Provoz kotlů z pohledu emisí znečišťujících látek

Kotle jako zařízení na spalování paliv jsou při výrobě tepla a elektřiny, resp. při kombinované výrobě, hlavním zdrojem znečišťování životního prostředí. Při velmi vysokém stupni plynofikace je nejčastějším palivem právě zemní plyn, který je z hlediska zátěže životního prostředí emisemi znečišťujících látek, jakož i emisemi skleníkových plynů, přijatelnou alternativou. Kapalná fosilní paliva se využívají spíše sporadicky, pevná fosilní paliva se spalují především ve starších kotlích, případně také v elektrárnách a větších teplárnách při kombinované výrobě elektřiny a tepla. V posledních letech přibývají kotle spalující pevnou biomasu.

Článek přináší základní závěry z hodnocení provozu 109 kotlů spalujících plynná a pevná paliva ve vztahu k základním plynným a pevným znečišťujícím látkám. Uvádějí se v něm sumární údaje z měření výkonu během předcházejících tří let.

Hodnocená zařízení na spalování paliv
Hodnocené kotle zásobovaly teplem soukromé byty, zařízení ve správě veřejného sektoru (školy, zdravotnictví, úřady) či průmyslu a zařízení na kombinovanou výrobu elektřiny a tepla (KVET).

Z pohledu použitých paliv šlo o různé druhy plynných a pevných paliv, která jsou v grafech na obr. 1 a 2 uvedena v závislosti na počtu kotlů a instalovaného příkonu. Z uvedených grafů je zřejmé, že z hlediska instalovaného příkonu i počtu kotlů převládal jako palivo zemní plyn. Jako teplonosná látka se používala obvykle teplá voda, u kotlů s vyššími výkony horká voda a při kombinované výrobě i pára.

Obr. 1: Používaná paliva v závislosti na instalovaném příkonu kotlů

Obr. 2: Používaná paliva v závislosti na počtu kotlů

Emisní limity znečišťujících látek
Legislativa vychází ze zákona č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší a navazujících právních prováděcích předpisů – nařízení vlády a vyhlášky MŽP č. 350/2002 Sb., kterým se stanoví imisní limity a podmínky a způsob sledování, posuzování, hodnocení a řízení kvality ovzduší. Stacionárních zdrojů tepla se dále týká vyhláška č. 205/2009 Sb., o zjišťování emisí ze stacionárních zdrojů tepla a o provedení některých dalších ustanovení zákona o ochraně ovzduší. Vyhláška č. 356/2002 Sb., definuje seznam znečišťujících látek, obecné emisní limity, způsob předávání zpráv a informací, zjišťování množství vypouštěných znečišťujících látek, intenzity zabarvení kouře, přípustné míry obtěžování zápachem a intenzity pachů, podmínky autorizace osob, požadavky na vedení provozní evidence zdrojů znečišťování ovzduší a podmínky jejich uplatňování. Pro doplnění je třeba uvést i nařízení vlády č. 146/2007 Sb., o emisních limitech a dalších podmínkách provozování spalovacích stacionárních zdrojů znečišťování ovzduší.

Emisní limity zařízení podle vyhlášky 205/2009 Sb.

U hodnot emisních limitů si musíme uvědomit, že jsou v závislosti na palivu vztažené na různý referenční obsah kyslíku. Identická hodnota emisního limitu pro danou znečišťující látku (ZL) neznamená, že se zároveň emituje totéž množství této látky – vztažené na množství paliva, resp. na množství přivedeného tepla v palivu.

Koncentrace znečišťujících látek vybraných zařízení na spalování paliv
Hodnoty koncentrací ZL vybraných zařízení z databáze, rozčleněné podle druhu paliva, jsou zobrazeny v grafech na obr. 3 a 4. Z uvedených grafů vyplývá, že u kotlů spalujících plynná paliva lze dodržovat emisní limity koncentrací NO_x při správném nastavení hořáků – u nízkoemisních hořáků dokonce i se značnou rezervou. Při správném nastavení hořáků jsou kotle schopny se značnou rezervou dodržovat i emisní limity koncentrací CO, avšak asi 15 % kotlů bývá nastavených nesprávně. Měření kotlů na pevná paliva ukázalo, že kotle jsou při správném provozování schopny dodržovat emisní limity koncentrací NO_x. Emisní limity koncentrací CO se u kotlů spalujících biomasu a u kotlů spalujících fosilní paliva často překračují. Tento problém je způsoben především špatným technickým stavem kotlů (přisávání vzduchu v důsledku značných netěsností kotle, čímž se vzduch nedostává do místa spalování) a také nesprávnou obsluhou.

Dodržení emisních limitů pevných ZL je dáno existencí a technickým stavem odlučovačů – v případě neexistence nebo špatného stavu odlučovače se emisní limity často překračují. Dodržení emisních limitů SO₂ je individuální a je dáno obsahem síry v palivu. Emise celkového organického uhlíku (TOC) ovlivňuje kvalita paliva (vlhkost, obsah prchavé hořlaviny), jakož i spalovací podmínky ve spalovací komoře (teplota, tlak, zatížení a podobně). U vybraných kotlových jednotek byly blízké hodnotám emisních limitů.

Obr. 3: Koncentrace znečišťujících látek z kotlů spalujících plynné palivo

Obr. 4: Koncentrace znečišťujících látek z kotlů spalujících pevné palivo

Závěr
Z hodnocení provozu kotlů z pohledu emisí znečišťujících látek můžeme konstatovat několik skutečností. U kotlů na plynná paliva nemá obsluha vzhledem k převážně automatickému provozu kotlů ve většině případů možnost ovlivnit kvalitu spalování, a tím i hodnoty emisí ZL. Velký důraz je nutné klást na pravidelné nastavení hořáků, které má přímý vliv na hodnoty emisí ZL a zároveň umožňuje dodržet emisní limity. Správné nastavení hořáků má přímý vliv i na energetickou efektivnost provozu, tedy i na provozní náklady.

Menší kotle spalující pevná paliva jsou většinou provozovány s ruční obsluhou, která může přímo ovlivňovat provoz kotle, a tím i výšku emisí ZL. Je nevyhnutelné věnovat velkou pozornost zvyšování úrovně obsluhy nejen z hlediska bezpečnosti provozu, ale i ochrany životního prostředí a ekonomiky provozu. Na základě zkušeností při výkonu oprávněných měření můžeme konstatovat, že v této oblasti je velmi vážná situace, která vyžaduje nápravná opatření. Taktéž je třeba věnovat náležitou pozornost údržbě a opravám vyzdívky, netěsnostem ve vzduchově-spalinovém traktu a funkčnosti jednotlivých ovládacích prvků.

Dr. Ing. Jozef Šoltés, CSc.
Autor působí v Národní energetické společnosti a. s. se sídlem v Bratislavě.  

Foto a obrázky: archiv autora, Dano Veselský

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.