšiacutem pro
maleacute zdroje znečišťovaacuteniacute ovzdušiacute
Technickou přiacutečinou vzniku oxidu uhelnateacuteho při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv je
nedokonalyacute průběh spalovaacuteniacute způsobenyacute nedostatečnyacutem přiacutevodem spalovaciacuteho vzduchu nebo
nedostatečnou teplotou ve spalovaciacutem prostoru Oxid uhelnatyacute vznikaacute rovněž sekundaacuterniacutemi
reakcemi jakyacutemi jsou disociace CO2 při teplotě spalin převyšujiacuteciacute 1500 degC nebo reakce CO2 s
nespaacutelenyacutem uhliacutekem při teplotaacutech nad 950 degC Vliv teploty na uacuteplnost konverze CO na CO2
(při dostatečneacutem přiacutestupu kysliacuteku v palivu) je uveden na Obr 2 Tyto vlivy však můžeme u
většiny malyacutech zdrojů zanedbat protože teplota spalin nedosahuje tak vysokyacutech hodnot1
Oxid uhelnatyacute vaacuteže v krvi člověka krevniacute barvivo a způsobuje proto při vyššiacutech
daacutevkaacutech smrt udušeniacutem protože zabraňuje funkci krve jako transporteacuteru kysliacuteku v těle Přesto
7
je působeniacute oxidu uhelnateacuteho na lidskyacute organismus ze zdravotniacuteho hlediska kvalifikovaacuteno
jako nejmeacuteně poškozujiacuteciacute ze všech znečišťujiacuteciacutech laacutetek z energetickyacutech zdrojů5
Vyacuteraznou a nebezpečnou vlastnostiacute CO jsou širokeacute meze zaacutepalnosti a tiacutem takeacute
vyacutebušnosti ktereacute se pohybujiacute v meziacutech 125 až 75 objemoveacute koncentrace ve vzduchu
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO
222 Oxid siřičityacute
Oxid siřičityacute je bezbarvyacute lehce zkapalnitelnyacute jedovatyacute plyn naslaacutedleacute palčiveacute chuti a
zaacutepachu silně draacuteždiacuteciacute sliznice a pokožku Oxid siřičityacute se velmi dobře rozpouštiacute ve vodě (za
normaacutelniacutech podmiacutenek je molaacuterniacute zlomek oxidu siřičiteacuteho ve vodě roven 00606) přičemž
vzniklyacute roztok obsahuje silně disociovanou kyselinu siřičitou
Oxid siřičityacute je původcem tzv kyseleacuteho smogu kteryacute dřiacuteve často vznikal v oblastech
spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv s vyššiacutem obsahem siacutery Popiacutelek s obsahem těžkyacutech kovů a saze
způsobujiacute katalytickou oxidaci oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute kteryacute se vzdušnou vlhkostiacute
8
vytvaacuteřiacute aerosol kyseliny siacuteroveacute Tento aerosol je velmi stabilniacute s dlouhou dobou setrvaacuteniacute v
přiacutezemniacute vrstvě atmosfeacutery
Oxid siřičityacute patřiacute do maleacute skupiny znečišťujiacuteciacutech laacutetek jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je
daacuten vyacutehradně složeniacutem paliva a jejich obsah ve spalinaacutech lze jen velmi omezeně ovlivnit
průběhem spalovaciacuteho procesu V palivu se siacutera vyskytuje v těchto zaacutekladniacutech formaacutech ve
formě siacuteranů (siacutera siacuteranovaacute) pyritu (siacutera pyritickaacute) a dalšiacutech polysulfidů železa (siacutera
sulfidickaacute) vaacutezanaacute v organickyacutech sloučeninaacutech (siacutera organickaacute) a někdy jako siacutera volnaacute Na
tvorbě oxidu siřičiteacuteho se podiacutelejiacute všechny uvedeneacute sloučeniny siacutery s vyacutejimkou siacuteranů3
Snižovaacuteniacute emisiacute oxidu siřičiteacuteho lze v zaacutesadě dosaacutehnout pouze dvěma způsoby uacutepravou
paliva před jeho spaacuteleniacutem a odstraňovaacuteniacutem již vznikleacuteho oxidu siřičiteacuteho ze spalin U malyacutech
zdrojů je teoreticky možnyacute prvniacute způsob druhyacute je velmi technicky a ekonomicky naacuteročnyacute
Obsah siacutery v palivu je různyacute pro různeacute druhy paliva např v uhliacute se pohybuje od 1 do 2
v přiacutepadě dřeva je zanedbatelnyacute
223 Oxidy dusiacuteku
Spalovaciacutemi reakcemi v ohništiacutech vznikajiacute tři různeacute oxidy dusiacuteku a to N2O NO a
NO2 z nichž pouze druheacute dva řadiacuteme mezi znečišťujiacuteciacute laacutetky Podmiacutenkou vzniku NOx při
spalovaacuteniacute je přiacutetomnost atomaacuterniacuteho dusiacuteku a kysliacuteku v reakčniacute zoacuteně plamene Oxid dusnatyacute a
oxid dusičityacute jsou jedovateacute plyny intenzivně iritujiacuteciacute sliznice a pokožku Oba oxidy podporujiacute
vznik fotochemickeacuteho smogu a přiacutezemniacuteho ozonu Fotochemickyacute smog vznikaacute
fotochemickyacutemi reakcemi oxidů dusiacuteku s těkavyacutemi organickyacutemi sloučeninami v přiacutezemniacutech
vrstvaacutech atmosfeacutery přičemž se vytvaacuteřejiacute agresivniacute jedovateacute fotochemickeacute oxidanty
způsobujiacuteciacute paacuteleniacute očiacute bolesti hlavy apod Oxidy dusiacuteku se rovněž uacutečastniacute stratosfeacuterickyacutech
řetězovyacutech reakciacute poškozujiacuteciacutech ozoacutenovou vrstvu Země Proto těmito znečišťujiacuteciacutemi laacutetkami
je nutneacute se zabyacutevat a hledat uacutečinneacute metody jejich sniacuteženiacute nebo odstraněniacute
Oxid dusičityacute je termicky labilniacute při teplotaacutech nad 300 degC kvantitativně disociuje na
oxid dusnatyacute Z toho vyplyacutevaacute že v ohništi se vyskytuje oxid dusnatyacute kteryacute se naacutesledně při
nižšiacutech teplotaacutech čaacutestečně oxiduje na oxid dusičityacute V současneacute době jsou znaacutemy čtyři
zaacutekladniacute mechanismy vzniku oxidu dusnateacuteho
9
bull termickyacute (Zeldovičův) NO - vznikaacute v oblasti teplot nad 1300 degC z dusiacuteku přiacutetomneacuteho
ve vzduchu
Mechanismus vzniku N2 + O rarr N + NO (1)
N + O2 rarrNO + O (2)
N + OH rarrNO + H (3)
bull promptniacute (Fenimorův) NO ndash vznikajiacuteciacute při nejvyššiacutech teplotaacutech v počaacutetečniacute faacutezi
hořeniacute (jejich podiacutel na celkovyacutech emisiacutech NO2 je minimaacutelniacute)
Mechanismus vzniku N2 + OH rarr HCN + N rarr NO (4)
bull palivovyacute NO ndash vznikajiacute v oblasti nejnižšiacutech teplot z dusiacuteku obsaženeacuteho v hořlavině
paliva Důležitaacute při jeho je vzniku doba zdrženiacute v kamnech a přebytek spalovaciacuteho
vzduchu
Mechanismus vzniku RN rarr R + N (5)
N + O2 rarr NO + O (6)
RN + O2 rarr NO + RO (7)
bull NO vzniklyacute z N2O
Vlivy na tvorbu NOx
bull teplota plamene (vliv složeniacute paliva bohatost směsi předehřaacutetiacute vzduchu stupeň
promiacutešeniacute konstrukce a tvar spalovaciacute komory)
bull doba setrvaacuteniacute molekul v paacutesmu vysokyacutech teplot (vliv vyacutetokoveacute rychlosti spalovaneacute
směsi)
bull množstviacute kysliacuteku v paacutesmu spalovaciacutech reakciacute (bohatost směsi a intenzita jejiacuteho
promiacutešeniacute)
Vliv teploty a součinitele přebytku vzduchu při spalovaacuteniacute uhliacute na tvorbu oxidů dusiacuteku je
uveden na Obr 3
10
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku5
224 Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky
Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky patřiacute mezi polutanty jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je určen jak
vlastnostmi paliva tak typem ohniště v němž je provaacuteděno spalovaacuteniacute V ideaacutelniacutem přiacutepadě
dokonaleacuteho spalovaacuteniacute jsou tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tvořeny pouze popiacutelkem (u velkyacutech
energetickyacutech kotlů) ve spalinaacutech zařiacutezeniacute středniacutech a malyacutech vyacutekonů jsou naviacutec přiacutetomny
nedohořeleacute čaacutestice paliva anorganickeacute sloučeniny (popeloviny) a produkty tepelneacuteho
rozkladu uhliacute (saze a jineacute) Škodlivost tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek je daacutena několika faktory
Diacuteky sveacutemu velkeacutemu měrneacutemu povrchu sorbujiacute jineacute toxickeacute sloučeniny jakyacutemi jsou
persistentniacute organickeacute polutanty těkaveacute fluoridy a chloridy toxickyacutech kovů Daacutele mohou
obsahovat kovy ktereacute katalyzujiacute nežaacutedouciacute reakce např přiacutetomnost vanadu způsobuje
přeměnu oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute
Z podstaty vzniku tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek vyplyacutevaacute že jejich vzniku zvlaacuteště v
topeništiacutech malyacutech vyacutekonů nelze prakticky zabraacutenit
225 Organickeacute laacutetky
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky zahrnujiacute velmi širokou skupinu sloučenin s velmi
rozdiacutelnyacutemi fyzikaacutelně-chemickyacutemi a toxikologickyacutemi vlastnostmi
11
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky lze zařadit do třiacute třiacuted
1 těkaveacute organickeacute laacutetky (Volatile Organic Compounds - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou VOC) tj organickaacute sloučenina nebo směs organickyacutech
sloučenin s vyacutejimkou methanu kteraacute při teplotě 29315 K maacute tlak par 001 kPa nebo maacute
odpoviacutedajiacuteciacute těkavost za konkreacutetniacutech podmiacutenek jejiacuteho použitiacute a kteraacute může v průběhu sveacute
přiacutetomnosti v ovzdušiacute reagovat za spolupůsobeniacute slunečniacuteho zaacuteřeniacute s oxidy dusiacuteku za vzniku
fotochemickeacuteho smogu
2 persistentniacute organickeacute laacutetky (Persistent Organic Pollutants - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou POPs) tj organickeacute laacutetky ktereacute působiacute vyacuteznamnyacutem
škodlivyacutem vlivem na lidskeacute zdraviacute a maacute škodliveacute uacutečinky na životniacute prostřediacute v miacutestě i okoliacute
jejiacuteho zdroje a jejiacute toxickeacute vlastnosti jsou spojeny se schopnostiacute dlouhodobě přetrvaacutevat v
životniacutem prostřediacute a schopnostiacute akumulace v biologickyacutech systeacutemech V přiacutepadě analyacutezy
odpadniacutech plynů a kvality ovzdušiacute se členiacute daacutele podle toxicity na tři kategorie
I polychlorovaneacute dibenzodioxiny a dibenzofurany (PCDDPCDF)
II polychlorovaneacute bifenyly (PCB)
III polycyklickeacute aromatickeacute uhlovodiacuteky (PAH)
3 methan6
23 Zaacutekladniacute pojmy v ochraně ovzdušiacute
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v koncentrovaneacute podobě tak jak vystupujiacute ze zdroje znečištěniacute např
u kotelny z komiacutena označujeme jako emise a jejich maximaacutelniacute koncentrace je omezena podle
nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb a navazujiacuteciacutemi předpisy tzv emisniacutemi limity
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v ovzdušiacute se tzv přiacutezemniacute vrstvě tj tam kde jsou obsahem ovzdušiacute
ktereacute dyacutechaacuteme označujiacute jako imise a nejvyššiacute dovoleneacute koncentrace těchto laacutetek jsou opět
omezeny zaacutekonnou normou ve formě imisniacutech limitů
Koncentrace emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek se vyjadřujiacute buď hmotnostniacute koncentraciacute (mg
m-3 microgm-3) Hmotnostniacute koncentrace je nutno uvaacutedět a přepočiacutetaacutevat na normaacutelniacute podmiacutenky
12
(p = 101325 kPa a T = 27315 K) a na referentniacute obsah kysliacuteku Referentniacute obsah kysliacuteku je
stanoven v zaacutevislosti na spalovaneacutem palivu např pro dřevo je 6 pro uhliacute 11 atd
Spotřebiče malyacutech vyacutekonů patřiacute mezi zdroje znečišťovaacuteniacute jejichž emisniacute limity nejsou
určeny zcela jednoznačně Pro spraacutevneacute zařazeniacute spotřebiče do přiacuteslušneacute skupiny zdrojů je
nutno znaacutet jmenovityacute tepelnyacute vyacutekon spotřebiče vlastnickyacute vztah provozovatele spalovaciacuteho
zařiacutezeniacute k nemovitosti se spalovaciacutem zařiacutezeniacutem a v některyacutech přiacutepadech stanovisko
stavebniacuteho uacuteřadu k možnosti společneacuteho vypouštěniacute spalin
Nejjednoduššiacute situace nastaacutevaacute v přiacutepadě že součet jmenovityacutech tepelnyacutech vyacutekonů
všech spotřebičů na tuhaacute paliva je v daneacutem objektu menšiacute než 15 kW Pak bez ohledu na
ostatniacute skutečnosti platiacute že pro provoz těchto spotřebičů neniacute stanoven žaacutednyacute emisniacute limit
Spotřebič může byacutet uveden na trh pokud autorizovanaacute zkušebna potvrdiacute dosaženiacute
předepsanyacutech hodnot objemoveacuteho zlomku oxidu uhelnateacuteho3
24 Vlastnosti tuhyacutech paliv
Palivo se sklaacutedaacute ze třiacute zaacutekladniacutech složek hořlaviny vody a popelovin ktereacute tvořiacute tzv
hrubyacute rozbor paliva pro něž platiacute
h + W + A = 1 [kgkg-1] (8)
h je tzv hořlavina (čaacutest palivoveacute hmoty obsahujiacuteciacute uvolnitelneacute teplo)
W je voda obsaženaacute v palivu
A jsou inertniacute popeloviny v palivu
Hořlavina paliva se děliacute na prchavyacute podiacutel (hořlavina kteraacute se uvolniacute zahřaacutetiacutem paliva v
plynneacute formě) a uhliacutekovyacute zbytek (hořiacute v pevneacutem stavu) Hořlavina je tvořena 5-ti prvky a to
uhliacutekemvodiacutekem siacuterou dusiacutekem a palivovyacutem kysliacutekem Dřevo tedy obsahuje tři zaacutekladniacute
prvky ktereacute jsou zdrojem chemicky vaacutezaneacuteho tepla - uhliacutek vodiacutek a siacuteru
Voda obsaženaacute v palivu se děliacute na vodu hrubou (volnaacute voda) a na vodu zbytkovou
(chemicky v palivu vaacutezanou)
13
Popeloviny v palivu se děliacute na čaacutest kteraacute po spaacuteleniacute paliva zůstane v plynneacute formě
(prchavyacute podiacutel) a na popel kteryacute zůstane v pevneacutem stavu
Dřevo je organickyacute materiaacutel rostlinneacuteho původu Největšiacute podiacutel jeho složeniacute zaujiacutemaacute
celuloacuteza (cca 42) daacutele hemiceluloacutezy (cca 26) a lignin (cca 25) Zbytek tvořiacute acetyl (cca
2) popeloviny (03 ) škroby a tuky (cca 18) biacutelkoviny (cca 1) třiacutesloviny (cca 01)
pryskyřičneacute laacutetky (cca 16) a ve stopoveacutem množstviacute barviva alkaloidy glykosidy a ostatniacute
složky
Poměrnaacute množstviacute prvků v sušině tuzemskeacuteho dřeva jsou přibližně
uhliacutek 50
dusiacutek 004 až 02
vodiacutek 6
popeloviny 02 až 06
kysliacutek 43
Vyacutehřevnost dřeva zaacutevisiacute na jeho vlhkosti Všechna voda ve dřevě obsaženaacute se při
spaacuteleniacute odpařiacute a na tuto přeměnu kapalneacute vody na paacuteru se spotřebuje čaacutest energie vznikleacute
spaacuteleniacutem sušiny Vyacutehřevnost sušiny se u všech druhů dřeva pohybuje přibližně od 17 do 22
MJkg-1 Při běžneacute vlhkosti tj při 25 vody klesaacute tato vyacutehřevnost na hodnoty kolem 15
MJkg-17
Bod zaacutepalnosti tj nejnižšiacute teplota na kterou se musiacute dřevo zahřaacutet aby se samovzniacutetilo
je mezi 330 a 470 degC kdežto bod vzplanutiacute tj nejnižšiacute teplota při niacutež se ve dřevě vyvine
tolik plynů že se vzduchem vytvořiacute směs kteraacute se přibliacuteženiacutem k plameni vzniacutetiacute je pouze 180
až 275degC
Různeacute dřeviny majiacute rozdiacutelnou vyacutehřevnost a nehořiacute stejnyacutem způsobem Obecně daacutevaacuteme
přednost tvrdeacutemu dřevu jako je dub buk jasan habr a ovocneacute dřeviny Hořiacute jasnyacutem
plamenem a produkujiacute hodně žhavyacutech uhliacuteků ze kteryacutech dlouho vyzařuje teplo Nejviacutece
rozšiacuteřeneacute dřevo u naacutes je bukoveacute protože maacute nejvyššiacute vyacutehřevnost z dostupnyacutech dřevin Musiacute
byacutet uskladněno pod přiacutestřeškem ihned po poraženiacute rozřezaacuteniacute a naštiacutepaacuteniacute v opačneacutem přiacutepadě
velmi rychle trouchniviacute a ztraacuteciacute vyacutehřevnost
Neniacute důležiteacute jakeacute dřevo spalujeme ale skutečnost že dřevo musiacute byacutet dobře proschleacute
(podiacutel vody v sucheacutem dřevu dosahuje zhruba 15) Spalovaacuteniacutem nevysušeneacuteho dřeva se
14
snižuje jeho vyacutehřevnost protože velkaacute čaacutest energie je spotřebovaacutena praacutevě na odpařeniacute vody
obsaženeacute ve dřevu To se projeviacute ve zvyacutešeneacute spotřebě dřevniacute hmoty Hořiacuteciacute vlhkeacute dřevo
produkuje velkeacute množstviacute kouře spaliny majiacute vysokyacute obsah dehtu maacutelo plamenů což
způsobuje zanaacutešeniacute topeniště skla průzoru u krbu kotle i komiacutenu Daacutele spalovaacuteniacutem vlhkeacuteho
dřeva dojde ke zvyacutešeniacute obsahu vodniacute paacutery ve spalinaacutech a tiacutem ke zvyacutešeniacute jejich rosneacuteho bodu
To se může projevit kondenzaciacute vlhkosti a zkraacuteceniacutem životnosti kamen přiacutepadně komiacutenoveacuteho
tělesa Z těchto důvodů vyplyacutevaacute že topeniacute vlhkyacutem dřevem je meacuteně vyacutehodneacute jak pro uživatele
tak pro přiacuterodu
Spraacutevneacute vysoušeniacute dřeva přiacuterodniacutem způsobem nastane u měkkeacuteho dřeva u rozštiacutepnutyacutech
polen po dvou letech u tvrdeacuteho dřeva po třech letech
15
3 Experimentaacutelniacute čaacutest
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute
bull Kombinovanaacute krbovaacute kamna Golemek 95 od firmy Verner
Parametry stanoveneacute vyacuterobcem celkovyacute jmenovityacute vyacutekon 9 kW uacutečinnost 80 a objem
přiklaacutedaciacuteho prostoru 45 l Předepsanyacutem palivem je dřevo o vlhkosti do 20 nebo dřevniacute
brikety V kamnech je možneacute spalovat polena deacutelky 35 cm o průměru až 20 cm
Podle nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb spotřebiče o jmenoviteacutem tepelneacutem vyacutekonu do 10
kW označovaneacute jako lokaacutelniacute spotřebiče (bez ohledu na provedeniacute a uacutečel použitiacute spotřebiče)
Vyacuterobce těchto zařiacutezeniacute musiacute prokaacutezat splněniacute technickyacutech požadavků majitel neniacute povinen
dodržovat žaacutedneacute emisniacute limity může byacutet pouze zaacutekonnyacutem způsobem omezen ve volbě
spalovaneacuteho paliva3
bull Analyzaacutetor Horiba PG 250 měřiciacute COCO2 SO2 NO2 O2
Kysliacutek -byl stanovovaacuten paramagneticky
Oxid siřičityacute oxid uhelnatyacute a oxid uhličityacute - byly stanovovaacuteny pomociacute NDIR spektrometru
Oxid dusičnyacute - byl stanovovaacuten pomociacute chemiluminiscence
Tab II Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 250
Analyt Certifikovanaacute hodnota objemoveacuteho zlomku kalibračniacute složky v kalibračniacutem plynu Relativniacute nejistota certifikovaneacute hodnoty
CO 100 2
CO2 12 1
NO 198 2
SO2 199 2
Směs CO NO CO2 SO2 v dusiacuteku ( Linde Technoplyn Praha)
16
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab II Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
Parametry analyzaacutetoru jsou shrnuty v naacutesledujiacuteciacute Tab III
Tab III Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 250
Analyt Měřiacuteciacute princip Jmenoviteacute měřiacuteciacute rozsahy
O2 paramagnetickyacute (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
CO NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2000) mlm3 a (0 divide 5000) mlm3
CO2 NDIR (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
SO2 NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 3000) mlm3
NO Chemiluminiscence (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3 (0 divide 100) mlm3
(0 divide 250) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2500) mlm3
NO2 Chemiluminiscence s předřazenyacutem konvektorem (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3
Relativniacute nejistota měřeniacute ndash pro všechny analyty a rozsahy plusmn 2 z naměřeneacute hodnoty
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab III Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
17
bull Dřevařskyacute vlhkoměr ndash vyjadřuje vlhkost jako podiacutel hmotnosti vody ku hmotnosti
sušiny ve dřevě
bull Anemometr Testo 435 s vrtulkovou sondou ndash průtok byl měřen pouze orientačně
bull Teplota v komiacuteně byla měřena kontinuaacutelně termočlaacutenkem typu K a zaznamenaacutevaacutena
dataloggerem
Scheacutema zapojeniacute přiacutestrojů je naznačeno na Obr 4
Palivo
Měřiacuteciacute sonda
Spotřebič
KOMIacuteN
ČerpadloChladič
Analyzaacutetor
PC
T
Obr 4 Scheacutema aparatury
311 Stanoveniacute kysliacuteku
Instrumentaacutelniacute metoda stanoveniacute využiacutevaacute pro stanoveniacute kysliacuteku magnetickyacutech nebo
elektrochemickyacutech vlastnostiacute molekuly
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
1
Obsah
1 UacuteVOD2
2 TEORETICKAacute ČAacuteST 4
21 Spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv 4
22 Vyacuteznamneacute znečišťujiacuteciacute laacutetky vznikajiacuteciacute při spalovaacuteniacute 5 221 Oxid uhelnatyacute 6 222 Oxid siřičityacute 7 223 Oxidy dusiacuteku 8 224 Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky 10 225 Organickeacute laacutetky10
23 Zaacutekladniacute pojmy v ochraně ovzdušiacute 11
24 Vlastnosti tuhyacutech paliv12
3 EXPERIMENTAacuteLNIacute ČAacuteST15
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute 15 311 Stanoveniacute kysliacuteku 17 312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho19 313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku 20
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků 21
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků 22 331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody22 332 Stanoveniacute popela 23 333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny 23
4 VYacuteSLEDKY A DISKUSE 24
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek 24
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv 27
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute28
5 ZAacuteVĚR29
SEZNAM POUŽITEacute LITERATURY 30
SEZNAM OBRAacuteZKŮ 31
SEZNAM TABULEK 32
SEZNAM PŘIacuteLOH33
2
1 Uacutevod
Spalovaacuteniacute je nejstaršiacutem technologickyacutem procesem využiacutevanyacutem lidstvem od sameacuteho
počaacutetku jeho existence tj po viacutece než 1 milion let Spalovaacuteniacutem převaacutežně fosilniacutech paliv se
ziacuteskaacutevaacute teplo a energie
Historicky nejstaršiacutem spalovaciacutem zařiacutezeniacutem je otevřeneacute ohniště ktereacute v podobě
otevřenyacutech krbů přetrvaacutevaacute až do současnosti Nevyacutehodou byla niacutezkaacute teplota plamene a niacutezkaacute
koncentrace prchaveacute hořlaviny uvolňujiacuteciacute se ze dřeva Průlomem do otevřenyacutech ohnišť byl
vynaacutelez uzavřeneacuteho roštoveacuteho topeniště Omezenyacute a řiacutezenyacute přiacutestup spalovaciacuteho vzduchu s
uzavřenyacutem vyzděnyacutem spalovaciacutem prostorem vyacuterazně změnil podmiacutenky spalovaacuteniacute Reakčniacute
teplota danaacute teplotou plamene je nejen vyššiacute ale takeacute rovnoměrnějšiacute v prostoru topeniště
Koncentrace prchaveacute hořlaviny je rovněž diacuteky pouze dvojnaacutesobneacutemu přebytku vzduchu
přiacuteznivějšiacute i když je staacutele nehomogenniacute v prostoru topeniště
Průmyslovaacute revoluce přibližně před 200 lety přinesla objeveniacute a využiacutevaacuteniacute fyzikaacutelně
chemickyacutech zaacutekonů hořeniacute vznikly noveacute technologie spalovaacuteniacute ktereacute nejenže dokaacutezaly spaacutelit
použiacutevaneacute palivo dokonaleji a s vyššiacute uacutečinnostiacute ale vyššiacute spalovaciacute teplotou umožnily využitiacute
dalšiacutech paliv ktereacute byly pro původniacute technologie spalovaacuteniacute nepoužitelneacute
Spalovaacuteniacute maacute takeacute nepřiacutezniveacute dopady na všechny složky životniacuteho prostřediacute předevšiacutem
na znečišťovaacuteniacute ovzdušiacute toxickyacutemi laacutetkami a skleniacutekovyacutemi plyny Znečišťujiacuteciacute laacutetky mohou
způsobit degradaci ekosysteacutemů a mohou miacutet vyacuteznamnyacute dopad na lidskeacute zdraviacute Proto je
důležiteacute věnovat se možnostem snižovaacuteniacute emisiacute při spalovaacuteniacute fosilniacutech paliv Jako
nejjednoduššiacute způsob snižovaacuteniacute emisiacute malyacutech energetickyacutech zdrojů je přechod na plynnaacute
přiacutepadně kapalnaacute paliva V Českeacute republice proběhla v letech 1991 - 2000 intenzivniacute
plynofikace I nadaacutele jsou statisiacutece domaacutecnostiacute odkaacutezaacuteny na vytaacutepěniacute lokaacutelniacutemi topidly na
tuhaacute paliva zejmeacutena na venkově Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů mezi lety 1991 a 2004 ukazuje
Tab I
Tab I Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911
Způsob otopu [] Roky
Pevnaacute paliva Centraacutel vytaacutepěniacute Plynnaacute paliva Elektrickyacute otop Ostatniacute
1991 44 36 18 1 1 2004 19 37 37 6 1
3
Jedniacutem z rozšiacuteřenyacutech typů tuhyacutech paliv spalovanyacutech v lokaacutelniacutech topeništiacutech je dřevo
Dřevo je palivem zejmeacutena v menšiacutech siacutedlech dobře dostupnyacutem cenově přijatelnyacutem
nezanedbatelnou přednostiacute z hlediska životniacuteho prostřediacute je i jeho obnovitelnost Dřevo lze
spalovat ve formě polen poliacutenek štěpky pilin hoblin i briket
Praacutece je věnovaacutena měřeniacute emisiacute majoritniacutech znečišťujiacuteciacutech složek (CO NOx a SO2) při
spalovaacuteniacute dřevniacute hmoty v krbovyacutech kamnech maleacuteho vyacutekonu určenyacutech pro vytaacutepěniacute
rodinneacuteho domu Emise uvedenyacutech laacutetek byly sledovaacuteny v šestihodinovyacutech blociacutech v
zaacutevislosti jak na druhu dřeva (břiacuteza borovice pilinoveacute brikety) tak na velikosti přiacutelože (malaacute
a velkaacute polena) a jejich vlhkosti Daacutele byl sledovaacuten vliv teploty v komiacuteně na koncentraci
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Naměřeneacute hodnoty byly přepočteny na normaacutelniacute stavoveacute podmiacutenky a
referenčniacute obsah kysliacuteku pro dřevo
4
2 Teoretickaacute čaacutest
21 Spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv
Pevnaacute paliva jsou všechna původem z organickeacute hmoty a lišiacute se od sebe dobou a
podmiacutenkami prouhelněniacute (tlak teplota) teacuteto organickeacute hmoty Podle časoveacute zaacutevislosti vzniku
můžeme pevnaacute paliva rozdělit do skupin
bull dřevo (současneacute ndash proto ho neřadiacuteme do fosilniacutech paliv ale do obnovitelnyacutech
zdrojů energie)
bull rašelina (staacuteřiacute cca 10 tisiacutec roků)
bull hnědaacute uhliacute (staacuteřiacute cca 1 milion roků)
bull černaacute uhliacute ( staacuteřiacute cca 3 miliony roků)
bull antracity ( staacuteřiacute cca 5 milionů roků)2
Spalovaacuteniacute probiacutehaacute ve čtyřech vzaacutejemně se překryacutevajiacuteciacutech se faacuteziacutech Po přiacutevodu paliva
do vyhřaacuteteacuteho ohniště probiacutehaacute prvniacute faacuteze V prvniacute faacutezi dochaacuteziacute k odpařovaacuteniacute vody palivo se
vysoušiacute a dochaacuteziacute k naacutesledneacutemu uvolňovaacuteniacute prchaveacute hořlaviny ktereacute probiacutehaacute intenzivně při
ohřaacutetiacute nad 250 degC Ve druheacute faacutezi se prchavaacute hořlavina miacutesiacute se vzduchem a teplota se zvyšuje
Ve třetiacute plynneacute faacutezi nastaacutevaacute hořeniacute prchaveacute hořlaviny V posledniacute faacutezi probiacutehaacute při nejvyššiacutech
teplotaacutech spalovaacuteniacute tuheacuteho uhliacuteku a dochaacuteziacute k uvolněniacute největšiacuteho množstviacute tepla
Vyacuteznamnyacutem dějem teacuteto faacuteze je heterogenniacute reakce uhliacuteku s oxidem uhličityacutem probiacutehajiacuteciacute na
povrchu pyrolyacutezniacuteho zbytku Vznikajiacuteciacute CO se z povrchu okamžitě uvolňuje do plynneacute faacuteze a
v přiacutepadě dostatečně vysokeacute koncentrace kysliacuteku a přiacutezniveacute teploty se daacutele oxiduje až na CO2
Spalovaacuteniacute tuheacuteho uhliacuteku je nejdelšiacute ze všech faacuteziacute spalovaacuteniacute trvaacute až 90 celkoveacute doby Poteacute
probiacutehaacute dohořiacutevaacuteniacute tuhyacutech zbytků34
Vznik a průběh spalovaciacuteho procesu je ovlivněn některyacutemi vlastnostmi paliv K těmto
vlastnostem patřiacute zejmeacutena měrnyacute tepelnyacute obsah paliva (spalneacute teplo a vyacutehřevnost) mez
zaacutepalnosti paliva teplota vzniacuteceniacute paliva rychlost plamene spalovaciacute teplota vlhkost a takeacute
složeniacute
5
Pracovniacutemi laacutetkami spalovaciacuteho procesu jsou
a) Palivo což je obecně jakaacutekoliv hořlavaacute laacutetka s dostatečnou vyacutehřevnostiacute a aktivitou
okysličovaciacutech pochodů
b) Okysličovadlo což je laacutetka obsahujiacuteciacute kysliacutek V praxi byacutevaacute nejčastějšiacutem okysličovadlem
vzduch Souhrnně palivo a okysličovadlo označujeme jako vstupniacute laacutetky spalovaciacuteho procesu
c) Produkty spalovaciacuteho procesu vznikajiacute jako vyacutesledek chemickeacute reakce mezi palivem a
okysličovadlem Patřiacute k nim plynneacute spaliny a tuhyacute nebo kapalnyacute zbytek po spalovaacuteniacute
22 Vyacuteznamneacute znečišťujiacuteciacute laacutetky vznikajiacuteciacute při spalovaacuteniacute
Za znečišťujiacuteciacute laacutetky jsou považovaacuteny hmotneacute laacutetky všech skupenstviacute přiacutetomneacute v
ovzdušiacute ktereacute nepřiacuteznivě ovlivňujiacute ovzdušiacute a poškozujiacute zdraviacute člověka nebo ostatniacutech
organismů zhoršujiacute jejich životniacute prostřediacute nadměrně je obtěžujiacute nebo poškozujiacute majetek
přiacutemo nebo po chemickyacutech změnaacutech v atmosfeacuteře nebo ve spolupůsobeniacute s jinou laacutetkou
Při spalovaacuteniacute dřeva vznikajiacute znečišťujiacuteciacute laacutetky ktereacute podle zaacutekona O ovzdušiacute č
862002 Sb patřiacute mezi hlavniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky Jednaacute se o naacutesledujiacuteciacute laacutetky
bull Oxid uhelnatyacute ndash CO
bull Oxid siřičityacute ndash SO2
bull Oxidy dusiacuteku ndash NOx (suma NO + NO2 vyjaacutedřenaacute jako NO2)
bull Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky (TZL) ndash tuheacute čaacutestice ve spalinaacutech
bull Organickeacute laacutetky (OL) vyjaacutedřeneacute jako celkovyacute organickyacute uhliacutek (TOC)
Tyto znečišťujiacuteciacute laacutetky jsou svyacutem původem vzniku součaacutestiacute paliva a ve vyacuteše uvedeneacute
formě se do ovzdušiacute dostaacutevajiacute v důsledku uvolněniacute tepla obsaženeacuteho v palivu spalovaciacutem
procesem
Při měřeniacute byly sledovaacuteny pouze prvniacute tři znečišťujiacuteciacute laacutetky
Vyacutevoj celkovyacutech emisiacute zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech
1990ndash2004 je uveden na Obr 1 V letech 1990 ndash 1997 došlo k dlouhodobeacutemu poklesu emisiacute
6
oxidu siřičiteacuteho a tuhyacutech laacutetek1 To je způsobeno sniacuteženiacutem spotřeby hnědeacuteho uhliacute těžkeacuteho
topneacuteho oleje a odsiřovaacuteniacutem paliva i vzniklyacutech spalin ze spalovaciacutech procesů
0200400600800
100012001400160018002000
1990 1992 1994 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004roky
celk
oveacute
emis
e (1
000t
rok)
SO2 CO NOx VOC tuheacute laacutetky
Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech
1990ndash2004
221 Oxid uhelnatyacute
Oxid uhelnatyacute je jedovatyacute plyn bez chuti a zaacutepachu omezeně rozpustnyacute ve vodě V
atmosfeacuteře se velmi rychle rozptyacuteliacute takže ve většiacute vzdaacutelenosti od zdroje neniacute nebezpečnyacute
Zvyacutešenyacute obsah oxidu uhelnateacuteho ve spalinaacutech je charakteristickyacute pro středniacute a předevšiacutem pro
maleacute zdroje znečišťovaacuteniacute ovzdušiacute
Technickou přiacutečinou vzniku oxidu uhelnateacuteho při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv je
nedokonalyacute průběh spalovaacuteniacute způsobenyacute nedostatečnyacutem přiacutevodem spalovaciacuteho vzduchu nebo
nedostatečnou teplotou ve spalovaciacutem prostoru Oxid uhelnatyacute vznikaacute rovněž sekundaacuterniacutemi
reakcemi jakyacutemi jsou disociace CO2 při teplotě spalin převyšujiacuteciacute 1500 degC nebo reakce CO2 s
nespaacutelenyacutem uhliacutekem při teplotaacutech nad 950 degC Vliv teploty na uacuteplnost konverze CO na CO2
(při dostatečneacutem přiacutestupu kysliacuteku v palivu) je uveden na Obr 2 Tyto vlivy však můžeme u
většiny malyacutech zdrojů zanedbat protože teplota spalin nedosahuje tak vysokyacutech hodnot1
Oxid uhelnatyacute vaacuteže v krvi člověka krevniacute barvivo a způsobuje proto při vyššiacutech
daacutevkaacutech smrt udušeniacutem protože zabraňuje funkci krve jako transporteacuteru kysliacuteku v těle Přesto
7
je působeniacute oxidu uhelnateacuteho na lidskyacute organismus ze zdravotniacuteho hlediska kvalifikovaacuteno
jako nejmeacuteně poškozujiacuteciacute ze všech znečišťujiacuteciacutech laacutetek z energetickyacutech zdrojů5
Vyacuteraznou a nebezpečnou vlastnostiacute CO jsou širokeacute meze zaacutepalnosti a tiacutem takeacute
vyacutebušnosti ktereacute se pohybujiacute v meziacutech 125 až 75 objemoveacute koncentrace ve vzduchu
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO
222 Oxid siřičityacute
Oxid siřičityacute je bezbarvyacute lehce zkapalnitelnyacute jedovatyacute plyn naslaacutedleacute palčiveacute chuti a
zaacutepachu silně draacuteždiacuteciacute sliznice a pokožku Oxid siřičityacute se velmi dobře rozpouštiacute ve vodě (za
normaacutelniacutech podmiacutenek je molaacuterniacute zlomek oxidu siřičiteacuteho ve vodě roven 00606) přičemž
vzniklyacute roztok obsahuje silně disociovanou kyselinu siřičitou
Oxid siřičityacute je původcem tzv kyseleacuteho smogu kteryacute dřiacuteve často vznikal v oblastech
spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv s vyššiacutem obsahem siacutery Popiacutelek s obsahem těžkyacutech kovů a saze
způsobujiacute katalytickou oxidaci oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute kteryacute se vzdušnou vlhkostiacute
8
vytvaacuteřiacute aerosol kyseliny siacuteroveacute Tento aerosol je velmi stabilniacute s dlouhou dobou setrvaacuteniacute v
přiacutezemniacute vrstvě atmosfeacutery
Oxid siřičityacute patřiacute do maleacute skupiny znečišťujiacuteciacutech laacutetek jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je
daacuten vyacutehradně složeniacutem paliva a jejich obsah ve spalinaacutech lze jen velmi omezeně ovlivnit
průběhem spalovaciacuteho procesu V palivu se siacutera vyskytuje v těchto zaacutekladniacutech formaacutech ve
formě siacuteranů (siacutera siacuteranovaacute) pyritu (siacutera pyritickaacute) a dalšiacutech polysulfidů železa (siacutera
sulfidickaacute) vaacutezanaacute v organickyacutech sloučeninaacutech (siacutera organickaacute) a někdy jako siacutera volnaacute Na
tvorbě oxidu siřičiteacuteho se podiacutelejiacute všechny uvedeneacute sloučeniny siacutery s vyacutejimkou siacuteranů3
Snižovaacuteniacute emisiacute oxidu siřičiteacuteho lze v zaacutesadě dosaacutehnout pouze dvěma způsoby uacutepravou
paliva před jeho spaacuteleniacutem a odstraňovaacuteniacutem již vznikleacuteho oxidu siřičiteacuteho ze spalin U malyacutech
zdrojů je teoreticky možnyacute prvniacute způsob druhyacute je velmi technicky a ekonomicky naacuteročnyacute
Obsah siacutery v palivu je různyacute pro různeacute druhy paliva např v uhliacute se pohybuje od 1 do 2
v přiacutepadě dřeva je zanedbatelnyacute
223 Oxidy dusiacuteku
Spalovaciacutemi reakcemi v ohništiacutech vznikajiacute tři různeacute oxidy dusiacuteku a to N2O NO a
NO2 z nichž pouze druheacute dva řadiacuteme mezi znečišťujiacuteciacute laacutetky Podmiacutenkou vzniku NOx při
spalovaacuteniacute je přiacutetomnost atomaacuterniacuteho dusiacuteku a kysliacuteku v reakčniacute zoacuteně plamene Oxid dusnatyacute a
oxid dusičityacute jsou jedovateacute plyny intenzivně iritujiacuteciacute sliznice a pokožku Oba oxidy podporujiacute
vznik fotochemickeacuteho smogu a přiacutezemniacuteho ozonu Fotochemickyacute smog vznikaacute
fotochemickyacutemi reakcemi oxidů dusiacuteku s těkavyacutemi organickyacutemi sloučeninami v přiacutezemniacutech
vrstvaacutech atmosfeacutery přičemž se vytvaacuteřejiacute agresivniacute jedovateacute fotochemickeacute oxidanty
způsobujiacuteciacute paacuteleniacute očiacute bolesti hlavy apod Oxidy dusiacuteku se rovněž uacutečastniacute stratosfeacuterickyacutech
řetězovyacutech reakciacute poškozujiacuteciacutech ozoacutenovou vrstvu Země Proto těmito znečišťujiacuteciacutemi laacutetkami
je nutneacute se zabyacutevat a hledat uacutečinneacute metody jejich sniacuteženiacute nebo odstraněniacute
Oxid dusičityacute je termicky labilniacute při teplotaacutech nad 300 degC kvantitativně disociuje na
oxid dusnatyacute Z toho vyplyacutevaacute že v ohništi se vyskytuje oxid dusnatyacute kteryacute se naacutesledně při
nižšiacutech teplotaacutech čaacutestečně oxiduje na oxid dusičityacute V současneacute době jsou znaacutemy čtyři
zaacutekladniacute mechanismy vzniku oxidu dusnateacuteho
9
bull termickyacute (Zeldovičův) NO - vznikaacute v oblasti teplot nad 1300 degC z dusiacuteku přiacutetomneacuteho
ve vzduchu
Mechanismus vzniku N2 + O rarr N + NO (1)
N + O2 rarrNO + O (2)
N + OH rarrNO + H (3)
bull promptniacute (Fenimorův) NO ndash vznikajiacuteciacute při nejvyššiacutech teplotaacutech v počaacutetečniacute faacutezi
hořeniacute (jejich podiacutel na celkovyacutech emisiacutech NO2 je minimaacutelniacute)
Mechanismus vzniku N2 + OH rarr HCN + N rarr NO (4)
bull palivovyacute NO ndash vznikajiacute v oblasti nejnižšiacutech teplot z dusiacuteku obsaženeacuteho v hořlavině
paliva Důležitaacute při jeho je vzniku doba zdrženiacute v kamnech a přebytek spalovaciacuteho
vzduchu
Mechanismus vzniku RN rarr R + N (5)
N + O2 rarr NO + O (6)
RN + O2 rarr NO + RO (7)
bull NO vzniklyacute z N2O
Vlivy na tvorbu NOx
bull teplota plamene (vliv složeniacute paliva bohatost směsi předehřaacutetiacute vzduchu stupeň
promiacutešeniacute konstrukce a tvar spalovaciacute komory)
bull doba setrvaacuteniacute molekul v paacutesmu vysokyacutech teplot (vliv vyacutetokoveacute rychlosti spalovaneacute
směsi)
bull množstviacute kysliacuteku v paacutesmu spalovaciacutech reakciacute (bohatost směsi a intenzita jejiacuteho
promiacutešeniacute)
Vliv teploty a součinitele přebytku vzduchu při spalovaacuteniacute uhliacute na tvorbu oxidů dusiacuteku je
uveden na Obr 3
10
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku5
224 Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky
Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky patřiacute mezi polutanty jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je určen jak
vlastnostmi paliva tak typem ohniště v němž je provaacuteděno spalovaacuteniacute V ideaacutelniacutem přiacutepadě
dokonaleacuteho spalovaacuteniacute jsou tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tvořeny pouze popiacutelkem (u velkyacutech
energetickyacutech kotlů) ve spalinaacutech zařiacutezeniacute středniacutech a malyacutech vyacutekonů jsou naviacutec přiacutetomny
nedohořeleacute čaacutestice paliva anorganickeacute sloučeniny (popeloviny) a produkty tepelneacuteho
rozkladu uhliacute (saze a jineacute) Škodlivost tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek je daacutena několika faktory
Diacuteky sveacutemu velkeacutemu měrneacutemu povrchu sorbujiacute jineacute toxickeacute sloučeniny jakyacutemi jsou
persistentniacute organickeacute polutanty těkaveacute fluoridy a chloridy toxickyacutech kovů Daacutele mohou
obsahovat kovy ktereacute katalyzujiacute nežaacutedouciacute reakce např přiacutetomnost vanadu způsobuje
přeměnu oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute
Z podstaty vzniku tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek vyplyacutevaacute že jejich vzniku zvlaacuteště v
topeništiacutech malyacutech vyacutekonů nelze prakticky zabraacutenit
225 Organickeacute laacutetky
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky zahrnujiacute velmi širokou skupinu sloučenin s velmi
rozdiacutelnyacutemi fyzikaacutelně-chemickyacutemi a toxikologickyacutemi vlastnostmi
11
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky lze zařadit do třiacute třiacuted
1 těkaveacute organickeacute laacutetky (Volatile Organic Compounds - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou VOC) tj organickaacute sloučenina nebo směs organickyacutech
sloučenin s vyacutejimkou methanu kteraacute při teplotě 29315 K maacute tlak par 001 kPa nebo maacute
odpoviacutedajiacuteciacute těkavost za konkreacutetniacutech podmiacutenek jejiacuteho použitiacute a kteraacute může v průběhu sveacute
přiacutetomnosti v ovzdušiacute reagovat za spolupůsobeniacute slunečniacuteho zaacuteřeniacute s oxidy dusiacuteku za vzniku
fotochemickeacuteho smogu
2 persistentniacute organickeacute laacutetky (Persistent Organic Pollutants - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou POPs) tj organickeacute laacutetky ktereacute působiacute vyacuteznamnyacutem
škodlivyacutem vlivem na lidskeacute zdraviacute a maacute škodliveacute uacutečinky na životniacute prostřediacute v miacutestě i okoliacute
jejiacuteho zdroje a jejiacute toxickeacute vlastnosti jsou spojeny se schopnostiacute dlouhodobě přetrvaacutevat v
životniacutem prostřediacute a schopnostiacute akumulace v biologickyacutech systeacutemech V přiacutepadě analyacutezy
odpadniacutech plynů a kvality ovzdušiacute se členiacute daacutele podle toxicity na tři kategorie
I polychlorovaneacute dibenzodioxiny a dibenzofurany (PCDDPCDF)
II polychlorovaneacute bifenyly (PCB)
III polycyklickeacute aromatickeacute uhlovodiacuteky (PAH)
3 methan6
23 Zaacutekladniacute pojmy v ochraně ovzdušiacute
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v koncentrovaneacute podobě tak jak vystupujiacute ze zdroje znečištěniacute např
u kotelny z komiacutena označujeme jako emise a jejich maximaacutelniacute koncentrace je omezena podle
nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb a navazujiacuteciacutemi předpisy tzv emisniacutemi limity
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v ovzdušiacute se tzv přiacutezemniacute vrstvě tj tam kde jsou obsahem ovzdušiacute
ktereacute dyacutechaacuteme označujiacute jako imise a nejvyššiacute dovoleneacute koncentrace těchto laacutetek jsou opět
omezeny zaacutekonnou normou ve formě imisniacutech limitů
Koncentrace emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek se vyjadřujiacute buď hmotnostniacute koncentraciacute (mg
m-3 microgm-3) Hmotnostniacute koncentrace je nutno uvaacutedět a přepočiacutetaacutevat na normaacutelniacute podmiacutenky
12
(p = 101325 kPa a T = 27315 K) a na referentniacute obsah kysliacuteku Referentniacute obsah kysliacuteku je
stanoven v zaacutevislosti na spalovaneacutem palivu např pro dřevo je 6 pro uhliacute 11 atd
Spotřebiče malyacutech vyacutekonů patřiacute mezi zdroje znečišťovaacuteniacute jejichž emisniacute limity nejsou
určeny zcela jednoznačně Pro spraacutevneacute zařazeniacute spotřebiče do přiacuteslušneacute skupiny zdrojů je
nutno znaacutet jmenovityacute tepelnyacute vyacutekon spotřebiče vlastnickyacute vztah provozovatele spalovaciacuteho
zařiacutezeniacute k nemovitosti se spalovaciacutem zařiacutezeniacutem a v některyacutech přiacutepadech stanovisko
stavebniacuteho uacuteřadu k možnosti společneacuteho vypouštěniacute spalin
Nejjednoduššiacute situace nastaacutevaacute v přiacutepadě že součet jmenovityacutech tepelnyacutech vyacutekonů
všech spotřebičů na tuhaacute paliva je v daneacutem objektu menšiacute než 15 kW Pak bez ohledu na
ostatniacute skutečnosti platiacute že pro provoz těchto spotřebičů neniacute stanoven žaacutednyacute emisniacute limit
Spotřebič může byacutet uveden na trh pokud autorizovanaacute zkušebna potvrdiacute dosaženiacute
předepsanyacutech hodnot objemoveacuteho zlomku oxidu uhelnateacuteho3
24 Vlastnosti tuhyacutech paliv
Palivo se sklaacutedaacute ze třiacute zaacutekladniacutech složek hořlaviny vody a popelovin ktereacute tvořiacute tzv
hrubyacute rozbor paliva pro něž platiacute
h + W + A = 1 [kgkg-1] (8)
h je tzv hořlavina (čaacutest palivoveacute hmoty obsahujiacuteciacute uvolnitelneacute teplo)
W je voda obsaženaacute v palivu
A jsou inertniacute popeloviny v palivu
Hořlavina paliva se děliacute na prchavyacute podiacutel (hořlavina kteraacute se uvolniacute zahřaacutetiacutem paliva v
plynneacute formě) a uhliacutekovyacute zbytek (hořiacute v pevneacutem stavu) Hořlavina je tvořena 5-ti prvky a to
uhliacutekemvodiacutekem siacuterou dusiacutekem a palivovyacutem kysliacutekem Dřevo tedy obsahuje tři zaacutekladniacute
prvky ktereacute jsou zdrojem chemicky vaacutezaneacuteho tepla - uhliacutek vodiacutek a siacuteru
Voda obsaženaacute v palivu se děliacute na vodu hrubou (volnaacute voda) a na vodu zbytkovou
(chemicky v palivu vaacutezanou)
13
Popeloviny v palivu se děliacute na čaacutest kteraacute po spaacuteleniacute paliva zůstane v plynneacute formě
(prchavyacute podiacutel) a na popel kteryacute zůstane v pevneacutem stavu
Dřevo je organickyacute materiaacutel rostlinneacuteho původu Největšiacute podiacutel jeho složeniacute zaujiacutemaacute
celuloacuteza (cca 42) daacutele hemiceluloacutezy (cca 26) a lignin (cca 25) Zbytek tvořiacute acetyl (cca
2) popeloviny (03 ) škroby a tuky (cca 18) biacutelkoviny (cca 1) třiacutesloviny (cca 01)
pryskyřičneacute laacutetky (cca 16) a ve stopoveacutem množstviacute barviva alkaloidy glykosidy a ostatniacute
složky
Poměrnaacute množstviacute prvků v sušině tuzemskeacuteho dřeva jsou přibližně
uhliacutek 50
dusiacutek 004 až 02
vodiacutek 6
popeloviny 02 až 06
kysliacutek 43
Vyacutehřevnost dřeva zaacutevisiacute na jeho vlhkosti Všechna voda ve dřevě obsaženaacute se při
spaacuteleniacute odpařiacute a na tuto přeměnu kapalneacute vody na paacuteru se spotřebuje čaacutest energie vznikleacute
spaacuteleniacutem sušiny Vyacutehřevnost sušiny se u všech druhů dřeva pohybuje přibližně od 17 do 22
MJkg-1 Při běžneacute vlhkosti tj při 25 vody klesaacute tato vyacutehřevnost na hodnoty kolem 15
MJkg-17
Bod zaacutepalnosti tj nejnižšiacute teplota na kterou se musiacute dřevo zahřaacutet aby se samovzniacutetilo
je mezi 330 a 470 degC kdežto bod vzplanutiacute tj nejnižšiacute teplota při niacutež se ve dřevě vyvine
tolik plynů že se vzduchem vytvořiacute směs kteraacute se přibliacuteženiacutem k plameni vzniacutetiacute je pouze 180
až 275degC
Různeacute dřeviny majiacute rozdiacutelnou vyacutehřevnost a nehořiacute stejnyacutem způsobem Obecně daacutevaacuteme
přednost tvrdeacutemu dřevu jako je dub buk jasan habr a ovocneacute dřeviny Hořiacute jasnyacutem
plamenem a produkujiacute hodně žhavyacutech uhliacuteků ze kteryacutech dlouho vyzařuje teplo Nejviacutece
rozšiacuteřeneacute dřevo u naacutes je bukoveacute protože maacute nejvyššiacute vyacutehřevnost z dostupnyacutech dřevin Musiacute
byacutet uskladněno pod přiacutestřeškem ihned po poraženiacute rozřezaacuteniacute a naštiacutepaacuteniacute v opačneacutem přiacutepadě
velmi rychle trouchniviacute a ztraacuteciacute vyacutehřevnost
Neniacute důležiteacute jakeacute dřevo spalujeme ale skutečnost že dřevo musiacute byacutet dobře proschleacute
(podiacutel vody v sucheacutem dřevu dosahuje zhruba 15) Spalovaacuteniacutem nevysušeneacuteho dřeva se
14
snižuje jeho vyacutehřevnost protože velkaacute čaacutest energie je spotřebovaacutena praacutevě na odpařeniacute vody
obsaženeacute ve dřevu To se projeviacute ve zvyacutešeneacute spotřebě dřevniacute hmoty Hořiacuteciacute vlhkeacute dřevo
produkuje velkeacute množstviacute kouře spaliny majiacute vysokyacute obsah dehtu maacutelo plamenů což
způsobuje zanaacutešeniacute topeniště skla průzoru u krbu kotle i komiacutenu Daacutele spalovaacuteniacutem vlhkeacuteho
dřeva dojde ke zvyacutešeniacute obsahu vodniacute paacutery ve spalinaacutech a tiacutem ke zvyacutešeniacute jejich rosneacuteho bodu
To se může projevit kondenzaciacute vlhkosti a zkraacuteceniacutem životnosti kamen přiacutepadně komiacutenoveacuteho
tělesa Z těchto důvodů vyplyacutevaacute že topeniacute vlhkyacutem dřevem je meacuteně vyacutehodneacute jak pro uživatele
tak pro přiacuterodu
Spraacutevneacute vysoušeniacute dřeva přiacuterodniacutem způsobem nastane u měkkeacuteho dřeva u rozštiacutepnutyacutech
polen po dvou letech u tvrdeacuteho dřeva po třech letech
15
3 Experimentaacutelniacute čaacutest
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute
bull Kombinovanaacute krbovaacute kamna Golemek 95 od firmy Verner
Parametry stanoveneacute vyacuterobcem celkovyacute jmenovityacute vyacutekon 9 kW uacutečinnost 80 a objem
přiklaacutedaciacuteho prostoru 45 l Předepsanyacutem palivem je dřevo o vlhkosti do 20 nebo dřevniacute
brikety V kamnech je možneacute spalovat polena deacutelky 35 cm o průměru až 20 cm
Podle nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb spotřebiče o jmenoviteacutem tepelneacutem vyacutekonu do 10
kW označovaneacute jako lokaacutelniacute spotřebiče (bez ohledu na provedeniacute a uacutečel použitiacute spotřebiče)
Vyacuterobce těchto zařiacutezeniacute musiacute prokaacutezat splněniacute technickyacutech požadavků majitel neniacute povinen
dodržovat žaacutedneacute emisniacute limity může byacutet pouze zaacutekonnyacutem způsobem omezen ve volbě
spalovaneacuteho paliva3
bull Analyzaacutetor Horiba PG 250 měřiciacute COCO2 SO2 NO2 O2
Kysliacutek -byl stanovovaacuten paramagneticky
Oxid siřičityacute oxid uhelnatyacute a oxid uhličityacute - byly stanovovaacuteny pomociacute NDIR spektrometru
Oxid dusičnyacute - byl stanovovaacuten pomociacute chemiluminiscence
Tab II Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 250
Analyt Certifikovanaacute hodnota objemoveacuteho zlomku kalibračniacute složky v kalibračniacutem plynu Relativniacute nejistota certifikovaneacute hodnoty
CO 100 2
CO2 12 1
NO 198 2
SO2 199 2
Směs CO NO CO2 SO2 v dusiacuteku ( Linde Technoplyn Praha)
16
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab II Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
Parametry analyzaacutetoru jsou shrnuty v naacutesledujiacuteciacute Tab III
Tab III Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 250
Analyt Měřiacuteciacute princip Jmenoviteacute měřiacuteciacute rozsahy
O2 paramagnetickyacute (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
CO NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2000) mlm3 a (0 divide 5000) mlm3
CO2 NDIR (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
SO2 NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 3000) mlm3
NO Chemiluminiscence (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3 (0 divide 100) mlm3
(0 divide 250) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2500) mlm3
NO2 Chemiluminiscence s předřazenyacutem konvektorem (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3
Relativniacute nejistota měřeniacute ndash pro všechny analyty a rozsahy plusmn 2 z naměřeneacute hodnoty
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab III Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
17
bull Dřevařskyacute vlhkoměr ndash vyjadřuje vlhkost jako podiacutel hmotnosti vody ku hmotnosti
sušiny ve dřevě
bull Anemometr Testo 435 s vrtulkovou sondou ndash průtok byl měřen pouze orientačně
bull Teplota v komiacuteně byla měřena kontinuaacutelně termočlaacutenkem typu K a zaznamenaacutevaacutena
dataloggerem
Scheacutema zapojeniacute přiacutestrojů je naznačeno na Obr 4
Palivo
Měřiacuteciacute sonda
Spotřebič
KOMIacuteN
ČerpadloChladič
Analyzaacutetor
PC
T
Obr 4 Scheacutema aparatury
311 Stanoveniacute kysliacuteku
Instrumentaacutelniacute metoda stanoveniacute využiacutevaacute pro stanoveniacute kysliacuteku magnetickyacutech nebo
elektrochemickyacutech vlastnostiacute molekuly
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
2
1 Uacutevod
Spalovaacuteniacute je nejstaršiacutem technologickyacutem procesem využiacutevanyacutem lidstvem od sameacuteho
počaacutetku jeho existence tj po viacutece než 1 milion let Spalovaacuteniacutem převaacutežně fosilniacutech paliv se
ziacuteskaacutevaacute teplo a energie
Historicky nejstaršiacutem spalovaciacutem zařiacutezeniacutem je otevřeneacute ohniště ktereacute v podobě
otevřenyacutech krbů přetrvaacutevaacute až do současnosti Nevyacutehodou byla niacutezkaacute teplota plamene a niacutezkaacute
koncentrace prchaveacute hořlaviny uvolňujiacuteciacute se ze dřeva Průlomem do otevřenyacutech ohnišť byl
vynaacutelez uzavřeneacuteho roštoveacuteho topeniště Omezenyacute a řiacutezenyacute přiacutestup spalovaciacuteho vzduchu s
uzavřenyacutem vyzděnyacutem spalovaciacutem prostorem vyacuterazně změnil podmiacutenky spalovaacuteniacute Reakčniacute
teplota danaacute teplotou plamene je nejen vyššiacute ale takeacute rovnoměrnějšiacute v prostoru topeniště
Koncentrace prchaveacute hořlaviny je rovněž diacuteky pouze dvojnaacutesobneacutemu přebytku vzduchu
přiacuteznivějšiacute i když je staacutele nehomogenniacute v prostoru topeniště
Průmyslovaacute revoluce přibližně před 200 lety přinesla objeveniacute a využiacutevaacuteniacute fyzikaacutelně
chemickyacutech zaacutekonů hořeniacute vznikly noveacute technologie spalovaacuteniacute ktereacute nejenže dokaacutezaly spaacutelit
použiacutevaneacute palivo dokonaleji a s vyššiacute uacutečinnostiacute ale vyššiacute spalovaciacute teplotou umožnily využitiacute
dalšiacutech paliv ktereacute byly pro původniacute technologie spalovaacuteniacute nepoužitelneacute
Spalovaacuteniacute maacute takeacute nepřiacutezniveacute dopady na všechny složky životniacuteho prostřediacute předevšiacutem
na znečišťovaacuteniacute ovzdušiacute toxickyacutemi laacutetkami a skleniacutekovyacutemi plyny Znečišťujiacuteciacute laacutetky mohou
způsobit degradaci ekosysteacutemů a mohou miacutet vyacuteznamnyacute dopad na lidskeacute zdraviacute Proto je
důležiteacute věnovat se možnostem snižovaacuteniacute emisiacute při spalovaacuteniacute fosilniacutech paliv Jako
nejjednoduššiacute způsob snižovaacuteniacute emisiacute malyacutech energetickyacutech zdrojů je přechod na plynnaacute
přiacutepadně kapalnaacute paliva V Českeacute republice proběhla v letech 1991 - 2000 intenzivniacute
plynofikace I nadaacutele jsou statisiacutece domaacutecnostiacute odkaacutezaacuteny na vytaacutepěniacute lokaacutelniacutemi topidly na
tuhaacute paliva zejmeacutena na venkově Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů mezi lety 1991 a 2004 ukazuje
Tab I
Tab I Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911
Způsob otopu [] Roky
Pevnaacute paliva Centraacutel vytaacutepěniacute Plynnaacute paliva Elektrickyacute otop Ostatniacute
1991 44 36 18 1 1 2004 19 37 37 6 1
3
Jedniacutem z rozšiacuteřenyacutech typů tuhyacutech paliv spalovanyacutech v lokaacutelniacutech topeništiacutech je dřevo
Dřevo je palivem zejmeacutena v menšiacutech siacutedlech dobře dostupnyacutem cenově přijatelnyacutem
nezanedbatelnou přednostiacute z hlediska životniacuteho prostřediacute je i jeho obnovitelnost Dřevo lze
spalovat ve formě polen poliacutenek štěpky pilin hoblin i briket
Praacutece je věnovaacutena měřeniacute emisiacute majoritniacutech znečišťujiacuteciacutech složek (CO NOx a SO2) při
spalovaacuteniacute dřevniacute hmoty v krbovyacutech kamnech maleacuteho vyacutekonu určenyacutech pro vytaacutepěniacute
rodinneacuteho domu Emise uvedenyacutech laacutetek byly sledovaacuteny v šestihodinovyacutech blociacutech v
zaacutevislosti jak na druhu dřeva (břiacuteza borovice pilinoveacute brikety) tak na velikosti přiacutelože (malaacute
a velkaacute polena) a jejich vlhkosti Daacutele byl sledovaacuten vliv teploty v komiacuteně na koncentraci
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Naměřeneacute hodnoty byly přepočteny na normaacutelniacute stavoveacute podmiacutenky a
referenčniacute obsah kysliacuteku pro dřevo
4
2 Teoretickaacute čaacutest
21 Spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv
Pevnaacute paliva jsou všechna původem z organickeacute hmoty a lišiacute se od sebe dobou a
podmiacutenkami prouhelněniacute (tlak teplota) teacuteto organickeacute hmoty Podle časoveacute zaacutevislosti vzniku
můžeme pevnaacute paliva rozdělit do skupin
bull dřevo (současneacute ndash proto ho neřadiacuteme do fosilniacutech paliv ale do obnovitelnyacutech
zdrojů energie)
bull rašelina (staacuteřiacute cca 10 tisiacutec roků)
bull hnědaacute uhliacute (staacuteřiacute cca 1 milion roků)
bull černaacute uhliacute ( staacuteřiacute cca 3 miliony roků)
bull antracity ( staacuteřiacute cca 5 milionů roků)2
Spalovaacuteniacute probiacutehaacute ve čtyřech vzaacutejemně se překryacutevajiacuteciacutech se faacuteziacutech Po přiacutevodu paliva
do vyhřaacuteteacuteho ohniště probiacutehaacute prvniacute faacuteze V prvniacute faacutezi dochaacuteziacute k odpařovaacuteniacute vody palivo se
vysoušiacute a dochaacuteziacute k naacutesledneacutemu uvolňovaacuteniacute prchaveacute hořlaviny ktereacute probiacutehaacute intenzivně při
ohřaacutetiacute nad 250 degC Ve druheacute faacutezi se prchavaacute hořlavina miacutesiacute se vzduchem a teplota se zvyšuje
Ve třetiacute plynneacute faacutezi nastaacutevaacute hořeniacute prchaveacute hořlaviny V posledniacute faacutezi probiacutehaacute při nejvyššiacutech
teplotaacutech spalovaacuteniacute tuheacuteho uhliacuteku a dochaacuteziacute k uvolněniacute největšiacuteho množstviacute tepla
Vyacuteznamnyacutem dějem teacuteto faacuteze je heterogenniacute reakce uhliacuteku s oxidem uhličityacutem probiacutehajiacuteciacute na
povrchu pyrolyacutezniacuteho zbytku Vznikajiacuteciacute CO se z povrchu okamžitě uvolňuje do plynneacute faacuteze a
v přiacutepadě dostatečně vysokeacute koncentrace kysliacuteku a přiacutezniveacute teploty se daacutele oxiduje až na CO2
Spalovaacuteniacute tuheacuteho uhliacuteku je nejdelšiacute ze všech faacuteziacute spalovaacuteniacute trvaacute až 90 celkoveacute doby Poteacute
probiacutehaacute dohořiacutevaacuteniacute tuhyacutech zbytků34
Vznik a průběh spalovaciacuteho procesu je ovlivněn některyacutemi vlastnostmi paliv K těmto
vlastnostem patřiacute zejmeacutena měrnyacute tepelnyacute obsah paliva (spalneacute teplo a vyacutehřevnost) mez
zaacutepalnosti paliva teplota vzniacuteceniacute paliva rychlost plamene spalovaciacute teplota vlhkost a takeacute
složeniacute
5
Pracovniacutemi laacutetkami spalovaciacuteho procesu jsou
a) Palivo což je obecně jakaacutekoliv hořlavaacute laacutetka s dostatečnou vyacutehřevnostiacute a aktivitou
okysličovaciacutech pochodů
b) Okysličovadlo což je laacutetka obsahujiacuteciacute kysliacutek V praxi byacutevaacute nejčastějšiacutem okysličovadlem
vzduch Souhrnně palivo a okysličovadlo označujeme jako vstupniacute laacutetky spalovaciacuteho procesu
c) Produkty spalovaciacuteho procesu vznikajiacute jako vyacutesledek chemickeacute reakce mezi palivem a
okysličovadlem Patřiacute k nim plynneacute spaliny a tuhyacute nebo kapalnyacute zbytek po spalovaacuteniacute
22 Vyacuteznamneacute znečišťujiacuteciacute laacutetky vznikajiacuteciacute při spalovaacuteniacute
Za znečišťujiacuteciacute laacutetky jsou považovaacuteny hmotneacute laacutetky všech skupenstviacute přiacutetomneacute v
ovzdušiacute ktereacute nepřiacuteznivě ovlivňujiacute ovzdušiacute a poškozujiacute zdraviacute člověka nebo ostatniacutech
organismů zhoršujiacute jejich životniacute prostřediacute nadměrně je obtěžujiacute nebo poškozujiacute majetek
přiacutemo nebo po chemickyacutech změnaacutech v atmosfeacuteře nebo ve spolupůsobeniacute s jinou laacutetkou
Při spalovaacuteniacute dřeva vznikajiacute znečišťujiacuteciacute laacutetky ktereacute podle zaacutekona O ovzdušiacute č
862002 Sb patřiacute mezi hlavniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky Jednaacute se o naacutesledujiacuteciacute laacutetky
bull Oxid uhelnatyacute ndash CO
bull Oxid siřičityacute ndash SO2
bull Oxidy dusiacuteku ndash NOx (suma NO + NO2 vyjaacutedřenaacute jako NO2)
bull Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky (TZL) ndash tuheacute čaacutestice ve spalinaacutech
bull Organickeacute laacutetky (OL) vyjaacutedřeneacute jako celkovyacute organickyacute uhliacutek (TOC)
Tyto znečišťujiacuteciacute laacutetky jsou svyacutem původem vzniku součaacutestiacute paliva a ve vyacuteše uvedeneacute
formě se do ovzdušiacute dostaacutevajiacute v důsledku uvolněniacute tepla obsaženeacuteho v palivu spalovaciacutem
procesem
Při měřeniacute byly sledovaacuteny pouze prvniacute tři znečišťujiacuteciacute laacutetky
Vyacutevoj celkovyacutech emisiacute zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech
1990ndash2004 je uveden na Obr 1 V letech 1990 ndash 1997 došlo k dlouhodobeacutemu poklesu emisiacute
6
oxidu siřičiteacuteho a tuhyacutech laacutetek1 To je způsobeno sniacuteženiacutem spotřeby hnědeacuteho uhliacute těžkeacuteho
topneacuteho oleje a odsiřovaacuteniacutem paliva i vzniklyacutech spalin ze spalovaciacutech procesů
0200400600800
100012001400160018002000
1990 1992 1994 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004roky
celk
oveacute
emis
e (1
000t
rok)
SO2 CO NOx VOC tuheacute laacutetky
Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech
1990ndash2004
221 Oxid uhelnatyacute
Oxid uhelnatyacute je jedovatyacute plyn bez chuti a zaacutepachu omezeně rozpustnyacute ve vodě V
atmosfeacuteře se velmi rychle rozptyacuteliacute takže ve většiacute vzdaacutelenosti od zdroje neniacute nebezpečnyacute
Zvyacutešenyacute obsah oxidu uhelnateacuteho ve spalinaacutech je charakteristickyacute pro středniacute a předevšiacutem pro
maleacute zdroje znečišťovaacuteniacute ovzdušiacute
Technickou přiacutečinou vzniku oxidu uhelnateacuteho při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv je
nedokonalyacute průběh spalovaacuteniacute způsobenyacute nedostatečnyacutem přiacutevodem spalovaciacuteho vzduchu nebo
nedostatečnou teplotou ve spalovaciacutem prostoru Oxid uhelnatyacute vznikaacute rovněž sekundaacuterniacutemi
reakcemi jakyacutemi jsou disociace CO2 při teplotě spalin převyšujiacuteciacute 1500 degC nebo reakce CO2 s
nespaacutelenyacutem uhliacutekem při teplotaacutech nad 950 degC Vliv teploty na uacuteplnost konverze CO na CO2
(při dostatečneacutem přiacutestupu kysliacuteku v palivu) je uveden na Obr 2 Tyto vlivy však můžeme u
většiny malyacutech zdrojů zanedbat protože teplota spalin nedosahuje tak vysokyacutech hodnot1
Oxid uhelnatyacute vaacuteže v krvi člověka krevniacute barvivo a způsobuje proto při vyššiacutech
daacutevkaacutech smrt udušeniacutem protože zabraňuje funkci krve jako transporteacuteru kysliacuteku v těle Přesto
7
je působeniacute oxidu uhelnateacuteho na lidskyacute organismus ze zdravotniacuteho hlediska kvalifikovaacuteno
jako nejmeacuteně poškozujiacuteciacute ze všech znečišťujiacuteciacutech laacutetek z energetickyacutech zdrojů5
Vyacuteraznou a nebezpečnou vlastnostiacute CO jsou širokeacute meze zaacutepalnosti a tiacutem takeacute
vyacutebušnosti ktereacute se pohybujiacute v meziacutech 125 až 75 objemoveacute koncentrace ve vzduchu
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO
222 Oxid siřičityacute
Oxid siřičityacute je bezbarvyacute lehce zkapalnitelnyacute jedovatyacute plyn naslaacutedleacute palčiveacute chuti a
zaacutepachu silně draacuteždiacuteciacute sliznice a pokožku Oxid siřičityacute se velmi dobře rozpouštiacute ve vodě (za
normaacutelniacutech podmiacutenek je molaacuterniacute zlomek oxidu siřičiteacuteho ve vodě roven 00606) přičemž
vzniklyacute roztok obsahuje silně disociovanou kyselinu siřičitou
Oxid siřičityacute je původcem tzv kyseleacuteho smogu kteryacute dřiacuteve často vznikal v oblastech
spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv s vyššiacutem obsahem siacutery Popiacutelek s obsahem těžkyacutech kovů a saze
způsobujiacute katalytickou oxidaci oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute kteryacute se vzdušnou vlhkostiacute
8
vytvaacuteřiacute aerosol kyseliny siacuteroveacute Tento aerosol je velmi stabilniacute s dlouhou dobou setrvaacuteniacute v
přiacutezemniacute vrstvě atmosfeacutery
Oxid siřičityacute patřiacute do maleacute skupiny znečišťujiacuteciacutech laacutetek jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je
daacuten vyacutehradně složeniacutem paliva a jejich obsah ve spalinaacutech lze jen velmi omezeně ovlivnit
průběhem spalovaciacuteho procesu V palivu se siacutera vyskytuje v těchto zaacutekladniacutech formaacutech ve
formě siacuteranů (siacutera siacuteranovaacute) pyritu (siacutera pyritickaacute) a dalšiacutech polysulfidů železa (siacutera
sulfidickaacute) vaacutezanaacute v organickyacutech sloučeninaacutech (siacutera organickaacute) a někdy jako siacutera volnaacute Na
tvorbě oxidu siřičiteacuteho se podiacutelejiacute všechny uvedeneacute sloučeniny siacutery s vyacutejimkou siacuteranů3
Snižovaacuteniacute emisiacute oxidu siřičiteacuteho lze v zaacutesadě dosaacutehnout pouze dvěma způsoby uacutepravou
paliva před jeho spaacuteleniacutem a odstraňovaacuteniacutem již vznikleacuteho oxidu siřičiteacuteho ze spalin U malyacutech
zdrojů je teoreticky možnyacute prvniacute způsob druhyacute je velmi technicky a ekonomicky naacuteročnyacute
Obsah siacutery v palivu je různyacute pro různeacute druhy paliva např v uhliacute se pohybuje od 1 do 2
v přiacutepadě dřeva je zanedbatelnyacute
223 Oxidy dusiacuteku
Spalovaciacutemi reakcemi v ohništiacutech vznikajiacute tři různeacute oxidy dusiacuteku a to N2O NO a
NO2 z nichž pouze druheacute dva řadiacuteme mezi znečišťujiacuteciacute laacutetky Podmiacutenkou vzniku NOx při
spalovaacuteniacute je přiacutetomnost atomaacuterniacuteho dusiacuteku a kysliacuteku v reakčniacute zoacuteně plamene Oxid dusnatyacute a
oxid dusičityacute jsou jedovateacute plyny intenzivně iritujiacuteciacute sliznice a pokožku Oba oxidy podporujiacute
vznik fotochemickeacuteho smogu a přiacutezemniacuteho ozonu Fotochemickyacute smog vznikaacute
fotochemickyacutemi reakcemi oxidů dusiacuteku s těkavyacutemi organickyacutemi sloučeninami v přiacutezemniacutech
vrstvaacutech atmosfeacutery přičemž se vytvaacuteřejiacute agresivniacute jedovateacute fotochemickeacute oxidanty
způsobujiacuteciacute paacuteleniacute očiacute bolesti hlavy apod Oxidy dusiacuteku se rovněž uacutečastniacute stratosfeacuterickyacutech
řetězovyacutech reakciacute poškozujiacuteciacutech ozoacutenovou vrstvu Země Proto těmito znečišťujiacuteciacutemi laacutetkami
je nutneacute se zabyacutevat a hledat uacutečinneacute metody jejich sniacuteženiacute nebo odstraněniacute
Oxid dusičityacute je termicky labilniacute při teplotaacutech nad 300 degC kvantitativně disociuje na
oxid dusnatyacute Z toho vyplyacutevaacute že v ohništi se vyskytuje oxid dusnatyacute kteryacute se naacutesledně při
nižšiacutech teplotaacutech čaacutestečně oxiduje na oxid dusičityacute V současneacute době jsou znaacutemy čtyři
zaacutekladniacute mechanismy vzniku oxidu dusnateacuteho
9
bull termickyacute (Zeldovičův) NO - vznikaacute v oblasti teplot nad 1300 degC z dusiacuteku přiacutetomneacuteho
ve vzduchu
Mechanismus vzniku N2 + O rarr N + NO (1)
N + O2 rarrNO + O (2)
N + OH rarrNO + H (3)
bull promptniacute (Fenimorův) NO ndash vznikajiacuteciacute při nejvyššiacutech teplotaacutech v počaacutetečniacute faacutezi
hořeniacute (jejich podiacutel na celkovyacutech emisiacutech NO2 je minimaacutelniacute)
Mechanismus vzniku N2 + OH rarr HCN + N rarr NO (4)
bull palivovyacute NO ndash vznikajiacute v oblasti nejnižšiacutech teplot z dusiacuteku obsaženeacuteho v hořlavině
paliva Důležitaacute při jeho je vzniku doba zdrženiacute v kamnech a přebytek spalovaciacuteho
vzduchu
Mechanismus vzniku RN rarr R + N (5)
N + O2 rarr NO + O (6)
RN + O2 rarr NO + RO (7)
bull NO vzniklyacute z N2O
Vlivy na tvorbu NOx
bull teplota plamene (vliv složeniacute paliva bohatost směsi předehřaacutetiacute vzduchu stupeň
promiacutešeniacute konstrukce a tvar spalovaciacute komory)
bull doba setrvaacuteniacute molekul v paacutesmu vysokyacutech teplot (vliv vyacutetokoveacute rychlosti spalovaneacute
směsi)
bull množstviacute kysliacuteku v paacutesmu spalovaciacutech reakciacute (bohatost směsi a intenzita jejiacuteho
promiacutešeniacute)
Vliv teploty a součinitele přebytku vzduchu při spalovaacuteniacute uhliacute na tvorbu oxidů dusiacuteku je
uveden na Obr 3
10
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku5
224 Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky
Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky patřiacute mezi polutanty jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je určen jak
vlastnostmi paliva tak typem ohniště v němž je provaacuteděno spalovaacuteniacute V ideaacutelniacutem přiacutepadě
dokonaleacuteho spalovaacuteniacute jsou tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tvořeny pouze popiacutelkem (u velkyacutech
energetickyacutech kotlů) ve spalinaacutech zařiacutezeniacute středniacutech a malyacutech vyacutekonů jsou naviacutec přiacutetomny
nedohořeleacute čaacutestice paliva anorganickeacute sloučeniny (popeloviny) a produkty tepelneacuteho
rozkladu uhliacute (saze a jineacute) Škodlivost tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek je daacutena několika faktory
Diacuteky sveacutemu velkeacutemu měrneacutemu povrchu sorbujiacute jineacute toxickeacute sloučeniny jakyacutemi jsou
persistentniacute organickeacute polutanty těkaveacute fluoridy a chloridy toxickyacutech kovů Daacutele mohou
obsahovat kovy ktereacute katalyzujiacute nežaacutedouciacute reakce např přiacutetomnost vanadu způsobuje
přeměnu oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute
Z podstaty vzniku tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek vyplyacutevaacute že jejich vzniku zvlaacuteště v
topeništiacutech malyacutech vyacutekonů nelze prakticky zabraacutenit
225 Organickeacute laacutetky
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky zahrnujiacute velmi širokou skupinu sloučenin s velmi
rozdiacutelnyacutemi fyzikaacutelně-chemickyacutemi a toxikologickyacutemi vlastnostmi
11
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky lze zařadit do třiacute třiacuted
1 těkaveacute organickeacute laacutetky (Volatile Organic Compounds - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou VOC) tj organickaacute sloučenina nebo směs organickyacutech
sloučenin s vyacutejimkou methanu kteraacute při teplotě 29315 K maacute tlak par 001 kPa nebo maacute
odpoviacutedajiacuteciacute těkavost za konkreacutetniacutech podmiacutenek jejiacuteho použitiacute a kteraacute může v průběhu sveacute
přiacutetomnosti v ovzdušiacute reagovat za spolupůsobeniacute slunečniacuteho zaacuteřeniacute s oxidy dusiacuteku za vzniku
fotochemickeacuteho smogu
2 persistentniacute organickeacute laacutetky (Persistent Organic Pollutants - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou POPs) tj organickeacute laacutetky ktereacute působiacute vyacuteznamnyacutem
škodlivyacutem vlivem na lidskeacute zdraviacute a maacute škodliveacute uacutečinky na životniacute prostřediacute v miacutestě i okoliacute
jejiacuteho zdroje a jejiacute toxickeacute vlastnosti jsou spojeny se schopnostiacute dlouhodobě přetrvaacutevat v
životniacutem prostřediacute a schopnostiacute akumulace v biologickyacutech systeacutemech V přiacutepadě analyacutezy
odpadniacutech plynů a kvality ovzdušiacute se členiacute daacutele podle toxicity na tři kategorie
I polychlorovaneacute dibenzodioxiny a dibenzofurany (PCDDPCDF)
II polychlorovaneacute bifenyly (PCB)
III polycyklickeacute aromatickeacute uhlovodiacuteky (PAH)
3 methan6
23 Zaacutekladniacute pojmy v ochraně ovzdušiacute
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v koncentrovaneacute podobě tak jak vystupujiacute ze zdroje znečištěniacute např
u kotelny z komiacutena označujeme jako emise a jejich maximaacutelniacute koncentrace je omezena podle
nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb a navazujiacuteciacutemi předpisy tzv emisniacutemi limity
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v ovzdušiacute se tzv přiacutezemniacute vrstvě tj tam kde jsou obsahem ovzdušiacute
ktereacute dyacutechaacuteme označujiacute jako imise a nejvyššiacute dovoleneacute koncentrace těchto laacutetek jsou opět
omezeny zaacutekonnou normou ve formě imisniacutech limitů
Koncentrace emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek se vyjadřujiacute buď hmotnostniacute koncentraciacute (mg
m-3 microgm-3) Hmotnostniacute koncentrace je nutno uvaacutedět a přepočiacutetaacutevat na normaacutelniacute podmiacutenky
12
(p = 101325 kPa a T = 27315 K) a na referentniacute obsah kysliacuteku Referentniacute obsah kysliacuteku je
stanoven v zaacutevislosti na spalovaneacutem palivu např pro dřevo je 6 pro uhliacute 11 atd
Spotřebiče malyacutech vyacutekonů patřiacute mezi zdroje znečišťovaacuteniacute jejichž emisniacute limity nejsou
určeny zcela jednoznačně Pro spraacutevneacute zařazeniacute spotřebiče do přiacuteslušneacute skupiny zdrojů je
nutno znaacutet jmenovityacute tepelnyacute vyacutekon spotřebiče vlastnickyacute vztah provozovatele spalovaciacuteho
zařiacutezeniacute k nemovitosti se spalovaciacutem zařiacutezeniacutem a v některyacutech přiacutepadech stanovisko
stavebniacuteho uacuteřadu k možnosti společneacuteho vypouštěniacute spalin
Nejjednoduššiacute situace nastaacutevaacute v přiacutepadě že součet jmenovityacutech tepelnyacutech vyacutekonů
všech spotřebičů na tuhaacute paliva je v daneacutem objektu menšiacute než 15 kW Pak bez ohledu na
ostatniacute skutečnosti platiacute že pro provoz těchto spotřebičů neniacute stanoven žaacutednyacute emisniacute limit
Spotřebič může byacutet uveden na trh pokud autorizovanaacute zkušebna potvrdiacute dosaženiacute
předepsanyacutech hodnot objemoveacuteho zlomku oxidu uhelnateacuteho3
24 Vlastnosti tuhyacutech paliv
Palivo se sklaacutedaacute ze třiacute zaacutekladniacutech složek hořlaviny vody a popelovin ktereacute tvořiacute tzv
hrubyacute rozbor paliva pro něž platiacute
h + W + A = 1 [kgkg-1] (8)
h je tzv hořlavina (čaacutest palivoveacute hmoty obsahujiacuteciacute uvolnitelneacute teplo)
W je voda obsaženaacute v palivu
A jsou inertniacute popeloviny v palivu
Hořlavina paliva se děliacute na prchavyacute podiacutel (hořlavina kteraacute se uvolniacute zahřaacutetiacutem paliva v
plynneacute formě) a uhliacutekovyacute zbytek (hořiacute v pevneacutem stavu) Hořlavina je tvořena 5-ti prvky a to
uhliacutekemvodiacutekem siacuterou dusiacutekem a palivovyacutem kysliacutekem Dřevo tedy obsahuje tři zaacutekladniacute
prvky ktereacute jsou zdrojem chemicky vaacutezaneacuteho tepla - uhliacutek vodiacutek a siacuteru
Voda obsaženaacute v palivu se děliacute na vodu hrubou (volnaacute voda) a na vodu zbytkovou
(chemicky v palivu vaacutezanou)
13
Popeloviny v palivu se děliacute na čaacutest kteraacute po spaacuteleniacute paliva zůstane v plynneacute formě
(prchavyacute podiacutel) a na popel kteryacute zůstane v pevneacutem stavu
Dřevo je organickyacute materiaacutel rostlinneacuteho původu Největšiacute podiacutel jeho složeniacute zaujiacutemaacute
celuloacuteza (cca 42) daacutele hemiceluloacutezy (cca 26) a lignin (cca 25) Zbytek tvořiacute acetyl (cca
2) popeloviny (03 ) škroby a tuky (cca 18) biacutelkoviny (cca 1) třiacutesloviny (cca 01)
pryskyřičneacute laacutetky (cca 16) a ve stopoveacutem množstviacute barviva alkaloidy glykosidy a ostatniacute
složky
Poměrnaacute množstviacute prvků v sušině tuzemskeacuteho dřeva jsou přibližně
uhliacutek 50
dusiacutek 004 až 02
vodiacutek 6
popeloviny 02 až 06
kysliacutek 43
Vyacutehřevnost dřeva zaacutevisiacute na jeho vlhkosti Všechna voda ve dřevě obsaženaacute se při
spaacuteleniacute odpařiacute a na tuto přeměnu kapalneacute vody na paacuteru se spotřebuje čaacutest energie vznikleacute
spaacuteleniacutem sušiny Vyacutehřevnost sušiny se u všech druhů dřeva pohybuje přibližně od 17 do 22
MJkg-1 Při běžneacute vlhkosti tj při 25 vody klesaacute tato vyacutehřevnost na hodnoty kolem 15
MJkg-17
Bod zaacutepalnosti tj nejnižšiacute teplota na kterou se musiacute dřevo zahřaacutet aby se samovzniacutetilo
je mezi 330 a 470 degC kdežto bod vzplanutiacute tj nejnižšiacute teplota při niacutež se ve dřevě vyvine
tolik plynů že se vzduchem vytvořiacute směs kteraacute se přibliacuteženiacutem k plameni vzniacutetiacute je pouze 180
až 275degC
Různeacute dřeviny majiacute rozdiacutelnou vyacutehřevnost a nehořiacute stejnyacutem způsobem Obecně daacutevaacuteme
přednost tvrdeacutemu dřevu jako je dub buk jasan habr a ovocneacute dřeviny Hořiacute jasnyacutem
plamenem a produkujiacute hodně žhavyacutech uhliacuteků ze kteryacutech dlouho vyzařuje teplo Nejviacutece
rozšiacuteřeneacute dřevo u naacutes je bukoveacute protože maacute nejvyššiacute vyacutehřevnost z dostupnyacutech dřevin Musiacute
byacutet uskladněno pod přiacutestřeškem ihned po poraženiacute rozřezaacuteniacute a naštiacutepaacuteniacute v opačneacutem přiacutepadě
velmi rychle trouchniviacute a ztraacuteciacute vyacutehřevnost
Neniacute důležiteacute jakeacute dřevo spalujeme ale skutečnost že dřevo musiacute byacutet dobře proschleacute
(podiacutel vody v sucheacutem dřevu dosahuje zhruba 15) Spalovaacuteniacutem nevysušeneacuteho dřeva se
14
snižuje jeho vyacutehřevnost protože velkaacute čaacutest energie je spotřebovaacutena praacutevě na odpařeniacute vody
obsaženeacute ve dřevu To se projeviacute ve zvyacutešeneacute spotřebě dřevniacute hmoty Hořiacuteciacute vlhkeacute dřevo
produkuje velkeacute množstviacute kouře spaliny majiacute vysokyacute obsah dehtu maacutelo plamenů což
způsobuje zanaacutešeniacute topeniště skla průzoru u krbu kotle i komiacutenu Daacutele spalovaacuteniacutem vlhkeacuteho
dřeva dojde ke zvyacutešeniacute obsahu vodniacute paacutery ve spalinaacutech a tiacutem ke zvyacutešeniacute jejich rosneacuteho bodu
To se může projevit kondenzaciacute vlhkosti a zkraacuteceniacutem životnosti kamen přiacutepadně komiacutenoveacuteho
tělesa Z těchto důvodů vyplyacutevaacute že topeniacute vlhkyacutem dřevem je meacuteně vyacutehodneacute jak pro uživatele
tak pro přiacuterodu
Spraacutevneacute vysoušeniacute dřeva přiacuterodniacutem způsobem nastane u měkkeacuteho dřeva u rozštiacutepnutyacutech
polen po dvou letech u tvrdeacuteho dřeva po třech letech
15
3 Experimentaacutelniacute čaacutest
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute
bull Kombinovanaacute krbovaacute kamna Golemek 95 od firmy Verner
Parametry stanoveneacute vyacuterobcem celkovyacute jmenovityacute vyacutekon 9 kW uacutečinnost 80 a objem
přiklaacutedaciacuteho prostoru 45 l Předepsanyacutem palivem je dřevo o vlhkosti do 20 nebo dřevniacute
brikety V kamnech je možneacute spalovat polena deacutelky 35 cm o průměru až 20 cm
Podle nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb spotřebiče o jmenoviteacutem tepelneacutem vyacutekonu do 10
kW označovaneacute jako lokaacutelniacute spotřebiče (bez ohledu na provedeniacute a uacutečel použitiacute spotřebiče)
Vyacuterobce těchto zařiacutezeniacute musiacute prokaacutezat splněniacute technickyacutech požadavků majitel neniacute povinen
dodržovat žaacutedneacute emisniacute limity může byacutet pouze zaacutekonnyacutem způsobem omezen ve volbě
spalovaneacuteho paliva3
bull Analyzaacutetor Horiba PG 250 měřiciacute COCO2 SO2 NO2 O2
Kysliacutek -byl stanovovaacuten paramagneticky
Oxid siřičityacute oxid uhelnatyacute a oxid uhličityacute - byly stanovovaacuteny pomociacute NDIR spektrometru
Oxid dusičnyacute - byl stanovovaacuten pomociacute chemiluminiscence
Tab II Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 250
Analyt Certifikovanaacute hodnota objemoveacuteho zlomku kalibračniacute složky v kalibračniacutem plynu Relativniacute nejistota certifikovaneacute hodnoty
CO 100 2
CO2 12 1
NO 198 2
SO2 199 2
Směs CO NO CO2 SO2 v dusiacuteku ( Linde Technoplyn Praha)
16
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab II Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
Parametry analyzaacutetoru jsou shrnuty v naacutesledujiacuteciacute Tab III
Tab III Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 250
Analyt Měřiacuteciacute princip Jmenoviteacute měřiacuteciacute rozsahy
O2 paramagnetickyacute (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
CO NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2000) mlm3 a (0 divide 5000) mlm3
CO2 NDIR (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
SO2 NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 3000) mlm3
NO Chemiluminiscence (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3 (0 divide 100) mlm3
(0 divide 250) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2500) mlm3
NO2 Chemiluminiscence s předřazenyacutem konvektorem (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3
Relativniacute nejistota měřeniacute ndash pro všechny analyty a rozsahy plusmn 2 z naměřeneacute hodnoty
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab III Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
17
bull Dřevařskyacute vlhkoměr ndash vyjadřuje vlhkost jako podiacutel hmotnosti vody ku hmotnosti
sušiny ve dřevě
bull Anemometr Testo 435 s vrtulkovou sondou ndash průtok byl měřen pouze orientačně
bull Teplota v komiacuteně byla měřena kontinuaacutelně termočlaacutenkem typu K a zaznamenaacutevaacutena
dataloggerem
Scheacutema zapojeniacute přiacutestrojů je naznačeno na Obr 4
Palivo
Měřiacuteciacute sonda
Spotřebič
KOMIacuteN
ČerpadloChladič
Analyzaacutetor
PC
T
Obr 4 Scheacutema aparatury
311 Stanoveniacute kysliacuteku
Instrumentaacutelniacute metoda stanoveniacute využiacutevaacute pro stanoveniacute kysliacuteku magnetickyacutech nebo
elektrochemickyacutech vlastnostiacute molekuly
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
3
Jedniacutem z rozšiacuteřenyacutech typů tuhyacutech paliv spalovanyacutech v lokaacutelniacutech topeništiacutech je dřevo
Dřevo je palivem zejmeacutena v menšiacutech siacutedlech dobře dostupnyacutem cenově přijatelnyacutem
nezanedbatelnou přednostiacute z hlediska životniacuteho prostřediacute je i jeho obnovitelnost Dřevo lze
spalovat ve formě polen poliacutenek štěpky pilin hoblin i briket
Praacutece je věnovaacutena měřeniacute emisiacute majoritniacutech znečišťujiacuteciacutech složek (CO NOx a SO2) při
spalovaacuteniacute dřevniacute hmoty v krbovyacutech kamnech maleacuteho vyacutekonu určenyacutech pro vytaacutepěniacute
rodinneacuteho domu Emise uvedenyacutech laacutetek byly sledovaacuteny v šestihodinovyacutech blociacutech v
zaacutevislosti jak na druhu dřeva (břiacuteza borovice pilinoveacute brikety) tak na velikosti přiacutelože (malaacute
a velkaacute polena) a jejich vlhkosti Daacutele byl sledovaacuten vliv teploty v komiacuteně na koncentraci
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Naměřeneacute hodnoty byly přepočteny na normaacutelniacute stavoveacute podmiacutenky a
referenčniacute obsah kysliacuteku pro dřevo
4
2 Teoretickaacute čaacutest
21 Spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv
Pevnaacute paliva jsou všechna původem z organickeacute hmoty a lišiacute se od sebe dobou a
podmiacutenkami prouhelněniacute (tlak teplota) teacuteto organickeacute hmoty Podle časoveacute zaacutevislosti vzniku
můžeme pevnaacute paliva rozdělit do skupin
bull dřevo (současneacute ndash proto ho neřadiacuteme do fosilniacutech paliv ale do obnovitelnyacutech
zdrojů energie)
bull rašelina (staacuteřiacute cca 10 tisiacutec roků)
bull hnědaacute uhliacute (staacuteřiacute cca 1 milion roků)
bull černaacute uhliacute ( staacuteřiacute cca 3 miliony roků)
bull antracity ( staacuteřiacute cca 5 milionů roků)2
Spalovaacuteniacute probiacutehaacute ve čtyřech vzaacutejemně se překryacutevajiacuteciacutech se faacuteziacutech Po přiacutevodu paliva
do vyhřaacuteteacuteho ohniště probiacutehaacute prvniacute faacuteze V prvniacute faacutezi dochaacuteziacute k odpařovaacuteniacute vody palivo se
vysoušiacute a dochaacuteziacute k naacutesledneacutemu uvolňovaacuteniacute prchaveacute hořlaviny ktereacute probiacutehaacute intenzivně při
ohřaacutetiacute nad 250 degC Ve druheacute faacutezi se prchavaacute hořlavina miacutesiacute se vzduchem a teplota se zvyšuje
Ve třetiacute plynneacute faacutezi nastaacutevaacute hořeniacute prchaveacute hořlaviny V posledniacute faacutezi probiacutehaacute při nejvyššiacutech
teplotaacutech spalovaacuteniacute tuheacuteho uhliacuteku a dochaacuteziacute k uvolněniacute největšiacuteho množstviacute tepla
Vyacuteznamnyacutem dějem teacuteto faacuteze je heterogenniacute reakce uhliacuteku s oxidem uhličityacutem probiacutehajiacuteciacute na
povrchu pyrolyacutezniacuteho zbytku Vznikajiacuteciacute CO se z povrchu okamžitě uvolňuje do plynneacute faacuteze a
v přiacutepadě dostatečně vysokeacute koncentrace kysliacuteku a přiacutezniveacute teploty se daacutele oxiduje až na CO2
Spalovaacuteniacute tuheacuteho uhliacuteku je nejdelšiacute ze všech faacuteziacute spalovaacuteniacute trvaacute až 90 celkoveacute doby Poteacute
probiacutehaacute dohořiacutevaacuteniacute tuhyacutech zbytků34
Vznik a průběh spalovaciacuteho procesu je ovlivněn některyacutemi vlastnostmi paliv K těmto
vlastnostem patřiacute zejmeacutena měrnyacute tepelnyacute obsah paliva (spalneacute teplo a vyacutehřevnost) mez
zaacutepalnosti paliva teplota vzniacuteceniacute paliva rychlost plamene spalovaciacute teplota vlhkost a takeacute
složeniacute
5
Pracovniacutemi laacutetkami spalovaciacuteho procesu jsou
a) Palivo což je obecně jakaacutekoliv hořlavaacute laacutetka s dostatečnou vyacutehřevnostiacute a aktivitou
okysličovaciacutech pochodů
b) Okysličovadlo což je laacutetka obsahujiacuteciacute kysliacutek V praxi byacutevaacute nejčastějšiacutem okysličovadlem
vzduch Souhrnně palivo a okysličovadlo označujeme jako vstupniacute laacutetky spalovaciacuteho procesu
c) Produkty spalovaciacuteho procesu vznikajiacute jako vyacutesledek chemickeacute reakce mezi palivem a
okysličovadlem Patřiacute k nim plynneacute spaliny a tuhyacute nebo kapalnyacute zbytek po spalovaacuteniacute
22 Vyacuteznamneacute znečišťujiacuteciacute laacutetky vznikajiacuteciacute při spalovaacuteniacute
Za znečišťujiacuteciacute laacutetky jsou považovaacuteny hmotneacute laacutetky všech skupenstviacute přiacutetomneacute v
ovzdušiacute ktereacute nepřiacuteznivě ovlivňujiacute ovzdušiacute a poškozujiacute zdraviacute člověka nebo ostatniacutech
organismů zhoršujiacute jejich životniacute prostřediacute nadměrně je obtěžujiacute nebo poškozujiacute majetek
přiacutemo nebo po chemickyacutech změnaacutech v atmosfeacuteře nebo ve spolupůsobeniacute s jinou laacutetkou
Při spalovaacuteniacute dřeva vznikajiacute znečišťujiacuteciacute laacutetky ktereacute podle zaacutekona O ovzdušiacute č
862002 Sb patřiacute mezi hlavniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky Jednaacute se o naacutesledujiacuteciacute laacutetky
bull Oxid uhelnatyacute ndash CO
bull Oxid siřičityacute ndash SO2
bull Oxidy dusiacuteku ndash NOx (suma NO + NO2 vyjaacutedřenaacute jako NO2)
bull Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky (TZL) ndash tuheacute čaacutestice ve spalinaacutech
bull Organickeacute laacutetky (OL) vyjaacutedřeneacute jako celkovyacute organickyacute uhliacutek (TOC)
Tyto znečišťujiacuteciacute laacutetky jsou svyacutem původem vzniku součaacutestiacute paliva a ve vyacuteše uvedeneacute
formě se do ovzdušiacute dostaacutevajiacute v důsledku uvolněniacute tepla obsaženeacuteho v palivu spalovaciacutem
procesem
Při měřeniacute byly sledovaacuteny pouze prvniacute tři znečišťujiacuteciacute laacutetky
Vyacutevoj celkovyacutech emisiacute zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech
1990ndash2004 je uveden na Obr 1 V letech 1990 ndash 1997 došlo k dlouhodobeacutemu poklesu emisiacute
6
oxidu siřičiteacuteho a tuhyacutech laacutetek1 To je způsobeno sniacuteženiacutem spotřeby hnědeacuteho uhliacute těžkeacuteho
topneacuteho oleje a odsiřovaacuteniacutem paliva i vzniklyacutech spalin ze spalovaciacutech procesů
0200400600800
100012001400160018002000
1990 1992 1994 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004roky
celk
oveacute
emis
e (1
000t
rok)
SO2 CO NOx VOC tuheacute laacutetky
Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech
1990ndash2004
221 Oxid uhelnatyacute
Oxid uhelnatyacute je jedovatyacute plyn bez chuti a zaacutepachu omezeně rozpustnyacute ve vodě V
atmosfeacuteře se velmi rychle rozptyacuteliacute takže ve většiacute vzdaacutelenosti od zdroje neniacute nebezpečnyacute
Zvyacutešenyacute obsah oxidu uhelnateacuteho ve spalinaacutech je charakteristickyacute pro středniacute a předevšiacutem pro
maleacute zdroje znečišťovaacuteniacute ovzdušiacute
Technickou přiacutečinou vzniku oxidu uhelnateacuteho při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv je
nedokonalyacute průběh spalovaacuteniacute způsobenyacute nedostatečnyacutem přiacutevodem spalovaciacuteho vzduchu nebo
nedostatečnou teplotou ve spalovaciacutem prostoru Oxid uhelnatyacute vznikaacute rovněž sekundaacuterniacutemi
reakcemi jakyacutemi jsou disociace CO2 při teplotě spalin převyšujiacuteciacute 1500 degC nebo reakce CO2 s
nespaacutelenyacutem uhliacutekem při teplotaacutech nad 950 degC Vliv teploty na uacuteplnost konverze CO na CO2
(při dostatečneacutem přiacutestupu kysliacuteku v palivu) je uveden na Obr 2 Tyto vlivy však můžeme u
většiny malyacutech zdrojů zanedbat protože teplota spalin nedosahuje tak vysokyacutech hodnot1
Oxid uhelnatyacute vaacuteže v krvi člověka krevniacute barvivo a způsobuje proto při vyššiacutech
daacutevkaacutech smrt udušeniacutem protože zabraňuje funkci krve jako transporteacuteru kysliacuteku v těle Přesto
7
je působeniacute oxidu uhelnateacuteho na lidskyacute organismus ze zdravotniacuteho hlediska kvalifikovaacuteno
jako nejmeacuteně poškozujiacuteciacute ze všech znečišťujiacuteciacutech laacutetek z energetickyacutech zdrojů5
Vyacuteraznou a nebezpečnou vlastnostiacute CO jsou širokeacute meze zaacutepalnosti a tiacutem takeacute
vyacutebušnosti ktereacute se pohybujiacute v meziacutech 125 až 75 objemoveacute koncentrace ve vzduchu
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO
222 Oxid siřičityacute
Oxid siřičityacute je bezbarvyacute lehce zkapalnitelnyacute jedovatyacute plyn naslaacutedleacute palčiveacute chuti a
zaacutepachu silně draacuteždiacuteciacute sliznice a pokožku Oxid siřičityacute se velmi dobře rozpouštiacute ve vodě (za
normaacutelniacutech podmiacutenek je molaacuterniacute zlomek oxidu siřičiteacuteho ve vodě roven 00606) přičemž
vzniklyacute roztok obsahuje silně disociovanou kyselinu siřičitou
Oxid siřičityacute je původcem tzv kyseleacuteho smogu kteryacute dřiacuteve často vznikal v oblastech
spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv s vyššiacutem obsahem siacutery Popiacutelek s obsahem těžkyacutech kovů a saze
způsobujiacute katalytickou oxidaci oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute kteryacute se vzdušnou vlhkostiacute
8
vytvaacuteřiacute aerosol kyseliny siacuteroveacute Tento aerosol je velmi stabilniacute s dlouhou dobou setrvaacuteniacute v
přiacutezemniacute vrstvě atmosfeacutery
Oxid siřičityacute patřiacute do maleacute skupiny znečišťujiacuteciacutech laacutetek jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je
daacuten vyacutehradně složeniacutem paliva a jejich obsah ve spalinaacutech lze jen velmi omezeně ovlivnit
průběhem spalovaciacuteho procesu V palivu se siacutera vyskytuje v těchto zaacutekladniacutech formaacutech ve
formě siacuteranů (siacutera siacuteranovaacute) pyritu (siacutera pyritickaacute) a dalšiacutech polysulfidů železa (siacutera
sulfidickaacute) vaacutezanaacute v organickyacutech sloučeninaacutech (siacutera organickaacute) a někdy jako siacutera volnaacute Na
tvorbě oxidu siřičiteacuteho se podiacutelejiacute všechny uvedeneacute sloučeniny siacutery s vyacutejimkou siacuteranů3
Snižovaacuteniacute emisiacute oxidu siřičiteacuteho lze v zaacutesadě dosaacutehnout pouze dvěma způsoby uacutepravou
paliva před jeho spaacuteleniacutem a odstraňovaacuteniacutem již vznikleacuteho oxidu siřičiteacuteho ze spalin U malyacutech
zdrojů je teoreticky možnyacute prvniacute způsob druhyacute je velmi technicky a ekonomicky naacuteročnyacute
Obsah siacutery v palivu je různyacute pro různeacute druhy paliva např v uhliacute se pohybuje od 1 do 2
v přiacutepadě dřeva je zanedbatelnyacute
223 Oxidy dusiacuteku
Spalovaciacutemi reakcemi v ohništiacutech vznikajiacute tři různeacute oxidy dusiacuteku a to N2O NO a
NO2 z nichž pouze druheacute dva řadiacuteme mezi znečišťujiacuteciacute laacutetky Podmiacutenkou vzniku NOx při
spalovaacuteniacute je přiacutetomnost atomaacuterniacuteho dusiacuteku a kysliacuteku v reakčniacute zoacuteně plamene Oxid dusnatyacute a
oxid dusičityacute jsou jedovateacute plyny intenzivně iritujiacuteciacute sliznice a pokožku Oba oxidy podporujiacute
vznik fotochemickeacuteho smogu a přiacutezemniacuteho ozonu Fotochemickyacute smog vznikaacute
fotochemickyacutemi reakcemi oxidů dusiacuteku s těkavyacutemi organickyacutemi sloučeninami v přiacutezemniacutech
vrstvaacutech atmosfeacutery přičemž se vytvaacuteřejiacute agresivniacute jedovateacute fotochemickeacute oxidanty
způsobujiacuteciacute paacuteleniacute očiacute bolesti hlavy apod Oxidy dusiacuteku se rovněž uacutečastniacute stratosfeacuterickyacutech
řetězovyacutech reakciacute poškozujiacuteciacutech ozoacutenovou vrstvu Země Proto těmito znečišťujiacuteciacutemi laacutetkami
je nutneacute se zabyacutevat a hledat uacutečinneacute metody jejich sniacuteženiacute nebo odstraněniacute
Oxid dusičityacute je termicky labilniacute při teplotaacutech nad 300 degC kvantitativně disociuje na
oxid dusnatyacute Z toho vyplyacutevaacute že v ohništi se vyskytuje oxid dusnatyacute kteryacute se naacutesledně při
nižšiacutech teplotaacutech čaacutestečně oxiduje na oxid dusičityacute V současneacute době jsou znaacutemy čtyři
zaacutekladniacute mechanismy vzniku oxidu dusnateacuteho
9
bull termickyacute (Zeldovičův) NO - vznikaacute v oblasti teplot nad 1300 degC z dusiacuteku přiacutetomneacuteho
ve vzduchu
Mechanismus vzniku N2 + O rarr N + NO (1)
N + O2 rarrNO + O (2)
N + OH rarrNO + H (3)
bull promptniacute (Fenimorův) NO ndash vznikajiacuteciacute při nejvyššiacutech teplotaacutech v počaacutetečniacute faacutezi
hořeniacute (jejich podiacutel na celkovyacutech emisiacutech NO2 je minimaacutelniacute)
Mechanismus vzniku N2 + OH rarr HCN + N rarr NO (4)
bull palivovyacute NO ndash vznikajiacute v oblasti nejnižšiacutech teplot z dusiacuteku obsaženeacuteho v hořlavině
paliva Důležitaacute při jeho je vzniku doba zdrženiacute v kamnech a přebytek spalovaciacuteho
vzduchu
Mechanismus vzniku RN rarr R + N (5)
N + O2 rarr NO + O (6)
RN + O2 rarr NO + RO (7)
bull NO vzniklyacute z N2O
Vlivy na tvorbu NOx
bull teplota plamene (vliv složeniacute paliva bohatost směsi předehřaacutetiacute vzduchu stupeň
promiacutešeniacute konstrukce a tvar spalovaciacute komory)
bull doba setrvaacuteniacute molekul v paacutesmu vysokyacutech teplot (vliv vyacutetokoveacute rychlosti spalovaneacute
směsi)
bull množstviacute kysliacuteku v paacutesmu spalovaciacutech reakciacute (bohatost směsi a intenzita jejiacuteho
promiacutešeniacute)
Vliv teploty a součinitele přebytku vzduchu při spalovaacuteniacute uhliacute na tvorbu oxidů dusiacuteku je
uveden na Obr 3
10
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku5
224 Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky
Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky patřiacute mezi polutanty jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je určen jak
vlastnostmi paliva tak typem ohniště v němž je provaacuteděno spalovaacuteniacute V ideaacutelniacutem přiacutepadě
dokonaleacuteho spalovaacuteniacute jsou tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tvořeny pouze popiacutelkem (u velkyacutech
energetickyacutech kotlů) ve spalinaacutech zařiacutezeniacute středniacutech a malyacutech vyacutekonů jsou naviacutec přiacutetomny
nedohořeleacute čaacutestice paliva anorganickeacute sloučeniny (popeloviny) a produkty tepelneacuteho
rozkladu uhliacute (saze a jineacute) Škodlivost tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek je daacutena několika faktory
Diacuteky sveacutemu velkeacutemu měrneacutemu povrchu sorbujiacute jineacute toxickeacute sloučeniny jakyacutemi jsou
persistentniacute organickeacute polutanty těkaveacute fluoridy a chloridy toxickyacutech kovů Daacutele mohou
obsahovat kovy ktereacute katalyzujiacute nežaacutedouciacute reakce např přiacutetomnost vanadu způsobuje
přeměnu oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute
Z podstaty vzniku tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek vyplyacutevaacute že jejich vzniku zvlaacuteště v
topeništiacutech malyacutech vyacutekonů nelze prakticky zabraacutenit
225 Organickeacute laacutetky
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky zahrnujiacute velmi širokou skupinu sloučenin s velmi
rozdiacutelnyacutemi fyzikaacutelně-chemickyacutemi a toxikologickyacutemi vlastnostmi
11
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky lze zařadit do třiacute třiacuted
1 těkaveacute organickeacute laacutetky (Volatile Organic Compounds - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou VOC) tj organickaacute sloučenina nebo směs organickyacutech
sloučenin s vyacutejimkou methanu kteraacute při teplotě 29315 K maacute tlak par 001 kPa nebo maacute
odpoviacutedajiacuteciacute těkavost za konkreacutetniacutech podmiacutenek jejiacuteho použitiacute a kteraacute může v průběhu sveacute
přiacutetomnosti v ovzdušiacute reagovat za spolupůsobeniacute slunečniacuteho zaacuteřeniacute s oxidy dusiacuteku za vzniku
fotochemickeacuteho smogu
2 persistentniacute organickeacute laacutetky (Persistent Organic Pollutants - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou POPs) tj organickeacute laacutetky ktereacute působiacute vyacuteznamnyacutem
škodlivyacutem vlivem na lidskeacute zdraviacute a maacute škodliveacute uacutečinky na životniacute prostřediacute v miacutestě i okoliacute
jejiacuteho zdroje a jejiacute toxickeacute vlastnosti jsou spojeny se schopnostiacute dlouhodobě přetrvaacutevat v
životniacutem prostřediacute a schopnostiacute akumulace v biologickyacutech systeacutemech V přiacutepadě analyacutezy
odpadniacutech plynů a kvality ovzdušiacute se členiacute daacutele podle toxicity na tři kategorie
I polychlorovaneacute dibenzodioxiny a dibenzofurany (PCDDPCDF)
II polychlorovaneacute bifenyly (PCB)
III polycyklickeacute aromatickeacute uhlovodiacuteky (PAH)
3 methan6
23 Zaacutekladniacute pojmy v ochraně ovzdušiacute
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v koncentrovaneacute podobě tak jak vystupujiacute ze zdroje znečištěniacute např
u kotelny z komiacutena označujeme jako emise a jejich maximaacutelniacute koncentrace je omezena podle
nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb a navazujiacuteciacutemi předpisy tzv emisniacutemi limity
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v ovzdušiacute se tzv přiacutezemniacute vrstvě tj tam kde jsou obsahem ovzdušiacute
ktereacute dyacutechaacuteme označujiacute jako imise a nejvyššiacute dovoleneacute koncentrace těchto laacutetek jsou opět
omezeny zaacutekonnou normou ve formě imisniacutech limitů
Koncentrace emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek se vyjadřujiacute buď hmotnostniacute koncentraciacute (mg
m-3 microgm-3) Hmotnostniacute koncentrace je nutno uvaacutedět a přepočiacutetaacutevat na normaacutelniacute podmiacutenky
12
(p = 101325 kPa a T = 27315 K) a na referentniacute obsah kysliacuteku Referentniacute obsah kysliacuteku je
stanoven v zaacutevislosti na spalovaneacutem palivu např pro dřevo je 6 pro uhliacute 11 atd
Spotřebiče malyacutech vyacutekonů patřiacute mezi zdroje znečišťovaacuteniacute jejichž emisniacute limity nejsou
určeny zcela jednoznačně Pro spraacutevneacute zařazeniacute spotřebiče do přiacuteslušneacute skupiny zdrojů je
nutno znaacutet jmenovityacute tepelnyacute vyacutekon spotřebiče vlastnickyacute vztah provozovatele spalovaciacuteho
zařiacutezeniacute k nemovitosti se spalovaciacutem zařiacutezeniacutem a v některyacutech přiacutepadech stanovisko
stavebniacuteho uacuteřadu k možnosti společneacuteho vypouštěniacute spalin
Nejjednoduššiacute situace nastaacutevaacute v přiacutepadě že součet jmenovityacutech tepelnyacutech vyacutekonů
všech spotřebičů na tuhaacute paliva je v daneacutem objektu menšiacute než 15 kW Pak bez ohledu na
ostatniacute skutečnosti platiacute že pro provoz těchto spotřebičů neniacute stanoven žaacutednyacute emisniacute limit
Spotřebič může byacutet uveden na trh pokud autorizovanaacute zkušebna potvrdiacute dosaženiacute
předepsanyacutech hodnot objemoveacuteho zlomku oxidu uhelnateacuteho3
24 Vlastnosti tuhyacutech paliv
Palivo se sklaacutedaacute ze třiacute zaacutekladniacutech složek hořlaviny vody a popelovin ktereacute tvořiacute tzv
hrubyacute rozbor paliva pro něž platiacute
h + W + A = 1 [kgkg-1] (8)
h je tzv hořlavina (čaacutest palivoveacute hmoty obsahujiacuteciacute uvolnitelneacute teplo)
W je voda obsaženaacute v palivu
A jsou inertniacute popeloviny v palivu
Hořlavina paliva se děliacute na prchavyacute podiacutel (hořlavina kteraacute se uvolniacute zahřaacutetiacutem paliva v
plynneacute formě) a uhliacutekovyacute zbytek (hořiacute v pevneacutem stavu) Hořlavina je tvořena 5-ti prvky a to
uhliacutekemvodiacutekem siacuterou dusiacutekem a palivovyacutem kysliacutekem Dřevo tedy obsahuje tři zaacutekladniacute
prvky ktereacute jsou zdrojem chemicky vaacutezaneacuteho tepla - uhliacutek vodiacutek a siacuteru
Voda obsaženaacute v palivu se děliacute na vodu hrubou (volnaacute voda) a na vodu zbytkovou
(chemicky v palivu vaacutezanou)
13
Popeloviny v palivu se děliacute na čaacutest kteraacute po spaacuteleniacute paliva zůstane v plynneacute formě
(prchavyacute podiacutel) a na popel kteryacute zůstane v pevneacutem stavu
Dřevo je organickyacute materiaacutel rostlinneacuteho původu Největšiacute podiacutel jeho složeniacute zaujiacutemaacute
celuloacuteza (cca 42) daacutele hemiceluloacutezy (cca 26) a lignin (cca 25) Zbytek tvořiacute acetyl (cca
2) popeloviny (03 ) škroby a tuky (cca 18) biacutelkoviny (cca 1) třiacutesloviny (cca 01)
pryskyřičneacute laacutetky (cca 16) a ve stopoveacutem množstviacute barviva alkaloidy glykosidy a ostatniacute
složky
Poměrnaacute množstviacute prvků v sušině tuzemskeacuteho dřeva jsou přibližně
uhliacutek 50
dusiacutek 004 až 02
vodiacutek 6
popeloviny 02 až 06
kysliacutek 43
Vyacutehřevnost dřeva zaacutevisiacute na jeho vlhkosti Všechna voda ve dřevě obsaženaacute se při
spaacuteleniacute odpařiacute a na tuto přeměnu kapalneacute vody na paacuteru se spotřebuje čaacutest energie vznikleacute
spaacuteleniacutem sušiny Vyacutehřevnost sušiny se u všech druhů dřeva pohybuje přibližně od 17 do 22
MJkg-1 Při běžneacute vlhkosti tj při 25 vody klesaacute tato vyacutehřevnost na hodnoty kolem 15
MJkg-17
Bod zaacutepalnosti tj nejnižšiacute teplota na kterou se musiacute dřevo zahřaacutet aby se samovzniacutetilo
je mezi 330 a 470 degC kdežto bod vzplanutiacute tj nejnižšiacute teplota při niacutež se ve dřevě vyvine
tolik plynů že se vzduchem vytvořiacute směs kteraacute se přibliacuteženiacutem k plameni vzniacutetiacute je pouze 180
až 275degC
Různeacute dřeviny majiacute rozdiacutelnou vyacutehřevnost a nehořiacute stejnyacutem způsobem Obecně daacutevaacuteme
přednost tvrdeacutemu dřevu jako je dub buk jasan habr a ovocneacute dřeviny Hořiacute jasnyacutem
plamenem a produkujiacute hodně žhavyacutech uhliacuteků ze kteryacutech dlouho vyzařuje teplo Nejviacutece
rozšiacuteřeneacute dřevo u naacutes je bukoveacute protože maacute nejvyššiacute vyacutehřevnost z dostupnyacutech dřevin Musiacute
byacutet uskladněno pod přiacutestřeškem ihned po poraženiacute rozřezaacuteniacute a naštiacutepaacuteniacute v opačneacutem přiacutepadě
velmi rychle trouchniviacute a ztraacuteciacute vyacutehřevnost
Neniacute důležiteacute jakeacute dřevo spalujeme ale skutečnost že dřevo musiacute byacutet dobře proschleacute
(podiacutel vody v sucheacutem dřevu dosahuje zhruba 15) Spalovaacuteniacutem nevysušeneacuteho dřeva se
14
snižuje jeho vyacutehřevnost protože velkaacute čaacutest energie je spotřebovaacutena praacutevě na odpařeniacute vody
obsaženeacute ve dřevu To se projeviacute ve zvyacutešeneacute spotřebě dřevniacute hmoty Hořiacuteciacute vlhkeacute dřevo
produkuje velkeacute množstviacute kouře spaliny majiacute vysokyacute obsah dehtu maacutelo plamenů což
způsobuje zanaacutešeniacute topeniště skla průzoru u krbu kotle i komiacutenu Daacutele spalovaacuteniacutem vlhkeacuteho
dřeva dojde ke zvyacutešeniacute obsahu vodniacute paacutery ve spalinaacutech a tiacutem ke zvyacutešeniacute jejich rosneacuteho bodu
To se může projevit kondenzaciacute vlhkosti a zkraacuteceniacutem životnosti kamen přiacutepadně komiacutenoveacuteho
tělesa Z těchto důvodů vyplyacutevaacute že topeniacute vlhkyacutem dřevem je meacuteně vyacutehodneacute jak pro uživatele
tak pro přiacuterodu
Spraacutevneacute vysoušeniacute dřeva přiacuterodniacutem způsobem nastane u měkkeacuteho dřeva u rozštiacutepnutyacutech
polen po dvou letech u tvrdeacuteho dřeva po třech letech
15
3 Experimentaacutelniacute čaacutest
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute
bull Kombinovanaacute krbovaacute kamna Golemek 95 od firmy Verner
Parametry stanoveneacute vyacuterobcem celkovyacute jmenovityacute vyacutekon 9 kW uacutečinnost 80 a objem
přiklaacutedaciacuteho prostoru 45 l Předepsanyacutem palivem je dřevo o vlhkosti do 20 nebo dřevniacute
brikety V kamnech je možneacute spalovat polena deacutelky 35 cm o průměru až 20 cm
Podle nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb spotřebiče o jmenoviteacutem tepelneacutem vyacutekonu do 10
kW označovaneacute jako lokaacutelniacute spotřebiče (bez ohledu na provedeniacute a uacutečel použitiacute spotřebiče)
Vyacuterobce těchto zařiacutezeniacute musiacute prokaacutezat splněniacute technickyacutech požadavků majitel neniacute povinen
dodržovat žaacutedneacute emisniacute limity může byacutet pouze zaacutekonnyacutem způsobem omezen ve volbě
spalovaneacuteho paliva3
bull Analyzaacutetor Horiba PG 250 měřiciacute COCO2 SO2 NO2 O2
Kysliacutek -byl stanovovaacuten paramagneticky
Oxid siřičityacute oxid uhelnatyacute a oxid uhličityacute - byly stanovovaacuteny pomociacute NDIR spektrometru
Oxid dusičnyacute - byl stanovovaacuten pomociacute chemiluminiscence
Tab II Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 250
Analyt Certifikovanaacute hodnota objemoveacuteho zlomku kalibračniacute složky v kalibračniacutem plynu Relativniacute nejistota certifikovaneacute hodnoty
CO 100 2
CO2 12 1
NO 198 2
SO2 199 2
Směs CO NO CO2 SO2 v dusiacuteku ( Linde Technoplyn Praha)
16
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab II Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
Parametry analyzaacutetoru jsou shrnuty v naacutesledujiacuteciacute Tab III
Tab III Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 250
Analyt Měřiacuteciacute princip Jmenoviteacute měřiacuteciacute rozsahy
O2 paramagnetickyacute (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
CO NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2000) mlm3 a (0 divide 5000) mlm3
CO2 NDIR (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
SO2 NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 3000) mlm3
NO Chemiluminiscence (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3 (0 divide 100) mlm3
(0 divide 250) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2500) mlm3
NO2 Chemiluminiscence s předřazenyacutem konvektorem (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3
Relativniacute nejistota měřeniacute ndash pro všechny analyty a rozsahy plusmn 2 z naměřeneacute hodnoty
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab III Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
17
bull Dřevařskyacute vlhkoměr ndash vyjadřuje vlhkost jako podiacutel hmotnosti vody ku hmotnosti
sušiny ve dřevě
bull Anemometr Testo 435 s vrtulkovou sondou ndash průtok byl měřen pouze orientačně
bull Teplota v komiacuteně byla měřena kontinuaacutelně termočlaacutenkem typu K a zaznamenaacutevaacutena
dataloggerem
Scheacutema zapojeniacute přiacutestrojů je naznačeno na Obr 4
Palivo
Měřiacuteciacute sonda
Spotřebič
KOMIacuteN
ČerpadloChladič
Analyzaacutetor
PC
T
Obr 4 Scheacutema aparatury
311 Stanoveniacute kysliacuteku
Instrumentaacutelniacute metoda stanoveniacute využiacutevaacute pro stanoveniacute kysliacuteku magnetickyacutech nebo
elektrochemickyacutech vlastnostiacute molekuly
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
4
2 Teoretickaacute čaacutest
21 Spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv
Pevnaacute paliva jsou všechna původem z organickeacute hmoty a lišiacute se od sebe dobou a
podmiacutenkami prouhelněniacute (tlak teplota) teacuteto organickeacute hmoty Podle časoveacute zaacutevislosti vzniku
můžeme pevnaacute paliva rozdělit do skupin
bull dřevo (současneacute ndash proto ho neřadiacuteme do fosilniacutech paliv ale do obnovitelnyacutech
zdrojů energie)
bull rašelina (staacuteřiacute cca 10 tisiacutec roků)
bull hnědaacute uhliacute (staacuteřiacute cca 1 milion roků)
bull černaacute uhliacute ( staacuteřiacute cca 3 miliony roků)
bull antracity ( staacuteřiacute cca 5 milionů roků)2
Spalovaacuteniacute probiacutehaacute ve čtyřech vzaacutejemně se překryacutevajiacuteciacutech se faacuteziacutech Po přiacutevodu paliva
do vyhřaacuteteacuteho ohniště probiacutehaacute prvniacute faacuteze V prvniacute faacutezi dochaacuteziacute k odpařovaacuteniacute vody palivo se
vysoušiacute a dochaacuteziacute k naacutesledneacutemu uvolňovaacuteniacute prchaveacute hořlaviny ktereacute probiacutehaacute intenzivně při
ohřaacutetiacute nad 250 degC Ve druheacute faacutezi se prchavaacute hořlavina miacutesiacute se vzduchem a teplota se zvyšuje
Ve třetiacute plynneacute faacutezi nastaacutevaacute hořeniacute prchaveacute hořlaviny V posledniacute faacutezi probiacutehaacute při nejvyššiacutech
teplotaacutech spalovaacuteniacute tuheacuteho uhliacuteku a dochaacuteziacute k uvolněniacute největšiacuteho množstviacute tepla
Vyacuteznamnyacutem dějem teacuteto faacuteze je heterogenniacute reakce uhliacuteku s oxidem uhličityacutem probiacutehajiacuteciacute na
povrchu pyrolyacutezniacuteho zbytku Vznikajiacuteciacute CO se z povrchu okamžitě uvolňuje do plynneacute faacuteze a
v přiacutepadě dostatečně vysokeacute koncentrace kysliacuteku a přiacutezniveacute teploty se daacutele oxiduje až na CO2
Spalovaacuteniacute tuheacuteho uhliacuteku je nejdelšiacute ze všech faacuteziacute spalovaacuteniacute trvaacute až 90 celkoveacute doby Poteacute
probiacutehaacute dohořiacutevaacuteniacute tuhyacutech zbytků34
Vznik a průběh spalovaciacuteho procesu je ovlivněn některyacutemi vlastnostmi paliv K těmto
vlastnostem patřiacute zejmeacutena měrnyacute tepelnyacute obsah paliva (spalneacute teplo a vyacutehřevnost) mez
zaacutepalnosti paliva teplota vzniacuteceniacute paliva rychlost plamene spalovaciacute teplota vlhkost a takeacute
složeniacute
5
Pracovniacutemi laacutetkami spalovaciacuteho procesu jsou
a) Palivo což je obecně jakaacutekoliv hořlavaacute laacutetka s dostatečnou vyacutehřevnostiacute a aktivitou
okysličovaciacutech pochodů
b) Okysličovadlo což je laacutetka obsahujiacuteciacute kysliacutek V praxi byacutevaacute nejčastějšiacutem okysličovadlem
vzduch Souhrnně palivo a okysličovadlo označujeme jako vstupniacute laacutetky spalovaciacuteho procesu
c) Produkty spalovaciacuteho procesu vznikajiacute jako vyacutesledek chemickeacute reakce mezi palivem a
okysličovadlem Patřiacute k nim plynneacute spaliny a tuhyacute nebo kapalnyacute zbytek po spalovaacuteniacute
22 Vyacuteznamneacute znečišťujiacuteciacute laacutetky vznikajiacuteciacute při spalovaacuteniacute
Za znečišťujiacuteciacute laacutetky jsou považovaacuteny hmotneacute laacutetky všech skupenstviacute přiacutetomneacute v
ovzdušiacute ktereacute nepřiacuteznivě ovlivňujiacute ovzdušiacute a poškozujiacute zdraviacute člověka nebo ostatniacutech
organismů zhoršujiacute jejich životniacute prostřediacute nadměrně je obtěžujiacute nebo poškozujiacute majetek
přiacutemo nebo po chemickyacutech změnaacutech v atmosfeacuteře nebo ve spolupůsobeniacute s jinou laacutetkou
Při spalovaacuteniacute dřeva vznikajiacute znečišťujiacuteciacute laacutetky ktereacute podle zaacutekona O ovzdušiacute č
862002 Sb patřiacute mezi hlavniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky Jednaacute se o naacutesledujiacuteciacute laacutetky
bull Oxid uhelnatyacute ndash CO
bull Oxid siřičityacute ndash SO2
bull Oxidy dusiacuteku ndash NOx (suma NO + NO2 vyjaacutedřenaacute jako NO2)
bull Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky (TZL) ndash tuheacute čaacutestice ve spalinaacutech
bull Organickeacute laacutetky (OL) vyjaacutedřeneacute jako celkovyacute organickyacute uhliacutek (TOC)
Tyto znečišťujiacuteciacute laacutetky jsou svyacutem původem vzniku součaacutestiacute paliva a ve vyacuteše uvedeneacute
formě se do ovzdušiacute dostaacutevajiacute v důsledku uvolněniacute tepla obsaženeacuteho v palivu spalovaciacutem
procesem
Při měřeniacute byly sledovaacuteny pouze prvniacute tři znečišťujiacuteciacute laacutetky
Vyacutevoj celkovyacutech emisiacute zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech
1990ndash2004 je uveden na Obr 1 V letech 1990 ndash 1997 došlo k dlouhodobeacutemu poklesu emisiacute
6
oxidu siřičiteacuteho a tuhyacutech laacutetek1 To je způsobeno sniacuteženiacutem spotřeby hnědeacuteho uhliacute těžkeacuteho
topneacuteho oleje a odsiřovaacuteniacutem paliva i vzniklyacutech spalin ze spalovaciacutech procesů
0200400600800
100012001400160018002000
1990 1992 1994 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004roky
celk
oveacute
emis
e (1
000t
rok)
SO2 CO NOx VOC tuheacute laacutetky
Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech
1990ndash2004
221 Oxid uhelnatyacute
Oxid uhelnatyacute je jedovatyacute plyn bez chuti a zaacutepachu omezeně rozpustnyacute ve vodě V
atmosfeacuteře se velmi rychle rozptyacuteliacute takže ve většiacute vzdaacutelenosti od zdroje neniacute nebezpečnyacute
Zvyacutešenyacute obsah oxidu uhelnateacuteho ve spalinaacutech je charakteristickyacute pro středniacute a předevšiacutem pro
maleacute zdroje znečišťovaacuteniacute ovzdušiacute
Technickou přiacutečinou vzniku oxidu uhelnateacuteho při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv je
nedokonalyacute průběh spalovaacuteniacute způsobenyacute nedostatečnyacutem přiacutevodem spalovaciacuteho vzduchu nebo
nedostatečnou teplotou ve spalovaciacutem prostoru Oxid uhelnatyacute vznikaacute rovněž sekundaacuterniacutemi
reakcemi jakyacutemi jsou disociace CO2 při teplotě spalin převyšujiacuteciacute 1500 degC nebo reakce CO2 s
nespaacutelenyacutem uhliacutekem při teplotaacutech nad 950 degC Vliv teploty na uacuteplnost konverze CO na CO2
(při dostatečneacutem přiacutestupu kysliacuteku v palivu) je uveden na Obr 2 Tyto vlivy však můžeme u
většiny malyacutech zdrojů zanedbat protože teplota spalin nedosahuje tak vysokyacutech hodnot1
Oxid uhelnatyacute vaacuteže v krvi člověka krevniacute barvivo a způsobuje proto při vyššiacutech
daacutevkaacutech smrt udušeniacutem protože zabraňuje funkci krve jako transporteacuteru kysliacuteku v těle Přesto
7
je působeniacute oxidu uhelnateacuteho na lidskyacute organismus ze zdravotniacuteho hlediska kvalifikovaacuteno
jako nejmeacuteně poškozujiacuteciacute ze všech znečišťujiacuteciacutech laacutetek z energetickyacutech zdrojů5
Vyacuteraznou a nebezpečnou vlastnostiacute CO jsou širokeacute meze zaacutepalnosti a tiacutem takeacute
vyacutebušnosti ktereacute se pohybujiacute v meziacutech 125 až 75 objemoveacute koncentrace ve vzduchu
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO
222 Oxid siřičityacute
Oxid siřičityacute je bezbarvyacute lehce zkapalnitelnyacute jedovatyacute plyn naslaacutedleacute palčiveacute chuti a
zaacutepachu silně draacuteždiacuteciacute sliznice a pokožku Oxid siřičityacute se velmi dobře rozpouštiacute ve vodě (za
normaacutelniacutech podmiacutenek je molaacuterniacute zlomek oxidu siřičiteacuteho ve vodě roven 00606) přičemž
vzniklyacute roztok obsahuje silně disociovanou kyselinu siřičitou
Oxid siřičityacute je původcem tzv kyseleacuteho smogu kteryacute dřiacuteve často vznikal v oblastech
spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv s vyššiacutem obsahem siacutery Popiacutelek s obsahem těžkyacutech kovů a saze
způsobujiacute katalytickou oxidaci oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute kteryacute se vzdušnou vlhkostiacute
8
vytvaacuteřiacute aerosol kyseliny siacuteroveacute Tento aerosol je velmi stabilniacute s dlouhou dobou setrvaacuteniacute v
přiacutezemniacute vrstvě atmosfeacutery
Oxid siřičityacute patřiacute do maleacute skupiny znečišťujiacuteciacutech laacutetek jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je
daacuten vyacutehradně složeniacutem paliva a jejich obsah ve spalinaacutech lze jen velmi omezeně ovlivnit
průběhem spalovaciacuteho procesu V palivu se siacutera vyskytuje v těchto zaacutekladniacutech formaacutech ve
formě siacuteranů (siacutera siacuteranovaacute) pyritu (siacutera pyritickaacute) a dalšiacutech polysulfidů železa (siacutera
sulfidickaacute) vaacutezanaacute v organickyacutech sloučeninaacutech (siacutera organickaacute) a někdy jako siacutera volnaacute Na
tvorbě oxidu siřičiteacuteho se podiacutelejiacute všechny uvedeneacute sloučeniny siacutery s vyacutejimkou siacuteranů3
Snižovaacuteniacute emisiacute oxidu siřičiteacuteho lze v zaacutesadě dosaacutehnout pouze dvěma způsoby uacutepravou
paliva před jeho spaacuteleniacutem a odstraňovaacuteniacutem již vznikleacuteho oxidu siřičiteacuteho ze spalin U malyacutech
zdrojů je teoreticky možnyacute prvniacute způsob druhyacute je velmi technicky a ekonomicky naacuteročnyacute
Obsah siacutery v palivu je různyacute pro různeacute druhy paliva např v uhliacute se pohybuje od 1 do 2
v přiacutepadě dřeva je zanedbatelnyacute
223 Oxidy dusiacuteku
Spalovaciacutemi reakcemi v ohništiacutech vznikajiacute tři různeacute oxidy dusiacuteku a to N2O NO a
NO2 z nichž pouze druheacute dva řadiacuteme mezi znečišťujiacuteciacute laacutetky Podmiacutenkou vzniku NOx při
spalovaacuteniacute je přiacutetomnost atomaacuterniacuteho dusiacuteku a kysliacuteku v reakčniacute zoacuteně plamene Oxid dusnatyacute a
oxid dusičityacute jsou jedovateacute plyny intenzivně iritujiacuteciacute sliznice a pokožku Oba oxidy podporujiacute
vznik fotochemickeacuteho smogu a přiacutezemniacuteho ozonu Fotochemickyacute smog vznikaacute
fotochemickyacutemi reakcemi oxidů dusiacuteku s těkavyacutemi organickyacutemi sloučeninami v přiacutezemniacutech
vrstvaacutech atmosfeacutery přičemž se vytvaacuteřejiacute agresivniacute jedovateacute fotochemickeacute oxidanty
způsobujiacuteciacute paacuteleniacute očiacute bolesti hlavy apod Oxidy dusiacuteku se rovněž uacutečastniacute stratosfeacuterickyacutech
řetězovyacutech reakciacute poškozujiacuteciacutech ozoacutenovou vrstvu Země Proto těmito znečišťujiacuteciacutemi laacutetkami
je nutneacute se zabyacutevat a hledat uacutečinneacute metody jejich sniacuteženiacute nebo odstraněniacute
Oxid dusičityacute je termicky labilniacute při teplotaacutech nad 300 degC kvantitativně disociuje na
oxid dusnatyacute Z toho vyplyacutevaacute že v ohništi se vyskytuje oxid dusnatyacute kteryacute se naacutesledně při
nižšiacutech teplotaacutech čaacutestečně oxiduje na oxid dusičityacute V současneacute době jsou znaacutemy čtyři
zaacutekladniacute mechanismy vzniku oxidu dusnateacuteho
9
bull termickyacute (Zeldovičův) NO - vznikaacute v oblasti teplot nad 1300 degC z dusiacuteku přiacutetomneacuteho
ve vzduchu
Mechanismus vzniku N2 + O rarr N + NO (1)
N + O2 rarrNO + O (2)
N + OH rarrNO + H (3)
bull promptniacute (Fenimorův) NO ndash vznikajiacuteciacute při nejvyššiacutech teplotaacutech v počaacutetečniacute faacutezi
hořeniacute (jejich podiacutel na celkovyacutech emisiacutech NO2 je minimaacutelniacute)
Mechanismus vzniku N2 + OH rarr HCN + N rarr NO (4)
bull palivovyacute NO ndash vznikajiacute v oblasti nejnižšiacutech teplot z dusiacuteku obsaženeacuteho v hořlavině
paliva Důležitaacute při jeho je vzniku doba zdrženiacute v kamnech a přebytek spalovaciacuteho
vzduchu
Mechanismus vzniku RN rarr R + N (5)
N + O2 rarr NO + O (6)
RN + O2 rarr NO + RO (7)
bull NO vzniklyacute z N2O
Vlivy na tvorbu NOx
bull teplota plamene (vliv složeniacute paliva bohatost směsi předehřaacutetiacute vzduchu stupeň
promiacutešeniacute konstrukce a tvar spalovaciacute komory)
bull doba setrvaacuteniacute molekul v paacutesmu vysokyacutech teplot (vliv vyacutetokoveacute rychlosti spalovaneacute
směsi)
bull množstviacute kysliacuteku v paacutesmu spalovaciacutech reakciacute (bohatost směsi a intenzita jejiacuteho
promiacutešeniacute)
Vliv teploty a součinitele přebytku vzduchu při spalovaacuteniacute uhliacute na tvorbu oxidů dusiacuteku je
uveden na Obr 3
10
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku5
224 Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky
Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky patřiacute mezi polutanty jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je určen jak
vlastnostmi paliva tak typem ohniště v němž je provaacuteděno spalovaacuteniacute V ideaacutelniacutem přiacutepadě
dokonaleacuteho spalovaacuteniacute jsou tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tvořeny pouze popiacutelkem (u velkyacutech
energetickyacutech kotlů) ve spalinaacutech zařiacutezeniacute středniacutech a malyacutech vyacutekonů jsou naviacutec přiacutetomny
nedohořeleacute čaacutestice paliva anorganickeacute sloučeniny (popeloviny) a produkty tepelneacuteho
rozkladu uhliacute (saze a jineacute) Škodlivost tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek je daacutena několika faktory
Diacuteky sveacutemu velkeacutemu měrneacutemu povrchu sorbujiacute jineacute toxickeacute sloučeniny jakyacutemi jsou
persistentniacute organickeacute polutanty těkaveacute fluoridy a chloridy toxickyacutech kovů Daacutele mohou
obsahovat kovy ktereacute katalyzujiacute nežaacutedouciacute reakce např přiacutetomnost vanadu způsobuje
přeměnu oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute
Z podstaty vzniku tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek vyplyacutevaacute že jejich vzniku zvlaacuteště v
topeništiacutech malyacutech vyacutekonů nelze prakticky zabraacutenit
225 Organickeacute laacutetky
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky zahrnujiacute velmi širokou skupinu sloučenin s velmi
rozdiacutelnyacutemi fyzikaacutelně-chemickyacutemi a toxikologickyacutemi vlastnostmi
11
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky lze zařadit do třiacute třiacuted
1 těkaveacute organickeacute laacutetky (Volatile Organic Compounds - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou VOC) tj organickaacute sloučenina nebo směs organickyacutech
sloučenin s vyacutejimkou methanu kteraacute při teplotě 29315 K maacute tlak par 001 kPa nebo maacute
odpoviacutedajiacuteciacute těkavost za konkreacutetniacutech podmiacutenek jejiacuteho použitiacute a kteraacute může v průběhu sveacute
přiacutetomnosti v ovzdušiacute reagovat za spolupůsobeniacute slunečniacuteho zaacuteřeniacute s oxidy dusiacuteku za vzniku
fotochemickeacuteho smogu
2 persistentniacute organickeacute laacutetky (Persistent Organic Pollutants - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou POPs) tj organickeacute laacutetky ktereacute působiacute vyacuteznamnyacutem
škodlivyacutem vlivem na lidskeacute zdraviacute a maacute škodliveacute uacutečinky na životniacute prostřediacute v miacutestě i okoliacute
jejiacuteho zdroje a jejiacute toxickeacute vlastnosti jsou spojeny se schopnostiacute dlouhodobě přetrvaacutevat v
životniacutem prostřediacute a schopnostiacute akumulace v biologickyacutech systeacutemech V přiacutepadě analyacutezy
odpadniacutech plynů a kvality ovzdušiacute se členiacute daacutele podle toxicity na tři kategorie
I polychlorovaneacute dibenzodioxiny a dibenzofurany (PCDDPCDF)
II polychlorovaneacute bifenyly (PCB)
III polycyklickeacute aromatickeacute uhlovodiacuteky (PAH)
3 methan6
23 Zaacutekladniacute pojmy v ochraně ovzdušiacute
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v koncentrovaneacute podobě tak jak vystupujiacute ze zdroje znečištěniacute např
u kotelny z komiacutena označujeme jako emise a jejich maximaacutelniacute koncentrace je omezena podle
nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb a navazujiacuteciacutemi předpisy tzv emisniacutemi limity
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v ovzdušiacute se tzv přiacutezemniacute vrstvě tj tam kde jsou obsahem ovzdušiacute
ktereacute dyacutechaacuteme označujiacute jako imise a nejvyššiacute dovoleneacute koncentrace těchto laacutetek jsou opět
omezeny zaacutekonnou normou ve formě imisniacutech limitů
Koncentrace emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek se vyjadřujiacute buď hmotnostniacute koncentraciacute (mg
m-3 microgm-3) Hmotnostniacute koncentrace je nutno uvaacutedět a přepočiacutetaacutevat na normaacutelniacute podmiacutenky
12
(p = 101325 kPa a T = 27315 K) a na referentniacute obsah kysliacuteku Referentniacute obsah kysliacuteku je
stanoven v zaacutevislosti na spalovaneacutem palivu např pro dřevo je 6 pro uhliacute 11 atd
Spotřebiče malyacutech vyacutekonů patřiacute mezi zdroje znečišťovaacuteniacute jejichž emisniacute limity nejsou
určeny zcela jednoznačně Pro spraacutevneacute zařazeniacute spotřebiče do přiacuteslušneacute skupiny zdrojů je
nutno znaacutet jmenovityacute tepelnyacute vyacutekon spotřebiče vlastnickyacute vztah provozovatele spalovaciacuteho
zařiacutezeniacute k nemovitosti se spalovaciacutem zařiacutezeniacutem a v některyacutech přiacutepadech stanovisko
stavebniacuteho uacuteřadu k možnosti společneacuteho vypouštěniacute spalin
Nejjednoduššiacute situace nastaacutevaacute v přiacutepadě že součet jmenovityacutech tepelnyacutech vyacutekonů
všech spotřebičů na tuhaacute paliva je v daneacutem objektu menšiacute než 15 kW Pak bez ohledu na
ostatniacute skutečnosti platiacute že pro provoz těchto spotřebičů neniacute stanoven žaacutednyacute emisniacute limit
Spotřebič může byacutet uveden na trh pokud autorizovanaacute zkušebna potvrdiacute dosaženiacute
předepsanyacutech hodnot objemoveacuteho zlomku oxidu uhelnateacuteho3
24 Vlastnosti tuhyacutech paliv
Palivo se sklaacutedaacute ze třiacute zaacutekladniacutech složek hořlaviny vody a popelovin ktereacute tvořiacute tzv
hrubyacute rozbor paliva pro něž platiacute
h + W + A = 1 [kgkg-1] (8)
h je tzv hořlavina (čaacutest palivoveacute hmoty obsahujiacuteciacute uvolnitelneacute teplo)
W je voda obsaženaacute v palivu
A jsou inertniacute popeloviny v palivu
Hořlavina paliva se děliacute na prchavyacute podiacutel (hořlavina kteraacute se uvolniacute zahřaacutetiacutem paliva v
plynneacute formě) a uhliacutekovyacute zbytek (hořiacute v pevneacutem stavu) Hořlavina je tvořena 5-ti prvky a to
uhliacutekemvodiacutekem siacuterou dusiacutekem a palivovyacutem kysliacutekem Dřevo tedy obsahuje tři zaacutekladniacute
prvky ktereacute jsou zdrojem chemicky vaacutezaneacuteho tepla - uhliacutek vodiacutek a siacuteru
Voda obsaženaacute v palivu se děliacute na vodu hrubou (volnaacute voda) a na vodu zbytkovou
(chemicky v palivu vaacutezanou)
13
Popeloviny v palivu se děliacute na čaacutest kteraacute po spaacuteleniacute paliva zůstane v plynneacute formě
(prchavyacute podiacutel) a na popel kteryacute zůstane v pevneacutem stavu
Dřevo je organickyacute materiaacutel rostlinneacuteho původu Největšiacute podiacutel jeho složeniacute zaujiacutemaacute
celuloacuteza (cca 42) daacutele hemiceluloacutezy (cca 26) a lignin (cca 25) Zbytek tvořiacute acetyl (cca
2) popeloviny (03 ) škroby a tuky (cca 18) biacutelkoviny (cca 1) třiacutesloviny (cca 01)
pryskyřičneacute laacutetky (cca 16) a ve stopoveacutem množstviacute barviva alkaloidy glykosidy a ostatniacute
složky
Poměrnaacute množstviacute prvků v sušině tuzemskeacuteho dřeva jsou přibližně
uhliacutek 50
dusiacutek 004 až 02
vodiacutek 6
popeloviny 02 až 06
kysliacutek 43
Vyacutehřevnost dřeva zaacutevisiacute na jeho vlhkosti Všechna voda ve dřevě obsaženaacute se při
spaacuteleniacute odpařiacute a na tuto přeměnu kapalneacute vody na paacuteru se spotřebuje čaacutest energie vznikleacute
spaacuteleniacutem sušiny Vyacutehřevnost sušiny se u všech druhů dřeva pohybuje přibližně od 17 do 22
MJkg-1 Při běžneacute vlhkosti tj při 25 vody klesaacute tato vyacutehřevnost na hodnoty kolem 15
MJkg-17
Bod zaacutepalnosti tj nejnižšiacute teplota na kterou se musiacute dřevo zahřaacutet aby se samovzniacutetilo
je mezi 330 a 470 degC kdežto bod vzplanutiacute tj nejnižšiacute teplota při niacutež se ve dřevě vyvine
tolik plynů že se vzduchem vytvořiacute směs kteraacute se přibliacuteženiacutem k plameni vzniacutetiacute je pouze 180
až 275degC
Různeacute dřeviny majiacute rozdiacutelnou vyacutehřevnost a nehořiacute stejnyacutem způsobem Obecně daacutevaacuteme
přednost tvrdeacutemu dřevu jako je dub buk jasan habr a ovocneacute dřeviny Hořiacute jasnyacutem
plamenem a produkujiacute hodně žhavyacutech uhliacuteků ze kteryacutech dlouho vyzařuje teplo Nejviacutece
rozšiacuteřeneacute dřevo u naacutes je bukoveacute protože maacute nejvyššiacute vyacutehřevnost z dostupnyacutech dřevin Musiacute
byacutet uskladněno pod přiacutestřeškem ihned po poraženiacute rozřezaacuteniacute a naštiacutepaacuteniacute v opačneacutem přiacutepadě
velmi rychle trouchniviacute a ztraacuteciacute vyacutehřevnost
Neniacute důležiteacute jakeacute dřevo spalujeme ale skutečnost že dřevo musiacute byacutet dobře proschleacute
(podiacutel vody v sucheacutem dřevu dosahuje zhruba 15) Spalovaacuteniacutem nevysušeneacuteho dřeva se
14
snižuje jeho vyacutehřevnost protože velkaacute čaacutest energie je spotřebovaacutena praacutevě na odpařeniacute vody
obsaženeacute ve dřevu To se projeviacute ve zvyacutešeneacute spotřebě dřevniacute hmoty Hořiacuteciacute vlhkeacute dřevo
produkuje velkeacute množstviacute kouře spaliny majiacute vysokyacute obsah dehtu maacutelo plamenů což
způsobuje zanaacutešeniacute topeniště skla průzoru u krbu kotle i komiacutenu Daacutele spalovaacuteniacutem vlhkeacuteho
dřeva dojde ke zvyacutešeniacute obsahu vodniacute paacutery ve spalinaacutech a tiacutem ke zvyacutešeniacute jejich rosneacuteho bodu
To se může projevit kondenzaciacute vlhkosti a zkraacuteceniacutem životnosti kamen přiacutepadně komiacutenoveacuteho
tělesa Z těchto důvodů vyplyacutevaacute že topeniacute vlhkyacutem dřevem je meacuteně vyacutehodneacute jak pro uživatele
tak pro přiacuterodu
Spraacutevneacute vysoušeniacute dřeva přiacuterodniacutem způsobem nastane u měkkeacuteho dřeva u rozštiacutepnutyacutech
polen po dvou letech u tvrdeacuteho dřeva po třech letech
15
3 Experimentaacutelniacute čaacutest
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute
bull Kombinovanaacute krbovaacute kamna Golemek 95 od firmy Verner
Parametry stanoveneacute vyacuterobcem celkovyacute jmenovityacute vyacutekon 9 kW uacutečinnost 80 a objem
přiklaacutedaciacuteho prostoru 45 l Předepsanyacutem palivem je dřevo o vlhkosti do 20 nebo dřevniacute
brikety V kamnech je možneacute spalovat polena deacutelky 35 cm o průměru až 20 cm
Podle nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb spotřebiče o jmenoviteacutem tepelneacutem vyacutekonu do 10
kW označovaneacute jako lokaacutelniacute spotřebiče (bez ohledu na provedeniacute a uacutečel použitiacute spotřebiče)
Vyacuterobce těchto zařiacutezeniacute musiacute prokaacutezat splněniacute technickyacutech požadavků majitel neniacute povinen
dodržovat žaacutedneacute emisniacute limity může byacutet pouze zaacutekonnyacutem způsobem omezen ve volbě
spalovaneacuteho paliva3
bull Analyzaacutetor Horiba PG 250 měřiciacute COCO2 SO2 NO2 O2
Kysliacutek -byl stanovovaacuten paramagneticky
Oxid siřičityacute oxid uhelnatyacute a oxid uhličityacute - byly stanovovaacuteny pomociacute NDIR spektrometru
Oxid dusičnyacute - byl stanovovaacuten pomociacute chemiluminiscence
Tab II Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 250
Analyt Certifikovanaacute hodnota objemoveacuteho zlomku kalibračniacute složky v kalibračniacutem plynu Relativniacute nejistota certifikovaneacute hodnoty
CO 100 2
CO2 12 1
NO 198 2
SO2 199 2
Směs CO NO CO2 SO2 v dusiacuteku ( Linde Technoplyn Praha)
16
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab II Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
Parametry analyzaacutetoru jsou shrnuty v naacutesledujiacuteciacute Tab III
Tab III Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 250
Analyt Měřiacuteciacute princip Jmenoviteacute měřiacuteciacute rozsahy
O2 paramagnetickyacute (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
CO NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2000) mlm3 a (0 divide 5000) mlm3
CO2 NDIR (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
SO2 NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 3000) mlm3
NO Chemiluminiscence (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3 (0 divide 100) mlm3
(0 divide 250) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2500) mlm3
NO2 Chemiluminiscence s předřazenyacutem konvektorem (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3
Relativniacute nejistota měřeniacute ndash pro všechny analyty a rozsahy plusmn 2 z naměřeneacute hodnoty
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab III Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
17
bull Dřevařskyacute vlhkoměr ndash vyjadřuje vlhkost jako podiacutel hmotnosti vody ku hmotnosti
sušiny ve dřevě
bull Anemometr Testo 435 s vrtulkovou sondou ndash průtok byl měřen pouze orientačně
bull Teplota v komiacuteně byla měřena kontinuaacutelně termočlaacutenkem typu K a zaznamenaacutevaacutena
dataloggerem
Scheacutema zapojeniacute přiacutestrojů je naznačeno na Obr 4
Palivo
Měřiacuteciacute sonda
Spotřebič
KOMIacuteN
ČerpadloChladič
Analyzaacutetor
PC
T
Obr 4 Scheacutema aparatury
311 Stanoveniacute kysliacuteku
Instrumentaacutelniacute metoda stanoveniacute využiacutevaacute pro stanoveniacute kysliacuteku magnetickyacutech nebo
elektrochemickyacutech vlastnostiacute molekuly
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
5
Pracovniacutemi laacutetkami spalovaciacuteho procesu jsou
a) Palivo což je obecně jakaacutekoliv hořlavaacute laacutetka s dostatečnou vyacutehřevnostiacute a aktivitou
okysličovaciacutech pochodů
b) Okysličovadlo což je laacutetka obsahujiacuteciacute kysliacutek V praxi byacutevaacute nejčastějšiacutem okysličovadlem
vzduch Souhrnně palivo a okysličovadlo označujeme jako vstupniacute laacutetky spalovaciacuteho procesu
c) Produkty spalovaciacuteho procesu vznikajiacute jako vyacutesledek chemickeacute reakce mezi palivem a
okysličovadlem Patřiacute k nim plynneacute spaliny a tuhyacute nebo kapalnyacute zbytek po spalovaacuteniacute
22 Vyacuteznamneacute znečišťujiacuteciacute laacutetky vznikajiacuteciacute při spalovaacuteniacute
Za znečišťujiacuteciacute laacutetky jsou považovaacuteny hmotneacute laacutetky všech skupenstviacute přiacutetomneacute v
ovzdušiacute ktereacute nepřiacuteznivě ovlivňujiacute ovzdušiacute a poškozujiacute zdraviacute člověka nebo ostatniacutech
organismů zhoršujiacute jejich životniacute prostřediacute nadměrně je obtěžujiacute nebo poškozujiacute majetek
přiacutemo nebo po chemickyacutech změnaacutech v atmosfeacuteře nebo ve spolupůsobeniacute s jinou laacutetkou
Při spalovaacuteniacute dřeva vznikajiacute znečišťujiacuteciacute laacutetky ktereacute podle zaacutekona O ovzdušiacute č
862002 Sb patřiacute mezi hlavniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky Jednaacute se o naacutesledujiacuteciacute laacutetky
bull Oxid uhelnatyacute ndash CO
bull Oxid siřičityacute ndash SO2
bull Oxidy dusiacuteku ndash NOx (suma NO + NO2 vyjaacutedřenaacute jako NO2)
bull Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky (TZL) ndash tuheacute čaacutestice ve spalinaacutech
bull Organickeacute laacutetky (OL) vyjaacutedřeneacute jako celkovyacute organickyacute uhliacutek (TOC)
Tyto znečišťujiacuteciacute laacutetky jsou svyacutem původem vzniku součaacutestiacute paliva a ve vyacuteše uvedeneacute
formě se do ovzdušiacute dostaacutevajiacute v důsledku uvolněniacute tepla obsaženeacuteho v palivu spalovaciacutem
procesem
Při měřeniacute byly sledovaacuteny pouze prvniacute tři znečišťujiacuteciacute laacutetky
Vyacutevoj celkovyacutech emisiacute zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech
1990ndash2004 je uveden na Obr 1 V letech 1990 ndash 1997 došlo k dlouhodobeacutemu poklesu emisiacute
6
oxidu siřičiteacuteho a tuhyacutech laacutetek1 To je způsobeno sniacuteženiacutem spotřeby hnědeacuteho uhliacute těžkeacuteho
topneacuteho oleje a odsiřovaacuteniacutem paliva i vzniklyacutech spalin ze spalovaciacutech procesů
0200400600800
100012001400160018002000
1990 1992 1994 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004roky
celk
oveacute
emis
e (1
000t
rok)
SO2 CO NOx VOC tuheacute laacutetky
Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech
1990ndash2004
221 Oxid uhelnatyacute
Oxid uhelnatyacute je jedovatyacute plyn bez chuti a zaacutepachu omezeně rozpustnyacute ve vodě V
atmosfeacuteře se velmi rychle rozptyacuteliacute takže ve většiacute vzdaacutelenosti od zdroje neniacute nebezpečnyacute
Zvyacutešenyacute obsah oxidu uhelnateacuteho ve spalinaacutech je charakteristickyacute pro středniacute a předevšiacutem pro
maleacute zdroje znečišťovaacuteniacute ovzdušiacute
Technickou přiacutečinou vzniku oxidu uhelnateacuteho při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv je
nedokonalyacute průběh spalovaacuteniacute způsobenyacute nedostatečnyacutem přiacutevodem spalovaciacuteho vzduchu nebo
nedostatečnou teplotou ve spalovaciacutem prostoru Oxid uhelnatyacute vznikaacute rovněž sekundaacuterniacutemi
reakcemi jakyacutemi jsou disociace CO2 při teplotě spalin převyšujiacuteciacute 1500 degC nebo reakce CO2 s
nespaacutelenyacutem uhliacutekem při teplotaacutech nad 950 degC Vliv teploty na uacuteplnost konverze CO na CO2
(při dostatečneacutem přiacutestupu kysliacuteku v palivu) je uveden na Obr 2 Tyto vlivy však můžeme u
většiny malyacutech zdrojů zanedbat protože teplota spalin nedosahuje tak vysokyacutech hodnot1
Oxid uhelnatyacute vaacuteže v krvi člověka krevniacute barvivo a způsobuje proto při vyššiacutech
daacutevkaacutech smrt udušeniacutem protože zabraňuje funkci krve jako transporteacuteru kysliacuteku v těle Přesto
7
je působeniacute oxidu uhelnateacuteho na lidskyacute organismus ze zdravotniacuteho hlediska kvalifikovaacuteno
jako nejmeacuteně poškozujiacuteciacute ze všech znečišťujiacuteciacutech laacutetek z energetickyacutech zdrojů5
Vyacuteraznou a nebezpečnou vlastnostiacute CO jsou širokeacute meze zaacutepalnosti a tiacutem takeacute
vyacutebušnosti ktereacute se pohybujiacute v meziacutech 125 až 75 objemoveacute koncentrace ve vzduchu
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO
222 Oxid siřičityacute
Oxid siřičityacute je bezbarvyacute lehce zkapalnitelnyacute jedovatyacute plyn naslaacutedleacute palčiveacute chuti a
zaacutepachu silně draacuteždiacuteciacute sliznice a pokožku Oxid siřičityacute se velmi dobře rozpouštiacute ve vodě (za
normaacutelniacutech podmiacutenek je molaacuterniacute zlomek oxidu siřičiteacuteho ve vodě roven 00606) přičemž
vzniklyacute roztok obsahuje silně disociovanou kyselinu siřičitou
Oxid siřičityacute je původcem tzv kyseleacuteho smogu kteryacute dřiacuteve často vznikal v oblastech
spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv s vyššiacutem obsahem siacutery Popiacutelek s obsahem těžkyacutech kovů a saze
způsobujiacute katalytickou oxidaci oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute kteryacute se vzdušnou vlhkostiacute
8
vytvaacuteřiacute aerosol kyseliny siacuteroveacute Tento aerosol je velmi stabilniacute s dlouhou dobou setrvaacuteniacute v
přiacutezemniacute vrstvě atmosfeacutery
Oxid siřičityacute patřiacute do maleacute skupiny znečišťujiacuteciacutech laacutetek jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je
daacuten vyacutehradně složeniacutem paliva a jejich obsah ve spalinaacutech lze jen velmi omezeně ovlivnit
průběhem spalovaciacuteho procesu V palivu se siacutera vyskytuje v těchto zaacutekladniacutech formaacutech ve
formě siacuteranů (siacutera siacuteranovaacute) pyritu (siacutera pyritickaacute) a dalšiacutech polysulfidů železa (siacutera
sulfidickaacute) vaacutezanaacute v organickyacutech sloučeninaacutech (siacutera organickaacute) a někdy jako siacutera volnaacute Na
tvorbě oxidu siřičiteacuteho se podiacutelejiacute všechny uvedeneacute sloučeniny siacutery s vyacutejimkou siacuteranů3
Snižovaacuteniacute emisiacute oxidu siřičiteacuteho lze v zaacutesadě dosaacutehnout pouze dvěma způsoby uacutepravou
paliva před jeho spaacuteleniacutem a odstraňovaacuteniacutem již vznikleacuteho oxidu siřičiteacuteho ze spalin U malyacutech
zdrojů je teoreticky možnyacute prvniacute způsob druhyacute je velmi technicky a ekonomicky naacuteročnyacute
Obsah siacutery v palivu je různyacute pro různeacute druhy paliva např v uhliacute se pohybuje od 1 do 2
v přiacutepadě dřeva je zanedbatelnyacute
223 Oxidy dusiacuteku
Spalovaciacutemi reakcemi v ohništiacutech vznikajiacute tři různeacute oxidy dusiacuteku a to N2O NO a
NO2 z nichž pouze druheacute dva řadiacuteme mezi znečišťujiacuteciacute laacutetky Podmiacutenkou vzniku NOx při
spalovaacuteniacute je přiacutetomnost atomaacuterniacuteho dusiacuteku a kysliacuteku v reakčniacute zoacuteně plamene Oxid dusnatyacute a
oxid dusičityacute jsou jedovateacute plyny intenzivně iritujiacuteciacute sliznice a pokožku Oba oxidy podporujiacute
vznik fotochemickeacuteho smogu a přiacutezemniacuteho ozonu Fotochemickyacute smog vznikaacute
fotochemickyacutemi reakcemi oxidů dusiacuteku s těkavyacutemi organickyacutemi sloučeninami v přiacutezemniacutech
vrstvaacutech atmosfeacutery přičemž se vytvaacuteřejiacute agresivniacute jedovateacute fotochemickeacute oxidanty
způsobujiacuteciacute paacuteleniacute očiacute bolesti hlavy apod Oxidy dusiacuteku se rovněž uacutečastniacute stratosfeacuterickyacutech
řetězovyacutech reakciacute poškozujiacuteciacutech ozoacutenovou vrstvu Země Proto těmito znečišťujiacuteciacutemi laacutetkami
je nutneacute se zabyacutevat a hledat uacutečinneacute metody jejich sniacuteženiacute nebo odstraněniacute
Oxid dusičityacute je termicky labilniacute při teplotaacutech nad 300 degC kvantitativně disociuje na
oxid dusnatyacute Z toho vyplyacutevaacute že v ohništi se vyskytuje oxid dusnatyacute kteryacute se naacutesledně při
nižšiacutech teplotaacutech čaacutestečně oxiduje na oxid dusičityacute V současneacute době jsou znaacutemy čtyři
zaacutekladniacute mechanismy vzniku oxidu dusnateacuteho
9
bull termickyacute (Zeldovičův) NO - vznikaacute v oblasti teplot nad 1300 degC z dusiacuteku přiacutetomneacuteho
ve vzduchu
Mechanismus vzniku N2 + O rarr N + NO (1)
N + O2 rarrNO + O (2)
N + OH rarrNO + H (3)
bull promptniacute (Fenimorův) NO ndash vznikajiacuteciacute při nejvyššiacutech teplotaacutech v počaacutetečniacute faacutezi
hořeniacute (jejich podiacutel na celkovyacutech emisiacutech NO2 je minimaacutelniacute)
Mechanismus vzniku N2 + OH rarr HCN + N rarr NO (4)
bull palivovyacute NO ndash vznikajiacute v oblasti nejnižšiacutech teplot z dusiacuteku obsaženeacuteho v hořlavině
paliva Důležitaacute při jeho je vzniku doba zdrženiacute v kamnech a přebytek spalovaciacuteho
vzduchu
Mechanismus vzniku RN rarr R + N (5)
N + O2 rarr NO + O (6)
RN + O2 rarr NO + RO (7)
bull NO vzniklyacute z N2O
Vlivy na tvorbu NOx
bull teplota plamene (vliv složeniacute paliva bohatost směsi předehřaacutetiacute vzduchu stupeň
promiacutešeniacute konstrukce a tvar spalovaciacute komory)
bull doba setrvaacuteniacute molekul v paacutesmu vysokyacutech teplot (vliv vyacutetokoveacute rychlosti spalovaneacute
směsi)
bull množstviacute kysliacuteku v paacutesmu spalovaciacutech reakciacute (bohatost směsi a intenzita jejiacuteho
promiacutešeniacute)
Vliv teploty a součinitele přebytku vzduchu při spalovaacuteniacute uhliacute na tvorbu oxidů dusiacuteku je
uveden na Obr 3
10
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku5
224 Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky
Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky patřiacute mezi polutanty jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je určen jak
vlastnostmi paliva tak typem ohniště v němž je provaacuteděno spalovaacuteniacute V ideaacutelniacutem přiacutepadě
dokonaleacuteho spalovaacuteniacute jsou tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tvořeny pouze popiacutelkem (u velkyacutech
energetickyacutech kotlů) ve spalinaacutech zařiacutezeniacute středniacutech a malyacutech vyacutekonů jsou naviacutec přiacutetomny
nedohořeleacute čaacutestice paliva anorganickeacute sloučeniny (popeloviny) a produkty tepelneacuteho
rozkladu uhliacute (saze a jineacute) Škodlivost tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek je daacutena několika faktory
Diacuteky sveacutemu velkeacutemu měrneacutemu povrchu sorbujiacute jineacute toxickeacute sloučeniny jakyacutemi jsou
persistentniacute organickeacute polutanty těkaveacute fluoridy a chloridy toxickyacutech kovů Daacutele mohou
obsahovat kovy ktereacute katalyzujiacute nežaacutedouciacute reakce např přiacutetomnost vanadu způsobuje
přeměnu oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute
Z podstaty vzniku tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek vyplyacutevaacute že jejich vzniku zvlaacuteště v
topeništiacutech malyacutech vyacutekonů nelze prakticky zabraacutenit
225 Organickeacute laacutetky
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky zahrnujiacute velmi širokou skupinu sloučenin s velmi
rozdiacutelnyacutemi fyzikaacutelně-chemickyacutemi a toxikologickyacutemi vlastnostmi
11
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky lze zařadit do třiacute třiacuted
1 těkaveacute organickeacute laacutetky (Volatile Organic Compounds - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou VOC) tj organickaacute sloučenina nebo směs organickyacutech
sloučenin s vyacutejimkou methanu kteraacute při teplotě 29315 K maacute tlak par 001 kPa nebo maacute
odpoviacutedajiacuteciacute těkavost za konkreacutetniacutech podmiacutenek jejiacuteho použitiacute a kteraacute může v průběhu sveacute
přiacutetomnosti v ovzdušiacute reagovat za spolupůsobeniacute slunečniacuteho zaacuteřeniacute s oxidy dusiacuteku za vzniku
fotochemickeacuteho smogu
2 persistentniacute organickeacute laacutetky (Persistent Organic Pollutants - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou POPs) tj organickeacute laacutetky ktereacute působiacute vyacuteznamnyacutem
škodlivyacutem vlivem na lidskeacute zdraviacute a maacute škodliveacute uacutečinky na životniacute prostřediacute v miacutestě i okoliacute
jejiacuteho zdroje a jejiacute toxickeacute vlastnosti jsou spojeny se schopnostiacute dlouhodobě přetrvaacutevat v
životniacutem prostřediacute a schopnostiacute akumulace v biologickyacutech systeacutemech V přiacutepadě analyacutezy
odpadniacutech plynů a kvality ovzdušiacute se členiacute daacutele podle toxicity na tři kategorie
I polychlorovaneacute dibenzodioxiny a dibenzofurany (PCDDPCDF)
II polychlorovaneacute bifenyly (PCB)
III polycyklickeacute aromatickeacute uhlovodiacuteky (PAH)
3 methan6
23 Zaacutekladniacute pojmy v ochraně ovzdušiacute
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v koncentrovaneacute podobě tak jak vystupujiacute ze zdroje znečištěniacute např
u kotelny z komiacutena označujeme jako emise a jejich maximaacutelniacute koncentrace je omezena podle
nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb a navazujiacuteciacutemi předpisy tzv emisniacutemi limity
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v ovzdušiacute se tzv přiacutezemniacute vrstvě tj tam kde jsou obsahem ovzdušiacute
ktereacute dyacutechaacuteme označujiacute jako imise a nejvyššiacute dovoleneacute koncentrace těchto laacutetek jsou opět
omezeny zaacutekonnou normou ve formě imisniacutech limitů
Koncentrace emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek se vyjadřujiacute buď hmotnostniacute koncentraciacute (mg
m-3 microgm-3) Hmotnostniacute koncentrace je nutno uvaacutedět a přepočiacutetaacutevat na normaacutelniacute podmiacutenky
12
(p = 101325 kPa a T = 27315 K) a na referentniacute obsah kysliacuteku Referentniacute obsah kysliacuteku je
stanoven v zaacutevislosti na spalovaneacutem palivu např pro dřevo je 6 pro uhliacute 11 atd
Spotřebiče malyacutech vyacutekonů patřiacute mezi zdroje znečišťovaacuteniacute jejichž emisniacute limity nejsou
určeny zcela jednoznačně Pro spraacutevneacute zařazeniacute spotřebiče do přiacuteslušneacute skupiny zdrojů je
nutno znaacutet jmenovityacute tepelnyacute vyacutekon spotřebiče vlastnickyacute vztah provozovatele spalovaciacuteho
zařiacutezeniacute k nemovitosti se spalovaciacutem zařiacutezeniacutem a v některyacutech přiacutepadech stanovisko
stavebniacuteho uacuteřadu k možnosti společneacuteho vypouštěniacute spalin
Nejjednoduššiacute situace nastaacutevaacute v přiacutepadě že součet jmenovityacutech tepelnyacutech vyacutekonů
všech spotřebičů na tuhaacute paliva je v daneacutem objektu menšiacute než 15 kW Pak bez ohledu na
ostatniacute skutečnosti platiacute že pro provoz těchto spotřebičů neniacute stanoven žaacutednyacute emisniacute limit
Spotřebič může byacutet uveden na trh pokud autorizovanaacute zkušebna potvrdiacute dosaženiacute
předepsanyacutech hodnot objemoveacuteho zlomku oxidu uhelnateacuteho3
24 Vlastnosti tuhyacutech paliv
Palivo se sklaacutedaacute ze třiacute zaacutekladniacutech složek hořlaviny vody a popelovin ktereacute tvořiacute tzv
hrubyacute rozbor paliva pro něž platiacute
h + W + A = 1 [kgkg-1] (8)
h je tzv hořlavina (čaacutest palivoveacute hmoty obsahujiacuteciacute uvolnitelneacute teplo)
W je voda obsaženaacute v palivu
A jsou inertniacute popeloviny v palivu
Hořlavina paliva se děliacute na prchavyacute podiacutel (hořlavina kteraacute se uvolniacute zahřaacutetiacutem paliva v
plynneacute formě) a uhliacutekovyacute zbytek (hořiacute v pevneacutem stavu) Hořlavina je tvořena 5-ti prvky a to
uhliacutekemvodiacutekem siacuterou dusiacutekem a palivovyacutem kysliacutekem Dřevo tedy obsahuje tři zaacutekladniacute
prvky ktereacute jsou zdrojem chemicky vaacutezaneacuteho tepla - uhliacutek vodiacutek a siacuteru
Voda obsaženaacute v palivu se děliacute na vodu hrubou (volnaacute voda) a na vodu zbytkovou
(chemicky v palivu vaacutezanou)
13
Popeloviny v palivu se děliacute na čaacutest kteraacute po spaacuteleniacute paliva zůstane v plynneacute formě
(prchavyacute podiacutel) a na popel kteryacute zůstane v pevneacutem stavu
Dřevo je organickyacute materiaacutel rostlinneacuteho původu Největšiacute podiacutel jeho složeniacute zaujiacutemaacute
celuloacuteza (cca 42) daacutele hemiceluloacutezy (cca 26) a lignin (cca 25) Zbytek tvořiacute acetyl (cca
2) popeloviny (03 ) škroby a tuky (cca 18) biacutelkoviny (cca 1) třiacutesloviny (cca 01)
pryskyřičneacute laacutetky (cca 16) a ve stopoveacutem množstviacute barviva alkaloidy glykosidy a ostatniacute
složky
Poměrnaacute množstviacute prvků v sušině tuzemskeacuteho dřeva jsou přibližně
uhliacutek 50
dusiacutek 004 až 02
vodiacutek 6
popeloviny 02 až 06
kysliacutek 43
Vyacutehřevnost dřeva zaacutevisiacute na jeho vlhkosti Všechna voda ve dřevě obsaženaacute se při
spaacuteleniacute odpařiacute a na tuto přeměnu kapalneacute vody na paacuteru se spotřebuje čaacutest energie vznikleacute
spaacuteleniacutem sušiny Vyacutehřevnost sušiny se u všech druhů dřeva pohybuje přibližně od 17 do 22
MJkg-1 Při běžneacute vlhkosti tj při 25 vody klesaacute tato vyacutehřevnost na hodnoty kolem 15
MJkg-17
Bod zaacutepalnosti tj nejnižšiacute teplota na kterou se musiacute dřevo zahřaacutet aby se samovzniacutetilo
je mezi 330 a 470 degC kdežto bod vzplanutiacute tj nejnižšiacute teplota při niacutež se ve dřevě vyvine
tolik plynů že se vzduchem vytvořiacute směs kteraacute se přibliacuteženiacutem k plameni vzniacutetiacute je pouze 180
až 275degC
Různeacute dřeviny majiacute rozdiacutelnou vyacutehřevnost a nehořiacute stejnyacutem způsobem Obecně daacutevaacuteme
přednost tvrdeacutemu dřevu jako je dub buk jasan habr a ovocneacute dřeviny Hořiacute jasnyacutem
plamenem a produkujiacute hodně žhavyacutech uhliacuteků ze kteryacutech dlouho vyzařuje teplo Nejviacutece
rozšiacuteřeneacute dřevo u naacutes je bukoveacute protože maacute nejvyššiacute vyacutehřevnost z dostupnyacutech dřevin Musiacute
byacutet uskladněno pod přiacutestřeškem ihned po poraženiacute rozřezaacuteniacute a naštiacutepaacuteniacute v opačneacutem přiacutepadě
velmi rychle trouchniviacute a ztraacuteciacute vyacutehřevnost
Neniacute důležiteacute jakeacute dřevo spalujeme ale skutečnost že dřevo musiacute byacutet dobře proschleacute
(podiacutel vody v sucheacutem dřevu dosahuje zhruba 15) Spalovaacuteniacutem nevysušeneacuteho dřeva se
14
snižuje jeho vyacutehřevnost protože velkaacute čaacutest energie je spotřebovaacutena praacutevě na odpařeniacute vody
obsaženeacute ve dřevu To se projeviacute ve zvyacutešeneacute spotřebě dřevniacute hmoty Hořiacuteciacute vlhkeacute dřevo
produkuje velkeacute množstviacute kouře spaliny majiacute vysokyacute obsah dehtu maacutelo plamenů což
způsobuje zanaacutešeniacute topeniště skla průzoru u krbu kotle i komiacutenu Daacutele spalovaacuteniacutem vlhkeacuteho
dřeva dojde ke zvyacutešeniacute obsahu vodniacute paacutery ve spalinaacutech a tiacutem ke zvyacutešeniacute jejich rosneacuteho bodu
To se může projevit kondenzaciacute vlhkosti a zkraacuteceniacutem životnosti kamen přiacutepadně komiacutenoveacuteho
tělesa Z těchto důvodů vyplyacutevaacute že topeniacute vlhkyacutem dřevem je meacuteně vyacutehodneacute jak pro uživatele
tak pro přiacuterodu
Spraacutevneacute vysoušeniacute dřeva přiacuterodniacutem způsobem nastane u měkkeacuteho dřeva u rozštiacutepnutyacutech
polen po dvou letech u tvrdeacuteho dřeva po třech letech
15
3 Experimentaacutelniacute čaacutest
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute
bull Kombinovanaacute krbovaacute kamna Golemek 95 od firmy Verner
Parametry stanoveneacute vyacuterobcem celkovyacute jmenovityacute vyacutekon 9 kW uacutečinnost 80 a objem
přiklaacutedaciacuteho prostoru 45 l Předepsanyacutem palivem je dřevo o vlhkosti do 20 nebo dřevniacute
brikety V kamnech je možneacute spalovat polena deacutelky 35 cm o průměru až 20 cm
Podle nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb spotřebiče o jmenoviteacutem tepelneacutem vyacutekonu do 10
kW označovaneacute jako lokaacutelniacute spotřebiče (bez ohledu na provedeniacute a uacutečel použitiacute spotřebiče)
Vyacuterobce těchto zařiacutezeniacute musiacute prokaacutezat splněniacute technickyacutech požadavků majitel neniacute povinen
dodržovat žaacutedneacute emisniacute limity může byacutet pouze zaacutekonnyacutem způsobem omezen ve volbě
spalovaneacuteho paliva3
bull Analyzaacutetor Horiba PG 250 měřiciacute COCO2 SO2 NO2 O2
Kysliacutek -byl stanovovaacuten paramagneticky
Oxid siřičityacute oxid uhelnatyacute a oxid uhličityacute - byly stanovovaacuteny pomociacute NDIR spektrometru
Oxid dusičnyacute - byl stanovovaacuten pomociacute chemiluminiscence
Tab II Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 250
Analyt Certifikovanaacute hodnota objemoveacuteho zlomku kalibračniacute složky v kalibračniacutem plynu Relativniacute nejistota certifikovaneacute hodnoty
CO 100 2
CO2 12 1
NO 198 2
SO2 199 2
Směs CO NO CO2 SO2 v dusiacuteku ( Linde Technoplyn Praha)
16
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab II Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
Parametry analyzaacutetoru jsou shrnuty v naacutesledujiacuteciacute Tab III
Tab III Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 250
Analyt Měřiacuteciacute princip Jmenoviteacute měřiacuteciacute rozsahy
O2 paramagnetickyacute (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
CO NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2000) mlm3 a (0 divide 5000) mlm3
CO2 NDIR (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
SO2 NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 3000) mlm3
NO Chemiluminiscence (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3 (0 divide 100) mlm3
(0 divide 250) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2500) mlm3
NO2 Chemiluminiscence s předřazenyacutem konvektorem (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3
Relativniacute nejistota měřeniacute ndash pro všechny analyty a rozsahy plusmn 2 z naměřeneacute hodnoty
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab III Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
17
bull Dřevařskyacute vlhkoměr ndash vyjadřuje vlhkost jako podiacutel hmotnosti vody ku hmotnosti
sušiny ve dřevě
bull Anemometr Testo 435 s vrtulkovou sondou ndash průtok byl měřen pouze orientačně
bull Teplota v komiacuteně byla měřena kontinuaacutelně termočlaacutenkem typu K a zaznamenaacutevaacutena
dataloggerem
Scheacutema zapojeniacute přiacutestrojů je naznačeno na Obr 4
Palivo
Měřiacuteciacute sonda
Spotřebič
KOMIacuteN
ČerpadloChladič
Analyzaacutetor
PC
T
Obr 4 Scheacutema aparatury
311 Stanoveniacute kysliacuteku
Instrumentaacutelniacute metoda stanoveniacute využiacutevaacute pro stanoveniacute kysliacuteku magnetickyacutech nebo
elektrochemickyacutech vlastnostiacute molekuly
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
6
oxidu siřičiteacuteho a tuhyacutech laacutetek1 To je způsobeno sniacuteženiacutem spotřeby hnědeacuteho uhliacute těžkeacuteho
topneacuteho oleje a odsiřovaacuteniacutem paliva i vzniklyacutech spalin ze spalovaciacutech procesů
0200400600800
100012001400160018002000
1990 1992 1994 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004roky
celk
oveacute
emis
e (1
000t
rok)
SO2 CO NOx VOC tuheacute laacutetky
Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech
1990ndash2004
221 Oxid uhelnatyacute
Oxid uhelnatyacute je jedovatyacute plyn bez chuti a zaacutepachu omezeně rozpustnyacute ve vodě V
atmosfeacuteře se velmi rychle rozptyacuteliacute takže ve většiacute vzdaacutelenosti od zdroje neniacute nebezpečnyacute
Zvyacutešenyacute obsah oxidu uhelnateacuteho ve spalinaacutech je charakteristickyacute pro středniacute a předevšiacutem pro
maleacute zdroje znečišťovaacuteniacute ovzdušiacute
Technickou přiacutečinou vzniku oxidu uhelnateacuteho při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv je
nedokonalyacute průběh spalovaacuteniacute způsobenyacute nedostatečnyacutem přiacutevodem spalovaciacuteho vzduchu nebo
nedostatečnou teplotou ve spalovaciacutem prostoru Oxid uhelnatyacute vznikaacute rovněž sekundaacuterniacutemi
reakcemi jakyacutemi jsou disociace CO2 při teplotě spalin převyšujiacuteciacute 1500 degC nebo reakce CO2 s
nespaacutelenyacutem uhliacutekem při teplotaacutech nad 950 degC Vliv teploty na uacuteplnost konverze CO na CO2
(při dostatečneacutem přiacutestupu kysliacuteku v palivu) je uveden na Obr 2 Tyto vlivy však můžeme u
většiny malyacutech zdrojů zanedbat protože teplota spalin nedosahuje tak vysokyacutech hodnot1
Oxid uhelnatyacute vaacuteže v krvi člověka krevniacute barvivo a způsobuje proto při vyššiacutech
daacutevkaacutech smrt udušeniacutem protože zabraňuje funkci krve jako transporteacuteru kysliacuteku v těle Přesto
7
je působeniacute oxidu uhelnateacuteho na lidskyacute organismus ze zdravotniacuteho hlediska kvalifikovaacuteno
jako nejmeacuteně poškozujiacuteciacute ze všech znečišťujiacuteciacutech laacutetek z energetickyacutech zdrojů5
Vyacuteraznou a nebezpečnou vlastnostiacute CO jsou širokeacute meze zaacutepalnosti a tiacutem takeacute
vyacutebušnosti ktereacute se pohybujiacute v meziacutech 125 až 75 objemoveacute koncentrace ve vzduchu
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO
222 Oxid siřičityacute
Oxid siřičityacute je bezbarvyacute lehce zkapalnitelnyacute jedovatyacute plyn naslaacutedleacute palčiveacute chuti a
zaacutepachu silně draacuteždiacuteciacute sliznice a pokožku Oxid siřičityacute se velmi dobře rozpouštiacute ve vodě (za
normaacutelniacutech podmiacutenek je molaacuterniacute zlomek oxidu siřičiteacuteho ve vodě roven 00606) přičemž
vzniklyacute roztok obsahuje silně disociovanou kyselinu siřičitou
Oxid siřičityacute je původcem tzv kyseleacuteho smogu kteryacute dřiacuteve často vznikal v oblastech
spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv s vyššiacutem obsahem siacutery Popiacutelek s obsahem těžkyacutech kovů a saze
způsobujiacute katalytickou oxidaci oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute kteryacute se vzdušnou vlhkostiacute
8
vytvaacuteřiacute aerosol kyseliny siacuteroveacute Tento aerosol je velmi stabilniacute s dlouhou dobou setrvaacuteniacute v
přiacutezemniacute vrstvě atmosfeacutery
Oxid siřičityacute patřiacute do maleacute skupiny znečišťujiacuteciacutech laacutetek jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je
daacuten vyacutehradně složeniacutem paliva a jejich obsah ve spalinaacutech lze jen velmi omezeně ovlivnit
průběhem spalovaciacuteho procesu V palivu se siacutera vyskytuje v těchto zaacutekladniacutech formaacutech ve
formě siacuteranů (siacutera siacuteranovaacute) pyritu (siacutera pyritickaacute) a dalšiacutech polysulfidů železa (siacutera
sulfidickaacute) vaacutezanaacute v organickyacutech sloučeninaacutech (siacutera organickaacute) a někdy jako siacutera volnaacute Na
tvorbě oxidu siřičiteacuteho se podiacutelejiacute všechny uvedeneacute sloučeniny siacutery s vyacutejimkou siacuteranů3
Snižovaacuteniacute emisiacute oxidu siřičiteacuteho lze v zaacutesadě dosaacutehnout pouze dvěma způsoby uacutepravou
paliva před jeho spaacuteleniacutem a odstraňovaacuteniacutem již vznikleacuteho oxidu siřičiteacuteho ze spalin U malyacutech
zdrojů je teoreticky možnyacute prvniacute způsob druhyacute je velmi technicky a ekonomicky naacuteročnyacute
Obsah siacutery v palivu je různyacute pro různeacute druhy paliva např v uhliacute se pohybuje od 1 do 2
v přiacutepadě dřeva je zanedbatelnyacute
223 Oxidy dusiacuteku
Spalovaciacutemi reakcemi v ohništiacutech vznikajiacute tři různeacute oxidy dusiacuteku a to N2O NO a
NO2 z nichž pouze druheacute dva řadiacuteme mezi znečišťujiacuteciacute laacutetky Podmiacutenkou vzniku NOx při
spalovaacuteniacute je přiacutetomnost atomaacuterniacuteho dusiacuteku a kysliacuteku v reakčniacute zoacuteně plamene Oxid dusnatyacute a
oxid dusičityacute jsou jedovateacute plyny intenzivně iritujiacuteciacute sliznice a pokožku Oba oxidy podporujiacute
vznik fotochemickeacuteho smogu a přiacutezemniacuteho ozonu Fotochemickyacute smog vznikaacute
fotochemickyacutemi reakcemi oxidů dusiacuteku s těkavyacutemi organickyacutemi sloučeninami v přiacutezemniacutech
vrstvaacutech atmosfeacutery přičemž se vytvaacuteřejiacute agresivniacute jedovateacute fotochemickeacute oxidanty
způsobujiacuteciacute paacuteleniacute očiacute bolesti hlavy apod Oxidy dusiacuteku se rovněž uacutečastniacute stratosfeacuterickyacutech
řetězovyacutech reakciacute poškozujiacuteciacutech ozoacutenovou vrstvu Země Proto těmito znečišťujiacuteciacutemi laacutetkami
je nutneacute se zabyacutevat a hledat uacutečinneacute metody jejich sniacuteženiacute nebo odstraněniacute
Oxid dusičityacute je termicky labilniacute při teplotaacutech nad 300 degC kvantitativně disociuje na
oxid dusnatyacute Z toho vyplyacutevaacute že v ohništi se vyskytuje oxid dusnatyacute kteryacute se naacutesledně při
nižšiacutech teplotaacutech čaacutestečně oxiduje na oxid dusičityacute V současneacute době jsou znaacutemy čtyři
zaacutekladniacute mechanismy vzniku oxidu dusnateacuteho
9
bull termickyacute (Zeldovičův) NO - vznikaacute v oblasti teplot nad 1300 degC z dusiacuteku přiacutetomneacuteho
ve vzduchu
Mechanismus vzniku N2 + O rarr N + NO (1)
N + O2 rarrNO + O (2)
N + OH rarrNO + H (3)
bull promptniacute (Fenimorův) NO ndash vznikajiacuteciacute při nejvyššiacutech teplotaacutech v počaacutetečniacute faacutezi
hořeniacute (jejich podiacutel na celkovyacutech emisiacutech NO2 je minimaacutelniacute)
Mechanismus vzniku N2 + OH rarr HCN + N rarr NO (4)
bull palivovyacute NO ndash vznikajiacute v oblasti nejnižšiacutech teplot z dusiacuteku obsaženeacuteho v hořlavině
paliva Důležitaacute při jeho je vzniku doba zdrženiacute v kamnech a přebytek spalovaciacuteho
vzduchu
Mechanismus vzniku RN rarr R + N (5)
N + O2 rarr NO + O (6)
RN + O2 rarr NO + RO (7)
bull NO vzniklyacute z N2O
Vlivy na tvorbu NOx
bull teplota plamene (vliv složeniacute paliva bohatost směsi předehřaacutetiacute vzduchu stupeň
promiacutešeniacute konstrukce a tvar spalovaciacute komory)
bull doba setrvaacuteniacute molekul v paacutesmu vysokyacutech teplot (vliv vyacutetokoveacute rychlosti spalovaneacute
směsi)
bull množstviacute kysliacuteku v paacutesmu spalovaciacutech reakciacute (bohatost směsi a intenzita jejiacuteho
promiacutešeniacute)
Vliv teploty a součinitele přebytku vzduchu při spalovaacuteniacute uhliacute na tvorbu oxidů dusiacuteku je
uveden na Obr 3
10
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku5
224 Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky
Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky patřiacute mezi polutanty jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je určen jak
vlastnostmi paliva tak typem ohniště v němž je provaacuteděno spalovaacuteniacute V ideaacutelniacutem přiacutepadě
dokonaleacuteho spalovaacuteniacute jsou tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tvořeny pouze popiacutelkem (u velkyacutech
energetickyacutech kotlů) ve spalinaacutech zařiacutezeniacute středniacutech a malyacutech vyacutekonů jsou naviacutec přiacutetomny
nedohořeleacute čaacutestice paliva anorganickeacute sloučeniny (popeloviny) a produkty tepelneacuteho
rozkladu uhliacute (saze a jineacute) Škodlivost tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek je daacutena několika faktory
Diacuteky sveacutemu velkeacutemu měrneacutemu povrchu sorbujiacute jineacute toxickeacute sloučeniny jakyacutemi jsou
persistentniacute organickeacute polutanty těkaveacute fluoridy a chloridy toxickyacutech kovů Daacutele mohou
obsahovat kovy ktereacute katalyzujiacute nežaacutedouciacute reakce např přiacutetomnost vanadu způsobuje
přeměnu oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute
Z podstaty vzniku tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek vyplyacutevaacute že jejich vzniku zvlaacuteště v
topeništiacutech malyacutech vyacutekonů nelze prakticky zabraacutenit
225 Organickeacute laacutetky
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky zahrnujiacute velmi širokou skupinu sloučenin s velmi
rozdiacutelnyacutemi fyzikaacutelně-chemickyacutemi a toxikologickyacutemi vlastnostmi
11
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky lze zařadit do třiacute třiacuted
1 těkaveacute organickeacute laacutetky (Volatile Organic Compounds - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou VOC) tj organickaacute sloučenina nebo směs organickyacutech
sloučenin s vyacutejimkou methanu kteraacute při teplotě 29315 K maacute tlak par 001 kPa nebo maacute
odpoviacutedajiacuteciacute těkavost za konkreacutetniacutech podmiacutenek jejiacuteho použitiacute a kteraacute může v průběhu sveacute
přiacutetomnosti v ovzdušiacute reagovat za spolupůsobeniacute slunečniacuteho zaacuteřeniacute s oxidy dusiacuteku za vzniku
fotochemickeacuteho smogu
2 persistentniacute organickeacute laacutetky (Persistent Organic Pollutants - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou POPs) tj organickeacute laacutetky ktereacute působiacute vyacuteznamnyacutem
škodlivyacutem vlivem na lidskeacute zdraviacute a maacute škodliveacute uacutečinky na životniacute prostřediacute v miacutestě i okoliacute
jejiacuteho zdroje a jejiacute toxickeacute vlastnosti jsou spojeny se schopnostiacute dlouhodobě přetrvaacutevat v
životniacutem prostřediacute a schopnostiacute akumulace v biologickyacutech systeacutemech V přiacutepadě analyacutezy
odpadniacutech plynů a kvality ovzdušiacute se členiacute daacutele podle toxicity na tři kategorie
I polychlorovaneacute dibenzodioxiny a dibenzofurany (PCDDPCDF)
II polychlorovaneacute bifenyly (PCB)
III polycyklickeacute aromatickeacute uhlovodiacuteky (PAH)
3 methan6
23 Zaacutekladniacute pojmy v ochraně ovzdušiacute
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v koncentrovaneacute podobě tak jak vystupujiacute ze zdroje znečištěniacute např
u kotelny z komiacutena označujeme jako emise a jejich maximaacutelniacute koncentrace je omezena podle
nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb a navazujiacuteciacutemi předpisy tzv emisniacutemi limity
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v ovzdušiacute se tzv přiacutezemniacute vrstvě tj tam kde jsou obsahem ovzdušiacute
ktereacute dyacutechaacuteme označujiacute jako imise a nejvyššiacute dovoleneacute koncentrace těchto laacutetek jsou opět
omezeny zaacutekonnou normou ve formě imisniacutech limitů
Koncentrace emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek se vyjadřujiacute buď hmotnostniacute koncentraciacute (mg
m-3 microgm-3) Hmotnostniacute koncentrace je nutno uvaacutedět a přepočiacutetaacutevat na normaacutelniacute podmiacutenky
12
(p = 101325 kPa a T = 27315 K) a na referentniacute obsah kysliacuteku Referentniacute obsah kysliacuteku je
stanoven v zaacutevislosti na spalovaneacutem palivu např pro dřevo je 6 pro uhliacute 11 atd
Spotřebiče malyacutech vyacutekonů patřiacute mezi zdroje znečišťovaacuteniacute jejichž emisniacute limity nejsou
určeny zcela jednoznačně Pro spraacutevneacute zařazeniacute spotřebiče do přiacuteslušneacute skupiny zdrojů je
nutno znaacutet jmenovityacute tepelnyacute vyacutekon spotřebiče vlastnickyacute vztah provozovatele spalovaciacuteho
zařiacutezeniacute k nemovitosti se spalovaciacutem zařiacutezeniacutem a v některyacutech přiacutepadech stanovisko
stavebniacuteho uacuteřadu k možnosti společneacuteho vypouštěniacute spalin
Nejjednoduššiacute situace nastaacutevaacute v přiacutepadě že součet jmenovityacutech tepelnyacutech vyacutekonů
všech spotřebičů na tuhaacute paliva je v daneacutem objektu menšiacute než 15 kW Pak bez ohledu na
ostatniacute skutečnosti platiacute že pro provoz těchto spotřebičů neniacute stanoven žaacutednyacute emisniacute limit
Spotřebič může byacutet uveden na trh pokud autorizovanaacute zkušebna potvrdiacute dosaženiacute
předepsanyacutech hodnot objemoveacuteho zlomku oxidu uhelnateacuteho3
24 Vlastnosti tuhyacutech paliv
Palivo se sklaacutedaacute ze třiacute zaacutekladniacutech složek hořlaviny vody a popelovin ktereacute tvořiacute tzv
hrubyacute rozbor paliva pro něž platiacute
h + W + A = 1 [kgkg-1] (8)
h je tzv hořlavina (čaacutest palivoveacute hmoty obsahujiacuteciacute uvolnitelneacute teplo)
W je voda obsaženaacute v palivu
A jsou inertniacute popeloviny v palivu
Hořlavina paliva se děliacute na prchavyacute podiacutel (hořlavina kteraacute se uvolniacute zahřaacutetiacutem paliva v
plynneacute formě) a uhliacutekovyacute zbytek (hořiacute v pevneacutem stavu) Hořlavina je tvořena 5-ti prvky a to
uhliacutekemvodiacutekem siacuterou dusiacutekem a palivovyacutem kysliacutekem Dřevo tedy obsahuje tři zaacutekladniacute
prvky ktereacute jsou zdrojem chemicky vaacutezaneacuteho tepla - uhliacutek vodiacutek a siacuteru
Voda obsaženaacute v palivu se děliacute na vodu hrubou (volnaacute voda) a na vodu zbytkovou
(chemicky v palivu vaacutezanou)
13
Popeloviny v palivu se děliacute na čaacutest kteraacute po spaacuteleniacute paliva zůstane v plynneacute formě
(prchavyacute podiacutel) a na popel kteryacute zůstane v pevneacutem stavu
Dřevo je organickyacute materiaacutel rostlinneacuteho původu Největšiacute podiacutel jeho složeniacute zaujiacutemaacute
celuloacuteza (cca 42) daacutele hemiceluloacutezy (cca 26) a lignin (cca 25) Zbytek tvořiacute acetyl (cca
2) popeloviny (03 ) škroby a tuky (cca 18) biacutelkoviny (cca 1) třiacutesloviny (cca 01)
pryskyřičneacute laacutetky (cca 16) a ve stopoveacutem množstviacute barviva alkaloidy glykosidy a ostatniacute
složky
Poměrnaacute množstviacute prvků v sušině tuzemskeacuteho dřeva jsou přibližně
uhliacutek 50
dusiacutek 004 až 02
vodiacutek 6
popeloviny 02 až 06
kysliacutek 43
Vyacutehřevnost dřeva zaacutevisiacute na jeho vlhkosti Všechna voda ve dřevě obsaženaacute se při
spaacuteleniacute odpařiacute a na tuto přeměnu kapalneacute vody na paacuteru se spotřebuje čaacutest energie vznikleacute
spaacuteleniacutem sušiny Vyacutehřevnost sušiny se u všech druhů dřeva pohybuje přibližně od 17 do 22
MJkg-1 Při běžneacute vlhkosti tj při 25 vody klesaacute tato vyacutehřevnost na hodnoty kolem 15
MJkg-17
Bod zaacutepalnosti tj nejnižšiacute teplota na kterou se musiacute dřevo zahřaacutet aby se samovzniacutetilo
je mezi 330 a 470 degC kdežto bod vzplanutiacute tj nejnižšiacute teplota při niacutež se ve dřevě vyvine
tolik plynů že se vzduchem vytvořiacute směs kteraacute se přibliacuteženiacutem k plameni vzniacutetiacute je pouze 180
až 275degC
Různeacute dřeviny majiacute rozdiacutelnou vyacutehřevnost a nehořiacute stejnyacutem způsobem Obecně daacutevaacuteme
přednost tvrdeacutemu dřevu jako je dub buk jasan habr a ovocneacute dřeviny Hořiacute jasnyacutem
plamenem a produkujiacute hodně žhavyacutech uhliacuteků ze kteryacutech dlouho vyzařuje teplo Nejviacutece
rozšiacuteřeneacute dřevo u naacutes je bukoveacute protože maacute nejvyššiacute vyacutehřevnost z dostupnyacutech dřevin Musiacute
byacutet uskladněno pod přiacutestřeškem ihned po poraženiacute rozřezaacuteniacute a naštiacutepaacuteniacute v opačneacutem přiacutepadě
velmi rychle trouchniviacute a ztraacuteciacute vyacutehřevnost
Neniacute důležiteacute jakeacute dřevo spalujeme ale skutečnost že dřevo musiacute byacutet dobře proschleacute
(podiacutel vody v sucheacutem dřevu dosahuje zhruba 15) Spalovaacuteniacutem nevysušeneacuteho dřeva se
14
snižuje jeho vyacutehřevnost protože velkaacute čaacutest energie je spotřebovaacutena praacutevě na odpařeniacute vody
obsaženeacute ve dřevu To se projeviacute ve zvyacutešeneacute spotřebě dřevniacute hmoty Hořiacuteciacute vlhkeacute dřevo
produkuje velkeacute množstviacute kouře spaliny majiacute vysokyacute obsah dehtu maacutelo plamenů což
způsobuje zanaacutešeniacute topeniště skla průzoru u krbu kotle i komiacutenu Daacutele spalovaacuteniacutem vlhkeacuteho
dřeva dojde ke zvyacutešeniacute obsahu vodniacute paacutery ve spalinaacutech a tiacutem ke zvyacutešeniacute jejich rosneacuteho bodu
To se může projevit kondenzaciacute vlhkosti a zkraacuteceniacutem životnosti kamen přiacutepadně komiacutenoveacuteho
tělesa Z těchto důvodů vyplyacutevaacute že topeniacute vlhkyacutem dřevem je meacuteně vyacutehodneacute jak pro uživatele
tak pro přiacuterodu
Spraacutevneacute vysoušeniacute dřeva přiacuterodniacutem způsobem nastane u měkkeacuteho dřeva u rozštiacutepnutyacutech
polen po dvou letech u tvrdeacuteho dřeva po třech letech
15
3 Experimentaacutelniacute čaacutest
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute
bull Kombinovanaacute krbovaacute kamna Golemek 95 od firmy Verner
Parametry stanoveneacute vyacuterobcem celkovyacute jmenovityacute vyacutekon 9 kW uacutečinnost 80 a objem
přiklaacutedaciacuteho prostoru 45 l Předepsanyacutem palivem je dřevo o vlhkosti do 20 nebo dřevniacute
brikety V kamnech je možneacute spalovat polena deacutelky 35 cm o průměru až 20 cm
Podle nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb spotřebiče o jmenoviteacutem tepelneacutem vyacutekonu do 10
kW označovaneacute jako lokaacutelniacute spotřebiče (bez ohledu na provedeniacute a uacutečel použitiacute spotřebiče)
Vyacuterobce těchto zařiacutezeniacute musiacute prokaacutezat splněniacute technickyacutech požadavků majitel neniacute povinen
dodržovat žaacutedneacute emisniacute limity může byacutet pouze zaacutekonnyacutem způsobem omezen ve volbě
spalovaneacuteho paliva3
bull Analyzaacutetor Horiba PG 250 měřiciacute COCO2 SO2 NO2 O2
Kysliacutek -byl stanovovaacuten paramagneticky
Oxid siřičityacute oxid uhelnatyacute a oxid uhličityacute - byly stanovovaacuteny pomociacute NDIR spektrometru
Oxid dusičnyacute - byl stanovovaacuten pomociacute chemiluminiscence
Tab II Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 250
Analyt Certifikovanaacute hodnota objemoveacuteho zlomku kalibračniacute složky v kalibračniacutem plynu Relativniacute nejistota certifikovaneacute hodnoty
CO 100 2
CO2 12 1
NO 198 2
SO2 199 2
Směs CO NO CO2 SO2 v dusiacuteku ( Linde Technoplyn Praha)
16
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab II Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
Parametry analyzaacutetoru jsou shrnuty v naacutesledujiacuteciacute Tab III
Tab III Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 250
Analyt Měřiacuteciacute princip Jmenoviteacute měřiacuteciacute rozsahy
O2 paramagnetickyacute (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
CO NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2000) mlm3 a (0 divide 5000) mlm3
CO2 NDIR (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
SO2 NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 3000) mlm3
NO Chemiluminiscence (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3 (0 divide 100) mlm3
(0 divide 250) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2500) mlm3
NO2 Chemiluminiscence s předřazenyacutem konvektorem (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3
Relativniacute nejistota měřeniacute ndash pro všechny analyty a rozsahy plusmn 2 z naměřeneacute hodnoty
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab III Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
17
bull Dřevařskyacute vlhkoměr ndash vyjadřuje vlhkost jako podiacutel hmotnosti vody ku hmotnosti
sušiny ve dřevě
bull Anemometr Testo 435 s vrtulkovou sondou ndash průtok byl měřen pouze orientačně
bull Teplota v komiacuteně byla měřena kontinuaacutelně termočlaacutenkem typu K a zaznamenaacutevaacutena
dataloggerem
Scheacutema zapojeniacute přiacutestrojů je naznačeno na Obr 4
Palivo
Měřiacuteciacute sonda
Spotřebič
KOMIacuteN
ČerpadloChladič
Analyzaacutetor
PC
T
Obr 4 Scheacutema aparatury
311 Stanoveniacute kysliacuteku
Instrumentaacutelniacute metoda stanoveniacute využiacutevaacute pro stanoveniacute kysliacuteku magnetickyacutech nebo
elektrochemickyacutech vlastnostiacute molekuly
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
7
je působeniacute oxidu uhelnateacuteho na lidskyacute organismus ze zdravotniacuteho hlediska kvalifikovaacuteno
jako nejmeacuteně poškozujiacuteciacute ze všech znečišťujiacuteciacutech laacutetek z energetickyacutech zdrojů5
Vyacuteraznou a nebezpečnou vlastnostiacute CO jsou širokeacute meze zaacutepalnosti a tiacutem takeacute
vyacutebušnosti ktereacute se pohybujiacute v meziacutech 125 až 75 objemoveacute koncentrace ve vzduchu
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO
222 Oxid siřičityacute
Oxid siřičityacute je bezbarvyacute lehce zkapalnitelnyacute jedovatyacute plyn naslaacutedleacute palčiveacute chuti a
zaacutepachu silně draacuteždiacuteciacute sliznice a pokožku Oxid siřičityacute se velmi dobře rozpouštiacute ve vodě (za
normaacutelniacutech podmiacutenek je molaacuterniacute zlomek oxidu siřičiteacuteho ve vodě roven 00606) přičemž
vzniklyacute roztok obsahuje silně disociovanou kyselinu siřičitou
Oxid siřičityacute je původcem tzv kyseleacuteho smogu kteryacute dřiacuteve často vznikal v oblastech
spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv s vyššiacutem obsahem siacutery Popiacutelek s obsahem těžkyacutech kovů a saze
způsobujiacute katalytickou oxidaci oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute kteryacute se vzdušnou vlhkostiacute
8
vytvaacuteřiacute aerosol kyseliny siacuteroveacute Tento aerosol je velmi stabilniacute s dlouhou dobou setrvaacuteniacute v
přiacutezemniacute vrstvě atmosfeacutery
Oxid siřičityacute patřiacute do maleacute skupiny znečišťujiacuteciacutech laacutetek jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je
daacuten vyacutehradně složeniacutem paliva a jejich obsah ve spalinaacutech lze jen velmi omezeně ovlivnit
průběhem spalovaciacuteho procesu V palivu se siacutera vyskytuje v těchto zaacutekladniacutech formaacutech ve
formě siacuteranů (siacutera siacuteranovaacute) pyritu (siacutera pyritickaacute) a dalšiacutech polysulfidů železa (siacutera
sulfidickaacute) vaacutezanaacute v organickyacutech sloučeninaacutech (siacutera organickaacute) a někdy jako siacutera volnaacute Na
tvorbě oxidu siřičiteacuteho se podiacutelejiacute všechny uvedeneacute sloučeniny siacutery s vyacutejimkou siacuteranů3
Snižovaacuteniacute emisiacute oxidu siřičiteacuteho lze v zaacutesadě dosaacutehnout pouze dvěma způsoby uacutepravou
paliva před jeho spaacuteleniacutem a odstraňovaacuteniacutem již vznikleacuteho oxidu siřičiteacuteho ze spalin U malyacutech
zdrojů je teoreticky možnyacute prvniacute způsob druhyacute je velmi technicky a ekonomicky naacuteročnyacute
Obsah siacutery v palivu je různyacute pro různeacute druhy paliva např v uhliacute se pohybuje od 1 do 2
v přiacutepadě dřeva je zanedbatelnyacute
223 Oxidy dusiacuteku
Spalovaciacutemi reakcemi v ohništiacutech vznikajiacute tři různeacute oxidy dusiacuteku a to N2O NO a
NO2 z nichž pouze druheacute dva řadiacuteme mezi znečišťujiacuteciacute laacutetky Podmiacutenkou vzniku NOx při
spalovaacuteniacute je přiacutetomnost atomaacuterniacuteho dusiacuteku a kysliacuteku v reakčniacute zoacuteně plamene Oxid dusnatyacute a
oxid dusičityacute jsou jedovateacute plyny intenzivně iritujiacuteciacute sliznice a pokožku Oba oxidy podporujiacute
vznik fotochemickeacuteho smogu a přiacutezemniacuteho ozonu Fotochemickyacute smog vznikaacute
fotochemickyacutemi reakcemi oxidů dusiacuteku s těkavyacutemi organickyacutemi sloučeninami v přiacutezemniacutech
vrstvaacutech atmosfeacutery přičemž se vytvaacuteřejiacute agresivniacute jedovateacute fotochemickeacute oxidanty
způsobujiacuteciacute paacuteleniacute očiacute bolesti hlavy apod Oxidy dusiacuteku se rovněž uacutečastniacute stratosfeacuterickyacutech
řetězovyacutech reakciacute poškozujiacuteciacutech ozoacutenovou vrstvu Země Proto těmito znečišťujiacuteciacutemi laacutetkami
je nutneacute se zabyacutevat a hledat uacutečinneacute metody jejich sniacuteženiacute nebo odstraněniacute
Oxid dusičityacute je termicky labilniacute při teplotaacutech nad 300 degC kvantitativně disociuje na
oxid dusnatyacute Z toho vyplyacutevaacute že v ohništi se vyskytuje oxid dusnatyacute kteryacute se naacutesledně při
nižšiacutech teplotaacutech čaacutestečně oxiduje na oxid dusičityacute V současneacute době jsou znaacutemy čtyři
zaacutekladniacute mechanismy vzniku oxidu dusnateacuteho
9
bull termickyacute (Zeldovičův) NO - vznikaacute v oblasti teplot nad 1300 degC z dusiacuteku přiacutetomneacuteho
ve vzduchu
Mechanismus vzniku N2 + O rarr N + NO (1)
N + O2 rarrNO + O (2)
N + OH rarrNO + H (3)
bull promptniacute (Fenimorův) NO ndash vznikajiacuteciacute při nejvyššiacutech teplotaacutech v počaacutetečniacute faacutezi
hořeniacute (jejich podiacutel na celkovyacutech emisiacutech NO2 je minimaacutelniacute)
Mechanismus vzniku N2 + OH rarr HCN + N rarr NO (4)
bull palivovyacute NO ndash vznikajiacute v oblasti nejnižšiacutech teplot z dusiacuteku obsaženeacuteho v hořlavině
paliva Důležitaacute při jeho je vzniku doba zdrženiacute v kamnech a přebytek spalovaciacuteho
vzduchu
Mechanismus vzniku RN rarr R + N (5)
N + O2 rarr NO + O (6)
RN + O2 rarr NO + RO (7)
bull NO vzniklyacute z N2O
Vlivy na tvorbu NOx
bull teplota plamene (vliv složeniacute paliva bohatost směsi předehřaacutetiacute vzduchu stupeň
promiacutešeniacute konstrukce a tvar spalovaciacute komory)
bull doba setrvaacuteniacute molekul v paacutesmu vysokyacutech teplot (vliv vyacutetokoveacute rychlosti spalovaneacute
směsi)
bull množstviacute kysliacuteku v paacutesmu spalovaciacutech reakciacute (bohatost směsi a intenzita jejiacuteho
promiacutešeniacute)
Vliv teploty a součinitele přebytku vzduchu při spalovaacuteniacute uhliacute na tvorbu oxidů dusiacuteku je
uveden na Obr 3
10
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku5
224 Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky
Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky patřiacute mezi polutanty jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je určen jak
vlastnostmi paliva tak typem ohniště v němž je provaacuteděno spalovaacuteniacute V ideaacutelniacutem přiacutepadě
dokonaleacuteho spalovaacuteniacute jsou tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tvořeny pouze popiacutelkem (u velkyacutech
energetickyacutech kotlů) ve spalinaacutech zařiacutezeniacute středniacutech a malyacutech vyacutekonů jsou naviacutec přiacutetomny
nedohořeleacute čaacutestice paliva anorganickeacute sloučeniny (popeloviny) a produkty tepelneacuteho
rozkladu uhliacute (saze a jineacute) Škodlivost tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek je daacutena několika faktory
Diacuteky sveacutemu velkeacutemu měrneacutemu povrchu sorbujiacute jineacute toxickeacute sloučeniny jakyacutemi jsou
persistentniacute organickeacute polutanty těkaveacute fluoridy a chloridy toxickyacutech kovů Daacutele mohou
obsahovat kovy ktereacute katalyzujiacute nežaacutedouciacute reakce např přiacutetomnost vanadu způsobuje
přeměnu oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute
Z podstaty vzniku tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek vyplyacutevaacute že jejich vzniku zvlaacuteště v
topeništiacutech malyacutech vyacutekonů nelze prakticky zabraacutenit
225 Organickeacute laacutetky
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky zahrnujiacute velmi širokou skupinu sloučenin s velmi
rozdiacutelnyacutemi fyzikaacutelně-chemickyacutemi a toxikologickyacutemi vlastnostmi
11
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky lze zařadit do třiacute třiacuted
1 těkaveacute organickeacute laacutetky (Volatile Organic Compounds - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou VOC) tj organickaacute sloučenina nebo směs organickyacutech
sloučenin s vyacutejimkou methanu kteraacute při teplotě 29315 K maacute tlak par 001 kPa nebo maacute
odpoviacutedajiacuteciacute těkavost za konkreacutetniacutech podmiacutenek jejiacuteho použitiacute a kteraacute může v průběhu sveacute
přiacutetomnosti v ovzdušiacute reagovat za spolupůsobeniacute slunečniacuteho zaacuteřeniacute s oxidy dusiacuteku za vzniku
fotochemickeacuteho smogu
2 persistentniacute organickeacute laacutetky (Persistent Organic Pollutants - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou POPs) tj organickeacute laacutetky ktereacute působiacute vyacuteznamnyacutem
škodlivyacutem vlivem na lidskeacute zdraviacute a maacute škodliveacute uacutečinky na životniacute prostřediacute v miacutestě i okoliacute
jejiacuteho zdroje a jejiacute toxickeacute vlastnosti jsou spojeny se schopnostiacute dlouhodobě přetrvaacutevat v
životniacutem prostřediacute a schopnostiacute akumulace v biologickyacutech systeacutemech V přiacutepadě analyacutezy
odpadniacutech plynů a kvality ovzdušiacute se členiacute daacutele podle toxicity na tři kategorie
I polychlorovaneacute dibenzodioxiny a dibenzofurany (PCDDPCDF)
II polychlorovaneacute bifenyly (PCB)
III polycyklickeacute aromatickeacute uhlovodiacuteky (PAH)
3 methan6
23 Zaacutekladniacute pojmy v ochraně ovzdušiacute
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v koncentrovaneacute podobě tak jak vystupujiacute ze zdroje znečištěniacute např
u kotelny z komiacutena označujeme jako emise a jejich maximaacutelniacute koncentrace je omezena podle
nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb a navazujiacuteciacutemi předpisy tzv emisniacutemi limity
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v ovzdušiacute se tzv přiacutezemniacute vrstvě tj tam kde jsou obsahem ovzdušiacute
ktereacute dyacutechaacuteme označujiacute jako imise a nejvyššiacute dovoleneacute koncentrace těchto laacutetek jsou opět
omezeny zaacutekonnou normou ve formě imisniacutech limitů
Koncentrace emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek se vyjadřujiacute buď hmotnostniacute koncentraciacute (mg
m-3 microgm-3) Hmotnostniacute koncentrace je nutno uvaacutedět a přepočiacutetaacutevat na normaacutelniacute podmiacutenky
12
(p = 101325 kPa a T = 27315 K) a na referentniacute obsah kysliacuteku Referentniacute obsah kysliacuteku je
stanoven v zaacutevislosti na spalovaneacutem palivu např pro dřevo je 6 pro uhliacute 11 atd
Spotřebiče malyacutech vyacutekonů patřiacute mezi zdroje znečišťovaacuteniacute jejichž emisniacute limity nejsou
určeny zcela jednoznačně Pro spraacutevneacute zařazeniacute spotřebiče do přiacuteslušneacute skupiny zdrojů je
nutno znaacutet jmenovityacute tepelnyacute vyacutekon spotřebiče vlastnickyacute vztah provozovatele spalovaciacuteho
zařiacutezeniacute k nemovitosti se spalovaciacutem zařiacutezeniacutem a v některyacutech přiacutepadech stanovisko
stavebniacuteho uacuteřadu k možnosti společneacuteho vypouštěniacute spalin
Nejjednoduššiacute situace nastaacutevaacute v přiacutepadě že součet jmenovityacutech tepelnyacutech vyacutekonů
všech spotřebičů na tuhaacute paliva je v daneacutem objektu menšiacute než 15 kW Pak bez ohledu na
ostatniacute skutečnosti platiacute že pro provoz těchto spotřebičů neniacute stanoven žaacutednyacute emisniacute limit
Spotřebič může byacutet uveden na trh pokud autorizovanaacute zkušebna potvrdiacute dosaženiacute
předepsanyacutech hodnot objemoveacuteho zlomku oxidu uhelnateacuteho3
24 Vlastnosti tuhyacutech paliv
Palivo se sklaacutedaacute ze třiacute zaacutekladniacutech složek hořlaviny vody a popelovin ktereacute tvořiacute tzv
hrubyacute rozbor paliva pro něž platiacute
h + W + A = 1 [kgkg-1] (8)
h je tzv hořlavina (čaacutest palivoveacute hmoty obsahujiacuteciacute uvolnitelneacute teplo)
W je voda obsaženaacute v palivu
A jsou inertniacute popeloviny v palivu
Hořlavina paliva se děliacute na prchavyacute podiacutel (hořlavina kteraacute se uvolniacute zahřaacutetiacutem paliva v
plynneacute formě) a uhliacutekovyacute zbytek (hořiacute v pevneacutem stavu) Hořlavina je tvořena 5-ti prvky a to
uhliacutekemvodiacutekem siacuterou dusiacutekem a palivovyacutem kysliacutekem Dřevo tedy obsahuje tři zaacutekladniacute
prvky ktereacute jsou zdrojem chemicky vaacutezaneacuteho tepla - uhliacutek vodiacutek a siacuteru
Voda obsaženaacute v palivu se děliacute na vodu hrubou (volnaacute voda) a na vodu zbytkovou
(chemicky v palivu vaacutezanou)
13
Popeloviny v palivu se děliacute na čaacutest kteraacute po spaacuteleniacute paliva zůstane v plynneacute formě
(prchavyacute podiacutel) a na popel kteryacute zůstane v pevneacutem stavu
Dřevo je organickyacute materiaacutel rostlinneacuteho původu Největšiacute podiacutel jeho složeniacute zaujiacutemaacute
celuloacuteza (cca 42) daacutele hemiceluloacutezy (cca 26) a lignin (cca 25) Zbytek tvořiacute acetyl (cca
2) popeloviny (03 ) škroby a tuky (cca 18) biacutelkoviny (cca 1) třiacutesloviny (cca 01)
pryskyřičneacute laacutetky (cca 16) a ve stopoveacutem množstviacute barviva alkaloidy glykosidy a ostatniacute
složky
Poměrnaacute množstviacute prvků v sušině tuzemskeacuteho dřeva jsou přibližně
uhliacutek 50
dusiacutek 004 až 02
vodiacutek 6
popeloviny 02 až 06
kysliacutek 43
Vyacutehřevnost dřeva zaacutevisiacute na jeho vlhkosti Všechna voda ve dřevě obsaženaacute se při
spaacuteleniacute odpařiacute a na tuto přeměnu kapalneacute vody na paacuteru se spotřebuje čaacutest energie vznikleacute
spaacuteleniacutem sušiny Vyacutehřevnost sušiny se u všech druhů dřeva pohybuje přibližně od 17 do 22
MJkg-1 Při běžneacute vlhkosti tj při 25 vody klesaacute tato vyacutehřevnost na hodnoty kolem 15
MJkg-17
Bod zaacutepalnosti tj nejnižšiacute teplota na kterou se musiacute dřevo zahřaacutet aby se samovzniacutetilo
je mezi 330 a 470 degC kdežto bod vzplanutiacute tj nejnižšiacute teplota při niacutež se ve dřevě vyvine
tolik plynů že se vzduchem vytvořiacute směs kteraacute se přibliacuteženiacutem k plameni vzniacutetiacute je pouze 180
až 275degC
Různeacute dřeviny majiacute rozdiacutelnou vyacutehřevnost a nehořiacute stejnyacutem způsobem Obecně daacutevaacuteme
přednost tvrdeacutemu dřevu jako je dub buk jasan habr a ovocneacute dřeviny Hořiacute jasnyacutem
plamenem a produkujiacute hodně žhavyacutech uhliacuteků ze kteryacutech dlouho vyzařuje teplo Nejviacutece
rozšiacuteřeneacute dřevo u naacutes je bukoveacute protože maacute nejvyššiacute vyacutehřevnost z dostupnyacutech dřevin Musiacute
byacutet uskladněno pod přiacutestřeškem ihned po poraženiacute rozřezaacuteniacute a naštiacutepaacuteniacute v opačneacutem přiacutepadě
velmi rychle trouchniviacute a ztraacuteciacute vyacutehřevnost
Neniacute důležiteacute jakeacute dřevo spalujeme ale skutečnost že dřevo musiacute byacutet dobře proschleacute
(podiacutel vody v sucheacutem dřevu dosahuje zhruba 15) Spalovaacuteniacutem nevysušeneacuteho dřeva se
14
snižuje jeho vyacutehřevnost protože velkaacute čaacutest energie je spotřebovaacutena praacutevě na odpařeniacute vody
obsaženeacute ve dřevu To se projeviacute ve zvyacutešeneacute spotřebě dřevniacute hmoty Hořiacuteciacute vlhkeacute dřevo
produkuje velkeacute množstviacute kouře spaliny majiacute vysokyacute obsah dehtu maacutelo plamenů což
způsobuje zanaacutešeniacute topeniště skla průzoru u krbu kotle i komiacutenu Daacutele spalovaacuteniacutem vlhkeacuteho
dřeva dojde ke zvyacutešeniacute obsahu vodniacute paacutery ve spalinaacutech a tiacutem ke zvyacutešeniacute jejich rosneacuteho bodu
To se může projevit kondenzaciacute vlhkosti a zkraacuteceniacutem životnosti kamen přiacutepadně komiacutenoveacuteho
tělesa Z těchto důvodů vyplyacutevaacute že topeniacute vlhkyacutem dřevem je meacuteně vyacutehodneacute jak pro uživatele
tak pro přiacuterodu
Spraacutevneacute vysoušeniacute dřeva přiacuterodniacutem způsobem nastane u měkkeacuteho dřeva u rozštiacutepnutyacutech
polen po dvou letech u tvrdeacuteho dřeva po třech letech
15
3 Experimentaacutelniacute čaacutest
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute
bull Kombinovanaacute krbovaacute kamna Golemek 95 od firmy Verner
Parametry stanoveneacute vyacuterobcem celkovyacute jmenovityacute vyacutekon 9 kW uacutečinnost 80 a objem
přiklaacutedaciacuteho prostoru 45 l Předepsanyacutem palivem je dřevo o vlhkosti do 20 nebo dřevniacute
brikety V kamnech je možneacute spalovat polena deacutelky 35 cm o průměru až 20 cm
Podle nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb spotřebiče o jmenoviteacutem tepelneacutem vyacutekonu do 10
kW označovaneacute jako lokaacutelniacute spotřebiče (bez ohledu na provedeniacute a uacutečel použitiacute spotřebiče)
Vyacuterobce těchto zařiacutezeniacute musiacute prokaacutezat splněniacute technickyacutech požadavků majitel neniacute povinen
dodržovat žaacutedneacute emisniacute limity může byacutet pouze zaacutekonnyacutem způsobem omezen ve volbě
spalovaneacuteho paliva3
bull Analyzaacutetor Horiba PG 250 měřiciacute COCO2 SO2 NO2 O2
Kysliacutek -byl stanovovaacuten paramagneticky
Oxid siřičityacute oxid uhelnatyacute a oxid uhličityacute - byly stanovovaacuteny pomociacute NDIR spektrometru
Oxid dusičnyacute - byl stanovovaacuten pomociacute chemiluminiscence
Tab II Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 250
Analyt Certifikovanaacute hodnota objemoveacuteho zlomku kalibračniacute složky v kalibračniacutem plynu Relativniacute nejistota certifikovaneacute hodnoty
CO 100 2
CO2 12 1
NO 198 2
SO2 199 2
Směs CO NO CO2 SO2 v dusiacuteku ( Linde Technoplyn Praha)
16
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab II Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
Parametry analyzaacutetoru jsou shrnuty v naacutesledujiacuteciacute Tab III
Tab III Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 250
Analyt Měřiacuteciacute princip Jmenoviteacute měřiacuteciacute rozsahy
O2 paramagnetickyacute (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
CO NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2000) mlm3 a (0 divide 5000) mlm3
CO2 NDIR (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
SO2 NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 3000) mlm3
NO Chemiluminiscence (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3 (0 divide 100) mlm3
(0 divide 250) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2500) mlm3
NO2 Chemiluminiscence s předřazenyacutem konvektorem (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3
Relativniacute nejistota měřeniacute ndash pro všechny analyty a rozsahy plusmn 2 z naměřeneacute hodnoty
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab III Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
17
bull Dřevařskyacute vlhkoměr ndash vyjadřuje vlhkost jako podiacutel hmotnosti vody ku hmotnosti
sušiny ve dřevě
bull Anemometr Testo 435 s vrtulkovou sondou ndash průtok byl měřen pouze orientačně
bull Teplota v komiacuteně byla měřena kontinuaacutelně termočlaacutenkem typu K a zaznamenaacutevaacutena
dataloggerem
Scheacutema zapojeniacute přiacutestrojů je naznačeno na Obr 4
Palivo
Měřiacuteciacute sonda
Spotřebič
KOMIacuteN
ČerpadloChladič
Analyzaacutetor
PC
T
Obr 4 Scheacutema aparatury
311 Stanoveniacute kysliacuteku
Instrumentaacutelniacute metoda stanoveniacute využiacutevaacute pro stanoveniacute kysliacuteku magnetickyacutech nebo
elektrochemickyacutech vlastnostiacute molekuly
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
8
vytvaacuteřiacute aerosol kyseliny siacuteroveacute Tento aerosol je velmi stabilniacute s dlouhou dobou setrvaacuteniacute v
přiacutezemniacute vrstvě atmosfeacutery
Oxid siřičityacute patřiacute do maleacute skupiny znečišťujiacuteciacutech laacutetek jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je
daacuten vyacutehradně složeniacutem paliva a jejich obsah ve spalinaacutech lze jen velmi omezeně ovlivnit
průběhem spalovaciacuteho procesu V palivu se siacutera vyskytuje v těchto zaacutekladniacutech formaacutech ve
formě siacuteranů (siacutera siacuteranovaacute) pyritu (siacutera pyritickaacute) a dalšiacutech polysulfidů železa (siacutera
sulfidickaacute) vaacutezanaacute v organickyacutech sloučeninaacutech (siacutera organickaacute) a někdy jako siacutera volnaacute Na
tvorbě oxidu siřičiteacuteho se podiacutelejiacute všechny uvedeneacute sloučeniny siacutery s vyacutejimkou siacuteranů3
Snižovaacuteniacute emisiacute oxidu siřičiteacuteho lze v zaacutesadě dosaacutehnout pouze dvěma způsoby uacutepravou
paliva před jeho spaacuteleniacutem a odstraňovaacuteniacutem již vznikleacuteho oxidu siřičiteacuteho ze spalin U malyacutech
zdrojů je teoreticky možnyacute prvniacute způsob druhyacute je velmi technicky a ekonomicky naacuteročnyacute
Obsah siacutery v palivu je různyacute pro různeacute druhy paliva např v uhliacute se pohybuje od 1 do 2
v přiacutepadě dřeva je zanedbatelnyacute
223 Oxidy dusiacuteku
Spalovaciacutemi reakcemi v ohništiacutech vznikajiacute tři různeacute oxidy dusiacuteku a to N2O NO a
NO2 z nichž pouze druheacute dva řadiacuteme mezi znečišťujiacuteciacute laacutetky Podmiacutenkou vzniku NOx při
spalovaacuteniacute je přiacutetomnost atomaacuterniacuteho dusiacuteku a kysliacuteku v reakčniacute zoacuteně plamene Oxid dusnatyacute a
oxid dusičityacute jsou jedovateacute plyny intenzivně iritujiacuteciacute sliznice a pokožku Oba oxidy podporujiacute
vznik fotochemickeacuteho smogu a přiacutezemniacuteho ozonu Fotochemickyacute smog vznikaacute
fotochemickyacutemi reakcemi oxidů dusiacuteku s těkavyacutemi organickyacutemi sloučeninami v přiacutezemniacutech
vrstvaacutech atmosfeacutery přičemž se vytvaacuteřejiacute agresivniacute jedovateacute fotochemickeacute oxidanty
způsobujiacuteciacute paacuteleniacute očiacute bolesti hlavy apod Oxidy dusiacuteku se rovněž uacutečastniacute stratosfeacuterickyacutech
řetězovyacutech reakciacute poškozujiacuteciacutech ozoacutenovou vrstvu Země Proto těmito znečišťujiacuteciacutemi laacutetkami
je nutneacute se zabyacutevat a hledat uacutečinneacute metody jejich sniacuteženiacute nebo odstraněniacute
Oxid dusičityacute je termicky labilniacute při teplotaacutech nad 300 degC kvantitativně disociuje na
oxid dusnatyacute Z toho vyplyacutevaacute že v ohništi se vyskytuje oxid dusnatyacute kteryacute se naacutesledně při
nižšiacutech teplotaacutech čaacutestečně oxiduje na oxid dusičityacute V současneacute době jsou znaacutemy čtyři
zaacutekladniacute mechanismy vzniku oxidu dusnateacuteho
9
bull termickyacute (Zeldovičův) NO - vznikaacute v oblasti teplot nad 1300 degC z dusiacuteku přiacutetomneacuteho
ve vzduchu
Mechanismus vzniku N2 + O rarr N + NO (1)
N + O2 rarrNO + O (2)
N + OH rarrNO + H (3)
bull promptniacute (Fenimorův) NO ndash vznikajiacuteciacute při nejvyššiacutech teplotaacutech v počaacutetečniacute faacutezi
hořeniacute (jejich podiacutel na celkovyacutech emisiacutech NO2 je minimaacutelniacute)
Mechanismus vzniku N2 + OH rarr HCN + N rarr NO (4)
bull palivovyacute NO ndash vznikajiacute v oblasti nejnižšiacutech teplot z dusiacuteku obsaženeacuteho v hořlavině
paliva Důležitaacute při jeho je vzniku doba zdrženiacute v kamnech a přebytek spalovaciacuteho
vzduchu
Mechanismus vzniku RN rarr R + N (5)
N + O2 rarr NO + O (6)
RN + O2 rarr NO + RO (7)
bull NO vzniklyacute z N2O
Vlivy na tvorbu NOx
bull teplota plamene (vliv složeniacute paliva bohatost směsi předehřaacutetiacute vzduchu stupeň
promiacutešeniacute konstrukce a tvar spalovaciacute komory)
bull doba setrvaacuteniacute molekul v paacutesmu vysokyacutech teplot (vliv vyacutetokoveacute rychlosti spalovaneacute
směsi)
bull množstviacute kysliacuteku v paacutesmu spalovaciacutech reakciacute (bohatost směsi a intenzita jejiacuteho
promiacutešeniacute)
Vliv teploty a součinitele přebytku vzduchu při spalovaacuteniacute uhliacute na tvorbu oxidů dusiacuteku je
uveden na Obr 3
10
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku5
224 Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky
Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky patřiacute mezi polutanty jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je určen jak
vlastnostmi paliva tak typem ohniště v němž je provaacuteděno spalovaacuteniacute V ideaacutelniacutem přiacutepadě
dokonaleacuteho spalovaacuteniacute jsou tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tvořeny pouze popiacutelkem (u velkyacutech
energetickyacutech kotlů) ve spalinaacutech zařiacutezeniacute středniacutech a malyacutech vyacutekonů jsou naviacutec přiacutetomny
nedohořeleacute čaacutestice paliva anorganickeacute sloučeniny (popeloviny) a produkty tepelneacuteho
rozkladu uhliacute (saze a jineacute) Škodlivost tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek je daacutena několika faktory
Diacuteky sveacutemu velkeacutemu měrneacutemu povrchu sorbujiacute jineacute toxickeacute sloučeniny jakyacutemi jsou
persistentniacute organickeacute polutanty těkaveacute fluoridy a chloridy toxickyacutech kovů Daacutele mohou
obsahovat kovy ktereacute katalyzujiacute nežaacutedouciacute reakce např přiacutetomnost vanadu způsobuje
přeměnu oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute
Z podstaty vzniku tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek vyplyacutevaacute že jejich vzniku zvlaacuteště v
topeništiacutech malyacutech vyacutekonů nelze prakticky zabraacutenit
225 Organickeacute laacutetky
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky zahrnujiacute velmi širokou skupinu sloučenin s velmi
rozdiacutelnyacutemi fyzikaacutelně-chemickyacutemi a toxikologickyacutemi vlastnostmi
11
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky lze zařadit do třiacute třiacuted
1 těkaveacute organickeacute laacutetky (Volatile Organic Compounds - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou VOC) tj organickaacute sloučenina nebo směs organickyacutech
sloučenin s vyacutejimkou methanu kteraacute při teplotě 29315 K maacute tlak par 001 kPa nebo maacute
odpoviacutedajiacuteciacute těkavost za konkreacutetniacutech podmiacutenek jejiacuteho použitiacute a kteraacute může v průběhu sveacute
přiacutetomnosti v ovzdušiacute reagovat za spolupůsobeniacute slunečniacuteho zaacuteřeniacute s oxidy dusiacuteku za vzniku
fotochemickeacuteho smogu
2 persistentniacute organickeacute laacutetky (Persistent Organic Pollutants - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou POPs) tj organickeacute laacutetky ktereacute působiacute vyacuteznamnyacutem
škodlivyacutem vlivem na lidskeacute zdraviacute a maacute škodliveacute uacutečinky na životniacute prostřediacute v miacutestě i okoliacute
jejiacuteho zdroje a jejiacute toxickeacute vlastnosti jsou spojeny se schopnostiacute dlouhodobě přetrvaacutevat v
životniacutem prostřediacute a schopnostiacute akumulace v biologickyacutech systeacutemech V přiacutepadě analyacutezy
odpadniacutech plynů a kvality ovzdušiacute se členiacute daacutele podle toxicity na tři kategorie
I polychlorovaneacute dibenzodioxiny a dibenzofurany (PCDDPCDF)
II polychlorovaneacute bifenyly (PCB)
III polycyklickeacute aromatickeacute uhlovodiacuteky (PAH)
3 methan6
23 Zaacutekladniacute pojmy v ochraně ovzdušiacute
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v koncentrovaneacute podobě tak jak vystupujiacute ze zdroje znečištěniacute např
u kotelny z komiacutena označujeme jako emise a jejich maximaacutelniacute koncentrace je omezena podle
nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb a navazujiacuteciacutemi předpisy tzv emisniacutemi limity
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v ovzdušiacute se tzv přiacutezemniacute vrstvě tj tam kde jsou obsahem ovzdušiacute
ktereacute dyacutechaacuteme označujiacute jako imise a nejvyššiacute dovoleneacute koncentrace těchto laacutetek jsou opět
omezeny zaacutekonnou normou ve formě imisniacutech limitů
Koncentrace emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek se vyjadřujiacute buď hmotnostniacute koncentraciacute (mg
m-3 microgm-3) Hmotnostniacute koncentrace je nutno uvaacutedět a přepočiacutetaacutevat na normaacutelniacute podmiacutenky
12
(p = 101325 kPa a T = 27315 K) a na referentniacute obsah kysliacuteku Referentniacute obsah kysliacuteku je
stanoven v zaacutevislosti na spalovaneacutem palivu např pro dřevo je 6 pro uhliacute 11 atd
Spotřebiče malyacutech vyacutekonů patřiacute mezi zdroje znečišťovaacuteniacute jejichž emisniacute limity nejsou
určeny zcela jednoznačně Pro spraacutevneacute zařazeniacute spotřebiče do přiacuteslušneacute skupiny zdrojů je
nutno znaacutet jmenovityacute tepelnyacute vyacutekon spotřebiče vlastnickyacute vztah provozovatele spalovaciacuteho
zařiacutezeniacute k nemovitosti se spalovaciacutem zařiacutezeniacutem a v některyacutech přiacutepadech stanovisko
stavebniacuteho uacuteřadu k možnosti společneacuteho vypouštěniacute spalin
Nejjednoduššiacute situace nastaacutevaacute v přiacutepadě že součet jmenovityacutech tepelnyacutech vyacutekonů
všech spotřebičů na tuhaacute paliva je v daneacutem objektu menšiacute než 15 kW Pak bez ohledu na
ostatniacute skutečnosti platiacute že pro provoz těchto spotřebičů neniacute stanoven žaacutednyacute emisniacute limit
Spotřebič může byacutet uveden na trh pokud autorizovanaacute zkušebna potvrdiacute dosaženiacute
předepsanyacutech hodnot objemoveacuteho zlomku oxidu uhelnateacuteho3
24 Vlastnosti tuhyacutech paliv
Palivo se sklaacutedaacute ze třiacute zaacutekladniacutech složek hořlaviny vody a popelovin ktereacute tvořiacute tzv
hrubyacute rozbor paliva pro něž platiacute
h + W + A = 1 [kgkg-1] (8)
h je tzv hořlavina (čaacutest palivoveacute hmoty obsahujiacuteciacute uvolnitelneacute teplo)
W je voda obsaženaacute v palivu
A jsou inertniacute popeloviny v palivu
Hořlavina paliva se děliacute na prchavyacute podiacutel (hořlavina kteraacute se uvolniacute zahřaacutetiacutem paliva v
plynneacute formě) a uhliacutekovyacute zbytek (hořiacute v pevneacutem stavu) Hořlavina je tvořena 5-ti prvky a to
uhliacutekemvodiacutekem siacuterou dusiacutekem a palivovyacutem kysliacutekem Dřevo tedy obsahuje tři zaacutekladniacute
prvky ktereacute jsou zdrojem chemicky vaacutezaneacuteho tepla - uhliacutek vodiacutek a siacuteru
Voda obsaženaacute v palivu se děliacute na vodu hrubou (volnaacute voda) a na vodu zbytkovou
(chemicky v palivu vaacutezanou)
13
Popeloviny v palivu se děliacute na čaacutest kteraacute po spaacuteleniacute paliva zůstane v plynneacute formě
(prchavyacute podiacutel) a na popel kteryacute zůstane v pevneacutem stavu
Dřevo je organickyacute materiaacutel rostlinneacuteho původu Největšiacute podiacutel jeho složeniacute zaujiacutemaacute
celuloacuteza (cca 42) daacutele hemiceluloacutezy (cca 26) a lignin (cca 25) Zbytek tvořiacute acetyl (cca
2) popeloviny (03 ) škroby a tuky (cca 18) biacutelkoviny (cca 1) třiacutesloviny (cca 01)
pryskyřičneacute laacutetky (cca 16) a ve stopoveacutem množstviacute barviva alkaloidy glykosidy a ostatniacute
složky
Poměrnaacute množstviacute prvků v sušině tuzemskeacuteho dřeva jsou přibližně
uhliacutek 50
dusiacutek 004 až 02
vodiacutek 6
popeloviny 02 až 06
kysliacutek 43
Vyacutehřevnost dřeva zaacutevisiacute na jeho vlhkosti Všechna voda ve dřevě obsaženaacute se při
spaacuteleniacute odpařiacute a na tuto přeměnu kapalneacute vody na paacuteru se spotřebuje čaacutest energie vznikleacute
spaacuteleniacutem sušiny Vyacutehřevnost sušiny se u všech druhů dřeva pohybuje přibližně od 17 do 22
MJkg-1 Při běžneacute vlhkosti tj při 25 vody klesaacute tato vyacutehřevnost na hodnoty kolem 15
MJkg-17
Bod zaacutepalnosti tj nejnižšiacute teplota na kterou se musiacute dřevo zahřaacutet aby se samovzniacutetilo
je mezi 330 a 470 degC kdežto bod vzplanutiacute tj nejnižšiacute teplota při niacutež se ve dřevě vyvine
tolik plynů že se vzduchem vytvořiacute směs kteraacute se přibliacuteženiacutem k plameni vzniacutetiacute je pouze 180
až 275degC
Různeacute dřeviny majiacute rozdiacutelnou vyacutehřevnost a nehořiacute stejnyacutem způsobem Obecně daacutevaacuteme
přednost tvrdeacutemu dřevu jako je dub buk jasan habr a ovocneacute dřeviny Hořiacute jasnyacutem
plamenem a produkujiacute hodně žhavyacutech uhliacuteků ze kteryacutech dlouho vyzařuje teplo Nejviacutece
rozšiacuteřeneacute dřevo u naacutes je bukoveacute protože maacute nejvyššiacute vyacutehřevnost z dostupnyacutech dřevin Musiacute
byacutet uskladněno pod přiacutestřeškem ihned po poraženiacute rozřezaacuteniacute a naštiacutepaacuteniacute v opačneacutem přiacutepadě
velmi rychle trouchniviacute a ztraacuteciacute vyacutehřevnost
Neniacute důležiteacute jakeacute dřevo spalujeme ale skutečnost že dřevo musiacute byacutet dobře proschleacute
(podiacutel vody v sucheacutem dřevu dosahuje zhruba 15) Spalovaacuteniacutem nevysušeneacuteho dřeva se
14
snižuje jeho vyacutehřevnost protože velkaacute čaacutest energie je spotřebovaacutena praacutevě na odpařeniacute vody
obsaženeacute ve dřevu To se projeviacute ve zvyacutešeneacute spotřebě dřevniacute hmoty Hořiacuteciacute vlhkeacute dřevo
produkuje velkeacute množstviacute kouře spaliny majiacute vysokyacute obsah dehtu maacutelo plamenů což
způsobuje zanaacutešeniacute topeniště skla průzoru u krbu kotle i komiacutenu Daacutele spalovaacuteniacutem vlhkeacuteho
dřeva dojde ke zvyacutešeniacute obsahu vodniacute paacutery ve spalinaacutech a tiacutem ke zvyacutešeniacute jejich rosneacuteho bodu
To se může projevit kondenzaciacute vlhkosti a zkraacuteceniacutem životnosti kamen přiacutepadně komiacutenoveacuteho
tělesa Z těchto důvodů vyplyacutevaacute že topeniacute vlhkyacutem dřevem je meacuteně vyacutehodneacute jak pro uživatele
tak pro přiacuterodu
Spraacutevneacute vysoušeniacute dřeva přiacuterodniacutem způsobem nastane u měkkeacuteho dřeva u rozštiacutepnutyacutech
polen po dvou letech u tvrdeacuteho dřeva po třech letech
15
3 Experimentaacutelniacute čaacutest
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute
bull Kombinovanaacute krbovaacute kamna Golemek 95 od firmy Verner
Parametry stanoveneacute vyacuterobcem celkovyacute jmenovityacute vyacutekon 9 kW uacutečinnost 80 a objem
přiklaacutedaciacuteho prostoru 45 l Předepsanyacutem palivem je dřevo o vlhkosti do 20 nebo dřevniacute
brikety V kamnech je možneacute spalovat polena deacutelky 35 cm o průměru až 20 cm
Podle nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb spotřebiče o jmenoviteacutem tepelneacutem vyacutekonu do 10
kW označovaneacute jako lokaacutelniacute spotřebiče (bez ohledu na provedeniacute a uacutečel použitiacute spotřebiče)
Vyacuterobce těchto zařiacutezeniacute musiacute prokaacutezat splněniacute technickyacutech požadavků majitel neniacute povinen
dodržovat žaacutedneacute emisniacute limity může byacutet pouze zaacutekonnyacutem způsobem omezen ve volbě
spalovaneacuteho paliva3
bull Analyzaacutetor Horiba PG 250 měřiciacute COCO2 SO2 NO2 O2
Kysliacutek -byl stanovovaacuten paramagneticky
Oxid siřičityacute oxid uhelnatyacute a oxid uhličityacute - byly stanovovaacuteny pomociacute NDIR spektrometru
Oxid dusičnyacute - byl stanovovaacuten pomociacute chemiluminiscence
Tab II Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 250
Analyt Certifikovanaacute hodnota objemoveacuteho zlomku kalibračniacute složky v kalibračniacutem plynu Relativniacute nejistota certifikovaneacute hodnoty
CO 100 2
CO2 12 1
NO 198 2
SO2 199 2
Směs CO NO CO2 SO2 v dusiacuteku ( Linde Technoplyn Praha)
16
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab II Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
Parametry analyzaacutetoru jsou shrnuty v naacutesledujiacuteciacute Tab III
Tab III Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 250
Analyt Měřiacuteciacute princip Jmenoviteacute měřiacuteciacute rozsahy
O2 paramagnetickyacute (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
CO NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2000) mlm3 a (0 divide 5000) mlm3
CO2 NDIR (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
SO2 NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 3000) mlm3
NO Chemiluminiscence (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3 (0 divide 100) mlm3
(0 divide 250) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2500) mlm3
NO2 Chemiluminiscence s předřazenyacutem konvektorem (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3
Relativniacute nejistota měřeniacute ndash pro všechny analyty a rozsahy plusmn 2 z naměřeneacute hodnoty
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab III Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
17
bull Dřevařskyacute vlhkoměr ndash vyjadřuje vlhkost jako podiacutel hmotnosti vody ku hmotnosti
sušiny ve dřevě
bull Anemometr Testo 435 s vrtulkovou sondou ndash průtok byl měřen pouze orientačně
bull Teplota v komiacuteně byla měřena kontinuaacutelně termočlaacutenkem typu K a zaznamenaacutevaacutena
dataloggerem
Scheacutema zapojeniacute přiacutestrojů je naznačeno na Obr 4
Palivo
Měřiacuteciacute sonda
Spotřebič
KOMIacuteN
ČerpadloChladič
Analyzaacutetor
PC
T
Obr 4 Scheacutema aparatury
311 Stanoveniacute kysliacuteku
Instrumentaacutelniacute metoda stanoveniacute využiacutevaacute pro stanoveniacute kysliacuteku magnetickyacutech nebo
elektrochemickyacutech vlastnostiacute molekuly
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
9
bull termickyacute (Zeldovičův) NO - vznikaacute v oblasti teplot nad 1300 degC z dusiacuteku přiacutetomneacuteho
ve vzduchu
Mechanismus vzniku N2 + O rarr N + NO (1)
N + O2 rarrNO + O (2)
N + OH rarrNO + H (3)
bull promptniacute (Fenimorův) NO ndash vznikajiacuteciacute při nejvyššiacutech teplotaacutech v počaacutetečniacute faacutezi
hořeniacute (jejich podiacutel na celkovyacutech emisiacutech NO2 je minimaacutelniacute)
Mechanismus vzniku N2 + OH rarr HCN + N rarr NO (4)
bull palivovyacute NO ndash vznikajiacute v oblasti nejnižšiacutech teplot z dusiacuteku obsaženeacuteho v hořlavině
paliva Důležitaacute při jeho je vzniku doba zdrženiacute v kamnech a přebytek spalovaciacuteho
vzduchu
Mechanismus vzniku RN rarr R + N (5)
N + O2 rarr NO + O (6)
RN + O2 rarr NO + RO (7)
bull NO vzniklyacute z N2O
Vlivy na tvorbu NOx
bull teplota plamene (vliv složeniacute paliva bohatost směsi předehřaacutetiacute vzduchu stupeň
promiacutešeniacute konstrukce a tvar spalovaciacute komory)
bull doba setrvaacuteniacute molekul v paacutesmu vysokyacutech teplot (vliv vyacutetokoveacute rychlosti spalovaneacute
směsi)
bull množstviacute kysliacuteku v paacutesmu spalovaciacutech reakciacute (bohatost směsi a intenzita jejiacuteho
promiacutešeniacute)
Vliv teploty a součinitele přebytku vzduchu při spalovaacuteniacute uhliacute na tvorbu oxidů dusiacuteku je
uveden na Obr 3
10
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku5
224 Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky
Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky patřiacute mezi polutanty jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je určen jak
vlastnostmi paliva tak typem ohniště v němž je provaacuteděno spalovaacuteniacute V ideaacutelniacutem přiacutepadě
dokonaleacuteho spalovaacuteniacute jsou tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tvořeny pouze popiacutelkem (u velkyacutech
energetickyacutech kotlů) ve spalinaacutech zařiacutezeniacute středniacutech a malyacutech vyacutekonů jsou naviacutec přiacutetomny
nedohořeleacute čaacutestice paliva anorganickeacute sloučeniny (popeloviny) a produkty tepelneacuteho
rozkladu uhliacute (saze a jineacute) Škodlivost tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek je daacutena několika faktory
Diacuteky sveacutemu velkeacutemu měrneacutemu povrchu sorbujiacute jineacute toxickeacute sloučeniny jakyacutemi jsou
persistentniacute organickeacute polutanty těkaveacute fluoridy a chloridy toxickyacutech kovů Daacutele mohou
obsahovat kovy ktereacute katalyzujiacute nežaacutedouciacute reakce např přiacutetomnost vanadu způsobuje
přeměnu oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute
Z podstaty vzniku tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek vyplyacutevaacute že jejich vzniku zvlaacuteště v
topeništiacutech malyacutech vyacutekonů nelze prakticky zabraacutenit
225 Organickeacute laacutetky
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky zahrnujiacute velmi širokou skupinu sloučenin s velmi
rozdiacutelnyacutemi fyzikaacutelně-chemickyacutemi a toxikologickyacutemi vlastnostmi
11
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky lze zařadit do třiacute třiacuted
1 těkaveacute organickeacute laacutetky (Volatile Organic Compounds - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou VOC) tj organickaacute sloučenina nebo směs organickyacutech
sloučenin s vyacutejimkou methanu kteraacute při teplotě 29315 K maacute tlak par 001 kPa nebo maacute
odpoviacutedajiacuteciacute těkavost za konkreacutetniacutech podmiacutenek jejiacuteho použitiacute a kteraacute může v průběhu sveacute
přiacutetomnosti v ovzdušiacute reagovat za spolupůsobeniacute slunečniacuteho zaacuteřeniacute s oxidy dusiacuteku za vzniku
fotochemickeacuteho smogu
2 persistentniacute organickeacute laacutetky (Persistent Organic Pollutants - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou POPs) tj organickeacute laacutetky ktereacute působiacute vyacuteznamnyacutem
škodlivyacutem vlivem na lidskeacute zdraviacute a maacute škodliveacute uacutečinky na životniacute prostřediacute v miacutestě i okoliacute
jejiacuteho zdroje a jejiacute toxickeacute vlastnosti jsou spojeny se schopnostiacute dlouhodobě přetrvaacutevat v
životniacutem prostřediacute a schopnostiacute akumulace v biologickyacutech systeacutemech V přiacutepadě analyacutezy
odpadniacutech plynů a kvality ovzdušiacute se členiacute daacutele podle toxicity na tři kategorie
I polychlorovaneacute dibenzodioxiny a dibenzofurany (PCDDPCDF)
II polychlorovaneacute bifenyly (PCB)
III polycyklickeacute aromatickeacute uhlovodiacuteky (PAH)
3 methan6
23 Zaacutekladniacute pojmy v ochraně ovzdušiacute
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v koncentrovaneacute podobě tak jak vystupujiacute ze zdroje znečištěniacute např
u kotelny z komiacutena označujeme jako emise a jejich maximaacutelniacute koncentrace je omezena podle
nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb a navazujiacuteciacutemi předpisy tzv emisniacutemi limity
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v ovzdušiacute se tzv přiacutezemniacute vrstvě tj tam kde jsou obsahem ovzdušiacute
ktereacute dyacutechaacuteme označujiacute jako imise a nejvyššiacute dovoleneacute koncentrace těchto laacutetek jsou opět
omezeny zaacutekonnou normou ve formě imisniacutech limitů
Koncentrace emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek se vyjadřujiacute buď hmotnostniacute koncentraciacute (mg
m-3 microgm-3) Hmotnostniacute koncentrace je nutno uvaacutedět a přepočiacutetaacutevat na normaacutelniacute podmiacutenky
12
(p = 101325 kPa a T = 27315 K) a na referentniacute obsah kysliacuteku Referentniacute obsah kysliacuteku je
stanoven v zaacutevislosti na spalovaneacutem palivu např pro dřevo je 6 pro uhliacute 11 atd
Spotřebiče malyacutech vyacutekonů patřiacute mezi zdroje znečišťovaacuteniacute jejichž emisniacute limity nejsou
určeny zcela jednoznačně Pro spraacutevneacute zařazeniacute spotřebiče do přiacuteslušneacute skupiny zdrojů je
nutno znaacutet jmenovityacute tepelnyacute vyacutekon spotřebiče vlastnickyacute vztah provozovatele spalovaciacuteho
zařiacutezeniacute k nemovitosti se spalovaciacutem zařiacutezeniacutem a v některyacutech přiacutepadech stanovisko
stavebniacuteho uacuteřadu k možnosti společneacuteho vypouštěniacute spalin
Nejjednoduššiacute situace nastaacutevaacute v přiacutepadě že součet jmenovityacutech tepelnyacutech vyacutekonů
všech spotřebičů na tuhaacute paliva je v daneacutem objektu menšiacute než 15 kW Pak bez ohledu na
ostatniacute skutečnosti platiacute že pro provoz těchto spotřebičů neniacute stanoven žaacutednyacute emisniacute limit
Spotřebič může byacutet uveden na trh pokud autorizovanaacute zkušebna potvrdiacute dosaženiacute
předepsanyacutech hodnot objemoveacuteho zlomku oxidu uhelnateacuteho3
24 Vlastnosti tuhyacutech paliv
Palivo se sklaacutedaacute ze třiacute zaacutekladniacutech složek hořlaviny vody a popelovin ktereacute tvořiacute tzv
hrubyacute rozbor paliva pro něž platiacute
h + W + A = 1 [kgkg-1] (8)
h je tzv hořlavina (čaacutest palivoveacute hmoty obsahujiacuteciacute uvolnitelneacute teplo)
W je voda obsaženaacute v palivu
A jsou inertniacute popeloviny v palivu
Hořlavina paliva se děliacute na prchavyacute podiacutel (hořlavina kteraacute se uvolniacute zahřaacutetiacutem paliva v
plynneacute formě) a uhliacutekovyacute zbytek (hořiacute v pevneacutem stavu) Hořlavina je tvořena 5-ti prvky a to
uhliacutekemvodiacutekem siacuterou dusiacutekem a palivovyacutem kysliacutekem Dřevo tedy obsahuje tři zaacutekladniacute
prvky ktereacute jsou zdrojem chemicky vaacutezaneacuteho tepla - uhliacutek vodiacutek a siacuteru
Voda obsaženaacute v palivu se děliacute na vodu hrubou (volnaacute voda) a na vodu zbytkovou
(chemicky v palivu vaacutezanou)
13
Popeloviny v palivu se děliacute na čaacutest kteraacute po spaacuteleniacute paliva zůstane v plynneacute formě
(prchavyacute podiacutel) a na popel kteryacute zůstane v pevneacutem stavu
Dřevo je organickyacute materiaacutel rostlinneacuteho původu Největšiacute podiacutel jeho složeniacute zaujiacutemaacute
celuloacuteza (cca 42) daacutele hemiceluloacutezy (cca 26) a lignin (cca 25) Zbytek tvořiacute acetyl (cca
2) popeloviny (03 ) škroby a tuky (cca 18) biacutelkoviny (cca 1) třiacutesloviny (cca 01)
pryskyřičneacute laacutetky (cca 16) a ve stopoveacutem množstviacute barviva alkaloidy glykosidy a ostatniacute
složky
Poměrnaacute množstviacute prvků v sušině tuzemskeacuteho dřeva jsou přibližně
uhliacutek 50
dusiacutek 004 až 02
vodiacutek 6
popeloviny 02 až 06
kysliacutek 43
Vyacutehřevnost dřeva zaacutevisiacute na jeho vlhkosti Všechna voda ve dřevě obsaženaacute se při
spaacuteleniacute odpařiacute a na tuto přeměnu kapalneacute vody na paacuteru se spotřebuje čaacutest energie vznikleacute
spaacuteleniacutem sušiny Vyacutehřevnost sušiny se u všech druhů dřeva pohybuje přibližně od 17 do 22
MJkg-1 Při běžneacute vlhkosti tj při 25 vody klesaacute tato vyacutehřevnost na hodnoty kolem 15
MJkg-17
Bod zaacutepalnosti tj nejnižšiacute teplota na kterou se musiacute dřevo zahřaacutet aby se samovzniacutetilo
je mezi 330 a 470 degC kdežto bod vzplanutiacute tj nejnižšiacute teplota při niacutež se ve dřevě vyvine
tolik plynů že se vzduchem vytvořiacute směs kteraacute se přibliacuteženiacutem k plameni vzniacutetiacute je pouze 180
až 275degC
Různeacute dřeviny majiacute rozdiacutelnou vyacutehřevnost a nehořiacute stejnyacutem způsobem Obecně daacutevaacuteme
přednost tvrdeacutemu dřevu jako je dub buk jasan habr a ovocneacute dřeviny Hořiacute jasnyacutem
plamenem a produkujiacute hodně žhavyacutech uhliacuteků ze kteryacutech dlouho vyzařuje teplo Nejviacutece
rozšiacuteřeneacute dřevo u naacutes je bukoveacute protože maacute nejvyššiacute vyacutehřevnost z dostupnyacutech dřevin Musiacute
byacutet uskladněno pod přiacutestřeškem ihned po poraženiacute rozřezaacuteniacute a naštiacutepaacuteniacute v opačneacutem přiacutepadě
velmi rychle trouchniviacute a ztraacuteciacute vyacutehřevnost
Neniacute důležiteacute jakeacute dřevo spalujeme ale skutečnost že dřevo musiacute byacutet dobře proschleacute
(podiacutel vody v sucheacutem dřevu dosahuje zhruba 15) Spalovaacuteniacutem nevysušeneacuteho dřeva se
14
snižuje jeho vyacutehřevnost protože velkaacute čaacutest energie je spotřebovaacutena praacutevě na odpařeniacute vody
obsaženeacute ve dřevu To se projeviacute ve zvyacutešeneacute spotřebě dřevniacute hmoty Hořiacuteciacute vlhkeacute dřevo
produkuje velkeacute množstviacute kouře spaliny majiacute vysokyacute obsah dehtu maacutelo plamenů což
způsobuje zanaacutešeniacute topeniště skla průzoru u krbu kotle i komiacutenu Daacutele spalovaacuteniacutem vlhkeacuteho
dřeva dojde ke zvyacutešeniacute obsahu vodniacute paacutery ve spalinaacutech a tiacutem ke zvyacutešeniacute jejich rosneacuteho bodu
To se může projevit kondenzaciacute vlhkosti a zkraacuteceniacutem životnosti kamen přiacutepadně komiacutenoveacuteho
tělesa Z těchto důvodů vyplyacutevaacute že topeniacute vlhkyacutem dřevem je meacuteně vyacutehodneacute jak pro uživatele
tak pro přiacuterodu
Spraacutevneacute vysoušeniacute dřeva přiacuterodniacutem způsobem nastane u měkkeacuteho dřeva u rozštiacutepnutyacutech
polen po dvou letech u tvrdeacuteho dřeva po třech letech
15
3 Experimentaacutelniacute čaacutest
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute
bull Kombinovanaacute krbovaacute kamna Golemek 95 od firmy Verner
Parametry stanoveneacute vyacuterobcem celkovyacute jmenovityacute vyacutekon 9 kW uacutečinnost 80 a objem
přiklaacutedaciacuteho prostoru 45 l Předepsanyacutem palivem je dřevo o vlhkosti do 20 nebo dřevniacute
brikety V kamnech je možneacute spalovat polena deacutelky 35 cm o průměru až 20 cm
Podle nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb spotřebiče o jmenoviteacutem tepelneacutem vyacutekonu do 10
kW označovaneacute jako lokaacutelniacute spotřebiče (bez ohledu na provedeniacute a uacutečel použitiacute spotřebiče)
Vyacuterobce těchto zařiacutezeniacute musiacute prokaacutezat splněniacute technickyacutech požadavků majitel neniacute povinen
dodržovat žaacutedneacute emisniacute limity může byacutet pouze zaacutekonnyacutem způsobem omezen ve volbě
spalovaneacuteho paliva3
bull Analyzaacutetor Horiba PG 250 měřiciacute COCO2 SO2 NO2 O2
Kysliacutek -byl stanovovaacuten paramagneticky
Oxid siřičityacute oxid uhelnatyacute a oxid uhličityacute - byly stanovovaacuteny pomociacute NDIR spektrometru
Oxid dusičnyacute - byl stanovovaacuten pomociacute chemiluminiscence
Tab II Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 250
Analyt Certifikovanaacute hodnota objemoveacuteho zlomku kalibračniacute složky v kalibračniacutem plynu Relativniacute nejistota certifikovaneacute hodnoty
CO 100 2
CO2 12 1
NO 198 2
SO2 199 2
Směs CO NO CO2 SO2 v dusiacuteku ( Linde Technoplyn Praha)
16
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab II Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
Parametry analyzaacutetoru jsou shrnuty v naacutesledujiacuteciacute Tab III
Tab III Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 250
Analyt Měřiacuteciacute princip Jmenoviteacute měřiacuteciacute rozsahy
O2 paramagnetickyacute (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
CO NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2000) mlm3 a (0 divide 5000) mlm3
CO2 NDIR (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
SO2 NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 3000) mlm3
NO Chemiluminiscence (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3 (0 divide 100) mlm3
(0 divide 250) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2500) mlm3
NO2 Chemiluminiscence s předřazenyacutem konvektorem (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3
Relativniacute nejistota měřeniacute ndash pro všechny analyty a rozsahy plusmn 2 z naměřeneacute hodnoty
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab III Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
17
bull Dřevařskyacute vlhkoměr ndash vyjadřuje vlhkost jako podiacutel hmotnosti vody ku hmotnosti
sušiny ve dřevě
bull Anemometr Testo 435 s vrtulkovou sondou ndash průtok byl měřen pouze orientačně
bull Teplota v komiacuteně byla měřena kontinuaacutelně termočlaacutenkem typu K a zaznamenaacutevaacutena
dataloggerem
Scheacutema zapojeniacute přiacutestrojů je naznačeno na Obr 4
Palivo
Měřiacuteciacute sonda
Spotřebič
KOMIacuteN
ČerpadloChladič
Analyzaacutetor
PC
T
Obr 4 Scheacutema aparatury
311 Stanoveniacute kysliacuteku
Instrumentaacutelniacute metoda stanoveniacute využiacutevaacute pro stanoveniacute kysliacuteku magnetickyacutech nebo
elektrochemickyacutech vlastnostiacute molekuly
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
10
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku5
224 Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky
Tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky patřiacute mezi polutanty jejichž vyacuteskyt ve spalinaacutech je určen jak
vlastnostmi paliva tak typem ohniště v němž je provaacuteděno spalovaacuteniacute V ideaacutelniacutem přiacutepadě
dokonaleacuteho spalovaacuteniacute jsou tuheacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tvořeny pouze popiacutelkem (u velkyacutech
energetickyacutech kotlů) ve spalinaacutech zařiacutezeniacute středniacutech a malyacutech vyacutekonů jsou naviacutec přiacutetomny
nedohořeleacute čaacutestice paliva anorganickeacute sloučeniny (popeloviny) a produkty tepelneacuteho
rozkladu uhliacute (saze a jineacute) Škodlivost tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek je daacutena několika faktory
Diacuteky sveacutemu velkeacutemu měrneacutemu povrchu sorbujiacute jineacute toxickeacute sloučeniny jakyacutemi jsou
persistentniacute organickeacute polutanty těkaveacute fluoridy a chloridy toxickyacutech kovů Daacutele mohou
obsahovat kovy ktereacute katalyzujiacute nežaacutedouciacute reakce např přiacutetomnost vanadu způsobuje
přeměnu oxidu siřičiteacuteho na oxid siacuterovyacute
Z podstaty vzniku tuhyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek vyplyacutevaacute že jejich vzniku zvlaacuteště v
topeništiacutech malyacutech vyacutekonů nelze prakticky zabraacutenit
225 Organickeacute laacutetky
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky zahrnujiacute velmi širokou skupinu sloučenin s velmi
rozdiacutelnyacutemi fyzikaacutelně-chemickyacutemi a toxikologickyacutemi vlastnostmi
11
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky lze zařadit do třiacute třiacuted
1 těkaveacute organickeacute laacutetky (Volatile Organic Compounds - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou VOC) tj organickaacute sloučenina nebo směs organickyacutech
sloučenin s vyacutejimkou methanu kteraacute při teplotě 29315 K maacute tlak par 001 kPa nebo maacute
odpoviacutedajiacuteciacute těkavost za konkreacutetniacutech podmiacutenek jejiacuteho použitiacute a kteraacute může v průběhu sveacute
přiacutetomnosti v ovzdušiacute reagovat za spolupůsobeniacute slunečniacuteho zaacuteřeniacute s oxidy dusiacuteku za vzniku
fotochemickeacuteho smogu
2 persistentniacute organickeacute laacutetky (Persistent Organic Pollutants - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou POPs) tj organickeacute laacutetky ktereacute působiacute vyacuteznamnyacutem
škodlivyacutem vlivem na lidskeacute zdraviacute a maacute škodliveacute uacutečinky na životniacute prostřediacute v miacutestě i okoliacute
jejiacuteho zdroje a jejiacute toxickeacute vlastnosti jsou spojeny se schopnostiacute dlouhodobě přetrvaacutevat v
životniacutem prostřediacute a schopnostiacute akumulace v biologickyacutech systeacutemech V přiacutepadě analyacutezy
odpadniacutech plynů a kvality ovzdušiacute se členiacute daacutele podle toxicity na tři kategorie
I polychlorovaneacute dibenzodioxiny a dibenzofurany (PCDDPCDF)
II polychlorovaneacute bifenyly (PCB)
III polycyklickeacute aromatickeacute uhlovodiacuteky (PAH)
3 methan6
23 Zaacutekladniacute pojmy v ochraně ovzdušiacute
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v koncentrovaneacute podobě tak jak vystupujiacute ze zdroje znečištěniacute např
u kotelny z komiacutena označujeme jako emise a jejich maximaacutelniacute koncentrace je omezena podle
nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb a navazujiacuteciacutemi předpisy tzv emisniacutemi limity
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v ovzdušiacute se tzv přiacutezemniacute vrstvě tj tam kde jsou obsahem ovzdušiacute
ktereacute dyacutechaacuteme označujiacute jako imise a nejvyššiacute dovoleneacute koncentrace těchto laacutetek jsou opět
omezeny zaacutekonnou normou ve formě imisniacutech limitů
Koncentrace emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek se vyjadřujiacute buď hmotnostniacute koncentraciacute (mg
m-3 microgm-3) Hmotnostniacute koncentrace je nutno uvaacutedět a přepočiacutetaacutevat na normaacutelniacute podmiacutenky
12
(p = 101325 kPa a T = 27315 K) a na referentniacute obsah kysliacuteku Referentniacute obsah kysliacuteku je
stanoven v zaacutevislosti na spalovaneacutem palivu např pro dřevo je 6 pro uhliacute 11 atd
Spotřebiče malyacutech vyacutekonů patřiacute mezi zdroje znečišťovaacuteniacute jejichž emisniacute limity nejsou
určeny zcela jednoznačně Pro spraacutevneacute zařazeniacute spotřebiče do přiacuteslušneacute skupiny zdrojů je
nutno znaacutet jmenovityacute tepelnyacute vyacutekon spotřebiče vlastnickyacute vztah provozovatele spalovaciacuteho
zařiacutezeniacute k nemovitosti se spalovaciacutem zařiacutezeniacutem a v některyacutech přiacutepadech stanovisko
stavebniacuteho uacuteřadu k možnosti společneacuteho vypouštěniacute spalin
Nejjednoduššiacute situace nastaacutevaacute v přiacutepadě že součet jmenovityacutech tepelnyacutech vyacutekonů
všech spotřebičů na tuhaacute paliva je v daneacutem objektu menšiacute než 15 kW Pak bez ohledu na
ostatniacute skutečnosti platiacute že pro provoz těchto spotřebičů neniacute stanoven žaacutednyacute emisniacute limit
Spotřebič může byacutet uveden na trh pokud autorizovanaacute zkušebna potvrdiacute dosaženiacute
předepsanyacutech hodnot objemoveacuteho zlomku oxidu uhelnateacuteho3
24 Vlastnosti tuhyacutech paliv
Palivo se sklaacutedaacute ze třiacute zaacutekladniacutech složek hořlaviny vody a popelovin ktereacute tvořiacute tzv
hrubyacute rozbor paliva pro něž platiacute
h + W + A = 1 [kgkg-1] (8)
h je tzv hořlavina (čaacutest palivoveacute hmoty obsahujiacuteciacute uvolnitelneacute teplo)
W je voda obsaženaacute v palivu
A jsou inertniacute popeloviny v palivu
Hořlavina paliva se děliacute na prchavyacute podiacutel (hořlavina kteraacute se uvolniacute zahřaacutetiacutem paliva v
plynneacute formě) a uhliacutekovyacute zbytek (hořiacute v pevneacutem stavu) Hořlavina je tvořena 5-ti prvky a to
uhliacutekemvodiacutekem siacuterou dusiacutekem a palivovyacutem kysliacutekem Dřevo tedy obsahuje tři zaacutekladniacute
prvky ktereacute jsou zdrojem chemicky vaacutezaneacuteho tepla - uhliacutek vodiacutek a siacuteru
Voda obsaženaacute v palivu se děliacute na vodu hrubou (volnaacute voda) a na vodu zbytkovou
(chemicky v palivu vaacutezanou)
13
Popeloviny v palivu se děliacute na čaacutest kteraacute po spaacuteleniacute paliva zůstane v plynneacute formě
(prchavyacute podiacutel) a na popel kteryacute zůstane v pevneacutem stavu
Dřevo je organickyacute materiaacutel rostlinneacuteho původu Největšiacute podiacutel jeho složeniacute zaujiacutemaacute
celuloacuteza (cca 42) daacutele hemiceluloacutezy (cca 26) a lignin (cca 25) Zbytek tvořiacute acetyl (cca
2) popeloviny (03 ) škroby a tuky (cca 18) biacutelkoviny (cca 1) třiacutesloviny (cca 01)
pryskyřičneacute laacutetky (cca 16) a ve stopoveacutem množstviacute barviva alkaloidy glykosidy a ostatniacute
složky
Poměrnaacute množstviacute prvků v sušině tuzemskeacuteho dřeva jsou přibližně
uhliacutek 50
dusiacutek 004 až 02
vodiacutek 6
popeloviny 02 až 06
kysliacutek 43
Vyacutehřevnost dřeva zaacutevisiacute na jeho vlhkosti Všechna voda ve dřevě obsaženaacute se při
spaacuteleniacute odpařiacute a na tuto přeměnu kapalneacute vody na paacuteru se spotřebuje čaacutest energie vznikleacute
spaacuteleniacutem sušiny Vyacutehřevnost sušiny se u všech druhů dřeva pohybuje přibližně od 17 do 22
MJkg-1 Při běžneacute vlhkosti tj při 25 vody klesaacute tato vyacutehřevnost na hodnoty kolem 15
MJkg-17
Bod zaacutepalnosti tj nejnižšiacute teplota na kterou se musiacute dřevo zahřaacutet aby se samovzniacutetilo
je mezi 330 a 470 degC kdežto bod vzplanutiacute tj nejnižšiacute teplota při niacutež se ve dřevě vyvine
tolik plynů že se vzduchem vytvořiacute směs kteraacute se přibliacuteženiacutem k plameni vzniacutetiacute je pouze 180
až 275degC
Různeacute dřeviny majiacute rozdiacutelnou vyacutehřevnost a nehořiacute stejnyacutem způsobem Obecně daacutevaacuteme
přednost tvrdeacutemu dřevu jako je dub buk jasan habr a ovocneacute dřeviny Hořiacute jasnyacutem
plamenem a produkujiacute hodně žhavyacutech uhliacuteků ze kteryacutech dlouho vyzařuje teplo Nejviacutece
rozšiacuteřeneacute dřevo u naacutes je bukoveacute protože maacute nejvyššiacute vyacutehřevnost z dostupnyacutech dřevin Musiacute
byacutet uskladněno pod přiacutestřeškem ihned po poraženiacute rozřezaacuteniacute a naštiacutepaacuteniacute v opačneacutem přiacutepadě
velmi rychle trouchniviacute a ztraacuteciacute vyacutehřevnost
Neniacute důležiteacute jakeacute dřevo spalujeme ale skutečnost že dřevo musiacute byacutet dobře proschleacute
(podiacutel vody v sucheacutem dřevu dosahuje zhruba 15) Spalovaacuteniacutem nevysušeneacuteho dřeva se
14
snižuje jeho vyacutehřevnost protože velkaacute čaacutest energie je spotřebovaacutena praacutevě na odpařeniacute vody
obsaženeacute ve dřevu To se projeviacute ve zvyacutešeneacute spotřebě dřevniacute hmoty Hořiacuteciacute vlhkeacute dřevo
produkuje velkeacute množstviacute kouře spaliny majiacute vysokyacute obsah dehtu maacutelo plamenů což
způsobuje zanaacutešeniacute topeniště skla průzoru u krbu kotle i komiacutenu Daacutele spalovaacuteniacutem vlhkeacuteho
dřeva dojde ke zvyacutešeniacute obsahu vodniacute paacutery ve spalinaacutech a tiacutem ke zvyacutešeniacute jejich rosneacuteho bodu
To se může projevit kondenzaciacute vlhkosti a zkraacuteceniacutem životnosti kamen přiacutepadně komiacutenoveacuteho
tělesa Z těchto důvodů vyplyacutevaacute že topeniacute vlhkyacutem dřevem je meacuteně vyacutehodneacute jak pro uživatele
tak pro přiacuterodu
Spraacutevneacute vysoušeniacute dřeva přiacuterodniacutem způsobem nastane u měkkeacuteho dřeva u rozštiacutepnutyacutech
polen po dvou letech u tvrdeacuteho dřeva po třech letech
15
3 Experimentaacutelniacute čaacutest
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute
bull Kombinovanaacute krbovaacute kamna Golemek 95 od firmy Verner
Parametry stanoveneacute vyacuterobcem celkovyacute jmenovityacute vyacutekon 9 kW uacutečinnost 80 a objem
přiklaacutedaciacuteho prostoru 45 l Předepsanyacutem palivem je dřevo o vlhkosti do 20 nebo dřevniacute
brikety V kamnech je možneacute spalovat polena deacutelky 35 cm o průměru až 20 cm
Podle nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb spotřebiče o jmenoviteacutem tepelneacutem vyacutekonu do 10
kW označovaneacute jako lokaacutelniacute spotřebiče (bez ohledu na provedeniacute a uacutečel použitiacute spotřebiče)
Vyacuterobce těchto zařiacutezeniacute musiacute prokaacutezat splněniacute technickyacutech požadavků majitel neniacute povinen
dodržovat žaacutedneacute emisniacute limity může byacutet pouze zaacutekonnyacutem způsobem omezen ve volbě
spalovaneacuteho paliva3
bull Analyzaacutetor Horiba PG 250 měřiciacute COCO2 SO2 NO2 O2
Kysliacutek -byl stanovovaacuten paramagneticky
Oxid siřičityacute oxid uhelnatyacute a oxid uhličityacute - byly stanovovaacuteny pomociacute NDIR spektrometru
Oxid dusičnyacute - byl stanovovaacuten pomociacute chemiluminiscence
Tab II Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 250
Analyt Certifikovanaacute hodnota objemoveacuteho zlomku kalibračniacute složky v kalibračniacutem plynu Relativniacute nejistota certifikovaneacute hodnoty
CO 100 2
CO2 12 1
NO 198 2
SO2 199 2
Směs CO NO CO2 SO2 v dusiacuteku ( Linde Technoplyn Praha)
16
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab II Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
Parametry analyzaacutetoru jsou shrnuty v naacutesledujiacuteciacute Tab III
Tab III Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 250
Analyt Měřiacuteciacute princip Jmenoviteacute měřiacuteciacute rozsahy
O2 paramagnetickyacute (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
CO NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2000) mlm3 a (0 divide 5000) mlm3
CO2 NDIR (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
SO2 NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 3000) mlm3
NO Chemiluminiscence (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3 (0 divide 100) mlm3
(0 divide 250) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2500) mlm3
NO2 Chemiluminiscence s předřazenyacutem konvektorem (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3
Relativniacute nejistota měřeniacute ndash pro všechny analyty a rozsahy plusmn 2 z naměřeneacute hodnoty
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab III Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
17
bull Dřevařskyacute vlhkoměr ndash vyjadřuje vlhkost jako podiacutel hmotnosti vody ku hmotnosti
sušiny ve dřevě
bull Anemometr Testo 435 s vrtulkovou sondou ndash průtok byl měřen pouze orientačně
bull Teplota v komiacuteně byla měřena kontinuaacutelně termočlaacutenkem typu K a zaznamenaacutevaacutena
dataloggerem
Scheacutema zapojeniacute přiacutestrojů je naznačeno na Obr 4
Palivo
Měřiacuteciacute sonda
Spotřebič
KOMIacuteN
ČerpadloChladič
Analyzaacutetor
PC
T
Obr 4 Scheacutema aparatury
311 Stanoveniacute kysliacuteku
Instrumentaacutelniacute metoda stanoveniacute využiacutevaacute pro stanoveniacute kysliacuteku magnetickyacutech nebo
elektrochemickyacutech vlastnostiacute molekuly
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
11
Organickeacute znečišťujiacuteciacute laacutetky lze zařadit do třiacute třiacuted
1 těkaveacute organickeacute laacutetky (Volatile Organic Compounds - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou VOC) tj organickaacute sloučenina nebo směs organickyacutech
sloučenin s vyacutejimkou methanu kteraacute při teplotě 29315 K maacute tlak par 001 kPa nebo maacute
odpoviacutedajiacuteciacute těkavost za konkreacutetniacutech podmiacutenek jejiacuteho použitiacute a kteraacute může v průběhu sveacute
přiacutetomnosti v ovzdušiacute reagovat za spolupůsobeniacute slunečniacuteho zaacuteřeniacute s oxidy dusiacuteku za vzniku
fotochemickeacuteho smogu
2 persistentniacute organickeacute laacutetky (Persistent Organic Pollutants - označovaneacute často
mezinaacuterodně použiacutevanou zkratkou POPs) tj organickeacute laacutetky ktereacute působiacute vyacuteznamnyacutem
škodlivyacutem vlivem na lidskeacute zdraviacute a maacute škodliveacute uacutečinky na životniacute prostřediacute v miacutestě i okoliacute
jejiacuteho zdroje a jejiacute toxickeacute vlastnosti jsou spojeny se schopnostiacute dlouhodobě přetrvaacutevat v
životniacutem prostřediacute a schopnostiacute akumulace v biologickyacutech systeacutemech V přiacutepadě analyacutezy
odpadniacutech plynů a kvality ovzdušiacute se členiacute daacutele podle toxicity na tři kategorie
I polychlorovaneacute dibenzodioxiny a dibenzofurany (PCDDPCDF)
II polychlorovaneacute bifenyly (PCB)
III polycyklickeacute aromatickeacute uhlovodiacuteky (PAH)
3 methan6
23 Zaacutekladniacute pojmy v ochraně ovzdušiacute
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v koncentrovaneacute podobě tak jak vystupujiacute ze zdroje znečištěniacute např
u kotelny z komiacutena označujeme jako emise a jejich maximaacutelniacute koncentrace je omezena podle
nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb a navazujiacuteciacutemi předpisy tzv emisniacutemi limity
Znečišťujiacuteciacute laacutetky v ovzdušiacute se tzv přiacutezemniacute vrstvě tj tam kde jsou obsahem ovzdušiacute
ktereacute dyacutechaacuteme označujiacute jako imise a nejvyššiacute dovoleneacute koncentrace těchto laacutetek jsou opět
omezeny zaacutekonnou normou ve formě imisniacutech limitů
Koncentrace emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek se vyjadřujiacute buď hmotnostniacute koncentraciacute (mg
m-3 microgm-3) Hmotnostniacute koncentrace je nutno uvaacutedět a přepočiacutetaacutevat na normaacutelniacute podmiacutenky
12
(p = 101325 kPa a T = 27315 K) a na referentniacute obsah kysliacuteku Referentniacute obsah kysliacuteku je
stanoven v zaacutevislosti na spalovaneacutem palivu např pro dřevo je 6 pro uhliacute 11 atd
Spotřebiče malyacutech vyacutekonů patřiacute mezi zdroje znečišťovaacuteniacute jejichž emisniacute limity nejsou
určeny zcela jednoznačně Pro spraacutevneacute zařazeniacute spotřebiče do přiacuteslušneacute skupiny zdrojů je
nutno znaacutet jmenovityacute tepelnyacute vyacutekon spotřebiče vlastnickyacute vztah provozovatele spalovaciacuteho
zařiacutezeniacute k nemovitosti se spalovaciacutem zařiacutezeniacutem a v některyacutech přiacutepadech stanovisko
stavebniacuteho uacuteřadu k možnosti společneacuteho vypouštěniacute spalin
Nejjednoduššiacute situace nastaacutevaacute v přiacutepadě že součet jmenovityacutech tepelnyacutech vyacutekonů
všech spotřebičů na tuhaacute paliva je v daneacutem objektu menšiacute než 15 kW Pak bez ohledu na
ostatniacute skutečnosti platiacute že pro provoz těchto spotřebičů neniacute stanoven žaacutednyacute emisniacute limit
Spotřebič může byacutet uveden na trh pokud autorizovanaacute zkušebna potvrdiacute dosaženiacute
předepsanyacutech hodnot objemoveacuteho zlomku oxidu uhelnateacuteho3
24 Vlastnosti tuhyacutech paliv
Palivo se sklaacutedaacute ze třiacute zaacutekladniacutech složek hořlaviny vody a popelovin ktereacute tvořiacute tzv
hrubyacute rozbor paliva pro něž platiacute
h + W + A = 1 [kgkg-1] (8)
h je tzv hořlavina (čaacutest palivoveacute hmoty obsahujiacuteciacute uvolnitelneacute teplo)
W je voda obsaženaacute v palivu
A jsou inertniacute popeloviny v palivu
Hořlavina paliva se děliacute na prchavyacute podiacutel (hořlavina kteraacute se uvolniacute zahřaacutetiacutem paliva v
plynneacute formě) a uhliacutekovyacute zbytek (hořiacute v pevneacutem stavu) Hořlavina je tvořena 5-ti prvky a to
uhliacutekemvodiacutekem siacuterou dusiacutekem a palivovyacutem kysliacutekem Dřevo tedy obsahuje tři zaacutekladniacute
prvky ktereacute jsou zdrojem chemicky vaacutezaneacuteho tepla - uhliacutek vodiacutek a siacuteru
Voda obsaženaacute v palivu se děliacute na vodu hrubou (volnaacute voda) a na vodu zbytkovou
(chemicky v palivu vaacutezanou)
13
Popeloviny v palivu se děliacute na čaacutest kteraacute po spaacuteleniacute paliva zůstane v plynneacute formě
(prchavyacute podiacutel) a na popel kteryacute zůstane v pevneacutem stavu
Dřevo je organickyacute materiaacutel rostlinneacuteho původu Největšiacute podiacutel jeho složeniacute zaujiacutemaacute
celuloacuteza (cca 42) daacutele hemiceluloacutezy (cca 26) a lignin (cca 25) Zbytek tvořiacute acetyl (cca
2) popeloviny (03 ) škroby a tuky (cca 18) biacutelkoviny (cca 1) třiacutesloviny (cca 01)
pryskyřičneacute laacutetky (cca 16) a ve stopoveacutem množstviacute barviva alkaloidy glykosidy a ostatniacute
složky
Poměrnaacute množstviacute prvků v sušině tuzemskeacuteho dřeva jsou přibližně
uhliacutek 50
dusiacutek 004 až 02
vodiacutek 6
popeloviny 02 až 06
kysliacutek 43
Vyacutehřevnost dřeva zaacutevisiacute na jeho vlhkosti Všechna voda ve dřevě obsaženaacute se při
spaacuteleniacute odpařiacute a na tuto přeměnu kapalneacute vody na paacuteru se spotřebuje čaacutest energie vznikleacute
spaacuteleniacutem sušiny Vyacutehřevnost sušiny se u všech druhů dřeva pohybuje přibližně od 17 do 22
MJkg-1 Při běžneacute vlhkosti tj při 25 vody klesaacute tato vyacutehřevnost na hodnoty kolem 15
MJkg-17
Bod zaacutepalnosti tj nejnižšiacute teplota na kterou se musiacute dřevo zahřaacutet aby se samovzniacutetilo
je mezi 330 a 470 degC kdežto bod vzplanutiacute tj nejnižšiacute teplota při niacutež se ve dřevě vyvine
tolik plynů že se vzduchem vytvořiacute směs kteraacute se přibliacuteženiacutem k plameni vzniacutetiacute je pouze 180
až 275degC
Různeacute dřeviny majiacute rozdiacutelnou vyacutehřevnost a nehořiacute stejnyacutem způsobem Obecně daacutevaacuteme
přednost tvrdeacutemu dřevu jako je dub buk jasan habr a ovocneacute dřeviny Hořiacute jasnyacutem
plamenem a produkujiacute hodně žhavyacutech uhliacuteků ze kteryacutech dlouho vyzařuje teplo Nejviacutece
rozšiacuteřeneacute dřevo u naacutes je bukoveacute protože maacute nejvyššiacute vyacutehřevnost z dostupnyacutech dřevin Musiacute
byacutet uskladněno pod přiacutestřeškem ihned po poraženiacute rozřezaacuteniacute a naštiacutepaacuteniacute v opačneacutem přiacutepadě
velmi rychle trouchniviacute a ztraacuteciacute vyacutehřevnost
Neniacute důležiteacute jakeacute dřevo spalujeme ale skutečnost že dřevo musiacute byacutet dobře proschleacute
(podiacutel vody v sucheacutem dřevu dosahuje zhruba 15) Spalovaacuteniacutem nevysušeneacuteho dřeva se
14
snižuje jeho vyacutehřevnost protože velkaacute čaacutest energie je spotřebovaacutena praacutevě na odpařeniacute vody
obsaženeacute ve dřevu To se projeviacute ve zvyacutešeneacute spotřebě dřevniacute hmoty Hořiacuteciacute vlhkeacute dřevo
produkuje velkeacute množstviacute kouře spaliny majiacute vysokyacute obsah dehtu maacutelo plamenů což
způsobuje zanaacutešeniacute topeniště skla průzoru u krbu kotle i komiacutenu Daacutele spalovaacuteniacutem vlhkeacuteho
dřeva dojde ke zvyacutešeniacute obsahu vodniacute paacutery ve spalinaacutech a tiacutem ke zvyacutešeniacute jejich rosneacuteho bodu
To se může projevit kondenzaciacute vlhkosti a zkraacuteceniacutem životnosti kamen přiacutepadně komiacutenoveacuteho
tělesa Z těchto důvodů vyplyacutevaacute že topeniacute vlhkyacutem dřevem je meacuteně vyacutehodneacute jak pro uživatele
tak pro přiacuterodu
Spraacutevneacute vysoušeniacute dřeva přiacuterodniacutem způsobem nastane u měkkeacuteho dřeva u rozštiacutepnutyacutech
polen po dvou letech u tvrdeacuteho dřeva po třech letech
15
3 Experimentaacutelniacute čaacutest
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute
bull Kombinovanaacute krbovaacute kamna Golemek 95 od firmy Verner
Parametry stanoveneacute vyacuterobcem celkovyacute jmenovityacute vyacutekon 9 kW uacutečinnost 80 a objem
přiklaacutedaciacuteho prostoru 45 l Předepsanyacutem palivem je dřevo o vlhkosti do 20 nebo dřevniacute
brikety V kamnech je možneacute spalovat polena deacutelky 35 cm o průměru až 20 cm
Podle nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb spotřebiče o jmenoviteacutem tepelneacutem vyacutekonu do 10
kW označovaneacute jako lokaacutelniacute spotřebiče (bez ohledu na provedeniacute a uacutečel použitiacute spotřebiče)
Vyacuterobce těchto zařiacutezeniacute musiacute prokaacutezat splněniacute technickyacutech požadavků majitel neniacute povinen
dodržovat žaacutedneacute emisniacute limity může byacutet pouze zaacutekonnyacutem způsobem omezen ve volbě
spalovaneacuteho paliva3
bull Analyzaacutetor Horiba PG 250 měřiciacute COCO2 SO2 NO2 O2
Kysliacutek -byl stanovovaacuten paramagneticky
Oxid siřičityacute oxid uhelnatyacute a oxid uhličityacute - byly stanovovaacuteny pomociacute NDIR spektrometru
Oxid dusičnyacute - byl stanovovaacuten pomociacute chemiluminiscence
Tab II Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 250
Analyt Certifikovanaacute hodnota objemoveacuteho zlomku kalibračniacute složky v kalibračniacutem plynu Relativniacute nejistota certifikovaneacute hodnoty
CO 100 2
CO2 12 1
NO 198 2
SO2 199 2
Směs CO NO CO2 SO2 v dusiacuteku ( Linde Technoplyn Praha)
16
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab II Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
Parametry analyzaacutetoru jsou shrnuty v naacutesledujiacuteciacute Tab III
Tab III Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 250
Analyt Měřiacuteciacute princip Jmenoviteacute měřiacuteciacute rozsahy
O2 paramagnetickyacute (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
CO NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2000) mlm3 a (0 divide 5000) mlm3
CO2 NDIR (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
SO2 NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 3000) mlm3
NO Chemiluminiscence (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3 (0 divide 100) mlm3
(0 divide 250) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2500) mlm3
NO2 Chemiluminiscence s předřazenyacutem konvektorem (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3
Relativniacute nejistota měřeniacute ndash pro všechny analyty a rozsahy plusmn 2 z naměřeneacute hodnoty
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab III Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
17
bull Dřevařskyacute vlhkoměr ndash vyjadřuje vlhkost jako podiacutel hmotnosti vody ku hmotnosti
sušiny ve dřevě
bull Anemometr Testo 435 s vrtulkovou sondou ndash průtok byl měřen pouze orientačně
bull Teplota v komiacuteně byla měřena kontinuaacutelně termočlaacutenkem typu K a zaznamenaacutevaacutena
dataloggerem
Scheacutema zapojeniacute přiacutestrojů je naznačeno na Obr 4
Palivo
Měřiacuteciacute sonda
Spotřebič
KOMIacuteN
ČerpadloChladič
Analyzaacutetor
PC
T
Obr 4 Scheacutema aparatury
311 Stanoveniacute kysliacuteku
Instrumentaacutelniacute metoda stanoveniacute využiacutevaacute pro stanoveniacute kysliacuteku magnetickyacutech nebo
elektrochemickyacutech vlastnostiacute molekuly
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
12
(p = 101325 kPa a T = 27315 K) a na referentniacute obsah kysliacuteku Referentniacute obsah kysliacuteku je
stanoven v zaacutevislosti na spalovaneacutem palivu např pro dřevo je 6 pro uhliacute 11 atd
Spotřebiče malyacutech vyacutekonů patřiacute mezi zdroje znečišťovaacuteniacute jejichž emisniacute limity nejsou
určeny zcela jednoznačně Pro spraacutevneacute zařazeniacute spotřebiče do přiacuteslušneacute skupiny zdrojů je
nutno znaacutet jmenovityacute tepelnyacute vyacutekon spotřebiče vlastnickyacute vztah provozovatele spalovaciacuteho
zařiacutezeniacute k nemovitosti se spalovaciacutem zařiacutezeniacutem a v některyacutech přiacutepadech stanovisko
stavebniacuteho uacuteřadu k možnosti společneacuteho vypouštěniacute spalin
Nejjednoduššiacute situace nastaacutevaacute v přiacutepadě že součet jmenovityacutech tepelnyacutech vyacutekonů
všech spotřebičů na tuhaacute paliva je v daneacutem objektu menšiacute než 15 kW Pak bez ohledu na
ostatniacute skutečnosti platiacute že pro provoz těchto spotřebičů neniacute stanoven žaacutednyacute emisniacute limit
Spotřebič může byacutet uveden na trh pokud autorizovanaacute zkušebna potvrdiacute dosaženiacute
předepsanyacutech hodnot objemoveacuteho zlomku oxidu uhelnateacuteho3
24 Vlastnosti tuhyacutech paliv
Palivo se sklaacutedaacute ze třiacute zaacutekladniacutech složek hořlaviny vody a popelovin ktereacute tvořiacute tzv
hrubyacute rozbor paliva pro něž platiacute
h + W + A = 1 [kgkg-1] (8)
h je tzv hořlavina (čaacutest palivoveacute hmoty obsahujiacuteciacute uvolnitelneacute teplo)
W je voda obsaženaacute v palivu
A jsou inertniacute popeloviny v palivu
Hořlavina paliva se děliacute na prchavyacute podiacutel (hořlavina kteraacute se uvolniacute zahřaacutetiacutem paliva v
plynneacute formě) a uhliacutekovyacute zbytek (hořiacute v pevneacutem stavu) Hořlavina je tvořena 5-ti prvky a to
uhliacutekemvodiacutekem siacuterou dusiacutekem a palivovyacutem kysliacutekem Dřevo tedy obsahuje tři zaacutekladniacute
prvky ktereacute jsou zdrojem chemicky vaacutezaneacuteho tepla - uhliacutek vodiacutek a siacuteru
Voda obsaženaacute v palivu se děliacute na vodu hrubou (volnaacute voda) a na vodu zbytkovou
(chemicky v palivu vaacutezanou)
13
Popeloviny v palivu se děliacute na čaacutest kteraacute po spaacuteleniacute paliva zůstane v plynneacute formě
(prchavyacute podiacutel) a na popel kteryacute zůstane v pevneacutem stavu
Dřevo je organickyacute materiaacutel rostlinneacuteho původu Největšiacute podiacutel jeho složeniacute zaujiacutemaacute
celuloacuteza (cca 42) daacutele hemiceluloacutezy (cca 26) a lignin (cca 25) Zbytek tvořiacute acetyl (cca
2) popeloviny (03 ) škroby a tuky (cca 18) biacutelkoviny (cca 1) třiacutesloviny (cca 01)
pryskyřičneacute laacutetky (cca 16) a ve stopoveacutem množstviacute barviva alkaloidy glykosidy a ostatniacute
složky
Poměrnaacute množstviacute prvků v sušině tuzemskeacuteho dřeva jsou přibližně
uhliacutek 50
dusiacutek 004 až 02
vodiacutek 6
popeloviny 02 až 06
kysliacutek 43
Vyacutehřevnost dřeva zaacutevisiacute na jeho vlhkosti Všechna voda ve dřevě obsaženaacute se při
spaacuteleniacute odpařiacute a na tuto přeměnu kapalneacute vody na paacuteru se spotřebuje čaacutest energie vznikleacute
spaacuteleniacutem sušiny Vyacutehřevnost sušiny se u všech druhů dřeva pohybuje přibližně od 17 do 22
MJkg-1 Při běžneacute vlhkosti tj při 25 vody klesaacute tato vyacutehřevnost na hodnoty kolem 15
MJkg-17
Bod zaacutepalnosti tj nejnižšiacute teplota na kterou se musiacute dřevo zahřaacutet aby se samovzniacutetilo
je mezi 330 a 470 degC kdežto bod vzplanutiacute tj nejnižšiacute teplota při niacutež se ve dřevě vyvine
tolik plynů že se vzduchem vytvořiacute směs kteraacute se přibliacuteženiacutem k plameni vzniacutetiacute je pouze 180
až 275degC
Různeacute dřeviny majiacute rozdiacutelnou vyacutehřevnost a nehořiacute stejnyacutem způsobem Obecně daacutevaacuteme
přednost tvrdeacutemu dřevu jako je dub buk jasan habr a ovocneacute dřeviny Hořiacute jasnyacutem
plamenem a produkujiacute hodně žhavyacutech uhliacuteků ze kteryacutech dlouho vyzařuje teplo Nejviacutece
rozšiacuteřeneacute dřevo u naacutes je bukoveacute protože maacute nejvyššiacute vyacutehřevnost z dostupnyacutech dřevin Musiacute
byacutet uskladněno pod přiacutestřeškem ihned po poraženiacute rozřezaacuteniacute a naštiacutepaacuteniacute v opačneacutem přiacutepadě
velmi rychle trouchniviacute a ztraacuteciacute vyacutehřevnost
Neniacute důležiteacute jakeacute dřevo spalujeme ale skutečnost že dřevo musiacute byacutet dobře proschleacute
(podiacutel vody v sucheacutem dřevu dosahuje zhruba 15) Spalovaacuteniacutem nevysušeneacuteho dřeva se
14
snižuje jeho vyacutehřevnost protože velkaacute čaacutest energie je spotřebovaacutena praacutevě na odpařeniacute vody
obsaženeacute ve dřevu To se projeviacute ve zvyacutešeneacute spotřebě dřevniacute hmoty Hořiacuteciacute vlhkeacute dřevo
produkuje velkeacute množstviacute kouře spaliny majiacute vysokyacute obsah dehtu maacutelo plamenů což
způsobuje zanaacutešeniacute topeniště skla průzoru u krbu kotle i komiacutenu Daacutele spalovaacuteniacutem vlhkeacuteho
dřeva dojde ke zvyacutešeniacute obsahu vodniacute paacutery ve spalinaacutech a tiacutem ke zvyacutešeniacute jejich rosneacuteho bodu
To se může projevit kondenzaciacute vlhkosti a zkraacuteceniacutem životnosti kamen přiacutepadně komiacutenoveacuteho
tělesa Z těchto důvodů vyplyacutevaacute že topeniacute vlhkyacutem dřevem je meacuteně vyacutehodneacute jak pro uživatele
tak pro přiacuterodu
Spraacutevneacute vysoušeniacute dřeva přiacuterodniacutem způsobem nastane u měkkeacuteho dřeva u rozštiacutepnutyacutech
polen po dvou letech u tvrdeacuteho dřeva po třech letech
15
3 Experimentaacutelniacute čaacutest
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute
bull Kombinovanaacute krbovaacute kamna Golemek 95 od firmy Verner
Parametry stanoveneacute vyacuterobcem celkovyacute jmenovityacute vyacutekon 9 kW uacutečinnost 80 a objem
přiklaacutedaciacuteho prostoru 45 l Předepsanyacutem palivem je dřevo o vlhkosti do 20 nebo dřevniacute
brikety V kamnech je možneacute spalovat polena deacutelky 35 cm o průměru až 20 cm
Podle nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb spotřebiče o jmenoviteacutem tepelneacutem vyacutekonu do 10
kW označovaneacute jako lokaacutelniacute spotřebiče (bez ohledu na provedeniacute a uacutečel použitiacute spotřebiče)
Vyacuterobce těchto zařiacutezeniacute musiacute prokaacutezat splněniacute technickyacutech požadavků majitel neniacute povinen
dodržovat žaacutedneacute emisniacute limity může byacutet pouze zaacutekonnyacutem způsobem omezen ve volbě
spalovaneacuteho paliva3
bull Analyzaacutetor Horiba PG 250 měřiciacute COCO2 SO2 NO2 O2
Kysliacutek -byl stanovovaacuten paramagneticky
Oxid siřičityacute oxid uhelnatyacute a oxid uhličityacute - byly stanovovaacuteny pomociacute NDIR spektrometru
Oxid dusičnyacute - byl stanovovaacuten pomociacute chemiluminiscence
Tab II Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 250
Analyt Certifikovanaacute hodnota objemoveacuteho zlomku kalibračniacute složky v kalibračniacutem plynu Relativniacute nejistota certifikovaneacute hodnoty
CO 100 2
CO2 12 1
NO 198 2
SO2 199 2
Směs CO NO CO2 SO2 v dusiacuteku ( Linde Technoplyn Praha)
16
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab II Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
Parametry analyzaacutetoru jsou shrnuty v naacutesledujiacuteciacute Tab III
Tab III Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 250
Analyt Měřiacuteciacute princip Jmenoviteacute měřiacuteciacute rozsahy
O2 paramagnetickyacute (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
CO NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2000) mlm3 a (0 divide 5000) mlm3
CO2 NDIR (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
SO2 NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 3000) mlm3
NO Chemiluminiscence (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3 (0 divide 100) mlm3
(0 divide 250) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2500) mlm3
NO2 Chemiluminiscence s předřazenyacutem konvektorem (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3
Relativniacute nejistota měřeniacute ndash pro všechny analyty a rozsahy plusmn 2 z naměřeneacute hodnoty
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab III Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
17
bull Dřevařskyacute vlhkoměr ndash vyjadřuje vlhkost jako podiacutel hmotnosti vody ku hmotnosti
sušiny ve dřevě
bull Anemometr Testo 435 s vrtulkovou sondou ndash průtok byl měřen pouze orientačně
bull Teplota v komiacuteně byla měřena kontinuaacutelně termočlaacutenkem typu K a zaznamenaacutevaacutena
dataloggerem
Scheacutema zapojeniacute přiacutestrojů je naznačeno na Obr 4
Palivo
Měřiacuteciacute sonda
Spotřebič
KOMIacuteN
ČerpadloChladič
Analyzaacutetor
PC
T
Obr 4 Scheacutema aparatury
311 Stanoveniacute kysliacuteku
Instrumentaacutelniacute metoda stanoveniacute využiacutevaacute pro stanoveniacute kysliacuteku magnetickyacutech nebo
elektrochemickyacutech vlastnostiacute molekuly
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
13
Popeloviny v palivu se děliacute na čaacutest kteraacute po spaacuteleniacute paliva zůstane v plynneacute formě
(prchavyacute podiacutel) a na popel kteryacute zůstane v pevneacutem stavu
Dřevo je organickyacute materiaacutel rostlinneacuteho původu Největšiacute podiacutel jeho složeniacute zaujiacutemaacute
celuloacuteza (cca 42) daacutele hemiceluloacutezy (cca 26) a lignin (cca 25) Zbytek tvořiacute acetyl (cca
2) popeloviny (03 ) škroby a tuky (cca 18) biacutelkoviny (cca 1) třiacutesloviny (cca 01)
pryskyřičneacute laacutetky (cca 16) a ve stopoveacutem množstviacute barviva alkaloidy glykosidy a ostatniacute
složky
Poměrnaacute množstviacute prvků v sušině tuzemskeacuteho dřeva jsou přibližně
uhliacutek 50
dusiacutek 004 až 02
vodiacutek 6
popeloviny 02 až 06
kysliacutek 43
Vyacutehřevnost dřeva zaacutevisiacute na jeho vlhkosti Všechna voda ve dřevě obsaženaacute se při
spaacuteleniacute odpařiacute a na tuto přeměnu kapalneacute vody na paacuteru se spotřebuje čaacutest energie vznikleacute
spaacuteleniacutem sušiny Vyacutehřevnost sušiny se u všech druhů dřeva pohybuje přibližně od 17 do 22
MJkg-1 Při běžneacute vlhkosti tj při 25 vody klesaacute tato vyacutehřevnost na hodnoty kolem 15
MJkg-17
Bod zaacutepalnosti tj nejnižšiacute teplota na kterou se musiacute dřevo zahřaacutet aby se samovzniacutetilo
je mezi 330 a 470 degC kdežto bod vzplanutiacute tj nejnižšiacute teplota při niacutež se ve dřevě vyvine
tolik plynů že se vzduchem vytvořiacute směs kteraacute se přibliacuteženiacutem k plameni vzniacutetiacute je pouze 180
až 275degC
Různeacute dřeviny majiacute rozdiacutelnou vyacutehřevnost a nehořiacute stejnyacutem způsobem Obecně daacutevaacuteme
přednost tvrdeacutemu dřevu jako je dub buk jasan habr a ovocneacute dřeviny Hořiacute jasnyacutem
plamenem a produkujiacute hodně žhavyacutech uhliacuteků ze kteryacutech dlouho vyzařuje teplo Nejviacutece
rozšiacuteřeneacute dřevo u naacutes je bukoveacute protože maacute nejvyššiacute vyacutehřevnost z dostupnyacutech dřevin Musiacute
byacutet uskladněno pod přiacutestřeškem ihned po poraženiacute rozřezaacuteniacute a naštiacutepaacuteniacute v opačneacutem přiacutepadě
velmi rychle trouchniviacute a ztraacuteciacute vyacutehřevnost
Neniacute důležiteacute jakeacute dřevo spalujeme ale skutečnost že dřevo musiacute byacutet dobře proschleacute
(podiacutel vody v sucheacutem dřevu dosahuje zhruba 15) Spalovaacuteniacutem nevysušeneacuteho dřeva se
14
snižuje jeho vyacutehřevnost protože velkaacute čaacutest energie je spotřebovaacutena praacutevě na odpařeniacute vody
obsaženeacute ve dřevu To se projeviacute ve zvyacutešeneacute spotřebě dřevniacute hmoty Hořiacuteciacute vlhkeacute dřevo
produkuje velkeacute množstviacute kouře spaliny majiacute vysokyacute obsah dehtu maacutelo plamenů což
způsobuje zanaacutešeniacute topeniště skla průzoru u krbu kotle i komiacutenu Daacutele spalovaacuteniacutem vlhkeacuteho
dřeva dojde ke zvyacutešeniacute obsahu vodniacute paacutery ve spalinaacutech a tiacutem ke zvyacutešeniacute jejich rosneacuteho bodu
To se může projevit kondenzaciacute vlhkosti a zkraacuteceniacutem životnosti kamen přiacutepadně komiacutenoveacuteho
tělesa Z těchto důvodů vyplyacutevaacute že topeniacute vlhkyacutem dřevem je meacuteně vyacutehodneacute jak pro uživatele
tak pro přiacuterodu
Spraacutevneacute vysoušeniacute dřeva přiacuterodniacutem způsobem nastane u měkkeacuteho dřeva u rozštiacutepnutyacutech
polen po dvou letech u tvrdeacuteho dřeva po třech letech
15
3 Experimentaacutelniacute čaacutest
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute
bull Kombinovanaacute krbovaacute kamna Golemek 95 od firmy Verner
Parametry stanoveneacute vyacuterobcem celkovyacute jmenovityacute vyacutekon 9 kW uacutečinnost 80 a objem
přiklaacutedaciacuteho prostoru 45 l Předepsanyacutem palivem je dřevo o vlhkosti do 20 nebo dřevniacute
brikety V kamnech je možneacute spalovat polena deacutelky 35 cm o průměru až 20 cm
Podle nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb spotřebiče o jmenoviteacutem tepelneacutem vyacutekonu do 10
kW označovaneacute jako lokaacutelniacute spotřebiče (bez ohledu na provedeniacute a uacutečel použitiacute spotřebiče)
Vyacuterobce těchto zařiacutezeniacute musiacute prokaacutezat splněniacute technickyacutech požadavků majitel neniacute povinen
dodržovat žaacutedneacute emisniacute limity může byacutet pouze zaacutekonnyacutem způsobem omezen ve volbě
spalovaneacuteho paliva3
bull Analyzaacutetor Horiba PG 250 měřiciacute COCO2 SO2 NO2 O2
Kysliacutek -byl stanovovaacuten paramagneticky
Oxid siřičityacute oxid uhelnatyacute a oxid uhličityacute - byly stanovovaacuteny pomociacute NDIR spektrometru
Oxid dusičnyacute - byl stanovovaacuten pomociacute chemiluminiscence
Tab II Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 250
Analyt Certifikovanaacute hodnota objemoveacuteho zlomku kalibračniacute složky v kalibračniacutem plynu Relativniacute nejistota certifikovaneacute hodnoty
CO 100 2
CO2 12 1
NO 198 2
SO2 199 2
Směs CO NO CO2 SO2 v dusiacuteku ( Linde Technoplyn Praha)
16
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab II Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
Parametry analyzaacutetoru jsou shrnuty v naacutesledujiacuteciacute Tab III
Tab III Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 250
Analyt Měřiacuteciacute princip Jmenoviteacute měřiacuteciacute rozsahy
O2 paramagnetickyacute (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
CO NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2000) mlm3 a (0 divide 5000) mlm3
CO2 NDIR (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
SO2 NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 3000) mlm3
NO Chemiluminiscence (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3 (0 divide 100) mlm3
(0 divide 250) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2500) mlm3
NO2 Chemiluminiscence s předřazenyacutem konvektorem (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3
Relativniacute nejistota měřeniacute ndash pro všechny analyty a rozsahy plusmn 2 z naměřeneacute hodnoty
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab III Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
17
bull Dřevařskyacute vlhkoměr ndash vyjadřuje vlhkost jako podiacutel hmotnosti vody ku hmotnosti
sušiny ve dřevě
bull Anemometr Testo 435 s vrtulkovou sondou ndash průtok byl měřen pouze orientačně
bull Teplota v komiacuteně byla měřena kontinuaacutelně termočlaacutenkem typu K a zaznamenaacutevaacutena
dataloggerem
Scheacutema zapojeniacute přiacutestrojů je naznačeno na Obr 4
Palivo
Měřiacuteciacute sonda
Spotřebič
KOMIacuteN
ČerpadloChladič
Analyzaacutetor
PC
T
Obr 4 Scheacutema aparatury
311 Stanoveniacute kysliacuteku
Instrumentaacutelniacute metoda stanoveniacute využiacutevaacute pro stanoveniacute kysliacuteku magnetickyacutech nebo
elektrochemickyacutech vlastnostiacute molekuly
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
14
snižuje jeho vyacutehřevnost protože velkaacute čaacutest energie je spotřebovaacutena praacutevě na odpařeniacute vody
obsaženeacute ve dřevu To se projeviacute ve zvyacutešeneacute spotřebě dřevniacute hmoty Hořiacuteciacute vlhkeacute dřevo
produkuje velkeacute množstviacute kouře spaliny majiacute vysokyacute obsah dehtu maacutelo plamenů což
způsobuje zanaacutešeniacute topeniště skla průzoru u krbu kotle i komiacutenu Daacutele spalovaacuteniacutem vlhkeacuteho
dřeva dojde ke zvyacutešeniacute obsahu vodniacute paacutery ve spalinaacutech a tiacutem ke zvyacutešeniacute jejich rosneacuteho bodu
To se může projevit kondenzaciacute vlhkosti a zkraacuteceniacutem životnosti kamen přiacutepadně komiacutenoveacuteho
tělesa Z těchto důvodů vyplyacutevaacute že topeniacute vlhkyacutem dřevem je meacuteně vyacutehodneacute jak pro uživatele
tak pro přiacuterodu
Spraacutevneacute vysoušeniacute dřeva přiacuterodniacutem způsobem nastane u měkkeacuteho dřeva u rozštiacutepnutyacutech
polen po dvou letech u tvrdeacuteho dřeva po třech letech
15
3 Experimentaacutelniacute čaacutest
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute
bull Kombinovanaacute krbovaacute kamna Golemek 95 od firmy Verner
Parametry stanoveneacute vyacuterobcem celkovyacute jmenovityacute vyacutekon 9 kW uacutečinnost 80 a objem
přiklaacutedaciacuteho prostoru 45 l Předepsanyacutem palivem je dřevo o vlhkosti do 20 nebo dřevniacute
brikety V kamnech je možneacute spalovat polena deacutelky 35 cm o průměru až 20 cm
Podle nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb spotřebiče o jmenoviteacutem tepelneacutem vyacutekonu do 10
kW označovaneacute jako lokaacutelniacute spotřebiče (bez ohledu na provedeniacute a uacutečel použitiacute spotřebiče)
Vyacuterobce těchto zařiacutezeniacute musiacute prokaacutezat splněniacute technickyacutech požadavků majitel neniacute povinen
dodržovat žaacutedneacute emisniacute limity může byacutet pouze zaacutekonnyacutem způsobem omezen ve volbě
spalovaneacuteho paliva3
bull Analyzaacutetor Horiba PG 250 měřiciacute COCO2 SO2 NO2 O2
Kysliacutek -byl stanovovaacuten paramagneticky
Oxid siřičityacute oxid uhelnatyacute a oxid uhličityacute - byly stanovovaacuteny pomociacute NDIR spektrometru
Oxid dusičnyacute - byl stanovovaacuten pomociacute chemiluminiscence
Tab II Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 250
Analyt Certifikovanaacute hodnota objemoveacuteho zlomku kalibračniacute složky v kalibračniacutem plynu Relativniacute nejistota certifikovaneacute hodnoty
CO 100 2
CO2 12 1
NO 198 2
SO2 199 2
Směs CO NO CO2 SO2 v dusiacuteku ( Linde Technoplyn Praha)
16
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab II Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
Parametry analyzaacutetoru jsou shrnuty v naacutesledujiacuteciacute Tab III
Tab III Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 250
Analyt Měřiacuteciacute princip Jmenoviteacute měřiacuteciacute rozsahy
O2 paramagnetickyacute (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
CO NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2000) mlm3 a (0 divide 5000) mlm3
CO2 NDIR (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
SO2 NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 3000) mlm3
NO Chemiluminiscence (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3 (0 divide 100) mlm3
(0 divide 250) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2500) mlm3
NO2 Chemiluminiscence s předřazenyacutem konvektorem (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3
Relativniacute nejistota měřeniacute ndash pro všechny analyty a rozsahy plusmn 2 z naměřeneacute hodnoty
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab III Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
17
bull Dřevařskyacute vlhkoměr ndash vyjadřuje vlhkost jako podiacutel hmotnosti vody ku hmotnosti
sušiny ve dřevě
bull Anemometr Testo 435 s vrtulkovou sondou ndash průtok byl měřen pouze orientačně
bull Teplota v komiacuteně byla měřena kontinuaacutelně termočlaacutenkem typu K a zaznamenaacutevaacutena
dataloggerem
Scheacutema zapojeniacute přiacutestrojů je naznačeno na Obr 4
Palivo
Měřiacuteciacute sonda
Spotřebič
KOMIacuteN
ČerpadloChladič
Analyzaacutetor
PC
T
Obr 4 Scheacutema aparatury
311 Stanoveniacute kysliacuteku
Instrumentaacutelniacute metoda stanoveniacute využiacutevaacute pro stanoveniacute kysliacuteku magnetickyacutech nebo
elektrochemickyacutech vlastnostiacute molekuly
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
15
3 Experimentaacutelniacute čaacutest
31 Použiteacute přiacutestroje a vybaveniacute
bull Kombinovanaacute krbovaacute kamna Golemek 95 od firmy Verner
Parametry stanoveneacute vyacuterobcem celkovyacute jmenovityacute vyacutekon 9 kW uacutečinnost 80 a objem
přiklaacutedaciacuteho prostoru 45 l Předepsanyacutem palivem je dřevo o vlhkosti do 20 nebo dřevniacute
brikety V kamnech je možneacute spalovat polena deacutelky 35 cm o průměru až 20 cm
Podle nařiacutezeniacute vlaacutedy č 3502002 Sb spotřebiče o jmenoviteacutem tepelneacutem vyacutekonu do 10
kW označovaneacute jako lokaacutelniacute spotřebiče (bez ohledu na provedeniacute a uacutečel použitiacute spotřebiče)
Vyacuterobce těchto zařiacutezeniacute musiacute prokaacutezat splněniacute technickyacutech požadavků majitel neniacute povinen
dodržovat žaacutedneacute emisniacute limity může byacutet pouze zaacutekonnyacutem způsobem omezen ve volbě
spalovaneacuteho paliva3
bull Analyzaacutetor Horiba PG 250 měřiciacute COCO2 SO2 NO2 O2
Kysliacutek -byl stanovovaacuten paramagneticky
Oxid siřičityacute oxid uhelnatyacute a oxid uhličityacute - byly stanovovaacuteny pomociacute NDIR spektrometru
Oxid dusičnyacute - byl stanovovaacuten pomociacute chemiluminiscence
Tab II Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 250
Analyt Certifikovanaacute hodnota objemoveacuteho zlomku kalibračniacute složky v kalibračniacutem plynu Relativniacute nejistota certifikovaneacute hodnoty
CO 100 2
CO2 12 1
NO 198 2
SO2 199 2
Směs CO NO CO2 SO2 v dusiacuteku ( Linde Technoplyn Praha)
16
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab II Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
Parametry analyzaacutetoru jsou shrnuty v naacutesledujiacuteciacute Tab III
Tab III Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 250
Analyt Měřiacuteciacute princip Jmenoviteacute měřiacuteciacute rozsahy
O2 paramagnetickyacute (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
CO NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2000) mlm3 a (0 divide 5000) mlm3
CO2 NDIR (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
SO2 NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 3000) mlm3
NO Chemiluminiscence (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3 (0 divide 100) mlm3
(0 divide 250) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2500) mlm3
NO2 Chemiluminiscence s předřazenyacutem konvektorem (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3
Relativniacute nejistota měřeniacute ndash pro všechny analyty a rozsahy plusmn 2 z naměřeneacute hodnoty
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab III Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
17
bull Dřevařskyacute vlhkoměr ndash vyjadřuje vlhkost jako podiacutel hmotnosti vody ku hmotnosti
sušiny ve dřevě
bull Anemometr Testo 435 s vrtulkovou sondou ndash průtok byl měřen pouze orientačně
bull Teplota v komiacuteně byla měřena kontinuaacutelně termočlaacutenkem typu K a zaznamenaacutevaacutena
dataloggerem
Scheacutema zapojeniacute přiacutestrojů je naznačeno na Obr 4
Palivo
Měřiacuteciacute sonda
Spotřebič
KOMIacuteN
ČerpadloChladič
Analyzaacutetor
PC
T
Obr 4 Scheacutema aparatury
311 Stanoveniacute kysliacuteku
Instrumentaacutelniacute metoda stanoveniacute využiacutevaacute pro stanoveniacute kysliacuteku magnetickyacutech nebo
elektrochemickyacutech vlastnostiacute molekuly
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
16
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab II Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
Parametry analyzaacutetoru jsou shrnuty v naacutesledujiacuteciacute Tab III
Tab III Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 250
Analyt Měřiacuteciacute princip Jmenoviteacute měřiacuteciacute rozsahy
O2 paramagnetickyacute (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
CO NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2000) mlm3 a (0 divide 5000) mlm3
CO2 NDIR (0 ndash 5) (0 ndash 10) a (0 ndash 25)
SO2 NDIR (0 divide 200) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 3000) mlm3
NO Chemiluminiscence (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3 (0 divide 100) mlm3
(0 divide 250) mlm3 (0 divide 500) mlm3 (0 divide 1000) mlm3 (0 divide 2500) mlm3
NO2 Chemiluminiscence s předřazenyacutem konvektorem (0 divide 25) mlm3 (0 divide 50) mlm3
Relativniacute nejistota měřeniacute ndash pro všechny analyty a rozsahy plusmn 2 z naměřeneacute hodnoty
Naměřeneacute objemoveacute zlomky všech složek byly průběžně zobrazovaacuteny na displeji
analyzaacutetoru a uklaacutedaacuteny do PC připojeneacuteho k analyzaacutetoru ve dvacetisekundovyacutech intervalech
Pro nastaveniacute měřiacuteciacutech rozsahů tohoto analyzaacutetoru byl použit certifikovanyacute referenčniacute plynnyacute
materiaacutel jehož složeniacute je uvedeno v Tab III Pro nastaveniacute nuloveacuteho bodu měřiacuteciacuteho rozsahu
byl použit okolniacute vzduch
17
bull Dřevařskyacute vlhkoměr ndash vyjadřuje vlhkost jako podiacutel hmotnosti vody ku hmotnosti
sušiny ve dřevě
bull Anemometr Testo 435 s vrtulkovou sondou ndash průtok byl měřen pouze orientačně
bull Teplota v komiacuteně byla měřena kontinuaacutelně termočlaacutenkem typu K a zaznamenaacutevaacutena
dataloggerem
Scheacutema zapojeniacute přiacutestrojů je naznačeno na Obr 4
Palivo
Měřiacuteciacute sonda
Spotřebič
KOMIacuteN
ČerpadloChladič
Analyzaacutetor
PC
T
Obr 4 Scheacutema aparatury
311 Stanoveniacute kysliacuteku
Instrumentaacutelniacute metoda stanoveniacute využiacutevaacute pro stanoveniacute kysliacuteku magnetickyacutech nebo
elektrochemickyacutech vlastnostiacute molekuly
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
17
bull Dřevařskyacute vlhkoměr ndash vyjadřuje vlhkost jako podiacutel hmotnosti vody ku hmotnosti
sušiny ve dřevě
bull Anemometr Testo 435 s vrtulkovou sondou ndash průtok byl měřen pouze orientačně
bull Teplota v komiacuteně byla měřena kontinuaacutelně termočlaacutenkem typu K a zaznamenaacutevaacutena
dataloggerem
Scheacutema zapojeniacute přiacutestrojů je naznačeno na Obr 4
Palivo
Měřiacuteciacute sonda
Spotřebič
KOMIacuteN
ČerpadloChladič
Analyzaacutetor
PC
T
Obr 4 Scheacutema aparatury
311 Stanoveniacute kysliacuteku
Instrumentaacutelniacute metoda stanoveniacute využiacutevaacute pro stanoveniacute kysliacuteku magnetickyacutech nebo
elektrochemickyacutech vlastnostiacute molekuly
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
18
Magnetickeacute analyzaacutetory využiacutevajiacute paramagnetickyacutech vlastnostiacute kysliacuteku zatiacutemco teacuteměř
všechny ostatniacute plyny jsou slabě diamagnetickeacute Pokud je paramagnetickaacute laacutetka vložena do
nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole jsou jejiacute molekuly vtahovaacuteny do miacutest s největšiacute
intenzitou pole Podle toho jakyacutem způsobem je využiacutevaacuteno tohoto vtahovaacuteniacute rozlišujeme
několik metod paramagnetickeacuteho stanoveniacute kysliacuteku Statickeacute metody jsou založeny na
přiacutemeacutem měřeniacute siacutely kteraacute působiacute na těleso obklopeneacute měřenyacutem plynem umiacutestěneacute v
nehomogenniacutem magnetickeacutem poli Dynamickeacute nebo termomagnetickeacute metody využiacutevajiacute
prouděniacute ktereacute vznikaacute uacutečinkem nehomogenniacuteho magnetickeacuteho pole na nestejnoměrně ohřaacutetyacute
plyn
Při statickeacute metodě jejiacutež princip je znaacutezorněn na Obr 5 se měřiacute siacutela působiacuteciacute na
dvojici skleněnyacutech baněk (3) naplněnyacutech diamagnetickyacutem dusiacutekem a zavěšenyacutech na torzniacutem
vlaacuteknu (1) v magnetickeacutem poli permanentniacutech magnetů (2)
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda8
Na systeacutem baněk působiacute otaacutečivyacute moment vychylujiacuteciacute baňky z rovnovaacutežneacute polohy
Toto vychyacuteleniacute je sledovaacuteno elektroopticky pomociacute zdroje světla (5) odrazneacuteho zrcaacutetka (4) a
systeacutemu fotobuněk (6) Vyacutechylka světelneacuteho paprsku je uacuteměrnaacute obsahu paramagnetickeacuteho
kysliacuteku v plynu obklopujiacuteciacutem dvojici baněk a daacutele zaacutevisiacute na tlaku a teplotě Měřiciacute cela proto
byacutevaacute vyhřiacutevaacutena na vyššiacute teplotu a ta je udržovaacutena na konstantniacute hodnotě Vliv tlaku je
kompenzovaacuten před každyacutem jednoraacutezovyacutem měřeniacutem nebo v průběhu kontinuaacutelniacuteho měřeniacute
periodicky v zadanyacutech intervalech Využiacutevaacute se k tomu zpravidla nastaveniacute konstantniacute hodnoty
daneacute nějakyacutem zkušebniacutem normaacutelem (např atmosfeacuterickyacutem kysliacutekem)
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
19
312 Stanoveniacute oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho a oxidu siřičiteacuteho
Nedisperzniacute infračervenyacute spektrometr (NDIR spektrometr) využiacutevaacute schopnosti
molekul plynů aktivniacutech v infračerveneacute oblasti přeměňovat čaacutest absorbovaneacute energie
elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute na energii tepelnou (kinetickou) Nachaacuteziacute-li se měřenyacute plyn v
uzavřeneacutem prostoru projevuje se tento vzrůst tepelneacute energie zvyacutešeniacutem tlaku (fotoakustickyacute
efekt) Typickeacute uspořaacutedaacuteniacute NDIR spektrometru je zobrazeno na Obr 6
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru8
Klasickaacute konstrukce sestaacutevaacute z dvojice termickyacutech zdrojů IČ zaacuteřeniacute (1) ktereacute emitujiacute v
širokeacutem rozmeziacute vlnočtů Jejich spojiteacute zaacuteřeniacute je modulovaacuteno rotačniacute clonou (3) pohaacuteněnou
elektromotorem (3) Interferenčniacute filtr (4) vyděluje z polychromatickeacuteho zaacuteřeniacute svazek
paprsků v uacutezkeacutem rozsahu vlnočtů kteryacute vstupuje do srovnaacutevaciacute (5) a měrneacute průtočneacute kyvety
(6) Srovnaacutevaciacute kyveta je obvykle naplněna analytem nebo referenčniacutem plynem (např
vzduchem kysliacutekem apod) Detektor (7) ndash někdy je označovaacuten jako optopneumatickyacute
detektor- je tvořen uzavřenou komorou naplněnou plynnyacutem analytem Vstupujiacuteciacute
monochromatickeacute zaacuteřeniacute odpoviacutedajiacuteciacute maximu absorbance molekul uvnitř komory předaacutevaacute
těmto molekulaacutem kvanta energie kteraacute způsobiacute jejich vibračniacute a rotačniacute přechody a
zintenziacutevněniacute translačniacutech pohybů těchto molekul To se projeviacute zvyacutešeniacutem tlaku uvnitř
komory ktereacute je uacuteměrneacute množstviacute pohlceneacute zaacuteřiveacute energie Vhodnyacutem rozděleniacutem komory a
volbou vhodneacute membraacuteny lze měřit i velice maleacute rozdiacutely absorbance Vzhledem k tomu že
měřeniacute malyacutech statickyacutech tlaků je problematickeacute je zaacuteřeniacute niacutezkofrekvenčně modulovaacuteno (3)
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
20
313 Stanoveniacute oxidů dusiacuteku
Nejběžnějšiacute metodou instrumentaacutelniacuteho stanoveniacute oxidů dusiacuteku vhodnou pro
kontinuaacutelniacute analyacutezu plynnyacutech směsiacute je chemiluminiscence Stanoveniacute je založeno na
naacutesledujiacuteciacute reakci realizovaneacute v temneacute komoře analyzaacutetoru
NO + O3 rarr NO2 + O2 (9)
Podiacutel molekul NO2 ktereacute jsou touto reakciacute uvedeny do excitovaneacuteho stavu (NO2) je
konstantniacute a činiacute asi 10 Tyto excitovaneacute molekuly rychle přechaacutezejiacute do zaacutekladniacuteho
energetickeacuteho stavu a uvolňujiacute nabytou energii emisiacute luminiscenčniacuteho zaacuteřeniacute jehož širokyacute
emisniacute paacutes vykazuje maximaacutelniacute hustotu zaacuteřiveacuteho toku v okoliacute vlnoveacute deacutelky 1200 nm
NO2 rarr NO2 + hν (10)
Hustota zaacuteřiveacuteho toku je uacuteměrnaacute objemoveacutemu zlomku NO v měřeneacutem plynu Oxid
dusičityacute se nijak na odezvě přiacutestroje nepodiacuteliacute a je třeba jej stanovit nepřiacutemo po redukci na
oxid dusnatyacute Scheacutema přiacutestroje je uvedeno na Obr 7
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955 (Fisher- Rosemount)30
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
21
32 Zpracovaacuteniacute naměřenyacutech vyacutesledků
Měřeniacute bylo provaacuteděno kontinuaacutelně pracujiacuteciacutem analyzaacutetorem HORIBA PG 250 a proto
je vyacutesledek měřeniacute vyjaacutedřen jako objemovyacute zlomek přiacuteslušneacute složky odpadniacuteho plynu
Nejdřiacuteve byla provedena kalibrace přiacutestroje plynem o složeniacute uvedeneacutem v Tab II Z
naměřenyacutech hodnot kalibrace se vytvořili průměry hodnot jednotlivyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek a
poteacute se naměřeneacute hodnoty z jednotlivyacutech měřeniacute nakalibrovali
Pro přepočet takto ziacuteskanyacutech objemovyacutech zlomků anorganickyacutech plynnyacutech
znečišťujiacuteciacutech laacutetek na odpoviacutedajiacuteciacute hmotnostniacute koncentrace lze pro daneacute vztažneacute podmiacutenky
použiacutet naacutesledujiacuteciacute vztah Vztažneacute podmiacutenky jsou Odpadniacute plyn je suchyacute při normaacutelniacutech
stavovyacutech podmiacutenkaacutech přepočten na referenčniacute obsah kysliacuteku Referenčniacute obsah kysliacuteku pro
spalovaacuteniacute dřeva je 11
)()()()(
)()()(22
22 OO
OOZLMZL
TRp
ZLmair
rair
N
NrN ϕϕ
ϕϕϕρ
minusminus
sdotsdotsdotsdot
=
kde
ρNr(ZL) je hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacute laacutetky při vztažnyacutech podmiacutenkaacutech
p je normaacutelniacute tlak (101325 kPa)
R plynovaacute konstanta (8314 Jmol-1K-1)
TN normaacutelniacute teplota (27315 K)
φ(ZL) objemovyacute zlomek znečišťujiacuteciacute laacutetky v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute
měřeniacutem
M(ZL) molaacuterniacute hmotnost znečišťujiacuteciacute laacutetky
φair(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu
φr(O2) referenčniacute objemovyacute zlomek kysliacuteku pro vztažneacute podmiacutenky
φm(O2) objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem odpadniacutem plynu zjištěnyacute měřeniacutem
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
22
Objemovyacute zlomek kysliacuteku v sucheacutem spalovaciacutem vzduchu φair(O2) je roven
objemoveacutemu zlomku kysliacuteku v sucheacutem okolniacutem vzduchu což činiacute 209
Spalovaacuteniacute bylo provaacuteděno v kombinovanyacutech krbovyacutech kamnech jejichž zaacutekladem je
roštoveacute topeniště s bočniacutemi přiacutevody sekundaacuterniacuteho vzduchu
Vlastniacute spalovaciacute experiment byl provaacuteděn s různyacutemi typy dřev a jejich různou
hmotnostiacute ktereacute byli kontinuaacutelně přivaacuteděny do kamen Každyacute spalovaciacute experiment trval po
dobu šesti hodin kdy byla sledovaacutena teplota v komiacuteně množstviacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek
množstviacute a vlhkost dřeva teplota uvnitř vytaacutepěneacute miacutestnosti a venku Byly řešeny tři hlavniacute
uacutekoly
bull Posouzeniacute vlivu jednotlivyacutech druhů paliv na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech
laacutetek Jako paliva byla použita břiacuteza borovice a dřevěneacute brikety kdy hmotnost
jednotlivyacutech přiacuteložiacute byl pod 1 kg
bull Posouzeniacute vlivu velikosti přiacutelože na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek Byly zvoleny kusy nad
2 kg a kusy pod 1 kg Tento vliv byl sledovaacuten pouze u borovice
bull Posouzeniacute vlivu teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentraci znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
jednotlivyacutech druhů paliv
33 Stanoveniacute odebranyacutech vzorků
331 Stanoveniacute hrubeacute a zbyleacute vody
Pro stanoveniacute byl použit laboratorniacute vzorek zrněniacute pod 3 mm Do hliniacutekovyacutech vaacuteženek
bylo navaacuteženo na analytickyacutech vahaacutech asi 10 g s přesnostiacute na 0002 g Odkryteacute vaacuteženky byli
umiacutestěny do sušaacuterny vyhřaacuteteacute na 105 ndash 110 degC Při teacuteto teplotě byla doba sušeniacute minimaacutelně 60
minut Po ochlazeniacute v exikaacutetoru a vyrovnaacuteniacute teploty na teplotu vaacutehovny byly zvaacuteženy
Kontrolniacute sušeniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel mezi
naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute hmotnost
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
23
332 Stanoveniacute popela
Ke stanoveniacute byl použit analytickyacute vzorek z něhož bylo odvaacuteženo do porcelaacutenoveacute
misky 1 ndash 2 g dřeva s přesnostiacute na 00002 g Misky byly umiacutestěny do chladneacute mufloveacute pece a
teplota se zvyšovala tak aby bylo dosaženo teploty 500 degC za 30 minut a za dalšiacutech 30 ndash 60
minut na 750 degC Tato teplota se udržovala po dobu 90 minut Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute
5minutoveacutem chlazeniacute na vzduchu a naacutesledneacutem ochlazeniacute na teplotu miacutestnosti v exikaacutetoru byly
misky zvaacuteženy Kontrolniacute žiacutehaacuteniacute bylo provedeno vždy po dobu 30 minut tak dlouho až rozdiacutel
mezi naacutesledujiacuteciacutemi vaacuteženiacutemi byl menšiacute než 01 hm Pro vyacutepočet byla použita nejnižšiacute
hmotnost
333 Stanoveniacute prchaveacute hořlaviny
Vzorek dřeva byl navaacutežen do předem vyžiacutehanyacutech a zvaacuteženyacutech keliacutemků Bylo navaacuteženo
100 ndash 101 g vzorku s přesnostiacute na 00002 g Keliacutemky byla opatřeny viacutečky vloženy do
stojaacutenku a rychle zasunuty do pece vyhřaacuteteacute na teplotu 750 degC Pokles teploty v peci musiacute byacutet
vyrovnaacuten během 3 ndash 4 minut Keliacutemky byly žiacutehaacuteny 7 minut přičemž teplota nesmiacute byacutet
změněna o viacutece než 20 degC Po skončeneacutem žiacutehaacuteniacute vyjmutiacute z pece a 5minutoveacutem ochlazeniacute na
vzduchu byly keliacutemky vloženy do exikaacutetoru a nechaly se vychladnout na teplotu vaacutehovny Po
vychladnutiacute byly zvaacuteženy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
24
4 Vyacutesledky a diskuse Vyacutesledky stanoveniacute vody prchaveacute hořlaviny a popele u jednotlivyacutech druhů dřeva jsou
uvedeny v Tab IV Z tabulky je patrneacute že nejnižšiacute obsah vody a popele je u briket naopak
nejvyššiacute u borovice což maacute vliv na obsah prchaveacute hořlaviny v palivu
Tab IV Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva
Stanoveniacute Typy dřeva
Voda Popel Prchavaacute hořlavina
Břiacuteza 200 047 795
Borovice 210 064 784
Brikety 170 026 827 hmotnostniacute procenta
Primaacuterniacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek je soubor uacutedajů zahrnujiacuteciacutech
objemoveacute zlomky oxidu uhelnateacuteho oxidu uhličiteacuteho oxidu dusiacuteku oxidu siřičiteacuteho a
kysliacuteku Vedle uvedenyacutech hodnot byly zaznamenaacuteny ještě teploty spalin v komiacuteně
Konečnyacutem vyacutesledkem měřeniacute emisiacute jsou průměrneacute půlhodinoveacute hmotnostniacute koncentrace
znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jednotliveacute typy paliv
Soubor ziacuteskanyacutech dat je velice rozsaacutehlyacute pro přehlednost jsou vybraacuteny ty nejzajiacutemavějšiacute
Nejdřiacuteve bude uveden vliv teploty v komiacuteně na hmotnostniacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek u
borovice ostatniacute grafy paliv jsou podobneacute a proto jsou uvedeny v přiacuteloze Daacutele bude
provedeno srovnaacuteniacute koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek u jednotlivyacutech druhů paliv bude
uvedeno pouze srovnaacuteniacute oxidu uhelnateacuteho Na zaacutevěr bude diskutovaacuten vliv velikosti přiacutelože na
koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek tento vliv byl zkoumaacuten pouze u borovice
41 Vliv teploty v komiacuteně na koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek
Zaacutevislosti všech sledovanyacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek pro jedno palivo jsou ilustrovaacuteny na
přiacutekladu borovice Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho na teplotě v komiacuteně je
uvedena na Obr 8 Z obraacutezku je patrneacute že vlivem přiloženiacute paliva dojde k rychleacutemu naacuterůstu
hmotnostniacute koncentrace CO i teploty v komiacuteně Poteacute teplota pozvolna klesaacute a vše se po dalšiacute
přiacuteloži opakuje Na konci měřiacuteciacute doby je patrneacute že i po rychlyacutech přiacuteložiacutech paliva teplota
v komiacuteně pozvolna stoupaacute což bylo zřejmě způsobeno pomalyacutem rozhořeniacutem paliva Zaacutevěrem
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
25
lze řiacuteci že se snižujiacuteciacute teplotou v komiacuteně roste hmotnostniacute koncentrace CO Odezva přiacutelože
paliva do kamen se na teplotě v komiacuteně projeviacute s určityacutem zpožděniacutem protože nejprve dochaacuteziacute
k vysoušeniacute paliva uvolňuje se prchavaacute hořlavina a pak teprve dochaacuteziacute k zapaacuteleniacute a hořeniacute
paliva
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidu uhličiteacuteho na teplotě v komiacuteně znaacutezorňuje Obr 9
Z obraacutezku je vidět že koncentrace CO2 se přiacuteliš s teplotou v komiacuteně neměniacute pouze při přiacuteloži
paliva do kamen kdy teplota v komiacuteně je nejnižšiacute klesne i hodnota oxidu uhličiteacuteho a poteacute
rychle vzroste
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
200
220
240
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace oxidů dusiacuteku na teplotě v komiacuteně je uvedena na
Obr10 Z obraacutezku je patrneacute že po přiacuteloži paliva do kamen opět dochaacuteziacute k velkeacutemu naacuterůstu
koncentrace a teploty v komiacuteně Poteacute teplota postupně klesaacute a klesaacute i koncentrace NOx
přičemž u oxidu uhelnateacuteho byla pozorovaacutena opačnaacute zaacutevislost Platiacute tedy čiacutem nižšiacute teplota
v komiacuteně tiacutem meacuteně vznikaacute oxidů dusiacuteku
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
26
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
006
01
014
018
022
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice
Zaacutevislost posledniacute znečišťujiacuteciacute laacutetky tedy oxidu siřičiteacuteho je zobrazena na Obr11
Opět je zde vidět velikyacute naacuterůst koncentrace oxidu siřičiteacuteho i teploty po přiacuteloži paliva Daacutele si
můžeme všimnout že pokud teplota v komiacuteně nepoklesne pod 130 degC a nedojde k přiacuteloži
koncentrace oxidu siřičiteacuteho se přiacuteliš neměniacute
Borovice
100
120
140
160
180
000 100 200 300 400 500čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice
Naacutesledujiacuteciacute grafy na Obr12 znaacutezorňujiacute průměrneacute půlhodinoveacute hodnoty hmotnostniacutech
koncentraciacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek v různyacutech palivech po dobu trvaacuteniacute experimentu tedy po dobu
šesti hodin Bylo zjištěno že emise oxidu uhličiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou pro všechna paliva
srovnatelneacute Rozdiacutelneacute hodnoty emisiacute oxidu uhelnateacuteho u dřevěnyacutech briket jsou
pravděpodobně způsobeny pozdějšiacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute Kamna teacuteměř vyhasla a
rozhořeniacute novyacutech kusů paliva trvalo delšiacute dobu což mělo za naacutesledek neuacuteměrneacute zvyacutešeniacute emisiacute
oxidu uhelnateacuteho K teacuteto situaci došlo při niacutezkeacute teplotě v komiacuteně jak znaacutezorňuje graf
Přiacuteloha 1 Hodnoty oxidu siřičiteacuteho jsou takeacute rozdiacutelneacute niacutezkaacute hodnota u borovice je způsobena
nižšiacutem obsahem siacutery ve dřevě I přesto jsou však tyto hodnoty zanedbatelneacute v porovnaacuteniacute s
ostatniacutemi zdroji oxidu siřičiteacuteho
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
27
NOxSO2
0
002
004
006
008
01
012
014hm
otno
stniacute
kon
cent
race
gm
-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
COCO2
0
5
10
15
20
25
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
BŘIacuteZA BOROVICE BRIKETY
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv
42 Srovnaacuteniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u použityacutech paliv
Srovnaacuteniacute hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u všech použityacutech paliv je uveden
na Obr13 Z grafu je patrneacute že koncentrace oxidu uhelnateacuteho u borovice a břiacutezy jsou
srovnatelneacute Vyššiacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho u briket je způsoben nižšiacute teplotou v komiacuteně
a tedy většiacute tvorbou oxidu uhelnateacuteho vyacuteraznyacute vzestup koncentrace na konci grafu je
způsoben již zmiňovanou pozdniacute přiacuteložiacute
CO
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute průměry doby měřeniacute
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
briketa břiza borovice
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute
10 x
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
28
43 Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute
Velikost přiacutelože byla sledovaacutena pouze u borovice kdy jako rozdiacutelneacute hmotnosti paliva
byly zvoleny velikosti nad 2 kg a pod 1 kg Vliv velikosti přiacutelože na oxid uhelnatyacute popisuje
Obr14 Koncentrace oxidu uhelnateacuteho klesaacute a roste v zaacutevislosti na době přiacutelože paliva a jejiacute
velikosti v součtu jsou pro velkou i malou přiacutelož koncentrace srovnatelneacute
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12půlhodinoveacute inetrvaly doby měřeniacute
hmot
nost
niacute k
once
ntra
ceg
m-3
CO velkaacute CO malaacute
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
29
5 Zaacutevěr
Semestraacutelniacute projekt je zaměřen na studium emisiacute hlavniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek
vznikajiacuteciacutech při hořeniacute ve spotřebičiacutech malyacutech vyacutekonů Snahou bylo sledovat emise krbovyacutech
kamen za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek v domaacutecnosti při spalovaacuteniacute boroveacuteho a březoveacuteho
dřeva a pilinovyacutech briket
Ze stanoveniacute odebranyacutech vzorků z jednotlivyacutech paliv vyplyacutevaacute že nejnižšiacute obsah vody a
popele je u dřevěnyacutech briket a naopak nejvyššiacute u borovice což je způsobeno rozdiacutelnyacutem
podiacutelem prchaveacute hořlaviny Z měřeniacute provedenyacutech dřevařskyacutem vlhkoměrem vyplyacutevaacute že
skutečnaacute průměrnaacute vlhkost boroveacuteho a březoveacuteho dřeva byla okolo 25
Ze spalovaciacutech experimentů provedenyacutech se všemi palivy během nichž bylo kontinuaacutelně
měřeno složeniacute spalin vyplyacutevaacute
bull vliv druhů dřeva na emise znečišťujiacuteciacutech laacutetek je velmi malyacute pokud je zachovaacuteno
rovnoměrneacute přiklaacutedaacuteniacute paliva a nedojde-li k vyhasnutiacute kamen Hmotnostniacute
koncentrace oxidu uhličiteacuteho oxidu siřičiteacuteho a oxidu dusiacuteku jsou srovnatelneacute lišiacute se
pouze hodnoty oxidu uhelnateacuteho v přiacutepadě spalovaacuteniacute briket Tato skutečnost byla
způsobena pozdniacute přiacuteložiacute do kamen během měřeniacute kteraacute měla za naacutesledek pomaleacute
rozhořiacutevaacuteniacute dřeva Tiacutem došlo ke značneacutemu naacuterůstu koncentrace oxidu uhelnateacuteho ve
spalinaacutech kteryacute vyacuteznamně ovlivnil celkoveacute průměrneacute emise teacuteto laacutetky
bull vliv velikosti přiacutelože paliva sledovaneacuteho u borovice je takteacutež velmi malyacute
Hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho jsou srovnatelneacute stoupajiacute a klesajiacute
v zaacutevislosti na faacutezi hořeniacute paliva
bull teplota v komiacuteně kteraacute přiacutemo souvisiacute s teplotou v ohništi maacute značnyacute vliv na tvorbu
znečišťujiacuteciacutech laacutetek Je patrneacute že s klesajiacuteciacute teplotou v komiacuteně a tedy i ohništi roste
hmotnostniacute koncentrace oxidu uhelnateacuteho
Z vyacutesledků měřeniacute vyplyacutevaacute že za obvyklyacutech provozniacutech podmiacutenek je vliv velikosti
přiacutelože paliva a druhu paliva zanedbatelnyacute Nejvyššiacute koncentrace znečišťujiacuteciacutech laacutetek vznikajiacute
při rozhořiacutevaacuteniacute a dohořiacutevaacuteniacute paliva tedy v době kdy teplota v komiacuteně dosahuje nejnižšiacutech
hodnot Optimaacutelniacuteho režimu spalovaacuteniacute lze dosaacutehnout předevšiacutem rovnoměrnyacutem přiklaacutedaacuteniacutem
paliva do kamen ktereacute zabraacuteniacute nežaacutedouciacutemu poklesu teploty v ohništi
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
30
Seznam použiteacute literatury 1 Ročenka ČHMUacute 2004 2 Bašta J Brož K Cikhart J Štorkan M Valenta V Topenaacuteřskaacute přiacuteručka - vybraneacute
kapitoly GAS s r o Praha 2001 3 Tekaacuteč V Snižovaacuteniacute emisiacute znečišťujiacuteciacutech laacutetek při spalovaacuteniacute tuhyacutech paliv ve spotřebičiacutech
malyacutech vyacutekonů - disertačniacute praacutece Praha 2003 4 Pospiacutešil Spalovaciacute procesy ndash přednaacutešky VŠCHT Praha 2006 5 Hemerka J Hrdlička F Emise z kotelen a ochrana ovzdušiacute ČVUT Praha 2004
(wwwtzb-info) 6 Vejvoda J Machač P Buryan P Technologie ochrany ovzdušiacute a čištěniacute odpadniacutech
plynů - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2003 7 Kafka E Dřevařskaacute přiacuteručka SNTL Praha 1989 8 Skaacutecel F Tekaacuteč V Analyacuteza ovzdušiacute - vybraneacute kapitoly ze skript VŠCHT Praha 2002 9 Bartovskyacute T Analyzaacutetory emisiacute VUSTE Servis Praha 1994
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
31
Seznam obraacutezků Obr 1 Celkoveacute emise zaacutekladniacutech znečišťujiacuteciacutech laacutetek v Českeacute republice v letech6
Obr 2 Rovnovaacutežnyacute diagram reakce C + CO2 harr 2 CO 7
Obr 3 Vliv teploty a součinitele přebytku spalovaciacuteho vzduchu na tvorbu
jednotlivyacutech typů oxidů dusiacuteku 10
Obr 4 Scheacutema aparatury 17
Obr 5 Měřiacuteciacute systeacutem magnetickeacuteho analyzaacutetoru ndash statickaacute metoda 18
Obr 6 Scheacutema NDIR spektrometru19
Obr 7 Scheacutema chemiluminiscenčniacuteho analyzaacutetoru NONO2 model 955
(Fisher-Rosemount) 20
Obr 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u borovice 25
Obr 9 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u borovice25
Obr10 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr11 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u borovice 26
Obr12 Průměrneacute hodnoty hmotnostniacutech koncentraciacute u jednotlivyacutech druhů paliv27
Obr13 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace na půlhodinovyacutech intervalech doby měřeniacute27
Obr14 Vliv velikosti přiacutelože u borovice na hmotnostniacute koncentraci CO 28
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
32
Seznam tabulek Tab 1 Změnu skladby vytaacutepěniacute bytů v r 2004 oproti r 19911 2
Tab 2 Složeniacute certifikovaneacute plynneacute směsi použiteacute pro nastaveniacute měřiacuteciacuteho
rozsahu analyzaacutetoru HORIBA PG 25015
Tab 3 Charakteristika analyzaacutetoru Horiba PG 25016
Tab 4 Vyacutesledky stanoveniacute odebranyacutech vzorků paliva 24
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
33
Seznam přiacuteloh Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket34
Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket 34
Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy35
Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy 35
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
34
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0510152025303540
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 1 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
180
220
260
300
340
380
420
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 2 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
004
008
012
016
02
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 3 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u briket
Brikety
60
90
120
150
180
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
04
08
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 4 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u briket
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
35
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
5
10
15
20
25
30
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO Přiacuteloha 5 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
190200
210220
230240
250260
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož CO2 Přiacuteloha 6 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace CO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
190
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
005
01
015
02
025
03
035
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož NOx Přiacuteloha 7 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace NOx na teplotě v komiacuteně u břiacutezy
Břiacuteza
90
110
130
150
170
000 100 200 300 400 500 600čashhmm
tepl
ota
v ko
miacuteně
degC
0
02
04
06
08
1
12
hmot
nost
niacute
konc
entra
ceg
m-3
t přiacutelož SO2 Přiacuteloha 8 Zaacutevislost hmotnostniacute koncentrace SO2 na teplotě v komiacuteně u břiacutezy