Emise z kotelen a ochrana ovzduší (III)

6. PŘIBLIŽNÉ STANOVENÍ EMISÍ A KONCENTRACÍ VYBRANÝCH ZNEČIŠŤUJÍCÍCH LÁTEK VÝPOČTEM

Emise ze zvláště velkých, velkých a středních zdrojů se dle zákona o ochraně ovzduší č. 86/2002 Sb. stanovují především měřením. Měřením se zjišťuje emise těch látek, pro které má zdroj stanoveny emisní limity. Měření emisí slouží jednak ke kontrole stanovených emisních limitů, jednak pro účely zpoplatnění ke stanovení množství emisí. Podrobnosti o zjišťování znečišťujících látek uvádí nařízení vlády č. 352/2002 Sb. v § 9 a vyhláška MŽP č. 356/2002 Sb.

Podle uvedeného § 9, čl. 6 a 7 lze u spalovacích zdrojů ve vybraných případech, kdy se nemusí provádět měření (TZL při spalování výlučně plynného paliva nebo SO₂ při spalování kapalného paliva se zaručeným obsahem síry, který zaručuje splnění emisního limitu), stanovit emise výpočtem použitím tzv. emisních faktorů. Výpočtem se dále stanovují emise hlavních zpoplatněných látek v těch případech, kdy u zdroje nejsou předepsány emisní limity. Jedná se o SO₂ u středních zdrojů spalujících kapalná paliva s obsahem síry max. 1 % a o organické látky u spalovacích zdrojů mimo spalování dřeva a biomasy.

Emisních faktorů lze u zdrojů s výhodou použít k přibližnému stanovení emisí a koncentrací vybraných znečišťujících látek výpočtem.

Emisní faktor je střední měrná výrobní emise dané znečišťující látky typická pro určitou skupinu zdrojů a představuje poměr hmotnosti do ovzduší přecházející znečišťující látky ke vztažné veličině, kterou u spalovacích zdrojů je hmotnost paliva u tuhých a kapalných paliv nebo objem paliva u plynných paliv. Emisní faktory se stanovují buď měřením na zdrojích daného typu nebo výpočtem v případech, kde lze aplikovat tzv. bilanční metodu. Typickým případem aplikace bilanční metody je stanovení emisních faktorů TZL a SO₂ při spalování tuhých paliv, kde výchozí veličinou je obsah popela, resp. obsah síry v původním palivu.

6.1 Emisní faktory spalovacích zdrojů
Hodnoty emisních faktorů u spalovacích zdrojů jsou podle druhu paliva a druhu topeniště uvedeny v Příloze č. 5 nařízení vlády č. 352/2002 Sb. a zde jsou uvedeny v tab. 11 až 13.

Druh paliva	Druh topeniště	Tepelný výkon kotle	Emisní faktor (kg/t spáleného paliva)
			TZL	SO2	NOx	CO	Org. látky (jako ΣC)
všechna tuhá p. mimo černé uhlí a koks	pevný rošt	jakýkoliv	1,0.Ap	19,0.Sp	3,0	45,0	8,90
černé uhlí a koks		jakýkoliv	1,0.Ap	19,0.Sp	1,5	45,0	8,90
hnědé uhlí, proplástek, lignit, brikety	pásový rošt	≤ 3 MW	1,9.Ap	19,0.Sp	3,0	5,0	1,29
		> 3 MW	1,9.Ap	19,0.Sp	3,0	1,0	0,43
černé uhlí tříděné a prachové, jiná tuhá paliva		≤ 3 MW	1,7.Ap	19,0.Sp	3,0	5,0	1,29
		> 3 MW	1,7.Ap	19,0.Sp	7,5	1,0	0,43
všechna tuhá paliva mimo černé uhlí a koks	pásový rošt s pohazovačem	jakýkoliv	5,0.Ap	19,0.Sp	3,0	1,0	0,40
	pohyblivý rošt		3,5.Ap	19,0.Sp	3,0	1,0	0,40
	granulační		8,5.Ap	19,0.Sp	6,0	0,5	0,14
	výtavné		5,5.Ap	19,0.Sp	15,0	0,5	0,14
	cyklonové		1,5.Ap	19,0.Sp	27,5	1,0	0,40
černé uhlí a koks	pásový rošt s pohazovačem	jakýkoliv	5,0.Ap	19,0.Sp	7,5	1,0	0,42
	pohyblivý rošt		3,5.Ap	19,0.Sp	7,5	1,0	0,40
	granulační		8,5.Ap	19,0.Sp	9,0	0,5	0,14
	tavicí		5,5.Ap	19,0.Sp	15,0	0,5	0,14
	cyklonové		1,5.Ap	19,0.Sp	27,5	0,5	0,40
dřevo	jakékoliv	≤ 3 MW	12,5	1,0	3,0	1,0	0,89
		> 3 MW	15,0	1,5	3,0	1,0	0,89

Tab. 11 - Emisní faktory při spalování tuhých paliv

Pozn: A_p a S_p značí obsah popela a síry v původním palivu (%)

Druh paliva	Druh topeniště	Tepelný výkon kotle	Emisní faktor (kg/t spáleného paliva)
			TZL	SO2	NOx	CO	Org. látky (jako ΣC)
těžký a střední topný olej	jakékoliv	≤ 100 MW	2,91	20.S	10,0	0,53	0,29
		> 100 MW	1,06	20.S	13,4	0,42	0,20
lehký topný olej	jakékoliv	jakýkoliv	2,13	20.S	10,0	0,59	0,34
nafta a pod. paliva	jakékoliv	jakýkoliv	1,42	20.S	5,0	0,71	0,34
propan a butan	jakékoliv	≤ 3 MW	0,45	0,02.S (0,004)	2,4	0,46	0,09
		> 3 MW	0,42	0,02.S (0,004)	2,8	0,37	0,04

Tab. 12 - Emisní faktory při spalování kapalných paliv

Pozn: S značí obsah síry v původním vzorku paliva v (g.kg^-1) u propan-butanu a v (% hmot.) u ostatních kapalných paliv. Pokud není znám obsah síry S, používají se hodnoty v závorkách.

Druh paliva	Druh topeniště	Tepelný výkon kotle	Emisní faktor (kg/106 m3 spáleného paliva)
			TZL	SO2	NOx	CO	Org. látky (jako ΣC)
zemní plyn	jakékoliv	≤ 0,2 MW	20	2,0.S (9,6)	1600	320	64
		> 0,2 MW až do 5 MW včetně	20	2,0.S (9,6)	1920	320	64
		> 5 MW až do 50 MW včetně	20	2,0.S (9,6)	3300	270	24
		> 50 MW až do 100 MW včetně	20	2,0.S (9,6)	4200	270	24
		> 100 MW	20	2,0.S (9,6)	5000	270	8

Tab. 13 - Emisní faktory při spalování plynných paliv (výběr)

Pozn: S značí obsah síry v původním vzorku paliva v (mg.m^-3). Pokud není znám obsah síry S, používají se hodnoty v závorkách.

6.2 Emise znečišťujících látek
S použitím uvedených emisních faktorů lze u daného spalovacího zdroje s předpokládanou hodinovou, resp. roční spotřebou paliva jednoduše přibližně stanovit hodinové, resp. roční emitované množství příslušné znečišťující látky a poplatky za znečišťování.

Jako názorný příklad jsou uvedeny roční emise a poplatky u tří hlavních znečišťujících látek TZL, SO₂ a NO_x u parního středotlakého kotle s pásovým pohazovačem o jmenovitém parním výkonu 8 t.h^-1, který spaluje směs hnědouhelných hruboprachů s výhřevností Q_N = 15,01 MJ.kg^-1. Prvkové složení paliva je dáno v následující tab. 14.

Ap (%)	Wp (%)	Sp (%)	Cp (%)	Hp (%)	Np (%)	Op (%)
10,77	35,28	0,60	38,97	3,04	0,51	10,83

Tab. 14 - Prvkové složení paliva

Roční spotřeba paliva s uvažováním skutečného výkonu kotle a letní odstávky je 5,87.10⁶ kg. Emisní faktory pro uvedené znečišťující látky a daný typ kotle s použitým palivem jsou uvedeny v tab. 15.

Druh paliva	Druh topeniště	Tepelný výkon kotle	Emisní faktor (kg/t)
			TZL	SO2	NOx
všechna tuhá paliva mimo černé uhlí a koks	pásový rošt s pohazovačem	jakýkoliv	5,0.Ap	19,0.Sp	3,0
			53,85 (0,269)	11,4	3,0

Tab. 15 - Emisní faktory pro TZL, SO2 a NOx u parního kotle s pásovým pohazovačem

Kotel je vybaven suchým mechanickým odlučovačem a elektrickým odlučovačem s dosahovanou účinností odlučování 99,5 %, takže výsledný emisní faktor zdroje pro TZL je pouze 0,269 kg.t^-1. Předpokládané roční emise uvažovaných znečišťujících látek jsou potom následující: M_r,TZL = 1 570 kg, M_r,SO2 = 66 918 kg, M_r,NOx = 17 610 kg. Odpovídající poplatky za znečišťování dosahují hodnot 4 737,- Kč u TZL, 66 918,- Kč u SO₂ a 14 088,- Kč u NO_x, tedy celkem 85 743,- Kč/rok.

6.3 Koncentrace znečišťujících látek a jejich porovnání s emisními limity
Přibližné stanovení koncentrace znečišťující látky a posouzení, zda je možno předpokládat splnění emisních limitů, je mnohem komplikovanější. Výpočet vychází ze skutečnosti, že hmotnostní tok emisí dané znečišťující látky je dán součinem objemového průtoku plynu (spalin) a hmotnostní koncentrace znečišťující látky, vztažené na podmínky, při kterých je objemový průtok plynu vyjádřen (např. suchý plyn, normální podmínky nebo suchý plyn, normální podmínky a referenční obsah kyslíku). Výpočet koncentrace předpokládá proto nejenom znalost hmotnostního toku dané znečišťující látky, ale i objemového průtoku spalin za definovaných podmínek. Při stanovení koncentrace znečišťující látky lze s výhodou pracovat pouze s emisemi a objemy spalin vztaženými na jednotku množství použitého paliva, např. kg u tuhých a kapalných paliv a m³ u plynných paliv. Cílem výpočtu je stanovení koncentrace znečišťující látky za podmínek, při kterých je stanoven příslušný specifický emisní limit a její porovnání s hodnotou emisního limitu. V následujícím textu jsou jednotlivé kroky výpočtu blíže popsány.

Přepočet koncentrací na vztažné podmínky

Podle stavu plynu lze koncentraci znečišťující látky obecně vyjádřit jako:

• C (mg.m^-3) ... koncentrace za skutečného stavu plynu (teplota T (K), tlak p (Pa), vlhký plyn),
• C_N (mg.m^-3) ... koncentrace ve vlhkém plynu za normálních podmínek (T_N = 273,15 K, p_N = 101325 Pa),
• C_s,N (mg.m^-3) ... koncentrace v suchém plynu za normálních podmínek,
• C_s,NR (mg.m^-3)... koncentrace v suchém plynu za normálních podmínek, přepočtená na referenční obsah kyslíku.

Pro jednotlivé přepočty lze z bilanční rovnice pro hmotnostní tok emise znečišťující látky psát:

	(4)
	(5)
	(6)
	(7)

kde ω_H2O (%) značí objemový podíl vodní páry v plynu, ω_O2 (%) skutečný obsah O₂ v plynu a ω_O2^R (%) referenční obsah O₂ v plynu. Obsah vodní páry v plynu ω_H2O lze vyjádřit různým způsobem - pomocí parciálního tlaku vodní páry p_p (Pa), měrné vlhkosti plynu x (kg.kg^-1) nebo s použitím tzv. fiktivní vlhkosti f_N (kg.m^-3). Ze vztahu (6) např. vyplývá, že známe-li koncentraci v suchém plynu za normálních podmínek C_s,N (mg.m^-3), potom k vyjádření koncentrace C_s,N^R (mg.m^-3), kterou již můžeme porovnat s emisním limitem, postačí pouze znalost hodnot skutečného obsahu O₂ v plynu ω_O2 (%) a referenčního obsahu O₂ v plynu ω_O2^R (%).

Stanovení spotřeby spalovacího vzduchu a objemu vzniklých spalin

Pro potřeby výpočtů objemů spotřebovaného spalovacího vzduchu a vzniklého objemu spalin po spálení jednotkového množství paliva jsou udávány jednak:

objemy minimální za normálních podmínek, tj. teoretická nejmenší spotřeba spalovacího vzduchu a teoretický (nejmenší) objem vzniklých spalin, objemy skutečné za normálních podmínek, tj. objem spalovacího vzduchu při součiniteli přebytku spalovacího vzduchu α a objem vzniklých spalin při součiniteli přebytku spalovacího vzduchu α.

Součinitel přebytku spalovacího vzduchu je zjednodušeně odvozen pro dokonalé spalování z objemu volného kyslíku ve spalinách ω_O2, který lze stanovit měřením této hodnoty vhodným kyslíkovým analyzátorem spalin. Mezi α a ω_O2 platí jednoduchý vztah:

(8)

Při výpočtu objemů spotřebovaného spalovacího vzduchu a vzniklého objemu spalin po spálení jednotkového množství paliva se pracuje s následujícími objemy vzduchu a spalin:

• V_{vs min} [m³/kg] minimální objem suchého vzduchu potřebný pro spálení 1 kg paliva,
• V_{vv min} [m³/kg] minimální objem vlhkého vzduchu potřebný pro spálení 1 kg paliva,
• V_{ss min} [m³/kg] minimální objem suchých spalin vzniklých spálením 1 kg paliva,
• V_{sv min} [m³/kg] minimální objem vlhkých spalin vzniklých spálením 1 kg paliva.

Pro přepočet minimálního objemu suchého vzduchu na vlhký vzduch lze použít vztah:

V_{vv min} = ø . V_{vs min}                             (9)

kde součinitel ø je přibližně 1,016 (pro vzduch s relativní vlhkostí 60 % a teplotou 20 °C).

Dále obecně platí:

V_svmin = V_ssmin + V _H2O                      (10)

V_ssmin = V_N2 + V_CO2 + V_SO2 + V_Ar      (11)

kde značí:
V_N2 - objem N₂ ve spalinách [m³.kg^-1, nebo m³.m^-3],
V_H2O - objem vodních par ve spalinách [m³.kg^-1, nebo m³.m^-3],
V_CO2 - maximální objem CO₂ ve spalinách [m³.kg^-1, nebo m³.m^-3],
V_SO2 - maximální objem SO₂ ve spalinách [m³.kg^-1, nebo m³.m^-3],
V_Ar - objem Ar ve spalinách [m³.kg^-1, nebo m³.m^-3].

K přesnému stanovení minimálních objemů suchých a vlhkých spalin dle vztahů (10) a (11), ale i výpočtu minimálního objemu suchého vzduchu potřebného ke spálení 1 kg paliva, je nutná znalost prvkového složení paliva a výpočet jednotlivých složek vychází z příslušných rovnic pro spalování prvků hořlaviny a ze složení vzduchu pro spalování.

Pro objem vlhkého a suchého vzduchu V_vv a V_vs při spalování s přebytkem vzduchu α platí:

V_vv = V_vvmin α      [m³.kg^-1, nebo m³.m^-3]     (12)

a obdobně:

V_vs = V_vsmin α      [m³.kg^-1, nebo m³.m^-3]     (13)

Skutečný objem vlhkých spalin při teplotě spalin t_S [°C] a absolutním tlaku p_S [Pa] a při dokonalém spalování s přebytkem vzduchu α můžeme určit dle vztahu:

     [m³.kg^-1, nebo m³.m^-3]     (14)

Pro objem suchých spalin za normálních podmínek a při dokonalém spalování s přebytkem vzduchu α platí vztah:

V_ss = V_ssmin + (α - 1) V_vsmin      [m³.kg^-1, nebo m³.m^-3]     (15)

Vztahy pro přibližné určení spotřeby spalovacího vzduchu a množství spalin

V mnoha případech neznáme přesné složení paliva, pro které chceme přibližně určit spotřebu spalovacího vzduchu a množství vzniklých spalin. Pokud známe výhřevnost paliva, můžeme použít přibližných vztahů.

Všechny dále uváděné vztahy pro výpočet spotřeby spalovacího vzduchu a pro výpočet objemu vzniklých spalin jsou přibližné, protože jsou odvozeny pro výhřevnost paliva o průměrném prvkovém složení a průměrném obsahu vody a popelovin v palivu. Výsledné vztahy jsou tedy platné pro 1 kg paliva (1 m³ plynného paliva za normálních podmínek) a udávané objemy jsou všechny platné pro normální podmínky.

Pro paliva s výhřevností Q_N [MJ.kg^-1 pro pevná a kapalná paliva nebo MJ.m^-3 pro plynná paliva] můžeme použít pro dokonalé spalování a α = 1 Rosin - Fehlingovy vztahy:

     [m³.kg^-1, nebo m³.m^-3]     (16)

     [m³.kg^-1, nebo m³.m^-3]     (17)

kde jsou K₁ až K₄ konstanty, jejichž hodnoty jsou uvedeny v tab. 16.

PALIVA	K1	K2	K3	K4
všechna pevná paliva s výjimkou odpadů	1,012	0,5	0,95	1,375
kapalná paliva	0,85	2,0	1,11	0
plynná paliva s QN < 12,6 MJ.m-3	0,92	-0,08	0,76	0,87
plynná paliva s QN > 12,6 MJ.m-3	1,07	0	1,09	0,47

Tab. 16 - Hodnoty konstant K1 až K4 pro přibližné určení Vvs min a Vsv min

Pro uhlí platí přibližný vztah:

V_ssmin = V_vvmin      [m³.kg^-1]     (18)

Pro ropné lehké topné oleje platí přibližná hodnota:

V_ssmin = V_svmin - 1,46      [m³.kg^-1]     (19)

Pro metanový zemní plyn platí přibližná hodnota:

V_ssmin = V_svmin - 2,11      [m³.m^-3]     (20)

Uvedené vztahy umožňují přibližné stanovení objemu suchých spalin za normálních podmínek při dokonalém spalování s přebytkem vzduchu α, tj. hodnoty V_ss [m³.kg^-1, nebo m³.m^-3] dle vztahu (15). Postup při výpočtu je následující.

Pro kapalná a plynná paliva se hodnota V_{vs min} [m³.kg^-1, nebo m³.m^-3] stanoví dle vztahu (16) a hodnota V_{ss min} [m³.kg^-1, nebo m³.m^-3] podle druhu paliva dle vztahu (19) nebo (20). Hodnota V_{sv min} [m³.kg^-1, nebo m³.m^-3] v těchto vztazích se stanoví dle vztahu (17).

U spalování tuhých paliv je postup stanovení hodnoty V_ss [m³.kg^-1] dle vztahu (15) poněkud odlišný. Nejprve se stanoví hodnota V_{vs min} [m³.kg^-1] dle vztahu (16) a hodnota V_{ss min} [m³.kg^-1] dle přibližného vztahu (18) jako V_{vv min} [m³.kg^-1]. Hodnota V_{vv min} [m³.kg^-1] se pak stanoví s použitím vztahů (9) a opět (16). Další postup je stejný jako u kapalných a plynných paliv. S ohledem na použití vztahu (18) ke stanovení objemu V_{ss min} [m³.kg^-1] je uvedený postup velmi přibližný.

Pro česká hnědá i černá tržní uhlí lze s výhodou použít pro výpočet objemu spalovacího vzduchu a vzniklých spalin s dostatečnou přesností vztahy dle Dlouhého [L2]. Tyto vztahy lze použít i pro dokonalé spalování s přebytkem vzduchu α. Pro všechny teoretické objemy vzduchu a spalin (suché i vlhké) platí jediný regresní vztah:

V_xxmin = a Q_N + b     [m³.kg^-1]     (21)

kde konstanty a a b mají hodnoty uvedené v tab. 17.

Vxx min	a	b	průměrná chyba [%]
suchý vzduch Vvs min [m3.kg-1]	0,2607	0,1380	3,42
vlhký vzduch Vvv min [m3.kg-1]	0,2649	0,1402	3,42
suché spaliny Vss min [m3.kg-1]	0,2533	0,1474	3,26
vlhké spaliny Vsv min [m3.kg-1]	0,2500	0,9190	3,18

Tab. 17 - Hodnoty konstant a a b pro přibližné vztahy dle [L2]

S využitím vztahů dle (21) lze úpravou vztahů (15) a (14) odvodit pro objem suchých a vlhkých spalin při součiniteli přebytku spalovacího vzduchu α pro česká uhlí aproximační vztahy:

V_ss = (0,2607 α - 0,0074) Q_N + 0,138 α + 0,0094      [m³.kg^-1]     (22)

a

V_sv = (0,2649 α - 0,0149) Q_N + 0,1402 α + 0,7788      [m³.kg^-1]     (23)

Stanovení předpokládané koncentrace znečišťující látky a její porovnání s emisním limitem

Jak již bylo naznačeno v úvodu části 6.3, výpočet koncentrace znečišťující látky předpokládá znalost hmotnostního toku dané znečišťující látky a objemového průtoku spalin za definovaných podmínek.

Známe-li proto objem suchých spalin za normálních podmínek V_ss [m³.kg^-1, nebo m³.m^-3] a měrnou emisi znečišťující látky M_ZL [kg.t^-1, nebo kg.10^-6m^-3], stanovenou s využitím emisních faktorů, můžeme jednoduše stanovit C_s,N (mg.m^-3) - předpokládanou koncentraci znečišťující látky v suchém plynu za normálních podmínek. Protože známe přebytek vzduchu α a s využitím vztahu (8) i objem volného kyslíku ve spalinách ω_O2, můžeme koncentraci C_s,N (mg.m^-3) přepočítat s využitím vztahu (6) na koncentraci C_s,N^R (mg.m^-3) a tuto koncentraci přímo porovnat s příslušným emisním limitem.

Nutno zdůraznit, že jediným vstupem do výpočtů předpokládaných koncentrací je výhřevnost paliva Q_N [MJ.kg^-1 pro pevná a kapalná paliva nebo MJ.m^-3 pro plynná paliva], přebytek spalovacího vzduchu α a měrné výrobní emise, stanovené s použitím emisních faktorů příslušných znečišťujících látek.

Příklady výpočtu předpokládané koncentrace

Jako názorný příklad 1 je uveden výpočet předpokládané koncentrace SO₂ u parního středotlakého kotle s pásovým pohazovačem o jmenovitém parním výkonu 8 t.h^-1, který s přebytkem spalovacího vzduchu α = 1,6 spaluje směs hnědouhelných hruboprachů s výhřevností Q_N = 15,01 MJ.kg^-1 a obsahem síry S_p = 0,6 %.

Pro výpočet objemu spalin V_ss [m³.kg^-1] použijeme vztah (22). Dosazením do tohoto vztahu dostaneme V_ss = 6,3801 m³.kg^-1.

Emisní faktor pro SO₂ se dle tab. 11 stanoví jako f_SO2 = 19.S_p kg.t^-1, kde S_p je sirnatost v původním palivu v %. Dosazením za S_p = 0,6 dostaneme f_SO2 = 11,4 kg.t^-1 = 11 400 mg.kg^-1. Spálením 1 kg původního paliva vznikne hmotnostní množství SO₂, M_SO2 = 11 400 mg. Koncentrace SO₂ v suchém plynu za normálních podmínek C_SO2,s,N je potom rovna:

C_SO2,s,N = M_SO2 / V_ss = 1787 mg.m^-3

Ze vztahu (8) vyplývá, že přebytku spalovacího vzduchu α = 1,6 odpovídá obsah O₂ ve spalinách ω_O2 = 7,875 %.

Koncentraci SO₂ v suchém plynu za normálních podmínek a referenčním obsahu kyslíku ve spalinách C_SO2,s,N^R stanovíme výpočtem dle (6), kde za referenční obsah O₂ v plynu ω_O2^R dosazujeme 6 % (viz Příloha č. 4 k nařízení vlády č. 352/2002 Sb., zde tab. 3). Výpočtem vyplývá C_SO2,s,N^R = 2 042 mg.m^-3, což je hodnota, která je nižší než hodnota emisního limitu SO₂ pro velké a střední zdroje spalující tuhá paliva 2 500 mg.m^-3 (tab. 3). Lze proto předpokládat, že při provozu uvedeného spalovacího zdroje bude s dostatečnou rezervou dodržen emisní limit pro SO₂.

Jako příklad 2 jsme vybrali výpočty předpokládaných koncentrací NO_x a CO pro pravděpodobně nejvíce se vyskytující aplikace v současné praxi - plynový kotel na zemní plyn s atmosférickým hořákem. Pro tento typ kotle o výkonu 300 kW jsou "emisní" výpočty následující.

Pro výpočet objemu spalin předpokládáme výhřevnost zemního plynu (tranzitní plynovod) Q_N = 35,87 MJ.m^-3. Minimální objem suchého vzduchu pro spalování V_{vs min} [m³.m^-3] se stanoví dle vztahu (16) a minimální objem vzniklých vlhkých spalin V_{sv min} [m³.m^-3] dle vztahu (17), kde za konstanty K1 až K4 použijeme hodnoty z tab. 16 (K₁ = 1,07, K₂ = 0, K₃ = 1,09 a K₄ = 0,47). Výpočtem vycházejí objemy V_{vs min} = 9,167 m³.m^-3 a V_{sv min} = 9,808 m³.m^-3. Pro stanovení minimálního objemu suchých spalin V_{ss min} [m³.m^-3] použijeme vztah (20), odkud výpočtem vyplývá V_{ss min} = 7,698 m³.m^-3. Při výpočtu objemu suchých spalin za normálních podmínek V_ss [m³.m^-3] uvažujeme reálnou hodnotu přebytku spalovacího vzduchu α = 1,2. S použitím vztahu (15) vyplývá V_ss = 9,531 m³.m^-3.

Emisní faktory pro NO_x a CO u plynového kotle s jmenovitým výkonem 300 kW jsou dle hodnot v tab. 13 následující: f_NOx = 1920 kg.10^-6m^-3 a f_CO = 320 kg.10^-6m^-3. Spálením 1 m³ zemního plynu tedy průměrně vzniká M_NOx = 1 920 mg NO_x a M_CO = 320 mg CO.

Koncentrace NO_x v suchém plynu za normálních podmínek C_NOx,s,N je potom rovna:

C_NOx,s,N = M_NOx / V_ss = 201 mg.m^-3

a koncentrace CO v suchém plynu za normálních podmínek C_CO,s,N je:

C_CO,s,N = M_CO / V_ss = 33,6 mg.m^-3.

Přebytku spalovacího vzduchu α = 1,2 odpovídá dle vztahu (8) hodnota obsahu kyslíku ve spalinách ω_O2 = 3,5 %. Koncentrace NO_x a CO v suchém plynu za normálních podmínek a referenčním obsahu kyslíku ve spalinách C_NOx,s,N^R a C_CO,s,N^R stanovíme výpočtem dle (6), kde za referenční obsah kyslíku v plynu ω_O2^R dosazujeme u spalovacích zařízení spalujících plynná paliva hodnotu 3 % (viz Příloha č. 4 k nařízení vlády č. 352/2002 Sb. a zde tab. 6). Výpočtem vyplývá C_NOx,s,N^R = 206,7 mg.m^-3 a C_CO,s,N^R = 34,6 mg.m^-3. Z výpočtu předpokládaných koncentrací a porovnání s odpovídajícími hodnotami emisních limitů vyplývá zjištění, že u NO_x se mírně překračuje hodnota emisního limitu pro kotle spalující plynná paliva 200 mg.m^-3 (tab. 6) a u CO je hodnota předpokládané koncentrace nižší než hodnota emisního limitu 100 mg.m^-3. "Překvapující" zjištění u NO_x je způsobeno skutečností, že na jedné straně je hodnota emisního limitu pro NO_x relativně nízká a na druhé straně je použitý emisní faktor pro NO_x, jako střední hodnota měrných výrobních emisí u podobných zdrojů, relativně vysoký. Lze tedy očekávat, že u daného plynového kotle se mohou bez náležitého seřízení spalovacího procesu vyskytovat z hlediska splnění emisních limitů NO_x určité problémy.

7. ZÁVĚR

V příspěvku jsou objasněny základní pojmy při spalování paliv, objasněny mechanismy vzniku základních znečišťujících látek při spalování fosilních paliv, dřeva a biomasy a jejich působení v ovzduší zejména na lidský organismus. Blíže je popsána nová legislativa v ochraně ovzduší se zaměřením na spalovací zdroje. Jsou vysvětleny základní pojmy v ochraně ovzduší, uvedena kategorizace spalovacích zdrojů a shrnuty základní povinnosti provozovatelů těchto zdrojů. Je podána informace o zjišťování emisí znečišťujících látek, poplatcích za znečišťování. Velká pozornost je věnována stanoveným emisním limitům pro velké a střední spalovací zdroje. Stručně jsou shrnuty i povinnosti provozovatelů malých spalovacích zdrojů. Zvláštní pozornost je věnována přibližnému stanovení emisí a koncentrací základních znečišťujících látek výpočtem. Pro tyto účely jsou u jednotlivých druhů paliv a topenišť uvedeny hodnoty emisních faktorů těchto látek. Je uveden příklad výpočtu ročních emisí tří hlavních znečišťujících látek - TZL, SO₂ a NO_x. Pro účely přibližného stanovení koncentrací znečišťujících látek a jejich porovnání s emisními limity jsou uvedeny přepočítávací vztahy pro koncentrace znečišťující látky, je naznačen přesný postup stanovení spotřeby spalovacího vzduchu a objemu vzniklých spalin a jsou uvedeny přibližné vztahy pro stanovení těchto objemů při spalování, které vyžadují pouze znalost výhřevnosti paliva, přebytku spalovacího vzduchu. Závěrem jsou uvedeny příklady výpočtů předpokládaných koncentrací vybraných znečišťujících látek u dvou typů spalovacích zdrojů (kotlů) a jejich porovnání s platnými emisními limity.

Literatura
[L1] Indoor Pollutants, National Research Council, NAP 1981, pp. 354-358.
[L2] Dlouhý, T: Výpočet objemů vzduchu a spalin z výhřevnosti uhlí. Energetika, 2000, roč. 50, č. 10, str. 320-321.