STIFTELSEN FÖR VÄRMETEKNISK FORSKNING. Predikterande Emissionsmätsystem (PEMS) för emissionskontroll i biobränsleeldade förbränningsanläggningar

Transkript

1 l SE9607S30 SVF--5V5 STIFTELSEN FÖR VÄRMETEKNISK FORSKNING OST! Predikterande Emissionsmätsystem (PEMS) för emissionskontroll i biobränsleeldade förbränningsanläggningar Henrik Harnevie, Laszlo Sarközi, Sophia Trenkle vuu 2 8 ti 0 4 STER MILJÖTEKNIK 575

2 Predikterande Emissionsmätsystem (PEMS) för emissionskontroll i biobränsleeldade förbränningsanläggningar Predictive Emission Monitoring System (PEMS) for emission control in biomass fired plants Henrik Harnevie, Laszlo Sarközi, Sophia Trenkle STIFTELSEN FÖR VÄRMETEKNISK FORSKNING STOCKHOLM - TEL 08/ Augusti 1996 ISSN

3 DISCLAIMER Portions of this document may be illegible in electronic image products. Images are produced from the best available original document

4 Förord Denna studie har på olika sätt finansierats av Kungsbacka Energi, Naturvårdsverket, Nutek, Trätek, Vattenfall och Värmeforsk. Till projektet har hört en referensgrupp som under projektperioden sammanträffat fyra gånger. Medlemmar i referensgruppen har varit; Börje Borgström Lars Guldbrand Torsten Hammar Erik Larsson Peter Liebscher LeifLiinanki Lars Wrangensten Kenneth Wulff Tomas Öberg Naturvårdsverket Nutek Kungsbacka Energi Svenska Fjärrvärmeföreningen Trätek Vattenfall Utveckling Värmeforsk Vattenfall Energisystem Bergström & Öberg Vi vill tacka hela referensgruppen för givande diskussioner och synpunkter. Vi vill även tacka samtliga finansiärer samt personalen vid Skinnskatteberg Trä och Kungsbacka Energi för stor hjälp i samband med de mätinsatser som genomförts inom projektet. Vattenfall Utveckling och Vattenfall Energisystem

5 INNEHÅLLSFÖRTECKNING SAMMANFATTNING 1 SUMMARY 2 1. BAKGRUND 3 2. MÅLSÄTTNING 3 3. GENOMFÖRANDE METOD OCH TEORI (MULTTVARIAT DATAANALYS) SKINNSKATTEBERG Anläggningsbeskrivning Instrumentering Modellerande mätning Långtidsuppföljning Verifierande mätning KUNGSBACKA Anläggningsbeskrivning, Hammargårdverket Instrumentering Modellerande mätning Långtidsuppföljning Verifierande mätning RESULTAT SKINNSKATTEBERG KUNGSBACKA DISKUSSION OCH SLUTSATSER VAD BÖR BEAKTAS FÖR ATT IMPLEMENTERA EN PEMS-FUNKTION UPPSKATTADE KOSTNADER FÖR PEMS RESPEKTIVE CEMS REFERENSER 46

6 SAMMANFATTNING En alternativ metod för bestämning av miljöavgifter på utsläpp av kväveoxider från biobränsleeldade pannor har studerats. Metoden, "Predikterande Emissionsmätsystem" (PEMS), innebär att en matematisk funktion skapas. Funktionen uttrycker de samband som finns mellan kväveoxidutsläppet och olika driftoch omgivningsparametrar. I denna studie har användbarheten för PEMS studerats för två fastbränslepannor av typ rörlig snedrost De viktigaste resultaten från studien är; PEMS-metodik är användbart för kontroll av emissioner från vissa typer (exempelvis rörliga snedrostar) av biobränsleeldade pannor. Detta även om de eldas med varierande bränslefukthalt. I de flesta fall torde det räcka med att funktionen baseras på syrehalt respektive panneffekt. För att beakta fluktuationer i bränslets fukthalt erfordras dock även ugnstemperatur och kanske rökgastemperatur. Samtliga dessa parametrar mäts ofta normalt varvid investering av nya instrument ej blir nödvändigt. Åtskilliga parametrar (exempelvis spjällägen) visade sig ej ha någon märkbar inverkan på NO x -bildningen. Ett PEMS-samband är enbart användbart för en specifik anläggning och för ett visst giltighetsområde. Funktionen bör konstrueras så att ett så stort antal driftfall som möjligt inryms i giltighetsområdet. Byte av bränsle eller driftjusteringar kan enbart göras inom funktionens giltighetsområde. Stabila förbränningsbetingelser är en grundförutsättning för att PEMS skall vara användbart. Innan PEMS-funktionen byggs upp bör således erforderliga förbränningstekniska åtgärder vidtagas så att en jämn förbränning med minimala emissionsnivåer uppnås. I anläggningar med kraftigt varierande förbränningsförhållanden, exempelvis fasta rosterpannor, är det troligt att PEMS ej kan användas. För att utarbeta en relevant PEMS-funktion bör bland annat följande punkter beaktas; Förberedelser med val av mätparametrar Försöksplanering Driftoptimering och modellerande mätning Utvärdering av modellerande mätningar Verifiering Rapportering Validering Kostnaden för att skapa ett användbart PEMS-samband och beakta dessa punkter uppskattas till mellan 50 och 70 % jämfört med ett konventionellt mätsystem räknat på en tioårsperiod. Nyckelord: CEM, PEM, kväveoxider, prediktering, miljöavgifter

7 SUMMARY An alternative method for estimation of NO x -emissions from biomass fired plants has been investigated. The method, "Predictive Emission Monitoring" (PEMS), implicates the creation of a mathematical formula. The formula expresses the relations between NO x -emissions and various operating and external parameters, such as flue gas temperature, excess combustion air and heat load. In this study the applicability of PEMS has been tested for two plantsboth of type travelling stokers. The most important results of the study are: PEMS is suitable for emission monitoring for some types of biomass fired plants (for example travelling stokers) even if the plant is fired with fuel with varying water content. In most cases it should be sufficient if the relation is based on oxygen level in the flue gas and plant load, with the possible addition of flue gas temperature and/or furnace temperature rate. These parameters are usually measured in any case, which means that no additional investment in instrumentation is necessary. In this study many measured parameters (for example the throttle levels) did not affect the NO x -emissions. A PEMS relation is only applicable for a specific plant and for a fixed validity range. Thus the function should be performed in such a way that it covers the limits of the operating parameters of the plant. Usage of different fuels or drift optimation can only be done within the validity range. Good combustion conditions could be necessary to receive a usable PEMS-function. Before creating the PEMS-function the combustion and the emission levels must be optimized. In plants with very fluctuated combustion, for example fixed stokers, it is possible that PEMS leads to not satisfying results. In order to create a PEMS relation the following should be considered: Preparations Experimental design Measurements Evaluation of measurements Verification Output Validation The total cost for a PEM-function can be calculated to be about % compared to a CEM during a period of a decade. Key words: CEM, PEM, nitrous oxides, NOx fee, nitrous oxides, emissions

8 Predikterande Emissionsmätsystem (PEMS) för Emissionskontroll i Biobränsleeldade Förbränningsanläggningar 1. Bakgrund Avgiftsplikten för kväveoxidutsläpp vid energiproduktion kommer att utökas till att omfatta pannor med en årlig produktion överstigande 25 GWh. Den nya lagen (referens 1) träder succesivt i kraft med gränsen 40 GWh/år från 1 januari 1996 och 25 GWh/år från 1 januari Den ekonomiska och praktiska konsekvensen, för de anläggningar som framförallt under 1997 inkluderas i miljöavgiftsystemet, blir jämförelsevis större än för de anläggningar som tidigare omfattats av avgiftsystemet. En alternativ, mindre kostnadskrävande, metod för miljöavgiftsbestämning jämfört med konventionella kontinuerliga emissionsmätsystem (CEMS) har därför studerats. Metoden, "Predikterande Emissionsmätsystem" (PEMS), har tidigare med bra resultat bl.a. testats på en oljeeldad panna, referens 2. Huruvida metoden har potential att kunna användas på biobränsleeldade pannor har dock varit en obesvarad fråga. Ett antal företag och organisationer initierade och/eller finansierade av denna anledning detta projekt där PEMS har studerats för biobränsleeldning. Principen för PEMS är att uttrycka de samband som finns mellan kväveoxidutsläpp och olika drift- och omgivningsparametrar (exempelvis temperatur, luftöverskott och tillförd effekt) som en matematisk funktion. Att det finns samband mellan kväveoxidutsläpp och dessa driftparametrar är väl dokumenterat sedan tidigare. 2. Målsättning Målet med denna studie var att undersöka om det för biobränsleeldade pannor är möjligt att utifrån mätning av olika driftparametrar få fram ett för miljöavgiftsbestämning användbart samband mellan dessa driftparametrar och emissionen av kväveoxider. Det vill säga ett samband som kan definieras uppfylla Naturvårdsverkets prestandakrav. Vidare var målet att ge råd om hur dylika samband bör utformas och implementeras samt beskriva något om deras begränsningar. I en kommande Värmeforskstudie kommer mer konkret validering och kvalitetssäkring av prediktionsmodeller för NO x -mätningar att behandlas.

9 3. Genomförande De primära parametrar som är av intresse för att kunna "prediktera" NO x -utsläppet från en biobränsleldad panna är; Förbränningstemperatur Luftöverskott Luftfördelning (prim/sek/tert) Bränslekvalitet (fukthalt, kvävehalt etc.) Nyttig/tillförd effekt Uppehållstiden i eldstaden En PEMS-funktion måste således optimalt beakta samtliga dessa parametrar. Det går dock att istället, i funktionen, inkludera andra parametrar (indikatorer) som påverkas av eller påverkar den primära parametern. För att PEMS skall vara ett kostnadseffektivt alternativ till konventionella mätmetoder är det viktigt att de parametrar som PEMS-funktionen baseras på är enkla och "billiga" att mäta. Exempel på dylika är; Rökgastemperatur Nyttig effekt Syrehalt Spjällägen Fläktvarvtal Exempel på indikatorer (parametrar med koppling till de primära parametrarna) är; Förbränningstemperaturen: (rökgastemperatur, syrehalt, nyttiggjord effekt, rökgasflöde) Luftöverskottet: (syrehalt, nyttiggjord/tillförd effekt, rökgasflöde, förbränningsluftflöde) Bränslefukthalten: (syrehalt, rökgasflöde, förbränningsluftflöde, nyttiggjord effekt, rökgastemperatur) Primär/sekundär/tertiärluft: (nyttiggjord/tillförd effekt, spjällägen/fläktvarvtal) Rökgasflödet: (fläktvarvtal/spjällägen, nyttiggjord/tillförd effekt, ugnstryck, tryckfall över rökgasfläkten) Uppehållstiden: (nyttiggjord/tillförd effekt, fläktvarvtal).

10 Det finns således flera möjligheter att återspegla de primära parametrarnas inverkan på NO x -bildningen genom att studera andra parametrar, som är enklare och billigare att mäta. Studeras indikatorparametrarna inses att flera av dem återkommer som indikatorer för flera mer "svårmätta" parametrar. Antalet parametrar i en PEMSfunktion torde därför kunna begränsas till ganska fa parametrar som ändå återspeglade variationer av NO x -utsläpp pga ändring av andra "mer svårmätta" parametrar. En dylik parameter som är speciellt intressant för biobränsleeldade anläggningar är bränslekvaliteten, vilken ofta kan kopplas samman med bränslets fuktinnehåll. En förhoppning i denna studie är att exempelvis syrehalten, rökgasflödet, förbränningsluftflödet, nyttiggjord effekt eller rökgastemperaturen kan användas som indikatorer på bränslefukthalten. Mot bakgrund av detta resonemang inleddes studien med att fa klart med vilka pannor som skulle utvärderas. De pannor som valdes var två rosterpannor; dels en som ägs av Kungsbacka Energi dels en i Skinnskatteberg, ägd av ASSI Domän. Kravet på anläggningarna var att de dels ställdes till förfogande under en inledande och en verifierande mätkampanj dels att det fanns erforderlig plats för en del instrument (referens-cems) under långtidsuppföljningarna. Det var vidare nödvändigt att anläggningarna var utrustade med viss instrumentering så att signaler från exempelvis uteffekt och helst även syrehalt fanns tillgängliga. Mätning av dessa båda parametrar erfordras oavsett om CEMS eller PEMS används för miljöavgiftsbestämningen. Det var slutligen också nödvändigt att signaler för vissa fläktvarvtal, spjällägen och temperaturer kunde erhållas från respektive anläggning. Kravet är ju att PEMS-metodik skall vara så billig som möjligt. Anläggningar där det av praktiska skäl är svårt/dyrt att montera erforderlig instrumentering är kanske mer lämpade för CEMS. Genomförandet av denna studie omfattade en mängd moment för varje anläggning, varav de viktigaste kan beskrivas enligt; Förberedelser; Val av instrumentering, programvara samt dataöverföringsmetod. Instrumenteringen som användes under mätkampanj erna användes dels för kontinuerlig mätning av anläggningsparametrar som förmodades kunna vara användbara för att få fram önskade samband dels för mätning av referensparametrar.

11 Försöksmatris; Skapandet av en försöksmatris anpassad efter styr- och reglerramarna för respektive panna. Principen som användes för designen av försöksmatrisen var reducerade faktorförsök. Detta för att antalet försök skulle bli hanterbart under de enskilda mätinsatserna. Programvarorna som användes var "Modde" och "Unscrambler" (se kapitel 3.1). Modellerande mätning; För att erhålla en modell som beskriver sambandet mellan NO x -halten eller NO x -utsläppet och olika driftparametrar genomfördes inledande mätkampanjer, framöver betecknas dylika mätinsatser för "Modellerande mätningar". Pannans drift varierades enligt de utarbetade försöksmatriserna. Samtliga mätsignaler loggades under de modellerande mätningarna som minutmedelvärden. Referensmätsystemet kalibrerades (med certifierad kalibrergas) innan mätningarna påbörjades och kalibreringskontrollerades (kalibrergas tillfördes utan några korrigeringar) därefter minst två gånger dagligen. Uppmätta gashalter korrigerades i förekommande fall för instrumentdrift. Dagligen uttogs även minst tre bränsleprov, vilka senare analyserades främst map fukt men i några fall även map elementarsammansättning. Utvärdering av modellerande mätningar; Uppmätta minutmedelvären omräknades till försöksmedelvärden. Utifrån dessa utarbetades PEMSfunktionen. Både försöksmatris och utvärdering gjordes med s.k. multivariat dataanlys. Programvaran som användes i denna studie var "Unscrambler". Långtidsuppföljning; Syftet med långtidsuppföljningarna var att kontrollera hur de framtagna modellerna under en längre tid (~ 3-4 månader) klarade av att prediktera NO x -utsläppet. Detta genom jämförelser mellan PEMS-funktionerna och konventionella emissionsmätsystem. På samma sätt som under den modellerande mätningen (kalibreringskontroller och kalibreringar) kontrollerades referensmätsystemen regelbundet under långtidsmätningarna. Samma uppsättningar av kalibrergastuber användes för samtliga kalibreringar och kalibreringskontroller på respektive ställe (Kungsbacka respektive Skinnskatteberg).

12 Insamlad mätdata medelvärdesbildades till timmedelvärden. Utifrån timmedelvärdena beräknades predikterade NO x -halter för respektive timma. De framräknade NO x -halterna jämfördes därefter med NO x -halterna för samma tidsperioder uppmätta med referensmätsystemet. Uppmätta NO x -halter korrigerades för variationer i omgivningstrycket med lufttrycksdata från SMHI:s mätstation i Säve (Kungsbacka) eller Ställdalen (Skinnskatteberg) och i förekommande fall för eventuell instrumentdrift. Observera att anläggningarnas syreanalysatorer, båda är så kallade zirkoniumoxidceller, ej är känsliga för variationer i omgivningstrycket. Det uttogs vidare en mängd bränsleprover under långtidsuppföljningen, dessa analyserades framförallt med avseende på fuktinnehåll. Två prover från Kungsbacka och totalt sex från Skinnskatteberg analyserades även med avseende på elementarsammansättning och värmevärde. Fukthalter och elementarsammansättningar redovisas i bilaga 1. Verifierande mätning; Genomförandet av försök på samma sätt som under de modellerande mätningarna. Utvärdering av verifierande mätningar; Utarbetandet av PEMS-funktioner utifrån de verifierande mätningarna. Dessa utvärderingar gjordes på analogt vis som utvärderingen av de modellerande mätningarna. Verifieringarna gjordes för att kontrollera om det var möjligt att reproducera de PEMS-samband som erhölls från de modellerande mätningarna. I kapitel 3.2 respektive 3.3 redogörs för hur ovannämnda punkter behandlats för de båda anläggningarna; Kungsbacka och Skinnskatteberg. Principen för programvaran som använts för utvärderingen redovisas i kapitel Metod och teori (Multivariat dataanalys) Den metod som användes var den så kallade PLS-metoden (Partial Least Square). Metoden bygger på att inverkan från ett flertal variabler och samverkan mellan dessa ofta kan uttryckas enklare om "variabelkoordinatsystemet" ersätts med ett koordinatsystem baserat på så kallade principalkomponenter. Utgående från principalkomponenterna genereras en approximativ modell av processen, som sedan

13 kan användas för att studera olika processvariablers betydelse för valda utparameterar. Multivarat modellering är ett kraftfullt hjälpmedel for att studera komplexa processer där många parametrar är inblandade. På marknaden finns programvaror (exempelvis Unscrambler och Simca) som kan användas till ovan beskriven applikation. Notera att PLS-metoden enbart genererar matematiskt konstruerade samband, vilket innebär att erhållna funktioners struktur egentligen inte har någon rent fysikalisk innebörd. Detta innebär i praktiken att den erhållna funktionen är anpassad till processvariabler inom ett väl definierat giltighetsområde (är användbar inom en viss domän) och att storleken på de utparametrar som beräknas utifrån modellen kan bli orimliga om modellens giltighetsområde överskrids. För att fä fram en beskrivande modell är det nödvändigt att genomföra en serie mätningar där ett urval parametrar mäts kontinuerligt samtidigt som de parametrar som kan varieras och bedöms påverka exempelvis kväveoxidutsläppet varieras enligt en förbestämd försöksmatris. I princip kan alltså sägas att kväveoxidutsläppet från en viss anläggning "kalibreras" med hjälp av en dylik modellering och att ett samband mellan "predikterad"'no x och uppmätta driftparametrar därmed erhålls. Principen medför att modellen blir känslig för relativa (tillfälliga) mätfel hos de parametrar som ingår i ett erhållet samband. Eventuella systematiska mätfel har däremot ingen betydelse förutsatt att de även uppträdde under "kalibreringen". I denna studie konstruerades samtliga funktioner enligt principen; Antag att samtliga uppmätta driftparametrar under den modellerande mätningen är x- parametrar och att NO X är y-parametrar. Därmed erhålls strax över 20 x-parametrar per anläggning (dessa redovisas i kapitel och 3.3.2). Den använda programvaran klarar av att hantera samtliga dessa x-parametrars signifikans på y- parametern samtidigt. I första steget genomfördes selekteringar med samtliga x-parametrar, det erhölls således ett samband på y-parametern baserat på samtliga x-parametrarna. Därefter studerades respektive parameters "viktade " påverkan på y-parametern dvs NO X. Med utgångspunkt från dessa viktade påverkningsgrader selekterades de parametrar med låg eller ingen viktad påverkan på y-parametern bort. Detta gjordes i etapper tills enbart cirka 5 parametrar fanns kvar. Generellt kan sägas att samtliga parametrar som

14 påverkade NO X mindre än cirka 5-10 % av den parameter med störst viktad påverkan avlägsnats. I nästa steg bildades kvadrat och korstermer av de kvarvarande parametrarna. En korsterm är en indikation på de samverkaneffekter mellan olika driftparametrar som förekommer i komplicerade processer. På samma sätt som tidigare reducerades även kors- och kvadrattermer med låg eller ingen viktad påverkan på y-parametern bort. När detta steg genomförts återstod de PEMS-funktioner som redovisas i rapporten, kapitel 3.2.3, 3.2.5, och Därmed inses att samtliga loggade parametrar studerats men att enbart parametrarna med störst inverkan på NO X finns kvar i de slutliga funktionerna. 3.2 Skinnskatteberg Anläggningsbeskrivning Sågverket "Skinnskatteberg Trä" ägs av "ASSIDomän". Fastbränslepannan används för produktion av hetvatten till sågverkets torkar. Den är tillverkad av Nordfab Weiss och har förbränningskapaciteten 7000 kg bränsle/timme. Pannan är av typ rörlig snedrost (med fyra zoner) och eldas med sågverksavfall (bark, spån, flis) med fukthalter varierande mellan %. Rosterhastigheten varieras efter fyra förinställda driftlägen som beror av pannans belastning. Pannans belastning styrs sedan av ett angivet börvärde på framledningstemperaturen på hetvattnet. Förbränningsluften tillsätts med separata primär- och sekundärluftfläktar genom tre luftregister; primärluft, undre sekundärluft och övre sekundärluft (tertiärluft). Samtliga luftregister är försedda med motordrivna reglerspjäll. Förbränningsluften förvärms till cirka 160 C. Reglering sker antingen med de tidigare nämnda fördefinierade lastfallen eller via O 2 -styrning (detta dock enbart på sekundärluftsidan). De fyra lastfallen definieras genom att manuellt ange hörvärden på olika driftparametrar i pannans driftdator. Exempel på dylika hörvärden är; rosterhastighet, bränsleinmatning samt luftfördelning. För att hålla hörvärdet på hetvattnets framledningstemperatur växlar pannan som tidigare nämnts mellan de fyra olika lastfallen. När pannan körs på lägsta nivån och hörvärdet uppnås stannar således pannan. Det vill säga roster och fläktar stoppas för

15 10 att sedan åter starta när framledningstemperaturen sjunkit under det inställda hörvärdet. Detta innebär att O 2 -styrningen ej fungerar och att pannan körs manuellt (hörvärden anges i driftdatorn), med avseende på inställning av förbränningsluft. Rökgaserna passerar genom luftförvärmare, multicyklon och elektrofilter. Rökgasfläkten är varvtalsstyrd och varvtalen styrs av undertrycket i eldstaden. I figur 3.1 visas en schematisk skiss över anläggningen samt referensmätsystemets placering. Fläkt lör förbränningslun Bränsleirmatning Flygaska Bottenaska Figur 3.1 Primärspjäll f Primar/sekundarlördelningsspjäll Anläggningsbeskrivning, Skinnskatteberg (Schematic sketch, Skinnskatteberg) Instrumentering De driftparametrar (anläggningsparametrar) som registrerades kontinuerligt var; Eldstadens undertryck (-mm vp) Eldstadstemperatur 1 ( C) Eldstadstemperatur 2 ( C) Eldstadstemperatur 3 ( C) Eldstadstemperatur 4 ( C) Rökgastemperatur efter panna ( C) O 2 -halten (0-25 vol%fg) Läge, O r reglering spjäll 7 = sekundärluftspjäll (0 - %)

16 11 Läge, O 2 -reglering spjäll 8 = sekundärluftspjäll (O - %) Läge, primärluft huvudspjäll, reglerar primär- och sekundär-luftförhållandet (0 - %) Läge, sekundärluft huvudspjäll (0- %) Läge, blandspjäll = spjäll som reglerar andelen förbränningsluft som passerar genom luftförvärmaren (0- %) Panneffekt (MW) Förbränningsluftens temperatur för luftförvärmaren ( C) Förbränningsluftens temperatur efter luftförvärmaren ( C) Rökgasfläktens hastighet (0 - %) Som referensmätsystem användes ett extraktivt kondenserande provtagningssystem samt gasanalysatorer för analys av följande komponeter; O 2 -halt(0-25%tg) CO 2 -halt (0-20 % tg) CO-halt (0-0 ppm tg) NO x -halt (0-500 ppm tg) NO-halt i torr rökgas (0-500 ppm tg) Den använda O 2 -analysatorns analysprincip var baserad på paramagnetism, NOanalysatorns på UV-absorption medan övriga analysatorers analysprinciper var baserade på absorption i IR-området. NO x -analysatorn var kompletterad med en C/Mb-baserad konverter Modellerande mätning Den modellerande mätkampanjen i Skinnskatteberg genomfördes vecka enligt den i förväg utarbetade försöksmatrisen. Turordningen på de olika försöken ändrades något från den som den använda programvaran rekommenderade. Matrisen omfattade variationer i de parametrar som var möjliga att variera i pannans driftdator som bedömdes påverka NO x -utsläppet. Dessa var; prirnärluftspjäll (1-5) sekundärluft spjäll (1-3) blandningstemperaturen i luftförvärmaren rosterns hastighet

17 12 Det var även möjligt att variera huvudspjället för primärluften, vilket reglerar förhållandet mellan primär- och sekundärluft. Detta kan dock enbart göras manuellt med driftdatorns automatik bortkopplad. Inga dylika manuella ändringar genomfördes på grund av att det i stort sätt alltid är driftdatorns reglersystem som är aktiverat. Det gjordes heller inga faktorförsök med varierande rosterhastighet. Den tillåtna regleringsramen för denna parameter är tämligen osäker. Dock genomfördes en del kortare försök med varierande rosterhastighet. Utöver nämnda reglerparametrar varierades även bränslets kvalitet, detta genom att upprepa samtliga driftändringar för två skilda bränsletyper (gran och tall bark/flis). Speciellt bränslets fuktinnehåll kunde därmed varieras. Max- och mininställningar av de olika spjällägena för respektive effektläge (trin-läge) redovisas i tabell 3.1. Tabell 3.1 Variationer i spjällägen under den modellerande mätningen (Throttle levels during the modelating measurement) PrimärtuftspjSH 1 PrimärhiÖspjäll 2 PrimärluftspjäJ13 Primärhiftspjäll 4 PrimärhiftspjäH 5 Sekundäriuftspjäll 1 Sekundärfuftspjäll 2 Sekundäriuftspjäll 3 Trinl 0-3 % 1-12 % 4-12 % 1-5 % 0-2% 0-2 % 1-5 % 0-1 % Trin2 1-6 % 2-15% 6-15% 2-10% 0-3 % 1-5 % 2-9 % 0-1 % Trin3 2-10% 5-18% 8-18% 4-12 % 0-5 % 7-18% 8-25 % 1-5 % Trin % % 18-40% % 1-7 % 11-30% 14-40% 7-25 % I övrigt varierades blandningstemperaturen (reglerar blandspjället) mellan 165 och 195 C. Som tidigare nämnts styrs pannans last av fyra lastnivåer. Respektive lastnivå aktiveras utifrån hetvattnets framledningstemperatur som styrs av torkarnas hetvattenbehov. Detta innebär, i praktiken, att panneffekten varierar i cykler och ej går att hålla konstant. Det går därmed ej att direkt ha med pannans last som en variationsvariabel i försöksmodellen. För att få indata till det fortsatta utvärderingsarbetet som även beaktade panniastens inverkan på NO x -utsläppet valdes att bearbeta respektive försök så att sekvenser med de högsta respektive de lägsta mätvärdena map panneffekt erhölls. Samtidigt medelvärdesbildades respektive försöksperiod. Därmed erhölls indata till den fortsatta datautvärderingen som både omfattade direkta medelvärden samt mätvärden vid max- och minlast.

18 13 Utifrån dessa indata skapades, med hjälp av programvaran "Unscrambler" en matematisk modell för bestämning av NO x -halten. I inledningsskedet studerades samtliga registrerade parametrars (utom CO 2 och NO) inflytande på NO x -halten. Genom att studera respektive driftparameters inflytande och hur de passade in i modellen reducerades successivt de ursprungliga parametrarna. Parametrar som påverkade modellen negativt eller hade låg signifikans selekterades bort. Den slutliga modellen kan uttryckas med funktionen; där ko till IC4 är konstanter, O 2 = syrehalt i våt rökgas (vol %), T rg = rökgastemperatur före lufrförvärmaren ( C), T ugn 4 = ugnstemperatur 4 ( C) samt P n = panneffekten (MW). I tabell 3.2 redovisas konstanternas värden. Tabell 3.2 Konstanternas storlek för funktionen PEMS-NO X (Values of the constants used in the function PEMS-NOJ PEMS-NO X h 1,591-3,469 0,163 h 0, ,635 Hur de med funktionen predikterade NO x -halterna förhåller sig till halter uppmätta med CEMS redovisas i kapitel 4.1, exempelvis figur 4.1 och 4.2. Inledningsvis utvecklades, på analogt sätt, även en funktion som predikterade halten normerad till 6 % O 2. Denna funktion överensstämde dock sämre med den NO x -halt (normerad till 6 % O 2 ) som parallellt erhölls utifrån uppmätta halter med referensmätsystemet Långtidsuppföljning Långtidsuppföljningen gjordes mellan v46-95 och vi 1-96 och omfattade kontinuerlig mätdatainsamling av tidigare redovisade parametrar, kapitel Under långtidsuppföljningen loggades mätdatan som femminutersmedelvärden och hämtades dagligen via modem.

19 14 Nedan redovisas en sammanställning av de instrumentproblem som uppstod under långtidsmätningen. NO x -analysatorn installerades v I utvärderingen till och med installationen korrigerades den uppmätta NO-halten med en faktor. Mellan v47 och v var anläggningens syremätare ur funktion. Under samma period var det även problem med referensmätsystemets syremätare. Den uppmätta CO 2 -halten samt en relevant korrigeringsfaktor används tillfälligt i utvärderingen. Det var inledningsvis problem med referensmätsystemets gasberedningssystem. Mätsystemet fungerade inte helt perfekt förrän v Strömavbrott v7-96. Vid återstart hade NO-mätaren drivit kraftigt. NO-mätaren uppvisade under större delen av mätperioden tendens till instabilitet. Det viktigaste instrumentet, NO x -analysatorn, fungerade dock synnerligen bra Verifierande mätning Den verifierande mätningen genomfördes, vi Mätningarna genomfördes enligt en försöksmodell analog med den som användes under den modellerande mätningen. Enda undantaget var att det ej fanns möjlighet att genomföra mätningar med två skilda bränsletyper. Utifrån de nya försöksvärdena (medel-, max- och minvärden enligt beskrivning i kapitel 3.2.3) skapades på analogt vis med det tidigare nämnda tillvägagångssättet en ny PEMS-funktion. Den nya modellen (verifierande) kan matematisk uttryckas enligt; PEMS^NO^ko + k, * O 2 + k 2 * T rg + k 3 * T ugn4 + k4 * P n där ko till k4 är konstanter, O 2 = syrehalt i våt rökgas (vol %), T rg = rökgastemperatur före luftförvärmaren ( C), T ugn 4 = ugnstemperatur 4 ( C) samt P n = panneffekten (MW). Konstanternas värden presenteras i tabell 3.3.

20 15 Tabell 3.3 Konstanternas storlek för funktionen PEMS ver -NO x (Values of the constants used in the Junction PEMS ver -NOy) PEMS ver -NO x -24,005 ki -3,313 *x 0,223 k 3 0, ,769 Om konstanterna i tabellen jämförs med de konstanter som erhölls utifrån den modellerande mätningen (tabell 3.2) märks att framförallt värdena på konstanten ko skiljer sig åt. Som nämnts tidigare (kapitel 3.1) genererar PLS-metoden enbart matematiskt konstruerade samband, vilket innebär att erhållna funktioner inte har någon fysikalisk innebörd. Detta innebär att konstanterna i dylika funktioner markant kan variera men att ändå predikterade värden i stort blir identiska. I figur 4.3 och 4.4 {kapitel 4) jämförs PEMS-NO X med PEMS ver -NO x. Samtliga försöksdata som använts som inparametrar till de datautvärderingar som genomförts (utvärdering av modellerande och verifierande mätningar) redovisas i bilaga Kungsbacka Anläggningsbeskrivning, Hammargårdverket Hammargårdverket levererar fjärrvärme till Kungsbacka stad och ägs av Kungsbacka Energi. Anläggningen består av tre stycken värmepumpar, två oljepannor, en elpanna samt en fastbränslepanna med tillhörande rökgaskylare. Fastbränslepannan är tillverkad av EUROTHERM och är av typ rörlig snedrost. Dess maximala effekt är 8 MW och årlig drifttid cirka 5000 timmar (september - maj). Som bränsle används huvudsakligen skogsavfall. Rökgaskylarens effekt är cirka 2 MW. En gemensam fläkt används för tillförseln av primär- och sekundärluften. Primärluften tillförs sedan under rosten genom sex spjäll. Det finns även ett spjäll som reglerar andelen sekundärluft samt en separat tertiärluftfläkt. Förbränningsluften förvärms till cirka C.