Spalanie - zupełne, całkowite i analiza spalin - Część 1

[Aktualizacja 27.05.2025]

Jednym z kluczowych wyzwań współczesności jest zanieczyszczenie powietrza, smog i przyspieszenie globalnego ocieplenia spowodowane działalnością człowieka. Szybki rozwój gospodarczy i przemysłowy na całym świecie, zwłaszcza w Chinach i Indiach, prowadzi do gwałtownego wzrostu zapotrzebowania na energię, która wciąż głównie pozyskiwana jest ze spalania paliw kopalnych (węgiel, ropa, gaz) oraz paliw stałych, takich jak drewno i torf.

W krajach rozwiniętych, szczególnie w Unii Europejskiej, ochrona środowiska i walka ze zmianami klimatycznymi stają się priorytetem dla wielu rządów. Polska, pod wpływem opinii publicznej i zobowiązań wobec UE dotyczących redukcji emisji CO2 przez przemysł, wprowadza coraz więcej rozwiązań prawnych mających na celu zmniejszenie emisji szkodliwych substancji i gazów cieplarnianych do atmosfery.

W Polsce istotnym problemem jest ogrzewanie budynków, zwłaszcza w sezonie zimowym, gdy smog i zanieczyszczenia powietrza stają się poważnym wyzwaniem dla większości miast. Tradycyjne kominki na węgiel (tzw. kopciuchy) są częściowo eliminowane, ale wciąż wiele osób nie zdaje sobie sprawy z wpływu nieprawidłowo ustawionych i wyregulowanych pieców grzewczych na środowisko. Źle działające piece powodują straty energii i zwiększają emisję szkodliwych substancji, podobnie jak przestarzałe kominki.

Rosnące koszty energii i potrzeba ochrony środowiska wymuszają poszukiwanie bardziej efektywnych metod ogrzewania. W odpowiedzi na te wyzwania przygotowano artykuł, który w części merytorycznej (CZĘŚĆ I) i praktycznej (CZĘŚĆ II) omawia proces spalania, emisję szkodliwych związków oraz analizę spalin, niezbędną przy regulacji kotłów grzewczych.

Co to jest spalanie?

Spalanie, czyli utlenianie, to proces, w którym paliwo (najczęściej kopalne) reaguje z tlenem, wytwarzając ciepło oraz produkty uboczne: dwutlenek węgla (CO2) i wodę (H2O). Kluczowe jest uwzględnienie nadmiaru powietrza w procesie spalania, co wpływa na temperaturę, skład paliwa i konserwację urządzeń, zwłaszcza kotłów grzewczych z palnikami olejowymi, w zależności od rodzaju paliwa.

Najwyższa skuteczność spalania występuje, gdy wszystkie cząstki węgla i związków wodoru w paliwie zostaną spalone. Wymaga to odpowiedniego doboru ilości paliwa i powietrza w określonym czasie, przy odpowiednich warunkach turbulencji i temperatury.

Spalanie stechiometryczne to teoretyczny idealny stosunek paliwa do powietrza, umożliwiający odzyskanie całej energii z paliwa bez strat. W praktyce jest ono osiągalne jedynie w laboratorium, gdyż w normalnych warunkach nieuniknione są straty ciepła, co uniemożliwia 100-procentową wydajność.

Aby zapewnić spalanie zupełne i odzyskać całą energię, konieczne jest podanie większej ilości powietrza niż w warunkach stechiometrycznych. Ta dodatkowa ilość nazywana jest nadmiarem powietrza (λ).

W rzeczywistych procesach spalania powstają również niepożądane związki, takie jak tlenek węgla (CO), tlenek azotu (NO), dwutlenek azotu (NO2), dwutlenek siarki (SO2), sadza i popiół. Ich pomiar jest niezbędny, ponieważ są szkodliwe dla środowiska, a dopuszczalne limity emisji określają normy i przepisy.

Jaki jest cel spalania?

Celem spalania jest odzyskanie całej energii z paliwa przy możliwie najniższych stratach ciepła, co zwiększa efektywność i obniża koszty procesu.

Czym różni się spalanie całkowite od spalania zupełnego?

• Spalanie całkowite to proces, w którym w spalinach nie występują żadne składniki palne. Wymaga ono wystarczającej ilości powietrza (tlenu), który reaguje z węglem, tworząc CO2. Niedobór powietrza prowadzi do spalania niezupełnego, w wyniku którego powstaje tlenek węgla (CO) zawierający niewykorzystaną energię. Im mniej CO w spalinach, tym bliżej spalania całkowitego.

• Spalanie zupełne występuje, gdy uzyskuje się 100% energii z paliwa, co oznacza, że wszystkie palne składniki zostały utlenione.

Paliwa

W procesach spalania na całym świecie wykorzystuje się różne paliwa, takie jak węgiel, olej napędowy, benzyna, gaz ziemny, propan, gaz koksowniczy i drewno. Każde z nich ma unikalne właściwości chemiczne, w tym różny stosunek węgla do wodoru (C/H2) oraz wartość opałową (ilość ciepła przy całkowitym spaleniu).

Ilość powietrza potrzebna do całkowitego spalania zależy od stosunku węgla do wodoru (C/H2) w paliwie. Paliwa o wyższej zawartości węgla wymagają większej ilości powietrza do pełnego spalania. Znajomość właściwości paliwa jest kluczowa dla optymalizacji pracy kotła i maksymalizacji jego sprawności.

Wartość opałowa i zawartość CO2 w spalinach w warunkach stechiometrycznych

Tabela 1.1. (źródło: Sauermann, materiały własne)

Charakterystyka spalania węgla kamiennego, oleju oraz gazu

Węgiel kamienny

Charakteryzuje się wysoką zawartością węgla, co wymaga dostarczenia znacznie większej ilości powietrza do spalania w porównaniu z innymi paliwami kopalnymi. Spalanie węgla generuje duże ilości CO2 oraz zanieczyszczeń, takich jak tlenki azotu (NOx), dwutlenki siarki (SO2) i trójtlenki siarki (SO3). Szczególnie szkodliwy jest SO2, który tworzy kwas siarkowy, będący jedną z głównych przyczyn kwaśnych deszczów.

Olej

Paliwa ropopochodne, takie jak olej napędowy i benzyna, są mieszaninami ciężkich węglowodorów o wyższej zawartości wodoru i niższej zawartości węgla niż węgiel kamienny. Wymagają one mniejszej ilości powietrza do spalania i emitują mniej CO2, ale poziom zanieczyszczeń (NOx, SO2, SO3) jest podobny do tego w przypadku węgla.

Gaz ziemny

W porównaniu do innych paliw, do spalenia wymaga dostarczenia mniej tlenu ze względu na stosunkową małą zawartość węgla i dużą zawartość wodoru. Spalanie powoduje powstawanie dużo mniejszej ilości zanieczyszczeń niż w przypadku węgla kamiennego i oleju. Jednak niedostarczenie odpowiedniej ilości powietrza może powodować powstawanie lotnych związków węglowodorów, które stanowią duże zagrożenie dla bezpieczeństwa.

Bardzo ważną zaletą spalania gazu ziemnego jest niska emisja gazów cieplarnianych, które uważa się za jedno z głównych źródeł globalnego ocieplenia. W równoważnych ilościach spalanie gazu ziemnego wytwarza od 30% do 45% mniej dwutlenku węgla niż w przypadku spalania oleju i węgla kamiennego.

Poza CO2 spalanie gazu powoduje tworzenie się tlenków azotu (NOx). Natomiast emisja dwutlenku siarki (SO2) i innych cząstek jest znikoma.

Inne paliwa

Każde paliwo, w tym drewno, olej napędowy, benzyna, biopaliwa i etanol, ma unikalne właściwości, które różnie wpływają na efektywność spalania.

Przepływ powietrza

Utrzymanie odpowiedniego przepływu powietrza jest kluczowe dla bezpiecznego i całkowitego spalania. Całkowity przepływ obejmuje powietrze do spalania, powietrze infiltracyjne oraz powietrze rozcieńczające.

• Powietrze do spalania - Powietrze wtłaczane do pieca, używane do faktycznego spalania paliwa. Bez niego spalanie nie jest możliwe.

• Powietrze infiltracyjne - Jest to powietrze, które nie dostaje się do komory spalania w wyniku pęknięć i wycieków.

• Powietrze rozcieńczające - Powietrze, które łączy się ze spalinami i obniża ich stężenie. Występują dwa rodzaje powietrza rozcieńczającego: naturalne i indukowane (tworzone sztucznie).

Czas, temperatura i turbulencje

Proces spalania zależy od czasu, temperatury i turbulencji. Odpowiedni czas spalania jest kluczowy: zbyt krótki czas lub niewystarczająca turbulencja mogą prowadzić do niepełnego spalania, podczas gdy zbyt długi czas powoduje powstawanie wysokich płomieni, szkodliwych dla kotła. Właściwie kontrolowany proces spalania zapewnia wysoką wydajność i niską emisję szkodliwych gazów.

Nadmiar powietrza

Aby zapewnić całkowite spalanie, do kotła dostarczany jest nadmiar powietrza, co określa współczynnik nadmiaru powietrza (λ). Wzrasta również turbulencja, poprawiając mieszanie paliwa z powietrzem i efektywność spalania. Zwiększanie nadmiaru powietrza zmniejsza emisję CO, ale zwiększa straty ciepła, wpływając na wydajność. Dlatego kluczowe jest utrzymanie odpowiedniego poziomu CO i strat ciepła.

Obliczanie nadmiaru powietrza

W warunkach stechiometrycznych tlen ulega całkowitemu zużyciu w procesie spalania. Pomiar O2 w spalinach pozwala obliczyć procent nadmiaru powietrza (λ).

Do obliczania nadmiaru powietrza wykorzystuje się następujący wzór:

Typowe wartości nadmiaru powietrza

Tabela 1.2. (źródło: Sauermann, materiały własne)

Ciąg

Ciąg, czyli ciśnienie gazów w kominie, powinien być kontrolowany, aby zapewnić usuwanie spalin z odpowiednią prędkością. Ciśnienie może być dodatnie lub ujemne, w zależności od konstrukcji kotła. Najczęściej stosowane są piece z ciągiem naturalnym, zrównoważonym i wymuszonym.

Monitorowanie ciągu jest kluczowe dla wydajności spalania i bezpieczeństwa. Niskie ciśnienie ciągu powoduje gromadzenie się toksycznych gazów, takich jak CO i gazy wybuchowe, co stwarza ryzyko obrażeń lub śmierci.

Zbyt wysokie ciśnienie może prowadzić do niepożądanych turbulencji, uniemożliwiających całkowite spalanie, oraz powstawania wysokich płomieni, szkodliwych dla komory spalania i wymiennika ciepła.

Kotły grzewcze

Co to jest kocioł grzewczy?

Kocioł grzewczy to zamknięte naczynie, w którym zachodzi podgrzewanie i cyrkulacja wody. Powstała gorąca woda lub para wodna służy do ogrzewania, zasilania lub wytwarzania energii elektrycznej. W piecu kotła paliwo i powietrze są wprowadzane do spalania za pomocą palników, tworząc płomienie. Gorące spaliny przemieszczają się przez wymienniki ciepła, przekazując ciepło do wody, a następnie są odprowadzane kominem do atmosfery.

Typy kotłów grzewczych

• Kotły komunalne

• Kotły przemysłowe

• Piece zwykłe

Kotły kondensacyjne

Kotły kondensacyjne wykorzystują dodatkową energię z niskotemperaturowych spalin, które skraplają parę wodną, uwalniając utajone ciepło. Dzięki temu ich sprawność sięga 95%, podczas gdy zwykłe kotły osiągają sprawność 70-80%.

Idea całkowitej wydajności

Optymalizacja procesu spalania polega na maksymalizacji wydajności poprzez pomiar i kontrolę parametrów w czterech kluczowych obszarach: wydajności spalania, efektywności konserwacji, bezpieczeństwa i ochrony środowiska.

Zrównoważenie tych wymagań umożliwia działanie w optymalnych warunkach, zgodnie z przepisami ochrony środowiska, co przekłada się na niższe koszty (mniejsze zużycie paliwa) i mniejszą emisję zanieczyszczeń.

• Efektywność konserwacji

Nowe kotły i palniki mogą pracować z wysoką wydajnością, ale z czasem ich efektywność spada. Palniki ulegają zanieczyszczeniu, co wpływa na proces spalania, emisję spalin i bezpieczeństwo. Wraz ze zużyciem palnika często wzrasta zapotrzebowanie na nadmiar powietrza, aby zapewnić właściwe spalanie i redukcję emisji CO.

• Bezpieczeństwo

Bezpieczeństwo jest kluczowe podczas spalania. Emisja toksycznych gazów, takich jak CO i CxHy (węglowodory), stwarza ryzyko eksplozji i zagrożenie dla zdrowia. Starzejące się części kotła mogą stwarzać niebezpieczne warunki. Dlatego konieczne jest monitorowanie poziomów CO i CxHy oraz kontrola ilości dostarczanego tlenu, aby utrzymać niskie stężenia tych gazów. CO w wysokich stężeniach jest śmiertelny, a CxHy mogą powodować wybuchy.

• Ochrona środowiska

Toksyczne związki, takie jak dwutlenek siarki, tlenek węgla i tlenki azotu, są szkodliwe dla środowiska, powodując smog, kwaśne deszcze i problemy z oddychaniem. Analiza spalin umożliwia kontrolę emisji tych szkodliwych gazów.

Wydajność spalania

• Straty ciepła są nieuniknione. Można jednak ograniczyć je do minimum dzięki odpowiednim procedurom pomiaru i kontroli.

• Całkowite straty ciepła są zwykle wyliczane poprzez dodanie strat kominowych, strat uciekającego ciepła przez ściany pieca (promieniowania) i strat spowodowanych niespalonym paliwem, które osadza się w lejach zbierających popiół.

• Straty kominowe zawierają straty jawne i utajone.

• Jawne straty ciepła odnoszą się do ciepła uciekającego wraz ze spalinami wychodzącymi z kotła. Im wyższa objętość i temperatura spalin, tym większe straty.

• Utajone straty ciepła wynikają z pary wodnej znajdującej się w spalinach (znaczna ilość energii jest zużywana podczas procesu odparowywania wody). Straty spowodowane przez uciekające ciepło przez ściany kotła są stosunkowo małe. Aby je ograniczyć należy zastosować odpowiednią izolację.

Popiół jest produktem ubocznym spalania w kotłach opalanych węglem i drewnem, gromadzonym w zasobnikach lub obszarach zbierania. Ilość pozostałego węgla w popiołach powinna być minimalna, aby ograniczyć straty ciepła i problemy z utylizacją.

• Pomiar wydajności spalania: Wydajność spalania nie można zmierzyć bezpośrednio, ale można ją obliczyć, uwzględniając wszystkie straty, takie jak jawne straty ciepła ze spalinami, niespalony gaz i cząstki. W większości przypadków nie bierze się pod uwagę strat przez obudowę kotła i utajonych strat.

Do obliczeń wydajności można zastosować następujące równanie:

Typowe wydajności procesu spalania:

• Kominek domowy: 10 - 40 %

• Grzejnik w pomieszczeniach: 50 - 80 %

• Standardowy piec gazowy o niskiej wydajności: 70 - 80 %

• System ogrzewania olejowego: 70 - 85 %

• Kocioł gazowy: 75 - 85 %

• Piec kondensacyjny gazowy lub olejowy o wysokiej wydajności: 85 - 95 %

Związki zawarte w spalinach

Tlenki azotu NOx

Tlenki azotu (NO i NO2) to reaktywne gazy zawierające azot i tlen. Większość z nich jest bezbarwna i bezwonna, ale NO2 w połączeniu z innymi cząsteczkami tworzy smog w miastach.

Powstawanie NOx

Tlenki azotu (NOx) powstają podczas spalania paliw w wysokich temperaturach. Główne źródła NOx to pojazdy silnikowe, przemysł, urządzenia elektryczne i domowe kotły grzewcze.

Zagrożenia związane z NOx

Reakcja NOx z tlenem w powietrzu prowadzi do powstania ozonu, który szkodzi rolnictwu i układowi oddechowemu (wywołuje raka płuc). NOx tworzą również cząsteczki azotanu, kwaśne aerozole i gazy, pogarszające widoczność i powodujące problemy z oddychaniem. Ponadto reakcja NOx z wodą tworzy kwas azotowy, obniżający jakość wody.

Rodzaje NOx

Istnieją trzy główne źródła NOx: termiczne, paliwowe i natychmiastowe. Wszystkie powstają w procesach spalania, ale różnią się nieznacznie.

• Termiczne NOx - Jest to główne źródło powstawania NOx. Tworzy się w bardzo wysokich temperaturach, zwykle powyżej 2200°F i jest wynikiem utleniania dwuatomowego azotu znajdującego się w spalinach. Im wyższa temperatura płomienia, tym większe ilości tworzącego się termicznego NOx.

• Paliwowe NOx - Powstaje, gdy azot w paliwach łączy się z nadmiarem tlenu w powietrzu. NOx paliwa jest poważnym problemem przy spalaniu ropy naftowej i węgla, ponieważ może stanowić nawet 50% całkowitej emisji w przypadku spalania oleju i aż 80% w przypadku spalania węgla.

• Natychmiastowe NOx - Tworzy się w najwcześniejszym etapie spalania w wyniku reakcji atmosferycznego azotu z rodnikami. Poziomy natychmiastowego NOx są na ogół bardzo niskie, dlatego zwykle nie są brane pod uwagę.\

Redukcja NOx

W przypadku redukcji uwalnianych do atmosfery cząstek NOx ważne jest, aby przeprowadzić dokładny pomiar NO oraz NO2. Zwykle NO2 stanowi 10% wszystkich cząstek NOx, ale w przypadku stosowania metod redukcji, udział NO2 może wzrosnąć do ponad 50% wszystkich tlenków azotu.

Metody redukcji NOx

• Spalanie etapowe - Metoda ta polega na stopniowym spalaniu w komorze kolejnych porcji paliwa. Powoduje to znaczne obniżenie temperatury w komorze, co z kolei wpływa na redukcję ilości termicznego NOx w spalinach.

• Konwerter katalityczny - Urządzenia te wykorzystuje się do obniżenia toksyczności spalin powstałych w procesie spalania w silnikach stacjonarnych, spalinowych oraz w kotłach i grzejnikach. Katalizatory rozkładają tlenki azotu na oddzielne cząstki azotu i tlenu. Niektóre reaktory katalityczne stosuje się również w celu zmniejszenia wysokiego poziomu CO wytwarzanego podczas redukcja NOx.

• Recyrkulacja spalin - Metoda ta polega na ponownym wprowadzeniu części spalin do procesu spalania, co powoduje obniżenie temperatury płomienia zmniejszając w ten sposób emisję termicznego NOx. Recylkulacja może również obniżać poziom CO.

• Redukcja poziomu O2 - Zmniejszenie ilości dostarczanego tlenu, który reaguje z azotem, automatycznie redukuje poziom NOx. W celu zminimalizowania poziomu O2 należy w odpowiedni sposób (przy użyciu analizatora spalin) wyregulować mieszankę paliwa i powietrza. Metoda ta jest często stosowana w silnikach podczas tzn. bogatego spalania. W ten sposób można obniżyć występowanie NOx nawet o 10%. Niestety wiąże się to ze wzrostem emisji tlenku węgla (CO).

• Palniki o niskiej emisyjności NOx - Tego typu palniki mają możliwość zmiany kształtu płomienia poprzez kontrolę kierunku przepływu powietrza przy pomocy specjalnych płytek. W ten sposób można rozszerzyć płomień i zwiększyć jego pole powierzchni. Tego typu płomień ma niższą temperaturę, a mniejsza temperatura (tak jak już to zostało wcześniej opisane) powoduje zmniejszenie ilości termicznego NOx. W przypadku zastosowania palników o niskiej emisyjności NOx należy stale kontrolować poziom CO, bo może on być podwyższony.

• Olej o niskiej zawartości azotu - Występują specjalne oleje, które zawierają od 15 do 20 razy mniej związanego azotu z paliwem, który przyczynia się do powstawania 20-50% wszystkich związku NOx.

• Wprowadzanie wody lub pary - Zmniejsza ilość NOx poprzez obniżenie temperatury ognia. Metoda ta prowadzi do spadku wydajności kotła o 3-10%, choć niektóre zaawansowane konstrukcje technologii wprowadzania pary nie mają znacznego wpływu na wydajność.

• SCR (Selektywna redukcja katalityczna) - Jest to proces, w którym reduktor, najczęściej amoniak, jest dodawany do przewodu odprowadzającego spaliny. Reduktor reaguje z NOx zawartym w spalinach i tworzy H2O (wodę) oraz N2 (azot w otoczeniu). Proces ten zachodzi w temperaturze 500ºF- 1200ºF w zależności od zastosowanego katalizatora i może zmniejszyć emisję NOx nawet o 90%. Metoda ta jest stosowana głównie w dużych kotłach przemysłowych i użyteczności publicznej.

• SNCR (Selektywna niekatalityczna redukcja) - SNCR jest procesem, który wymaga dodania reduktora, zwykle mocznika do górnej części pieca i przeprowadzenia bardzo długiej reakcji w temperaturze ok 1400-1600ºF. Metoda ta redukuje emisję NOx o 70%, jest jednak trudna do zastosowania ze względu na specyficzne potrzeby temperaturowe.

Pomiar NOx

Tradycyjnie emisję NOx określa się przez pomiar NO w spalinach i pomnożenie przez 1.1, zakładając, że NO2 stanowi 10% NO. Metoda ta jest dopuszczalna, ale w niektórych przypadkach zawartość NO2 może być wyższa. Dla dokładnych wyników NOx (true NOx) zaleca się jednoczesny pomiar NO i NO2.

Referencyjny O2

Referencyjny O2 to standard ułatwiający monitorowanie NOx. Określa sposób obliczania emisji NOx dla ustalonego poziomu tlenu, co pozwala uniknąć błędów w pomiarach przy rozcieńczaniu NOx.

Niski poziom NOx

Jest definiowany jako dowolna wartość NOx poniżej 500 ppm, zazwyczaj jest to od 9 do 300 ppm. Podczas pomiaru tak niskich wartości w celu uniknięcia błędu pomiarowego konieczne jest zmierzenie prawdziwej wartości NOx (True NOx), czyli wykonanie jednoczesnego pomiaru ilości NO oraz NO2.

Pomiar True NOx

Analizatory spalin z czujnikami NO i NO2 umożliwiają jednoczesny pomiar tych gazów. Ważne jest pobranie reprezentatywnej próbki spalin, bez wycieków i przy braku kondensacji pary wodnej, gdyż NO2 rozpuszcza się w wodzie, zmniejszając dokładność pomiaru.

Skuteczna metoda pomiaru True NO2

Aby zachować integralność próbki gazu, należy wyeliminować H2O i uniknąć kontaktu wody z próbką, gdyż NO2 rozpuszcza się w wodzie. Nowoczesne analizatory przemysłowe (np. E-8500 Sauermann) stosują specjalne systemy próbkowania, minimalizujące ten problem.

System ten obejmuje następujące kroki:

• Podgrzewanie sondy - Pozwala na pobieranie próbki gazu bez kondensacji.

• Podgrzewanie próbki - Utrzymuje próbkę powyżej temperatury punktu rosy, co uniemożliwia kondensację i możliwość rozpuszczania się gazu w wodzie.

• Zastosowanie agregatu chłodniczego - Wewnętrzny agregat chłodniczy osusza spaliny i zapobiega rozcieńczaniu NOx i SO2 w kondensacje. Analizowana w ten sposób próbka gazu jest najbardziej reprezentatywna, bo żaden gaz nie przechodzi do fazy wodnej.

Tlenek węgla (CO)

Podczas spalania węgla z paliwa powstaje CO2. Jeśli nie ma wystarczającej ilości tlenu lub warunki spalania są nieodpowiednie, spalanie jest niecałkowite. Część węgla pozostaje jako tlenek węgla (CO), który jest toksyczny, bezbarwny, bezwonny i szkodliwy dla układu oddechowego. Wysokie stężenie CO powoduje ból głowy, zawroty i śmierć. Główne źródła CO to pojazdy silnikowe, przemysł i niecałkowite spalanie.

Związki siarki

• Dwutlenek siarki (SO2) - Stanowi około 95% wszystkich związków siarki uwalnianych podczas spalania do atmosfery i jest główną przyczyną powstawania kwaśnych deszczów. Głównym źródłem emisji SO2 jest produkcja energii elektrycznej.

• Trójtlenek siarki (SO3) - Podczas spalania powstaje w niewielkich ilościach. Może być jednak problematyczny, ponieważ powoduje korozję zimnych obszarów kotła. W większości procesów spalania pomiar SO3 nie jest wymagany.

• Siarkowodór H2S - Jest bezbarwnym, łatwopalnym i toksycznym gazem, który czasami tworzy się podczas spalania. Niektóre gazy, takie jak gaz ziemny, mogą zawierać do 28% H2S.

Metody redukcji siarkowodoru

• Odsiarczanie paliwa - Polega na usunięciu części siarki z paliwa przed jego spaleniem. Metoda ta stosowana jest głównie wtedy, gdy wykorzystywanym paliwem jest węgiel.

• Odsiarczanie spalin - Systemy odsiarczania spalin wymagają zastosowania aparatów absorpcyjnych, które chemicznie reagują z SO2, tworząc inne związki. Metoda ta jest bardzo skuteczna i może zmniejszyć emisję tlenku siarki nawet o 90%.

Skuteczna metoda pomiaru SO2

SO2, podobnie jak NO2, łatwo rozpuszcza się w wodzie. Aby zachować integralność próbki, należy wyeliminować wodę i uniknąć kontaktu wody z SO2. Stosuje się ten sam system próbkowania co dla NO2: podgrzewanie sondy, podgrzewanie próbki i agregat chłodniczy. (Przemysłowy analizator spalin Sauermann Si-CA 8500).

Dwutlenek węgla (CO2)

Dwutlenek węgla (CO2) jest produktem ubocznym spalania, którego ilość zależy od rodzaju paliwa i procesu spalania. Chociaż CO2 naturalnie powstaje w wyniku oddychania, jest gazem cieplarnianym przyspieszającym globalne ocieplenie. Główne źródła antropogenicznego CO2 to pojazdy silnikowe, przemysł i narzędzia elektryczne.

Obliczanie CO2 vs. Pomiar CO2

Obliczone CO2 zależy od stężenia zmierzonego O2 i stechiometrycznej (teoretycznej) maksymalnej ilości CO2, która może zostać uwolniona przez dane paliwo.

W przypadku spalania różnych paliw lub ich kombinacji, zawierających zmienne ilości węgla, trudno jest określić teoretyczną maksymalną ilość CO2, co wpływa na dokładność obliczeń. W takich sytuacjach konieczny jest pomiar CO2, który zwykle wykonuje się za pomocą czujników na podczerwień (np. analizator spalin E-8500 Sauermann)., np. (analizator spalin Sauermann Si-CA 8500).

Stężenie masowe związków zawartych w spalinach

Emisja spalin jest podawana w ppm (g/miliarda roztworu), a stężenie masowe określa ilość gazów w mg/m3. Aby obliczyć stężenie masowe, należy znać współczynnik dla 1ppm w normalnych warunkach (0 st.C, 1013 hPa), który jest różny dla każdego gazu.

Artykuł opracowal Antoni Klonowski

Antoni Klonowski

Masz pytania lub potrzebujesz doboru rozwiązania kontrolno-pomiarowego?