UNI I R E C E T O X SCI E0270 TECHNOLOGIE A NÁSTROJE OCHRANY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ Technologie pro zajištění čistoty ovzduší II RNDr. Mgr. Michal Bittner, Ph.D. Odlučování tuhých částic Odlučování tuhých částic Technicky většinou dobře řešitelné Emise tuhých částic: ^> opracování kamene ^> zpracování zeminy ^> metalurgie ^> energetika Odlučování tuhých částic Nežádoucí: ^> Spalovny - ekologicky ^> Chemicky průmysl - technologicky Důležité vlastnosti: ^> velikost - 0,01 - 1000 |im ^> částice jedné velikosti - mono-disperzní systém - výjimečně ^> částice různé velikosti - polydisperzní systém Odlučování tuhých částic Princip třídění Postupné vynášení částic ze základního souboru plynem nebo kapalinou o postupně zvyšované rychlosti Prach Koncentrace, měrná hmotnost, lepivost, abrasivost Odlučovače Tvar částic, měrný povrch, permitivita, elektrický náboj a odpor, smáčivost, explozivnost... Odlučování tuhých částic Přehled používaných technik k omezení tuhých znečišťujících látek. Techniky omezení tuhých emisí elektrostatický odlučovač (EO) suché EO EO za tepla mokré EO EO za studena tkaninový filtr zevnitř ven zvenku dovnitř cyklonový odlučovač zpětný vzduch vyprázdnění otřesy skrubr Venturi proudové rázy Nomax skelné vlákno teflon jiný materiál mokrý odlučovač (skrubr) skrubry s pohyblivým ložem kombinace SO2 / částice mokrá vápencová vypírka mokrá vápenná vypírka Odlučování tuhých částic mechanicko odlučovače cyklonové odlučovače (jednotlivé cyklony, skupinové cyklonové odlučovače a multicyklony pro hrubé prachy u roštových kotlů, předodlučovač hrubých příměsí před dalším stupněm odlučování (nízká odlučivost) suché rotační odlučovače vírové odlučovače s obvodovým zrychlením (typ Huriclone) odsávací jednotky nižších výkonů suché odlučovače se sypanou zrnitou vrstvou pro nepříznivé provozní podmínky Mokré mechanické" odlučovače ■ mokré vírníkové odlučovače menší jednotky pěnové odlučovače absorbéry (zachycují i plynné látky) mokré odlučovače se zrnitou vrstvou pro nepříznivé provozní podmínky mokré hladinové odlučovače použití v metalurgii mokré odlučovače typu Venturi (osové nebo štěrbinové) vysoká odlučivost, vysoká spotřeba energie mokré rotační odlučovače u odsávacích jednotek Elektrostatické odlučovače: ■ '" 'ľ'.'l'"""" :. " ''"ľ.;' trubové elektrostatické odlučovače u nás se nepoužívají horizontální komorové elektrostatické odlučovače nejčastější použití v elektrárnách a u jiných velkých zdrojů, vysoká odlučivost vertikální komorové elektrostatické odlučovače speciální případy mokré elektrostatické odlučovače speciální případy Textilní (látkové) filtry hadicové textilní filtry pro nároky na ne jvyšší odlučivosti, běžně se používají u malých i velkých zdrojů kapsové textilní filtry klínové textilní filtry dnes se již nepoužívají Odlučování tuhých částic Zařízení: ^> Odlučovače mechanické — suché, mokré ^> Odlučovače elektrické — suché, mokré ^ Filtry r Účinnost odlučovačů: Celková odlučivost — váhová % odloučeného prachu + celkové množství prachu Frakční odlučivost — odloučení určité frakce o určité velikosti Me2 odlučivosti — rozměr částice, P50, kdy je frakční odlučivost rovná 50% 0.O11 0.05 OJ 0.5 1 2 5 10 20 100 partie Ic si/c (mm i Figuře 2.5.2 Comparisotl of diflercnt dust piirtidc- sopannion systerna Záchyt tuhých příměsí 1) Mechanické Usazovací komory - gravitace - nepoužívají se < 70% Vírové odlučovače - využití odstředivé síly - cyklony - 80% -universální - neschopnost odloučit velmi jemné frakce <2 -10 |im Multi cyklony: ^> Žaluziové ^> Mokré - hladinové 80 - 99% ^> Vírníkové Venturiho pračka - 99,9% Engineering in a Minute (EiM) How Cyclone Separator Works (EiM series) w r Záchyt tuhých příměsí 2) Elektrostatické — využití přitažlivých sil mezi elektricky nabitými částicemi prachu a opačně nabitou sběrací elektrodou - 99,9% 3) Filtry - 99,9% Elektrostatické odlučovače tmavě modře jsou znázorněny nabíjecí elektrody, nabité částice popílku jsou přitahovány na červené desky Elektrostatické odlučovače popily Elektrostatické odlučovače Elektrostatický odlučovač popílku uhelné elektrárny Nový zdroj 660 MW Ledvice 991 zhlédnutí - 16. 9.2016 ^5 ^ NELÍBÍ SE & SDÍLET ~+ ULOŽIT (T) POPIS Záchyt tuhých příměsí (3) Filtry ^> Keramické - dočisťovaní plynů s nízkým obsahem tuhých příměsí ^> Látkové - hadicové - hadice z filtrační látky, různé délky a průměru - kapsové - kapsy s drátěnou vložkou Záchyt tuhých příměsí Regenerace zaprášené látky (pro oba typy) ^> filtry se zpětným profukováním čistým plynem, a to za chodu nebo při odstavené komoře ^> filtry s mechanickým oklepávaním příp. se zpětným profukováním za chodu nebo při odstaveném filtru ^> filtry s regeneraci vibracemi mechanickým zdrojem nebo ultrazvukem ^> filtry s regeneraci stlačeným vzduchem za chodu nebo v klidu Plošné zatížení filtru - objem plynu za minutu prošlý 1 m2 plochy filtru S rostoucím zatížením roste tlaková ztráta Možné plošné zatížení filtru závisí také na způsobu regenerace ~ 0,4 - 2 m3.m'2.min_1 Compressed air manifold Diaphragm valve OUTLETGAS (^ Access door Jet tube DIRTY GAS INLET Distribution baffle Pulse-Jet cleaning Injection tube Cell plate Filter bags - Bag Cages - Rotary valve DUST DISCHARGE m 24 00 0 20 000 16 00O 12 00O 8 000 4 000 Vývoj emisí TZL v letech 1976 - 2021 v ETU 2 krt tn o 05 kD 58 m iJ-i r--| / ^ a s s ■V Li 2 *i iů rn r** *T sjr> m rsj O Ol i—t ^ (u s - - S 3 3 s 2 s * ~ a s si = řVJ rO r*n O-l r--J ETU2 roíníemtseTZL[t] ——výroba elektrické energie (GWh] r*- oo ^ gggggsssss. Snižování emisí z dopravy _ v Emise Nox v CR z dopravy i i íhmů 1A1a - Veřejná energetika a výroba tepla 1 A3biii - Silniční doprava: Nákladní doprava nad 3,5 tuny 1A4cii - Zemědělstvi; lesnictví, rybolov: Nesilriični vozidla a ostatní stroje 1 A3bi - Silniční doprava: Osobní automobily 1 A2fi - Spalovací procesy v průmyslu a stavebnictví: Ostatní průmyslové procesy 1 A2c - Spalovací procesy v průmyslu a stavebnictví: Chemické produkty 1A1c - Zpracování uhlí (výroba briket a koksu, zplyňování uhlí) 1 A2a - Spalovací procesy v promyslu a stavebnictví: Železo a ocel 1 A4ai - Služby / instituce: Stacionární spalovací zdroje Ostatní Obr. IV.3.12 Podíl sektorů NFR na emisích NOx v roce 2012 Emise tuhých částic v CR ■ 1A4bi - Lokálni vytápění domácnosti ■ 3Dc - Polní práce (orba, sklizeň apod.) 1A1a - Veřejná energetika a výroba tepla ■ 1B1 a - Fugitivni emise z pevných paliv: Těžba a manipulace s uhlím 1 A4cii - Zemědělství lesnictví, rybolov: Nesilnični vozidla a ostatní stroje ■ lA3bvi - Silniční doprava: Otéry pneumatik a brzd m 2A5a • Těžba nerostných surovin (mimo uhli) ■ 1A3biii - Silniční doprava: Nákladní doprava nad 3.5 tuny 3B4gii - Chovy hospodářských zvířat • Chov broilerú ■ 3B4gi * Chovy hospodářských zviřat- Nosnice 1 A3bvii - Silniční doprava: Abraze vozovky ■ 1A3bi - Silniční doprava: Osobni automobily 3B3 - Chovy hospodářských zvířat - Chov prasat ■ 2C1 - Výroba železa a oceli Ostatní ■ 1A4bi - Lokálni vytápěni domácností 1A1a • Veřejná energetika a výroba tepla 1A4di - Zemědělství, lesnictví, rybolov: Nesilnični vozidla a ostatní stroje ■ 1A3biii - Silniční doprava: Nákladni doprava nad 3.5 tuny ■ 1 A3bi - Silniční doprava: Osobni automobily ■ 1A3bvi * Silniční doprava: Otéry pneumatik a brzd ■ 2A5a - Těžba nerostných surovin (mimo uhlí) ■ 3Dc ■ Polní práce (orba, sklizeň apod.) 1A3bvii • Silniční doprava: Abraze vozovky ■ 2C1 - Výroba železa a ocel m Ostatní Obr. IV.1.17 Podíl sektorů NFR na celkových Obr. IV.1.19 Podii sektorů NFR na celkových emisích PM10, 2015 emisích PM2,s, 2015 EMISE SKLENÍKOVÝCH PLYNU V EU PODLE SEKTORU DETAILNE Celkové emise EU* za rok 2019 Nezobrazujeme emise z lesnictví a využití půdy, více v doprovodném textu. Jiné 0,2 % Odpadové hospodářství 3,0% Průmyslové procesy (výroba) i— Úniky při těžbě paliv 1,8 % / /— Výroba a úprava paliv 1,0 % ÉfJ Zemědělství Spalování v průmyslu Spalování v domácnostech, institucích a zemědělství Co znamená C02eq? Zatímco energetika, doprava a další oblasti, v nichž je zásadní spalování, produkují přímo emise COz, v zemědělství a odpadovém hospodářství jde především o emise metanu (CH4) a oxidu dusného (N20). Ty se přepočítávají na množství oxidu uhličitého, které by mělo stejný oteplující efekt (ekvivalent C02). Výroba elektřiny a tepla 20,5 % Zpracování ropy 2,7 % Automobilová doprava 13,0 % kladní a autobusová doprava 8,0 % Letecká doprava 4,0 % Jiná doprava 1,0 % VERZE 2022-07-14 LICENCE CC BY 4 0 více info na faktaoklimatu.cz/emise-eu-detail * Jde o emise EU-27, tj. zemí, které byly k roku 2021 členy EU. zdroj dat: Evropská agentura pro životní prostředí EMISE C02VEU Vývoj emisí C02 v jednotlivých odvětvích (1990-2016) 150% 125% 100% 1990-100% 1995 2000 2005 2010 20152016 Energetika Doprava Průmysl* ©Bydlení © ggg^^nictví, *Výroba a stavebnictví EMISE C02 PRODUKOVANÉ V DOPRAVĚ Podíl emisí podle druhu dopravy (2016) Letecká 13,4% Železniční 0,5% Námořní 13,6% Ostatní 0,5% Exhalace v dopravě Zážehové x vznětové x elektrické motory Exhalace v dopravě EMISE C02 PRODUKOVANÉ V DOPRAVĚ Škála emisí C02 v životním cyklu různých druhů vozidel a paliv (2014) Benzín Nafta i 1 Elektřina z obnovitelných zdrojů Elektřina z různých zdrojů (průmér v EU) Elektřina pocházející pouze ze spálová ní uhlí (orientačně) ittd 50 100 150 200 250 300 350 g/km Výroba a likvidace vozidel Výroba paliva | (02 z výfukových plynů LCA automobilů Natural resources Energy Crude oil production Additives production Steel production Aluminum production Plastics production Other materials production* Energy JL Fuel production Energy Vehicle manufacturing Natural resources" T Recycled materials and waste Energy 1 Production of maintenance products Use of vehicle I Waste Energy End of vehicle life T Reused parts, recycled materials, and waste *For example: rubber, lead, glass, paints, and coolants. Figure 10-12 Important input and output components in life cycle assessments of motor vehicles. (Source: M. Freemantle. Total life-cycle analysis harnessed to generate "greener" automobiles. Chemical & Engineering News November 27, 1995: 25.) Exhalace v dopravě Automobilová doprava - dominantní 70 % Největší znečišťovatel ~ 3 mld automobilů 1 vozidlo ~ 12 t škodlivin ročně ~ 700 kg CO 100 kg HCs 35 kg NOx PAHs, Pb, RCHO Zážehové motory - Spalování benzínu - směs paliva a vzduchu je nejprve ve válci stlačena a pak zapálena elektrickou jiskrou: ^> karburační - směs se připravuje při plnění válce (od 1992 se v EU nepoužívají) ^> vstřikovací - palivo se vstřikuje do komprimovaného vzduchu ve válci na začátku komprese 14,5 - 15 kg vzduchu na spálení 1 kg paliva Nedokonalé spalování ^RH, CO Oxidace ^ RCHO, NOx Vysoká T, p «=> PAHs Vznětové motory - Spalování nafty, dieselové motory - nemají karburátor ani elektrickou iniciaci - zapálení paliva - vstřikování do stlačeného vzduchu, jehož teplota kompresí dosáhla meze zápalnosti. Nutný vysoký přebytek vzduchu: - přebytek cca 20 % - nedokonalé spalování = tvorba sazí - přebytek cca 600 % - dokonalejší spalování = více NOx Zážehové motory Vliv konstrukce motoru na obsah škodlivin ve výfukových plynech Zážehové motory: I) úprava motoru II) snížení obsahu škodlivin ve výfukových plynech - lze kombinovat III) opatření týkající se změn ve složení paliva I) Úprava motoru: 1. úpravy vedoucí ke zlepšení přípravy palivové směsi 2. zdokonalení zapalování 3. recirkulace výfukových plynů temperature T. pressure /'. humidity idii lure formation .air ratio ignition exhaust gas return, temperature T. pressure P. flow rate crunkcasc ventilation post-combustion. reactors, catalytic convener. exhaust gas caamer-pressure 1. Parameters influencing exhaust gas composition NO*HC 440 401 t, 360 320 J20O 1 2800 o' 2400 2000 1600 1200 800 400 0 1 H H \ — 'J H I i - \ t i () 2 360 320 280 240 200 160 120 80 40 0.9 1.0 I.I 12 1.3 1.4 2. Air ralio and exhaust gas emissions with combustion engines calalyscr metal houštin: catalytic-ally active layer (precious metals Pi. Rh I . acMivity-incrcasing additives I promoters! interniediale laser I wash coal' 4, Construction of calalyscr figure 2.5.11 Automobile exhaust and its cleaning ii Id o.os limited particles total hydrocarbons nitrogen oxides- carbon monoxide composition, properties, additives method i>' mi xture addition, temperature, pressure number of cylinders, piston capacity, stroke bore ratio, compaction ratio, combustion chamber shape. flov«. turbulence, valve control times, residues, cooling not limited - other - aldehydes and ketones - hydrogen sulphur dioxide _ 1 3. Exhaust gas components H< ,IIKl CO Ci 'TIS. .'Is..... IIX-' other reactions SO; * -! Oi jwCOj +-ÍHjO COj*(2+4)H3 CO: COz + M] JNí+COi + ^N2+-jHjO + mC02 4N. + lljC) SOj - 3 Ms $H2 + NO 2NH,+|o2 NHj + CHi S02 H2S*2 ll;0 NHj + HiO 2N0 + 3HjO IK N - 3 H3 HjO 5. ( 'hcmical reactions in catatyser Exhalace v dopravě Zážehové motory 1. Zavedení vstřikování paliva místo karburátoru ^ zlepšení přípravy palivové směsi ■=> snížení emise RH, CO o 20-50% 2. Optimalizace zapalování ■=> snížení emisí NOx o 20% (při zvýšení spotřeby max. o 3%) 3. Zpětné zavedení spalin do sání ^ snížení C02ve směsi ^ snížení T ■=> snížení tvorby NOx ■=> recyklace 10 - 15% NOx o 30 - 50% ■=> recyklace > 15% ■=> zvýšení spotřeby emise RH a zhoršení jízdních vlastností Zážehové motory 300 200 too um n vodík v *r saj ku H( C [fffclll ACt f \ 1 Obr.29. Vliv recirkulace výfukových plynů na jejich složeni Exhalace v dopravě Opatření na straně výfukových plynů Zážehové motory Termická následná oxidace - prodloužení prodlevy plynů ve výfukovém systémů při co nejvyšší T přítomnosti přebytku 02 ^ snížení CO, HCs ■=> obtížné zachování dostatečně vysoké T ■=> nízká účinnost - 30 - 50% Již se nepoužívá Zážehové motory - Opatření na straně výfukových plynů Katalytická likvidace škodlivin Dopálení CO, RH, NOx Redukce NOx pomocí RH, CO + oxidace zbytku kyslíkem Často spojeno v jeden třícestný katalyzátor X = poměr palivo/vzduch regulace pomoci A,—sondy - čidlo citlivé na obsah 02 ve výfukových plynech * * w •j # f 1 / 1 3 il i -já f 4 t ■ 0 / 4 SN o z f t f t \ S < I ^1 I m * * O U <Ľ a. < \/ T i 1 * u O u --V 1 1 (•<«> "ON ■"-i----1-'-■ i 3 SE 3 i 2 1 ! 3 i i i a i i • a -i i ... , i____J IMS* Obr.30. Účinnost třícestného katalyzátoru v závislosti na lambda Signál ovládá minimálním zpožděním přípravu palivové směsi Katalyzátor - keramika voštinového typu, potažená aluminou, impregnovanou vlastním katalyzátorem - směs Pt + Rh - účinnost 80 000 km Bezolovnatý benzín (dnes již jiné prakticky nedostupné) Zážehový motor - třícestný katalyzátor VZDUC^ PALIVíF* ^j/iVZDUCH <. f .ft- t 5; '^V';"í"-r>-- obr.31. Princip funkce třicest.katalýzatoru s dvojitým íožam i í * í. i 1 - motor ••) 2 - elektromechanický karburátor 3 - elektronický řídicí modul 4 - n-sonda ' 5 - třícestný katalyzátor s dvojitým ložem 6 - vzduchové dmychadlo w ''■ '•' • r. f ■ Zážehový motor - třícestný katalyzátor 0 MOTORSERVICe 2 CO + 02 -> 2 C02 2 NO + 2 CO -» N2 + 2 C02 2 C2H6 + 7 02 -»4 C02 + 6 H20 s to minimise the raw emissions B O Q □ How the 3-way catalytic converter and lambda sensor work 17lS0zhlednuti ■ 31. 3. 2020 Ů 130 CjD NELÍBÍ SE & SDÍLET g< KLIP =+■ ULOŽIT (T) POPIS Vznětové motory Vznětové motory (diesel, naftové) Emise škodlivin = funkce (konstrukce spalovací komory) ^> osobní - motory s tlakovou předkomůrkou ^> nákladní - přímý vstřik paliva do válce ■=> nižší spotřeba, vyšší emise, hlučnost Turbomotory - přeplňovaný vznětový motor Spalovací vzduch je vháněn pod tlakem pomocí turbodmychadla hnaného energií výfukových plynů Příznivější spotřeba, snížení emisí Vznětové motory Další snížení změny konstrukce motoru Motory s předkomůrkou ^ snížení NOx recirkulace části spalin Omezení nárůst emisí HCs, sazí Filtr pevných částic regulující emise sazí Diagnostické metody a anylýzy Filtry částic vznětových motoru (DPF/FAP) - Víte jak skutečné"fungují? 181 649 tfj 688 $ gfLIBI SDÍLET §C KLIP ~+ ULOŽIT © POPIS Vznětové motory Další snížení změny konstrukce motoru Motory s předkomůrkou ^ snížení NOx recirkulace části spalin Omezení nárůst emisí HCs, sazí Katalytická redukce NOx u vznětových motorů - nelze - vysoký obsah 02 ve výfukových plynech Řešení — katalytická redukce NOx reakcí s močovinou Acblue CZ Co je AdBlue a jak funguje? GreenChem CZ 4796 zhlédnutí - 26. 5. 2015 q^j 20 nelíbí se ^> sdílet §c klip =+ uložit (7) popss