EMISIJA ŠTETNIH SASTOJAKA U ATMOSFERU IZ PROCESA IZGARANJA IZGARANJE - IZVOR EMISIJE

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "EMISIJA ŠTETNIH SASTOJAKA U ATMOSFERU IZ PROCESA IZGARANJA IZGARANJE - IZVOR EMISIJE"

Ζεύς Ηλιόπουλος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: (Emisija u atmosferu) List: 1 EMISIJA ŠTETNIH SASTOJAKA U ATMOSFERU IZ PROCESA IZGARANJA IZGARANJE - IZOR EMISIJE Izgaranje - najveći uzrok emisije u atmosferu zbog ljudskih (antropoloških) aktivnosti!!! Glavni utjecajni faktori emisije onečiščujućih (štetnih) sastojaka iz procesa izgaranja: - sastav goriva, - način izgaranja, - sekundarni procesi u atmosferi. Drastični slučajevi zagañenja atmosfere: 190. godina - Meuse alley (Belgija) - tijekom dana pod utjecajem zagañene atmosfere umrlo je 60 ljudi, a više stotina ih je oboljelo godin - Donora, Pensilvanija (SAD) - tijekom 4 dana 20 ljudi je umrlo a 6000 ih je oboljelo od ukupno stanovnika koji su bili izloženi velikim koncentracijama zagañenja zraka godina - London (Engleska) - tijekom jedne sedmice, pod utjecajem velike magle i smoga u gradu, umrlo je 4000 ljudi. Svi navedeni slučajevi bili su posljedica visoke koncentracije sumpornih oksida i lebdećih čestica iz stacionarnih izvora odnosno iz ložišta fosilnih goriva.

2 Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: (Emisija u atmosferu) List: 2 KEMIJSKE REAKCIJE IZGARANJA (STEHIOMETRIJSKE JEDNADŽBE) ČRSTA I TEKUĆA GORIA Sastav tekućega i čvrstog goriva iskazuje se u mas. udjelima, odnosno: m C + m H + m S + m O + m N + m W + m P = 1 Izgaranje ugljika: C + O 2 = CO 2 + toina 1 kmol C + 1 kmol O 2 = 1 kmol CO 2 12 kg C + 22,4 m n O 2 = 22,4 m n CO 2 1 kg C + 1,867 m n O 2 = 1,867 m n CO 2 Izgaranje vodika: 2 H 2 + O 2 = 2 H 2 O + toina 2 kmol H kmol O 2 = 2 kmol H 2 O 4 kg H ,4 m n O 2 = 44,8 m n H 2 O 1kg H 2 + 5,6 m n O 2 = 11,2 m n H 2 O

3 Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: (Emisija u atmosferu) List: Izgaranje sumpora: S + O 2 = SO 2 + toina 1 kmol S + 1 kmol O 2 = 1 kmol SO 2 2 kg S + 22,4 m n O 2 = 22,4 m n SO 2 1 kg S + 0,7 m n O 2 = 0,7 m n SO 2 Teoretska (minimalna) količina kisika za izgaranje: O, min = 1,867 m C + 5,6 m H + 0,7 m S - 0,7 m O (m n /kg g ) Teoretska (minimalna) količina zraka za izgaranje: zr, min = 1 0,21 O,min (m n /kg g ) zr, min = 4,76(1,867 m C + 5,6 m H + 0,7 m S - 0,7 m O ) (m n /kg g ) Stvarna količina zraka za izgaranje: zr = λ zr,min (m n /kg g ) zr = 4,76(1,867 m C + 5,6 m H + 0,7 m S - 0,7 m O ) λ (m n /kg g )

4 Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: (Emisija u atmosferu) List: 4 Produkti izgaranja: - Ugljik I oksid (CO 2 ): CO2 = 1,867 m c (m n /kg g ) - odena para (H 2 O): H2O = 11,2m H + 1,24m W (m n /kg g ) - Sumpor I oksid (SO 2 ): SO2 = O,7m S (m n /kg g ) - Kisik (O 2 ) od viška zraka za izgaranje: O2 =0,21(λ-1) zr, min (m n /kg g ) - Dušik (N 2 ): N2 =0,79λ zr,min +0,8 m N (m n /kg g ) - Ukupna količina dimnih inova izgaranja: = CO2 + H2O + SO2 + O2 + N2 (m n /kg g ) - Sastav dimnih inova izgarnja: ϕ CO2= CO2 / ϕ H2O= H2O / ϕ SO2= SO2 / ϕ O2= O2 / ϕ N2= N2 / ϕ CO2 + ϕ H2O + ϕ SO2 + ϕ O2 + ϕ N2 = 1

5 Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: (Emisija u atmosferu) List: 5 PLINOITA GORIA Plinovita goriva sadrže: vodik (H 2 ), lake ugljikovodike (C m H n ), ugljik II oksid (CO), ugljik I oksid (CO 2 ), kisik (O 2 ) te ponekad sumpor-vodik (H 2 S). Sastava inovitih goriva iskazuje se u vol. udjelima. Stehiometrijske jednadžbe izgaranja inovitih goriva: 1m n (H 2 )+ 0,5m n (O 2 )= 1m n (H 2 O) 1m n (C m H n ) + (m+0,25n)m n (O 2 ) = m m n (CO 2 )+ 0,5 m n (H 2 0) 1m n (CO) + 0,5m n (O 2 ) = 1m n (CO 2 ) 1m n (H 2 S) + 1,5m n (O 2 ) = 1m n (H 2 O) + 1 m n (SO 2 ) Teoretska (minimalna) količina kisika za izgaranje inovitih goriva: O,min =0,5(CO+H 2 )+ (m+0,25n)(c m H n )+1,5(H 2 S)-(O 2 ) (m n /m n,g ) Teoretska (minimalna) količina zraka za izgaranje inovitih goriva: zr,min = o2,min 0, 21 (m n /m n,g ) Stvarna količina zraka za izgaranje inovitih goriva: zr =λ zr,min (m n /m n,g )

6 Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: (Emisija u atmosferu) List: 6 Produkti izgaranja inovitih goriva: - Ugljik I oksid (CO 2 ): CO2 =(CO)+ m(c m H n ) (m n /m n,g ) - odena para (H 2 O): H2O =(H 2 )+ (H 2 S)+ 0,5n(C m H n ) (m n /m n,g ) - Sumpor I oksid (SO 2 ): SO2 =(H 2 S) (m n /m n,g ) - Kisik (O 2 ) iz viška zraka za izgaranje: O2 =0,21(λ-1) zr,min (m n /m n,g ) - Dušik (N 2 ): N2 =0,79λ zr,min (m n /m n,g ) Ukupna količina dimnih inova: = (m+0,5n)(c m H n )+(CO)+(H 2 )+2(H 2 S)+(λ-0,21) zr,min (m n /m n,g ) Sastav dimnih inova izgaranja inovitih goriva: ϕ CO2= CO2 / ϕ H2O= H2O / ϕ SO2= SO2 / ϕ O2= O2 / ϕ N2= N2 / ϕ CO2 + ϕ H2O + ϕ SO2 + ϕ O2 + ϕ N2 = 1

7 Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: (Emisija u atmosferu) List: 7 NASTAJANJE I EMISIJA DUŠIČNIH OKSIDA (NO x ) Dušik nije goriva tvar. Dušični oksidi ne nastaju kao produkti izgaranja. Dušični oksidi nastaju kemijskim reakcijama dušika iz goriva i zraka s kisikom iz zraka. Dušični oksidi nastaju endotermnom reakcijom pri temperaturama iznad 1000 K. Količina dušičnih oksida ovisi o pretičku zraka za izgaranje, sadržaju dušika u gorivu te o temperaturi procesa izgaranja. Dušični oksidi nastaju na dva načina: - oksidacijom dušika iz zraka - termički dušični oksidi - oksidacijom dušika iz goriva - dušični oksidi iz goriva. Termički dušični oksidi: Pri temperaturi iznad 1000 K nastaje disocijacija kisika: O 2 O + O Slobodni kisik može prekinuti stabilnu vezu dušikovih atoma u molekuli N 2 : N 2 + O NO + N Atom dušika kemijski reagira s molekulom kisika: O 2 + N NO + O U ložištu nastaje dušični oksid u obliku NO (> 95 %). NO 2 nastaje oksidacijom NO, nakon izlaska iz dimnjaka, djelovanjem fotokemijskih efekata sunčevih zraka uz prisustvo raznih organskih spojeva u atmosferi.

8 Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: (Emisija u atmosferu) List: 8 Dušični oksidi iz zraka (termički NO x ): (prema teoriji N.N. Semenova, Ya. B. Zeldovicha i D.A. Frank-Kamenetsky) C NO,zr = 4, 6 C C exp O N 2 2 RT (g/m n, ) - Koncentracija dušika (C N2 ) u dimnim inovima: 28 kg g C = 0, 79 = 0, N 2 22, 4 mn, m n, - Koncentracija kisika (C O2 ) u dimnim inovima: C O 2 2 ( λ 1) 0, 21 zr,min 22, 4 kg mn, = 00 ( λ 1) zr,min g mn, = - Plinska konstanta: R=814 (J/molK) - Dušični oksidi iz zraka: C NO,zr = 2500 ( λ 1) zr,min exp T (g/m n, )

9 Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: (Emisija u atmosferu) List: 9 Dušični oksidi iz goriva:. N C red NO,g = 10m,red (g/m n, ) gdje je: m N red = H N (%) d (%/MJ) -. m N(%) - masena koncentracija dušika u gorivu ( %) - H d - donja toinska vrijednost goriva ( MJ/kg),red = (m n /MJ) H d - - količina dimnih inova (m n /kg,g ) - Koeficijent m= 0,2 (za velike generatore pare), m = do 0,4 (za male generatore pare). Ukupna količina dušičnih oksida: C NO =C NO,zr + C NO,g (g/m n, )

10 Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: (Emisija u atmosferu) List: 10 EMISIJA ČESTICA Količina čestica u dimnim inovima: g č = a č A Cč 100 C č (kg/kg, g ) gdje je: - A - sadržaj pepela u gorivu (% mas), - a č - udjel odnošenja čestica iz ložišta kroz dimnjak (kg/kg), - C č - sadržaj gorivog dijela u lebdećim česticama (% mas). Udjel odnošenja čestica kroz dimnjak: rsta ložišta a č Ložište sa suhim odvodom pepela 0,95 Otvoreno ložište 0,7 do 0,85 Poluotvoreno ložište 0,6 do 0,8 Dvo-komorno ložište 0,5 do 0,6 Ložište sa primarnim vertikalnom komorom 0,2 do 0,4 Horizontalno ciklonsko ložište 0,1 do 0,15

Σχετικά έγγραφα

Eliminacijski zadatak iz Matematike 1 za kemičare

Eliminacijski zadatak iz Matematike 1 za kemičare Za mnoge reakcije vrijedi Arrheniusova jednadžba, koja opisuje vezu koeficijenta brzine reakcije i temperature: K = Ae Ea/(RT ). - T termodinamička temperatura (u K), - R = 8, 3145 J K 1 mol 1 opća plinska