Analys av heta rökgaser

Transkript

1 Samverkan mellan högskola och näringsliv (KKs HÖG 2010) Partners: BIG, E.ON, HOTAB, Järnforsen, LNU, VEAB Budget 7 MSEK, medel från KKs och BIG + naturainsats företagen Pågår

2 Medverkande från LNU: Narges Razmjoo Hamid Sefidari Jingjing Yang Björn Zethraeus Jan Brandin 5 (2) vetenskapliga artiklar (t o m 2014) Yang, J., Gebremedhin, A., Strand, M. (2013). Characterization of Particles and Inorganic Vapors through High-Temperature Extraction in a Biomass-Fired Grate Boiler. Energy & Fuels Razmjoo, N., Sefidari, H., Strand, M. (2014). Characterization of hot gas in a 4 MW reciprocating grate boiler. Fuel processing technology

3 Delprojekt 1-3. Emissionsbildning i rosterpanna (NOx, CO/C x H y, partiklar) Undersökning av bränslebädd (tillägg) Delprojekt 4. Askrelaterade driftstörningar i FB-panna (alkalisalter)

4 Delprojekt 1-3 Emissionsbildning i rosterpanna Två ugnar förberedda för högtemperaturmätning av bl.a CO, CH 4, NO, NO 2, O 2, CO 2, temp. partiklar

5 Delprojekt 1-3 Emissionsbildning i rosterpanna Gasmätning sugpyrometer FTIR Kylvatten Sugfläkt Temp. IR-instr. Kond.

6 Delprojekt 1-3 Emissionsbildning i rosterpanna Gasmätning instrument Instrument Temperatur Termoelement typ-k ºC Logning 1/s, upplösning några sekunder Gas Två IR-instrument + O 2 cell CO % % O % % CO ppm, 0-10% NO ppm NO ppm CH4 0-10% SO ppm Loggning 1 Hz, upplösning ~5 s. FTIR-instrument + O 2 cell CO 2, O 2, H 2 O, CO, NO, NO 2, N 2 O, SO2, NH3, HCl CH 4, C 2 H 6, C 6 H 14 Loggning 0.1 Hz

7 Delprojekt 1-3 Emissionsbildning i rosterpanna

8 Diskussion mätresultat Gasmätningar Zon I

9 Rörvik mätresultat zon I Relativt låga halter NO (kolkväve) Resultat korrigerade för 13% (CO2 + CO + CH4)

10 Rörvik mätresultat zon I Inga tydliga korelationer NO - temp/co, N från kolutbränning (heterogen bildning).

11 Boxholm mätresultat zon I G3-G1 låga temperaturer och mycket hög O2 halter, gas som strömmar genom nedre del av roster genom askan

12 Boxholm mätresultat zon I NO kan delvis vara återcirkulerat med rökgasåterföringen, särskilt G1och G2.

13 Gas och temperaturmätning Zon I Slutsatser Rörvik: Höga O2 och låga temperaturer vid vägg Rörvik Boxholm: Mycket höga O2 långt ner på roster Inga entydiga korrelationer NO/O2, NO/temp, möjligen bildning vid kolförbränning

14 Diskussion mätresultat Gasmätningar Zon II Omblandning Hör sker omblandning av gaser från kolförbränning, pyrolysgaser och sekundärluft. Potential att minska NOx genom optimering av temperatur, lufttillförsel och uppehållstid. Svåra att nå få stabila mätförhållanden och enhetliga resultat.

15 Rörvik mätresultat zon II Relativt låga temperaturer och höga O2 pga primärluft genom övre delen av bädd Låga NO ingen omvandling av precursors (HCN, NH3 )

16 Rörvik mätresultat zon II Högre O2, NO och lägre temp och CO nära vägg rest från zon I eller dålig inträngning sekundärluft.

17 Rörvik mätresultat zon II Temperatur begränsande faktor för NO omvandling precursors O2 begränsande faktor för NO reaktionsvägar precursors

18 Boxholm mätresultat zon II Lägre O2 och högre temp än i motsvarande zon i Rörvik - högre omblandning

19 Boxholm mätresultat zon II NO i samma område (70 ppm) som D2 Rörvik

20 Boxholm mätresultat zon II E2 ger korrelation motsvarande Rörvik D2, alltså NO/O2 men inte NO/temp E2 för gröna bränslet ger liknande temperaturer som F2 i Rörvik, alltså troligen väldigt nära bränslebädden

21 Gas och temperaturmätning Zon II Slutsatser Korrelationer tyder på att temperatur begränsande för NO bildning under 900 C (omvandling) och O2 begränsande över 900 C (reaktionsvägar). Tydligare skiktning av gaser från bränslebädd/zon I i Rörvik jämfört Boxholm

22 Diskussion mätresultat Gasmätningar Zon III Gasbränning

23 Rörvik mätresultat zon III, sköld

24 Rörvik mätresultat zon III (2012) negativ korrelation CO/O2 och positiv korrelation CO/temp. Det senare beror på korrelation O2/temp.

25 Rörvik mätresultat zon III (2012) Vid hög last finns positiv korrelation NO/temp, och bildning NO i zob III. Ingen klar korrelation NO/temp för medellast Hög last Medellast

26 Boxholm mätresultat zon III CO minskar exponeniellt i zon II Kraftig ökning av Nox efter zon II men samtidigt ökar NOx för miljödata, alltså delvis ändrade driftförhållanden

27 Boxholm mätresultat zon III Ingen korrelation för NO/temp u zon III (ingen termisk Nox)

28 Boxholm mätresultat zon III

29 Gas och temperaturmätning Zon III Slutsatser Hinder i zon III kan ha stora effekter på CO emissionerna Omblandning begränsande faktor för CO utbränning Exponentiell reduktion av CO I vissa fall positiv korrelation NO/temp

30 Boxholm SNCR ureainjektion

31 Gas och temperaturmätning Övergripande slutsatser Kontrollerad luftfördelning längs/tvärs roster är kritisk Potential för lägre NO genom optimering av omblandningsförlopp i Zon II Lägre CO med fysiska hinder och större volym (längd) i utbränningszon

32 Delprojekt 4. Askrelaterade driftstörningar i FB-panna Överhettarkorrosion KCl(g) Bäddagglomerering Svaveldosering S-granuler, (NH 4 ) 2 SO 4 ), samförbränning Omvandling från saltånga till aerosol 2KCl(g) + SO 3 + H 2 O K 2 SO 4 (s) + 2HCl Bergänsande reaktion SO 2 + ½ O 2 => SO 3

33 Delprojekt 4. Askrelaterade driftstörningar i FB-panna Aerosolmätinstrument för on-line semi-kvantifiering av KCl och K 2 SO 4

34 Delprojekt 4. Askrelaterade driftstörningar i FB-panna

35 Delprojekt 4. Askrelaterade driftstörningar i FB-panna

36 Delprojekt 4. Askrelaterade driftstörningar i FB-panna Returträ Klorider sulfater Returträ och gummi + kalk Klorider!? (inga sulfater)

37 Delprojekt 4. Askrelaterade driftstörningar i FB-panna

38 Delprojekt 4. Askrelaterade driftstörningar i FB-panna Pb K Cl Na

39 Delprojekt 1-3 Emissionsbildning i rosterpanna Förbränning i bädd Traditionell modell: antändning vid bäddens ovansida Fuktiga bränslen: antändning vid rostens yta

40 Delprojekt 1-3 Emissionsbildning i rosterpanna Optimering av sekventiell omsättning NO-precursors NO NH 3 + NO + O 2 -> N 2 + H 2 O NH 3 + O 2 -> NO +H 2 O NH 3 + NO + O 2 -> N 2 + H 2 O NH 3 + O 2 -> NO +H 2 O NO NO, NH 3, HCN NO, NH 3, HCN