Lagring av GROT-flis med tre olika metoder: rapport från lagringsförsök i Köpmanholmen

Transkript

1 Lagring av GROT-flis med tre olika metoder: rapport från lagringsförsök i Köpmanholmen Umeå februari 2011 Iwan Wästerlund SLU Umeå Peter Nilsson Efokus AB Sundsvall Magnus Nordenmark Efokus AB Sollefteå www. efokus.se

2 Förord Denna studie har varit en del i Efokus AB s projekt GROT II, ett utvecklingsprojekt för teknik och metoder inom GROT-verksamheten i Mellannorrland. Projektet har finansierats av EU Strukturfonder Mål 2, länsstyrelserna i Jämtland och Västernorrland, samt skogs- och energinäringen i regionen. Studien har genomförts i samarbete med Domsjö Fiber AB med stor hjälp av Martin Forsén och Patrik Eriksson. Från Efokus AB har även Tomas Widenfalk bidragit i arbetet på ett förtjänstfullt sätt. Tack till er alla! 2

3 Innehållsförteckning Förord... 2 Sammanfattning... 4 BAKGRUND... 5 Mål... 6 MATERIAL OCH METODER... 7 RESULTAT Temperaturutveckling Fuktmätning Nätsäckar Fuktmätning i tvärsnitt Volymsviktad fuktmätning Energiinnehåll Analys vad 5 % fel i mätning betyder Rökgasmätning DISKUSSION Tolkningar från försöket för praktiken Slutsatser Litteraturförteckning

4 Sammanfattning Fyra stycken stackar med ca 250 m 3 f i varje preparerades på fyra olika sätt i början på juni. Två lagrades som vanlig högstackat flislager, varav den ena utgjorde kontroll och den andra täcktes med ventilerande tjock fiberduk. Två andra kompakterades och formades som en rund tårta med en bandtraktor. Den ena täcktes ej medan den andra täcktes med ventilerande fiberduk. Målet med studien var att utvärdera om kompaktlagring av GROT-flis kan vara ett sätt att minska brandrisken och minska lagringsförlusterna. Efter 5,5 månader avslutades försöket. Enligt VMF:s (Virkesmätningsföreningen) viktsmätning av fordon hade 962,5 råton körts ut till Köpmanholmen, medan 911,7 råton kördes tillbaka till Domsjö, dvs 69 ton hade förlorats under lagringen. För bestämning av torrsubstanshalten mättes materialet på 4-5 olika sätt: via VMF, nätsäckar via MoRe Research, egna bestämningar via tvärsnittsarea och slutligen volymsviktad bestämning. Samtliga bestämningar gav ganska olika resultat utom tvärsbestämd och volymsviktad fukthalt som gav tämligen likartade värden. Vidare gjordes även ommätning av ingående fukthalter pekandes på att fukthalten var något lägre än vad som framkom vid VMFmätningen. Användande av de korrigerade fukthalterna vid start och den volymsviktade fukthalten, blev den totala förlusten 34 ton. Nästan all förlust i ton torrsubstans ägde rum i de ej täckta stackarna, medan de täckta stackarna hade nära ingen förlust alls oberoende av form. Tack vare beräkningssättet med korrigering av fukthalt blev det effektiva värmevärdet vid leveranstillstånd faktiskt högre i de täckta stackarna (22,5 resp. 5,5 MWh) jämfört med leveransen ut till Köpmanholmen beroende på att de täckta stackarna hade torkat en del. De ej täckta stackarna förlorade ca 70 MWh och 120 MWh med den största förlusten i den kompakterade tårtan. Efter lagring hade stackarna krympt mellan 3 och 6 % i volym. Temperaturen var som högst 70º C i alla stackarna och det skedde i månadsskiftet juni - juli. Försöket visade även att det är svårt att mäta fukthalt i en flisstack och en klart större provtagning än vad som sker via VMF måste göras för att rättvist kunna ange torrsubstanshalten för hela flisstacken, eftersom stora torrzoner kan utvecklas i en flisstack. Virkesmätningsföreningens mätning av fukthalt och beräkningssätt för energiinnehåll kan ej ligga till grund för några vetenskapliga studier. De är för grova och delvis felaktiga och frågan är om de ens kan vara betalningsgrundande. Efter 5,5 månaders sommarlagring av 250 m 3 f GROT-flis och bara höglagt i en stack uppgick lagringsförlusten till kronor vid ett energipris på 300 kr per MWh. Packning till en tårta ökade faktiskt lagringsförlusten till kronor plus kostnad för packningen på ca kronor. Däremot minskade syrehalten i tårtan påtagligt vilket torde minska brandrisken. Bästa lagringsmodellen var en höglagd stack täckt med en ventilerande fiberduk där faktiskt värmevärdet ökade tack vare torkningen. Exklusive lagerhållningskostnader betalade torkningen nära nog kostnaden för åtgärden även om fiberduken används bara en gång. 4

5 BAKGRUND Vid lagring av bränsleflis har ett antal undersökningar visat att efter 3-4 månaders lagring hade % substans förlorats och % av flisens effektiva värmevärde (Nylinder & Thörnqvist 1980; Thörnqvist, 1982). Finandelen (< 7 mm) verkar inte ha särskilt stor betydelse för förlusterna vid lagring, medan däremot materialet kan ha stor betydelse (Nylinder & Thörnqvist, 1980). Vidare visas att fukthalten i stackarnas centrala delar sjunker till kanske 25 % i mindre stackar, medan fukthalten samtidigt ökar i ytskiktet till % (Thörnqvist 1982). Varför medelfukthalten i stacken ökar under lagringsperidoen och varför det bildas två väl avgränsade områden med två så olika fukthalt är inte helt känt (Thörnqvist, 1982). En bidragande orsak kan vara den cellulosanedbrytning som förorsakas av mikroorganismer, vid vilken vatten och värme bildas. Den utvecklade värmen får luften i stacken att röra sig uppåt. När den uppvärmda luften når högre upp i stacken avkyls den och vatten fälls ut (Thörnqvist, 1982). Att skydda stacken mot nederbörd samt att öka mängden luft som passerar genom stacken provades av Thörnqvist (1982). Han visade att ett tak över stacken halverade förlusterna jämfört med stack utan tak och att ett underlag av sträckmetall hade ingen effekt. Enligt Lehtikangas (1999) är mängden ackumulerad värme beroende av luftgenomströmningen i stacken. Vältor eller mindre stackar (ca 100 m 3 t) av ej sönderdelat bränsle har ofta så låg fastvolymprocent att den eventuella värme som bildas snabbt ventileras ut och det blir sällan någon märkbar värmeutveckling. Vid sönderdelning av material ökar mängden av exponerade ytor (Lehtikangas, 1999). I mindre stackar, där ytskiktets volym proportionellt sett är stor, kan omgivningen ha stor betydelse för materialets fukthalt. I stora stackar börjar temperaturutvecklingen omedelbart efter att stackarna har byggts och inom några dagar har stackar med sönderdelat bränsle ofta nått en så hög temperatur i de innersta delarna att mikrobiell tillväxt inte längre är möjlig eller att den enbart representeras av några särskilt värmetoleranta svamparter (max vid + 60ºC) och bakterier (max vid 75ºC). Värmen sprids mot kallare områden, dvs mot stackytan. Den varma luften transporterar fukt och de inre delarna av stacken torkar. För att torkningen skall vara så effektiv som möjligt måste vissa förutsättningar vara uppfyllda. Lufttillförseln inne i stacken måste vara god för att värme och fukt skall kunna vandra mellan bränslepartiklarna. Om denna vandring inte tillåts kan värmeutveckling inne i stacken bli så stark att självantändning sker. Enligt Lehtikangas (1999) skall stackarna vara så toppiga som möjligt och ha minst 90º (?) rasvinkel för att nederbörd och fukt skall kunna rinna av efter sidorna. Efter dessa principer har den svenska modellen för flislagring varit toppiga stackar för vattenavrinning och att de skall fungera som en skorsten med god ventilation. De bör dock inte vara mer än 7 m höga eftersom de då når så höga temperaturer att självantändning kan uppnås. Ett antal studier har visat på substans- och energiförluster på mellan 8-12 % (Lehtikangas 1999). Med dagens nya typer av pannor där även rökgaskondensering finnes för att tillvarata värmen från den fuktiga rökgasen, har fukthalten i bränslet mindre betydelse. För ett modernt kraftvärmeverk med fluidiserad bädd (exempelvis Dåva 2, Umeå Energi och Jämtkrafts panna i Östersund) kan den önskvärda fukthalten i bränslet ligga på 40- < 60 %. Alltför torrt bränsle kan faktiskt leda till problem med alltför snabb förbränning. 5

6 Med dessa nya förutsättningar kan förlusterna vid lagring betyda en stor förlust för energibolaget. Om värmeverket förbrukar 0,5 miljon ton TS och 5 % försvinner vid lagring och inköpspriset ligger på 200 kr per MWh, kan det betyda en förlust på ca x 200 x 0,05 = 1 milj. kronor. Tyvärr har det ägnats ganska lite arbete åt att hitta både billiga lagringsmetoder och de som ger så lite lagringsförluster som möjligt samt undvika risk för självantändning. Förr i tiden packade man träkol med liten bandtraktor för att de inte skulle ta eld och den tekniken verkar vara helt bortglömd (jfr även Bergman & Nilsson, 1967). Vidare har det kommit nya material som kan användas för täckning där både en vattenavvisning sker och samtidigt luftning av underliggande material. Kanske visst nytänkande och testverksamhet kan minska stora förluster i framtiden. Domsjö Fiber AB hade gjort ett försök tidigare med att släcka en pyrande brand i ett gammalt flislager genom att anlita en bandtraktor för att släcka elden. Moström i Banafjäl gjorde då som hans far prövat, nämligen att packa ihop allt material till en stor tårta. Elden släktes och sedan uppstod inga fler bränder. Det blev sedan öknamnet på modellen: Moströms tårta. Kunde denna kompaktlagring vara en lagringsmodell även för färsk GROT-flis? Mål Målet med studien var att undersöka om kompaktlagring av barrträdsflis gav mindre lagringsförluster än vanlig höglagd stacklagring. Vidare prova om en täckning av flisstacken med en ventilerande fiberduk kunde ge en ytterligare vinst ur lagringshänseende eller om det bara var en extra kostnad. Slutligen genom noggrann uppföljning under en 5 månaders lagring ta fram förklaringar till vad som händer under lagringen till ledning för pratiskt agerande i framtiden. 6

7 MATERIAL OCH METODER Efter flera diskussioner samt ett erbjudande från TenCate om att få tag i en ventilerande fiberduk, bestämdes att varje stack skulle innehålla ca 250 m 3 f för att få en någorlunda halvpraktiskt stor stack. Detta var en större stack än vad som använts i ett antal tidigare studier enligt litteraturen utom Jirjis & Theander (1990). Vidare beslöts att en kvadratisk design (tabell 1) skulle göras utan upprepningar eftersom det inte fanns medel för ett större försök. Vidare döptes högstacken till Toblerone och de runda tårtorna till helt enkelt tårtor. Tabell 1. Design av lagringsförsöket Utan filt Med filt Form högstack Kontroll Toble Toble täcke Form tårta Tårta utan täcke Tårta med täcke En leverans av flis till Domsjö Fiber AB från Lettland anlände i slutet av maj till hamnen i Domsjö. Denna s.k. Riga-mix var en GROTmix med ved, kvistar, barr och var hugget material bestående mest av gran (tabell 2). Domsjö Fiber AB lånade välvilligt ut ca 1000 m 3 f till försöket. I början på juni kördes det med flisbilar via fordonsvåg vid mätstugan i Domsjö, där även alla bilar taravägdes och prover togs för fuktbestämning av VMF (VirkesMätningsFöreningen) enligt Anon.(1999). Materialet transporterades till hamnen i Köpmanholmen och placerades i 4 lika stora högar på en asfalterad yta (nedre plan) tillhörig Domsjö Fiber. Tabell 2. Fraktionsfördelning i Riga-mix före lagringsförsök (n=3) enligt mätmetod SS :2 Fraktion > 45 mm mm 15-5 mm 5-3 mm < 3 mm % av TS 2,6 32,2 33,9 10,4 20,8 Uppbyggnad av tårtor gjordes den 7-8 juni med material som var kört dit veckan innan och lagt i separata högar på markerade platser. Mängd material var därigenom känt per hög (tabell 3). Tårtor och Toblerone lades i kors för att inte gynnas av konstruktionerna eller av vinden från havet. Tabell 3. Mängd material (ton) samt torrhalt (%) per försöksled enligt VMF Tårta närmast sjön Tårta närmast väg Toble närmast sjön Toble närmast väg Massa (ton) Torrhalt (%) Massa (ton) Torrhalt (%) Massa (ton) Torrhalt (%) Massa (ton) Torrhalt (%) Lass 1 42, ,3 48,2 39,6 49,86 39,8 38,86 Lass 2 43, ,8 47,72 40,2 49,69 39,65 50,37 Lass 3 39,3 49,7 39,1 50,78 40,9 48,53 40,7 65,31 Lass 4 40,9 49,53 40,05 48,99 40,4 49,87 39,05 46,74 Lass 5 40,25 48,75 40,05 47,75 39,65 49,18 39,8 51,34 Lass 6 40,8 50,31 39,45 50,14 40,1 49,43 38,9 46,74 Total massa (ton) 247,05 49,38 236,75 48,93 240,85 49,43 237,90 49,89 Total massa (ton TS) 119,04 118,70 122,00 115,84 Tårtorna tillverkades av Håkan Moström med en Case 1150E, årsmodell Bandtraktorns massa var ca 14 ton och stålbandens kontaktyta mot underlaget var l= 2,45 och b = 0,51 m, dvs marktryck 137,5 kn/2,50m 2 = 55,2 kpa. Han gjorde ett dike i mitten på tårtan vettande mot söder och där las tempgivare in klistrade med pakettejp mot en ribba. Sedan byggdes tårtan upp med schaktbladet. Därefter packade han med schaktmaskinen 7

8 fram och tillbaka spår vid spår tills en tämligen rund bulle var skapad, vilket tog knappt 2 timmar. Den 8 juni gjordes den andra tårtan färdig på motsvarande sätt. Tårtorna fick en jämn lutning på 23-26º med ett snitt på 24º (n=10). Tårtorna blev 19 m resp. 19,5 m i diameter (n=2 per tårta) och höjd 3,4 m. Konmotstånd i flisstacken var med en 30 kona med basen 21 mm i diameter = 966 kpa (n~10), både på sida och topp. Toppen var väl rundad. Den 9 juni gjordes Toblerone modellen med hjälp av Inge Höglund Entreprenad AB i Köpmanholmen. Maskinen var en Volvo L60E med en 2,3 m bred snöskopa. Även här gjordes ett dike i mitten där temperaturgivarna lades på en ribba vettande mot sydväst. Sedan fylldes diket igen både framifrån och bakifrån. Ingen packning gjordes. Toblerone mot sjön blev 4,1 m hög med längd 27 m och bredd 9 m, medan den mot vägen blev 4,25 m hög, längd 21,5 m och 12 m bred. Konmotstånd var ca 480 kpa (n=10) på sidorna ca 1 m från asfalten, dvs där maskinen kört på materialet, och uppe mot toppen ca 140 kpa (n=6). Lutning på stackarna redovisas i tabell 4. Tabell 4. Mätning av stackarnas( Toblerone ) lutning º med enkel vinkelgivare och ribba som referens Mot sjön Mot vägen Långsida Kortsida Långsida Kortsida Medel 39,6 35,5 43,3 43,8 På samma nivå som temperaturgivarna lades även provpåsar (viltsäckar med ca 1 mm maskor) med invägt material (4-5 kg) av samma typ som fanns i högarna (tabell 5). Dessutom uttogs material i hinkar från resp hög för senare analyser, t.ex. siktanalyser. Hinkar 1-4 från tårta mot väg och hinkar 5-8 från tårta mot sjön. Tre stycken prover uttogs även för bestämning av det kalorimetriska värmevärdet hos Bränslelaboratoriet i Umeå. Tabell 5. Mängd råmaterial per provpåse (viltsäck) Viltsäck nr: Vikt rå, kg 4,4 4,4 4,7 4,95 4,2 5,45 5,05 Viltsäck nr: Vikt rå, kg 5 3,9 4,6 4 5,6 3,9 4,8 5 5,25 5,15 4,2 4,45 Temperaturgivarna var av K-typ (NiCr-Ni). Givarna täcktes med krympslang för att inte påverkas av eller påverka flisen. Ena givaren låg ca 1 m in i stacken och den andra ca 4 m in i stacken och båda var tejpade mot en ribba för att veta positionen. Positioner framgår av tabell 6. Data insamlades via 7 st 4-kanaliga Testo 177 med registrering 2 gånger per timme. 8

9 Dataloggrarna startades den 15 juni och de plus kabelanslutningar placerades i förslutna plastlådor gömda i flisen. Dataloggrar 8-9 hade bara två ingångar och mindre minne varför mätintervallet sattes till 60 min för att klara ett drygt halvår. De senare monterades in den 24 juni. Mätlogger 6 hade stannat efter endast ett par dagars mätning och startades på nytt den 24 juni. I samtliga fall lagrades data ner i särskilda filer på datorn från datasamlarna. Tabell 6. Placering av temperaturgivare och nätsäckar Tårta mot väg: Höjd 0,45 m: påse 1 och 2, Tgivare 1 och 2; lägsta siffran längst in Höjd 0,95 m: påse ingen; Tgivare 3 och 4 Höjd 1,65m: påse 3 och 4; Tgivare 5 och 6 Höjd på slänten, ca 0,4 m från ytan: påse 5 nära toppen; Tgivare 7 och 8 Tårta mot sjön: Höjd 0,45 m: påse 7 och 8; Tgivare 1 och 2 Höjd 0,95 m: påse 9 och 10; Tgivare 3 och 4 Höjd 1,65 m: påse 11 och 12; Tgivare 5 och 6 Höjd på slänten: påse nr 6 nära toppen ; Tgivare 7 och 8 Toble mot väg: Höjd 0,5m: påse 19 och 20; Tgivare 1 och 2 Höjd 1,0 m: påse 21 och 22; Tgivare 3 och 4 Höjd 1,6 m: påse 23 och 24; Tgivare 5 och 6 Höjd i ytskiktet upp mot topp, ca 0,3 m ner: inga påsar men T-givare 7 och 8 Toble mot sjön: Höjd 0,5 m: påse 13 och 14; Tgivare 1 och 2. Höjd 1,02 m: påse 15 och 16; Tgivare 3 och 4 Höjd 1,52 m: påse 17 och 18; Tgivare 5 och 6 Höjd i ytskikt: inga påsar; Tgivare 7 och 8. Den 15 juni lades den ventilerande fiberduken på stackarna närmast lagret, dvs tårta mot väg och Toblerone närmast sjön. Täcket klipptes till och lades tvärs över stackarna med överlappningar vettande mot lagret, dvs från förväntad vindriktning. Täckenas överlappningar skruvades fast mellan två bärläkter och ändar förankrades mot stockar intryckta in i nederkant på stacken runt om. 3 rullar förbrukades (6x50 m/styck) enligt figur 1 och 2. Figur 1. Färdig utläggning med täckt stackar. Figur 2. Packning av tårtorna. 9

10 Två väderstationer placerades ut i närheten av lagringsplatsen. Varje timme registrerades temperatur, luftfuktighet, vindstyrka, vindriktning samt nederbörd. Efter utläggningen gjordes den 21 juni en lasertriangulering av stackarna för bestämning av volym hos respektive stack av Fokus Industrimätning AB (Figur 3). Enligt den mätningen blev tårtorna nästan exakt lika stora och den lilla ökningen i volym för täckt Toblerone kan bero på att fiberduken utjämnade variationer i ytan. Det är snarare förvånande att det blev så liten skillnad mellan tårta och ej täckt Toblerone. Figur 3. Volymsbestämning av GROT-flis stackarna i Köpmanholmen med datastyrd triangulering den 21 juni Bedömd noggrannhet i volymbestämningarna ± 1 %. Under senare delen av lagringsperioden gjordes rökgasmätningar med en Testo 327 som mäter temperatur, kolmonooxid samt syrgashalt. De flesta mätningarna gjordes från stackens yta och på ca 40 cm djup. Mätningar gjordes ca en gång i månaden från augusti månad till slutet av oktober. Försöket avslutades oktober, samt 4-5 november med uttag av en stack per dag för att enkelt hålla isär mätvärdena. Före avslutningen gjordes en ny lasertriangulering för att bestämma respektive högs volym. Vid avslutningen togs några rökgasprover med en gasanalysatorn TESTO 327 tvärs över i mitten samt i tvärsnittet. I närheten av tvärsnittet där temperaturgivare och nätsäckar låg gjordes ett tvärsnitt som dels fotograferades och dels i 10

11 ett gittersystem uttogs materialprover för fuktbestämning. Efter fuktbestämning samlades material från blött material och torrare material för bestämning av kalorimetriskt värmevärde hos Bränslelaboratoriet vid Röbäck. Nätsäckarna torkades hela hos MoRe Research i Domsjö för torrhaltsbestämning av hela säckarnas innehåll. 11

12 RESULTAT Med hjälp av lasermätningarna kunde stackarnas volym mätas in med hög precision. Volymmätningen visade att stackarna var tämligen lika stora men packningen till tårta gjorde att volymen krympte ca 6 %. Trots packningen med en bandtraktor på tårtorna men bara mer eller mindre en högtippning på de två andra, blev det ändå förbluffande liten skillnad i torr-rå densitet mellan högarna (tabell 7). Vid tidigare studier har normalt en flisstack krympt % efter 6 månaders lagring. I föreliggande studie blev krympningen i volym endast 3-6 % från starten till avslutningen, indikerande att substansförlusterna torde vara små i detta försök. Dock ökade skillnaden i torr-rå densitet mellan opackad och packad efter 20 veckors lagring. Tabell 7. Volymer, rådensitet samt torr-rå densiteter i respektive stack vid utläggning och vid avslutande efter 20 veckors lagring (juni-oktober) Före Ton/m3 Efter ton/m3 Stack Volym m3 Rådens Torr-rådens Volym m3 Rådens Torr-rådensKrympn i vol% Ej täckt toblerone 498 0,48 0, ,48 0,217 3,4 Täckt toblerone 524 0,46 0, ,40 0,195 3,6 Ej täckt tårta 472 0,52 0, ,57 0,224 5,9 Täckt tårta 473 0,50 0, ,50 0,228 3,2 Temperaturutveckling Sommaren var tämligen normal både temperaturmässigt och i fråga om nederbörd (figur 4). Enda anmärkningsvärda var ett ganska regnigt slut på juli och framförallt i början på augusti. Hösten var i början tämligen mild men från mitten av oktober började frost uppträda. Figur 4. Temperatur och nederbördsdata från väderstationen utplacerad i närheten av lagringsförsöket. 12

13 Temperaturutvecklingen i stackarna följde ett ganska enhetligt mönster med en temperaturtopp i slutet på juni och början på juli. Temperaturen var ganska olika beroende var i stacken de var placerade och för att få en bättre överblick grupperades de i tre olika zoner: Yttre givare, inre givare och topp givare (figur 8). De inre givarna hade den kortaste lagfasen och nådde de högsta värdena och snabbaste reaktionen var i de täckta stackarna (figur 8). Jämförelse av maximal temperaturutveckling per dygn hos täckt (SC) och ej täckt (SU) Toblerone samt täckt tårta (CC) mot täckt Toblerone visas i figur 8A och 8B. A B Figur 8 A. Temperaturutvecklingen i två flisstackars 3 olika delar, yttre del, toppdel samt inre del med maximumvärden per dygn. CC = täckt tårta och SC = täckt Toblerone. B. Jämförelse av maximal temperaturutveckling per dygn hos täckt Toblerone (SC) och täckt tårta(cc). 13

14 En jämförelse mellan Toblerone och tårtor indikerade att tårtorna hade ett lugnare förlopp i temperaturutveckling men nådde lite högre värden, dock utan att nå brandfarlig nivå (jfr Ferraro et al., 2009). Täckning med fiberduken verkade inte påverka temperaturutvecklingen i centrum nämnvärt, men de yttre zonerna uppvisade en något lägre temperaturökning. Möjligen kan skillnaderna i temperaturutveckling mellan de olika stackarna indikera att Toblerone var bättre ventilerande än tårtorna. Fuktmätning Fukthalt och torrsubstanshalt är i grunden baserat på samma typ av torkning där provet torkas till torrhet under minst 24 timmar och oftast vid 105ºC (100-fukthalt = torrsubstanshalt). Fukthaltsbestämning gjordes både före och efter lagring på flera olika. Den s.k. VMF mätningen gjordes vid mätbryggan i Domsjö och gjordes genom att ett ca 1 liters prov togs ut i toppen på lasset i släpvagnen på varje inkört last. Provet hälldes i en papperspåse, vägdes på en noggrann våg och torkades sedan i ett fläktvärmeskåp ett dygn vid 105º C och vägdes på nytt. Med nr på prov och last räknades sedan ut via en dator lassets torrvikt och värmevärde. I detta fall blev det 6 prover per hög vid utkörning av materialet och 5-6 prover vid återtransporten till Domsjö. Enligt Hägg (2008) bör egentligen antalet prov ökas vid ökad standardavvikelse mellan proverna för att få ett bra genomsnittsvärde. Vid detta försök mättes fukthalten hos bränsleflisen vid utkörningen till i genomsnitt 50,7 %, dvs en torrhalt på 49,3 % (tabell 8). Enligt denna mätning var medelvärdet tämligen lika mellan de olika stackarna, men standardavvikelsen för lassens torrsubstanshalt för just kontrollen (ej täckt toblerone) blev i högsta laget. Det senare berodde på att två av lassen hade en extremt hög fukthalt (över 60 %). Lassen efter försöket som gick åter till Domsjö uppvisade hög variation i torrsubstanshalt, indikerande att det var nödvändigt att göra mer detaljerade fuktmätningar i respektive stack. Enligt dessa mätningar hade mängden torrsubstans faktiskt minskat efter lagringen. Baserat på VMF:s fuktmätningar hade mängden torrsubstans i försöket totalt minskat med 475,6 406,5 = 69 ton eller lika med 14,5 %. Med de värdena skulle den täckta Toblerone ha förlorat mest i substans. Tabell 8. Ut- och inmätningsuppgifter från VMF om torrsubstanshalt (TS) från lassen samt uträknad standardavvikelse (Sdev) på respektive stacks TS Ut till Köpmanholmen Till Domsjö Stack Torrhalt % Sdev Torrhalt% Sdev Ton TS Ej täckt toblerone 49,9 8,74 45,5 8,38 104,3 Täckt toblerone 48,9 1,3 49,0 6,88 98,6 Ej täckt tårta 49,4 0,86 39,2 5,07 99,3 Täckt tårta 48,9 1,29 45,7 8,87 104,3 Summa ton TS 406,5 Medelvärde 49,29 44,86 14

15 Nätsäckar En ytterligare kontroll av fukthalten kunde göras via de nätsäckar som låg bredvid temperaturgivarna. Tre nackdelar med dessa säckar kunde noteras. En var att fukthalten inte kontrollerades före inläggning i stackarna, utan det medelvärde från VMF accepterades som utgångsvärde eftersom samma material las in i säcken. Det andra var att invägningen gjordes med en ganska grov våg i fält. Den hade ca 50 grams noggrannhet och det gav en noggrannhet på ± 2,5 %, vilket gör att endast skillnader på mer än 5 % i in- och utgångsvärden kan ses som sanna. Slutligen blev det mycket svårt att få ut säckarna hela i de kompakterade stackarna och två stycken gick sönder (av 24) vid uttagningen av dem. Eftersom VMF-värdena på torrsubstanshalt gav lite konstiga värden gjordes en egen mätning av torrhalten från 5 st tättslutna hinkar tagna vid uppbyggnaden av stackarna och torrhalt via dessa mätningar gav ett trovärdigare resultat genom att TS-halten snarare minskade än ökade efter lagring. Torrsubstanshalten minskade enligt dessa mätningar bara 5,2 % för hela materialet, vilket motsäger att det skulle ha förlorats 14,5 % substans enligt VMF mätningarna. Vidare visade fukthaltsmätningarna att torrhalten var betydligt högre för säckarna jämfört med VMF mätningen vid inkörningen till Domsjö. Dock ökade torrsubstansmängden något i säckarna från den tårta som inte var täckt, vilket är märkligt särskilt som den minskade mest för den täckta tårtan. En enkel analys av placering av säckar och viktsförändringar ger inte heller någon tydlig bild av var de största förändringarna ägt rum. Som helhet betraktat har inte nätsäckarna gett en bättre bild av vad som händer i stacken, annat än möjligen att de största förändringarna händer nära toppen och oavsett stacktyp. Möjligen kan en viss ökning i vikt noteras nära botten av stackarna. Tabell 9. Ut- och inmätningsuppgifter om vikt och torrsubstanshalt (TS) för de nätsäckar som las in bredvid temperaturgivare, medelvärden för 5-6 säckar per stack. Torrsubstanshalten för säckar ut till Köpmanholmen har räknats på den fukthalt som uppmättes från våra sparade hinkar från start Ut till Köpmanholmen Vid avslutning Stack TS vikt kg TS-halt % TS-vikt kg TS-halt % Förändr% Ej täckt Toblerone 2,51 52,2 2, ,2 Täckt Toblerone 2,35 52,2 2,21 65,6-6,0 Ej täckt tårta 2,5 52,2 2,56 60,1 2,4 Täckt tårta 2,63 52,2 2,37 52,9-9,9 Medel 60,9-5,2 Fuktmätning i tvärsnitt Vid avslutning av försöken beslöts att göra ett tvärsnitt av stackarna i närheten av var temperaturgivarna var placerade, dels för att få ut temperaturgivarna och nätsäckarna och dels för att ta ut prover för fukthaltsbestämning på ett systematiskt sätt. När stackarna kördes bort syntes en klar zonering av fukten på samma sätt som beskrivits av bl.a. av Thörnqvist (1982). 15

16 Figur 9. Schema för provtagning för fuktbestämning i flisstackarna. Material för fuktmätningen uttogs enligt schemat i figur 9 och torkades separat. För att jämföra med tidigare redovisade värden anges först ett medelvärde av tvärsnittarean. I genomsnitt hade torrsubstanshalten ökat något jämfört med utgångsvärdet. Torrast var den täckta Toblerone och blötast var den ej täckta tårtan (tabell 10). Standardavvikelsen ökade kraftigt med högsta värdet för den ej täckta Toblerone indikerande att det fanns mycket stora variationer i fukthalt inom stacken. Tabell 10. Fukthaltsmätning från tvärsnitt i stackarnas mitt vid slakt av försöket enligt schemat i figur 9. Medelvärden från prover st per stack samt standardavvikelse (Sdev) Stack TS-halt Sdev Ej täckt Toblerone 49,3 16,03 Täckt Toblerone 58,2 10,46 Ej täckt tårta 44,6 10,45 Täckt tårta 52,4 6,25 Medel 51,1 Volymsviktad fuktmätning I det här läget fanns alltså 3 helt olika värden för den genomsnittliga torrsubstanshalten i respektive stack. Vad var rätt värde? Om det nu finns stora fuktvariationer både inom och mellan stackar bör ett system utvecklas där större hänsyn tas till detta och dessutom kan överföra detta till den volym som har denna fukthalt. Första steget i den modellen var att ta tvärsnittsbilder av alla stackarna och rita in fuktzonerna utifrån färgnyanserna på bilden. Sedan överfördes dessa till ArcGis och de fukthalter som mättes enligt den systematiska provtagningen enligt ovan. Vidare togs det även bilder med en värmekamera och med fukthalterna från mätningen kunde zoner mellan mätningarna ritas in med ganska rätt fukthalt (figur 10). Sedan byggdes ett gitternät, där även fukthalter i övergångszoner kunde skattas med någorlunda rätt fukthalt. Slutligen gjordes varje ruta om till en volymenhet baserat på stackens form och storlek, och slutligen summerades dessa värden till dels en areaviktad fukthalt och dels en volymsviktad fukthalt. Det skiljde tämligen lite mellan areaviktad och volymsviktad fukthalt, men volymsviktad bedöms karikera rätt fukthalt på ett bättre sätt. 16

17 A B C Figur 10. Ej täkt Toblerone i tvärsnitt vid avslutningen. A. Tvärsnittsbild. B. Rutnät med infogade värden på fukthalten på de ställen den mättes. C. Färgläggning med fukthaltzoner i ArcGIS baserat på A och B och underlag för volymsviktning av fukthalten. Samtliga stackar hade en mer eller mindre uttalad torrzon i centrum på det sätt som visas i figur 10A. Minst uttalad var den hos den ej täckta tårtan och störst samt kraftigast var den på den täckta Toblerone. Resultatet blev en mycket mer nyanserad bild av fukthalterna i respektive stack (tabell 11). 17

18 Tabell 11. Fukthalter och torrsubstanshalt beräknade från provtagningar enligt figur 9 och bearbetning i ArcGIS till areaviktad eller volymsviktade värden enligt figur 10 Stack Areavikt fh% Volvikt fh% TS volvikt% Ej täckt toblerone 51,34 50,55 49,45 Täckt toblerone 38,62 38,65 61,35 Ej täckt tårta 56,27 56,78 43,22 Täckt tårta 45,55 46,43 53,57 Medel 51,9 Den volymsviktade torrsubstanshalten kommer i fortsättningen att betraktas som den sanna, väl medvetna om att det är mycket svårt att få ett sant värde på fukthalten i en lagrad stack på över 100 ton efter 5-6 månaders lagring. I jämförelse med VMF:s mätvärden blev stackarna betydligt torrare med den täckta Toblerone som torrast. Det var också tydligt vid avslutningen när det närmast dammade då materialet lastades upp i flisvagnen. Vidare upplevdes även den ej täkta tårtan som blötare än vad som mättes in vid Domsjö, eftersom det blev kvar 42 ton sedan 6 lastbilar kört i materialet åter till Domsjö. För ej täckt Toblerone och täckt tårta räckte det med 6 lastbilar och för täckt Toblerone räckte det med 5 lastbilar. Fuktvärdena för nätsäckarna indikerade något högre torrsubstanshalt än det volymviktade värdet. Å andra sidan låg de flesta nätsäckarna faktiskt i den torrzon som utbildats (syns t.ex. i figur 10A på den vänstra sidan av stacken). De kan rimligen inte representera ett medelvärde för en stack. Däremot var deras torrsubstanshalter faktiskt nära överensstämmande med de prover som togs ut för tvärsnittsmätningen (position och 22-23). Slutligen gjordes även en kontrollmätning av fukthalten i de hinkar som uttogs vid starten av försöket. Proverna hade förvarats i hinkar med lock och i en jordkällare. Medelvärdet av dessa provers torrsubstanshalt var 52,2 % med standardavvikelsen 2,77 dvs något torrare än medelvärdet från VMF-mätningen i utgångsläget. Detta värde har sedan använts vid fortsatta beräkningar. Energiinnehåll På tre olika prover vid start av försöket gjordes mätningar av det kalorimetriska värmevärdet enligt SS ISO 1928:1. Medelvärdet blev 19,91 MJ/kg TS. För att räkna ut det effektiva värmevärdet måste hänsyn tas till vätehalten i bränslet, vilket avgår som vatten. Ett vanligt närmevärde är 6 % (Andersson & Burvall 1986), dvs om man multiplicerar det kalorimetriska värdet med 0,94 justeras det kalorimetriska värmevärdet för vätehalten. Det effektiva värmevärdet (Weff) för materialet blev därmed 18,71 MJ/kg TS. Däremot gjordes ingen justering för askhalt eftersom det antogs vara lika för alla proverna. Vid torkning av proverna vid avslutningen av försöket uttogs prover för bestämning av värmevärdet och analysen gjordes på samma laboratorium. Proverna sorterades ut så att ett värde representerade det torra materialet och ett det blöta materialet (tabell 12). Den relativa mätosäkerheten vid bestämning av värmevärdet var ± 2 % vilket gör att skillnaden mellan prover måste vara minst 0,4 enheter för skillnad skall kunna identifieras. Således fanns det ingen skillnad mellan torr och blöt del. Däremot kan det konstateras att täckta stackar hade ett något högre värmevärde än de ej täckta stackarna, även om det inte var signifikant kan 18

19 det misstänkas leda till att en liten energiförlust fanns i de ej täckta stackarna. Vidare kan det konstateras att i genomsnitt hade inte någon större energiförlust gjorts i stackarna i motsats till vad VMF-mätningarna antydde. Tabell 12. Kalorimetriska värmevärdet (MJ/kgTS) i flisprov tagna vid avslutningen dels från blöt del (fh > 45 %) och dels från den torra delen (fh< 45 %). Det effektiva värmevärdet (MJ/kgTS) har beräknats som medel av torr och blöt del med justering för 6 % vätehalt Kalorim. värmevärde Effektivt Stack Torr del Blöt del värmevärde Ej täckt toblerone 19,86 19,6 18,55 Täckt toblerone 19,89 20,01 18,75 Ej täckt tårta 19,73 19,87 18,61 Täckt tårta 20,2 20,13 18,96 Medel 19,92 19,90 18,72 Vid beräkning av energiinnehållet i en stack skall en justering göras för fukthalten, dvs beräkning av effektivt värmevärde vid leveranstillstånd. Därmed utgår man från att vatten från förbränningen förs bort som ånga med förbränningsgaserna (Andersson & Burvall, 1986; Lehtikangas, 1999). I ett modernt kraftvärmeverk finns normalt en rökgaskondensor där större delen av värmen i vattenångan tas tillvara. Dock räknar man fortfarande med effektivt värmevärde vid leveranstillstånd. Den formel som användes var: Weff lev = ((Weff -2,45(100-TS)/TS)/3,6)x ton torrt material Där Weff lev = värmevärdet vid leverans korrigerad för fukthalten, MWh Weff = Effektiva värmevärdet, MJ/kg TS TS = torrsubstanshalten, % Tabell 13. Effektivt värmevärde vid leveranstillstånd per stack enligt våra egna mätningar Till Köpmanholmen MWh Till Domsjö MJ/kgTS MWh Ton Korrigerad Effektivt Ton Förändr Effektivt Effektivt Stack råvara TS-halt Ton TS We vid levråvara TS-halt Ton TS ton TS värmev We vid lev Ej täckt toblerone 240,85 52,2 125,7 575,1 229,15 49,45 113,3-12,4 18,55 504,9 Täckt toblerone 237,9 52,2 124,2 568,0 201,35 61,35 123,5-0,7 18,75 590,5 Ej täckt tårta 247,05 52,2 129,0 589,9 253,3 43,22 109,5-19,5 18,61 468,1 Täckt tårta 236,75 52,2 123,6 565,3 227,9 53,57 122,1-1,5 18,96 570,8 Summa 962,55 502,5 2298,2 468,4-34,0 18, ,4 Enligt de mätningar och beräkningar gjorda av VMF hade 2154 MWh körts ut till Köpmanholmen. Enligt våra beräkningar var det nästan 2300 MWh som hade körts ut. Åter till Domsjö efter 5,5 månaders lagring var det inkört 2134 MWh. Vid lagringen hade således 34 ton TS och 164 MWh förlorats. Enligt VMF mätningarna skulle 69 ton TS och 381 MWh förlorats vilket alltså är mer än dubbelt så mycket. Det motsvarar de förluster beskrivna av Lehtikangas (1999) och Thörnqvist (1982), dvs 14,5 % i ton TS och 18 % i effektivt värmevärde, men är inte troligt med denna lilla torrsubstansförlusten som mäts upp i två av stackarna i Köpmanholmen. 19

20 De täckta stackarna förlorade mycket litet i torrsubstans och eftersom de dessutom hade torkat jämfört med utgångsvärdet, hade faktiskt energiinnehållet ökat något (tack vare formeln). Största skillnaderna fanns mellan att ha täckt stacken eller inte, medan en packning till tårta eller bara att stacka upp materialet verkar ge ganska liten skillnad mellan modellerna och snarare till nackdel för packningen. Analys vad 5 % fel i mätning betyder Vad betyder det att mäta 5 % fel av någon av faktorerna vikt, fukthalt, energiinnehåll och pris? I figur 11 visas effekten för de enskilda faktorerna samt olika antal faktorer gånger varandra. Tydligen har varje faktor lika stor betydelse, dvs om 3 faktorer mäts fel sjunker värdet med 3x5 = 15 enheter. Ingen enskild faktor betyder således mer än den andre. Figur 11. Analys av vad -5 % differens betyder i vikt (ton), torrsubstanshalt (TS), värmevärde (We), pris samt faktorerna tillsammans. Varför har det då blivit så stor skillnad mellan våra mätningar och de som utförts av VMF? En sak är tämligen tydlig och det är att ett enda prov från toppen av ett GROT-lass kan ge tämligen stort fel i värde på torrhalten. Ju större variation ett lass har i fukthalt, desto fler prover borde tas och enligt instruktionerna (Anon., 1999) så många prov bör tas att felet i bestämningen uppgår till högst ± 2 %-enheter. Enligt Hägg (2008) borde dels antalet prover i ett heterogent lass ökas till minst 5-7 st för att kunna karikera lasset på ett bra sätt, och dels bör proven tas på olika ställen i lasset och helst på ett objektivt sätt. I en flisstack som lagrats under en längre period kommer en omlagring av fukten att ske och en torrzon utbildas i centrum av stacken (jfr även Thörnqvist, 1982). Ett värde från toppen av lasset kan därför visa vad som helst, men troligen kommer det fuktiga längst ner i stacken hamna överst när skopan töms och därför blir lasset bestämt blötare än vad det egentligen är. 20