ÅTGÄRDER FÖR REDUKTION AV ORGANISKA ÄMNEN I ASKA FRÅN ROSTPANNOR

Transkript

1 Jörgen Furberg ÅTGÄRDER FÖR REDUKTION AV ORGANISKA ÄMNEN I ASKA FRÅN ROSTPANNOR STOCKHOLM 2005

2 Innehåll 1 INLEDNING BAKGRUND SYFTE OCH MÅL UPPDRAGSGIVARE OCH ARBETSFORMER Metod Tidsplan LÄSANVISNINGAR FÖRBRÄNNING I ROSTPANNOR ALLMÄNT GRUNDLÄGGANDE OM BRÄNSLEBÄDDEN Strålning mot bädden Lufttillförsel OFULLSTÄNDIG FÖRBRÄNNING AV BRÄNSLET Ojämn bränslebädd Varierande bränslefukthalt Otillräcklig inmurning GÄLLANDE LAGSTIFTNING ANLÄGGNINGARNA NOTNÄS TORSBY Övergripande Bränsleinmatning Rostermatning Rökgasåterföring SANNAVERKET KRISTINEHAMN Övergripande Bränsleinmatning Rostermatning FÖRSLAG PÅ ÅTGÄRDER MELLANVALV Ett mellanvals funktion Jämförelse av mellanvalv och tillförsel av rökgas Faktorer som bör begrundas vid murning av ett mellanvalv Mellanvalvet i Åsa Sammanfattning FÖRVÄRMT TORKMEDIUM Återföring av rökgaser till torkzonen Sammanfattning BRÄNSLEBITARNAS STORLEK Möjliga förbättringar på Notnäs Sammanfattning FÖRDELNING AV PRIMÄRLUFT Omfördelning från torkzonen till rostens sista del Problem med lågt tryckfall över rosten Sammanfattning REGLERING AV ÅTERFÖRD RÖKGAS Brister i rökgasåterföringen till Åsa Brister i rökgasåterföringen till panna 1 på Sannaverket Åtgärd för att komma till rätta med bristerna Sammanfattning RIKTNING PÅ ROSTENS MATNINGSSEKVENS SLUTSATSER REFERENSER...26

3 7.1 Litteratur Muntliga källor BILAGOR BERÄKNING AV RÖKGASERNAS KONDENSATIONSTEMPERATUR...27

4 1 INLEDNING 1.1 Bakgrund Den ökande medvetenheten om de globala klimateffekterna som orsakas av fossila energikällor, har medfört ett tilltagande intresse för biobränslen. De ekonomiska incitamenten för biobränslen ökar och därför tilltar flödet av bränsle ut från de svenska skogarna. I första hand utgörs bränslet av avverkningsrester från skogsbruket. Vid uttaget av avverkningsresterna bortförs näring från skogsmarken. Biomassan innehåller dessutom ämnen som kan förbruka syror, det vill säga har kalkverkan. På vissa marker kan uttaget av biobränsle därför innebära en betydande näringsförlust och reducerad förmåga att motstå försurning. Efter förbränning av bränslet finns huvuddelen av näringen och de kalkverkande ämnena kvar i askan. Kväveinnehållet avgår däremot med rökgaserna. Genom att återföra askan kan man motverka den utarmning och försurning av marken som annars kan uppstå och på så sätt tas ett steg mot ett mer uthålligt skogsbruk. Om askan sprids i sin naturliga form så kan det koncentrerade innehållet av salter och tungmetaller orsaka skada hos växter, djur och mikroorganismer. Askan blandas därför med vatten och härdas till kulor, så kallade granuler, som löses upp mycket långsamt. För att askan skall härda bra och lösas upp långsamt krävs att den är väl utbränd, det vill säga har en låg halt oförbränt kol. Halten oförbränt bör vara kring 2-3 % och om den går upp mot 10 % blir askgranulerna alltför reaktiva för att spridas. 1 Recirculation Ash är ett EU-Life projekt som fokuserar på att studera och förbättra förutsättningarna för återförande av aska från förbränning av skogsbränslen. Fortum Värme deltar i projektet och har uppmärksammat att mindre biobränsleeldade anläggningar ofta har för höga halter organiskt material i askan för att den ska kunna återföras. I detta examensarbete undersöks därför möjligheterna att förbättra askans kvalitet från små biobränsleeldade anläggningar. Två rostpannor utgör underlaget för studien och förslag på åtgärder tas fram. Pannorna ägs av Fortum Värme och är belägna i Värmland, den ena på Sannaverket i Kristinehamn och den andra på fjärrvärmecentralen Notnäs i Torsby. 1.2 Syfte och mål Målet med examensarbetet är att identifiera åtgärder för att minska halten oförbränt kol i askan från panna 1 på Sannaverket i Kristinehamn samt från panna Åsa på Notnäs i Torsby. En högre utbränningsgrad önskas i syfte att möjliggöra härdning av askan och säkerställa en långsam upplösning, så att den därmed kan återföras till skogsmarken. Uppnås detta så utnyttjas dessutom en större andel av bränslets energiinnehåll. 1.3 Uppdragsgivare och arbetsformer Examensarbetet utförs på uppdrag av Fortum Värme och handleds av ÅF-process. 1 Emilsson S. (2004) 1

5 Arbetet följs av Per Edoff Göran Erselius Per Olof Persson Thomas Malmstedt Miljöchef och beställare av uppdraget, Fortum Värme Konsult och handledare, ÅF-Process Examinator, Kungliga Tekniska Högskolan Driftschef för de inkluderade värmeverken, Fortum Värme Metod Arbetet påbörjades i början av september 2005 med en litteraturstudie inom och kring ämnena förbränningsteknik, biobränsle, biobränsleaska samt återföring av aska. Böcker, rapporter och övrig information har erhållits från Kungliga Tekniska Högskolans bibliotek, Naturvårdsverkets bibliotek, Värmeforsk, Internet samt via direktkontakt med driftoperatörer, panntillverkare och kunniga personer inom förbränningsteknik. De två rostpannor som ingår i studien kommer att studeras i drift under cirka en veckas tid vardera. De uppfördes samma år och av samma tillverkare och därför ytterst lika till utförandet. Eventuella skillnader i styrsätt eller modifieringar av en panna som visar sig ha positiv inverkan på förbränningsförloppet kommer att beaktas, för att om möjligt kunna implementeras i dess systerpanna Tidsplan Projektet sträcker sig från september 2005 till januari 2006 och inbegriper 20 veckors heltidsstudier motsvarande 20 studiepoäng. Planering Litteraturstudie Besök Sannaverket Besök Moelven Notnäs Analys av data Rapportskrivning Rapport på remiss Korrigering av rapp. Rapp. Senast godkänd Seminarium Figur 1. Tidsplan för examensarbetet September Oktober November December Januari 2

6 1.4 Läsanvisningar Rapporten är förutom denna inledning indelad i tre huvuddelar. Första delen (kap. 2) är en allmängiltig introduktion av förbränning i rostpannor. Den ämnar till att förmedla en förståelse för förbränningsförloppet och några av de parametrar som inverkar på detta. Denna förståelse är en förutsättning för att på bästa sätt kunna tillgodogöra sig resonemangen i resterande delar av rapporten. Andra delen (kap. 3) består av en beskrivning av de studerade pannorna. Den tredje delen (kap. 4-5) avser att presentera förslag på åtgärder. Principerna bakom åtgärderna kan i hög grad appliceras till andra rostpannor av liknande konstruktion. 3

7 2 FÖRBRÄNNING I ROSTPANNOR 2.1 Allmänt Rostpannan är den vanligaste typen av panna vid förbränning av biobränslen, bland annat på grund av att den är enkel och billig. Det finns flera olika varianter på rostpannor, men när bränslet har en hög fukthalt (över 50 %) så används oftast en snedrost. 2 Snedrosten möjliggör en automatiserad eldningsprocess. Bränslet matas in och glider sedan ned längs rosten allteftersom det brinner. Askan faller av rosten vid dess slut och transporteras bort med hjälp av exempelvis en skruv eller skrapanordning. Figur 2. Principskiss över en rostpanna. 1-3 markerar torknings-, avgasnings- respektive slutförbränningszonen. 4 visar sekundärförbränningszonen och 5 en vanlig placering av varmvatten- eller ångrör. 3 2 Alvarez H, Berg M,

8 För att bränslets ska kunna transporteras över rosten i önskad fart så kan en rörlig rost användas. En sådan består av rörliga stavar som kan röra sig fram och tillbaka. Den så kallade primärluften tillförs bädden underifrån, det vill säga genom rosten. För att säkerställa en god slutförbränning av de brännbara gaserna, utan att producera onödigt stora mängder NO x, så tillförs i de flesta fall även överluft. Överluften kan tillföras i ett eller flera steg och benämns då sekundär-, tertiär- och kvartärluft. 2.2 Grundläggande om bränslebädden Trots omfattande studier är detaljerna kring förbränningsförloppet i en bränslebädd fortfarande inte helt klarlagda. 4 Mycket tyder dock på att strålning från gas och murverk torkar bäddens ytskikt, som efterhand avgasas och antänds. Antändningsfronten tränger sedan allt djupare ned i bädden. På en rörlig rost blir resultatet av detta att torkzonen, avgasningszonen och slutförbränningszonen överlappar varandra på det sätt som figur 3 visar. Figur 3. Förbränningsbädd Strålning mot bädden Den huvudsakliga drivkraften för torkning och avgasning av bränslet är den värmeenergi som når bädden via strålning från den förhållandevis mycket varma omgivningen. Hela 80 % av effektöverföringen sker via strålning. 5 Den överförda effekten, P, beskrivs av följande samband: P 4 4 = ε ( T murv T bädd ) Som sambandet visar så är den överförda värmeeffekten till viss del beroende av det strålande materialets emissivitet, ε, men framförallt kraftigt beroende av temperaturdifferensen mellan 4 Ramström E, Wrangensten L,

9 bädden och till exempel det varma murverket. Om murverkets temperatur fördubblas så innebär det att den överförda effekten till bränslebädden blir 16 gånger större. Små temperaturförändringar hos omgivande ytor medför därför stora förändringar i den värmemängd som transmitteras till bädden Lufttillförsel Primärluften som strömmar upp genom bädden har en begränsad förmåga att torka bränslet. Det beror på att luften snabbt blir mättad och därför inte kan bära med sig några ansenliga mängder vatten. Fuktinnehållet i luft vid mättnad är dock starkt temperaturberoende och i vissa pannor förvärms därför primärluften. Trots förvärmning har primärluften i torkzonen en relativt låg torkeffekt, men den fyller ändå en mycket viktig funktion. Värmestrålningen mot bäddens ytskikt tränger inte särskilt djupt ner i bädden men den varma luften som tillförs underifrån hjälper till att transportera fukten från bäddens undre delar upp till ytan. Torkluften kompletterar dessutom strålningen genom att ventilera bort den fukt som drivits av. 6 Om mängden tillförd torkluft blir för stor kommer den dock att kyla ovanliggande gasmassa och murverk och på så sätt minska strålningen mot bädden. Efter att bränslet torkats och avgasats återstår endast cirka 20 % av bränslets brännbara torrsubstans. 7 Slutförbränningen kräver därför bara en liten del av pannans totala lufttillförsel. Onödigt stora mängder förbränningsluft leder till bildning av NO x. På grund av primärluftens kylande och NO x -bildande effekter bör en stor andel av den totala luften tillsättas som överluft och andelen primärluft hållas låg. 2.3 Ofullständig förbränning av bränslet Både vid stationär drift och vid transienta förlopp kan ogynnsamma förbränningsbetingelser medföra att slutförbränningen hamnar för långt ned på rosten, vilket kallas för "lång eld". Bränslet hinner inte brinna ut innan det lämnar rosten och oförbrända rester blir kvar i askan. Figur 4 nedan visar hur bränslebädden kan se ut vid lång eld och kan jämföras med bädden i figur 3 som uppvisar ett önskvärt utseende. 6 Lundborg Rickard, Edholm A,

10 Figur 4. Förbränningsbädd med ofullständig förbränning För att fullständig förbränning ska ske måste bränslets brännbara beståndsdelar få en tillräcklig lufttillförsel och utsättas för hög temperatur. Ofullständig förbränning behöver inte betyda att förbränningen totalt sett sker med luftunderskott eller vid för låg temperatur, utan beror oftast på att lokala luftunderskott eller temperaturminima uppstår på grund av exempelvis en olämplig utformning av lufttillförseln. Några av de många anledningarna till att ofullständig förbränning uppstår presenteras övergripande nedan Ojämn bränslebädd Luft som strömmar upp genom en bränslebädd kommer att passera där motståndet är minst, det vill säga där tryckfallet är litet. Det är vanligt att det sammanlagda tryckfallet över bädden är betydligt större än över rosten vilket medför att ojämnheter i bädden får stark påverkan på luftflödet. En zon med tjockare eller kompaktare bädd har egentligen ett större behov av luft än en tunn eller porös zon. Tryckfallet blir dock avsevärt större i den tjocka eller kompakta zonen och luften passerar därmed upp genom den tunna eller porösa delen av bädden såsom figur 5 illustrerar. Figur 5. Flödesskillnad i en bränslebädd som är ojämn i höjdled respektive kompakt i mitten 7

11 På grund av att mer luft strömmar upp genom tunna och porösa partier i bädden brinner dessa ut snabbare än övriga delar av bädden och genomblåsningar uppstår. Genomblåsningar producerar höga NO x -halter medan andra delar av bädden ger upphov till höga halter oförbrända gaser och oförbrända rester i askan Varierande bränslefukthalt Variationer i bränslets fukthalt kan medföra stora effekter i en panna som inte är optimerad för att klara dessa förändringar. Om ett fuktigare bränsle plötsligt matas in i pannan blir bränslebädden närmast inmatningen successivt allt kallare och avgasningen sker därför långsammare. Inmatningen av fuktigt bränsle fortsätter och den kalla fuktiga "kilen" växer sig större (se figur 3). Den växande kilen absorberar allt mer värme från omgivningen och gas- och murtemperaturen sjunker med minskande torkeffekt som resultat. När det fuktiga och kalla bränslet når avgasningszonen minskar produktionen av brännbar gas och därmed förbränningen, vilket i sin tur innebär en ytterligare minskning av drivkraften för torkning och avgasning. Det fuktigare bränslet når slutligen förbränningszonen och lasten och temperaturen i ugnen som helhet faller (se figur 4). Vad som sedan sker beror på vilka åtgärder som driftoperatören eller styrsystemet vidtar och hur en specifik panna är utformad. Inmatning av ett fuktigare bränsle leder dock ofta till en ond cirkel som resulterar i att lång eld uppstår med stora mängder oförbrända rester i bottenaskan som följd. 9 Även vid en lastökning kan ett i många avseenden liknande förlopp som ovan utspela sig ifall temperaturen i pannan inte kan hållas uppe Otillräcklig inmurning Strålningen från bäddens omgivning, inte minst murverket, står som tidigare nämnts för huvuddelen av effektöverföringen till bränslet. Vid otillräcklig inmurning blir det därför svårt att hålla en hög och jämn temperatur i ugnen, vilket medför att pannan blir mycket känslig för transienta förlopp som kan uppstå till exempel vid fukthaltsvariationer eller lastökningar. 2.4 Gällande lagstiftning Det är sedan årsskiftet 2004/2005 förbjudet att deponera organiskt avfall. Aska är dock undantaget förbudet i de fall då den innehåller mindre än 18 viktprocent oförbränt organiskt material. 10 Reda ut vad miljöbalken säger om askåterföring. Då försök görs att sänka halten oförbränt kol i askan är det viktigt att emissionerna av kväveoxider inte ökar till oacceptabla nivåer. En avgift tas ut med 40 kronor per kilogram utsläppta kväveoxider, räknat som kvävedioxid. Varje enskild anläggning måste dessutom hålla utsläppen av kväveoxider under den nivå som anges i villkoren i anläggningens tillstånd. 8 Edholm A, Lundborg Rickard, Naturvårdsverket,

12 Liksom kväveoxider så regleras även utsläppet av kolmonoxid och stoft av villkoren i tillståndet. Dessa är dock inte belagda med någon avgift per utsläppt kvantitet. 9

13 3 ANLÄGGNINGARNA 3.1 Notnäs Torsby Panna 1, "Åsa", är en helmurad rostpanna med rörlig vattenkyld rost. Den uppfördes 1994 av Karlskrona Mekaniska Werkstad. Pannan har en effekt på 8 MW och är försedd med rökgaskondensering för ytterligare utvinning av tillgänglig värmeenergi. Figur 6 visar en skiss av pannan. Figur 6. Skiss av Åsa på fjärrvärmecentralen Notnäs Övergripande Värmecentralen är belägen i direkt anslutning till Notnäs sågverk i Torsby. Ett samarbete är upprättat där sågverket får varmvatten från värmecentralen, och i sin tur förser värmecentralen med bränsle. Sågverkets behov uppgår endast till en del av den producerade värmen och resterande värme går ut i fjärrvärmenätet i Torsby. Totalt producerar Åsa cirka 45 GWh per år. Bark är den restprodukt från sågverket som är av minst ekonomiskt värde och därför används först och främst denna som bränsle i värmecentralen. Barkens fukthalt är dock väldigt hög, cirka 68 %, och den måste därför blandas med torrflis för att förbränningen ska bli tillfredsställande. Flisens fukthalt är cirka 14 % och inblandningen uppgår till en dryg tredjedel av den totala bränslemängden. Bränslets fukthalt efter inblandningen av flis blir därmed cirka 50 %. Barken och flisen blandas med traktor i en hög på den asfalterade gårdsplanen innan bränslet lastas in i en silo. Från bränslesilon går en bränsletransportör till pannans inmatning. 10

14 Pannan är försedd med efterföljande cyklon och elfilter för rening av rökgaserna. Gaserna, som har en temperatur på över 200 ºC, leds sedan till en rökgaskondensor där delar av värmeenergin växlas över till fjärrvärmevattnet. Aska, slagg och stoft från ugnen och rökgasreningen samlas upp i skruvtransportörer för transport till en askcontainer. De passerar dessutom en våtasktransportör och når containern i våt form. Fläktar, bränsleinmatningen och rosterrörelserna styrs via en PLC. Luftspjällen regleras dock manuellt. Effektregulator Utbyggnad Bränsleinmatning I inmatningsstupet för bränslet är två mikrovågsnivåvakter placerade. Varje mikrovågsnivåvakt består av en sändare och en mottagare som är placerade vid ett synglas på vardera sidan om bränslestupet. När stupet fylls med bränsle bryts strålningen till mottagaren och den indikerar att stupet är fullt och det ovanliggande bränslespjället stängs och bränsletransportören stannar. När mikrovågsnivåvakterna indikerar att bränslenivån är sjunkande startar bränsletransportören och spjället öppnas åter. En fördelningsskruv fördelar bränslet jämnt åt båda sidor i stupet. Nivåvakterna styr rotationsriktningen på fördelningsskruven. Bränslet vilar mot bränsleschaktets botten där tre stycken hydrauliska pushers trycker in bränsle på rosten. Pushermatningen styrs av en gammavakt som är placerad strax ovanför rosten en bit nedanför bränsleinmatningen. Gammastrålarna försvagas när de passerar genom bränslebädden och gammavaktens mottagare kan således avgöra tjockleken på bädden. När gammavakten registrerar att bädden börjar bli tunn kallar den på mer bränsle och pushermatningen startar och pågår tills önskad bäddtjocklek är uppnådd. Börvärdet kan justeras till valfri nivå Rostermatning Den rörliga rosten består av sju stycken nivåer och var och en av dessa drivs av två hydraulcylindrar. Rosterrörelserna styrs av en gammavakt som är placerad på rostens senare del. När gammavakten indikerar att bäddens tjocklek är under det inställda börvärdet så inleds en sekvens av rosterrörelser som kallas underhållsmatning. Hur länge underhållsmatningen skall pågå, vilka rosternivåer som skall röra sig och i vilken ordning ställs in i PLC:n. Efter varje avslutat rörelsesekvens utför bränsleinmatningens pusher en rörelse. Pushern styrs således av både den övre gammavakten och rörelsesekvenserna. Tidsintervallet mellan varje rosts rörelse är ökar automatiskt ifall bäddens tjocklek inte har nått det inställda börvärdet efter 15 minuter. Efter 50 minuter avslutas underhållsmatningen och återupptas inte förrän gammavakten ger order om detta. 11

15 3.1.4 Rökgasåterföring Rökgaser återförs till ugnen via dysor i pannans bakvägg. Återföringen syftar till att reglera temperatur och NO x -bildning i pannan. En alltför hög temperatur kan skada murverket och de i sammanhanget relativt kalla rökgaserna kan användas för att sänka temperaturen. Vid höga temperaturer, över ºC, och god tillgång på syre bildas termisk NO x. De återförda rökgaserna motverkar bildningen genom att sänka temperaturen och späda ut gasmassan i ugnen så att syrekoncentrationen minskar. 3.2 Sannaverket Kristinehamn Panna 1 är en helmurad biobränslepanna från Karlskrona Mekaniska Werkstad, med en effekt på 8 MW. Den uppfördes under 1994 och har en vattenkyld rörlig rost. Figur 7 visar en skiss över pannans utseende. Figur 7. Skiss av panna 1 på Sannaverket Övergripande Den energi som produceras används som fjärrvärme och beräknas uppgå till 35 GWh per år. Bränslet utgörs av bark, flis och grot som kan förvaras inomhus i en bränsleficka med en volym på cirka 1000 kubikmeter. Bränslets fukthalt varierar men är oftast över 50 %. Med hjälp av travers och skopa lyfts bränslet till ugnens bränsleschakt. Bränsleinmatningen styrs av värmebehovet i fjärrvärmenätet. Vid rostens slut faller askan ner till en vattenfylld transportör som för den till en askcontainer. För tillfället används askan som bottenmaterial för fotbollsplaner som kommunen anlägger intill Sannaverket. Rökgaserna går från förugnen upp till avgaspannan där stora delar av energiinnehållet växlas över till fjärrvärmenätet. Rökgaskondensering tillåter sedan att ytterligare andelar av energiinnehållet kan tillgodogöras. Stoft avskiljs i en multicyklon och i rökgaskondenseringsutrustningen. 12

16 Stoftutsläppet från panna 1 får som riktvärde inte överskrida 100 mg/m 3 norm torr gas vid 13 % O 2. Kväveoxidutsläppet, räknat som kvävedioxid, får som riktvärde högst uppgå till 103 mg/mj tillfört bränsle. Under 2004 var utsläppet av stoft cirka 86 mg/m 3 och av kväveoxider 74 mg/mj Bränsleinmatning Fördelningsskruven avlägsnad på grund av bränslets låga kvalitetet Rostermatning 13

17 4 FÖRSLAG PÅ ÅTGÄRDER Detta kapitel utgörs av en presentation av åtgärder som bedöms kunna minimera andelen oförbränt material i askan i de två pannor som denna studie avser. Ambitionen är dock att förklara principerna bakom förslagen så att de kan anpassas till andra pannor av liknande konstruktion. En grundorsak till att oförbrända organiska rester återfinns bottenaskan är att vissa bränslebitar helt enkelt inte hinner brinna ut innan de lämnar pannan via askutmatningen. Det kan bero på exempelvis bitarnas storlek eller fukthalt. Huvuddelen av torkningen måste ske tidigt på rosten för att avgasningen och slutförbränningen ska hinna äga rum på de senare delarna. För att komma till rätta med andelen oförbränt i askan är det därför viktigt att fuktavdrivningen i rostens första zon är effektiv. Med anledning av detta fokuserar flera av åtgärderna nedan till att förbättra torkningen. Grundtanken bakom all utveckling av en panna måste dock vara en strävan att skapa så stabila driftförhållanden som möjligt. Därför redogörs också för åtgärdernas effekter på övriga förlopp i pannan och dessutom tas förslag på förbättringar upp som ämnar trygga en stabil drift. 4.1 Mellanvalv En markant skillnad mellan Åsa och panna 1 på Sannaverket är att Åsas förugn har försetts med ett mellanvalv. Ursprungligen hade båda pannorna samma konstruktion, men Åsas mellanvalv har byggts till i omgångar under Ett mellanvals funktion Mellanvalvet ökar andelen inmurning i rostens närhet och värmestrålningen till området under valvet ökar. Med ett valv blir det därför lättare att hålla en jämn och hög temperatur i avgasnings- och slutförbränningszonen, vilket kan vara svårt vid förbränning av mycket fuktiga bränslen. En spegeleffekt erhålls dessutom där strålning från slutförbränningszonen via valvet når torkzonen på rostens början (se figur 8). Denna effekt bör inte försummas. Effektutvecklingen som uppstår av förbränningen på rostens senare del ligger relativt långt bort från torkzonen och vinkeln för direkt flamstrålning är liten. Förbränningen i slutzonen har således en liten inverkan på torkningen om det inte finns ett reflekterande valv. 11 Den förhöjda värmestrålningen till torkzonen som ett mellanvalv ger, innebär att bränslet avfuktas snabbare och andelen oförbränt i askan torde minska. Den ökade värmestrålningen begränsar också de negativa effekterna som en eventuellt plötsligt förhöjd bränslefukthalt kan medföra (effekterna finns beskrivna i avsnitt 2.3.2). 11 Lundborg Rickard,

18 Figur 8. Illustration av hur ett mellanvalv reflekterar värmestrålning till torkzonen Frånvaro av ett mellanvalv kan medföra att en mycket intensiv förbränning långt ned på rosten måste upprätthållas för att alstra tillräckligt med värme för att torka och avgasa bränslet. En väldigt hög temperatur kan då uppstå lokalt på rosten i den intensiva förbränningszonen vilket kan orsaka skador på rosterstavarna och bildning av NOx. Om avgasningen och torkningen endast drivs av direkt framstrålning blir dessa ytterst känsliga för förändringar i till exempel last eller luftöverskott. Den brinnande gasmassan kan vid sådana transienter svalna sekundsnabbt och då är det positivt med strålning från ett murat valv som kan utjämna temperaturvariationerna Jämförelse av mellanvalv och tillförsel av rökgas Det är vanligt förekommande att tillsätta rökgas med högt flöde i pannans nedre del, inte bara för att minimera NOx-bildningen utan också för att styra gaserna från förbränningen upp efter rosten. Det strömningsmönster som eftersträvas illustreras i figur 9 nedan. I panna 1 på Sannaverket tillförs rökgaser genom dysor i ugnens bakvägg. 12 Lundborg Rickard, Schuster R. (2000). 15

19 Figur 9. Illustration av det strömningsmönster som eftersträvas via inblåsning av rökgaser Tanken är att de varma gaserna som tvingas upp efter bränslebädden ska bidra till en förhöjd temperatur i torkzonen. Målet är också att förlänga gasernas färdväg, och därmed uppehållstiden i ugnen, så att de hinner förbrännas fullständigt. Ett mellanvalv däremot, tvingar upp gaserna utefter bädden utan att några rökgasflöden tillsätts (se figur 10). De rökgasflöden som eventuellt tillsätts i fallet med mellanvalv kan istället placeras strategiskt med avsikten att skapa omblandning i de brännbara gaserna eller att kontrollera temperaturen i ugnen. Figur 10. Illustration av det strömningsmönster som skapas med hjälp av ett mellanvalv Visserligen skapar inblåsningen av rökgas en längre färdväg och viss gasomblandning, men detta till priset av att den totala gasmängden i pannan ökar jämfört med fallet med ett valv. En 16

20 ökad gasmängd resulterar i en sänkt uppehållstid för gaserna. Minskningen i uppehållstid är direkt proportionerlig mot mängden återförd rökgas, det vill säga att om exempelvis 10 % av rökgaserna återförs till ugnen minskar uppehållstiden även den med 10 %. Rökgaserna sänker också temperaturen i ugnen, vilket är negativt under perioder då ugnstemperaturen redan är låg. 13 Att blåsa in rökgaser i pannan motverkar därför till viss del strävan att få en lång uppehållstid vid tillräckligt hög temperatur. Flödet av gaser som lämnar den brinnande bädden är stort då fuktiga bränslen förbränns. I praktiken är det svårt att trycka upp dessa gaser efter rosten med hjälp av rökgastillförsel i pannans nedre del. Rökgasflödet som tillförs kommer att böja av uppåt på grund av inverkan från gaserna som stiger upp från bädden. Risken är hög att rökgasernas inträngningsdjup blir så begränsat att strömningsbilden blir lik den i figur 11. Inträngningsdjupet varierar också med ändrat gasflöde från bädden och det blir därför komplicerat att skapa en stabil drift anpassad till olika förhållanden, till exempel låg- och höglast. Ett mellanvalv tvingar däremot gaserna att alltid gå så långt upp efter rosten som önskas och strömningsbilden blir därmed mer eller mindre oberoende av lasten eller bränslets fukthalt. Figur 11. Illustration av hur de inblåsta rökgaserna böjer av uppåt och får ett litet inträngningsdjup Faktorer som bör begrundas vid murning av ett mellanvalv Såsom beskrivits är fördelarna med ett mellanvalv många. Det finns dock vissa omständigheter som måste beaktas. Först och främst är det av stor vikt att komma ihåg att ett mellanvalv är tänkt att underlätta förbränningen av bränslen med en fukthalt på 50 % och däröver. För detta ändamål önskas bland annat den ökade värmestrålning som ett valv erbjuder. Om däremot bränslen med avsevärt lägre fukthalt förbränns under vissa perioder, kan den stora mängden värmestrålning medföra att alltför höga temperaturer uppnås och pannan kan ta skada. För det andra är det viktigt att ta hänsyn till de ökade gashastigheter som uppstår då gaserna från ugnens undre del rundar mellanvalvet och strömmar in i den övre ugnsdelen. Ju trängre 13 Lundborg Rickard, Schuster R. (2000). 17

21 passagen är, desto högre gashastigheter uppkommer. Därför måste valvets längd noga anpassas med denna passage i åtanke. Vid de förhöjda gashastigheter som erhålls kan inträngningsdjupet för luftflöden från befintliga luftdysor kraftigt minska. Problemet måste åtgärdas genom att anpassa dysornas antal, placering, diametrar samt flöden till den nya situation som uppstår då ett mellanvalv muras. Till sist kan det vara värt att notera att ett mellanvalv minskar den faktiska ugnsvolymen en aning och det är av den orsaken angeläget att valvet inte dimensioneras alltför tjockt Mellanvalvet i Åsa Enligt uppgifter från driftpersonal på värmecentralen Notnäs förbättrades, som väntat, Åsas driftegenskaper då mellanvalvet byggdes. Pannan blev mer lättstyrd vid höga bränslefukthalter och utsläppen av kolmonoxid begränsades. 14 Innan valvet var fullständigt utbyggt kunde temperaturen falla och höga koncentrationer oförbrända gaser uppkomma. Då dessa plötsligt antändes erhölls en väldig knall. Efter utbyggnaden av mellanvalvet har dessa knallar helt upphört. I pannan Åsa finns det potential för vidare förbättringar i tillförseln av överluften. Denna är inte optimalt placerad när det gäller att blanda in syre i gaserna. Då gaserna nått kanalen på valvets ovansida kan de strömma mer eller mindre ostört rakt ut ur ugnen. Här finns möjligheter till att stegvis tillsätta luft och på så sätt skapa omblandning och säkerställa låga utsläpp av kolmonoxid. Åsa har på grund av mellanvalvet förutsättningar att förbränna betydligt fuktigare bränslen än vad panna 1 på Sannaverket har. Dessutom bör det vara lättare att uppnå hög temperatur och stabil drift vid låglast Sammanfattning Förslagsvis bör panna 1 på Sannaverket utrustas med ett mellanvalv såsom gjorts med Åsa på fjärrvärmecentralen Notnäs. Valvet skulle underlätta strävan att hålla en jämn och hög temperatur på rosten och markant öka torkeffekten i bäddens första zon. Strömningsbilden i ugnen stabiliseras då och förutsättningarna att begränsa utsläppen av kolmonoxid med hjälp av överluft blir goda. 4.2 Förvärmt torkmedium I avsnitt finns primärluftens inverkan på torkningen av bränslet beskriven. Där framgår att primärluft som är förvärmd fyller en viktig funktion i att omfördela fukten från bäddens undre delar till dess övre. Ingen av de två systerpannorna som studeras i detta arbete är försedd med luftförvärmning. Det innebär att torkningen av bränslet i bäddens undre delar enbart drivs av värmestrålning ovanifrån. Värmestrålningen tränger inte särskilt djupt ner i bädden och torkningen av det fuktiga bränslelagret i bäddens undre del blir lidande. När bäddens ytskikt torkat och börjat avgasa så är bottenskiktet fortfarande fuktigt. Delar av det värme som utvecklas i förbränningen hos ytskiktet kommer därmed att åtgå till den väldigt energikrävande förångningsprocessen som fukten i bottenskiktet måste genomgå. Hade bottenskiktet redan varit torrt så skulle energin istället användas till att avgasa och antända 14 Spets, Lennart. 18

22 bränslet. Resultatet av att den kalla primärluften i torkzonen inte omfördelar fukten genom bädden blir till sist att vissa delar av bränslet i bottenskiktet torkar och avgasar så sent att de aldrig slutförbränns och oförbrända rester blir kvar i askan. En annan aspekt på att primärluften är kall är att den kyler ovanliggande gasmassor och murverk och på så sätt ytterligare försämrar torkeffekten. En viktig åtgärd i de båda systerpannorna är med anledning av resonemanget ovan att förvärma primärluften till hög temperatur så att en torkeffekt i bränslebäddens bottenskikt kommer till stånd på ett tidigt stadium. På så sätt fås ett bottenskikt som är förtorkat när det når rostens senare delar. Vid luftförvärmning är det primärluftens höga temperatur som är av intresse för torkningen och det går således att ersätta luften med till exempel varma rökgaser. Torkningen av bränslet sker givetvis effektivare ju högre torkmediets temperatur är. Rökgaserna från pannan kan återföras med en temperatur på uppemot 200 ºC. Att förvärma luft till en jämförbar temperaturer kräver en mycket effektiv värmeväxling mot rökgaser/fjärrvärmevatten och är därför en betydligt mer kostnadskrävande åtgärd Återföring av rökgaser till torkzonen En möjlig åtgärd för att förbättra torkningen av bränslet i bäddens bottenskikt vore att återföra delar av rökgasflödet till rostens första zon och endast tillföra primärluft i övriga zoner. Förutom den ökade torkeffekten har studier påvisat att rökgasåterföring till torkzonen ger en viss sänkning av mängden bildad NO x. 15 Orsaken är förmodligen att rökgasen sänker syrekoncentrationen i läckageluft från bränsleschaktet. Mellan rosten och luftlådorna finns ett öppet utrymme vilket betyder att återförda rökgaser till torkzonen till viss del kan läcka till övriga zoner. För att begränsa spridningen i utrymmet under rosten bör torkzonen skärmas av med hjälp av plåtar. Rökgasernas sammansättning är av yttersta betydelse om det föreligger en risk att kondensation uppstår under rosten. Ifall ytor under rosten har en temperatur som ligger under syradaggpunkten, så kan korrosiva syror i rökgasen fällas ut. Rökgaserna bör därför inte innehålla några ansenliga mängder korroderande ämnen. Under 2004 utfördes regelbundna mätningar på kondensatvattnet från rökgaskondensorn från panna 1 på Sannaverket och phvärdet varierade mellan 5.8 och 8.3. På fjärrvärmecentralen Notnäs har det observerats att rören för rökgasåterföringen till pannan rostar, vilket understryker vikten av att noggrant betänka risken för korrosion på värdefulla delar. Det bör dock påpekas att på Notnäs återförs rökgaser under korta perioder och fläkten stannar helt däremellan. Rökgaserna som är kvar i rören när fläkten stannat kyls av och kondenserar med korrosion som följd. Det är viktigt att isolera rör för att försäkra sig om att inte onödig kondens uppstår och för att bibehålla en hög temperatur på rökgaserna in till ugnen. Temperaturen hos vattenkylda balkar och andra ytor under rosten måste beaktas, så att inte rökgaserna kondenserar på dessa. Temperaturen vid vilken rökgaserna kondenserar har beräknats utifrån den ungefärliga sammansättningen som rökgasen väntas uppvisa. Kondensation uppkommer enligt dessa beräkningar då rökgaserna möter en yta med en temperatur under cirka 66 ºC (se bilaga 8.1 för beräkningarna). Således bör alla ytor, i de utrymmen där kondensation skulle innebära ett 15 Schuster R. (1990). 19

23 problem, befinna sig vid en temperatur över 66 ºC. De vattenkylda balkarna under rosten har en temperatur på cirka ºC. 16 Någon risk för kondensation medförande korrosion på balkarna bör därför inte föreligga Sammanfattning Torkmediet bör hålla en hög temperatur och förslagsvis kan därför rökgaser få ersätta den kalla primärluften i torkzonen. Rökgaserna skulle på ett effektivt sätt driva av fukt från bränslebäddens bottenskikt. Alternativet är att förvärma primärluften till en med rökgaserna jämförbar temperatur, men detta fordrar en värmeväxlare och är därför betydligt kostsammare. 4.3 Bränslebitarnas storlek Bränslebitarnas storlek är av framstående betydelse för förbränningsprocessen. Stora bränslebitar kräver längre uppehållstid på rosten för fullständig förbränning. Om exempelvis bark med mycket grovfraktion förbränns så hinner inte alltid de grova barkbitarna slutförbrännas och organiskt material återfinns i bottenaskan. Väldigt stora bränslebitar kan dessutom orsaka problem i bränsleinmatningen. Det är även värt att notera att en stor andel finfraktion också kan påverka förbränningen negativt. De små bränslebitarna packar ihop sig och leder till en kompakt bränslebädd med högt tryckfall. Resultatet kan då bli genomblåsningar och problem med stoft i rökgaserna. För att åstadkomma stabila förbränningsförhållanden är det således en stor andel finfraktion eller grovfraktion som bör undvikas. Situationerna på Notnäs och Sannaverket skiljer sig åt avsevärt. På fjärrvärmecentralen Notnäs erhålls allt bränsle direkt från det intilliggande sågverket och möjligheterna att påverka bränslekvaliteten är därför goda. På Sannaverket erhålls däremot allt bränsle via transport från flertalet olika platser. Bränslekvaliteten är därför betydligt mer varierande. Bränslet innehåller ibland så stora barkbitar att det uppstår problem i bränsleinmatningen Möjliga förbättringar på Notnäs Tack vare det nära samarbetet med sågverket erbjuds goda möjligheter att påverka bränslets fraktionsstorlek. Barken levereras från sågverket via ett transportband och passerar ett skaksåll som avskiljer den grövsta fraktionen. Grovfraktionen går sedan vidare till en rivare innan den återförs till den övriga barken (se figur 12). Vid anläggningsbesöket på Notnäs observerades att oönskat stora barkbitar med jämna mellanrum föll igenom skaksållet istället för att gå vidare till rivaren. Ett torktest utfördes för att 16 Spets, Lennart. Figur 12. Barken passerar ett skaksåll och grovfraktionen går in till en rivare 20

24 demonstrera dessa barkbitars förhöjda torktid och därmed inverkan på andelen oförbränt material i askan. Två bränsleprover torkades i ugn, ett prov med bränsle innehållande de grova barkbitarna och ett där de grova bitarna avskiljts. Proven vägdes med jämna mellanrum och resultatet visade att provet utan grovfraktionen släppte ifrån sig fukten betydligt snabbare. Anledningen är att fukten måste vandra igenom barkbiten, ut till ytan, innan den kan avgå som vattenånga, och torkförloppet tar därför längre tid för en större barkbit. Slutsatsen blir att problemet med långsamt torkande bränslebitar på rosten skulle kunna minskas om de oönskat grova barkbitarna kunde hindras från att falla igenom skaksållet och istället rivas till mindre bitar. Förslagsvis bör sållet ersättas av ett såll med finare hålstorlek (se figur 13). En mindre andel av de grova barkbitarna tar sig då igenom sållet. Det kan dessutom vara värt att undersöka huruvida skakfrekvensen inverkar på andelen grovfraktion som går vidare till rivaren. Vid besöket noterades också att tillförseln av bark till transportbandet var synnerligen intermittent. Under vissa perioder var bandet tomt och i nästa stund fylldes det upp av ett tjockt lager bark. Skaksållet har en begränsad längd och har Figur 13. Sållet har stora hål därför inte kapacitet att sålla ett allt för tjockt lager bark. Av denna anledning går stundtals stora mängder finfraktion vidare till rivaren och rivs till mycket små bitar. Dessa bidrar till det ovannämnda problemet med ökat tryckfall över bränslebädden på rosten. Det kan i och med detta vara av intresse att undersöka om det är möjligt att jämna ut den stötvisa tillförseln av bark till skaksållet. Innan barken når skaksållet faller den en dryg meter från ett högre beläget transportband. I detta steg skulle barken exempelvis kunna samlas i en behållare som i sin tur ger ett jämnt flöde till skaksållet Sammanfattning Bränslebitarnas storlek är av stor vikt för förbränningen. För mycket grovfraktion ger problem med oförbränt material i askan och för mycket finfraktion orsakar ett för högt tryckfall i bränslebädden. På Notnäs finns möjligheter att påverka bränslebitarnas storlek och detta bör utnyttjas. En viktig åtgärd är att införskaffa ett såll med mindre hålstorlek så att inte grova barkbitar tar sig genom sållet. Den intermittenta tillförseln av bark till skaksållet bör också åtgärdas. 4.4 Fördelning av primärluft Att fördela luften rätt i de två studerade pannorna är komplicerat. Först och främst är det svårt att skapa en uppfattning om hur luftflödena genom bädden egentligen ser ut. Luftlådorna under rosten är inte försedda med tryckmätare och läckaget mellan lådorna kan vara omfattande på grund av att det finns ett öppet utrymme mellan rosten och luftlådorna där luften kan röra sig fritt mellan zonerna. Spjällen är handmanövrerade och deras läge ger ingen 21

25 tydlig information om storleken på luftflödet i varje luftlåda. På grund av att primärluften inte är förvärmd måste dessutom luften fördelas annorlunda mot för vad som kan förefalla naturligt Omfördelning från torkzonen till rostens sista del Den kalla primärluften bidrar inte till någon torkning av bränslet. Dess enda uppgift i torkzonen blir således att vädra bort den vattenånga som uppstår i ytskiktet tack vare värmestrålningen från bäddens omgivning. Ett stort flöde kall primärluft genom torkzonen kommer inte att höja torkeffekten utan endast kyla ovanliggande murverk och gasmassa och innebära en onödig höjning av luftöverskottet i ugnen. Lufttillförseln till torkzonen bör därför begränsas. Istället kan ett större luftflöde tillåtas till rostens sista del för att om möjligt uppnå en högre utbränningsgrad av bottenaskan. Temperaturen på rostens allra sista del är förhållandevis låg och en ökad NO x -bildning är därför inte att vänta med ett ökat luftflöde. 17 Luftfen skulle behöva fördelas annorlunda om luften var förvärmd eftersom ett ökat flöde till torkzonen då skulle innebära en förhöjd torkeffekt Problem med lågt tryckfall över rosten Det kan te sig rationellt att installera tryckmätare i varje luftlåda för att erhålla en bild av flödet i de olika zonerna. Osäkerheten i mätningen skulle dock vara betydande på grund av exempelvis det öppna utrymmet under rosten. Av ännu större betydelse är troligtvis att tryckfallet över rosten är väldigt lågt. Stora delar av tryckfallet orsakas istället av bränslebädden. Det bidrar till att den tillförda luften letar sig till de zoner där bränslebädden är tunn eller porös. Förbränningen i dessa zoner påskyndas då och risken för genomblåsningar ökar. Tryckfallet över rosten är troligtvis så lågt att ett undertryck kan råda i luftlådorna. 18 Att höja tryckfallet över rosten är genomförbart men relativt komplicerat. Det kan ske genom att plugga igen lufthål i rosterstavarna (se figur 14). Varje igenpluggat hål minskar dock spridningen av den tillförda luften till bädden. Det är därför viktigt att inte plugga igen för stor andel av lufthålen. 19 Ett högre tryckfall över rosten skulle underlätta luftfördelningen och dessutom minska effekterna av ojämnheter i bädden. Det öppna utrymmet mellan luftlådorna skulle kunna skärmas av för att begränsa läckaget zonerna emellan. Ett högre tryckfall i kombination med en sådan avskärmning skulle kunna innebära att det blir givande att installera tryckmätare i luftlådorna. Tryckmätarna kan ge relevant information om luftfördelningen och underlättar en optimering av lufttillförseln. Figur 14. Primärluftshål i en rosterstav Sammanfattning Så länge som kall primärluft används i de två pannorna bör luftflödet till torkzonen begränsas till förmån för ett större flöde till rostens sista del. Nedkylningen av murverk och gasmassor 17 Gille, Pontus. 18 Gille, Pontus. 19 Gille, Pontus. 22

26 ovanför torkzonen minskar då och andelen falsk överluft sjunker. Samtidigt kommer det ökade luftflödet till rostens sista del att möjliggöra en högre utbränningsgrad av bottenaskan. För att få information om hur luften är fördelad kan tryckmätare installeras i varje luftlåda. Det förutsätter dock att tryckfallet i rosten höjs. 4.5 Reglering av återförd rökgas Båda pannorna har, som tidigare nämnts, rökgasåterföring till ugnen. Avsikten med återföringen skiljer sig dock avsevärt. Återföringen i Åsa ämnar till att utgöra ett verktyg för begränsning av temperatur och NO x -bildning. I panna 1 på Sannaverket ska rökgasflödet pressa de varma förbränningsgaserna upp efter rosten. Såsom föreslagits bör den sistnämnda pannan utrustas med ett mellanvalv. Rökgasåterföringen skulle då uteslutande kunna användas för att styra temperaturen och bildandet av NO x. Oavsett i vilket av dessa syften som rökgasåterföringen används är det viktigt att storleken på det återförda flödet är väl anpassat till de rådande förhållandena i ugnen. Båda de studerade pannorna uppvisar klara brister på denna punkt Brister i rökgasåterföringen till Åsa Rökgasåterföringen ämnar till att styra ugnstemperaturen mot 1150 ºC. Temperaturen mäts i taket på kanalen ovanför mellanvalvet. Principen bygger på att rökgaser återförs när temperaturen blir för hög. Om temperaturen däremot sjunker och blir för låg så upphör återföringen för att på så sätt höja ugnstemperaturen igen. Fläkten styrs av pannans styrdator, PLC:n, som reglerar temperaturen genom att slå av återföringsfläkten vid 1125 ºC och slå på den vid 1175ºC. Detta styrsätt är alldeles för grovt och under den vecka pannan observerades i drift uppvisade rökgasåterföringen klara brister. Ett konstant återkommande scenario är att temperaturen börjar bli hög i ugnen och rökgasåterföringsfläkten startar därför vid 1175 ºC. Innan de rökgaser som blåses in i ugnen ger en temperatursänkande effekt har i regel ugnstemperaturen nått nivåer över 1175 ºC. På utsläppsdatorn kan då ses att utsläppen av NO x blir mycket höga. När temperaturen väl sjunker, fortsätter den ända ner till 1125ºC och fläkten stannar därför. Dessvärre kvarstår den temperatursänkande effekten av rökgaserna en stund och temperaturen fortsätter att sjunka till nivåer långt under 1125 ºC. Istället för NO x erhålls nu stora utsläpp av kolmonoxid. När temperaturen i nästa skede stiger igen återupprepar sig hela scenariot igen. Resultatet av styrsättet blir således att ugnstemperaturen svänger fram och tillbaka mellan för höga och för låga temperaturer och utsläppen av NO x och kolmonoxid blir stora. De kraftiga variationerna i temperatur och rökgasflöde i ugnen motverkar strävan att skapa en stabil förbränning på rosten Brister i rökgasåterföringen till panna 1 på Sannaverket Studera återföringen ytterligare under den vecka som pannan kommer besökas i november Åtgärd för att komma till rätta med bristerna Effektregulator på fläkt. Jämnt flöde anpassat till driftsituationen. Flödet kan beräknas med en derivata-funktion i PLC:n. Minskar korrosionen i rören och ger en stabilare drift. 23

27 4.5.4 Sammanfattning 4.6 Riktning på rostens matningssekvens Beskriva skillnaderna pannorna emellan och presentera varför riktningen som valts i Torsby skapar en jämnare bränslebädd. 24

28 5 DISKUSSION 6 SLUTSATSER 25

29 7 REFERENSER 7.1 Litteratur Alvarez H. (2003). Energiteknik. Del 1. Lund: Studentlitteratur. Berg M, Andersson A m.fl. (2003). Förbränning av returträflis. Etapp 2 av ramprojekt returflis. Värmeforskrapport 820. Edholm A, Schuster R, Franzén L. (1999). Möjligheter till förbättrad drift av skogsindustrins barkpannor genom optimerad förbränningsteknisk styrning. Etapp 1"Diagnos och analys av nuläge". Värmeforskrapport 660. Emilsson S. (2004). Från skogsbränsleuttag till askåterföring. Remissversion. RecAsh. Lundborg Rickard, Schuster R. (2000). Möjligheter till förbättrad drift av skogsindustrins barkpannor genom optimerad förbränningsteknisk styrning. Etapp 2 Redovisning av generella möjligheter och tillämpning på fyra utvalda anläggningar. Värmeforskrapport 710. Naturvårdsverket. (2004). Naturvårdsverkets föreskrifter och allmänna råd om hantering av brännbart avfall och organiskt avfall. NFS 2004:4. Ramström E, Brodén H. (2005). Framtagande av en dynamisk torkmodell för en förbränningsrost. Värmeforskrapport 910. Schuster R. (1990). Förbränningstekniska åtgärder för emissionsbegränsning i skogsbränsleeldad panna med rörlig rost, rökgasåterföring och befuktning av förbränningsluft. Värmeforskrapport 387. Wrangensten L, Schuster R m.fl. (2001). Aktiva murverk - Etapp 1. Värmeforskrapport Muntliga källor Gille, Pontus. Karlstad Mekaniska Werkstad. Processansvarig. Gustafsson, Agne. ÅF Process. Konsult i förbränningsteknik. Spets, Lennart. Fortum. Driftingenjör på fjärrvärmecentralen Notnäs. 26

30 8 Bilagor 8.1 Beräkning av rökgasernas kondensationstemperatur Beräkningarna grundar sig på antagandet att bränslets sammansättning är enligt tabell 1 och att förbränningen sker med ett luftöverskott på 40 %.: Ämne Beteckning Andel (vikt %) Kol C 21.9 Väte H 2.7 Kväve N 0.08 Syre O 18.9 Svavel S 0.02 Vatten (fukt) H 2 O 55 Aska TABELL 1. Biobränslets sammansättning Kondensationstemperaturen kan erhållas ur en mättnadstabell för vattenånga om vattenångans partialtryck,, i rökgaserna beräknas. p H 2 O = vh 2 O ph 2 O p v 2 är vattenångans volymandel i rökgaserna och p är gasernas totala tryck. H O Först beräknas den teoretiska luftmängden, l t, som erfordras för förbränningen ,7 C H S O l t = + + = 2.06 m 3 n /kg bränsle Den teoretiska rökgasmängden som erhålls är: 22.7 C H F S N C H S O g t = = 3.05 m 3 n /kg bränsle Verkliga rökgasmängden blir med ett luftöverskott, n, på 40 %: g = g + n 1 l = 3.87 m 3 n /kg bränsle v t ( ) t Mängden vattenånga i rökgaserna är: H 2 O = 1 H 1 + F = kmol/kg bränsle = 1.0 m 3 n /kg bränsle Vattenångans volymandel av rökgaserna, vh 2 O, är därmed cirka Dess partialtryck i rökgaserna blir 0.26 bar, ifall rökgasernas totaltryck, p, antas vara 1 bar: ph O = vh O p = 0,26 bar 2 2 Vattenångans kondensationstemperatur vid detta tryck är enligt mättnadstabell för vattenånga cirka 65.8 ºC. 27