Svåra bränslen sänk temperaturen!

Transkript

1 Svåra bränslen sänk temperaturen! Fredrik Niklasson SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut

2 Varför vill man undvika alkali i rökgasen? Vid förbränning och förgasning är icke organiska föreningar oftast oönskade Alkali bidrar starkt till beläggningar och korrosion Alkaliklorider medför relativt låg smältpunkt Kladdiga påslag Försämrad värmeöverföring Igensättningar Korrosionsangrepp

3 Alkali i bränsle Vid förbränning finns två alternativ för alkali: 1. Stannar med bottenaska 2. Följer med rökgasen (gasfas eller flygaska)

4 Åtgärder mot beläggningsbildning/korrosion Åtgärder i pannan Bättre (dyrare) material Begränsa materialtemperaturer (Ångtemperaturen i ÖH ) Tätare rengöringsintervall (sotblåsning) Åtgärder för att minska alkaliklorider i rökgasen: Additiv (ex. ammoniumsulfat) Bränsleblandning (ex torv, slam) Processoptimering?

5 Tidigare studier om alkaliavgång, exempel Tidigare studier av alkalimetallers temperaturberoende avgång vid förbränning antyder att en lägre förbränningstemperatur bör innebära att en högre andel av alkalimetallerna stannar i bottenaskan. Som jämförelse är kokpunkterna för K och Na 774 C och 883 C Knudsen, J.N., P.A. Jensen, and K. Dam-Johansen, Transformation and Release to the Gas Phase of Cl, K, and S during Combustion of Annual Biomass. Energy Fuels, (5): p

6 Temperaturberoende alkaliavgång från biomassa En del (organiskt) alkali avgår med flyktiga beståndsdelar (ca 400 C) Alkalimetaller i aska avgår vid högre temperaturer C Temperaturer för alkaliavgång är bränslespecifikt Även sekundärreaktioner i bränsle/sandbädd påverkar totala avgången Davidsson, K., Biofuel pyrolysis and on-line alkali measurements, Ph. D. thesis, Göteborg University Department of Chemistry: Göteborg

7 Labbförsök Syfte Studera alkaliavgång För olika bränslen (t.ex. avfall) Vid olika temperaturer Varierande syrekoncentration Tidsupplöst studie av förloppen, ökar förståelse av olika parametrar ökar möjligheten att utveckla metoder för att minimera avgången Enkelt att variera Reaktortemperatur Gasblandning Bränsleblandning/Additiv Möjlighet till flera mätmetoder

8 Inductively coupled plasma mass spectrometry ICP MS ICP-MS är högkänslig mätmetod för en mängd metaller och några icke-metaller Provet (partiklar/vätska/gas) joniseras i ett argonplasma (>5000 C) Positivt envärda joner kvantifieras med en masspektrometer

9 Experimentuppställning Försök med pelleterat bränsle Nedsänks i korg Släpps ned i fluidiserad bädd Basket of thin metalmesh (SS 310)

10 Exempel på ICP MS signaler för K vid förbränning av en halmpellets Ref. lösning 1,2 1 Bränsle in Ref. Nivå Kalium [rel. massviktat] 0,8 0,6 0,4 0,2 Nollnivå K39 RelZero K39 RelRef K Tid [minuter]

11 Exempel från pyrolys av halmpellets 3 st pellets i korg Kvävgas Halm Ref +Kaolin K detected in flue gas [ ] 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 700 C K detected in flue gas [ ] 0,5 0,4 0,3 0,2 0, C K detected in flue gas [ ] 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Time [minutes] C Straw, Ref. Straw, 4% Kaolin Time [minutes] Time [minutes]

12 Förbränning av halmpellets i 10% O2 0,5 700 C K detected in flue gas [ ] 0,4 0,3 0,2 0,1 Straw, Ref. Straw, 4% Kaolin Time [minutes] 0,5 850 C K detected in flue gas [ ] 0,4 0,3 0,2 0,1 Straw, Ref. Straw, 4% Kaolin Time [minutes]

13 Träpellets Träpellets 5% O2 Korg Ingen alkaliavgång detekterad från koksförbränning Kan bero på detektionsgräns

14 Exempel från avfallspellets i FB FB Avfallspellets 5 % O2

15 Fullskaletester i FB panna för avfallsförbränning Två 20 MW t FB pannor, 2005 Ånga 405 C, 50 bar Blandat avfall från industri och hushåll Levererade av Metso Power AB Ägs av Borås Energi och Miljö AB Beläggningsprover utfördes uppströms överhettarna (A)

16 Försöksmetod Jämförande av två driftfall 1. Normal drift (bäddtemperatur ca 870 C) 2. Sänkt bäddtemperatur (runt 700 C) Bäddtemperaturen bestäms av Bränslets egenskaper Värmeöverföring Luftflödet Rökgasåterföring Mätningar Panndrift Beläggningssond vid överhettare Provtagning av bränsle och askor

17 Exempel på sondringar (2 h exponering) SB Referens 435 C 500 C

18 Resultat beläggningsringar ÖH Beläggningstillväxt 20 % vid överhettarna Även klorinnehållet i beläggningarna hade minskat Vid sänkt bäddtemperatur ökade mängden HCl i gasfas (från 590 till 870 mg/nm3) Kanske som konsekvens av mindre alkaliklorider Ökad förbrukning av kalk i rökgasreningssystemet

19 Bottenaska Vid sänkt bäddtemperatur minskade bildning av agglomerat i bottenaskan Minskar mängden sand som följer med bottenaskan (minskad sandförbrukning) Sänkt bäddtemperatur Referensfall

20 Summering av resultat Effekter av drift med sänkt bäddtemperatur Minskad sintringsbenägenhet av bäddmaterial Minskad sandförbrukning lägre askflöden Minskad beläggningstillväxt på överhettare HCl i gasfas ökade och medförde en ökad kalkförbrukning Temperatursänkning med rökgasåterföring medförde högre totalt rökgasflöde Labbförsök Alkaliavgången påverkas av förbränningstemperaturen För många, men inte alla, bränslen