breddning av bränslebasen för pellets och pulverbrännare

Transkript

1 breddning av bränslebasen för pellets och pulverbrännare Christian Fredriksson, Nader Padban och Frank Zinti Forskning och Utveckling TPS 2004:14

2 BREDDNING AV BRÄNSLEBASEN FÖR PELLETS OCH PULVERBRÄNNARE Forskning och Utveckling TPS 2004:14 Christian Fredriksson, Nader Padban och Frank Zintl ISSN Svensk Fjärrvärme AB Art nr TPS 2004:14

3 I rapportserien publicerar projektledaren resultaten från sitt projekt. Publiceringen innebär inte att Svensk Fjärrvärme AB tagit ställning till slutsatserna och resultaten.

4 Förord TPS Branschforskningsprogram för Energiverk driver tillämpad forskning inriktad mot fjärrvärmebranschen. Programverksamheten leds av en styrgrupp bestående av representanter för alla deltagande energiverk, Svensk Fjärrvärme AB och Statens energimyndighet. Arbetssättet inom forskningsprogrammet finns väl beskrivet i rapporten för den tidigare perioden 93/96 (Värmeforskrapport nr. 606). I programmet 02/03 deltog följande energiverk och företag: AB Borlänge Energi Falun Energi & Vatten AB AB Enköpings Värmeverk Graninge Kalmar Energi AB AB Fortum Värme samägt med Stockholms stad Graninge Värme AB Eskilstuna Energi & Miljö AB Gävle Kraftvärme AB Göteborg Energi AB Jämtkraft AB Lunds Energi AB Mjölby Svartådalens Energi AB Mälarenergi AB Hallsta Fjärrvärme Skellefteå Kraft AB Stora Enso Nymölla AB Sundsvall Energi AB Svensk Fjärrvärme Sydkraft ÖstVärme AB Söderenergi AB Tekniska Verken i Linköping AB Tranås Energi AB Trollhättan Energi AB Umeå Energi AB Vattenfall Drefviken Värme AB Vattenfall Utveckling AB Vattenfall Värme Uppsala AB Viken Fjernvarme AB VMR AB Växjö Energi AB Programmet har till ca 60 % finansierats av deltagande företagen och TPS. Staten bidrar, genom energimyndigheten, med upp till 40 % i denna typ av delkollektiva forskningsprogram. Under programmet 02/03 genomfördes projekt inom fyra huvudområden Rostteknik, FB/CFB-teknik, Brännarteknik och Oberoende FoU. Det senare området omfattar projekt som är generellt tillämpliga oavsett förbränningsteknik. Ansvarig programledare under verksamheten 02/03 har varit Niklas Berge. Ansvariga projektledare inom respektive teknikområde har varit Jenny Larfeldt (Rostteknik), Boo Ljungdahl och Erik Ramström (FB/CFB-teknik), Christian Fredriksson (Brännarteknik) och Birgitta Strömberg (Oberoende FoU). 3

5

6 Sammanfattning I TPS Branschforskningsprogram, delområde brännarteknik, har den övergripande mål-sättningen för år 2002/03 varit att ta fram förslag på ett antal bränslekombinationer som är lämpliga för tillverkning av pellets med speciell inriktning mot användning i pulvereldnings-anläggningar. Olika råvaror har först undersökts med avseende på pris, tillgång och potential på framtida bränslemarknad. Sedan har en teknisk utvärdering genom bänkskaleförsök av utvalda råvaror gjorts vad gäller effektåtgång vid malning av pellet, flyt- och valvningsegenskaper, förbränningsegenskaper och askrelaterade egenskaper. Slutligen har en teknoekonomisk utvärdering gjorts för att ta fram några lämpliga bränsletyper för värmeverk. Av de råvaror som testats har torv klart störst potential för ökat energiuttag i Sverige, andra bränslen som långsiktigt kan förväntas ökas i användning är grot och salix och eventuellt rörflen i ett längre perspektiv. Ur ett drifttekniskt perspektiv har det visat sig att pelleterad salix är klart mer energikrävande att mala än de andra råvarorna som testats här. Mald salixpellet har också visat sig ha klart sämre flyt- och valvningsegenskaper än de andra bränsletyperna. De andra råvarorna hade alla lägre effektförbrukning vid malning än för träpellet och i princip likvärdiga egenskaper ur hanteringssynpunkt. Förbränningstester i en 20 kw falltubsugn med mald pellet visade att samtliga bränslen förutom salix gick att elda med acceptabla förbränningsegenskaper. Försök med mald salixpellet fick avbrytas pga. matningsproblem. Bränsleegenskaper som andel flyktigt material i bränslet på askfri bas och partikelstorleksfördelning som bestämts med skaksikt och Aeroklass kan användas för att bedöma hur snabbt bränslet antänds relativt t.ex. träpulver, vilket är av betydelse då ett nytt bränsle skall börja användas. Framförallt andelen material under 200 µm visade sig ha betydelse för temperaturfördelning nära brännaren. Förbränningstesterna visade också att de flesta bränslen gav klart högre utsläpp av både CO och NO än trä, trots att syrehalten i rökgaserna var likvärdig. Det som verkade ha störst betydelse för CO-emissionerna i dessa försök var uppehållstiden i reaktorn. Utsläpp av NO ökade med kvävehalt i bränsle med undantag av benmjöl som visade på låga NO-utsläpp. Andelen av bränslekvävet som omsätts till NO minskar med ökad kvävehalt i bränsle. Askrelaterade problem som påslag på värmeväxlarytor testades med hjälp av en påslagssond, inte oväntat bidrog halm till störst mängd beläggningar följt av benmjöl och spannmålsavrens. Om man relaterar påslagsmängd mot askhalt i bränsle, vilket kan sägas vara ett mått på hur benäget bränsleaskan är att fastna på en kyld yta, visar det sig att halm fortfarande ligger i topp men följt av trä och grot vilka innehåller relativt stora mängder av påslagsbildande ämnen men som inte resulterar i någon större mängd beläggningar tack vare de relativt låga askhalterna. Utvärdering av försök med sameldning antyder att det finns en positiv sameldningseffekt då trä/avrens används. Vid sameldning av torv/halm det inte har varit möjligt att se någon positiv effekt av sameldning på påslagsbildning. Det kan dock finnas en positiv aspekt av samledning med torv och halm vilket är att sameldningen förbättrar beläggningarnas egenskaper och minskar deras korrosivitet och hårdhet. Den teknoekonomiska utvärdering som gjorts visar att ett nytt bränsle måste, till att börja med, vara billigare än trä för att kunna löna sig i och med att det i övrigt innebär en kostnadsökning att använda bränslet, framförallt pga. ökade NOx-avgifter. I och med att beräkningarna här inte inkluderar kostnader för anpassning av anläggning och 5

7 underhåll skall de besparingar som ett bränsle i vissa fall medför, ställas mot risken för denna typ av kostnader. Dessa kostnader är svåra att uppskatta, är anläggningsspecifika och kan säkerligen i vissa fall bli stora. Med tanke på tillgång och framtida potential, förbrännings- och askegenskaper samt ekonomi så verkar torv och grot mest intressanta.

8 Innehållsförteckning 1. Bakgrund Målsättning Genomförande Val av råvaror och bränsleblandningar Test av pelleterade bränslen Test av mald pellets Tekno-ekonomisk utvärdering Resultat och diskussion Genomgång av råvaror Grupp 1: Inhemskt trä/växtprodukter Grupp 2: Energiåtervinningsmaterial Grupp 3: Verksamhetsavfall Grupp 4: Importerade bränslen Val av råvaror för detta projekt Bränsle- och askanalys Pulvereldning och påslagsbildning Påslagsbildning vid pulverledning Riskbedömning av påslag från olika bränslen Sameldning modellberäkningar och förhandsbedömning Val av bränsleblandningar Test av pelleterade bränslen Test av mald pellets Partikelstorleksfördelning Flyt- och valvningsegenskaper Mikroskopering Förbränningstester Påslagstester Teknoekonomisk utvärdering Teknoekonomisk utvärdering exempel 1: Torv Teknoekonomisk utvärdering sammanställning Slutsats och rekommendationer Referenser

9 Bilagor: Bilaga 1 Bilaga 2 Bilaga 3 Bilaga 4 Bilaga 5 Bilaga 6 Bränsleanalys Ask-nyckeltal Bilder pellet + malt bränsle Flyt/valvningstest-resultat Bilder askpåslag Bilder mikroskop bränslepulver

10 1. Bakgrund Under eldningssäsongen 2001/02 noterades en svag tillgång på biobränslen. Denna slog igenom väldigt tydligt på bland annat pelletsmarknaden där de småskaliga användarna, villaägarna, fick konkurrera med de storskaliga användarna, värmeverken, om en begränsad pelletstillgång. Det finns säkert flera orsaker till denna bränslebrist. En ökad efterfrågan från fler biobränsleanvändare är troligtvis en förklaring. Under 1997 förbrukades bara cirka 9 % av den totala pelletsmängden av villor och medelstora värmeverk. Motsvarande siffra för 2001 är 33 %. Denna trend ser ut att hålla i sig av intresset för träpulverbrännare att döma. En uthållig och säker tillgång till pulverbränsle förutsätter därför att alternativa råvaror till sågverksavfall tas fram för pellets. Valet av alternativen måste ske med omsorg och tekniska och miljömässiga konsekvenser av introduktion av nya bränslen måste beaktas noggrant. Den största enskilda grupp av pelletsanvändare idag är de värmeverk som använder pellets som råvara för pulverbrännare. Samtidigt torde det vara den grupp som lättats skulle kunna använda sig av en bränsleråvara som har något andra egenskaper än pellets enbart producerade av spån från primaträ. De viktigaste egenskaperna hos ett bränsle är att det skall kunna malas i de typer av kvarnar som finns vid verken, att dess askegenskaper inte ställer till problem med påslag och att det kan eldas på ett acceptabelt sätt i de brännare som används av branschen. Det är värt att notera i detta sammanhang att dagens träpulver inte har speciellt gynnsamma hanterings och förbränningsegenskaper. Vilka typer av bränslen kan då vara aktuella för tillverkning av pellets? De pannor som är pulvereldade, eller intressanta för konvertering till pulvereldning, är i de flesta fall sådana som tidigare eldats med olja och som använts för topplast och under låglastsäsongen. Dessa pannor har normalt en relativt enkel rökgasrening vilket medför att de flesta avfallsklassade bränslen utesluts. Den kvalificerade rökgasrening och övriga krav som ställs på en sådan panna är svåra att förena med det relativt sett höga bränslepriset. Detta gäller också de enstaka pannor som byggts speciellt för träpulver. De kolpulvereldade pannor som konverterats till träpulvereldning har normalt bara elektrostatiska stoftfilter men inte rening från sura gaser vilket gör att de inte direkt kan elda avfallsklassade bränslen. Som alternativa bränslen som inte kräver utbyggnad av rökgasrening kan man tänka sig träbaserade råvaror som bark, GROT och även returträ som uppfyller stränga renhetskrav. Å andra sidan påverkas inte pelletens egenskaper i någon högre grad med användning av dessa bränsleråvara jämfört med sågverksavfallet. Möjligen skulle man kunna tänka sig att använda till exempel helt klor- och metallfri plast, till exempel polyeten om den var fallen direkt vid en industri. Andra avfallsprodukter, som inte berörs av avfallsdirektivet, är jordbrukets restprodukter som halm, agnar, sädeskorn etc. Även vissa animala produkter skulle kunna användas som till exempel kött och benmjöl (MBM) och vissa fetter. Ligninresten från massa- och etanolproduktion skulle också kunna vara en råvara som under vissa förhållanden skulle kunna användas. Odlade bränslen, både olika gräs och salix, skulle kunna vara ytterligare an pelletsråvara som skulle kunna rymmas trots att de har en viss kostnad. SLU i Umeå har redan tidigare visat att rörflen lämpar sig utmärkt som råvara till pellets och pulvereldning [1 ]. Dk-TEKNIK i Danmark har avslutat och rapporterat ett projekt där man med gott resultat provat pelletering av halm och bränslemixar med halm [2 ]. Som väntat var inte förbränning av halmbaserad pellet helt problemfri. 9

11 Vid sidan av bränslekostnaden är de centrala frågorna ur pulvereldarens synvinkel: Ger pelletsen vid malning ett pulver som är intressant för pulvereldning både ur hanteringsperspektivet och med hänsyn till antändning och utbränning. Har bränslet sådana egenskaper att det påverkar anläggningens tillgänglighet ur korrosions- och påslagssynpunkt. Har bränslet sådana egenskaper att det ger oönskade emissioner och medför ökade kostnader för t.ex. NO. x Med dessa frågeställningar som grund har arbetet genomförts. Målsättningen med rapporten har varit att den dels skall ge kraft-/värmeverken förslag på tänkbara alternativa råvaror för deras drift, dels ge underlag och förslag på metoder som värmeverken själva kan använda för att bedöma om andra råvaror kan vara möjliga att använda. Under projektets gång har innehållet i projektet ändrats något efter beslut från Branschprogrammets styrgrupp. Ändringen har dels bestått i att fokus har lagts mer på förbränningsegenskaperna istället för på hanterings- och pelleteringsegenskaper. Tester av olika additiv till bränslet har också utgått vilket ingick i den ursprungliga projektplanen. 2. Målsättning Den övergripande målsättningen har varit att ta fram förslag på ett antal bränslen och bränslekombinationer som är lämpliga för tillverkning av pellets med speciell inriktning mot användning i pulvereldningsanläggningar. 3. Genomförande Projektets genomförande kan kortfattat delas upp i följande moment: Val av råvaror och bränsleblandningar Test av pelleterade bränslen o Malningsegenskaper (kvarneffekt) Test av mald pellets o o o o Storleksfördelning Flyt- och valvningsegenskaper Askegenskaper Förbränningsegenskaper Teknoekonomisk utvärdering 3.1. Val av råvaror och bränsleblandningar Inledningsvis har en sammanställning av de bränsleråvaror som finnas tillgängliga i betydande mängder gjorts. Sågverksavfall eller rent träbränsle förväntas vara en bas i de flesta bränslekombinationer som sedan kompletteras med alternativbränslen. Då flera av bränsleegenskaperna som flykthalt, askhalt och askans sintrings- och smältegenskaper är bekanta från litteraturen kan en viss grovsortering ske av möjliga bränslekombinationer. I denna projektdel knyts kontakter och resultat och erfarenheter från de ovan nämnda svenska och danska arbeten inkluderas. Sveriges Forskningsoch Provningsanstalt (SP) har på uppdrag av Värmeforsk gjort en inventering av 10

12 tillgång och potential av råvaror för tillverkning av bränslepellets som också har använts som underlag [3 ]. Den geografiska fördelningen är av intresse då det framför allt är intressant att hitta regionala bränslekombinationer som lämpar sig för pelletstillverkning. Sågverksavfall eller rent träbränsle förväntas vara en bas i de flesta bränslekombinationer som sedan kompletteras med alternativbränslen. Baserat på den inledande studien väljs ett antal olika möjliga bränslen och bränslekombinationer vilka både svarar mot kravet att finnas i tillräckliga mängder åtminstone regionalt och ha egenskaper som från teoretisk synvinkel är gynnsamma. Det kan till exempel vara pellets bestående av en blandning av trä och halm med en tillsatts av lignin från etanoltillverkning för att förbättra hållfastheten och med en tillsats av kaolin eller torv för att minimera askpåslagsproblemet. Bränsleråvarorna skaffas in och analyseras. Ett antal olika råvaror och kombinationer provas utifrån avvägning av deras egenskaper. Målet skall givetvis vara att de bränslen som finns i stor omfattning och till lågt pris skall användas i största möjliga omfattning Test av pelleterade bränslen De pellets som använts i projektet har malts i en labkvarn på TPS. Effektåtgång vid malning dokumenterades. Kvarnen var tillverkad av KAMAS Industri i Malmö och hade en motoreffekt av 5.5 kw vid 1425 varv/min. Kvarnen är en typ av slagkvarn (Figur 1) där ett antal avlånga knivblad roterar parallellt runt en axel (Figur 2) och hugger/mal sönder pellets som pressas igenom ett såll (Figur 3) under kvarnen. Bild 1 Bild på kvarn Bild 2 Roterande knivblad Bild 3 Såll under kvarn 3.3. Test av mald pellets Partikelstorleksfördelningen bestämdes både med skaksikt och med Aeroklasssiktning. Aeroklass-siktning innebär att man bestämmer pulvrets aerodynamiska storleksfördelning vilket har större betydelse för förbränningen än den geometriska storleksfördelning som bestäms med skaksikt. Den malda pelletens flyt- och valvningsegenskaper har därefter provats. Vägledande vid dessa prov har varit den undersökning som genomfördes inom branschprogrammet 99/00 [4 ]. Eftersom inga etablerade godhetstal finns har kommersiellt tillgängligt träpulver använts som 11

13 referensbränsle. Målet är att få fram en pellet som ger ett pulver med bättre hanteringsegenskaper än de kommersiella träpulvren. För att testa pulvrens flyt- och valvningsegenskaper används den metod, utvecklad vid SLU, som baseras på trattar med varierande utloppsöppning, se Figur 4. Detta är en enkel och billig metod som också kan användas i praktisk drift. Bild 4 SLU:s trattar, en metod att undersöka pulvrens flyt- och valvningsegenskaper. För att prova bränslenas matnings-, förbrännings-, och askegenskaper genomfördes en serie tester på de bränslekombinationer som valdes tidigare. Testerna bestod i att elda den malda pelleten i en vertikal experimentugn på TPS lab, se Figur 5 och Figur 6. Den vertikala reaktorn är försedd med en pulvermatad brännare i toppen. Innermåtten är ø = 250 mm, Längd ca 3.5 m. Ugnen består av keramiska sektioner, i ett material med god värmeledningsförmåga, med ingångar för mätutrustning efter hela höjden. Brännaren kan mata ca 20 kw (ca 5 kg/h) och har separat inmatning bränsle/transportluft och sekundärluft. Luften tillsätts utan rotation. Bränslet blåses upp till brännaren på samma sätt som i fullskalepannor vilket är ett nybyggt system som har visat sig fungera mycket bättre än tidigare bränslematning, speciellt för att minska fluktuationer i matningen. Vertikalugnen förvärmdes med gasol. När önskad väggtemperatur uppnåtts startades matning av träpulver och gasolen stängdes av. Vid stabil förbränning genomfördes mätningar under 2-3 timmar, efter det stängdes matningen av och ett nytt bränsle testades. Bränsleflödet bestämdes genom kalibrering av matningsskruvar, luftflöden loggades samtidigt med övriga instrument. När bränslen med olika värmevärde och sammansättning eldades anpassades bränsleflödet så att O -halten i rökgaserna var 2 ungefär densamma i samtliga fall. De mätningar som har gjorts är temperaturmätningar, dels med sugpyrometrar (5 st.) och dels med inborrade termoelement (7 st) som mäter väggtemperatur. För att inte sugpyrometrarna tillsammans skall suga ut en så stor rökgasmängd att förbränningsförhållandena påverkas, användes en pyrometer i taget via ett ventilsystem som kopplade in varje sugpyrometer i sekvenser om 60 sekunder, dvs. varje sugpyrometer mätte gastemperaturen var femte minut. Gassammansättningen i utloppet mättes vad gäller O, CO, CO, NO. Bränslets askegenskaper testades genom 2 2 x att föra in en påslagssond i gasströmmen i ugnens utlopp. Påslagssondens material har varit 910CrMo-stål som motsvara material i överhettare, provringens temperatur har hållits mellan 500 och 550 C. 12

14 Bild 5 Skiss på 20 kw falltubsugn. Tw = väggtemp., Ts = Sugpyrometer. Bild 6 Bild på experimentuppställning med falltubsugn på TPS lab Tekno-ekonomisk utvärdering En tekno-ekonomisk utvärdering av de mest lämpade råvarorna och kombinationer av råvaror genomfördes som en avslutning av projektet. Kostnaderna som det innebär att byta till ett nytt bränsle har delats in i tre grupper; kostnader för inköp, kostnader för anpassning av anläggning för det nya bränslet och till sist driftkostnader som inte kopplas till inköp av bränslet utan uppkommer pga. bränslets hanteringsförbrännings- och askegenskaper, t.ex. askhantering, NOx-avgifter m m. Studien kommer till viss del att vara övergripande eftersom många av dessa kostnader är anläggningsspecifika. 13

15 4. Resultat och diskussion 4.1. Genomgång av råvaror De råvaror som har ingått i den första genomgången av råvaror har indelats i fyra grupper: 1. Inhemskt trä/växtprodukter t.ex. torv, salix, bark, grot, halm, rörflen 2. Energiåtervinningsmaterial t.ex. RT-flis, plast, textilier 3. Verksamhetsavfall t.ex. lignin, rapsrester, industrislam, benmjöl 4. Importerade bränslen t.ex. pellets, järnvägsslipers, RT-flis, olivkärnor En sammanställning av bränslen med typiska data finns i Tabell 1 nedan. För vissa råvaror är data väldigt varierande beroende på ursprung och kvalitet och har därför utelämnats. Efter tabellen följer en mer ingående beskrivning av bränslen från de olika råvarugrupperna där tillgång, potential och bränsleegenskaper tas upp. Tabell 1 Sammanställning av råvaror. Råvara Pris Hi Fukt Aska N Cl S K+Na SEK/MWh MJ/kg TS % % TS % TS % TS % TS % i aska Grupp 1 Trä (pellet) 19,1 9,4 0,6 0,1 0,01 0,01 11 GROT (obeh.) 19,3 9,5 0,8 0,2 0,01 0,01 11 Bark (flis) 19,9 8,6 3,1 0,4 0,02 0,03 8 Salix 150 (uppskattat) 18,1 8,8 3,4 0,5 0,01 0,04 9 Halm Ca 120 i medel 17,7 10,4 7,8 1,8 0,26 0,24 25 Rörflen 140 (i balar) 18,3 12,7 2,5 1,0 0,01 0, Stycketorv oxider S- skatt 20,3 9,5 3,5 1,3 0,02 0, Grupp 2 RT-flis Se trä Plast - Textil - Grupp 3 Benmjöl Ca 0 16,2 7,4 29,7 10,3 0,33 0,47 5 Lignin - 21,5 0 0,35 0, Spannmål 200* 16,6 12,0 9,8 1,7 0,16 0,21 13 Ind.slam. - Grupp 4 RT-flis Se trä, men kan innehålla höga halter av zink och tungmetaller Träpellet Se trä Se trä, men kan innehålla rester av organiska och oorganiska Slipers 85 impregneringsmedel Olivkärna 20 1,5 0,7 0,03 0,07 35 *självkostnadspris enligt Lantmännen, Malmö 14

16 Grupp 1: Inhemskt trä/växtprodukter Trä Under 2001 användes 18,6 TWh trädbränslen för värmeproduktion i värmeverken. Den totala biobränsleanvändningen i värmeverken var 30 TWh vilket då även inkluderar torv, avfall, tallbecksolja och övriga bränslen [5 ]. Leveranser av träpellet till värmeverk och villor uppgick under samma år till 3,3 TWh där villaanvändningen var 0,5 TWh. Användningen av träbränslen i framtiden kan antas öka och som jämförelse antas den totala användningen av biobränslen (även inkl. returlutar från massatillverkning) öka från 97 TWh år 1991 till 160 TWh år 2010 [6 ]. Grot Bruttotillgången på grot uppskattas till cirka 16,6 Milj. ton men ekologiska och tekniska begränsningar reducerar den outnyttjade potentialen till cirka 8 milj. ton [7 ], vilket motsvarar en energimängd av cirka 40 TWh. Enligt en uppdaterad uppskattning från SVEBIO ligger energitillgången från grot på drygt 55 TWh. Frågetecken finns om grot är lämplig att pelletera om grus och jord följer med. Om sorterad grot kan användas blir det dyrare men kanske ändå intressant. All grot används för närvarande som flisbränsle i värmeverk. Bark Inom skogsindustrin genereras 16 TWh energi från massa- och pappersindustrins bark samt spån och bark i sågverken. Barken används till största delen inom massa- och pappersindustrin men vissa överskottskvantiteter av bränslen säljs, framför allt till fjärrvärmesektorn. Södra i Mönsterås producerar barkpellets sedan 1997 med en produktion av ton år 2000 vilket motsvarar ca 170 GWh/år. Prisutvecklingen styrs helt av efterfrågan. Potential från sågverk är 7.4 TWh/år (ca 1470 kton/år) AR beroende på avverkningsgrad [8 ]. Salix Salix provodlas som energiskog i stora delar av landet. Skördetiden är ca tre år och avkastning ca 10 ton TS/hektar/år. Salixodling kan vara lönsamt om avkastningen ligger över 8 ton TS/hektar/år. År 1998/1999 var tillgången på salix cirka 0,2 TWh. Tillväxtpotential är enligt jordbruksverket ca 1 TWh/år fram till år Andra bedömningar ger en produktionsprognos av mellan 5 och 20 TWh år Salix anses vara ett ekonomiskt mer fördelaktigt alternativ till odling av gräsbränslen på åkermark. Halm År 1998 användes 0,1 TWh halm. Potential uppskattas till ca 10 TWh/år enligt biobränslekommissionen och 7 TWh/år enlig LRF. SVEBIOS uppskattning, med avseende på ekologiska begränsningar ligger också nära 7 TWh/år. Tre värmeverk använder halm som huvudbränsle men det har högre transport och lagringskostnader än andra biobränslen och det saknas en etablerad marknad för dess användning inom landet. Rörflen Rörflen är ett högvuxet, vassliknande gräs med kraftiga utlöpare. Det förekommer vilt främst vid stränder men finns även på åkermark vid odlingsförsök. Rörflen är mycket tålig och anpassningsbar till olika markförhållanden. Det kan skördas varje år, på vår eller höst, vilket avgör fukthalt och asksammansättning men också utbytet. Kommersiella odlingar bedöms ge en avkastning på ca 7-8 ton per hektar och år [9 ]. Hur mycket rörflen som skulle kunna odlas i framtiden beror på vilka priser som är möjliga at ta ut, högre priser gör att dyrare odlingsareal kan tas i anspråk med större produktion som följd. Beräkningar har visat att till ett pris på 116 SEK/MWh i balar 15

17 vid odlingsmarken kan ca 1,3 TWh produceras [10 ]. Försöksodlingar gav cirka 0,05 TWh år Maximalt skulle biobränslen från det svenska jordbruket kunna producera 20 TWh år 2020 enligt SVEBIO. Lantbrukarnas Riksförbund gör en liknande bedömning, 22 TWh per år. Av dessa skulle salix och rörflen kunna bidra med 13 TWh. Torv (frästorv, stycketorv) Årligen skördas/produceras/används ca 3-4 TWh ( kton AR/år). Den årliga tillväxten av myrar är ca 18 TWh/år (6900 kton/år) enligt Energimyndigheten. Det finns således en stor tillväxtpotential. Torv skulle kunna ersätta all träpellets. Torv har en etablerad marknad och kan pelleteras vilket görs av t.ex. VAPO och Mebio i Sundsvall. Mebio har även tagit fram en pellet med trä/torvblandning, oklart till vilket pris. Av torvens (fräs- och stycketorv) totala pris utgör 80-85% av produktionskostnaden, resterande 15-20% utgörs av kostnad för lastning, transport och terminal. Maximalt transportavstånd anses vara mil för att det skall kunna konkurrera med andra bränslen. Det finns inga problem med att pelletera torv Grupp 2: Energiåtervinningsmaterial Återvinningsmaterial kan indelas i flera undergrupper beroende på ursprung och material. Det har varit svårt att reda ut begreppen vad gäller denna typ av material. Från och med 2002 får inget utsorterat brännbart material deponeras. Vi har här bara tagit upp sådana fraktioner som kan tänkas vara intressanta ur förbränningssynpunkt och som inte redan ingår i återvinningscykel som t.ex. tidningspapper, wellpapp, hårdplast m.m. där det finns ett producentansvar. Hushållsavfall Av hushållsavfallet förbränns idag ca 1500 kton/år medan ca 880 kton/år går till deponi. På vissa av deponierna produceras biogas som sedan används för energiproduktion. Avfallet har mycket varierande sammansättning och det är osäkert hur stor mängd som skulle kunna vara tänkbart för pulvereldning. Mängden av avfall som finns på specifika deponier inom transport-avstånd från värmeverk oklart. De siffror som anges för olika avfallsfraktioner är till största delen hämtade från renhållningsverksföreningens (RVF) hemsida [11 ]. Utsorterat avfall från deponier Ur det utsorterade avfallet till deponier kan dessa fraktioner vara intressanta: Papper och wellpapp Det finns ca 150 kton/år (0,6 TWh/år) som antagligen materialåtervinns och inte är tillgängligt för energiutvinning. Plast Det finns ca 9 kton/år (0.06 TWh/år) men osäkert vilken typ av plast som avfallet innehåller. Energifraktionen utgörs till största delen av mjukplast medan hårdplastfraktionen oftast återvinns. Det är osäker om mjukplast kan användas för pelletering/malning med bra resultat. Bygg och rivningsavfall/park och trädgårdsavfall Tillgång: Bygg: 640 kton/år Park: 44 kton/år Dessa fraktioner innehåller en varierad mängd föroreningar beroende på var det kommer ifrån. Jämfört med rent trä har de säkert ett betydligt större innehåll av grus och andra mineraler som påverkar slitaget av pelleteringsutrustningen. Om det är lämpligt för pulvereldning kan bara bedömas från fall till fall. 16

18 RT-flis En del av de utsorterade fraktionerna ovan används redan för energiproduktion. Tillgång på RT-flis är ca 286 kton/år (1.2 TWh/år). Detta kan innehålla jord, färger och impregneringsmedel [11] vilket medför att användningen faller under avfallsförbränningsdirektivet. Arbete pågår med att ta fram kvalitetskrav för utsorterade träbränslen så att de skall kunna undantas från avfallsklassningen. Däck Från och med 1/ får man inte deponera hela däck och från 1/ får man inte deponera fragmenterade däck. Hälften av däcken återvinns medan andra hälften går till energiutvinning ca kton/år ( TWh/år)[11]. Möjlighet till pelletering av däckrester är osäker. Det finns betydande problem med pulverisering av gummi, vilket normal kräver någon form av kryogen malning Grupp 3: Verksamhetsavfall Lignin Den tillgång som finns i det svartlut som innehåller avskiljt lignin och kemikalier förbränns i sodapannor. Av de 97 TWh alstrade energimängden från biobränslen kommer 34,5 TWh från förbrännings av lutar [5]. Energiproduktionen är högre än behovet i fabriken och en avskiljning av lignin från svartluten kan öka produktionskapaciteten. Utvecklingsarbete för att försöka utvinna lignin från svartluten pågår men möjligheterna att lyckas är oklar. Vid framställning av bioetanol är utbytet av lignin ca 45 % som efter sköljning av processlösningar kan pressas till pellets. Innehållet av kemikalier kan däremot vara väldigt stort. Ligninpellets kan ha 30 % högre värmevärde än träpellets. Lignin är dessutom fördelaktigt ur pelleteringssynpunkt och inblandning av lignin minskar slitage på pressmatriser och höjer pelletsproduktionskapaciteten. Oljerapsrester Vid oljepressning från rapsfrö blir 60 % av ursprungsvikten kvar som pressåterstod. Mängderna av oljerapsrester är dock så liten och konkurrensen från tillverkning av djurfoder så stor att någon större potential för detta bränsle inte kan förväntas. Industrislam Den totala tillgången på industrislam är cirka 130 kton/år eller 0.6 TWh/år [12 ]. Av detta kan fiberslam vara av särskilt intresse för pelletstillverkning. Efter ett antal återvinningscykler för papper har fiberkvalitén försämrats så mycket att den inte längre kan användas till papper. Fiberslam innehåller betydande mängder kaolin från papperstillverkning vilket kan vara fördelaktigt ut påslagssynpunkt. Den totala tillgången på fiberslam uppskattas till 720 GWh/år varav den största andelen energiåtervinns. Energiinnehållet i den deponerade fraktionen uppskattas till 0.2 TWh/år [12]. Bra pressat fiberslam har värmevärde som blöt bark Grupp 4: Importerade bränslen Importerade skogsbränslen En uppskattning av mängden importerat biobränsle pekar på 5-9 TWh tillförs årligen. Detta omfattar alla typer av biobränslen vilket uppenbart är en betydande råvarukälla. På grund av höga transportkostnader och stigande bränslepriser i Östersjöländerna är marknaden för import av rena bränslen ganska osäker. Å ena sidan finns en betydande konkurrens om tillgångarna där bland annat Danmark visat sig ha en större betalningsförmåga än svenska energiverk. Östersjöländerna satsar också på att öka den 17

19 egna energiproduktion från dessa bränslen vilket kommer att minska potentialen. Å andra sidan har det förekommit en viss etablering av svenska pelletsproducenter i baltstaterna under de senaste åren vilket troligen kommer att öka tillgången på träpellets för den svenska marknaden. Järnvägsslipers Enligt IQR [13 ] finns det en tillgång av ca 150 kton/år och priset ligger på ungefär 85 SEK/MWh. Järnvägsslippers klassas som avfall p g a impregnering, antingen kreosoteller saltimpregnering. Ur förbränningssynpunkt är kreosotimpregnering bättre då saltimpregnering innehåller tungmetaller och arsenik. Hanteringsegenskaperna är som stamved, dvs bra. Importerat returträ Utgörs huvudsakligen av resterna från rivningsmaterial inom byggbranschen. Tillgången uppskattas till 250 kton/år av IQR med ett pris på cirka 85 SEK/MWh. Kvalitén på returträ varierar beroende på ursprunget och förbehandlingssättet. Returträ klassas också som avfall och kan innehålla ämnen som inte gör det lämpligt för pulvereldning. Utsorterade mängder kan däremot användas om inte priset blir för högt. Olivkärnor Olivkärnor används idag som bränsle. Tillgången är okänd. Den låga smälttemperaturen för askan kan orsaka driftproblem. Tidigare prov ibland annat Hässelby visade på att det finns vissa luktproblem förknippade med olivkärnehanteringen Val av råvaror för detta projekt Valet av råvaror som skall ingå i den experimentella delen gjordes i samråd med brännargruppen och var till stor del inriktad på bränslen som hade eller var på god väg att få en etablerad marknad. Ett huvudkrav var dessutom att bränslet ifråga var billigare än nuvarande träpulver/pellet. De bränslen som valdes var: trä, grot, bark, salix, halm, rörflen, torv, trä/torv, spannmålsavrens och benmjöl. Även hydrolysrest (lignin från etanolframställning) ingick i den första delen av studien där malnings- och hanteringsegenskaper testades, resultat från förbränningstester har tagits från tidigare arbeten [14 ]. De flesta av dessa råvaror har en etablerad marknad inom energisektorn för andra typer av förbränningstekniker, rörflen och lignin får dock ses som alternativ i ett längre tidsperspektiv där rörflen verkar ligger närmast för etablering av ny marknad. Vissa av dessa bränslen har askegenskaper som gör de svåra att använda pga risk för påslag, därför har även blandningar mellan olika bränslen studerats vilket redovisas i avsnitt nedan. De valda råvarorna representerar ett brett spektrum av bränslen med olika egenskaper och förhoppningen är att många andra alternativa råvaror skall falla inom detta spektrum och därför till viss del kunna utvärderas genom att jämföras med liknande bränslen i denna studie Bränsle- och askanalys Fullständig bränsle- och askanalys är sammanställt i Bilaga 1. I Figur 7, Figur 8 och Figur 9 visas stapeldiagram med huvudkomponenter och i Figur 10 visas asksammansättningen. Med fast kol avses den brännbara del av bränslet som inte avgår direkt som gas vid upphettning, den del som avgår som gas direkt vid upphettning kallas här flyktigt eller flyktig andel. I och med att bränslen har pelleterats är fukthalten ungefär densamma för alla bränslen och mellan ca 9 och 13 %. De relativt sett största skillnaderna i innehållet mellan de olika bränslena finns dels för svavel- klor- och kvävehalt samt askhalt och askans 18

20 sammansättning. Benmjöl har hög askhalt (ca 29 %) och även hög kvävehalt (ca 10 %). Även asksammansättningen är speciell för benmjöl då den till största delen innehåller kalcium och fosfor. Föreningar med kalium (och natrium) har normalt låg smälttemperatur, speciellt i förening med klor vilket gör både halm och spannmålsavrens till riskbränslen som innehåller relativt mycket av båda dessa komponenter. En genomgång av de olika råvarornas asksammansättning och hur detta påverkar askegenskaperna och eventuella problem med påslag och dylikt redovisas nedan. Utsläpp av NO kan till viss del bero på hur kvävet är bundet till den flyktiga eller fasta delen av bränslet. I Figur 11 visas på den vänstra y-axeln hur halten kväve varierar i den flyktig och fasta (koks) delen som funktion av den total kväve halten i bränslet. På den högra y-axeln visas hur stor andel av kvävet som är bundet till den flyktiga delen. Andelen flyktigt kväve ökar med ökad kvävehalt i bränslet men verkar asymptotiskt närma sig ett konstant värde mellan 60 och 70 %. I figuren har data för benmjöl utelämnats för att göra figuren mer överskådlig. Motsvarande värde för benmjöl är: total kvävehalt = 14,6 % maf, kväve i koks = 1,4 % maf, kväve i flykt = 13,2 % maf och andel kväve i flykt = 90,1 %. Bild 7 Huvudkomponenter i bränsle. 19

21 Bild 8 Elementaranalys av brännbar substans i bränsle. Bild 9 Fukthalt i bränsle och flykthalt på torr och torr/askfri bas. 20

22 Bild 10 Asksammansättning. Bild 11 Kväveinnehåll i flyktig respektive fast del (koks) samt andel N i flykt. 21

23 4.4. Pulvereldning och påslagsbildning En preliminär riskbedömning, baserad på tillgängliga askdata, för bildning av påslag på värmeöverföringsytor hos några utvalda bränslen gjordes i projektets inledning. Utvärderingen är speciellt inriktad på de förhållanden som råder vid pulvereldning vilka skiljer sig från rost- och fluidbäddförbränning. Askpåslag vid pulverledning har tidigare studerats bland annat i [15 ] och även inom TPS Branschforskningsprogram [16 ] Påslagsbildning vid pulverledning Påslagsbildningen på värmeöverföringsytor (oftast rör i överhettare) kan ske genom tre mekanismer: 1. Termofores, ger bara lösa ofarliga påslag som lätt kan avlägsnas. Termofores innebär att en partikel påverkas av en kraft p g a temperaturgradient över partikeln. Partikeln flyttar sig från varmt till kallt. 2. Kondensation av klibbiga komponenter (typiskt alkalisalter) med infångning av andra askpartiklar som följd. 3. Impaktion av klibbiga (flytande eller delvis flytande) partiklar, typiskt askpartiklar som helt eller delvis består av smälta (t.ex. glassmälta av K, Na, Ca och silikat). Två av mekanismerna (2+3) kan påverkas genom variation av asksammansättningen, t.ex. genom sameldning eller genom tillsatser (additiv). I pulvereldning råder höga temperaturer i förbränningssteget där askan bli kvar i partiklarna. Praktiskt taget all aska blir flygaska, någon fraktion av bottenaska finns inte. Därför kan resonemangen kring askegenskaper lätt baseras på bränslenas askanalyser utan att anrikningsmekanismer behöver diskuteras (vilket är nödvändigt i eldning på rost eller i FB). För mekanism 2 (kondensation av klibbiga saltfaser på kylda ytor) är avgörande: Hur mycket reaktivt och lätt förångningsbart alkali som finns i bränslet. Hur mycket reaktivt klor som finns i bränslet. Hur mycket svavel som finns i bränslet. Hur förhållandet mellan natrium och kalium ser ut. För mekanism 3 (bildning av lågsmältande glasfaser) är avgörande: Hur mycket fria reaktiva alkalier som finns i förhållande till fri reaktiv kiselsyra (SiO ). 2 Hur mycket av alkalierna och kiselsyran som redan från början finns bundna i relativt högt smältande aluminosilikater (typ fältspater). Hur mycket fritt reaktivt kalcium som finns i systemet. Hur förhållandet mellan natrium och kalium ser ut (jfr. mekanism 2). För mekanism 2 är klor den enskilt viktigaste (mest kritiska) bränslekomponenten. Bäst är inget bränsleklor alls. Näst bäst är när bränslet innehåller mera (gärna mycket mera) svavel än klor. 22

24 För mekanism 3 är fri reaktiv kiselsyra den enskilt viktigaste (mest kritiska) komponenten. Bäst är ingen fri kiselsyra alls. Näst bäst är mycket lite fri kiselsyra jämfört med reaktivt Na+K. I båda mekanismer är viktigt i vilket mängdförhållande de fria reaktiva andelarna an K och Na står till varandra. Förekommer båda i samma storleksordning (på molar bas) verkar de mera smältpunktssänkande än när endera av metallerna dominerar över den andra. Önskvärt är därför att antingen: K >> Na eller Na >> K, d v s halterna av K och Na skall skilja sig mycket från varandra. I pulvereldning är flamtemperaturerna så höga att bildningen av smälta faser i askpartiklarna samt förångning av flyktiga kondenserbara alkaliföreningar oftast inte kan undvikas förbränningstekniskt. Därför bör insatserna utgå ifrån ambitionen att smälta (kondenserade faser) skall hinna bli fasta innan de träffar på de kylda ytorna på t.ex. värmeväxlarrör. Då yttemperaturen på dessa rör lätt kan ligga i området C är det viktigt att det bildas glassmältor i askan eller saltpåslag på rören som smälter vid högre temperaturer än låt säga 600 C. För glasblandningar (mekanism 3) ligger de lägsta smälttemperaturerna mellan 540 och 600 C vid ett dåligt Na/K-förhållande (sodaglasblandning, mjukningstemperaturer från 540 C uppåt). Här kan läget förbättras avsevärt när alkalimetallerna kan styras så att Na >> K eller K >> Na. Detta lyfter de lägsta smältpunkterna med ca. 200 C, vilket kan vara tillräckligt. För kondenserbara saltsmältor (mekanism 2) ligger värsta scenariot (utan inblandning av Pb eller Zn) runt 500 C när reaktiva Na, K, Ca, SO (sulfatbildande svavel) och Cl 3 ingår i jämförbara mängder. Här kan läget förbättras avsevärt när kloret kan hållas utanför det kondenserande saltpåslaget. Detta kan ske antingen genom att göra klorhalten i bränslet så låg som möjligt eller genom att se till att bränslet innehåller mycket mera reaktivt svavel än klor. I det senare fallet försöker man dra nytta av sulfateringen: 2 MCl(s,l) + SO (g) + ½ O (g) + H O(g) => M SO (s) + 2 HCl(g) (M = Na, K) Riskbedömningen enligt mekanismerna 2+3 bygger på data som ingår i avancerade askanalyser. Men för att lättare kunna synliggöra är det bra att räkna om rådata till ett antal nyckeltal som lättare skall visualisera den information som annars gömmer sig i procentvärdena Riskbedömning av påslag från olika bränslen Här skall ett antal bränslen bedömas och förslag för eventuell sameldning utarbetas baserat på askanalyser och med avseende på pulvereldning och mekanismerna 2+3. Bilaga 2 innehåller de data om askanalys som varit tillgängliga, samt deras omräkning till de av TPS använda nyckeltalen. I tre fall (bark, salix och trä) har tabellen kompletterats med data från litteraturen [17 ]. Några analyser har tyvärr varit ofullständiga på sätt som begränsat möjligheterna till riskbedömning mot framförallt mekanism 2 (klor och/eller svavel ej analyserat). I dessa fall kan en kvalificerad diskussion inte föras, då både svavel och klor hör till de fyra viktigaste bränslekomponenterna för bedömningen av påslagsrisk. De andra två är alkalimetallerna Na och K. Nedan förs en diskussion om riskbedömningen för bränslena i Bilaga 2 samt för några utvalda blandningar. I diskussionen ingår information dels från den råa askanalysen och dels från de därav framtagna nyckeltalen. 23

25 Några bränslen är sinsemellan besläktade och kan därför sammanfattas i grupper av bränslen med likartat beteende. Grupperna är: 1. Gräsväxtliknande bränslen: Rörflen, halm 2. Kärnvedsbaserade träbränslen: Trä, järnvägsslipers 3. Träbränslen med barkandel: Bark, salix Sedan skulle man kunna göra en grupp : 4. Avfall från träförädling och träprodukter Lignin 1+2, Pappersplast Men redan i denna grupp visar sig att bränslena är ganska oenhetliga, t.o.m. lignin 1+2 visar på stora skillnader. Dessutom kan man bilda en grupp : 5. Avfall från livsmedelsproduktion (kärnor, nötskal): Olivkärnor Sheanötter (skal) RDF och torv blir över, då de inte bildar någon grupp med något annat. Askgrupp 1 gräsväxtliknande bränslen Härifrån föreligger fyra analyser, en från ospecificerat halm (troligen vete eller råg) och tre från olika fraktioner från rörflen (Phalaris arundinacea). Gräs och gräsliknande bränslen är ettbladiga bränslen med låg förvedningsgrad och ett- eller fåårig växtperiod. Spannmålsväxterna är förädlade gräsväxter. Typiskt för gräsväxter är den långa smala stjälken utan förgreningar och med få långsmala blad. Stjälken stabiliseras knappt av vedfibrer p.g.a. för snabb tillväxt. Istället lagrar gräset in amorf kiselsyra som stabilisering av stjälken. Därav de höga halter av SiO i dessa växter och i deras förbränningsaskor. 2 Upptaget av alkali och saltbildare (Cl, S) varierar men kan bli betydande vid gödsling med svavel- eller klorhaltigt gödsel t.ex. ammoniumsulfat (NH ) SO eller KCl-baserat kaliumgödsel. Halmanalysen visar klara tecken på gödsling med KCl. Halm Här har alla viktiga komponenter analyserats. Halm härstammar oftast från spannmålsodling (stjälkar). Spannmålsväxter är typiska förädlade gräsväxter som innehåller mycket amorf kiselsyra i växtkroppen särskilt i halmstrået. Detta leder till en påtaglig risk för mekanism 3 (glasbildning) då denna höga andel kiselsyra säkert inte föreligger som aluminosilikat (2Si/Al ca. 460!!) utan tvärtom domineras av reaktiv finfördelad SiO. Därtill kommer höga halter av reaktivt K samt Cl och S, 2 troligen alla tre från gödsling. En hög klor- och kaliumhalt och en lägre svavelhalt gör att en fullständig sulfatering av KCl i t.ex. påslag på överhettarrör inte är möjlig. Mot denna bakgrund är halm ett högriskbränsle med tanke på både mekanism 2 och 3. Förhållandet mellan Na och K är däremot okritiskt. Nedan föreslås en sameldning med Bark (se ovan) på så sätt att bark är huvudbränslet och halm ett tillsatsbränsle. Alternativet är en sameldning med ett svavelrikt och klorfattigt bränsle t.ex. Lignin 1 eller ett K-fattigt bränsle Lignin 2 (se nedan). Sameldning med Lignin av typ 1 behandlas nedan där Lignin 1 antas vara huvudbränsle. Även sameldning med trä (kärnvedbaserat) och med energigrödan Salix har beräknats. 24

26 Rörflen (Phalaris arundinacea) Phalaris arundinacea är en flerårig gräsväxt. Den kan odlas i nordiskt klimat och är därför lovande som energigröda. Här finns tre analyser redovisat, två från sorterade växtfraktioner och en från hela växten. Typiskt är återigen den höga halten kiselsyra, som ger upphov till en hög risk för asksintring och påslagsbildning efter mekanism 3. För rörflen finns nedan beräkningsexempel för sameldning med träbränsle eller med sheanötter. Askgrupp 2 - Kärnvedsbaserade träbränslen trä och järnvägsslipers Hit hör alla produkter som uppstår från bearbetning av skalade trästammar t.ex. flis, spån eller slipdamm. Här i tabellen presenteras denna bränslegrupp av träbränslet hämtat från [17] och av analysen av järnvägsslipers. De senare är gjorda av kärnvirke och har under lång tid utsatts för vittring och påverkan av vatten. Även trä från t.ex. kasserade lastpallar eller byggnadsställ hör hit. Trä Typiskt för träbränslen från kärnved är en låg askhalt och en låg halt av mineralbildare (t.ex. kiselsyra) i askan. Askan domineras av typiska alkaliska askbildare; Ca, K, Mg samt fosfat. Klor och svavel kan ingå i betydande mängder, främst därför att mängden aska är så låg att ingen utspädning sker. Alkaliska ämnen föreligger i överskott mot mineralbildare. Därmed är risken för bildning av stora mängder lågsmältande glasfaser och påslagsbildning efter mekanism 3 liten. Risken för bildning av flyktiga kondenserande lågsmältande saltfaser och för påslagsbildning efter mekanism 2 är mycket högre. I analyserna för trä och för järnvägsslipers visar sig höga halter för både klor och svavel. Det är oklart hur järnvägsslipers, som vattenlakats under lång tid, kan innehålla så mycket klor (4% räknat per torr aska), men förklaringen kan vara klorerade organiska ämnen som skydd mot träröta. Den höga halten av klor och av reaktivt alkali gör att stora mängder av flyktiga alkaliklorider kan bildas. Dessa kan ge upphov till lågsmältande alkali-klorid-sulfatblandfaser på överhettar-rören. Natrium och kalium ingår (enligt tabell 1) i jämförbara halter, vilket är särskilt allvarligt ur smältpunktssynpunkt för saltblandningarna. Lösningen ligger troligen i spädning av dessa bränsleaskor genom sameldning med bränslen med högre askhalt och ofarligare asksammansättning. Detta är lätt, då de flesta andra bränslen innehåller mer aska än träbränslen. Nedan diskuteras två beräkningsexempel av sameldning av trä med grödor, halm och rörflen. Järnvägsslipers Järnvägsslipers är ett typiskt returbränsle. De består av stamved som behandlats med konser-veringsmedel och som sedan varit utsatt för en långvarig lakning genom nederbörd. Halten av kisel är låg, vilket stämmer bra med stamved. Det lilla som finns har dessutom ett Al/Si-förhållande som antyder att det mesta kan vara i form av aluminosilikat t.ex. från medryckt jord. Al-andelen är dessutom så hög jämfört med Si-andelen att det kan antas finnas en diffus förekomst av Al som ej är associerat med Si. Risken för påslagsproblem enligt mekanism 3 är låg. Tyvärr har svavelhalten ej bestämts, vilket omöjliggör alla resonemang kring sulfatering. Klorhalten är påtaglig och överraskande hög (trots långvarig vittring). Ännu högre är halterna av K och Fe. Även halterna av Na och Ca är tydliga. Dessa metaller föreligger sannolikt i reaktiva former, då de ej balanseras av vare sig mineraler eller 25

27 saltbildare. Det finns därför en klar risk för påslagsbildning efter mekanism 2 (salter), i synnerhet då K, Na och Ca ingår i jämförbara halter och troligen fångar in allt tillgängligt Cl. Då svavel ej finns analyserat kan dessutom inget sägas om sulfatering. Men överskottet av Na+K+Ca över Cl är så stort att stora mängder S skulle behövas för att kompensera för Cl-infångningen. För att bemästra problemet med mekanism 2 kan sulfatering troligen inte utnyttjas. Alternativet är att späda bort problemet genom sameldning med ett bränsle som är mycket askrikare än slipers, samtidigt som askan borde vara till det närmsta fri från reaktiv SiO och från klor. 2 Askgrupp 3 Träbaserade bränslen med varierande barkandel Till denna grupp hör bark, men även salix och Grot (ej med i tabellen). Bark Bark är självfallet träbränslet med den högsta barkandelen. Analys av S och av Na saknas tyvärr. Därmed kan inga resonemang föras kring sulfateringen. En annan barkanalys från en annan datakälla [17] visar dock på svavelhalter i samma storleksordning som klorhalten (Tabell 1 kolumn längst till höger). Då datamaterialet på denna bark är fullständigt har beräkningarna genomförts med denna analys istället. Klorhalten visar att högst omkring en fjärdedel (23%) av alkali (Na+K) kan förångas som klorider (se nyckeltal Cl/(Na+K)). Därmed finns en risk för bildning av lågsmältande saltpåslag. Cl-halten bör gärna pressas ned genom sameldning med klorfattiga bränslen. Alternativt sameldning med svavelrika bränslen (sulfatering). SiO -halten är inte överdrivet hög. Nyckeltalen som indikerar kritiska alkalisilikatförhållanden (sodaglastalen) hamnar i området vid undre gränsen av den kritiska 2 regionen (0,25-0,75). Dessutom väcker Si/Al-förhållandet (2Si/Al = 4,24) en förhoppning att det mesta av kisel i askan föreligger i form av högsmältande aluminosilikater snarare än som fri kiselsyra. Värden i området 2-6 indikerar nämligen att det kan föreligga betydande andelar av aluminosilikater (fältspater eller lerjordar). I fallet bark kan sådana fältspat- eller lerandelar komma från föroreningar av medryckt jord. Då Na-analysen saknas kan tyvärr ingenting sägas om förhållandet Na/(Na+K), vilket är en viktig indikator för lågsmältande salt- eller glasblandningar. Sammantaget kan bark vara kritiskt med tanke på mekanism 2 men knappast för mekanism 3. Tvärtom kan bark vara ett bra bränsle att samelda med bränslen som har problem med mekanism 3 t.ex. halm. Det stämmer även med försök som visar att en självsintring av barkaska efter mekanism 3 sker först i temperaturområdet C. För bark diskuteras nedan möjligheten att samelda med halm. Salix Här har analysen helt hämtats från litteraturen [17]. Salix är en flerårig växt från de buskbildande och trädliknande sälg- eller videväxterna (saliceae). Flera arter är aktuella för odling som biobränsle (Salix alba, viminalis, caprea, fragilis). Salix kan betraktas som ett träbaserat bränsle med barkandel. Salixbusken skördas som helväxt och är efter flera tillväxtår delvis förvedad (förbuskad). Bränslet innehåller därför både ved, bark och ibland även löv. Bladandelen kan undvikas när salix skördas på vintern. Till skillnad mot de ettåriga gräsväxterna är salix fattigt på kiselsyra, då salixväxterna stabiliserar sina stjälkar genom förvedning (ligninbildning). Den låga SiO -andelen 2 föreligger dessutom troligen mest som aluminosilikat (2Si/Al ca. 3,4) från medryckt 26