Kvantifiering och karakterisering av faktiska utsläpp från småskalig biobränsleeldning. Biobränsle Hälsa Miljö

Transkript

1 Kvantifiering och karakterisering av faktiska utsläpp från småskalig biobränsleeldning Emissionsklustret Biobränsle Hälsa Miljö Linda Johansson, Lennart Gustavsson, Mathias Johansson, Stefan Österberg, Claes Tullin, och Henrik Persson SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut David Cooper, Åke Sjödin, Annika Potter, och Eva Brorström Lundén IVL Svenska Miljöinstitutet

2

3 Förord Arbetet som presenteras i denna rapport är ett av fem projekt inom Emissionsklustret, som i sin tur ligger inom Energimyndighetens ramprojekt Biobränsle, Hälsa, Miljö (BHM). Projektet i denna rapport är ett samarbete mellan IVL Svenska Miljöinstitutet, och SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut. SP:s och IVL:s del är att inom Emissionsklustrets villasegment undersöka emissioner från vedpannor och pelletbrännare/pelletpannor. SP ansvarar i huvudsak för mätning och provtagning på laboratoriet medan IVL ansvarar för framtagandet av en enkel fältmetod, samt för analyser av flyktiga organiska ämnen (VOC) och polycykliska aromatiska ämnen (PAH). Övriga fyra projekt inom Emissionsklustret är följande: Umeå Universitet i samarbete med Stockholms Universitet undersöker emissioner från lokaleldstäder och pelletkaminer. Växjö Universitet/Lunds Universitet samt TPS/Göteborgs Universitet kartlägger emissionerna från i första hand närvärmeanläggningar för biobränsle. Energitekniskt centrum i Piteå och ÄFAB inventerar villasegmentet, samt gör förenklade fältmätningar. Detaljerade resultat från respektive projekt presenteras i separata rapporter, och huvudresultat återfinns i syntesrapport för BHM:s Emissionskluster. Delresultat från SP/IVL:s arbete, i form av emissionsfaktorer för olika typer av uppvärmningsformer, har rapporterats i SP Rapport 2003:08, Emissioner från småskalig biobränsleeldning mätningar och preliminära mängdberäkningar.

4

5 Sammanfattning Detta är slutrapporten för SP (Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut) och IVL:s (Svenska Miljöinstitutet) samarbetsprojekt inom Energimyndighetens ramprojekt BHM (Biobränsle Hälsa Miljö), projekt-nr P Omfattande emissionsstudier har gjorts på ved- och pelletpannor för enfamiljshus. En del av projektet har också inkluderat framtagning av en enkel metod för provtagning i fält. Antalet mätfall vid emissionsstudierna var 29, varav 25 mättes på laboratoriet och övriga i fält. Två av fallen är oljeeldning, och finns med som jämförelse. För vedpannor inkluderades både eldningsutrustningar som uppfyller emissionskriterier enligt Boverkets byggregler, vilka benämns miljögodkända, och pannor som ej uppfyller kraven (icke miljögodkända ). Följande gasemissioner mättes: kolmonoxid (CO), koldioxid (CO 2 ), syre (O 2 ), totala organiska gasformiga ämnen (TOC), kväveoxider (NO x ), polycykliska aromatiska kolväten (PAH), och 33 flyktiga organiska ämnen (VOC). Partikelemissioner karakteriserades m a p masskoncentration, antalskoncentration, och motsvarande partikelstorleksfördelningar. Masskoncentrationen varierade mellan 13 mg/mj för bästa fallet av pelletseldning och 2200 mg/mj för en icke miljögodkänd vedpanna, konstruerad med överförbränning och vattenmantlad förbränningszon, som eldades utan anslutning till ackumulatortank. CO-emissionen ökade med ökad luftfaktor, vilket indikerar att lufttillförsel inte är den begränsande faktorn för utbränning. De sämre förbränningsfallen förklaras istället med dålig omblandning eller med att lufttillförseln var så hög att den hade en kylande påverkan. TOC-emissionen kunde korreleras med COemissionen. TOC varierade mellan 1 och 4800 mg/mj, presenterat som metanekvivalenter. CO-emissioner mellan 30 och mg/mj uppmättes. Både TOC och CO är mått på förbränningsförhållanden, och koncentrationsvariationer beror på de stora skillnader mellan eldningsutrustningar, eldningsbeteenden, och bränslekvalitet som undersöktes. Metan utgjorde den största andelen av VOC-emissionerna i samtliga mätfall. Emissionerna från pelletbrännare varierade inom ett snävare område jämfört med vedpannorna. För vedpannorna erhölls de lägsta emissionerna vid eldning i miljögodkända moderna vedpannor, vilka var konstruerade enligt principen för omvänd förbränning och med keramiskt isolerad förbränningszon, och eldades anslutna till ackumulatortank. Det konstateras också att de flesta emissionerna från icke miljögodkänd vedpanna kan minskas avsevärt genom att anslutning till ackumulatortank (dock observerades samtidigt betydande temperaturhöjning för rökgasen), eller genom att elda mindre vedinlägg (i förhållande till vedmagasinet). En enkel metod för mätning av CO, CO 2, O 2, OGC/TOC, NO x, och VOC har tagits fram och verifierats inom projektet. Den enkla metoden är avsedd för insamling av rökgas från skorstenar på hustak, och bygger på insamling av rökgas i folieballonger. Metoden fungerar utan el.

6 Abstract This report is the final report of a project in co-operation between SP (Swedish National Testing and Research Institute) and IVL (Swedish Environmental Research Institute) within the BHM research program (Bio-fuel, Health and Environment) financed by the Swedish Energy Agency. A comprehensive set of emission measurements has been conducted on domestic biomass boilers for wood logs and wood pellets. Within the project development of a simple method for field sampling has also been included. During the emission studies, different boilers with respect to age, design, and biomass fuels are included in the study, which also covers two oil-fired boilers for comparison. The total number of measurements cases was 29, from which 25 were measured at the laboratory and the remaining in field. Two of the cases were domestic oil burning, and were included as a comparison. The gas measurements comprised carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), oxygen (O 2 ), total organic carbons (TOC), nitrogen oxides (NO x ), polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), and 33 volatile organic compounds (VOC). Particle emissions were characterised by mass concentration, number concentration, and the corresponding particle size distributions. The mass concentration of particles ranged from 13 mg/mj (wood pellets) up to 2200 mg/mj for a water-cooled wood boiler without heat storage tank. The CO emission increased with increased air ratio, which indicates that air supply was not the limiting parameter for CO burnout. Poor combustion conditions could instead be explained by poor mixing conditions, or that the excess air was that large that it can be suspected to cool the combustion chamber, resulting in high CO emissions. The TOC emission was shown to correlate to the CO emission. TOC varied between 1 and 4800 mg/mj, presented as methane-equivalents, and CO-emissions between 30 and mg/mj. Both TOC and CO are indicators of combustion conditions. The large variations in concentrations can be explained by the large differences in combustion devices, operation of the equipment, and fuel-quality, investigated. Methane made up the largest fraction of the VOC emissions in all of the measurements cases. In general, the pellet burners were more equal in performance with lower emissions than the wood boilers. The lowest emissions from wood boilers were obtained from combustion of dry wood logs in modern, ceramic-lined boilers connected to heat storage tanks. It was also observed that most emissions could be considerably lowered by connecting an old-type wood boiler to a heat storage tank, (however increased flue gas temperature was observed) or by firing small (in relation to the combustion chamber) batches of wood. A simple method for measurement of CO, CO 2, O 2, OGC/TOC, NO x, and VOC has been developed and verified within this project. With the simple method flue gas from the chimney on a roof can be collected in foil balloons. The method does not need electricity.

7 Innehåll INLEDNING... 9 SYFTE OCH MÅL UTFÖRANDE ELDNINGSUTRUSTNINGAR OCH MÄTNINGAR Icke miljögodkända vedpannor Miljögodkända vedpannor Pelletpannor Oljepannor BRÄNSLEN MÄTTEKNIKER METOD FÖR ENKEL PROVTAGNING I FÄLT RESULTAT ELDNINGSUTRUSTNINGAR Oförbrända gasformiga ämnen Partiklar ELDNINGSBETEENDE BRÄNSLEKVALITET METOD FÖR ENKEL PROVTAGNING I FÄLT Mätning av CO, CO 2, O 2, och TOC Partiklar Specifika VOC DISKUSSION SLUTSATSER FORTSATT ARBETE REFERENSER Bilaga 1 Bilaga 2 Bilaga 3 Bilaga 4 Specifika VOC-ämnen Specifika PAH-ämnen Levoglukosan och fenoliska ämnen Utförligare beskrivning av framtagning av enkel fältmetod

8

9 Inledning Emissioner från vedpannor och pelletbrännare/pelletpannor kan variera kraftigt, p g a skillnader i eldningsutrustning, bränsle, och eldningsbeteende. Under senare år har det skett en viktig teknikutveckling för vedpannor. Detta har inte bara inneburit högre verkningsgrad utan också lägre emissioner eftersom förbränningen blivit effektivare. Miljögodkända vedpannor brukar vara konstruerade för omvänd förbränning, se figur 1, och ha en keramiskt fodrad slutförbränningszon. Vid omvänd förbränning tillförs luft vanligtvis ovanför bränslebädden. Bränslebädden tänds underifrån och tändningsfronten rör sig sen uppåt, motsatt luftflödets riktning. Övertändningen av bränslet sker då relativt långsamt. Gasen rör sig en relativt lång sträcka, och uppehållstiden för slutförbränning av gasen blir då lång innan gasen når de värmeöverförande ytorna. Vedpannor med omvänd förbränning uppfyller vanligtvis emissionskrav enligt Boverkets byggregler, vilket innebär emissioner av organiskt bundet gasformigt kol på under 150 mg/m N 3 torr rökgas (värdet är normerat till 10 % O 2 ) [1]. Eldningsutrustningar som uppfyller BBRs emissionskriterier kallas ofta miljögodkända. Figur 1 Vedpanna konstruerad med omvänd förbränning. Äldre typer av vedpannor uppfyller oftast inte kraven för miljögodkänd, och kallas därför i den fortsatta rapporten för icke miljögodkända pannor. Denna typ av panna är oftast konstruerad enligt principen för överförbränning, vilken beskrivs i figur 2. Luft tillförs under bränslebädden, och tändningsfronten rör sig sen uppåt genom bädden. Vanligtvis tänds hela bädden samtidigt varvid effektutvecklingen blir hög. Gasen har en mycket kort sträcka på sig innan den når de värmeöverförande ytorna och slutförbränningen blir därför ofta ofullständig. Figur 2 Vedpanna konstruerad enligt överförbränningsprincipen. Oavsett vilken vedpanna som installeras i ett hus är det alltid en fördel ur miljösynpunkt att ansluta pannan till en ackumulatortank. Då kan pannan eldas vid en hög effekt för att värma vattnet till 9

10 ackumulatortanken, istället för att elda direkt mot värmebehovet i huset. Genom att använda ackumulatortank närmar man sig optimala förbränningsförhållanden med både låga emissioner och hög verkningsgrad. Anslutning av pelletbrännare till ackumulatortank har dock inte lika stor effekt, beroende på att mängden bränsle är så mycket mindre än i en vedpanna, vilket gör det enklare att kontrollera förbränningen i en pelletbrännare. Pelletbrännare används vanligtvis utan anslutning till ackumulatortank, och slår på och av i cykliska perioder som är olika långa beroende på värmebehovet i huset. Emissioner från icke miljögodkända vedpannor kan minskas, förutom genom att ansluta till ackumulatortank, också genom varsamt eldningsbeteende. Varsam eldning betyder i detta sammanhang att man använder torr ved, bara delvis fyller vedmagasinet, och säkerställer god lufttillförsel. Detta eldningsbeteende förutsätter en eldare som är hemma under dagen och kan fylla på ved ofta. Motsatsen till detta eldningsbeteende är att man fyller hela vedmagasinet och stryper lufttillförseln för att vedinlägget skall ligga och pyra så länge som möjligt. Alternativet att elda utan ackumulatortank gäller i realiteten endast för icke miljögodkända pannor. Effektutvecklingen från miljögodkända pannor är så pass hög att eldning mot ackumulatortank förutsätts. Teknikutvecklingen för vedpannor innebär att det idag finns flera miljögodkända vedpannor med låga emissioner. Samtidigt konstateras att huvuddelen av pannorna som finns installerade i Sverige idag utgörs av icke miljögodkända vedpannor utan ackumulatortank [2]. När dessa pannor byts ut, eller ackumulatortank ansluts, är det viktigt att beakta ökad brandrisk eftersom rökgastemperaturen ökar [3]. Potentialen för emissionsminskningar genom utbyte av samtliga befintliga vedpannor som är icke miljögodkända är mycket stor och illustreras med figur 3, vilken bygger på mätningar i detta projekt. För underlag och beräkningar bakom figur 3 hänvisas till tidigare delrapportering av projektet [4] Metan Emission per år (ton) OGC NMVOC Stoft År Figur 3 Framtidscenario för emissioner av OGC, NMVOC (flyktiga organiska ämnen exklusive metan), metan, och stoft, om 90 % av icke miljögodkända pannor utan ackumulatortank byts mot miljögodkända pannor med ackumulatortank och 10 % byts mot pelletbrännare senast år Figuren har tagits fram vid tidigare delrapportering i projektet [4] 10

11 Syfte och mål Trots att det är väl känt att emissionerna från icke miljögodkända vedpannor är höga är emissionsfaktorer, d v s koncentration av föroreningar i rökgasen, litteraturen begränsade. Således syftar detta projekt till att ta fram emissionsfaktorer för vedpannor och pelletbrännare, med särskild vikt på panntyp, bränsle, och eldningsbeteende. Detta sker genom mätningar på vanligt förekommande pannor och systematiskt variera utvalda parametrar i laboratorium. Som referens ingår också oljebrännare. Parallellt är målsättningen också att ta fram en metod för enkel provtagning i fält. Projektet omfattar både gasformiga ämnen och partiklar. 11

12 12

13 Utförande Mätningarna omfattade vedeldade icke miljögodkända kombipannor, icke miljögodkända vedpannor, miljögodkända vedpannor och pelletbrännare/pelletpanna. Både eldningsbeteende och bränslekvalitet varierades i pannor och brännare. Som referens mättes också emissioner från två oljebrännare. En sammanställning över de mätfall som undersöktes visas i tabell 1. Totalt gjordes 29 mätningar, varav 25 på SP:s förbränningslaboratorium och övriga i fält. Tabell 1 Sammanställning över mätfall. Panna/brännare Driftförhållande Bränsle Fall Icke miljögodkända vedpannor Miljögodkända vedpannor Pelletpannor Oljepannor Vattenmantlad kombipanna, överförbränning Vattenmantlad vedpanna, överförbränning Keramisk vedpanna med rökgasfläkt, omvänd förbränning ackumulatortank, 10 kw (100 %) torr ved a stora vedinlägg, 6 kw torr ved b små vedinlägg, 6 kw torr ved c små vedinlägg, fältmätning torr ved d ackumulatortank, 24 kw (100 %) torr ved e stora vedinlägg, 7 kw torr ved f små vedinlägg, 6kW torr ved g ackumulatortank, 34 kw (100 %) torr ved h ackumulatortank, 30 kw (100 %) 26 % fukt i ackumulatortank, 12 kw (100 %) 38 % fukt j ackumulatortank, fältmätning torr ved k ackumulatortank, 28 kw (100 %) torr ved l ackumulatortank, 24 kw (100 %) 26 % fukt m Keramisk vedpanna med självdrag, omvänd förbränning ackumulatortank, fältmätning torr ved n Keramisk vedpanna med rökgasfläkt, omvänd förbränning Pelletbrännare med underhållsfyr Pelletbrännare med eltändning Pelletpanna ackumulatortank, 23 kw (100 %) briketter o nominell, 11 kw (100 %) träpellets p 6 kw träpellets q 6 kw högt drag träpellets r 3 kw träpellets s nominell, 22 kw (100 %) träpellets t 6 kw träpellets u 3 kw träpellets v fältmätning träpellets w nominell, 16 kw (100 %) träpellets x 6 kw träpellets y 3 kw träpellets z Pelletbrännare med eltändning 6 kw barkpellets å Svanenmärkt oljepanna nominell, 18 kw (100 %) olja ä Oljebrännare/vattenmantlad ö nominell, 21 kw (100 %) olja kombipanna Emissioner presenteras i mg eller antal partiklar per MJ tillfört bränsle, och beräknas utifrån uppmätt koncentration förorening, uppmätt CO 2 -koncentration, och bränsleanalys. Alla emissonsfaktorer är medelvärden från beskrivna mätperioder. Eldningsutrustningar och mätningar På laboratoriet optimerades eldningsutrustningarna m a p lufttillförsel före mätningar. Vid fältmätningar eldade husägaren som vanligt, d v s inga optimeringar gjordes, och eldaren fick inte heller någon form av eldningsinstruktioner. Eldningsbeteendet noterades dock. Både vid laboratorieoch fältmätningar startades mätningar då pannvattnet var uppe i temperatur. 13

14 Vedpannorna värmdes upp genom att elda ett mindre vedinlägg före mätning, vilket tog en till två timmar. Varje mätfall startade efter tändning av det andra vedinlägget och sträckte sig till och med att tredje inlägget brunnit ut, vilket definierades som att CO 2 minskat till 4 %. Pellet- och oljebrännare/panna värmdes också upp före mätning, vilket gjordes genom att köra dem på det aktuella driftfall som skulle undersökas. Brännaren gick vid det aktuella driftfallet under en till två timmar före mätstart. Mätfallen vid nominell effekt varade tre timmar, och intermittenta driftfall varade ibland längre. Start och stopp av intermittenta driftfall gjordes med hänsyn till driftscykler, d v s varje mätfall sträckte sig över hela cykler. Icke miljögodkända vedpannor Icke miljögodkända vedpannor (fall a g i tabell 1) representerades av laboratoriemätningar på en vattenmantlad vedeldad kombipanna och en vattenmantlad vedpanna, samt en fältmätning på en vattenmantlad vedeldad kombipanna. Kombipannan i fält var av exakt samma modell som kombipannan på laboratoriet. I kombipannan kan man elda ved, olja, eller pellets och en principskiss av denna visas i figur 4. Den viktigaste skillnaden mellan vedeldning i kombipannan och vedpannan, som var endast avsedd för ved, är det lilla eldstadsutrymmet i kombipannan. Icke miljögodkända pannor eldades med och utan anslutning till ackumulatortank. Eldning utan ackumulatortankgjordes på två sätt: eldning med stora vedinlägg, d v s vedmagasinet fylldes upp kombinerat med strypning av lufttillförsel och eldning med mindre vedinlägg, d v s delvis fyllning av vedmagasin. Första eldningsbeteendet representerar en användare som vill att varje vedinlägg skall brinna så länge som möjligt, och andra eldningsbeteendet representerar en användare som är hemma under dagen och vill ha ut så mycket effekt som möjligt av varje vedträ. Figur 4 Kombipanna. Miljögodkända vedpannor Miljögodkända vedpannor (fall h o i tabell 1) representeras av laboratoriemätningar på två pannor och fältmätningar på ytterligare två pannor. Både laboratorie- och fältmätningar gjordes på en keramisk panna med självdrag och en med rökgasfläkt. Pannorna med rökgasfläkt var av exakt samma modell på laboratoriet och i fält. Samtliga mätfall med miljögodkända vedpannor gjordes med pannorna anslutna till ackumulatortank. Ved med olika fukthalt eldades i en av de miljögodkända vedpannorna. I ett fall eldades också briketter (ca 8 % fukthalt). Pelletpannor Karakterisering av emissioner från pelletbrännare/pelletpannor (fall p å i tabell 1) baserades på laboratoriemätningar på en uppåtbrinnande brännare med underhållsfyr, en framåtbrinnande brännare med eltändning och en pelletpanna (med uppåtbrinnande brännare och underhållsfyr), samt en fältmätning på en framåtbrinnande brännare med eltändning. Pelletbrännaren i fält är av exakt samma 14

15 modell som motsvarande brännare på laboratoriet. Pelletpannan utgörs av en pelletbrännare som säljs tillsammans med en panna. Pelletbrännarna anslöts till samma vattenmantlade kombipanna som användes för vedeldning (figur 4). På laboratoriet undersöktes tre driftfall för varje pelletutrustning: nominell effekt, d v s kontinuerlig drift vid maximal effekt, 6 kw värmebehov i huset, och slutligen 3 kw värmebehov i huset. 6 och 3 kw värmebehov representerar typiska behov i en enfamiljsvilla. Oljepannor Slutligen mättes emissioner från två oljebrännare (fall ä ö i tabell 1). En av brännarna installerades i samma kombipanna som använts för ved- och pelletseldning (figur 4). Den andra oljebrännaren säljs som oljepanna, d v s ihop med en panna, och är Svanenmärkt [5]. Bränslen Använda bränslen sammanställs i tabell 2. Den kemiska sammansättningen i vedbränslena pellets, träbriketter och vedträn är lika, med undantag för fukthalten, vilken var ca 8 % för träpellets och träbriketter och 15, 26 eller 38 % i vedträna. Vedträn med fukthalten 15 % betraktas som torr ved. Askinnehållet i träpellets, träbriketter, och vedträn var 0,3 0,5 %. Barkpellets innehöll 3,7 % aska och samtidigt en avsevärt högre kvävehalt. Vedträna hade en längd på ca 500 mm. De ursprungligt cylindriska vedträna klövs i en eller två bitar, vilket resulterade i en transversell storlek kring 100 mm. Trä- och barkpellets hade en diameter kring 8 mm och längden mm. Tabell 2 Elementaranalys och värmevärde hos använda bränslen. Fukthalten är mass-% m a p fuktigt bränsle, och övriga data avser mass-% m a p torrt bränsle där inte annan enhet indikeras. Vedträn Träbriketter Träpellets Barkpellets Olja Aska 0,3 0,3 0,5 3,7 0,6 Fukt 15/26/38 7,5 7,6 7,8 0 Undre värmevärde (MJ/kg) 19,0 18,9 19,0 20,1 431 Kol 50,6 50,6 50,2 52,1 87,5 Syre 4,.7 42, ,8 0 Väte 6,4 6,4 5,9 5,9 12,7 Kväve 0,05 0,05 0,08 0,48 0,1 Svavel <0,01 <0,01 <0,01 0,03 0,09 Mättekniker Mätuppställningen under laboratoriemätningarna visas i figur 5. Partiklar provtogs i de två första provtagningspunkterna. Första mättutaget var placerat minst 500 mm ovanför skorstenens infästning i pannan, och nästföljande uttag minst 500 mm högre upp. Uppströms partikelprovtagningsuttagen var raksträckorna ostörda (utan andra mättutag ) under så lång sträcka som var praktiskt möjligt. Gasformiga ämnen provtogs i mättutag tre till fem. Slutligen mättes rökgastemperatur med ett termoelement som placerades en till två meter ovanför skorstenens infästning i pannan. Partiklar provtogs i två separata linjer, en för total masskoncentration, och en för antalskoncentration (antal partiklar/mj) och antalstorleksfördelningar. I första provtagningslinjen provtogs rökgas isokinetiskt och späddes därefter i två steg. Första spädsteget gjordes uppvärmt (180 C), både m a p spädare och spädluft, för att undvika kondensation och partikeltillväxt. Efterutspädning mättes antingen antalskoncentration och antalstorleksfördelning med en elektrisk elektrisk lågtrycksimpaktor (ELPI), eller masstorleksfördelning med en Dekati lågtrycksimpaktor (DLPI, tillverkas av Dekati ltd). Båda instrumenten mäter partiklar i storleksområdet 30 nm till 10 µm. I den andra provtagningslinjen provtas rökgas isokinetiskt för uppsamling av partiklar på filter och analys av total masskoncentration enligt svensk standard för stoftprovtagning [6]. 15

16 Tredje provatgninglinjen användes för kontinuerlig mätning av O 2, CO 2, CO, NO x och OGC (organiskt bundet kol), vilket alternativt presenteras som metanekvivalenter TOC (totalt gasformigt organiskt bundet kol). Gasanalyser som fungerar enligt följande principer användes: icke-dispersiv infraröd (CO 2, CO), paramagnetism (O 2 ), flamjonisation (OGC/TOC) och kemiluminescence (NO x ). PAH, levoglukosan, och fenoliska ämnen (fjärde provtagningslinjen) mättes genom provtagning av ett antal stickprov vid varje mätfall. Gas och partiklar samlades in, extraherades, och analyserades med gaskromatograf/masspektrometer (GC/MS). PAH-provtagning gjordes enligt ISO [7]. Adsorbenten utgjordes av en behållare med XAD-2 och polyuretanskum. De analyserade PAHföreningarna var: naftalen, 2-metyl-naftalen, 1-metyl-naftalen, 2,6-dimetyl-naftalen, acenaftylen, acenaften, 2,3,5-trimetyl-naftalen, fluoren, dibensotiofen, fenantren, antracen, 2-metyl-antracen, 1- metyl-fenantren, 1-metyl-antracen, fluoranten, pyren, reten, bens(a)antracen, chrysene, benso(b)fluoranten, benso(k)fluoranten, benso(e)pyren, benso(a)pyren, perylen, indeno(1,2,3- cd)pyren, dibens(a,h)antracen, och benso(ghi)perylen. De fenoliska ämnen som analyserades vas: fenol, o-, m-, och p-kresol, guajakol, 4-metyl-guajakol, iso-syringol, syringol, och vanillin. Figur 5 Mätuppställning vid laboratoriemätningar. Femte och sista provtagningslinjen var för stickprovtagning av rökgas och efterföljande analys av flyktiga organiska ämnen (VOC). Rökgasen filtrerades, kyldes till rumstemperatur och fördes med en inert pump till en 80-liters Tedlar-påse. Efter mätning fördes delar av rökgasprovet över på Tenax- 16

17 (analys av kolväten med 6 14 kolatomer) och Carbopac-adsorbent (analys av 1,3-butadien) för att senare analyseras med gaskromatograf (GC). Återstoden av rökgasprovet i Tedlar-påsen analyserades inom ett dygn med GC (analys av kolväten med 1 6 kolatomer). För samtliga VOC-ämnen användes externa standarder vid GC-analys. För kolvätena med två till sex kolatomer var osäkerheten i standarden 5 %, utom för etyn och 1,3-butadien för vilka osäkerheten låg på 10 %. För de tyngre kolvätena, d v s aromatiska ämnen, n-oktan, och n-nonan låg osäkerheten på 2 %. Vid fältförsöken användes en mindre försöksuppställning. Då mättes: - masskoncentration av partiklar - O 2, CO 2, CO, NO x och OGC/TOC - VOC - I ett av fallen mättes också PAH. Metod för enkel provtagning i fält Parallellt med emissionsmätningarna på laboratoriet utvecklades en enkel metod för fältbruk, vilken sedan användes vid fältmätningarna. Enkel provtagning av rökgaser i fält, d v s i skorstenstoppen av enfamiljshus, skall fungera också utan tillgång till el. En schematisk bild av den enkla fältmetod som tagits fram i projektet visas i figur 6. Rökgasen förs först genom ett uppvärmt och invägt planfilter som sitter i en filterhållare, för avskiljning av partiklar. Filtret kan sedan vägas för att på så sätt erhålla masskoncentration av partiklar. Den enkla fältmetoden gjordes i några fall ännu enklare på bekostnad av partikelmätning. I dessa fall byttes planfiltret mot ett ännu enklare partikelfilter: ett 60 mm teflonrör packat med glasull. Oavsett vilket stoftfilter som användes värmdes filtret till o C. folieballong provgas in filter kylväska med isblock och 2 st. kondensfällor SKC batteridriven handpump Figur 6 Schematisk bild av den enkla fältmetoden. Efter filtret fördes rökgasen genom en enkel kylare. Två typer av kylare testades: 1. En kylväska med 2,5 liter kallt vatten och 5 nedsänkta frysblock skapades ett isbad (ca 1 o C). Rökgasen passerade genom två tvättflaskor vilka fungerade som kondensfällor, och stod stabilt placerats i kylväskan. 2. Två tvättflaskor placerades som kondensfällor i en kylvätska utan något annat kylmedium än omgivningsluft (ca 24 o C på laboratoriet). Skillnaderna mellan kylning i 1 o C vatten och 24 o C luft var insignifikanta, således användes det enklare alternativet utan isblock vid fältmätningarna. 17

18 Efter kylaren samlades rökgasen i en folieballong. De aktuella provtagningsflödena var 0,2-1 lit/min, vilket gav provtider på minuter (ballongvolym ca 14 lit). Direkt efter provtagning drogs en fraktion (några ml) av gasprovet ut från folieballongerna med en gastät spruta, och fördes över på adsorbentrör (Tenax- och Carbopac-rör med dödvolym 1,6 ml). Beroende på förväntade TOC-halter, vilka erhölls från flamjonisationsdetektorn, anpassades provvolymen på adsorbentrören enligt: För TOC-halter <100 ppm (CH 4 -ekvivalenter) togs 18,4 ml som provvolym (20 ml spruta). För TOC-halter ppm (CH 4 -ekvivalenter) togs 8,4 ml som provvolym (10 ml spruta). För TOC-halter ppm (CH 4 -ekvivalenter) togs 3,4 ml som provvolym (5 ml spruta). För TOC-halter > 1000 ppm (CH 4 -ekvivalenter) togs 0,4 ml som provvolym (2 ml spruta). Syftet med att anpassa provvolymen var att undvika extra spädningsarbete under de efterföljande analyserna. De förslutna ballongerna togs sedan till IVL:s laboratorium efter varje mätdag för analys m a p: 1. CO, CO 2, O 2 och TOC ca 3-5 timmar efter provtagning och ytterligare en gång efter några dagar för att kontrollera eventuell läckage. 2. Lätta VOC, d v s 18 specifika kolväten med 1-6 kolatomer, 5-24 timmar efter provtagning. Adsorbentrören analyserades efter dagar vid IVL:s laboratorium med gaskromatograf. I första hand analyserades Carbopac-rören för 1,3-butadiene och Tenax-rören för 15 specifika kolväten med 6 14 kolatomer. 3. Slutligen vägdes planfiltren för att erhålla ett mått på masskoncentration av partiklar. Figur 7 Foto av stoftprovtagningssond samt sond till enkel fältmätning. Längst fram i bild finns sonden för enkel fältmätning (klenast rördimension), och strax bakom syns stoftprovtagningssonden. Filterhållaren för stoftmätning finns till höger i bilden, medan filterhållaren för enkel fältmätning inte syns i bild utan ligger ca 300 mm ned i skorstenen. Figur 8 Foto av kylare, pump och provpåse vid fältmätning. Teflonslangen kopplades till sond- och filterenheten i figur 6. Under fältmätningarna placerades filterhållaren inuti skorstenen ca 300 mm ned från skorstenstoppen (figur 7). Filtret värms då upp av rökgaserna, och det finns inget behov av ytterligare värmning. Rökgas extraherades genom en teflonslang (10 15 m) ned till kylare, pump (1 lit/min) och provpåse (som placerades utomhus på marknivå, se figur 8). Förutom stoftproven på förvägda planfilter togs tre påsprov (15 minuter per prov) för varje mätfall. Varje påsprov analyserades på plats m a p CO, CO 2 och TOC. Därefter överfördes rökgas på Tenax- (C6 - C14) och Carbopac-adsorbent (1, 3-butadiene). Återstoden av insamlad rökgas analyserades inom ett dygn m a p VOC med 1 6 kolatomer. Den enkla fältmetoden togs fram vid laboratorieförsök med pelletbrännare och icke miljögodkänd vedpanna. För verifiering av den enkla fältmetoden jämfördes resultaten från den enkla metoden med medelvärden från de kontinuerliga mätningarna av CO, CO 2, O 2, TOC och NO x över motsvarande tidsintervall. 18

19 Resultat Emissionerna av CO, OGC/TOC, totala VOC, totala PAH, mass- och antalskoncentration av partiklar och NO x presenteras i tabell 3. För att undersöka trender i resultaten delas mätfallen först in i grupper utgående från bränsle. I underkapitel presenteras sedan emissioner m a p påverkan från eldningsutrustning, eldningsbeteende, och bränslekvalitet. För att förenkla resultatpresentationen delas undersökta emissioner in i följande tre grupper: oförbrända gasformiga ämnen partiklar kväveoxider Tabell 3. CO 2, CO, TOC, partiklar och NO x -emissioner från vedpannor, pellet- och oljepannor. Mätfallen beskrivs i tabell 1. Emissioner presenteras i enheten mg per MJ, om inte andra enheter (%, eller antal partiklar per MJ) ges. TOC presenteras som metanekvivalenter. NO x presenteras som NO 2. Fall CO 2 CO OGC TOC VOC PAH Partiklar Partiklar NO x (%) (1/MJ) a 8, b 4, Icke miljögodkända c 6, * d 9, vedpannor e 8, ,9* f 6, * g 5, ,8* h 12, ,9 0, ,5* i 11, ,1 0, ,4* Miljögodkända j 5, ,0 89 8,5* k 9, vedpannor l 10, ,1 32 3,6* m 9, , ,4* n 8, Briketter o 10, ,2 0, ,0* p 9, ,0 0, ,4* q 6, ,0 0,26-1,7* r 4, , ,3* s 3, , ,4* t 13, ,5 0, ,8* Pelletpannor u 9, ,5 64 1,6* v 8, ,5 0, ,8* w 10, , x 11, y 6, ,1* z 3, ,2* Bark å 10, ,6 1, Oljepannor ä 12, ,1 0, ,01* ö 10, ,9 0, ,1* Oförbrända gasformiga ämnen, d v s CO och kolväteföreningar, är en konsekvens av ofullständiga förbränningsförhållanden, vilka kan förklaras utgående från välkända kriterium för gynnsam förbränning: tillräckligt lång uppehållstid vid tillräckligt hög temperatur, och med en tillräcklig omblandning av luft och brännbara gaser. I Boverkets byggregler regleras oförbrända gasformiga ämnen genom emissionskrav på högst 65 mg/mj för OGC (omräknat från 150 mg/m N 3 vid 10 % O 2 ) för vedpannor. Det är när en panna uppfyller detta emissionskrav vid standardiserad provning den benämns miljögodkänd. Detta emissionskrav uppfylldes inte i något av mätfallen för icke miljögodkända vedpannor, inte ens då de anslöts till ackumulatortank (tabell 3). För 19

20 miljögodkända vedpannor uppfylldes kraven utom vid laboratoriemätning vid eldning av färsk ved, och i ett av fältmätningsfallen. I figur 9 visas att CO-emissionen ökar med ökad luftfaktor. Således konstateras att tillgången på luft inte varit den begränsande faktorn för oxidation av CO, och att hög lufttillgång istället haft en kylande effekt i de sämre förbränningsfallen och därför hämmat CO-oxidation. I figur 10 visas att en linjär korrelation mellan CO och TOC erhölls för biobränslefallen, och likaså för oljeeldning. Således påverkas också TOC av luftfaktorn, precis som CO. Emissionerna av totala VOC och totala PAH korrelerar också väl med TOC (figur 11) Kolmonoxid CO (mg/mj) Luftfaktor Träpellets Barkpellets Vedträn Träbriketter Olja Figur 9. Kolmonoxidemissionen plottat mot luftfaktor för mätfallen i tabell 1. Indikerade trender är stödlinjer för att underlätta tolkning av data Kolmonoxid CO (mg/mj) Träpellets Barkpellets Vedträn Träbriketter Olja Totalt gasformigt organiskt kol TOC (mg/mj) Figur 10. Kolmonoxidemissionen plottat mot totalt gasformigt organiskt kol (metanekvivalenter) för mätfallen i tabell 1. Indikerade trender är stödlinjer för att underlätta tolkning av data. 20

21 Emissioner (mg/mj) Träpellets Barkpellets Vedträn Träbriketter Olja VOC PAH Totalt gasformigt organiskt kol TOC (mg/mj) Figur 11. Emissioner av totala VOC, öppna symboler, och totala PAH, fyllda symboler, plottat mot totalt gasformigt organiskt kol (metanekvivalenter) för mätfallen i tabell 1. Indikerade trender är stödlinjer för att underlätta tolkning av data. Partikelemissionen består både av organiskt material, d v s oförbränt fast material, och oorganiskt material, d v s askpartiklar. Oavsett förbränningsförhållanden finns alltid askpartiklar som en biprodukt vid förbränning av biobränslen. I figur 12 observeras relativt konstant masskoncentration av partiklar upp till TOC-koncentration kring 100 mg/mj, efter vilken masskoncentrationen av partiklar ökar. Ökning i masskoncentration av partiklar vid försämrade förbränningsförhållanden överensstämmer med tidigare arbete, t ex referenserna 6 och 7, och är en konsekvens av oförbränt material. Antalskoncentrationen av partiklar ökade också vid sämre förbränningsförhållanden, vilket indikeras genom plottning mot TOC i figur 13. Kväveoxider bildas antingen från förbränningsluften eller från bränslekvävet. En tydlig korrelation mellan kväveoxider och bränslekväve observeras i figur 14. Ingen tydlig relation mellan NO x och förbränningsluft erhölls dock (figur 15), troligen en konsekvens av att temperaturen minskar med försämrade förbränningsförhållanden (figur 9) och således också bildning av NO x ur bränslekvävet. Partiklar (mg/mj) Trä pellets Vedträn Träbriketter Olja Totalt gasformigt organiskt kol TOC (mg/mj) Figur 12. Masskoncentration av partiklar plottat mot totalt gasformigt organiskt kol (metanekvivalenter) för mätfallen i tabell 1. Indikerade trender är stödlinjer för att underlätta tolkning av data. 21

22 (10E-11)*Partiklar (1/MJ) Träpellets Vedträn Träbriketter Olja Totalt gasformigt organiskt kol TOC (mg/mj) Figur 13. Antalskoncentration av partiklar plottat mot totalt gasformigt organiskt kol (metanekvivalenter) för mätfallen i tabell 1. Indikerade trender är stödlinjer för att underlätta tolkning av data. Kväveoxider NOx (mg/mj) Träpellets Barkpellets Vedträn Träbriketter Olja Bränslekväve (%) Figur 14. Emissionen av kväveoxider (presenterade som NO 2 ) mot koncentration av kväve I bränslet. Mätfallen i figuren valdes ur figur 11 och motsvarar luftfaktorn 2 ±0.75. Indikerade trender är stödlinjer för att underlätta tolkning av data. 22

23 Kväveoxider NOx (mg/mj) Luftfaktor Träpellets Barkpellets Vedträn Träbriketter Olja Figur 15. Kväveoxider (presenterade som NO 2 ) mot luftfaktor för mätfallen I tabell 1. Indikerade trender är stödlinjer för att underlätta tolkning av data. Eldningsutrustningar Vedpannor (fall a o i tabeller 1 och 3) gav generellt högre emissioner av icke oxiderade gasformiga ämnen än pelletbrännare (fall p å i tabeller 1 och 3). Lägst emissioner uppmättes dock från oljebrännare (fall ä ö i tabeller 1 och 3). Det kan också noteras att variationen av emissioner från pellet- och oljebrännare var liten jämfört med vedpannor som hade stora emissionspann. Lägsta emissionsnivåer vid vedeldning låg på likadana nivåer som vid pelletseldning, och erhölls vid eldning av torr ved i miljögodkänd vedpanna ansluten till ackumulatortank. Emissioner från icke miljögodkända vedpannor som eldades med stora vedinlägg (i förhållande till vedmagasinet) och utan anslutning till ackumulatortank var betydligt högre, men minskades avsevärt genom att ansluta pannan till en ackumulatortank. För rökgastemperaturen uppmättes de lägsta temperaturerna vid vedeldning i icke miljögodkänd vedpanna (i fall f och g 100 respektive 140 C), medan betydligt högre rökgastemperatur uppmättes vid eldning mot ackumulatorank (i fall e 280 C) i samma panna. Samma trend uppvisades för den vedeldade icke miljögodkända kombipannan. Likaså uppmättes betydligt högre rökgastemperaturer för miljögodkända vedpannor (i fall h, i, l, och m C). Oförbrända gasformiga ämnen Bland VOC-föreningarna dominerade metan, vilket också är i överensstämmelse med tidigare arbete [10], och beror på relativt långsam oxidation jämfört med övriga kolväten [11]. Metan är en mycket starkare klimatpåverkande gas jämfört med koldioxid. Vid delrapportering av detta projekt konstaterades att en icke miljögodkänd vedpanna bidrar till växthuseffekten på grund av höga metanutsläpp och att bidraget är jämförbart med att använda en oljepanna [4]. Andelen metan, baserat på summan av alla uppmätta VOC-föreningar (bilaga 1), var 50 mass-% för oljebrännare (fall ä ö i tabeller 1 och 3), mass-% för pelletsfallen (fall p z i tabeller 1 och 3), mass-% för miljögodkända vedpannor (fall h o i tabeller 1 och 3), och % för icke miljögodkända vedpannor (fall a g i tabeller 1 och 3). De högsta totala VOC-emissionerna vid biobränsleeldning innebar alltså också högsta metanandel i totala VOC. Metankoncentrationerna från pelletbrännare bekräftar tidigare uppmätta halter av Olsson et al. [12]. Det kan också noteras att ungefär 90 % av totala VOC-emissionerna från icke miljögodkända vedpannor främst innehåller följande ämnen förutom metan: eten, etan, och etyn (uppräknade efter mest förekommande ämne). 23

24 Bensen är ett exempel på ett carcinogent kolväte, och var också den mest förekommande bland de tyngre VOC-ämnena (bilaga 1). Bensenkoncentrationen varierade mellan 0,11 and 11 mg/mj vid pelletseldning, och mellan 0,21 and 91 mg/mj vid vedeldning. Miljögodkända vedpannor emitterade de lägsta bensenmängderna och koncentrationerna var i nivå med pelletbrännare. Bensenemissionen från en icke miljögodkänd vedpanna låg dock mellan mg bensen/mj, vilket är av samma storleksordning som tidigare uppmätts för vedkamin, vilken har rapporterats till 99 mg/mj [13] (omräknat från enheten mg/kg, under antagande av ett värmevärdet 19 MJ/kg torrt bränsle och fukthalt på 20 %). Lägsta bensenemissionen för biobränsleeldning uppmättes vid pelletseldning, och var också i nivå med tidigare arbete [12], dock noterades ännu lägre halt för oljebrännare: 0,01 0,4 mg/mj. De högsta PAH-emissionerna erhölls för icke miljögodkända vedpannor, och var mg/mj. Tidigare studier på vedkaminer har visat på något lägre emissioner, 18 mg/mj [13] och 5,6 mg/mj [14]. För benso(a)pyren, en av de giftigaste PAH-ämnena, uppmättes koncentrationer mellan 0,002 och 0,23 mg/mj för icke miljögodkända vedpannor, vilket är i nivå med tidigare arbeten om vedkaminer: 0,24 [13] och 0,04 mg/mj [15]. För specifika emissioner av övriga PAH-ämnen hänvisas till bilaga 2. Benso(a)pyrenemissionen från miljögodkända vedpannor varierade mellan <0,001 och 0,020 mg/mj, för pelletbrännare mellan <0,001 och 0,12 mg/mj, och för oljebrännare mellan <0, and <0,001 mg/mj. Precis som för PAH och övriga oförbrända gasformiga ämnen erhölls högre halter av levoglukosan och fenoliska ämnen från icke miljögodkända vedpannor jämfört med miljögodkända vedpannor. Specifika resultat för levoglukosan och fenoliska ämnen redovisas i bilaga 3. För levoglukosan, som i studier av omgivningsluft används som en markör för biobränsleeldning, [16] konstateras också att halten från konventionell oljepanna ligger i nivå med pelletseldning och moderna vedpannor. Levoglukosankoncentrationen varierade en faktor 5000 mellan högsta emission som uppmättes från icke miljögodkänd vedpanna som eldades med större vedinlägg, och lägsta emissionen som noterades i ett av pelletsfallen. Emissionsnivåerna för moderna vedpannor och pelletseldning var likvärdiga för följande ämnen: levoglukosan, fenol, o- och m- och p-kresol, guajakol, och syringol. Samtidigt konstateras högre koncentrationer för eldning i icke miljögodkända vedpannor. Vanillin noterades i fallen med icke miljögodkända vedpannor och vid pelletseldning, men låg under detektionsnivå för fallen med moderna vedpannor. Partiklar Masskoncentration på 2200 mg/mj uppmättes som högst och uppstod vid eldning i en icke miljögodkänd vedpanna som ej var ansluten till en ackumulatortank (fall f i tabeller 1 och 3). Samtidigt noterades TOC-koncentrationen 4800 mg/mj. Vedeldning i miljögodkända vedpannor anslutna till ackumulatortank (fall h o i tabeller 1 och 3) medförde gånger lägre masskoncentrationer av partiklar än för icke miljögodkända vedpannor (fall a g i tabeller 1 och 3). Eldning av torr ved i miljögodkänd vedpanna gav 30 mg partiklar per MJ, och är i överensstämmelse med andra undersökningar [15]. Pelletseldning gav masskoncentrationer mellan 13 och 65 mg/mj (fall p z i tabeller 1 och 3), medan olja medförde 6 till 12 mg/mj (fall ä ö i tabeller 1 och 3). Tidigare har det rapporterats emissionsnivåer av samma storleksordning, nämligen masskoncentrationer kring 20 mg/mj från pelletbrännare [15 och 17]. Genom att ansluta en icke miljögodkänd vedpanna till en ackumulatortank minskades masskoncentrationen av partiklar upp till 20 gånger. Dock var emissionen av partiklar ännu lägre från en miljögodkänd vedpanna ansluten till ackumulatortank, och motsvarade ca 30 % av partikelemissionen från en icke miljögodkänd vedpanna ansluten till ackumulatortank. I figur 12 redovisas uppmätta masstorleksfördelningar för en miljögodkänd vedpanna, en icke miljögodkänd vedeldad kombipanna som eldades med mindre vedinlägg (i förhållande till vedmagasinet), pelletbrännare vid intemittent drift och eldning av träpellets och barkpellets. Vid kontinuerlig eldning av träpellets var masstorleksfördelningen av partiklar i rökgasen från de två pelletsbrännarna mycket lika, båda visade maximum kring 130 nm, vilket också är konsistent med andra arbeten. Formen på masstorleksfördelningen i rökgas från en icke miljögodkänd vedeldad 24

25 kombipanna som eldades med mindre vedinlägg är ungefär likadan som för den miljögodkända vedpannan, förutom att masskoncentrationen av partiklar ligger på en högre nivå. Partiklar dm/dlog(dp) (mg/m3) Vattenmantlad kombipanna, små vedinlägg Keramisk vedpanna, självdrag Partikeldiameter (µm) Partiklar dm/dlog(dp) (mg/m3) Partikeldiameter (µm) Underhållsfyr, träpellets Eltändning, träpellets Eltändning, barkpellets Figur 12. Masstorleksfördelningar för partiklar i rökgas från vedpannor till vänster (torr ved), och från pelletbrännare till höger. Koncentrationerna är normaliserade till 10 % O 2. Vedeldning medförde 2,4* *10 13 partiklar/mj, pelletseldning 0,1* ,4*10 13 partiklar/mj, och slutligen oljeeldning 0,01* ,1*10 13 partiklar/mj. Antalskoncentrationer presenteras i figur 13. I rökgasen från pelletseldning varierade maximum i antalstorleksfördelning relativt lite, och höll sig kring 130 nm. Dock hade antalstorleksfördelningen i rökgasen från pelletbrännare med underhållsfyr och 3 kw uttagen effekt en något förhöjd antalskoncentrationen, och saknade ett tydligt maximum. Dessa fall liknade mer vedeldning. Vid eldning av vedträn ökade antalskoncentrationen med minskande partikelstorlek, med undantag för eldning av torr ved i en miljögodkänd vedpanna, vilket istället påminner om pelletseldningsfallen. Precis som för vedeldning medförde oljeeldning ökning i antalskoncentration när partikelstorleken minskar. Det fanns också en tendens till maximum i partikelstorleksområdet större än 1 µm i antalsfördelningar oljeeldning, förutom submikront maximum (d v s maximum kring partikelstorlek som är mindre än 1 µm). Både från mass- och antalstorleksfördelningar kan det konstateras att främst submikrona partiklar emitteras vid småskalig biobränsle- och oljeeldning. Partikelkoncentrationer ökar vid sämre förbränningsförhållanden speciellt för partiklar mindre än 100 nm, s k ultrafina partiklar. Det är känt att submikrona askpartiklar bildas genom heterogen eller homogen nukleering (kärnbildning) och kondensation av oorganiska ångor [18]. Submikrona partiklar som utgörs av oförbränt material förutsätts istället bestå av främst sot och tjära. (Kokspartiklar bildas genom fragmentering, vilket resulterar i större partiklar). 25

26 Partiklar dn/dlog(dp) (1/cm3) Partiklar dn/dlog(dp) (1/cm3) Partiklar dn/dlog(dp) (1/cm3) 1.E+10 1.E+09 1.E+08 1.E+07 1.E+06 1.E+05 1.E+04 1.E+03 Äldre kombipanna,små vedinlägg 1.E+02 Äldre vedpanna, små vedinlägg Äldre vedpanna, stora vedinlägg 1.E+01 Äldre vedpanna, ackumulatortank 1.E E+10 1.E+09 1.E+08 1.E+07 1.E+06 1.E+05 1.E+04 Partikeldiameter (µm) 1.E+03 Keramisk vedpanna, rökgasfläkt, träbriketter 1.E+02 Keramisk vedpanna, rökgasfläkt, vedträn med 15 % fukt 1.E+01 Keramisk vedpanna, rökgasfläkt, vedträn med 26 % fukt 1.E+00 Keramisk vedpanna, rökgasfläkt,vedträn med 38 % fukt E+10 1.E+09 1.E+08 1.E+07 1.E+06 1.E+05 1.E+04 1.E+03 1.E+02 1.E+01 Partikeldiameter (µm) Keramisk vedpanna, självdrag, vedträn med 15 % fukt Keramisk vedpanna, självdrag, vedträn med 26 % fukt 1.E Partikeldiameter (µm) Partiklar dn/dlog(dp) (1/cm3) Partiklar dn/dlog(dp) (1/cm3) Partiklar dn/dlog(dp) (1/cm3) 1.E+10 1.E+09 1.E+08 1.E+07 1.E+06 1.E+05 1.E+04 1.E+03 Pelletbrännare med underhållsfyr, 11 kw, nominell effekt Pellet brännare med underhållsfyr, 6 kw, intermittent 1.E+02 Pelletbrännare med underhållsfyr, högt drag, 6 kw, intermittent 1.E+01 Pelletbrännare med underhållsfyr, 3 kw, intermittent 1.E Partikeldiameter (µm) 1.E+10 1.E+09 1.E+08 1.E+07 1.E+06 1.E+05 1.E+04 1.E+03 Pelletbrännare med eltändning, 22 kw, nominell effekt 1.E+02 Pelletbrännare med eltändning, 6 kw, intermittent 1.E+01 Pelletbrännare med eltändning, 3 kw, intermittent 1.E Partikeldiameter (µm) 1.E+10 1.E+09 1.E+08 1.E+07 1.E+06 1.E+05 1.E+04 1.E+03 Pelletpanna, 6 kw, intermittent 1.E+02 Pelletpanna, 3 kw, intermittent 1.E+01 1.E Partikeldiameter (µm) Partiklar dn/dlog(dp) (1/cm3) 1.E+10 1.E+09 1.E+08 1.E+07 1.E+06 1.E+05 1.E+04 1.E+03 1.E+02 1.E+01 Svanen-märkt oljebrännare Vattenmantlad kombipannana med konventionell oljebrännare 1.E Partikeldiameter (µm) Figur 13 Antalstorleksfördelningar för vedpannor till vänster, pelletbrännare till höger, och oljebrännare längst ned i figuren. Koncentrationerna är normerade till 10 % O 2. Eldningsbeteende Vedeldning i en panna som ej är ansluten till ackumulatortank är mycket känslig för eldningsbeteende, vilket i denna studie undersökts m a p hur stora vedinlägg man lägger in. Genom att elda små vedinlägg i förhållande till vedmagasinets storlek erhölls bättre förbränningsförhållanden, och emissioner av oförbrända gasformiga ämnen och partiklar minskade, vilket framgår av tabell 3. Det 26

27 kan också noteras att NO x -emissionen varierade med eldningsbeteende och var som lägst då de högsta emissionerna av oförbrända gasformiga ämnen var som högst. Bränslekvalitet Vedeldning i en miljögodkänd vedpanna är ingen garanti för låga emissioner om inte ved av god kvalitet används. Färsk ved (fukthalt 38 %) eldades i den miljögodkända vedpannan med rökgasfläkt (fall j i tabeller 1 och 3) varvid ökade emissioner av oförbrända gasformiga ämnen och partiklar konstaterades. Dock noterades inga stora förändringar i emissioner vid eldning av ved med fukthalt 26 % (fall i) eller träbriketter (fukthalt 8 %, fall o)), jämfört med torr ved, vilken hade fukthalten 15 % (fall h). Liksom emissioner från vedpannor påverkas av eldning av ett alltför lågkvalitativt bränsle förändras också emissioner från pelletbrännare vid eldning av andra bränslen än just träpellets som de är avsedda för. En av pelletbrännarna eldades med barkpellets (fall å), och det resulterade i ökad partikelemission, troligen p g a högt askinnehåll i barkpellets jämfört med träpellets (fall u). Maximum i masstorleksfördelning vid eldning av barkpellets var kring 220 nm, vilket är förskjutet mot större partikelstorlek jämfört med eldning av träpellets. Den högsta NO x -emissionen uppmättes vid eldning av barkpellets som i förhållande till övriga bränslen utmärker sig genom både högt ask- och kväveinnehåll.. I figur 10 visas att NO x -emissionen är linjärt beroende av kvävehalten i bränslet, vilket också har visats i tidigare studier, se t ex [19]. Metod för enkel provtagning i fält Resultat från användning av den enkla fältmetod som togs fram inom projektet beskrivs sammanfattningsvis här, men för mer detaljerade resultat hänvisas till bilaga 4. Den enkla fältmetoden fungerade tillfredställande för undersökta gasformiga ämnen, men sämre för partiklar. Vid fältmätningarna visade dock den enkla metoden lägre emissionskoncentrationer än referensmetod. Den troliga orsaken är inte själva metoden, utan istället att mätpunkterna skiljde sig åt, så att viss spädning erhölls i mätpunkten för den enkla fältmetoden. Det kan undvikas genom provtagning i pannrum istället för i skorstenstopp. Under projektet analyserades folieballonger inom ett dygn efter provtagning, men ballongerna testades också m a p känslighet för lagring. Resultatet visade att sammansättning av CH 4, C 3 H 8, CO 2, O 2, CO och TOC inte ändrades nämnvärt över en femdagarsperiod. Ballongerna bör därför vara lämpliga för analys i laboratorium även flera dagar efter provtagningstillfället ute i fält. Mätning av CO, CO 2, O 2, och TOC Ett relativt fel av 1 40 % (CO), 1 20 % (CO 2 ) och 0 15 % (O 2 ) föreligger för provtagningar under laboratorieförhållanden. Dessa värden kan jämföras mot de absoluta mätosäkerheterna av referensinstrumenten vid 95 % konfidensintervall som var: ± 50 ppm för CO, ± 0,3 vol-% för CO 2 och ± 0,4 vol-% för O 2, d v s ca 2 % relativt fel. Skillnaderna mellan de uppmätta halterna på provtagningsdagen och fem dagar efter provtagning var små: 1,3 3,9 % för CO, 5 11 % för CO 2 och 7,1 8,6 % för O 2. För fältmätningarna är det relativa felet betydligt sämre: 7 89 % för CO och 3 55 % för CO 2. Det är framförallt vid tre fältmätningar (av totalt fyra) som problem har uppstått. Det är svårt att identifiera den underliggande felkällan för de uppmätta skillnaderna, men de kan ha orsakats av att utrustningens dödvolym (med luft) inte var fullständigt spolad innan rökgasprovet samlades i provpåsarna. Det skall också noteras att mätpunkterna för kontinuerlig mätning (referensmetod) och påsprovtagning skiljde sig vid fältmätningarna. Kontinuerlig mätning gjordes i pannrummet, medan påsprovtagning gjordes i 27