41

Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření
Page 2: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření
Page 3: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství

Energetický ústav

Akademický rok: 2014/2015

ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE

student(ka): Blanka Hynková

který/která studuje v bakalářském studijním programu

obor: Energetika, procesy a životní prostředí (3904R032)

Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se

Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma bakalářské práce:

Měření prachových částic (TZL)

v anglickém jazyce:

Measurement of particulate matter (PM)

Stručná charakteristika problematiky úkolu:

Cílem práce je popis pracovního postupu měření TZL včetně experimentálního ověření

na zkušebně.

Cíle bakalářské práce:

1. rešerše na téma kotle na pevná paliva malých výkonů

2. popis problematiky odebírání TZL

3. experimentální ověření na zkušebně

Page 4: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

Seznam odborné literatury:

Norma ISO 9096

Norma ČSN EN 303 - 5

Výpočty kotlů a spalinových výměníků, Doc. Ing. Tomáš Dlouhý, CSc.

Page 5: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

MĚŘENÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI

ABSTRAKT

Bakalářská práce obsahuje rešerši na téma kotle malých výkonů na tuhá paliva. Dále se

zabývá měřením prachových částic, je zde popsán postup při odebírání TZL, který je pak

ověřen na zkušebně a doplněn výpočty.

KLÍČOVÁ SLOVA

kotle malých výkonů, tuhá paliva, prachové částice

ABSTRACT

This bachelor’s thesis contains facts about small heating boilers for solid fuels. It deals with

measurement of particular matter, it describes process of removing PM, which is checked in

the test room and calculations are added.

KEYWORDS

small heating boilers, solid fuels, dust

Page 6: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření
Page 7: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

MĚŘENÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE

HYNKOVÁ, B. Měření prachových částic (TZL). Brno: Vysoké učení technické v Brně,

Fakulta strojního inženýrství, 2015. 41 s. Vedoucí bakalářské práce Ing. Otakar Štelcl.

Page 8: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření
Page 9: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

MĚŘENÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ

Prohlašuji, že tato práce je mým původním dílem, zpracovala jsem ji samostatně pod vedením

Ing. Otakara Štelcla a s použitím informačních zdrojů uvedených v seznamu.

V Brně dne 25. května 2015 …….……..…………………………………………..

Blanka Hynková

Page 10: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření
Page 11: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

MĚŘENÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI

PODĚKOVÁNÍ

Ráda bych poděkovala Ing. Davidu Jechovi, Ph.D. a vedoucímu mé bakalářské práce

Ing. Otakaru Štelclovi za cenné rady a čas, který mi věnovali při vypracování této práce.

Page 12: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření
Page 13: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

13

MĚŘENÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI

Obsah

1 Úvod .................................................................................................................................. 15

2 Kotle malých výkonů na pevná paliva .............................................................................. 16

2.1 Části kotle................................................................................................................... 16

2.2 Rozdělení kotlů .......................................................................................................... 18

2.2.1 Dělení kotlů dle použitého materiálu .................................................................. 18

2.2.2 Dělení kotlů dle technologie spalování ............................................................... 18

2.2.3 Dělení kotlů dle způsobu přikládání paliva ........................................................ 19

2.2.4 Dělení kotlů dle druhu spalovaného paliva ......................................................... 19

2.3 Pevná paliva ............................................................................................................... 20

2.3.1 Pevná fosilní paliva ............................................................................................. 21

2.3.2 Biomasa .............................................................................................................. 22

2.4 Spalování .................................................................................................................... 23

3 Měření tuhých emisí ......................................................................................................... 25

3.1 Metoda gravimetrická ................................................................................................ 25

3.1.1 ČSN EN 13284-1 ................................................................................................ 25

3.1.2 Podmínky měření ................................................................................................ 25

3.1.3 Potřebná zařízení ................................................................................................. 26

3.1.4 Volba vzorkovacích bodů ................................................................................... 27

3.1.5 Postup měření ..................................................................................................... 28

3.1.6 Výpočty ............................................................................................................... 30

3.2 Metoda radiometrická ................................................................................................ 32

3.3 Metoda optoelektronická ............................................................................................ 32

4 Experimentální měření prachových částic ........................................................................ 33

5 Závěr ................................................................................................................................. 37

Seznam použitých zdrojů .......................................................................................................... 38

Seznam použitých zkratek a symbolů ....................................................................................... 41

Page 14: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření
Page 15: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

15

MĚŘENÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI

1 ÚVOD Znečištěné ovzduší je stále aktuálním problémem, který nelze přehlížet. Látky znečišťující

ovzduší mají negativní dopad na životní prostředí i zdraví člověka, některé z nich jsou

dokonce jedovaté. Za několik posledních let sice došlo k poklesu koncentrace škodlivin

v ovzduší, ale i přesto zůstávají stále vysoké. V některých oblastech ČR dokonce překračují

povolené limity. Snahou je tedy tyto škodliviny minimalizovat, proto vznikají stále nová

nařízení a předpisy, které zpřísňují požadavky na provoz zařízení, která tyto škodliviny

produkují. Jedním ze způsobů, jak se emise dostávají do ovzduší je spalování, zdrojem jsou

tedy spalovací zařízení. Některá, dnes běžně používaná, spalovací zařízení budou za pár let

naprosto nevyhovující a jejich provoz bude zakázán. Abychom zjistili, zda dané zařízení lze

dále využívat, musíme znát množství emisí, jaké produkuje. Emisemi mohou být plyny jako

oxid uhelnatý, oxid uhličitý, oxid siřičitý atd., ale i pevné prachové částice. Pro každý typ

emisí je dána měřicí metoda.

Tato práce pojednává o měření tuhých emisí, které unikají do ovzduší při spalování pevných

paliv a zdrojích těchto škodlivin. První část práce obsahuje rešerši na téma kotle malých

výkonů na pevná paliva. Jsou v ní uvedeny základní informace o kotlích a rozdělení tuhých

paliv. Druhá část je zaměřena na metody zjišťující koncentraci prachu v plynu. Podrobně je

zde popsána manuální gravimetrická metoda, v práci jsou uvedeny podmínky, při jakých se

musí provádět, postup odebírání TZL, potřebná zařízení a postup výpočtu koncentrace prachu.

V poslední části je prakticky vyzkoušen odběr TZL, popsaný v předchozí kapitole. Je doplněn

o výpočty a porovnání s limity emisí dle normy.

Page 16: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

16

BLANKA HYNKOVÁ BRNO 2015

2 KOTLE MALÝCH VÝKONŮ NA PEVNÁ PALIVA Kotel je zařízení, které ohřívá teplonosnou látku tepelnou energií, uvolněnou během spalování

paliva. Při spalování paliva dochází k uvolnění chemické energie vázané v palivu a její

transformaci na energii tepelnou. Ta je potom předávána teplonosnému médiu, kterým může

být voda (kotle teplovodní, horkovodní), pára (kotel parní), vzduch (kotle teplovzdušné) a

další. Kotel může spalovat paliva pevná, kapalná i plynná. Tato práce pojednává o kotlech

malých výkonů na pevná paliva, což by se dalo shrnout jako teplovodní (ohřívají vodu do

110°C) kotle s výkonem do 200 kW, spalující pevná fosilní paliva a biomasu. Tyto kotle se

používají k vytápění a ohřevu užitkové vody v rodinných a bytových domech, středně velkých

výrobních halách apod. Popis kotlů malých výkonů na pevná paliva a požadavky na ně jsou

předmětem normy ČSN EN 303-5 (Kotle pro ústřední vytápění – Část 5: Kotle pro ústřední

vytápění na pevná paliva, s ruční a samočinnou dodávkou, o jmenovitém tepelném výkonu

nejvýše 500 kW – Terminologie, požadavky, zkoušení a značení). Tato norma je v platnosti od

ledna 2013. [1, 2, 3]

2.1 ČÁSTI KOTLE

[2] uvádí jako nejdůležitější části kotle tyto prostory a zařízení:

rošt – podpírá palivo, zajišťuje přívod primárního

vzduchu

spalovací komora – dochází zde ke spalování nebo zplyňování

paliva, zajišťuje přívod sekundárního vzduchu

ohniště – rošt + spalovací prostor, brání šíření ohně do

okolního prostoru

popelník – zachycuje a odstraňuje tuhé zbytky po spálení

kotlové těleso – ohřívá teplonosnou látku

zásobník paliva – skladuje palivo

násypka paliva – přivádí palivo do spalovací komory

spalinové cesty – proudí jimi horké spaliny, které ohřívají

otopnou vodu [2]

odtahové hrdlo – prochází přes něj spaliny do komína,

slouží k připojení kouřovodu [2]

odtahová klapka – „mění průtočný průřez odtahového hrdla

za účelem regulace tahových podmínek

v kotli“ [4]

zatápěcí klapka – „v otevřené poloze umožňuje přímý průtok

spalin do odtahového hrdla“ [5]

Page 17: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

17

MĚŘENÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI

regulátor teploty – „zjišťuje a reguluje teplotu vody v kotli“ [5]

omezovač teploty – kontroluje, aby nebyla překročena maximální

provozní teplota vody v kotli [5]

pojistný výměník tepla – „odvádí přebytečné teplo z kotle, tím omezí

teplotu kotle na požadovanou nejvyšší teplotu“

[6]

hořák – „ zajišťuje trvalé spalování pevného paliva

a umožňuje řídit spalovací děj“ [4]

žáruvzdorná vyzdívka – odděluje kotlové těleso od spalovací

komory

vnější izolace kotle – omezuje únik tepla

Obrázek 1: Základní části kotle [7]

Page 18: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

18

BLANKA HYNKOVÁ BRNO 2015

2.2 ROZDĚLENÍ KOTLŮ

Kotle lze dělit podle následujících kritérií.

2.2.1 DĚLENÍ KOTLŮ DLE POUŽITÉHO MATERIÁLU

litinové kotle – jsou složeny z několika článků. Litina je odolná vůči korozi a

propálení, proto je vhodné tyto kotle používat pro spalování paliv s nízkým

množstvím prchavé hořlaviny (koks, černé uhlí). Litinové kotle mají vyšší

životnost, ale jejich nevýhodou je větší hmotnost a nižší měrný výkon. [2, 8, 9]

ocelové kotle – kotlové těleso je konstruováno jako ocelový svařenec.

2.2.2 DĚLENÍ KOTLŮ DLE TECHNOLOGIE SPALOVÁNÍ

prohořívací kotle – spalování probíhá v celé vrstvě paliva, tzn., že přes ni

procházejí hořlavé plyny a spaliny. Výkon těchto kotlů je ovlivněn

rozžhavenou vrstvou paliva, která se během hoření mění. Vhodnými palivy pro

prohořívací kotle jsou paliva s nízkým obsahem prchavé hořlaviny. [8, 10]

odhořívací kotle – ke spalování paliva dochází jen ve spodní části kotle, takže

hořlavé plyny a spaliny neprocházejí celou vrstvou paliva. Díky přibližně

stejně velké rozžhavené vrstvě paliva během hoření mají tyto kotle stabilnější

výkon než prohořívací kotle, což způsobuje i menší produkci emisí. Nejčastěji

používaným palivem je uhlí a kusové dřevo. [8, 10]

Obrázek 2: Prohořívací a odhořívací kotel [11]

zplyňovací kotle – jedná se o druh odhořívacího kotle, do kterého se spalovací

vzduch přivádí ventilátorem a tím je docíleno vyšší účinnosti. V kotli dochází

k ohřevu a vysušení paliva, tím se z paliva uvolní prchavé složky, které se

smíchají se sekundárním vzduchem a poté shoří ve spalovací komoře.[2, 10]

Page 19: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

19

MĚŘENÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI

Obrázek 3: Zplyňovací kotel [11]

2.2.3 DĚLENÍ KOTLŮ DLE ZPŮSOBU PŘIKLÁDÁNÍ PALIVA

kotle s manuálním přikládáním – palivo se přikládá ručně a také musí být

ručně zapáleno, proto je u těchto kotlů nutná obsluha.

automatické kotle – palivo je automaticky dávkováno ze zásobníku do

spalovací komory. Řízen je i přísun spalovacího vzduchu.

Obrázek 4: Automatický kotel [12]

2.2.4 DĚLENÍ KOTLŮ DLE DRUHU SPALOVANÉHO PALIVA

kotle na tuhá fosilní paliva – spalují uhlí a umělá uhelná paliva

kotle na biomasu – spalují rostlinnou a živočišnou hmotu organického původu

Page 20: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

20

BLANKA HYNKOVÁ BRNO 2015

2.3 PEVNÁ PALIVA

Paliva jsou látky přírodního původu nebo uměle vyrobené, které po zahřátí na zápalnou

teplotu a přívodu dostatečného množství vzduchu hoří. Pevná paliva patří mezi

nejpoužívanější paliva pro energetické účely. [8]

Složení paliva se určuje jeho hrubým rozborem:

(1)

h [%] poměrný obsah hořlaviny v palivu

A [%] poměrný obsah popeloviny v palivu

W [%] poměrný obsah vody v palivu

Hořlavinu lze rozepsat pomocí prvkového rozboru [13]:

(2)

Ch [-] poměrný obsah uhlíku v hořlavině

Hh [-] poměrný obsah vodíku v hořlavině

Nh [-] poměrný obsah dusíku v hořlavině

Oh [-] poměrný obsah kyslíku v hořlavině

Sh [-] poměrný obsah síry v hořlavině

Hořlavina je nejvýznamnější složkou paliva, protože je nositelem tepla, které se uvolní

během spalování. Z předchozí rovnice je patrné, že se hořlavina skládá z uhlíku, vodíku,

dusíku, kyslíku a síry. Mezi aktivní prvky hořlaviny patří uhlík, vodík a síra, protože jejich

oxidací se uvolňuje teplo. Dusík a kyslík jsou prvky pasivní. Hořlavinu lze také dělit na

prchavý a neprchavý podíl. Prchavá hořlavina je plynná látka, která se uvolňuje z hořlaviny

při zahřívání. Paliva s velkým podílem prchavé hořlaviny se snadno vzněcují. Prchavá

hořlavina, která nevyhoří, odchází z kotle se spalinami a tím vzniká ztráta chemickým

nedopalem. Neprchavou hořlavinu představuje tuhý uhlík. [14, 15]

Voda je nežádoucí složkou paliva. Během spalování zvětšuje objem spalin, zvyšuje

komínovou ztrátu, snižuje výhřevnost a spalovací teplotu. Voda také působí problémy při

dopravě paliva (např. v zimě může dojít k zamrznutí vlhkého paliva) nebo může způsobit

korozi částí kotle, pokud spaliny mají větší vlhkost. [14, 15]

Popelovina je směs minerálních látek (např. jíly, karbonáty, sulfidy, sulfáty, oxidy,

křemičitany, uhličitany, atd.). Popeloviny se mohou při spalování nalepovat na teplosměnné

plochy kotle nebo způsobovat abrazi, obojí je nežádoucí. Spálením popeloviny vzniká popel,

ten odchází z kotle ve formě škváry, strusky nebo popílku. Čím více popeloviny palivo

obsahuje, tím je jeho výhřevnost nižší. [13, 14, 15]

Dalšími vlastnostmi tuhých paliv, které nás zajímají, jsou jejich výhřevnost a spalné teplo.

Výhřevnost je množství tepla, které se uvolní dokonalým spálením 1 kg paliva a ochlazením

spalin na 20°C, přičemž voda ve spalinách zůstane ve formě páry.

Spalné teplo je množství tepla, které se uvolnění dokonalým spálením 1 kg paliva a

ochlazením spalin na 20°C, přičemž voda ve spalinách zůstane v kapalné fázi.

Page 21: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

21

MĚŘENÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI

Dle [14] se výhřevnost a spalné teplo vypočítají pomocí těchto vzorců:

(3)

Qs [kJ/kg] spalné teplo

V [kJ/K] vodní hodnota kalorimetru

∆T [K] rozdíl teplot

G [kg] hmotnost paliva

(4)

[kJ/kg] výhřevnost

r [kJ/kg] průtok vzorku stažený na skutečné stavové podmínky v potrubí

Wr [-] obsah vody v palivu

H2 [-] obsah vodíku v surovém palivu

Výhřevnosti různých druhů pevných paliv jsou porovnány v Tabulce 1. V Tabulce 2 jsou pak

uvedeny výhřevnosti pro různé druhy dřeva.

2.3.1 PEVNÁ FOSILNÍ PALIVA

uhlí – jedná se o palivo přírodního původu. Dle stáří lze uhlí rozdělit na

jednotlivé druhy, které se od sebe liší složením a podíly jednotlivých prvků

v hořlavině (znázorněno v Grafu 1). Geologicky starší uhlí obsahuje více

uhlíku a méně kyslíku a vodíku, také se hůře zapaluje. [10, 14]

Jednotlivé druhy uhlí (řazeny od nejstaršího) jsou:

o antracit

o černé uhlí

o hnědé uhlí

o lignit

o rašelina

Graf 1: Prvkové složení hořlaviny různých paliv [10]

Page 22: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

22

BLANKA HYNKOVÁ BRNO 2015

uhelná paliva – z uhlí se dají vyrobit ještě další umělá paliva, a to buď

mechanicky, nebo chemicky

o koks – vyrábí se vysokoteplotní karbonizací černého uhlí

o uhelné brikety – „vyrábí se lisováním z uhelného prachu za velkého

tlaku bez přidání příměsí“ [10]

o uhelné pelety – „vyrábí se tlakovou aglomerací uhelného prachu

s vlhkostí mezi 12 - 30 % a uhelného dehtu zahřátého na 150 °C -

300 °C“ [10]

2.3.2 BIOMASA

Biomasa je hmota organického původu. Patří mezi obnovitelné zdroje energie. Biomasu lze

dělit podle původu (rostlinná a živočišná) a podle způsobu získávání (záměrně pěstovaná a

odpadní). [14]

Mezi jednotlivé druhy biomasy patří:

dřevo – dřevo rozlišujeme tvrdé a měkké. Tvrdé dřevo většinou pochází

z listnatých dřevin a je vhodné jej použít v krbech, protože hoří stabilně a

dlouho. Naopak měkké dřevo získáváme většinou z jehličnatých dřevin a je

vhodné pro spalování v kotlích. [10]

dřevěné pelety – vyrábí se lisováním dřevního odpadu

dřevěné brikety – vyrábí se lisováním dřevního odpadu, ale mají větší

rozměry než dřevěné pelety

štěpka – jedná se o nadrcené dřeviny

piliny – je to odpad, který vzniká při zpracování dřeva

obiloviny, sláma, rostlinné pelety, atd.

Tabulka 1: Výhřevnost různých druhů tuhých paliv [16]

Druh paliva Výhřevnost

Dřevené štěpky 16 000 - 17 000 kJ/kg Dřevěné brikety 17 000 - 19 000 kJ/kg Slaměné brikety 12 000 – 16 000 kJ/kg

dle vlhkosti slámy Dřevěné pelety 17 500 kJ/kg Rašelinové brikety 19 000 - 20 000 kJ/kg Dřevo 12 900 - 18 400 kJ/kg Hnědé uhlí 17 000 kJ/kg Černé uhlí 28 000 kJ/kg Koks 28 500 kJ/kg

Page 23: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

23

MĚŘENÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI

Tabulka 2: Výhřevnost různých druhů dřeva [16]

Druh dřeva Obsah vody [%]

Výhřevnost [kJ/kg]

Listnaté dřevo 15 14 605 Jehličnaté dřevo 15 15 584 borovice 20 18 400 vrba 20 16 900 olše 20 16 700 habr 20 16 700 akát 20 16 300 dub 20 15 900 jedle 20 15 900 jasan 20 15 700 buk 20 15 500 smrk 20 15 300 bříza 20 15 000 modřín 20 15 000 topol 20 12 900

2.4 SPALOVÁNÍ

Spalování je děj, při kterém se chemická energie vázaná v palivu mění na energii tepelnou.

Aby došlo ke spalování, potřebujeme palivo, spalovací vzduch a obojí zahřát na zápalnou

teplotu. Produkty spalování jsou teplo, spaliny a tuhé zbytky.

Dokonalé a nedokonalé spalování

Při dokonalém spalování shoří veškeré hořlavé složky paliva. Dochází k uvolnění

maximálního možného tepla, které lze spalováním získat. Nevznikají zplodiny, které by

mohly dál hořet, ale vzniká jen oxid uhličitý a vodní pára. Podmínkou je dostatečný přísun

vzduchu během spalování. Nedokonalé spalování probíhá s nedostatkem vzduchu, uvolní se

méně tepla než při dokonalém spalování, vznikají, které mohou dále hořet, může také vznikat

jedovatý oxid uhelnatý. [8]

Příklad rovnice dokonalého spalování:

(5)

Příklad rovnice nedokonalého spalování:

(6)

C uhlík

O2 kyslík

CO2 oxid uhličitý

CO oxid uhelnatý

Page 24: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

24

BLANKA HYNKOVÁ BRNO 2015

Škodlivé látky

Při spalování nevzniká jen tepelné energie, ale i škodlivé látky, které mají negativní dopad na

životní prostředí a zdraví člověka. Jsou to například:

NOX – oxidy dusíku

o o. dusný

o o. dusnatý

o o. dusitý

o o. dusičitý

nejvíce zdraví škodlivý, snadno proniká

do dýchacích cest

podílí se na vzniku kyselých dešťů

o o. dusičný

CO2 – není jedovatý, ale je nedýchatelný

CO – jedovatý plyn, ve směsi se vzduchem výbušný, v organismu se

váže na červené krvinky

SOX – oxidy síry

o o. siřičitý

způsobuje onemocnění dýchacích cest

podílí se na vzniku kyselých dešťů

o o. sírový

TZL – neboli prachy jsou částice velikosti 0,1 μm až 0,5 mm. Mají

různé složení, tvar, strukturu a původ). Nevznikají pouze lidskou

činností (spalování, otěry pneumatik o vozovku), ale i přírodní

cestou, např. při sopečné činnosti. Vdechování těchto částic

způsobuje plicní a kardiovaskulární onemocnění. [17, 18]

Měřením a výpočtem koncentrací TZL se zabývá následující kapitola.

Page 25: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

25

MĚŘENÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI

3 MĚŘENÍ TUHÝCH EMISÍ Tuhé emise lze měřit několika metodami. Tato práce podrobně popisuje pouze metodu

gravimetrickou, která se používá jako metoda rozhodčí.

3.1 METODA GRAVIMETRICKÁ

Je to metoda manuální a jednorázová. Odebíráme při ní vzorek z proudícího plynu v určitém

časovém intervalu. Plyn prochází přes filtr. Zvážením filtru zjistíme hmotnost tuhých částic,

které se na něm zachytili. Lze ji použít při koncentraci látek od 5 mg/m3 do 10 g/m

3. [19]

3.1.1 ČSN EN 13284-1

Gravimetrická metoda se řídí normou ČSN EN 13284-1 (Stacionární zdroje emisí - Stanovení

nízkých hmotnostních koncentrací prachu – Manuální gravimetrická metoda). Je to česká

verze evropské normy EN 13284-1:2001. V platnosti je od září 2002. Tato norma má ještě

druhou část, která se zabývá stanovením koncentrací prachu pomocí automatizovaných

měřicích systémů.

3.1.2 PODMÍNKY MĚŘENÍ

[20] určuje podmínky, které musí být při měření dodrženy, zde jsou některé z nich uvedeny:

izokinetická podmínka – rychlost v ústí odběrové sondy má stejnou

velikost a směr jako rychlost nabíhajícího proudu v místě měření

proud plynu v potrubí musí mít v místě odběru vzorku dostatečně

rovnoměrný a ustálený rychlostní profil

během odběru nesmí dojít k poruchám proudění

odběr vzorku musí trvat nejméně 30 minut (doba a objem nebo průtok

vzorku se zaznamenává pro každý vzorkovací bod zvlášť)

všechny doby odběru musí být shodné

musí být provedena minimálně 4 měření

používá se ostrohranná hubice

do výpočtu se musí zahrnout i prach usazený na částech vzorkovací

soustavy před filtrem

Page 26: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

26

BLANKA HYNKOVÁ BRNO 2015

3.1.3 POTŘEBNÁ ZAŘÍZENÍ

Dle [20] se vzorkovací soustava skládá z těchto základních částí:

hubice sondy

sestava filtru

spojovací trubice

čerpadlo

systém pro měření objemu odebraného vzorku plynu za známé teploty a

tlaku

systém pro řízení odběru vzorku při dodržení izokinetické podmínky

Pro uskutečnění měření potřebujeme i další zařízení, např. sušárnu a váhu pro vysušení a

zvážení filtru a součástí umístěných před ním, atd. Norma [20] stanovuje požadavky i na tato

zařízení.

Obrázek 5: Sušárna

Obrázek 6: Váhy

Obrázek 7: Sonda

Page 27: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

27

MĚŘENÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI

3.1.4 VOLBA VZORKOVACÍCH BODŮ

Abychom mohli odběr provést, nařizuje nám [20] najít k odběru takové místo, kde plyn

proudí rovnoměrně a s dostatečně velkou rychlostí.

Nejprve si zvolíme vzorkovací rovinu a do té pak umístíme vzorkovací body. Požadavky na

vzorkovací rovinu jsou následující, musí se nacházet v přímém úseku (ideálně vertikálním)

potrubí a být lehce přístupná běžnými vstupními otvory. Měla by být v co možná největší

vzdálenosti od jakýchkoliv překážek (po proudu i proti proudu), mohly by totiž zapříčinit

změnu směru proudění. [19, 20]

Požadavky jsou kladeny také na proudění plynu. Směr proudění nesmí s osou potrubí svírat

úhel větší než 15°, v potrubí nesmí docházet k lokálnímu zpětnému proudění. Tyto a další

požadavky jsou popsány v normě [20].

Počet vzorkovacích bodů závisí na velikosti průměru potrubí. Čím větší průměr, tím více

bodů je potřeba. U kruhového i čtyřhranného potrubí se průřez rozdělí na několik částí a

vzorkovací body se umístí do jejich středů. Rozmístění měřicích bodů pro oba typy průřezu

potrubí jsou znázorněna na Obrázku 8 a 9. [19]

Minimální počty vzorkovacích bodů udává Tabulka 1 a 2.

Obrázek 8: Rozmístění měřicích bodů

v potrubí kruhového průřezu [21]

Obrázek 9: Rozmístění měřicích bodů

v potrubí čtyřhranného průřezu [21]

Page 28: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

28

BLANKA HYNKOVÁ BRNO 2015

Tabulka 3: Minimální počet vzorkovacích bodů v potrubí kruhového průřezu [20]

Plocha vzorkovacího průřezu

[m2]

Průměr potrubí [m]

Nejmenší počet vzorkovacích přímek

(průměrů)

Nejmenší počet vzorkovacích bodů v rovině

< 0,1 < 0,35 - 1

0,1 až 1,0 0,35 až 1,1 2 4

1,0 až 2,0 1,1 až 1,6 2 8

> 2 > 1,6 2 nejméně 12 a 4 na 1 m2

Tabulka 4: Minimální počet vzorkovacích bodů v potrubí čtyřhranného průřezu [20]

Plocha vzorkovacího průřezu

[m2]

Nejmenší počet vzorkovacích přímek

Nejmenší počet vzorkovacích bodů

< 0,1 - 1

0,1 až 1,0 2 4

1,0 až 2,0 3 9

> 2 ≥ 3 nejméně 12 a 4 na 1 m2

Dle [20] může užití pouze jednoho vzorkovacího bodu zapříčinit vznik chybných výsledků,

které nejsou normou tolerovány. Naopak jako maximální počet vzorkovacích bodů se uvádí

20 a to i pro velká potrubí.

3.1.5 POSTUP MĚŘENÍ

Nejprve zvážíme čistý vysušený filtr a komponenty, které se nachází před filtrem, protože i na

nich se usazují prachové částice. Sušení musí probíhat nejméně 1 hodinu a při teplotě 160°C.

Poté filtr umístíme do sestavy filtru, která může být umístěna buď v potrubí anebo vně

potrubí. [19, 20]

Před samotným měřením je nutné připravit vzorkovací soustavu, uzavřít ústí hubice, spustit

čerpadlo a zkontrolovat těsnost soustavy. [20]

Součásti, kde bude probíhat odběr, předehřejeme na zvolenou teplotu. Zasuneme sondu do

potrubí, pokud je to možné, necháme ústí hubice otočené po směru proudění. Uzavřeme

vstupní otvor, aby se částečně zabránilo vniknutí okolního vzduchu do potrubí. Poté sondu

otočíme tak, aby ústí hubice bylo umístěno proti směru proudění plynu v potrubí, maximální

odklon od osy potrubí je ±10°. Když je ústí hubice správě nasměrováno, otevřeme uzavírací

ventil, spustíme čerpadlo a nastavíme průtok vzorku tak, abychom dosáhli izokinetické

podmínky v rozmezí -5% a +15%. Každých 5 minut kontrolujeme a upravujeme průtok

vzduchu tak, aby nedošlo k porušení izokinetické podmínky. Během odebírání si

zaznamenáváme i další veličiny, např. rychlost proudění v potrubí, teplotu plynu v potrubí a

statický tlak v potrubí. Po dokončení odběru vzorku v určitém vzorkovacím bodě a přesunu

hubice sondy do dalšího bodu, odběr nepřerušujeme. Okamžitě po přesunu musíme nastavit

Page 29: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

29

MĚŘENÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI

průtok plynu tak, aby zůstala zachována izokinetická podmínka. Po skončení měření

uzavřeme uzavírací ventil, vypneme čerpadlo a vysuneme sondu z potrubí. Rozebereme

vzorkovací soustavu a zkontrolujeme, zda nedošlo k poškození filtru. Zaznamenáme si

hodnotu barometrického tlaku. Filtr a součásti umístěné před ním odešleme k zvážení. Ostatní

součásti, které vážit nebudeme, ale přišly do styku s plynem, musí být opláchnuty, aby došlo

k odstranění částic na nich usazených. [19, 20, 22]

Během měření se prachové částice usazují na filtru a součástech umístěných před ním. Po

měření všechny tyto komponenty zvážíme a od této hmotnosti odečteme hmotnost součástí

před měřením. Rozdíl nám udává hmotnost částic, které jsme zachytili.

Obrázek 10: Měřicí soustava pro gravimetrii [23]

Page 30: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

30

BLANKA HYNKOVÁ BRNO 2015

3.1.6 VÝPOČTY

Průtok

Průtok se vypočítá z rychlosti proudění plynu potrubím v místě odběru a efektivního průměru

hubice vzorkovací sondy.

Průtok vzorku se měří za jiných stavových podmínek, než které existují v potrubí, proto se dle

[20] pro přepočet používá vztah:

(7)

Qm [m3/

s] průtok vzorku naměřený za stavových podmínek plynu v plynoměru

Qa [m3/s] průtok vzorku stažený na skutečně stavové podmínky v potrubí

Hm [%] objemový zlomek vodní páry v plynu proudícím v potrubí

Ha [%] objemový zlomek vodní páry ve vzorku plynu procházejícím plynoměrem

Tm [K] termodynamická teplota vzorku plynu procházejícího plynoměrem

Ta [K] termodynamická teplota plynu proudícího potrubím pm [Pa] statický tlak vzorku plynu procházejícího plynoměrem

pa [Pa] statický tlak vzorku plynu proudícího potrubím

Hmotnostní koncentrace

Hmotnostní koncentraci prachu spočítáme podle vzorce:

(8)

c [mg/m3] hmotnostní koncentrace prachu

m [kg] hmotnost prachu

Vp [m3] objem plynu

Hmotnost získáme zvážením filtru a součástí umístěných před filtrem před a po měření. Tyto

dvě hmotnosti odečteme a získáme výslednou hmotnost prachu.

Objem plynu, který změříme plynoměrem, musíme přepočítat na normální fyzikální

podmínky. Koncentrace TZL se vztahuje na suché spaliny. Proto je nutné provést následující

přepočet:

(9)

VcSN [mN3] objem suchých spalin za normálních fyzikálních podmínek

VcS [m3] objem plynu naměřený plynoměrem

patm [Pa] atmosférický tlak

pc [Pa] tlak plynu v plynoměru

tc [K] teplota plynu v teploměru

Page 31: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

31

MĚŘENÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI

Někdy je pro korekci na zředění nutné vyjádřit koncentraci c vztaženou na referenční obsah

kyslíku. Provádí se tak, že c vynásobíme faktorem fc. [20]

(10)

φref(O2) [%] referenční hodnota objemového zlomku kyslíku v suchém plynu za normálních stavových

podmínek

φm(O2) [%] objemový zlomek kyslíku v suchém plynu za stavových podmínek plynu proudícího potrubím

Výslednou koncentraci tedy dostaneme výpočtem:

(11)

Vypočtenou koncentraci c‘ porovnáme s tabulkovými hodnotami, uvedenými v normě.

Tabulka 5: Mezní hodnoty emisí [5]

Page 32: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

32

BLANKA HYNKOVÁ BRNO 2015

Podle novely zákona o ochraně ovzduší se od ledna 2014 smí prodávat pouze kotle 3. a vyšší

emisní třídy (stále se mohou provozovat kotle 1. a 2. třídy, jejich prodej je už ale zakázán).

Od ledna 2017 bude povinné předložit revize domácích kotlů na tuhá paliva, pokud si to

vyžádá obecní úřad. Od ledna 2018 se budou smět prodávat jen kotle 4. a vyšší emisní třídy.

A od září 2022 budou mít domácnosti povinnost prokázat, že jejich kotel spadá do 3. a vyšší

emisní třídy. [24]

3.2 METODA RADIOMETRICKÁ

Jedná se o automatickou metodu, kterou lze použít pro měření jednorázové i kontinuální.

Stejně jako u metody gravimetrické prochází vzorek plynu přes filtr. Ovšem filtr při této

zkušební metodě nevážíme, ale prozařujeme paprsky β-záření. Za filtrem je umístěn detektor,

který měří intenzitu paprsku procházejícího přes filtr. Čím nižší intenzitu paprsku detektor

udává, tím více je na filtru prachu. [22]

Obrázek 11: Automatický prachoměr [22]

3.3 METODA OPTOELEKTRONICKÁ

Opět se jedná o metodu automatickou. Podstatou je prosvícení proudu vzduchu laserovým

paprskem pod úhlem 90°. Pokud se paprsek setká s částicí, mírně se od ní odrazí pod úhlem,

který je přímo závislý na velikosti částice. Měřicí přístroj tak zaznamenává počet odrazů

paprsku a zároveň velikosti částic. [22]

Obrázek 12: Analyzátor Grimm využívající optoelektronickou metodu [22]

Page 33: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

33

MĚŘENÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI

4 EXPERIMENTÁLNÍ MĚŘENÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC Gravimetrická metoda, popsaná v předchozí kapitole, byla vyzkoušena a z naměřených

hodnot vypočteny koncentrace prachu. Byla provedena 3 měření, 2 pro spalování štěpky a 1

pro piliny. Měřilo se na kotli o výkonu 110 kW se samočinnou dodávkou paliva. Nedá se, ale

předpokládat úplně správné výsledky, protože měření neprobíhalo přesně podle normy, došlo

k následujícím chybám:

nebylo zajištěno izokinetické proudění

měření proběhlo pouze třikrát, zatímco norma nařizuje minimálně čtyři

měření

minimální doba odběru, tj. 30 minut, byla dodržena pouze v jednom

případě, v ostatních dvou případech měření trvalo pouze 23 minut

do výpočtu nebyl zahrnut prach usazený na částech měřicí soustavy před

filtrem

Naměřené hodnoty jsou uvedeny v Tabulce 6. Podle vzorců v kapitole 3.1.6 byly provedeny

výpočty a výsledky zaznamenány do Tabulky 7.

Tabulka 6: Naměřené hodnoty

Podmínky měření-TZL

Poznámka 1 2 3

Filtr suchý m1 16,8177 16,7156 31,5165 [g]

Filtr po měření m2 16,8550 16,7535 31,5331 [g]

Navážka vzorku m 0,0373 0,0379 0,0166 [g]

Začátek odběru T1 10:54 11:26 13:04 [hh:min]

Konec odběru T2 11:17 11:49 13:34 [hh:min]

Doba odběru T 23 23 30 [min]

Hubice H 21 21 8 [mm]

Rychlost proudění v potrubí v 1,5 1,5 2,6 [m/s]

Medián koncentrace O2 O2 11,07750 10,79292 11,11484 [%]

Referenční koncentrace O2 O2Ref 10 10 10 [%]

Plynoměr

Počáteční stav plynoměru V1 32,403 32,911 33,411 [m3]

Konečný stav plynoměru V2 32,911 33,411 33,643 [m3]

Objem vzorku Vcs 0,508 0,500 0,232 [m3]

Teplota plynu v plynoměru tc 20 20 20 [°C]

Tlak plynu v plynoměru pc 0 0 0 [Pa]

Podmínky měření-RH

Atmosférický tlak patm 102180 102180 102180 [Pa]

Teplota plynu v potrubí ts 398,15 398,15 408,15 [K]

Statický tlak plynu v potrubí ∆ps 101930 101930 101905 [Pa]

Relativní vlhkost RH 2,6 2,6 3,6 [%]

Page 34: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

34

BLANKA HYNKOVÁ BRNO 2015

Příklad výpočtu:

= 0,47734 m3

= 78,14200 mg/m

3

= 1,1097

→ = 86,71395 mg/m3

Tabulka 7: Vypočtené hodnoty

1 2 3

m [mg] 37,3 37,9 16,6

VcS [m3] 0,508 0,5 0,232

VcSN [m3] 0,47734 0,46982 0,21800

c [mg/m3] 78,14200 80,66936 76,14818

fc [-] 1,10970 1,07845 1,11393

c' [mg/m3] 86,71395 86,99803 84,82387

Page 35: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

35

MĚŘENÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI

Kromě prachových částic byly během měření zaznamenány i hodnoty jiných škodlivých látek.

Jejich koncentrace v závislosti na čase jsou znázorněny v Grafu 2.

Graf 2: Koncentrace škodlivin v závislosti na čase

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320

ko

nce

ntr

ace

šk

od

liv

in [

mg

/m3

]

čas [min]

Koncentrace škodlivin v závislosti na čase

SO2

CO

NO

Page 36: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

36

BLANKA HYNKOVÁ BRNO 2015

Vyhodnocení:

Výsledné koncentrace 86,714 mg/m3, 86,998 mg/m

3 a 84,824 mg/m

3 byly porovnány

s mezními hodnotami v Tabulce 8 – měření proběhlo na kotli se samočinnou dodávkou

paliva, spalovala se štěpka a piliny, což patří mezi biopaliva a jmenovitý tepelný výkon kotle

byl 110 kW. Měřenou emisí byl prach. Po porovnání bylo zjištěno, že všechna 3 měření

potvrdila, že kotel patří do 3. třídy.

Tabulka 8: Mezní hodnoty emisí [5]

I když se podle tabulky jeví kotle 3. třídy jako nejméně vyhovující, stále jsou ještě

provozovány i kotle 1. a 2. třídy. Ovšem od roku 2014 jsou kotle 3. třídy nejnižším

standardem, který lze prodávat a od roku 2022 i nejnižším standardem, který lze provozovat.

Page 37: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

37

MĚŘENÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI

5 ZÁVĚR V práci byly stručně popsány definice kotle a jeho základních částí. Dále bylo uvedeno

rozdělení kotlů podle několika kritérií, dělení tuhých paliv, pár poznatků o spalování a

škodlivých látkách, které vznikají během spalování.

Hlavním cílem práce bylo popsat a vyzkoušet odběr TZL a vypočítat jejich koncentraci.

Metod pro určení prachových částic ve vzduchu je několik, zda byla podrobněji popsána jen

manuální gravimetrická metoda, kterou upravuje norma ČSN EN 13284-1. Tato metoda byla

poté i experimentálně vyzkoušena, ale nepodařilo se dodržet všechny požadavky normy a

během měření došlo k několika chybám, které mohly ovlivnit výsledek.

Z naměřených hodnot byly vypočteny koncentrace prachu a porovnány s tabulkovými

hodnotami nařízenými normou ČSN EN 303-5. Po porovnání bylo zjištěno, že kotel, na

kterém měření probíhalo, patří do 3. třídy. Tyto kotle se smí stále prodávat a provozovat, od

roku 2022 budou moci být v provozu pouze kotle 3. a vyšší třídy.

Page 38: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

38

BLANKA HYNKOVÁ BRNO 2015

SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ [1] VILIMEC, Ladislav. Stavba kotlů I. Ostrava: VŠB-Technická univerzita Ostrava,

2002. ISBN 80-248-0076-4.

[2] LYČKA, Zdeněk. Malé teplovodní kotle na pevná paliva: Spalování paliv po roce

2013. Krnov: LING Vydavatelství s.r.o., 2012. ISBN 978-80-904914-2-7.

[3] Technická směrnice č. 62-2011: Kotle a interiérová topidla na spalování biomasy.In:

CENIA, česká informační agentura životního prostředí [online]. [cit. 2015-04-28].

Dostupné z: http://www.ekoznacka.cz/web/www/web-pub2.nsf/$pid/MZPMSFHM

V9DV/$FILE/622011.pdf

[4] ČSN 07 0240 Teplovodní a nízkotlaké parní kotle – Základní ustanovení, FÚNM,

Praha, 2003.

[5] ČSN EN 303-5: Kotle pro ústřední vytápění: Část 5: Kotle pro ústřední vytápění

na pevná paliva, s ruční a samočinnou dodávkou, o jmenovitém tepelném výkonu

nejvýše 500 kW - Terminologie, požadavky, zkoušení a značení. Praha: ÚNMZ, 2013.

[6] ČSN EN 303-5: Kotle pro ústřední vytápění: Část 5: Kotle pro ústřední vytápění

na pevná paliva, s ruční a samočinnou dodávkou, o jmenovitém tepelném výkonu

nejvýše 500 kW - Terminologie, požadavky, zkoušení a značení. Praha: ČNI, 2000.

[7] LYČKA, Ing. Zdeněk. Základní pojmy a definice k tématu teplovodní kotle na pevná

paliva. TZB-info [online]. 2013 [cit. 2015-05-23]. ISSN 1801-4399. Dostupné z:

http://vytapeni.tzb-info.cz/kotle-kamna-krby/9767-zakladni-pojmy-a-definice-k-

tematu-teplovodni-kotle-na-pevna-paliva

[8] LULKOVIČOVÁ, PH.D., Doc. Ing. Otília, Prof. Ing. Dušan PETRÁŠ, PH.D., Doc.

Ing. Jiří BAŠTA, PH.D., Doc. Ing. Vladimír JELÍNEK, CSC. a Doc. Ing. Viktor

KABÁT, PH.D. Zdroje tepla a domovní kotelny. Bratislava: Jaga, 2004. ISBN 80-

8076-002-0.

[9] Jaké palivo do jakého kotle? TOPmax [online]. 2013 [cit. 2015-05-19]. Dostupné z:

http://www.topmax.eu/jake-palivo-do-kotle/

[10] KOLONIČNÝ, PH.D., Ing. Jan, Ing. Jiří HORÁK, PH.D. a Ing. Silvie

PETRÁNKOVÁ ŠEVČÍKOVÁ. Kotle malých výkonů na pevná paliva [online].

Ostrava, 2011 [cit. 2015-04-13]. ISBN 978-80-248-2542-7. Dostupné z:

http://www.iczt.cz/cs/doc/kotleMV.pdf

[11] LYČKA, Ing. Zdeněk. Jak vybírat nový kotel na pevná paliva. TZB-info [online]. 2013

[cit. 2015-05-23]. ISSN 1801-4399. Dostupné z: http://vytapeni.tzb-info.cz/kotle-

kamna-krby/9798-jak-vybirat-novy-kotel-na-pevna-paliva-1

Page 39: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

39

MĚŘENÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI

[12] Kotle na pevná paliva. AllTech [online]. [cit. 2015-05-02]. Dostupné z:

http://www.alltechsro.cz/kotle-na-pevna-paliva

[13] Charakteristiky paliv. In: Výzkumné energetické centrum [online]. [cit. 2015-05-12].

Dostupné z: http://vec.vsb.cz/userfiles/pdf/studijni-materialy/charakteristiky.pdf

[14] BALÁŠ. PH.D., Ing. Marek. Kotle a výměníky tepla. Brno: Akademické nakladatelství

CERM, 2013. ISBN 978-80-214-4770-7.

[15] Úvod do teorie spalování tuhých paliv. In: Výzkumné energetické centrum [online].

[cit. 2015-05-17]. Dostupné z: http://vec.vsb.cz/userfiles/pdf/studijni-materialy/

spalovani-tuhych-paliv.pdf

[16] Výhřevnost tuhých paliv. TOP-EL s.r.o. [online]. 2007 [cit. 2015-05-11]. Dostupné z:

http://www.top-el.cz/vismo/dokumenty2.asp?id_org=600569

[17] Ekologie: Tuhé znečišťující látky a těžké kovy. Podpora lokálního vytápění biomasou

[online]. [cit. 2015-05-16]. Dostupné z: http://www.biomasa-info.cz/cs/ekotzl.htm

[18] SEGEŤA, Ing. Luboš. TZL-Tuhé znečišťující látky. Dotační.info [online]. 2014 [cit.

2015-05-06]. Dostupné z: http://www.dotacni.info/glossary/tzl-tuhe-znecistujici-latky/

[19] HEMERKA, CSC., Doc. Ing. Jiří. Omezování tuhých emisí: DOS M 12 VYST 1998.

Praha, 1998.

[20] ČSN EN 13284-1: Stacionární zdroje emisí - Stanovení nízkých koncentrací prachu -

Manuální gravimetrická metoda. Praha: ČNI, 2002.

[21] HORÁK, PH.D., Ing. Jiří, Ing. František HOPAN, PH.D., Ing. Kamil KRPEC, PH.D.,

Ing. Petr KUBESA, Ing. Lubomír MARTINÍK a Ing. Milan DEJ, PH.D. Měření

základních fyzikálních veličin potřebných při měření emisí znečišťujících látek – 1.

část Zdroj: http://vytapeni.tzb-info.cz/teorie-a-schemata/11357-mereni-zakladnich-

fyzikalnich-velicin-potrebnych-pri-mereni-emisi-znecistujicich-latek-1-cast. TZB-info

[online]. 2014 [cit. 2015-05-13]. ISSN 1801-4399. Dostupné z: http://vytapeni.tzb-

info.cz/teorie-a-schemata/11357-mereni-zakladnich-fyzikalnich-velicin-potrebnych-

pri-mereni-emisi-znecistujicich-latek-1-část

[22] Metody měření – měřící přístroje. Virtuální centrum informací o životním prostředí

pro školy [online]. [cit. 2015-04-28]. Dostupné z: http://www.virtualnicentrum.cz/

vzdelavaci-moduly/modul-ovzdusi/znecisteni-ovzdusi/prach/metody-mereni/

Page 40: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

40

BLANKA HYNKOVÁ BRNO 2015

[23] KRPEC, PH.D., Ing. Kamil, Ing. Jiří HORÁK, PH.D. a Ing. František HOPAN, PH.D.

Měření emisí znečišťujících látek z kotlů malých výkonů Zdroj: http://vytapeni.tzb-

info.cz/vytapime-tuhymi-palivy/8200-mereni-emisi-znecistujicich-latek-z-kotlu-

malych-vykonu. TZB-info [online]. [cit. 2015-05-16]. ISSN 1801-4399. Dostupné z:

http://vytapeni.tzb-info.cz/vytapime-tuhymi-palivy/8200-mereni-emisi-znecistujicich-

latek-z-kotlu-malych-vykonu

[24] Kotle na tuhá paliva a novela zákona o ochraně ovzduší – na co se

připravit? Nazeleno.cz [online]. 2012 [cit. 2015-05-02]. ISSN 1803-4160. Dostupné z:

http://www.nazeleno.cz/kotle-na-tuha-paliva-a-novela-zakona-o-ochrane-ovzdusi-na-

co-se-pripravit.aspx

Page 41: Vysoké uení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství · 2016. 1. 7. · MĚŘENÍ PRACHOVÝCH Á STIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HYNKOVÁ, B. Měření

41

MĚŘENÍ PRACHOVÝCH ČÁSTIC (TZL) VUT FSI EÚ OEI

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ C uhlík

CO oxid uhelnatý

CO2 oxid uhličitý

NOX oxidy dusíku

O2 kyslík

PM particulate matter

SOX oxidy síry

TZL tuhé znečišťující látky

A [%] poměrný obsah popeloviny v palivu

c [mg/m3] hmotnostní koncentrace prachu

Ch [-] poměrný obsah uhlíku v hořlavině

G [kg] hmotnost paliva

h [%] poměrný obsah hořlaviny v palivu

H2 [-] obsah vodíku v surovém palivu

Ha [%] objemový zlomek vodní páry ve vzorku plynu procházejícím

plynoměrem

Hh [-] poměrný obsah vodíku v hořlavině

Hm [%] objemový zlomek vodní páry v plynu proudícím v potrubí

m [kg] hmotnost prachu

Nh [-] poměrný obsah dusíku v hořlavině

Oh [-] poměrný obsah kyslíku v hořlavině

pa [Pa] statický tlak vzorku plynu proudícího potrubím

patm [Pa] atmosférický tlak

pc [Pa] tlak plynu v plynoměru

pm [Pa] statický tlak vzorku plynu procházejícího plynoměrem

Qa [m3/s] průtok vzorku stažený na skutečně stavové podmínky v potrubí

Qm [m3/

s] průtok vzorku naměřený za stavových podmínek plynu v

plynoměru

[kJ/kg] výhřevnost

Qs [kJ/kg] spalné teplo

r [kJ/kg] průtok vzorku stažený na skutečné stavové podmínky v potrubí

Sh [-] poměrný obsah síry v hořlavině

∆T [K] rozdíl teplot

Ta [K] termodynamická teplota plynu proudícího potrubím

tc [K] teplota plynu v teploměru

Tm [K] termodynamická teplota vzorku plynu procházejícího

plynoměrem

V [kJ/K] vodní hodnota kalorimetru

VcS [m3] objem plynu naměřený plynoměrem

VcSN [mN3] objem suchých spalin za normálních fyzikálních podmínek

Vp [m3] objem plynu

W [%] poměrný obsah vody v palivu

Wr

[-] obsah vody v palivu

φm(O2) [%] objemový zlomek kyslíku v suchém plynu za stavových

podmínek plynu proudícího potrubím

φref(O2) [%] referenční hodnota objemového zlomku kyslíku v suchém plynu

za normálních stavových podmínek