Transcript 07_energetika_fosiln..

FOSILNA GORIVA
PREMOG
Število ogljikovih atomov v molekuli večje od 20.
Glavni elementi: ogljik, vodik, žveplo, dušik.
NAFTA
Število ogljikovih atomov v molekuli nad 4 in največ 20.
Glavni elementi: ogljik, vodik, žveplo.
ZEMELJSKI PLIN
Število ogljikovih atomov v molekuli največ 4.
Glavni elementi: ogljik, vodik, dušik.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
FOSILNA GORIVA
Fosilna goriva so bila v preteklosti živa bitja: rastline in živali.
Nastanek pred (več) sto milijoni let pri naravnih katastrofah iz
organskih snovi iz površja zemlje in morij.
Premog približno na globini:
1000 m, nastane pri nižjih temperaturah
Nafta približno na globini:
2000 m, nastane pri srednjih temperaturah
Zemeljski plin približno na globini: 3000 m, nastane pri višjih temperaturah
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
FOSILNA GORIVA
KAKO DOLGO ŠE ?
VELIKOKRAT ZAPISANA OCENA IZ LETA 1990
črni premog
197 let
lignit
293 let
nafta
40 let
zemeljski plin 56 let
Predpostavka: uporabijo se samo znane zaloge iz leta 1990
porabljajo se enake količine kot leta 1990
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
FOSILNA GORIVA
PREDELAVA PREMOGA
izkopavanje
drobljenje
čiščenje
mletje
sušenje
briketiranje
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
FOSILNA GORIVA
PREDELAVA NAFTE
frakcijska destilacija
10  100 0 C
200  250 0 C
 300 0 C
bencini
lahko kurilno olje
težko kurilno olje, propan
C3 H 8 ,
butan
C4 H10
Mešanico propana in butana imenujemo tekoči naftni plin.
Uporaben je za kuhanje, majhen nadtlak, skrči se na 1/260 prostornine.
Za ogrevanje stavb le butan, ker propan zmrzuje.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
FOSILNA GORIVA
PREDELAVA ZEMELJSKEGA PLINA
0
90 - 95 % metan CH 4 , zmrzuje pri - 160 C
V Sloveniji imamo 930 km dolg magistralni plinovod.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
FOSILNA GORIVA
SEŽIGANJE FOSILNIH GORIV
fosilno gorivo + zrak = produkti
POPOLNO GORENJE
ogljik zgori v ogljikov dioksid
vodik zgori v vodo
žveplo zgori v žveplov dioksid
CO2
H 2O
SO2
NEPOPOLNO GORENJE
nastajanje ogljikovega monoksida
nastajanje dušikovih oksidov
CO
NO x
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
FOSILNA GORIVA
ZRAK
21% kisika, 79% dušika
na 1 mol kisika je v zraku 3,76 molov dušika
PRIMER POPOLNEGA GORENJA METANA
CH4 + a  1 O2  3,76  N2   b  CO2 +c  H2O+d  N2
-------zrak----------a2
Za zgorevanje 1 mola metana potrebujemo
b 1
9,52 molov zraka
c= 2
d = 7,52
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
KURILNOST FOSILNIH GORIV
GORIVO
KURILNOST MJ/kg KURILNOST MJ/m3
ogljik
33,8
vodik
10,8
drva
10-15
lignit
8-11
rjavi premog
13-17
črni premog
25-28
koks
32,1
metan
50,0
35,9
propan
46,4
93,2
butan
45,7
123,8
lahko kurilno olje
42,7
težko kurilno olje
39,8
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
120,0
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
VPLIV FOSILNIH GORIV NA OKOLJE
EMISIJA ŠKODLJIVIH SNOVI
Pri sežiganju fosilnih goriv nastajajo snovi, ki so škodljive okolju.
Masni tok sproščanja teh snovi v okolje imenujemo emisija škodljivih snovi.
Osnovna enota: kg/s
IMISIJA ŠKODLJIVIH SNOVI
Koncentracija okolju škodljivih snovi v ozračju na nekem mestu.
Gostoto teh snovi imenujemo imisija.
Osnovna enota: kg/m3
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
VPLIV FOSILNIH GORIV NA OKOLJE
NAJBOLJ NEVARNE SNOVI, KI NASTAJAJO
PRI GORENJU FOSILNIH GORIV
CO, CO2
NO x : NO, NO2 , NO3 , N 2O, N 2O3 , N 2O4 , N 2O5
ozon O3
žveplov dioksid SO2
prašni delci
tipične enote : ppm, ppb, mg/m 3 , μg/m 3
AEROSOL: suspenzija majhnih trdnih ali kapljevinskih delcev v plinu.
Primeri: megla, dim, vulkanski pepel
EMULZIJA: suspenzija majhnih trdnih delcev v kapljevini.
Primer: mleko.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
VPLIV FOSILNIH GORIV NA OKOLJE
MEJNE VREDNOSI IMISIJE
najvišje vrednosti, ki še niso nevarne zdravju ljudi
OPOZORILNE VREDNOSTI
prebivalstvo se mora na njih opozoriti
KRITIČNE VREDNOSTI
so enake dvakratni mejni vrednosti, so nevarne zdravju ljudi
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
VPLIV FOSILNIH GORIV NA OKOLJE
mejne vrednosti
1ura 8ur
CO2
NO2
O3
SO2
24ur leto opozorilne vrednosti 3ure
30
10
20
μg/m3
26
8
17
ppb
μg/m3
ppb
300
150
50
350
157
78
26
183
150 110
75 55
65
32
60
30
200
100
μg/m3
350 125
125
50
400  600
μg/m3
47
47
19
150  226
ppb
132
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
ppb
OGLJIKOV MONOKSID
V Evropi: 125 106 t/leto, 11 % količin v svetu
V Sloveniji: 91,4 103 t/leto, 45,75 kg/prebivalca/leto, 4,51 t/km2 / leto
Nastaja pri nepopolnem zgorevanju
ZMANJŠANJE IZLOČANJA
čimvečja količina dovedenega kisika
čimvišja temperatura zgorevanja
čimdaljši čas zadrževanja v področju visokih temperatur
intenzivno mešanje plinov v zgorevalni komori
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
OGLJIKOV MONOKSID
EMISIJA GLEDE NA PORABO
Evropa[%] Slovenija [%]
energetske pretvorbe
1
1
industrija
10
1
prevoz
široka raba
79
10
90
8
Ugodne pogoje lažje zagotovimo v industriji
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
OGLJIKOV MONOKSID
nima škodljivega vpliva na rastline
vpliva na zdravje ljudi - veže se s hemoglobinom
izločanje iz krvi: v 3 - 4 urah se koncentracija razpolovi
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
DUŠIKOVI OKSIDI
V Evropi: 22 106 t/leto, 25% količin v svetu
V Sloveniji: 66,6 103 t/leto, 33,3kg/prebivalca/leto, 3,29t/km2 / leto
EMISIJA GLEDE NA PORABO
Evropa [%] Slovenija [%]
energetske pretvorbe
20
25
industrija
10
3
prevoz
široka raba
65
5
67
5
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
DUŠIKOVI OKSIDI
PRI PREUČEVANJU POSEBEJ POMEMBNA
NO
brezbarven
NO 2
rdeče-rjav
NO x
GORIVNI
oksidirajo dušikovi atomi iz goriva
(proces intenziven nad 700 K)
NO x
TERMIČNI
oksidirajo dušikovi atomi iz zraka
(proces intenziven nad 1300 K)
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
DUŠIKOVI OKSIDI
ZMANJŠANJE IZLOČANJA
NO x
čimmanjša količina dovedenega kisika
čimnižja temperatura zgorevanja
čimkrajši čas zadrževanja v področju visokih temperatur
Ukrepi so v nasprotju z ukrepi za zmanjšanje emisij CO
Z uporabo katalizatorjev (paladija in platine) zmanjšamo
temperaturo zgorevanja na 6000 C tako, da ne pride do
nepopolnega zgorevanja
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
DUŠIKOVI OKSIDI
DUŠIKOV OKSID
ne vpliva na zdravje ljudi
DUŠIKOV DIOKSID
vpliva na zdravje ljudi preko
fotokemičnega smoga
dušikove kisline
NO2 + HO  HNO3
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
kisli dež !
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
FOTOKEMIČNI SMOG
smog = smoke + fog, 1952 - A.J. Haagen-Smith
Nastanek ozona
O3
dušikovi oksidi + hlapljivi ogljikovodiki + sončno sevanje
izgorevanje
N2 +O2   T>1000K   2NO
oksidacija v ozračju
2NO+O2  2NO2
sončno sevanje
NO2 +sončno sevanje  NO + O
O+O2 +katalizator  O3  katalizator
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
FOTOKEMIČNI SMOG
VPLIV NA LJUDI
kašelj, glavobol
VPLIV NA RASTLINE
zmanjšan pridelek
Norveška: stroški zdravljenja bolezni, ki so posledica
dušikovega dioksida in prahu okoli dvesto milijonov dolarjev letno
Švedska: škoda na poljščinah zaradi ozona je okoli 300 milijonov
dolarjev na leto
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
FOTOKEMIČNI SMOG
N2 +O2   T>1000K   2NO
2NO+O2  2NO2
NO2 +sončno sevanje  NO + O
O+O2 +katalizator  O3  katalizator
O3  NO  NO2 +O2
Izgorevanje
oksidacija v ozračju
sončno sevanje
NO2
koncentracija
NO
O3
4
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
8
12
16
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
20
ura
TRDNI DELCI
Aerosoli, prah, saje, leteči pepel
delci s premerom od 0,0002 do 500 mikronov
najzanimivejši od 0,1 do 10 mikronov
manjši se sprijemajo v večje
večji se hitro posedajo
10 mikronski delec se poseda približno 20 cm/minuto
za zdravje so najnevarnejši od 2 do 4 mikrone
povzročajo vnetja in druge bolezni dihal
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
TRDNI DELCI
Mejna vrednost za povprečno dnevno vsebnost:
SO2 + aerosoli = 125+125 μg/m3
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
ŽVEPLOV DIOKSID
V Evropi: 39 106 t/leto, 25% količin v svetu
V Sloveniji: 119,3 103 t/leto, 59,1 kg/prebivalca/leto, 5,89 t/km2 / leto
EMISIJA GLEDE NA PORABO
Evropa[%] Slovenija [%]
energetske pretvorbe
58
83
industrija
24
7
prevoz
široka raba
10
8
2
8
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
ŽVEPLOV DIOKSID
DELEŽ ŽVEPLA IN DUŠIKA V GORIVIH
gorivo
drva
S%
0
N%
0,5
lignit
rjavi premog
črni premog
1
1
1
1
3
do 9
zemeljski plin
lahko kurlno olje
0 25
0,5 0,5
težko kurilno olje 2, 0
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
žvepla ni v drvih
žvepla ni v zemeljskem plinu
1
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
ŽVEPLOV DIOKSID
v ozračju ostaja nekaj dni in potuje tisoče kilometrov daleč
nastaja žveplena kislina
SO2  vrsta kemičnih reakcij  SO3
SO3 +H2O  H2SO4
kisli dež
žveplena kislina in apnenec v zgradbah reagirata v mavec
H2SO4  CaCO3  CaSO4 +CO2 +H2O
izpiranje mavca: letna škoda na zgradbah cca.10 milijard dolarjev
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
UKREPI ZA ZMANJŠANJE EMISIJ
Strategija 1: Preprečevanje nastajanja.
Strategija 2: Čiščenje.
UKREPI PRED SEŽIGOM FOSILNIH GORIV
večji delež vodika, manjši delež žvepla, manjši delež dušika
UKREPI MED SEŽIGOM FOSILNIH GORIV
popolno zgorevanje pri nižjih temperaturah
UKREPI PO SEŽIGU FOSILNIH GORIV
čiščenje dimnih plinov, predvsem žveplovega dioksida in prašnih delcev
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
UKREPI ZA ZMANJŠANJE EMISIJ
PO SEŽIGU FOSILNIH GORIV
MOKRI POSTOPEK
v vodi raztopljen apnenec vbrizgamo v tok dimnih plinov
SO2  CaCO3  H2O  CaSO3  2H2O+CO2
nastane mavec in ogljikov dioksid
mokri postopek stane od 10-20% celotne cene termoelektrarne
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
UKREPI ZA ZMANJŠANJE EMISIJ
PO SEŽIGU FOSILNIH GORIV
CIKLONI
vrtinčenje
izločijo do 90% delcev večjih od 5 mikronov
neučinkoviti pri izločanju delcev manjših od 5 mikronov
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
UKREPI ZA ZMANJŠANJE EMISIJ
PO SEŽIGU FOSILNIH GORIV
vstopna cev
čisti zrak
CIKLONI
vrtinčna cev
zrak in delci
tok delcev
tok plina
delci
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
UKREPI ZA ZMANJŠANJE EMISIJ
PO SEŽIGU FOSILNIH GORIV
CIKLONI
delci
pot manjšega delca
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
delci
pot večjega delca
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
UKREPI ZA ZMANJŠANJE EMISIJ
PO SEŽIGU FOSILNIH GORIV
CIKLONI
Efektnost odstranjevanja v %
kimiii-31
premer delca v mikronih
Tipična odstranjevalna krivulja ciklona
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
UKREPI ZA ZMANJŠANJE EMISIJ
PO SEŽIGU FOSILNIH GORIV
ELEKTROSTATIČNI FILTRI
ioniziranje molekul z močnim električnim poljem
(napetosti okoli 100.000 V)
učinkovitost odstranjevanja delcev do 98%
so zelo dragi in veliki !
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
UKREPI ZA ZMANJŠANJE EMISIJ
PO SEŽIGU FOSILNIH GORIV
ELEKTROSTATIČNI FILTRI – PLOŠČNI TIP
visokonapetostna elektroda
nevtralni delec
ioni plina
nabiti delci
hitrost plina
električno polje
hitrost odstranjevanja
odstranjevalna plošča (ozemljena)
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
UKREPI ZA ZMANJŠANJE EMISIJ
PO SEŽIGU FOSILNIH GORIV
ELEKTROSTATIČNI FILTRI – CEVNI TIP
žica
visokonapetostna elektroda
odstranjevalna cev (ozemljena)
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
UKREPI ZA ZMANJŠANJE EMISIJ
PO SEŽIGU FOSILNIH GORIV
ELEKTROSTATIČNI FILTRI
enostopenjski sistem
nabojna in zbiralna cona
dvostopenjski sistem
nabojna
cona
razelektritev
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
zbiralna
cona
razelektritev
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
UKREPI ZA ZMANJŠANJE EMISIJ
VREČASTI TEKSTILNI FILTRI
delce manjše od mikrona zadrži fina tkanina
niso primerni v vlagi !
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
UKREPI ZA ZMANJŠANJE EMISIJ
VREČASTI TEKSTILNI FILTRI
vreča
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
žep ali ovojnica
navojni filter
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA
UKREPI ZA ZMANJŠANJE EMISIJ
VREČASTI TEKSTILNI FILTRI
Tipične velikosti od 1 – 10 m
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
FOSILNA GORIVA