Odborné články

Emise při spalování biomasy

1 Úvod

V energetické politice České republiky se počítá se zvýšením procenta podílu spalování biomasy v celkové energetické bilanci výroby elektrické energie a tepla.

Do roku 2025 by mělo být 20% fosilních paliv nahrazeno fytopalivy. Již odpradávna se spaluje dřevo, nyní se zájem odborné veřejnosti zaměřil na náhrady fosilních paliv fytopalivy. Jedná se hlavně o spalování geneticky vyšlechtěných, rychle rostoucích dřevin včetně spalování bioplynu.

VŠCHT Praha, ústav energetiky v roce 2001 pokračoval v řešení projektů nastartovaných v roce 2000, zabývajících se spalováním a zplyňováním biomasy. Byly provedeny analýzy na čtyřech zařízení, která jsou konstruována výhradně pro spalování biomasy, a byly stanoveny emise PCDD/PCDF. Projekt nastartovaný v roce 2001 se zabývá destrukcí těchto nebezpečných látek.

2 Teoretická část

2.1 Persistentní organické polutanty

2.1.1 Druhy organických polutantů

Persistentní organické polutanty (POP) je termín používaný pro skupinu organických sloučenin, jíž je celosvětově věnována stále větší pozornost. Jejich specifické chemické vlastnosti způsobily jejich globální rozšíření a kontaminaci všech složek planetárního ekosystému.

Řada expertních týmů různých zemí a mezinárodních institucí na základě dále uvedených kritérií připravila seznam tzv. prioritních POP, na něž jsou v první řadě zaměřeny aktivity mezinárodních společenství.

Pro řešení této problematiky přicházejí v úvahu hlavně následující chemické látky nebo jejich směsi:

  • polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH);
  • polychlorované bifenyly (PCB);
  • polychlorované dibenzodioxiny a dibenzofurany (PCDD/F).

Persistentní organické polutanty (POP) jsou organické látky, které:

  • vykazují toxické vlastnosti;
  • jsou persistentní;
  • bioakumulují se;
  • u nich dochází k dálkovému přenosu v ovzduší přesahujícím hranice států a k depozicím;
  • u nichž je pravděpodobný významný škodlivý vliv na lidské zdraví nebo škodlivé účinky na životní prostředí v místech blízkých i vzdálených od jejich zdrojů.

Persistentní organické polutanty jsou tedy problematickou skupinou na kterou se v současnosti zaměřuje pozornost v souvislosti s emisemi ze spalování jako takového a která se nevyhýbá ani spalování biomasy.

2.1.2 Polychlorované dibenzodioxiny a dibenzofurany

Dioxin - prudce jedovatý vedlejší produkt při výrobě pesticidů (Akademický slovník cizích slov, Academia 1995).

Přestože není účelem slovníku cizích slov podávat obsáhlé a vyčerpávající informace, zdá se tato formulace až příliš stručná a poněkud zavádějící. Ilustruje ale dobře mizivé povědomí naší veřejnosti o těchto látkách. Dioxin není jedna látka nýbrž triviální název pro dvě skupiny sloučenin blízkých si strukturou a chemickým chováním. Tyto skupiny jsou polychlorované dibenzodioxiny (PCDD) a polychlorované dibenzofurany (PCDF), přičemž první skupina zahrnuje asi sedmdesát a druhá asi stotřicet jednotlivých látek.

Jejich název je odvozen od 1,4 dioxinu a furanu na jejichž cykly jsou kondenzovány dvě benzenová jádra (Obr. 1).

Dioxiny patří k nejjedovatějším látkám na zemi vůbec - dokonce ještě v koncentracích jedna ku miliardě jsou životu nebezpečné (jsou sedmdesátkrát jedovatější než kyanid draselný). Navíc jsou látkami karcinogenními a teratogenními (schopnými poškozovat nenarozený plod). Dioxiny jsou nerozpustné ve vodě, málo v tucích, nejlépe pak v chlorovaných organických rozpouštědlech. Organismem jsou zpracovávány a vylučovány velice pomalu, takže může docházet k jejich kumulaci v organismu (zejména v tukových tkáních), což vede ke kontaminaci potravních řetězců.[1]

Polychlorované dibenzodioxiny a dibenzofurany se vyskytují v plynné i pevné fázi. Poločas rozpadu plynné frakce v reakci s fotochemicky vznikajícími hydroxylovými radikály je asi 8,3 dne. Mohou podléhat i rychlejší přímé fotolýze. Pevná frakce může být transportována atmosférou na velké vzdálenosti a vylučuje se suchou nebo mokrou depozicí.

Ve skupině PCDD/F nalezneme vedle látek s malou toxicitou i vysoce účinné jedy. Toxické působení bylo prokázáno u všech kongenerů substituovaných v polohách 2,3,7,8, přičemž nejvyšší účinek byl pozorován u 2,3,7,8 tetrachlordibenzodioxinu. PCDD/F dráždí sliznice, setkání s nimi vyvolává rychlé pálení očí, nosu a hrdla. Dále se mohou objevit také závratě, bolesti hlavy, podrážděnost, eventuelně vředovitá vyrážka na kůži. Delší vystavení jejich působení může kromě vředů přivodit také poruchy imunitního systému, nervové poruchy, abnormality na játrech, slinivce, dýchacím nebo oběhovém systému.

Pro hodnocení rizik je velmi důležité, že byl zjištěn významný rozdíl v toxicitě jednotlivých kongenerů. Jak již bylo uvedeno, nejtoxičtějším kongenerem je 2,3,7,8-TCDD a bylo experimentálně zjištěno, že i další kongenery s laterálně vázanými atomy chloru v polohách 2,3,7,8 jsou podstatně toxičtější než ostatní PCDD/F. Těchto toxických kongenerů PCDD/F je celkem 17 (Tabulka 1). Toxicita se uvádí jako tzv. TEF (Toxicity Equivalency Factor) relativně k 2,3,7,8-TCDD jehož TEF=1.

Tabulka 1: Hodnoty faktorů ekvivalentní toxicity PCDD/F [2]

Kongener TEF
2,3,7,8-TCDD 1
12,3,7,8-PeCDD 0,5
1,2,3,4,7,8-HxCDD 0,1
1,2,3,6,7,8-HxCDD 0,1
1,2,3,7,8,9-HxCDD 0,1
1,2,3,4,6,7,8-HpCDD 0,01
OCDD 0,001
2,3,7,8-TCDF 0,1
2,3,4,7,8-PeCDF 0,5
1,2,3,7,8-PeCDF 0,05
1,2,3,4,7,8-HxCDF 0,1
2,3,4,6,7,8-HxCDF 0,1
1,2,3,6,7,8-HxCDF 0,1
1,2,3,7,8,9,-HxCDF 0,1
1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 0,01
1,2,3,4,7,8,9-HpCDF 0,01
OCDF 0,001
2.1.2.1 Výskyt PCDD/F v životním prostředí

Do životního prostředí se PCDD/F dostávají dvěma hlavními cestami:

  1. jako vedlejší produkty chemických výrob;
  2. ze spalovacích procesů.

Mezi technologie prokazatelně produkující PCDD/F lze zařadit výrobu trichlorfenoxyoctové kyseliny, pentachlorfenolu, PCB, ale i např. chlorem běleného papíru.

PCDD/F jsou tepelně stabilní do 900°C a vznikají snadno při zahřívání chlorovaných organických látek na teplotu 300°C. Velkým zdrojem emisí PCDD/F jsou klasické spalovny odpadů průmyslových i komunálních, metalurgické výroby, automobily, ale i elektrárny, teplárny a domácí kamna spalující uhlí a dřevo.

Dobře známá byla cesta vzniku PCDD/F při pyrolyzních procesech v topeništi reakcemi vedoucími od jiných organochlorových látek jako PVC ke vzniku chlorovaných fenolů, jejichž kondenzací polychlorované dibenzodioxiny vznikají. PCDD/F jsou ale detekovány i při procesech jako spalování biomasy, kdy tato cesta není možná. Sled reakcí vedoucích ke vzniku PCDD/F, kdy zdrojem chloru pro vznik organochlorových sloučenin jsou anorganické chloridy, se nazývá "syntéza de-novo". Tato teorie počítá s reakcemi odehrávajícími se na částicích uhlíku unášených ve spalinách, na které má prokazatelně katalytický vliv přítomnost mědi. Reakční schéma se pak skládá z těchto jednotlivých kroků: Plynný O2 se chemisorbuje na kovový nosič (1). Kyslík je přenesen do volné polohy v uhlíkové struktuře a uhlík je oxidován na plynný produkt (2). V průběhu zplynění uhlíku, dekompozice jeho struktury vede ke vzniku aromatických sloučenin (3), které potom procházejí reakcemi vedoucími ke vzniku PCDD/F [3].

O2 + 2Cu → 2CuO

(1)

Cf + CuO → CO + Cu

(2)

C (grafitová vrstva) + O2 → CO2 + CO + Ar

(3)

C (grafitová vrstva) + O2 → CO2 + CO + Ar + PCDD/F

(4)

Jinou možností je přímý vznik PCDD/F při dekompozici uhlíkové struktury (4). Halogenace a dehalogenace uhlíkové struktury, aromatických sloučenin a DD/F probíhá současně s těmito chemickými přeměnami.

Syntéza de-novo se odehrává v teplotním rozmezí 200-400°C a aby probíhala úspěšně musí být splněny určité podmínky. V reakčním prostoru musí být dostatečné množství chloru a dost částic uhlíku s jeho vysoce katalyticky aktivním povrchem. Vliv množství chloru v palivu na množství PCDD/F je sice zřetelný, ale až po překročení určité limitní hodnoty. Podle Launhardta [4] to bylo např. 1500mg/kg suché váhy. Vzhledem ke vlivu vyššího obsahu chloru a také vyššímu podílu polétavého popela jsou emise PCDD/F z bylinných paliv výrazně vyšší než u dřeva.

PCDD/F se vyskytují v ovzduší průmyslových zemí v koncentracích řádově jednotek pg/m3. Vyšší koncentrace lze zjistit ve vodě a půdě, kde samozřejmě jsou velké místní rozdíly v koncentraci. Relativně vysoké koncentrace jsou nalezeny v kalech z čistíren odpadních vod.

2.1.2.2 Analýza PCDD/F

Vzhledem k strukturně specifické vysoké toxicitě a z toho plynoucím nárokům na limity stanovení jednotlivých kongenerů je analytika PCDD/F jednou z nejnáročnějších úloh. Základní podmínkou je vybavení laboratoře tandemem plynový chromatograf - hmotnostní spektrometr (GC-MS).

Proces stanovení má čtyři hlavní fáze:

  1. odběr vzorku;
  2. čistící operace (clean up);
  3. analýza GC-MS;
  4. vyhodnocení dat popř. hygienických rizik.

Odběr vzorku musí zajistit reprezentativní materiál v množství, které umožňuje dosáhnout požadovaného limitu stanovení. Nejnáročnější jsou z tohoto hlediska odběry ovzduší a spalin. Těmito specializovanými odběry se v ČR zabývá již několik skupin. Odebírají se desítky až stovky m3 na filtry a sorbenty různého druhu a konstrukce.

Kontaminovaný materiál přichází k laboratornímu zpracování kapalný, pevný, případně sorbovaný na filtru.

Čistící operace je modifikovaná podle druhu vzorku a požadavku na stanovení, avšak téměř vždy zahrnuje:

  1. přidání směsi vnitřních standardů spojenou s homogenizací;
  2. extrakci organickým rozpouštědlem;
  3. kolonovou kapalinovou chromatografii na kombinaci upravených sorbentů na bázi silikagelu a aluminy;
  4. odpaření výsledné odebrané frakce obsahující PCDD/F.

Jádrem stanovení je GC-MS analýza. Pro plynově chromatografické dělení je vhodné použít speciální křemennou kapilární kolonu (např. SP - 2331 fy Supelco) a dávkování přímo na kolonu (on column). Chromatografická kolona je přímo připojena k hmotnostnímu spektrometru, který slouží jako superspecifický detektor. Umožňuje totiž zaznamenávat podle pokynu operátora pouze vybrané signály spektra odpovídající např. molekulovým hmotnostem isomerů TCDD. Hmotnostní chromatogram je základem pro kvalitativní a kvantitativní vyhodnocení analýzy. Koncentrační data jsou základem pro vyhodnocení ekvivalentní toxicity vzorku. Jednotlivé hodnoty koncentrací se násobí příslušnými TEF a součet těchto násobků udává ekvivalentní toxicitu (TE) vzorku.

2.1.2.3 Limity přípustných koncentrací

V České republice nejsou limitní koncentrace pro PCDD/F uzákoněny podobně jako je tomu u mnoha dalších toxických látek. Jsou hodnoty přípustných koncentrací podle RL č.17 IHE pro volné ovzduší 0,02 pg/m3 TCDD (rozuměno 2,3,7,8 TCDD), podobně jako v jiných evropských zemích. Ve spalinách je podle německé TA Luft z roku 1990 přípustná hodnota ekvivalentní koncentrace TE = 0,1 ng/m3 .

2.1.3.4 Dekontaminace

Již byla zmíněna stabilita PCDD/F v životním prostředí a živém organismu (tab. 2).

Tabulka 2: Eliminační poločas kongenerů PCDD/F z lidského organismu

Kongener

Vylučovací poločas (roky)

2378-TCDD

6

2378-TCDF

1,3

12378-PeCDD

5

23478-PeCDF

6,3

123478-HxCDD

11

1234678-HpCDD

9

OCDD

12

Zajímavou vlastností PCDD/F je jejich odbourávání UV světlem určité vlnové délky v prostředí nepolárních rozpouštědel. Toho se využívá k dekontaminaci laboratoří.

Podle konkrétních podmínek se využívají následující způsoby likvidace:

  1. uzavření do betonového sarkofágu;
  2. spalování při teplotách nad 1200°C a dostatečné době zdržení v plameni;
  3. chemický rozklad basickými činidly;
  4. fotolýza UV světlem.

3. Experimentální část

3.1 Spalovací zařízení použitá pro experimenty

Během roku 2000 a 2001 byla provedena čtyři měření na zařízeních určených pro spalování biomasy. Tato měření byla zaměřena na stanovení perzistentních organických látek ve spalinách.

Spalovací zařízení:

  • kotel Verner, palivo sláma, výkon zařízení 0,9 MW
  • kotel TAF 1000, výrobce Tractant Fabri, Kolín - palivo piliny
  • kotel Verner V25 - palivo brikety z pilin
  • krbová kamna Peletop 5,1 - pelety z pilin

Kotel Verner

V kotelně obce Dešná jsou instalovány 2 kotle firmy Verner a.s., Červený Kostelec se spalinovými výměníky Step Trutnov s výkonem 2,7 MW. Tato kombinace zajišťuje optimální provoz v období různých venkovních teplot a podle nutné spotřeby. Dva kotle jsou i jistotou v případě technické poruchy. Hlavními částmi vlastních kotlů jsou hořáky a spalovací prostor. Hořák má vodou chlazené dno a spalovací komora keramickou vyloženou klenbu. Toto řešení umožňuje spalovat i hodně spékavá paliva, kterými jsou sláma a kůra. Spalovací vzduch se předehřívá ventilátorem do několika zón spalování, v nichž se automaticky kontroluje kvalita spalování a přebytek vzduchu "Lambda" sondou. Dohořívací komora je včleněna do spalinového výměníku. Je konstruována tak, aby úlet tuhých částic byl minimální a nedopal prakticky nulový. Spalinové ventilátory dopravují spaliny přes vírové odlučovače do komína. Zachycený popílek putuje turniketovým podavačem do zásobníku a posléze na skládku. Vlastní kotle a celá strojní část jsou plně automatizovány od přísunu paliva až po odtah a transport popela. Základní data spalovacích zařízení uvádí tabulka č. 3. Referenční měření bylo provedeno na zařízení K2.

Tabulka č.3.

Parametry

Spalovací zařízení K1

Spalovací zařízení K2

Tepelný výkon

210 kW

450 kW

Tepelný výkon spalinového výměníku

690 kW

1350 kW

Kotel TAF 1000

Zařízení bylo instalováno ve Výrobní divizi Svratka společnosti SINDAT PARDUBICE s.r.o. Výrobcem a dodavatelem je Josef Novák TRACTANT FABRI, Kolín. Spalovací zařízení sestává z provozního zásobníku paliva s dohořívací komorou, která je tvořená dvěmi vyzděnými šachtami. Strop je chlazen vodou a sekundární vzduch je přiváděn do první šachty. Spaliny dále pokračují do dvouodtahového vertikálního žárotrubného kotle. Napájecí kotlová voda musí vyhovovat ČSN 077401 pro válcové kotle s p = 0,15 - 2,5 MPa. Na výstup spalin z kotle je napojen trubkový ohřívák vzduchu. Vzduchový ventilátor umístěný u OVZ zajišťuje dodávku ohřátého vzduchu do čelní stěny provozního zásobníku, pod rošt a do trysek sekundárního vzduchu. Dále je zde spalinový ventilátor s kouřovody a regulací. Do specifikace zařízení patří: elektroinstalace, automatická regulace napájení a výkonu kotle a elektrické ovládání hydrauliky, regulace podtlaku v topeništi, blokády, signalizace. Záručním palivem jsou piliny a štěpky do vlhkosti 15%.

Odlučovače: 2 ks umístěné za sebou

typ: SVA 6/400

Výrobce: ZVVZ Milevsko, závod Prachatice

Odtahový ventilátor:

typ: RVD 1000 - 7

výrobce: Janka ZRL Radotín

výkon: 19800 m3/hod.

Tabulka č.4: Základní technické parametry:

Výkon kotle

980 kW

Tlak syté páry

0,7 MPa

Teplota syté páry

164 °C

Teplota napájecí vody

105 °C

Teplota vzduchu max.

100 °C

Účinnost

80-84 %

Množství nasávaného vzduchu pro =1,5

1700 Nm3/s

Celkový odpor komory, vlastního kotle a OVZ max.

600 Pa

Množství spalin na výstupu max. = 1,8

0,6 Nm3/s

Odkal-délka odkalu 30s/min

2xza 8 hod

Výhřevnost paliva

13-14 MJ/kg

Spotřeba paliva max.

300 kg/h

Teplota spalin na výstupu max.

180 °C

Nátoková výška čerpadla min.

4,0 m

Regulace napájení kotle

Plynulá

Kotel Verner V 25

Všechny vzorky byly spalovány v kotli VERNER V 25, který byl instalován v laboratořích Fakulty strojní ČVUT. Jeho technické údaje pak udává tabulka 5. Je určen pro spalování suché dřevní hmoty (tj. o max. obsahu vody 20%) v celé škále podob od štěpků až po polena. Je to typ kotle se spodním odhoříváním paliva. Vnitřní prostor je rozdělen do tří částí: Plnící komora; sem se přikládá palivo, které se zde vysouší a částečně zplyňuje. Samotné hoření probíhá tryskou ve spodní části plnící komory do druhé části kotle - spalovací komory vyložené šamotem. Odsud jdou spaliny přes výměník, který je třetí částí, do kouřovodu. Popel se po odhoření sesouvá po dně plnícího prostoru a je tryskou strháván do spalovacího prostoru.

K provozu kotle je třeba říct, že zapálení a přikládání probíhá s otevřenou komínovou klapkou. V tomto případě se hoření odehrává v přikládací komoře a spaliny jdou přímo do kouřovodu, tj.kotel hoří jako klasická kamna. Po rozhoření resp. přiložení se klapka uzavře, tím se obrátí směr proudění do dohořívací komory resp. výměníku, jak bylo výše popsáno.

Kotel je vybaven ventilátorem, který dodává jak primární (zplyňovací) tak sekundární (spalovací) vzduch. Vzduch, který jde do plnící komory, je regulován klapkou ovládanou páčkou na čele kotle, spalovací vzduch potom škrcením. Výkon kotle je regulován automaticky podle nastavené teploty vody ve výměníku (v rozmezí 65°C - 90°C).

Tabulka č. 5 : Základní technické údaje kotle VERNER V25

Jmenovitý výkon 

25 kW

Předepsané palivo

suché,chem. neupravené dřevo

Spotřeba paliva při jmenovitém výkonu

7,5 kg

Účinnost kotle

82 - 85 %

Minimální teplota vratné vody

60 °C

Maximální hladina hluku La

54 dB

Obsah plnící komory

130 dm3

Objem vodní náplně kotle

65 l

Celková hmotnost kotle

410 kg

Peletop 5.1:

Krbová kamna Peletop 5.1 jsou lokálním zdrojem tepla nové generace a lze je použít jako:

  • lokální topidlo pro chalupy a chaty;
  • doplňkový zdroj tepla pro rodinné domy vybavené ústředním topením na ušlechtilá paliva;
  • v upravené modifikaci jako krbovou vložku do krbu.

Spalují speciálně vyrobené palivo (peletky vyrobené lisováním za vysokého tlaku z čistých dřevěných pilin), které svojí formou umožňují plně automatické dávkování ze zásobníku do ohniště. Díky tomuto přesnému a plynulému dávkování je možno velmi přesně nastavit ideální spalovací poměry. Teplo uvolněné při spalování se odvádí ze spalovací komory nucenou konvekcí do vzduchu. Studený vzduch je nasáván ventilátorem z místnosti nebo z venkovního prostředí.

Tabulka č. 6:Základní technické parametry:

Tepelný výkon

5,25 kW

Spotřeba paliva

0,99 kg/h

Tepelný výkon snížený

3,50 kW

Spotřeba paliva -snížený výkon

0,66 kg/h

Výhřevnost paliva

18-20 MJ/kg

Obsah zásobníku paliva

24 kg

Doba pro vyhoření zásobníku

24-36 hodin

Hmotnost krbových kamen

85 kg

Teplota spalin ve výstupním hrdle

95-100 °C

Teplota vzduchu na výstupu do místnosti

80-90 °C

Přívod vzduchu - volitelný

Z místnosti/z venku

Rozměry krbových kamen:výška 

760 mm

šířka

620 mm

hloubka

530 mm

Elektrické připojení (běžná zásuvka)

230 V/125 VA

Účinnost spalování 87 %

4. Výsledky

Kotel Verner a kotel TAF 1000

Dne 1.a 2.11. 2000 bylo provedeno měření emisí polychlorovaných dibenzodioxinů a polychlorovaných dibenzofuránů (PCDD a PCDF) ze spalovacího zařízení na piliny ve Svratce, kotel TAF 1000 a v obci Dešná - lokální kotelna na slámu - kotle Verner.

Emise PCDD/DF jsou vyjádřeny rovněž ekvivalentem toxicity (TEQ).

Emise byly proměřovány v souladu se zákonem č.309/91 Sb. a vyhl.117/1997 Sb. resp.97/2000 Sb.

Měřicí místa:
Splňovala podmínky ČSN 12 4070, ČSN ISO 9096.

Metodika ČSN EN 1948 1-3

Zřeďovací metoda, odběr na extrahovaný filtr z polyuretanové pěny (PUF) a předřazený skleněný filtr. Pro stanovení byla použita aparatura pro izokinetický odběr. Hlavní odběrová trasa byla sestavena z vyhřívané izokinetické sondy firmy Gothe s výměnnými hlavicemi a filtrem ze skleněných mikrovláken s účinností záchytu 99,95% testovacího aerosolu 3 mm, dále směšovací komory, filtru skleněného a PUF pěnou, clonkové tratě, plynoměru a zdroje sání. Trasa ředicího vzduchu sestává z plynoměru, clonkové trasy, filtru s PUF pěnou pro odfiltrování okolního ředicího vzduchu, sušidla. Součástí aparatury jsou sady teploměrů a tlakoměrů. Před odběrem byla aparatura vymyta acetonem a toluenem. PUF a skleněný filtr byl v laboratoři 12 hodin extrahován toluenem a sušen. Před expozicí byl PUF a skleněný filtr (předpokládaná záchyt v těchto částech je více než 75%) byl označkován vzorkovacími standardy pro stanovení výtěžnosti. Výsledná výtěžnost vzorkovacích standardů musí být vyšší než 50%.

Použité vzorkovací toxické standardy:

13C12 - 2,3,4,7,8 PeCDF

9.25 ng

13C12 - 1,2,3,7,8,9 HxCDF

10.71 ng

Vzorky pro stanovení PCDD/DF jsou zpracovány v laboratoři po přídavku známých vnitřních standardů C13 (extrakční a nástřikové standardy) a stanoveny na přístroji GC-MS. Výsledkem je koncentrace 2,3,7,8 substituovaných tetra až deka CDD a CDF, které jsou vyhodnoceny podle příslušné toxicity a vyjádřeny pomocí mezinárodního ekvivalentu toxicity (I-TEF = International toxicity equivalence factor jako TEQ).

Doprovodným údajem je výtěžnost vzorkovacích standardů stanovená na základě identifikace extrakčních standardů.

Výsledkem měření jsou hmotnostní koncentrace emisí za referenčních podmínek /K/ (normální stav t.j. 0°C, 101,325 kPa, suché spaliny, obsah kyslíku 11 %obj.) a emisní toky /Es /.

Mezi emisními parametry jsou tyto vztahy:

Kss =

Ks.100 . /100-w/-1 

[mg.m-3]

K =

Kss /21-OB /./21-OM/-1

[mg.m-3]

VspNs =

VspN./100-w/.100 -1

[m3.h-1]

Es =

Ks.VspN.10-6

[kg.h-1]

nebo

Es =

Kss.VspNs .10-6

[kg.h-1]

kde:

Kss =

koncentrace složky v suchých spalinách

[mg.m-3]

K =

Kss přepočtená na zadaný obsah kyslíku

[mg.m-3]

w =

vlhkost spalin přepočtená na normální stav

[%obj.]

OM =

měřený obsah kyslíku

OB =

zadaný obsah kyslíku 11

[%obj]

Es =

hmotnostní tok složky ve spalinách

[kg.h-1]

VspN =

objemový tok spalin za norm. stavu

[m3.h-1]

VspNs =

objemový tok suchých spalin za norm. stavu

[m3.h-1]

Emise jsou vyhodnoceny jako průměr za celou dobu měření (t.j. 6 hodin).

Hmotnostní koncentrace Svratka (0°C, 101.325 kPa, suchá, 11%O2 )

PCDD + PCDF 

ng.m-3

135,6

TEQ - K 

ng.m-3

3,7

Hmotnostní koncentrace Dešná (0°C, 101.325 kPa, suchá, 11%O2 )

PCDD + PCDF 

ng.m-3

131,3

TEQ - K 

ng.m-3

4,1

Kotel Verner V 25

Měření bylo provedeno s briketami a v jeho průběhu se uskutečnil odběr vzorku spalin pro stanovení PCDD/F. Detailní zastoupení jednotlivých kongenerů ukazuje příloha , celková suma TEQ v ng/Nm3 je 7,1. Limitní hodnota pro spalovny komunálních tuhých odpadů je 0,1 ng/ Nm3. To může být zaviněno teplotou spalin, která se v průběhu celého spalovacího procesu pohybovala v rozmezí 260°C - 400°C, což je teplota optimální pro průběh syntézy de-novo. Také materiál briket tvorbu PCDD/F pravděpodobně podpořil. Brikety byly v podstatě slisované piliny, v průběhu spalovacího procesu mohlo tedy docházet ke strhávání relativně velkého množství malých částic aktivního uhlíku, jejichž povrch sloužil jako katalyzátor syntézy PCDD/F.

 Tabulka č. 7: STANOVENÍ PCDD/F, BRIKETY

Toxické kongenery

pg/Nm3

2,3,7,8 TeCDD

561

TeCDD ostatní

7790

1,2,3,7,8 PeCDD

2123

PeCDD ostatní

11080

1,2,3,4,7,8 HxCDD

1160

1,2,3,6,7,8 HxCDD

1559

1,2,3,7,8,9HxCDD

1126

HxCDD ostatní

9734

1,2,3,4,6,7,8 HpCDD

5440

HpCDD ostatní

4995

OCDD

3951

2,3,7,8 TeCDF

8779

TeCDF ostatní

101133

1,2,3,7,8 PeCDF

3957

2,3,4,7,8 PeCDF

3819

PeCDF ostatní

58623

1,2,3,4,7,8 HxCDF

7635

1,2,3,6,7,8 HxCDF

8833

1,2,3,7,8,9 HxCDF

564

2,3,4,6,7,8 HxCDF

995

HxCDF ostatní

49030

1,2,3,4,6,7,8 HpCDF

20807

1,2,3,4,7,8,9 HpCDF

2998

HpCDF ostatní

7841

OCDF

7643

S celkem PCDD a PCDF (pg/Nm3)

332177

TEQ (pg/Nm3)

7099

Hodnoty jsou přepočteny na 11 obj.% O2

Peletop 5.1

Měření bylo provedeno s peletami a v jeho průběhu se uskutečnil odběr vzorku spalin pro stanovení PCDD/F. Celková suma TEQ v ng/Nm3 je 4,5. Limitní hodnota pro spalovny komunálních tuhých odpadů je 0,1 ng/ Nm3 byla výrazně překročena Hodnoty PCDD/F byly také ovlivněny obsahem chlóru, který byl stanoven při elementární analýze na 0,11 % hmot.

5. ZÁVĚR

Předložené výsledky ukazují v oblasti měřených prioritních polutantů následující skutečnosti:

Skupina PCDD-PCDF (polychlorovaných dibenzodioxinů a dibenzofuranů)

vykazuje ve všech případech překročený stanovených limitů pro spalovny komunálních odpadů, které jsou v dnešní době jediným vodítkem. Vyjádřeno v TEQ se jedná o 3,7 ng /m3 - kotel TAF 1000, 4,1 ng /m3 - kotel Verner - kotelna Dešná, 7,1 ng /m3 - kotel Verner V 25, 4,5 ng /m3 - krbová kamna Peletop 5,1. Tyto hodnoty v porovnání se zákonným limitem pro spalovny odpadů 0.1 ng/m3 TEQ jsou 40 x a více vyšší. Vzhledem k tomu že se jedná o nejnebezpečnější skupinu prioritních polutantů je třeba této skutečnosti věnovat zvýšenou pozornost.

I z těchto minimálních experimentálních údajů lze již nastínit oblast problémů které tuto oblast spalování čekají.

Jak ukazují výsledky měření není emise těchto látek příliš závislá na typu paliva. Podstatné snížení emise těchto látek bude s největší pravděpodobností možné hlavně úpravou spalovacích podmínek a konstrukcí spalovacího zařízení. Zhruba řádové překročení emisního limitu pro tyto látky není zásadní a dává oprávněný předpoklad k úspěšnému technickému řešení na jejich snížení pod emisní limit.

Za odbornou pomoc a cenné rady bychom rádi poděkovali Doc. Ing. Františku Hrdličkovi, CSc a kolektivu techniků Fakulty strojní ČVUT.

6. Literatura

  1. Luděk Brož: Co jsou to dioxiny
  2. Ing. Jiří Mitera, CSc., Polychlorované dibenzodioxiny a dibenzofurany, 1993, Sborník referátů - Specifické organické látky
  3. Huang H., Buekens A.: De novo synthesis of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans, Sci. Total Environ. 193 (1996) 121-141
  4. Launhardt T., Thoma H.: Investigation on organic pollutants from a domestic heating system using various solid biofuels, Chemosphere 40 (2000) 1149-1157
  5. Cheremisinoff N.P.: Wood for Energy Prodiction, Ann Arbor Science, Michigan 1980, str. 31-91

Článek: Tisknout s obrázky | Tisknout bez obrázků | Poslat e-mailem

Související články:

Biomasa - energie minulosti, současnosti i budoucnosti
Jsme pevně přesvědčeni, že spalování biomasy neohrožuje zdraví lidí dioxiny (PCDD/F)
Ekologická hlediska spalování biomasy
Spalování biomasy s ohledem na životní prostředí a zdraví lidí
Spalování biomasy a tvorba PCDD/F

Zobrazit ostatní články v kategorii Spalování biomasy

Datum uveřejnění: 7.8.2002
Poslední změna: 4.8.2002
Počet shlédnutí: 13655

Citace tohoto článku:
KOUTSKÝ, Martin, MACHNÍKOVÁ, Eva, HENKEL, Martin, DITTRICH, Martin, VOŠTA, Jan: Emise při spalování biomasy. Biom.cz [online]. 2002-08-07 [cit. 2019-06-18]. Dostupné z WWW: <https://biom.cz/cz/odborne-clanky/emise-pri-spalovani-biomasy>. ISSN: 1801-2655.

Komentáře:
ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto