Systém pro snížení hmotnostních koncentrací znečišťujících látek při lokálním vytápění

Jiří Ryšavý

Doctoral thesis

System for mass concentrations reduction of pollutants in local heating case

Anotácia:

Katalyzátory jako sekundární opatření pro snížení hmotnostních koncentrací znečišťujících látek vzniklých nedokonalým spálením pevného paliva jsou obecně známé, avšak v oblasti spalovacích stacionárních zdrojů určených pro vytápění domácností spalováním biomasy se doposud jedná o velmi málo využívající technologii. Zároveň doposud neexistuje souhrnná publikace zaměřená na tuto problematiku z různých úhlů pohledu důležitých jak pro vědeckou komunitu, tak pro jejich širší aplikaci v praxi. Teoretická část disertační práce je zaměřena na popis katalyzátorů jako takových, shrnutí nejdůležitějších faktorů ovlivňujících katalytickou reakci a způsoby deaktivace katalyzátorů. Zvláštní důraz je kladen na porozumění doposud publikovaných studií zahraničních autorů, dříve se zabývajících touto problematikou, především v souvislosti se spalovacími stacionárními zdroji určenými pro vytápění domácností, čehož bylo dále využito v praktické části disertační práce. Praktická část disertační práce je strukturovaná do jednotlivých kapitol dle zvolených cílů práce. Detailně byl popsán postup výroby vlastního katalyzátoru a tři inovativní katalyzátory navržené a vyrobené ve spolupráci se společností Whitebeam byly otestovány v reálném provozu. Bylo provedeno porovnání různých metodik pro charakterizaci katalyzátorů, přičemž byla navržena vlastní metodika s inovativním přístupem eliminujícím vliv nestabilního provozu reálných spalovacích stacionárních zdrojů. Tato metodika je reprodukovatelná a široce aplikovatelná s hlavním cílem jejich jednoduššího porovnání pro efektivnější využití katalyzátorů v inženýrské praxi. Bylo navrženo, zkonstruováno a otestováno zařízení umožňující tuto metodiku aplikovat. Vybrané katalyzátory byly podrobeny dílčím zkouškám zaměřeným na provoz v prostředí spalin vzniklých spalováním alternativního paliva na bázi biomasy a zkouškám zaměřeným na bezpečný provoz katalyzátorů v prostředí reálných spalin. Práce rovněž popisuje dříve nepopsaný způsob aplikace katalyzátorů jako snižování hmotnostních koncentrací některých znečišťujících látek ve spalinách vznikajících při provozu z tzv. biolihových krbů.

Abstract:

Catalytic converters as a secondary measure to reduce the mass concentrations of pollutants produced by imperfect combustion of solid fuel are well known, however in the field of stationary combustion sources for domestic heating by biomass combustion, this is still a very little used technology. Simultaneously, a comprehensive publication focusing on this issue from different perspectives relevant to both the scientific community and their wider application in practice is missing. The theoretical part of the dissertation thesis is focused on the description of catalysts, the summary of the most important factors influencing the catalytic reaction and the methods of catalyst deactivation. Particular emphasis is aimed at the understanding of previously published studies by foreign authors previously dealing with this topic, especially in the context of stationary combustion sources intended for domestic heating, which was further used in the practical part of the dissertation. The practical part of the dissertation thesis is structured into individual chapters according to the chosen objectives of the dissertation. The process of manufacturing of own catalyst was described in detail and three innovative catalysts designed and manufactured in cooperation with Whitebeam were tested in real operation. A comparison of different methodologies for catalyst characterisation was made, and a proprietary methodology was designed with an innovative approach to eliminating the influence of unstable operation of real combustion stationary sources. This methodology is reproducible and widely applicable with the main objective of making them easier to compare for more effective use of catalysts in engineering practice. An innovative device has been designed and tested to enable this methodology to be applied. The selected catalysts were subjected to partial tests focused on operation in the real flue gas environment resulting from the combustion of biomass-based alternative fuel and tests focused on the safety of operation of the catalysts in a real flue gas environment. The work also describes a previously undescribed application of catalysts as a measure for the reduction of mass concentrations of some pollutants in the flue gases produced during the operation of so-called biolethanol fireplaces.

Kľúčové slová

katalyzátor, čištění spalin, kamna, spalovací zařízení, biomasa

Keywords

catalyst, flue gas purification, stove, combustion unit, biomass

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 15. 6. 2023

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 22. 8. 2023
• Vedúci: Tadeáš Ochodek
• Oponent: Karel Soukup, Michal Vojtíšek, Lucie Obalová

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta strojní

Doctoral programme / odbor:
Strojní inženýrství / Energetické stroje a zařízení