Znečištění ovzduší

8.4.2.8

Znečištění ovzduší

Ing. Vítězslav Šťastný, CSc. a kolektiv

Pod pojmem exhalace se rozumí obecně všechny látky, které jsou antropogenní činností emitovány do ovzduší. Emise jsou exhalace v ovzduší, které nevstoupily s ovzduším v reakci. Jakmile dojde k interakci s atmosférou, dojde k jejich kvalitativním změnám a mění se na imise.

 NahoruEmise škodlivin

Spalováním fosilních paliv, v závislosti na druhu, složení a přítomnosti dalších příměsí a místě původu, vzniká řada tuhých a plynných, potenciálně škodlivých látek. Z nich nejvýznamnější jsou oxid uhličitý, tuhé částice různých velikostí, vodní pára, oxidy síry (SO₂, SO₃) a dusíku, organické sloučeniny a stopové prvky (největší obavy vyvolávají As, Cd, Cr, Hg, Pb, Mn, V, F a Be). Množství, v jakém jsou tyto látky emitovány do ovzduší, závisí na množství a vlastnostech paliva, technologickém zařízení, řízení spalovacího procesu a na účinnosti zařízení k jejich odstraňování ze spalin, pokud jsou k dispozici.

 NahoruTvorba oxidů síry (SO2)

Síra, která přichází s uhlím do ohniště, je vystavena řadě reakcí a přechází do různých složek spalin. Obecné rozdělení jednotlivých podílů síry je schematicky znázorněno v obr. 1.

Obr. 1 Bilance síry kotle

V obr. 1 je 1 síra v popelu, 2 síra prchavá, 3 síra přivedená palivem do kotle, 4 síra ve spalinách (SO₂, SO₃), 5 síra v popílku, 6 síra ve škváře, 7 síra v nánosech, 8 síra v produktech koroze.

Dominantní část síry přechází přímo do spalin, část zůstává vázána na tuhé spaliny, část ulpívá na výhřevných plochách kotle a vyzdívce v nánosech a část reaguje přímo s materiálem výhřevných ploch (koroze). Uvažuje-li se velikost jednotlivých podílů, je zřejmé, že v bilanci síry při ekologickém posuzování můžeme zanedbat množství síry v nánosech a v produktech koroze. Prakticky se určuje bilance síry za předpokladu, že veškerá síra z uhlí přechází jednak do spalin ve formě oxidů síry, jednak do tuhých zbytků po spalování.

 NahoruVznik SO2

Oxid siřičitý SO₂ vzniká při spalování fosilních paliv oxidací síry vzdušným kyslíkem. Koncentrace oxidu siřičitého ve spalinách závisí především na množství síry v palivu

S (palivo) + O₂ (vzduch) → SO₂ (plynné spaliny)

Zhruba 1 až 2 % vytvořeného oxidu siřičitého podléhá přímo v kotli další oxidaci na oxid sírový SO₃

2 SO₂ (plynné spaliny) + O₂ (vzduch) → 2 SO₃ (plynné spaliny)

a spolu s SO₂ se označují jako oxid síry SO_x.

V atmosféře je oxid siřičitý na rozdíl od oxidů dusíku NO_x odolný vůči UV (ultrafialovému) záření a dochází zde pouze k jeho oxidaci na oxid sírový SO₃ a k následné tvorbě kyseliny sírové H₂ SO₄, která se při vodních srážkách dostává na zemský povrch.

2 SO₂ (atmosféra) + O₂ (vzduch) → 2 SO₃ (atmosféra)

SO₃ (atmosféra) + H₂ O (atmosféra) → H₂ SO₄

 NahoruTvorba oxidů dusíku (NOx)

Spaliny z kotle obsahují převážně oxid dusnatý NO (asi 95 % z celkového množství NO_x) a oxid dusičitý NO₂, které se souhrnně označují NO_x.

Podle dosavadních znalostí existují tři mechanismy vzniku NOx (obr. 2)

 NahoruVznik NOx

Obr. 2 Vznik NOx v závislosti na teplotě

• Oxidací dusíku, který je chemicky vázán v palivu, tzv. palivový NO

N (palivo) + ¹ /₂ O₂ (vzduch) → NO (g)

Tvorba palivových oxidů dusíku nezávisí na teplotě, ani na vlastnostech sloučenin dusíku v palivu, ale především na koncentraci kyslíku a době pobytu ve spalovacím prostoru, kde je přítomen kyslík

• Oxidací dusíku, obsaženého ve vzduchu vstupujícího do ohniště kotle, vzniká termický NO

O (g) + N₂ (vzduch) → NO (g) a N (g) reakce 1

N (g) + O₂ (vzduch) → NO (g) + O (g) reakce 2

Termický NO vzniká z molekulárního dusíku, především ze vzduchu. Vznik termických oxidů je silně závislý na teplotě, reakce začíná probíhat nad teplotou 1 200 až 1 300 °C.

• Oxidací dusíkatých meziproduktů v plynné fázi → tzv. okamžitý (promptní) NO

V průmyslových spalovacích zařízeních je podíl vzniku promptního NO zanedbatelný.

U kotlů s fluidním spalováním dochází k produkci oxidu dusného N₂ O (rajský plyn). který způsobuje redukci ozónu ve vyšších vrstvách atmosféry reakcemi

N₂ O + O → 2 NO; NO + O₃ = NO₂ + O₂ a tím přispívá ke vzniku skleníkového efektu a podílí se na změnách klimatu.

 NahoruTvorba emisí CO2 a CO

Spalováním fosilních paliv vzniká hlavní plynná složka oxid uhličitý CO₂

C (palivo) + O₂ (vzduch) → CO₂ (spaliny)

Vznik CO₂ podle této reakce je podstatou spalování fosilních paliv, při které dochází k uvolnění…