+ All Categories
Home > Documents > Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících...

Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících...

Date post: 13-Nov-2020
Category:
Upload: others
View: 2 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
40
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Ústav plynárenství, koksochemie a ochrany ovzduší Technická 5, 166 28 Praha 6 Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevo Semestrální projekt Vypracovala: Jiřina Čermáková Školitel: Ing. Martin Vosecký Praha, duben 2006
Transcript
Page 1: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 2: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 3: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 4: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 5: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 6: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 7: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 8: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 9: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 10: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 11: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 12: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 13: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 14: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 15: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 16: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 17: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 18: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 19: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 20: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 21: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 22: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 23: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 24: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 25: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 26: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 27: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 28: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 29: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 30: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 31: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 32: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 33: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 34: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 35: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 36: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 37: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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

Page 38: Vliv topného režimu na emise krbových kamen spalujících dřevotresen.vscht.cz/kap/data/studentska_cinnost/studentska... · 2010. 9. 21. · stovky MW, kterými je získáváno

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


Recommended