KROSANYAGKELETKEZS Kovcs Viktria Barbara BMEGEENAG 71 Kovcs Viktria

KÁROSANYAG-KELETKEZÉS Kovács Viktória Barbara BMEGEENAG 71 Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71|

AZ ELŐADÁS TARTALMA Füstgáz káros anyagai (lényeges) (Lamináris) láng típusok (Adiabatikus) láng hőmérséklet (Lamináris) lángterjedési sebesség EGR lángvizsgálatok Metán égése (tökéletes/tökéletlen) SOx képződés Nox képződés Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 2

TÜZELÉS SORÁN KELETKEZŐ SZENNYEZŐ ANYAGOK CO : üvegházhatás 2 https: //www. youtube. com/watch? v=s. Tvq. Iijqv. Tg CO : mérgező (fulladás már ~700 ppm-től) Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 3

TÜZELÉS SORÁN KELETKEZŐ SZENNYEZŐ THC (VOC, PAH) ANYAGOK – sokféle káros tulajdonság vegyületfüggő – pl: metán: üvegházhatás, de az aromások rákkeltők PAH vegyületek: Antracén Krizén Korannulén Naftalin Fenantrén Trifenilén Benzo[a]pirén Koronén Naftacén Pentacén Pirén Ovalén Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 4

TÜZELÉS SORÁN KELETKEZŐ SZENNYEZŐ ANYAGOK NOx (NO, NO 2, … N 2 O) ÜHG O 3 bontó savas ülepedés https: //www. youtube. com/watch? v=Nf 8 cuvl 62 Vc SOx (SO 2, SO 3): (Dioxin, furán vegyületek: teratogén, mutagén) Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 5

LÁNG TÍPUSOK Diffóziós láng (A & 1) Előkevert láng(B & 4) λ=0 A B λ=1 CH 4 flame: T. Turanyi Az oxigén ellátástól függ a lágtípus : 1: nincs előkevert oxigén ami sárgás kormozó (fekete test) diffúz lángot ad 4: szegény teljesen oxigénnel előkevert lángban nincs korom a színét pedig a lángban lévő gerjesztett molekulák emissziója okozza Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 6

LÁNG TÍPUSOK– DIFFÚZ LÁNG A diffúz lángok különböző zónáiban eltérő kémiai reakciók játszódnak le (eltérő színekkel jelölve) A külső láng felület ami a teljes lángot körbezárja a legforróbb. Source: American Scientist Magazine Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 7

FLAME TYPES - PREMIXED FLAME Elégetlen tüzelőanyag , ami a külső levegővel keveredve ég el levegő külső áramvonal füstgáz Külső kúp: alig látható (másodlagos reakció zóna) Belső kúp: fényes (elsődleges reakció zóna) égő Tüzelőanyag levegő keverék Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 8

ADIABATIKUS LÁNGHŐMÉRSÉKLET - T : az égés során kialakuló elméleti legmagasabb hőmérséklet adiabatikus (hőveszteség T AD nélküli) feltétel mellett. ad - Függ: tüzelanyag fajta, p, T, légfelesleg, alkalmazott égésmodell adiab. p=áll. Hs(T) Tad, dis TReactants Thp NASA polinom: source: Á. Bereczky Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 9

LAMINÁRIS LÁGTERJEDÉSI SEBESSÉG (SL) A lamináris lángfront haladási sebessége, ha az végtelen nagy, adiabatikus, sík, és merőleges irányban nincs áramlás Fizikai állandó, ha adott a gázelegy összetétele, T és p-je Mérési módszerek: Réségő Bunsen égő Lángcső (Jendrassik lab. ) Szappanbuborék módszer V=áll robbanás gömbben Lapos láng égő Ellenáramlású diffúz égő http: //m. wpi. edu/Pubs/E-project/Available/E-project-042308085413/unrestricted/Laminar_Burning_Velocity_of_Methane-Air_Mixtures. pdf - Felület módszer - Stacioner láng: http: //vcal-iitk. vlabs. ac. in/theory 1. html Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 10

ADIABATIKUS LÁNGHŐMÉRSÉKLET A LÉGFELESLEG FÜGGVÉNYÉBEN Tad A disszociációs reakciók hőigénye Reakció Tad, elm Tad, dissz. Égésmodell hibája! 1 Energiaváltozás [k. J/mol] N 2 2 N 933, 43 O 2 2 O 492, 14 H 2 2 H 430, 50 2 CO 2 2 CO+O 2 558, 49 2 H 2 O 2 H 2+O 2 477, 12 2 H 2 O H 2+2 OH 442, 33 λ 0, 95 -0, 98 Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 11

LAMINÁRIS LÁNGTERJEDÉSI SEBESSÉG A LÉGFELESLEG FÜGGVÉNYÉBEN air Chemkin GRI 3. 0 Bunzen láng módszerrel mérve, EGR Tsz. Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 12

LÁNGVIZSGÁLÓ MÉRŐRENDSZER (EGR TSZ) levegőellátás Ionáram mérő Spektrofotométer PC égő Kísérleti gáz Schlieren berendezés homogenizáló Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 13

SCHLIEREN LÁNGFOTÓK léghiány sztöchiometriku s légfelesleg biogáz földgáz producer gáz szintézis gáz anaerob pirolízis gáz Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 14

SZÍNES LÁNGFOTÓK léghiány sztöchiometriku s légfelesleg biogáz földgáz producer gás szintézis anaerob gáz pirolízis gáz Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 15

LÁNGSZÍN EREDETE λ = 1/φ korom λ = 1, 43 λ = 1, 25 λ = 1, 11 λ = 0, 91 λ = 0, 71 λ = 0, 56 λ = 0, 45 λ = 0, 4 λ = 0, 33 Source: http: //www. sfb 606. kit. edu/index. pl/Tagungs_Menu_Meeting_M 02/dokumente/sekretariat/Tagung/sfb-tagung. html Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 16

ELŐKEVERT LÁNG SPEKTRUMA Metán láng, forrás: T. Turanyi Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018

MÉRT IONÁRAMOK h [mm] 80 földgáz 70 producer gáz 60 biogáz anaerob pirolízis gáz 50 OH– koncentráció metán lángban szintézis gáz 40 (lézer gerjesztett- PMT-vel mért) 30 20 10 0 0 500 1000 1500 2000 Ion áram [n. A] λ=1 Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 18

CH 4 ÉGÉSE C 1 C 2 forrás: T. Turanyi Képződés sebessége csökken szegény és sztöchimetrikus CH 4 -levegő láng Képződés sebessége csökken tüzelőanyagban gazdag CH 4 -levegő láng Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 19

SOX – NOX Mindkettőre van határérték, de SO 2 -re és NOx-re Elsősorban az alacsony oxidációs fokú keletkezik égetéskor, majd feloxidálódik, tűztér kialakítástól függően 5 -10% is lehet Magasabb oxidációs fokú veszélyesebb Mindegyik savanhidrid Légkörben: – NO 2 (akár 30 -35%) – SO 2 SO 3 Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 20

TÜZELŐANYAGOK KÉNTARTALMÁNAK ÖSSZETÉTELE ÉS kénoxidok a füstgázban ÉGÉSE szerves kén aminos: cisztein, cisztin , metionin kén vitamin: biotin, tiamin (atomos S még nem jött ki) szulfát Mg. SO 4 szervetlen kén vas(II)-szulfát Fe. SO 4 hamuban kötött kén pirit Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 21

SO 3 KELETKEZÉS RÉSZARÁNYA 400°C <T <600°C δ: 1, 5 -2 x T >600°C T ~ 400 - 600°C Olaj, szén: - NO koncentráció nagyobb - Fémoxidok katalizálnak : W, Mo, Fe, Cr, Ni - Olaj finomítás erózió (V 2 O 5) - C pernyén Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 22

SO 2 KIBOCSÁTÁSI HATÁRÉRTÉKEK 110/2013. (XII. 4. ) VM RENDELET, >50 MWTH Megengedett koncentráció, mg/Nm 3 Új erőművek Meglevő erőművek 400 200 150 (200 cirk. fluid) 400 250 200 Biomassza >50 MWt 100 -300 MWt >300 MWt 200 150 200 200 Tőzeg >50 MWt 100 -300 MWt >300 MWt 300 (250 fluid) 150 (200 fluid) 300 200 Folyékony >50 MWt 100 -300 MWt >300 MWt 350 200 150 350 200 Szén, lignit, egyéb szilárd >50 MWt 100 -300 MWt >300 MWt Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 23

SOX EMISSZIÓ CSÖKKENTÉSI MÓDSZEREK tüzelőanyag helyettesítéssel, kiváltással alacsony kéntartalmú szén használatával magas kéntartalmú tüzelőanyagok tisztításával kéndioxid természetes leválasztódásával, ill. annak elősegítésével (tüzelési technológiák) - magas hamutartalom és magas bázicitási számnál már (0, 2 -0, 3) jelentős - szorbens adagolással (elsősorban fluidágyas tüzelés) tüzelés utáni leválasztás a füstgázból - Nedves eljárás (folyékony oldószerben (víz) abszorpció ) - Nem regenerálható: + mészkő (Ca. CO 3) v. mésztej (Ca(OH)2) - Regenerálható: sziksó (Na 2 CO 3), nátronlúg (Na. OH) egyensúlyi oldata Wellman-Lord - Félszáraz eljárás - (gyakori: mészkő: Tmagas + víz: Talacsony) LIFAC - Mésztej Fläkt - Száraz eljárás - Nem regenerálható: mészkő por - Regenerálható: aktív szén felületi megkötés, majd regenerálás) Reinluft, Bergbau. Forschung Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 24

NOX KELETKEZÉS többféle NOx létezik (N 2 O (színtelen, édes), NO (mérgező, színtelen, vízben rosszul oldódik), NO 2 (mérgező, barnásvörös, szúrós, vízben jól oldódik) … nem stabilak: N 2 O 3 (f: sötétkék), N 2 O 4(g: színtelen), N 2 O 5 (sz: színtelen)) mindkét kiinduló komponens az égési levegőben is megtalálható, többféle keletkezési mechanizmusa van, minden égésben keletkezik (90 -95%-ban NO!), keletkező mennyiség tüzeléstechnikai jellemzőkkel nagymértékben változtatható, NO légkörben percek alatt NO 2 -vé oxidál Nitrát keletkezik (PAN) hosszú élettartam: regionális … globális hatás Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 25

NO KÉPZŐDÉS I. Termikus (Zeldovich) N 2 + O 2 2 NO Első lépés: O 2 disszociáció feltérelek: magas hőmérséklet elegendő O 2 idő © Gács Iván (BME) Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 26

AZ O 2 ÉS N 2 DISSZOCIÁCIÓJA T FÜGGVÉNYÉBEN NO mennyisége NO © Gács

NO KÉPZŐDÉS II. Termikus (Zeldovich) Tüzelőanyag Cn. Hm-N + O 2 H 2 O+CO

TÜZELŐANYAG NITROGÉNJÉNEK KONVERZIÓJA © Gács Iván (BME) Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG

NO KÉPZŐDÉS III. (FENIMORE) Termikus (Zeldovich) Tüzelőanyag Prompt (Fenimore) Égés C n. H m Cn. Hm-N + O 2 H 2 O+CO 2+N Cmn. H +R Cn H +m. O R 2 2 1 H 2 O+CO 2 R R+N 2 R-N+N R+ O 2 H 2 O+CO 2 H 2 O © Gács Iván (BME) Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 30

PROMPT NO KELETKEZÉSE A TÜZELÉS SORÁN Láng elején: – – – lokális léghiány (még nem jó a keveredés) gyors felmelegedés (nem minden lángban) szénhidrogén molekula szétesik (krakkolódik) szénhidrogén gyök csak nitrogént talál átmeneti molekula jön létre, pl. : • az átmeneti molekula általában ennél jóval bonyolultabb • jellemzően: ha a felmelegedés gyorsabb, mint a keveredés • jobb elkeveredéskor: a molekula elég © Gács Iván (BME) Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 31

NO KÉPZŐDÉS IV. Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19

KÁROSANYAG KELETKEZÉS Catalitic converter. avi: https: //www. youtube. com/watch? v=W 6 d. Is. C _e. GBI&list=UUyc. ARi 6 zsqrc. C 0 M 90 gdve 5 A nyomaték Fajlagos fogyasztás Max. nyomaték Min. fajlagos fogyasztás l Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 33

NOX KIBOCSÁTÁSI HATÁRÉRTÉKEK 110/2013. (XII. 4. ) VM RENDELET, >50 MWTH Teljes névleges bemenő hőteljesítmény (MWth) Szén, lignit és egyéb szilárd tüzelőanyag [mg/Nm 3] Biomassza és Folyékony tőzeg tüzelőanyagok [mg/Nm 3] 300 50 ≤ Pth < 100 450 (400) lignitpor égetése esetén 300 (250) 450 (300) 100 ≤ Pth ≤ 300 250 (200) 200 (150) Pth > 300 200 (150) 150 (100) Földgáz Kohógáz, kamragáz vagy finomítási maradékanyagok gázosításából származó alacsony fűtőértékű gázok Egyéb gázok NOx [mg/Nm 3] 100 200 (100) I. , III. kat: 2013. január 13. előtt létesítési engedély, 2014. január 7 -ig üzembe helyezés (IV. ) kiv: GT, IC (+23/2001. (XI. 13. ) KöM rendelet: 140 k. W-50 MW) Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 34

PRIMER NOX CSÖKKENTÉSI LEHETŐSÉGEK Keletkezési feltételek kialakulásának gátlása: – – – magas T nagy τ sok O 2 nagy dt/dτ dús keverék katalizátorok termikus Prompt tüzelőanyag Redukáló környezet kialakítása: – CO koncentráció növelés (többfokozatú tüzelés) – elégetlen szén szemcse (többfokozatú tüzelés, fluid) – fluidágyban intenzív szilárd/gáz keveredés (cirkulációs fluid) Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 35

PRIMER NOX CSÖKKENTÉS Égési hőmérséklet csökkentése – adiabatikus égési hőmérséklet csökkentése • levegőhőmérséklet csökkentés (AECO ↑) • λ=1 -től távoli légfelesleg tényező • inert anyag bekeverés – füstgáz recirkuláció (Asug ↓ & Akonv ↑) – tényleges égési hőmérséklet csökkentése • intenzívebb hűtés (fajlagos tűztér terh. csökk. , α ↑ -FBC) • égés elnyújtása (többfokozatú tüz. , lassú bekeverés – spec. égő) • vízbefecskendezés O 2 koncentráció csökkentés – léghiányos égetés (többfokozatú tüz. ) – inert bekeverés Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 36

SZEKUNDER NOX CSÖKKENTÉSI LEHETŐSÉGEK Száraz eljárások – SCR: szelektív katalitikus redukció (Talacsony +NH 3) – NSCR: nem-szelektív katalitikus redukció (+H 2, CO, Cx. Hy) – SNCR: szelektív nem-katalitikus redukció (T~1000°C +NH 3 +O 2) T<830°C befagy T>1100°C – kombinált SOx/ NOx leválasztás C Bergbau-Forschung eljárás: aktiv koksz katalizátor C 1. 2. NOx + NH 3 → N 2 + H 2 O max 150°C + C regenerálás: 80 -150°C © Gács Iván (BME) Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 37

SZEKUNDER NOX CSÖKKENTÉSI LEHETŐSÉGEK Nedves eljárás: – kombinált SOx/ NOx leválasztás oxidáció mosás Kimosható Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 38

KÉRDÉSEK 1. 2. 3. 4. 5. 6. Definiálja a légfelesleg tényezőt! Definiálja az adiabatikus lánghőmérsékletet, hogyan függ a légfelesleg tényezőtől? Melyek az égéstermékben előforduló legjelentősebb gáznemű légszennyezők és miért károsak? Hogyan keletkezik a NO, hogyan csökkenthető mennyisége? Hogyan keletkeznek az tökéletlen égés termékei (CO, Cx. Hy) hogyan csökkenthető a mennyiségük? Hogyan függ a káros anyagok füstgázban mérhető koncentrációja a légfeleslegtől? Kovács Viktória Barbara| Károsanyag-keletkezés| © 2018 BMEGEENAG 71| D 224| 2018/19 -1| 39