VGF szaklap

Kérdőjelek a fatüzelés körül III.

2012. június 11. | Chiovini György |  3403 | |

Az alábbi tartalom archív, 7 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

A fatüzelésből származó légszennyezést csökkenthetjük a tüzelőberendezés hatásfokának javításával. Ugyanannyi hasznosuló hőenergia előállításához kevesebb fát kell eltüzelni. Kevesebb káros anyag kerül a környezetbe akkor is, ha egységnyi égéstermék kevesebb szennyező összetevőt – többek között PM10-et – tartalmaz. Ha a káros anyagok keletkezését nem tudjuk csökkenteni, megoldás lehet azok teljes vagy részleges leválasztása.

Kérdőjelek a fatüzelés körül III.

A fatüzelésből származó légszennyezést csökkenthetjük a tüzelőberendezés hatásfokának javításával. Ugyanannyi hasznosuló hőenergia előállításához kevesebb fát kell eltüzelni. Kevesebb káros anyag kerül a környezetbe akkor is, ha egységnyi égéstermék kevesebb szennyező összetevőt – többek között PM10-et – tartalmaz. Ha a káros anyagok keletkezését nem tudjuk csökkenteni, megoldás lehet azok teljes vagy részleges leválasztása.


Az égéstermék-tisztítás elve nem új, de lakossági tüzelőberendezésekben eddig nem volt szokásos. Nyomós ok kell ahhoz, hogy egy beruházási és üzemeltetési költséggel járó döntést hozzunk. Ilyen ok lehet a levegőtisztaság-védelem kényszere. A PM10-imissziócsökkentés elodázhatatlan. Mivel a kibocsátás jelentős részét a régi fatüzelő berendezések okozzák, ezen is változtatni kell. Választási lehetőség: csere, vagy leválasztó alkalmazása.

Égéstermék-tisztítás

Az égéstermék-tisztítás gyakorlatban elterjedt technológiái közül a lakossági fatüzelésű berendezéseknél ciklonok, elektrosztatikus leválasztók, mosók és szűrők jönnek számításba. Alternatíva még a katalizátor, különös tekintettel arra, hogy a PM10-kibocsátás egyik összetevője az elégetlen vagy részben elégett tüzelőanyag.

1. kép: égéstermék-tisztításhoz hőálló anyagú szűrőre van szükség

Ezek a katalizátorban oxidálódva elveszítik veszélyes jellegüket. A ciklonok centrifugális erő elve alapján működő leválasztók. A körmozgást a ciklonba érintőlegesen bevezetett égéstermék idézi elő. A centrifugális erő hatására a részecskék a hengeres fal felé sodródnak, lefékeződnek, kiválnak, és a ciklon alsó részében gyűlnek össze. A ciklonhatás függ a részecske jellemzőitől. A finomabb részecskék a gázáramban maradnak, azzal együtt távoznak.

Az elektrosztatikus leválasztóban az égésterméket elektromos erőtéren vezetjük át, miközben az égéstermékben lévő részecskék feltöltődnek. Ennek hatására az ellenkező töltésű gyűjtőelektród felé mozognak, majd azon megtapadnak (1. ábra). Az így leválasztott anyagot szükség szerint eltávolítjuk. Az elektromos erőteret a koronaelektród és gyűjtőelektród közötti potenciálkülönbség – néhányszor tíz kV – hozza létre. Alakilag a koronaelektród huzalnak, a gyűjtőelektród lemeznek felel meg.

Az elektrosztatikus leválasztók beépítésénél ügyelni kell arra, hogy kondenzációból eredő meghibásodás (átütés) ne fordulhasson elő. A füstgáz-mosók abszorpciós elven működő, nedves tisztító berendezések. A leválasztandó részecskék folyadékcseppekkel vagy -filmmel találkozva fizikai abszorpcióval és esetleg kémiai reakcióval megkötődnek. A folyamat azzal zárul, hogy a mosófo- lyadékot a leválasztó berendezésből eltávolítjuk.

1. ábra: Az elektrosztatikus leválasztóban az égésterméket elektromos erőtéren vezetjük át, miközben az égéstermékben lévő részecskék feltöltődnek. Ennek hatására az ellenkező töltésű gyűjtőelektród felé mozognak, majd azon megtapadnak. Az így leválasztott anyagot szükség szerint eltávolítjuk. 

A szűrők rendszerint szövetből, valamilyen rostos anyagból vagy zsugorított, szemcsés anyagból készülnek. A részecskék leválasztása a porózus közeghez való tapadás és a szitahatás révén történik. A szűrő lehet tisztítható vagy telítődés után cserélendő. Égéstermék-tisztításhoz természetesen hőálló anyagú szűrőre van szükség (1. kép). Megfogalmazhatók a fatüzelésnél alkalmazott leválasztókkal szemben támasztott követelmények. Mivel a cél a lakosság által használt tüzelőberendezések kibocsátásának korlátozása, kis egységteljesítményű berendezésekhez is illeszthetőknek kell lenniük. Nagy valószínűséggel elsősorban már működő kályhákhoz, kazánokhoz stb. lesznek pótlólag telepítve, felszerelve. Az új tüzelőberendezések eleve úgy készülhetnek, hogy megfeleljenek az emissziós normáknak. Egyébként a leválasztó okozta többlet beszerzési költség versenyhátrányt jelentene. A pótlólagos alkalmazás viszont azt kívánja meg, hogy a termék sokféle helyszíni körülmény mellett is be- vagy felszerelhető legyen. Kedvezőbb, ha működési elve nem igényel villamos energiát. Ha áramlási ellenállása nem jelentős, külön ventilátor nélkül is használható.

Bár a fatüzelést választók számára nem szokatlan, hogy a fűtés különböző rendszeres elfoglaltságokkal jár, jobb a kevés többletmunkát, kezelést, karbantartást igénylő gyártmány. Végül, de nem utolsósorban, a beszerzési és üzemeltetési költség is lényeges. Előnyben vannak a kedvező árú, hosszú élettartamú, csekély folyó költséget okozó megoldások. A ciklonok és mosók hatásossága a részecskeméret csökkenésével fokozottan romlik. A PM10 mérettartományban, tehát 10 m alatt, szűrők és elektrosztatikus leválasztók alkalmazása jöhet számításba (3. kép).

A szűrők különösen jó hatásfokkal működnek. Hátrányuk azonban a nagy áramlási ellenállás, ez működés közben még tovább nő, így fennáll a dugulás veszélye. Az égéstermék kiáramlásának akadályozódása a tüzelőberendezés felállítási helyén akár életveszélyes helyzetet is okozhat. Nehézséget jelent ezen felül, hogy a szűrő anyagának el kell tudni viselni az égéstermék nagy hőmérsékletét és fizikai, kémiai hatását. Az elektrosztatikus leválasztók hatásossága is jó, de kissé elmarad a szűrőkétől. Sajátos hátrányuk, hogy a leválasztás a részecskék ionizálhatóságában lévő eltérések miatt bizonyos szelektivitást mutat. Éppen a különösen veszélyes, részlegesen elégett szénhidrogének tekintetében mutatnak ezek a leválasztók kisebb hatásfokot. További negatív tulajdonságuk a folyamatos villamosenergia-igényük, kedvező viszont csekély áramlási ellenállásuk. Ez a működési elvből ered. Ettől függetlenül a leválasztott szennyeződés szűkíti a szabad keresztmetszetet.

2. ábra: A ciklonok és mosók hatásossága a részecskeméret csökkenésével fokozottan romlik. A PM10 mérettartományban, tehát 10 m alatt, szűrők és elektrosztatikus leválasztók alkalmazása jöhet számításba A szűrők különösen jó hatásfokkal működnek. Hátrányuk azonban a nagy áramlási ellenállás, ez működés közben még tovább nő, így fennáll a dugulás veszélye.

Egy nem tisztított, elhanyagolt elektrosztatikus leválasztó is eldugulhat (2. kép). Felléphet egy nemkívánatos, „öntisztító” jelenség is. A gyűjtőelektródnál kivált részecskék pelyhekké állnak össze, leválnak, és az égéstermék elragadja ezeket. A kémény környéke olyan lesz, mintha fekete hópelyhek hullottak volna. Mindkét leválasztási technika alkalmazásánál jelentkezik két probléma. Ha a tüzelőberendezés valamilyen okból különösen sok, illetve különösen kedvezőtlen hatású káros anyagot termel (pl. kátrány), ez a leválasztó működésképtelenségét okozza. Ez egyébként arra ösztönözheti, kényszerítheti az üzemeltetőt, hogy például kerülje a tiltott tüzelőanyag használatát. Rendellenes működés nélkül is el kell távolítani időszakosan az összegyűlt szennyeződést. E tekintetben több változatban készülnek ezek a berendezések. Egyes termékek tisztító automatikával rendelkeznek. Ez lehet forgókefés megoldás vagy elektromágneses vibrátor. A hozzáférés is változó. A kéményre szerelt leválasztót csak a kéményseprő tudja tisztítani. Gyártanak olyan elektrosztatikus leválasztót, amelyik az összegyűlt anyagot vízzel a csatornába mossa.

2. kép: Egy nem tisztított, elhanyagolt elektrosztatikus leválasztó is eldugulhat.

Katalizátor

A fatüzelés PM10-kibocsátása alapvetően az égés minőségétől függ. Megfelelő hőmérséklet, kedvező légellátás és keveredés, valamint a tökéletes égéshez szükséges idő együttes feltétele annak, hogy a hőbomlásból származó, közbenső anyagok szén-dioxiddá és vízzé alakuljanak át. Egyébként megjelenik a kibocsátott égéstermékben a részlegesen elégett frakció. Ez nem elsősorban tüzeléstechnikai hatásfok-kérdés, sokkal inkább levegőtisztasági ügy. A rákkeltő kibocsátás túlnyomórészt a nem teljes oxidáció miatt jelenik meg. Logikus gondolat, hogy katalizátorral gondoskodjunk a tökéletes égésről. A feladat megoldásának nehézsége abban van, hogy kis egységteljesítményű tüzelőberendezéseknél és fa tüzelőanyagnál kell ezt megvalósítani. Ismeretes, hogy a katalizátorok érzékenyek, nem viselnek el bármekkora terhelést. Fatüzelésnél viszont a begyújtás során, bár csak rövid ideig, a szennyezőanyag-koncentráció nagyságrendekkel nagyobb a később mérhető értéknél.

 3. kép

Ezen úgy próbálnak segíteni, hogy a begyújtás alatt az égésterméket nem a katalizátoron át vezetik. Egyébként is a katalizátor működésének feltétele egy meghatározott hőmérséklet. Begyújtáskor az égéstermék, illetve a katalizátor ennél még kisebb hőmérsékletű. A fatüzelésű berendezésekben alkalmazott katalizátorok üzemi hőmérséklete 350-550 °C. Ilyen állapotban az illékony szerves vegyületek mintegy kétharmada katalitikusan ártalmatlanítható (3. kép). Begyújtás után 20-30 perccel a megkerülő ágat zárni kell, a katalizátor működésbe lép. Üzem közben az átáramló égéstermék egy része a felületre tapad, emiatt a katalizátor rendszeres tisztítást igényel. Ha nem történt rendellenes szennyeződés, a tisztítás meleg vízzel való lemosással megoldható. A katalizátoros égéstermék-tisztítás előnyei: kedvező méretű és árú berendezés, hatásfokjavulás. Ez utóbbi csak akkor érvényesül, ha az égéstermék megemelkedett hőmérséklete a katalizátor után hasznosítható. Alapvető hiányosság, hogy a különösen szennyező begyújtás változatlan marad. Egyébként a legjobb tüzelőberendezések állandósult üzemállapotban eleve olyan kedvező emisszióval rendelkeznek, hogy nem is indokolt katalizátor beépítése. International Energy Agency projekt Az IEA Bioenergy egyik projektje vizsgálta a kis teljesítményű, fatüzelésű berendezésekhez kifejlesztett leválasztók hatásosságát. Legnagyobb választékban az elektrosztatikus leválasztók álltak rendelkezésre.

A megvizsgált 19 termék között 12 elektrosztatikus leválasztó, 3 égéstermék-kondenzátor és 2-2 katalizátor, illetve szűrő volt. Az elektrosztatikus leválasztókkal végzett mérések 50 és 85% közötti hatásosságot mutattak ki. Ugyanaz a berendezés más eredményt adott az elégetett tüzelőanyagtól, illetve a kapcsolt tüzelőberendezéstől függően. Azonos mérési elrendezésnél is szórás volt tapasztalható az egyes mérések között. A próbatermi méréseken túl még szükség lenne üzemi körülmények között, hosszú időtartamú adatgyűjtésre. Kiemelten lenne célszerű vizsgálni az elektródokra rakódó, nehezen eltávolítható szennyeződések (pl. kátrány) kérdését. Ezek a tapasztalatok elengedhetetlenek a termékek piaci elterjedésének biztos megalapozásához. A katalizátorok vizsgálata nem hozott egyértelmű pozitív eredményt. A tüzelőberendezés után, a füstcsőbe szerelt változat gyakorlatilag nem mutatott értékelhető hatást. A magába a tüzelőberendezésbe kerülő katalizátor hatásos a szerves anyagú részecskék elégetésével, viszont a szervetlen anyagú részecskék számát alig csökkenti. A vizsgálatok során nem tisztázódott a katalizátor élettartamának kérdése. A szűrők hatásosságának értékelését nehezítette, hogy ezek is magába a tüzelőberendezésbe voltak beépítve. Az emisszió-mérések azt mutatták, hogy a szűrővel ellátott berendezések hasonló mennyiségű PM10-et bocsátanak ki, mint más, szűrő nélküli gyártmányok.

4. kép: Szükség van a jelenlegi, a kutatáshoz, fejlesztés- hez használt, bonyolult méréstechnika kiváltására egyszerűbb, kezelhetőbb mérőeszközökre.  

Ez megkérdőjelezi a szűrőhasználat indokoltságát. Az égéstermék-kondenzátorokkal szerzett tapasztalatok szerint az eddig kifejlesztett termékek leválasztó képessége csekély, 10-20%. Hasznuk a hatásfoknövelésben lehet. A fejlesztés most arra irányul, hogy leválasztó funkciójuk elérje a más rendszerű termékek szintjét. Az elképzelések szerint a leválasztók lennének hivatottak a régi, az akkori műszaki színvonalnak megfelelő, rossz emissziós tulajdonságú tüzelőberendezések további üzemeltetését lehetővé tenni. A készülékcserék elkerüléséhez arra lenne szükség, hogy leválasztóval kiegészítve a berendezés PM10-kibocsátása az új tüzelőberendezések szintjéhez közeledjen. Ez azonban csak akkor valósulhat meg, ha a leválasztók tartósan elviselik azt a terhelést, amit ezek a régi tüzelőberendezések okoznak, ugyanis az égéstermékek nem csak mennyiségi mértékkel mérve tartalmaznak sok részecskét, hanem az összetétel is kedvezőtlen. Ez oda vezethet, hogy a leválasztó viszonylag gyorsan hatástalanná válik.

A megoldás valószínűleg az lesz, hogy a nagy darabszámban működő kályhákhoz, kandallókályhákhoz, kazánokhoz kell az adott termékre optimalizált leválasztót kifejleszteni. Az általános célra szánt termékek beszerzése, beépítése kellő referencia hiányában akkora kockázat, hogy a potenciális üzemeltető elállhat az alkalmazástól. Nincs értelme egy ilyen beruházásnak, ha a várt eredményt, az előírásoknak megfelelő emissziót semmi sem garantálja. Nehézséget jelent a leválasztók széles körű alkalmazása szempontjából, hogy a PM10-emisszió méréstechnikája még nincs szabványosítva. A mérési eredmények összevethetőségéhez e téren feltétlen előrelépésre van szükség. A leválasztók hatásosságának objektív értékelése így válik lehetségessé. Szükség van a jelenlegi, a kutatáshoz, fejlesztéshez használt, bonyolult méréstechnika kiváltására egyszerűbb, kezelhetőbb mérőeszközökre (4. kép). A gyártmányfejlesztést felgyorsítaná, ha a tüzelőberendezésekre vonatkozó előírások minél több országban szigorodnának, illetve valamilyen egységes rendszerré állnának össze. A kereslet pedig függ a leválasztók beszerzését támogató pénzügyi források megnyitásától. (Folytatjuk)

International Energy Agency projekt

Az IEA Bioenergy egyik projektje vizsgálta a kis teljesítményű, fatüzelésű berendezésekhez kifejlesztett leválasztók hatásosságát. Legnagyobb választékban az elektrosztatikus leválasztók álltak rendelkezésre. A megvizsgált 19 termék között 12 elektrosztatikus leválasztó, 3 égéstermék-kondenzátor és 2-2 katalizátor, illetve szűrő volt. Az elektrosztatikus leválasztókkal végzett mérések 50 és 85% közötti hatásosságot mutattak ki. Ugyanaz a berendezés más eredményt adott az elégetett tüzelőanyagtól, illetve a kapcsolt tüzelőberendezéstől függően. Azonos mérési elrendezésnél is szórás volt tapasztalható az egyes mérések között. A próbatermi méréseken túl még szükség lenne üzemi körülmények között, hosszú időtartamú adatgyűjtésre.

Kiemelten lenne célszerű vizsgálni az elektródokra rakódó, nehezen eltávolítható szennyeződések (pl. kátrány) kérdését. Ezek a tapasztalatok elengedhetetlenek a termékek piaci elterjedésének biztos megalapozásához. A katalizátorok vizsgálata nem hozott egyértelmű pozitív eredményt. A tüzelőberendezés után, a füstcsőbe szerelt változat gyakorlatilag nem mutatott értékelhető hatást. A magába a tüzelőberendezésbe kerülő katalizátor hatásos a szerves anyagú részecskék elégetésével, viszont a szervetlen anyagú részecskék számát alig csökkenti. A vizsgálatok során nem tisztázódott a katalizátor élettartamának kérdése. A szűrők hatásosságának értékelését nehezítette, hogy ezek is magába a tüzelőberendezésbe voltak beépítve. Az emisszió-mérések azt mutatták, hogy a szűrővel ellátott berendezések hasonló mennyiségű PM10-et bocsátanak ki, mint más, szűrő nélküli gyártmányok. Ez megkérdőjelezi a szűrőhasználat indokoltságát. Az égéstermék-kondenzátorokkal szerzett tapasztalatok szerint az eddig kifejlesztett termékek leválasztó képessége csekély, 10-20%. Hasznuk a hatásfoknövelésben lehet. A fejlesztés most arra irányul, hogy leválasztó funkciójuk elérje a más rendszerű termékek szintjét.

Az elképzelések szerint a leválasztók lennének hivatottak a régi, az akkori műszaki színvonalnak megfelelő, rossz emissziós tulajdonságú tüzelőberendezések további üzemeltetését lehetővé tenni. A készülékcserék elkerüléséhez arra lenne szükség, hogy leválasztóval kiegészítve a berendezés PM10-kibocsátása az új tüzelőberendezések szintjéhez közeledjen. Ez azonban csak akkor valósulhat meg, ha a leválasztók tartósan elviselik azt a terhelést, amit ezek a régi tüzelőberendezések okoznak, ugyanis az égéstermékek nem csak mennyiségi mértékkel mérve tartalmaznak sok részecskét, hanem az összetétel is kedvezőtlen.

Ez oda vezethet, hogy a leválasztó viszonylag gyorsan hatástalanná válik. A megoldás valószínűleg az lesz, hogy a nagy darabszámban működő kályhákhoz, kandallókályhákhoz, kazánokhoz kell az adott termékre optimalizált leválasztót kifejleszteni. Az általános célra szánt termékek beszerzése, beépítése kellő referencia hiányában akkora kockázat, hogy a potenciális üzemeltető elállhat az alkalmazástól. Nincs értelme egy ilyen beruházásnak, ha a várt eredményt, az előírásoknak megfelelő emissziót semmi sem garantálja. Nehézséget jelent a leválasztók széles körű alkalmazása szempontjából, hogy a PM10-emisszió méréstechnikája még nincs szabványosítva. A mérési eredmények összevethetőségéhez e téren feltétlen előrelépésre van szükség. A leválasztók hatásosságának objektív értékelése így válik lehetségessé. Szükség van a jelenlegi, a kutatáshoz, fejlesztéshez használt, bonyolult méréstechnika kiváltására egyszerűbb, kezelhetőbb mérőeszközökre (4. kép). A gyártmányfejlesztést felgyorsítaná, ha a tüzelőberendezésekre vonatkozó előírások minél több országban szigorodnának, illetve valamilyen egységes rendszerré állnának össze. A kereslet pedig függ a leválasztók beszerzését támogató pénzügyi források megnyitásától.


Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem