METODUTVECKLING FÖR UTPROVNING AV NYA BIOBRÄNSLEN DRIFTERFARENHET FRÅN EN ROSTPANNA

Transkript

1 TPS Branschforskningsprogram för Energiverk 26/7 METODUTVECKLING FÖR UTPROVNING AV NYA BIOBRÄNSLEN DRIFTERFARENHET FRÅN EN ROSTPANNA Slutrapport inom området Rostteknik Jelena Todorović, Frank Zintl och Henrik Brodén September 27 TPS-7/2

2 Titel: Metodutveckling för utprovning av nya biobränslen Drifterfarenhet från en rostpanna Författare: Jelena Todorović, Frank Zintl, Henrik Brodén Rapportnummer: TPS-7/2 Version: Slutversion Datum: Språk: Svenska Antal sidor: 38 Nyckelord: biobränsle, förbränning, rost, aska, emission, påslag Spridning: Beställare: TPS Branschforskningsprogram för Energiverk 26/7 - Rostteknik Avsändare: Godkänd av: TPS Termiska Processer AB, Box 624, Nyköping Tel , Fax , e-post tps@tps.se ABSTRACT Intresset för nya biobränslen ökar på grund av prisutvecklingen på den traditionella biobränsle marknaden. Trots ökande behov finns idag inga klara metoder om hur man introducerar ett nytt bränsle i en storskalig biobränsleanläggning. För att skaffa erfarenheter kring introduktion av nya biobränslen i existerade anläggningar med rost, genomfördes ett prov med förbränning av rörflen inblandat med skogsflis i en 4 MW panna. Försöken kompletterades med laboratorieundersökningar av bränslen, påslag och askor och en litteraturstudie. Provförbränningen planerades som ett faktorförsök och gav högt informationsutbyte från relativt lågt antal försök. Försöket visade att matningssystemet för bränsle måste testas före införandet av nytt biobränsle och eventuellt ombyggas. Bränslen som ingår i utprovningen skall analyseras minst för askhalt, fukthalt, värmevärden, elementarsammansättning, huvud- och spårelement. Från resultat av dessa analyser kan man dock inte dra några säkra slutsatser gällande NO X - och SO X -emissioner samt påslagsbildningen. Därför rekommenderas för utprovningen av ett nytt bränsle att inkludera undersökning av emissioner och påslagsbildning. I rapporten ges även andra rekommendationer om hur man skulle planera en utprovning av nytt biobränsle och vad skall utprovningen inkludera.

3 FÖRORD Projektet Metodutveckling för utprovning av nya biobränslen Drifterfarenhet från en rostpanna utfördes som en del av TPS Branschforskningsprogram för Energiverk 26/7. I projektet har ingått en provförbränning av rörflen inblandad med skogsflis. Provförbränningen genomfördes i anläggningen Silverdalen i Eskilstuna, som tillhör Eskilstuna Energi & Miljö AB. Projektledare och författarna tackar följande personer för deras insatser i projektet: Ulf Björklund, Eskilstuna Energi & Miljö AB, och; Claes Caspar, Eskilstuna Energi & Miljö AB. Nyköping, juni 27, Jelena Todorović.

4 Innehållsförteckning 1 Inledning Målsättning Genomförande Litteraturstudie Anläggningen Försöksplanering och förbränningsförsök Bränslen, lagring och inmatning Statistiska analyser Resultat och diskussion...6 Litteraturdata om nya biobränslen Fukthalt, askhalt och värmevärden Kemisk sammansättning Aska och relaterade problem Emissioner Andra erfarenheter...11 Provförbränning av rörflen Bränslen Bränslematning Panndata Påslag Emissioner Aska...21 Metod för utprovning av nya biobränslen Bränsleanalyser Försöksplanering Biobränsleblandningar Bränslematning Panndata Utvärdering av rökgaser Utvärdering av påslagsbildning Utvärdering av askor Annan läsning Slutsatser och rekommendationer Förkortningar Referenser...35 Bilagor: Bilaga A Bilaga B Mikroskopering av påslag Emissioner

5 1 1 Inledning Prisutvecklingen på den traditionella biobränslemarknaden gör att intresset för nya biobränslen ökar. Andelen åkerbränslen av den totala biobränslemarknaden är än så länge låg. I Sverige bedöms fleråriga grödor som kan odlas på tidigare åkermark ha störst potential att ge hög arealavkastning, men också ettåriga växer som exempelvis hampa kan bli aktuella. Drifterfarenheter från förbränning av halm, rörflen och spannmål är dokumenterade i en del svenska och internationella studier [1,2,3,4,5,6]. En av orsakerna till den relativt låga användningen av åkerbränslen som energiresurs är tekniska problem som kan uppstå vid förbränningen. Jämfört med trädbränsle har dessa bränslen ofta sämre askegenskaper, samt högre kväve- och svavelinnehåll. Högre askhalter i åkerbränsle ställer andra krav på pannornas uraskningssystem. Förhöjda värden av Cl och S kan bidra till ökade korrosionsangrep på pannornas ytor. Högre N- och S-innehåll i åkerbränsle kan orsaka förhöjda emissioner av miljöfarliga NO X och SO X. Åkerbränsle som ofta är av annan konsistens eller geometri än trädbränsle ställer också nya krav på bränslematningssystem. Trots ökande behov finns i dagsläget inga klara metoder om hur man introducerar ett nytt bränsle i en storskalig förbränningsanläggning. Detta projekt syftar till att öka kunskap kring förbränning av nya biobränslen i existerade förbränningsanläggningar. Förhoppningsvis kommer projektresultatet att kunna användas som en handbok i hur man på ett standardiserat och kostnadseffektivt sätt introducerar ett nytt biobränsle. 2 Målsättning Målsättningen med projektet har varit att: Ta fram en metod för hur man introducerar ett nytt bränsle i en storskalig förbränningsanläggning. Beskriva hur man kan planera införandet av nytt bränsle med avseende främst på bränslesammansättning, askkemi och bränslematningsegenskaper. Samla information om hur mycket av det nya biobränslet skulle blandas för en störningsfri drift. Rekommendera vilka extra mättningar som borde göras under driftproven. 3 Genomförande 3.1 Litteraturstudie Litteraturdata sammanställdes för bränslen som medlemsföretagen bedömde vara av störst intresse, nämligen rörflen, halm, spannmål och rapskaka (dessa bränslen kallas fortsättningsvis nya biobränslen ). Uppgifter om trädbränsle och andra nya biobränsle, som exempelvis olivavfall, presenteras för jämförelse. Bränslehandboken [1] har använts som utgångspunkt för litteraturstudien. Data från en del internationella tidskrifter och svenska rapporter ingår också.

6 2 3.2 Anläggningen Provförbränning av rörflen genomfördes på anläggningen Silverdalen som ligger i nordvästra Eskilstuna och tillhör Eskilstuna Energi & Miljö AB. Grunduppgifter för anläggningen enligt panntillverkaren finns i Tabell 1. Anläggningen producerar hetvatten till ett växthus och närliggande bostadsområden. Tabell 1. Uppgifter om anläggningen Silverdalen i Eskilstuna enligt Järnforsen Energisystem AB. Byggår 1996 Kapacitet 4 MW Konstruktionstryck 16 bar Konstruktionstemperatur 14 C Rökgastemperatur 2 C Framledningstemperatur 95 C Returtemperatur 7 C Pannverkningsgrad 84 % Bränsle Skogsflis Bränslefukthalt 45 % Askhalt 1 5 % NO X -halt 12 mg (MJ) -1 Total installerad eleffekt 14 kw Anläggningen är utrustad med cyklon och elfilter för gasrening. Cyklonaska blandas med bottenaska medan elfilteraska transporteras separat. Rökgaser återförs till pannan, delvis under rosten som primärluft och delvis som sekundärluft. Före försöket inspekterades anläggningen. Figur 1 och Figur 2 visar ett par detaljer från pannan. Figur 1. I pannan - öppning för bränslematning och en del av rosten. Figur 2. I pannan - öppningar för tillförsel av sekundärluft.

7 3 3.3 Försöksplanering och förbränningsförsök Studien genomfördes i januari och februari 27 som ett faktorförsök där andel rörflen i bränsleblandningen och panneffekt varierades. Tre nivåer på andel rörflen (, 17 och 33 vol-%) i bränsleblandningen, samt två nivåer av panneffekt (2 och 3,6 MW) ingick i studien och de kombinerades enligt Tabell 2. Försöken med endast skogsflis användes som referensförsök. 17 vol-% rörflen motsvarar 3 vikt-%, medan 33 vol-% motsvarar 5 vikt-%. Tabell 2. Försöksplanering. Försökskod Andel rörflen i bränsleblandningen Andel skogsflis i bränsleblandningen Andel rörflen i bränsleblandningen Last vol-% vol-% vikt-% MW %, 3,6 MW 1 3,6 %, 2 MW %, 3,6 MW ,6 17 %, 2 MW %, 3,6 MW ,6 33 %, 2 MW Rökgaser analyserades efter elfiltret avseende O 2, NO X, SO 2 och CO. Proven av cyklonaska, elfilteraska samt blandningen av botten- och cyklonaska togs under samtliga försök (Tabell 3). För provtagning användes plasthinkar. Prover av askor transporterades och förvarades i 1-liters plastburkar. Samtliga askor analyserades för oförbränt enligt modifierad standard för bestämning av askhalt [7] där större mängd aska analyserades än rekommenderat (hela provet) och under längre tid (15 timmar). Askornas kemiska sammansättning analyserades med hjälp av XRF (Spectro X-lab 2, Type 76811, Spectro analytical instruments, Kleve, Tyskland). Tabell 3. Antal askprover. Försökskod Blandning av bottenoch cyklonaska Cyklonaska Elfilteraska %, 3,6 MW %, 2 MW %, 3,6 MW %, 2 MW %, 3,6 MW %, 2 MW Bildning av påslag på materialet X1Cr.Mo.VNb.9.1 enligt EN studerades. Påslagsbildningen studerades i avgaspannan med hjälp av en påslagssond. Påslagssonden var utrustad med två ringar av provmaterial som kyldes till 45 C och 55 C. Vikten av påslag bildat under 5 timmars tid dokumenterades. Påslag som bildades på provringar som kyldes till 55 C under samliga försöken på 3,6 MW last samt två stycken (utan och med 17 vol-% rörflen) från försöken på 2 MW mikroskoperades (Ljusmikroskop Nissho Optical Co. Ltd. Japan, TZ-24 1/24T). Undersökningen gjordes direkt på påslagsringar utan några ingrepp. Ringarna undersöktes med 6-gångers förstorning. Sidan med mest påslag på definierades som framsida (vindsida) och motsatta sidan (18º mittemot) som baksida (läsida). Utsida som ligger 9º emellan undersöktes också.

8 4 För mätning av temperatur i avgaspannan användes sugpyrometer. Temperaturen loggades var femte sekund under femminuters perioder i tre punkter,,5 m och 1 m från avgaspannans vägg och i avgaspannans centrum. På likartat vis som gjordes med gastemperaturen karterades luftöverskott i avgaspannan med lambdasond. 3.4 Bränslen, lagring och inmatning Skogsflis som vanligtvis eldas i Silverdalen doseras med en skraptransportör som transporterar bränslet från bränslefickan, genom bränslekanalen till pannan. En pusher matar in bränslet i pannan. Försöksbränsle var briketter av rörflen. Briketterna var ca 6 cm i diameter och mellan 2 och 6 cm höga. Rörflen förvarades i ett tält (Figur 3). Prov på skogsflis och rörflen togs vid två tillfällen, ett par veckor före början av försöket och under försöksperioden. Första bränsleprov analyserades för fukt- (SS 18717) och askhalt (SS ), värmevärden (SS-ISO 1928), vattenlösliga klorider, natrium och kalium, totala svavel- (SS ) och klorhalter (SS ), kol-, väte- och kvävehalter (Leco-6), huvud- och spårelement. Dessa analyser genomfördes i ett certifierat laboratorium. Bränsleprov som togs under försöket analyserades för spårelement med hjälp av XRF i TPS laboratorium. Två matningsmetoder för rörflen testades, nämligen (a) matning direkt i bränslefickan efter blandning med skogsflis och (b) matning av rörflen med skruv i bränslekanalen där den blandas med skogsflis. Före matningen direkt i bränslefickan, blandades rörflen med skogsflis på planen utanför anläggningen med hjälp av en lastare (Figur 4). Lastarens skopa användes som mått på volym. Detta innebär att i blandningen med 17 vol-% rörflen blandades varje mått rörflen med 5 mått skogsflis och i blandningen med 33 vol-% rörflen blandades varje mått rörflen med 2 mått skogsflis. Figur 5 visar bränsleblandningen i bränslefickan, medan Figur 6 visar bränslen i pannans nedre del. Skruven (Figur 7) som var från början tillverkad för skogsflis, byggdes om för denna studie. Skruven transporterar rörflen till kanalen där den blandas med skogsflis och transporteras vidare till pannan. Denna metod visade sig dock problematisk, se nedan, varför bränsleblandningen under förbränningsförsöken matades direkt i bränslefickan efter blandning med hjälp av skoplastaren. Figur 3. Förvaring av rörflen. Figur 4. Blandning av bränslen med hjälp av en lastare.

9 5 Figur 5. Bränsleblandningen i bränslefickan. Ellipsen visar där rörflen briketterna rullade ner och samlades. Figur 6. Bränsleblandningen i pannan. a) b) Figur 7. Inmatning av rörflen med skruv - utomhus (a) och inomhus (b). En motorstyrd doseringsskruv ligger i den gula kanalen (a och b). Skruven transporterar rörflen till änden av gula kanalen (b), där rörflen faller genom ett rör in i den blåa kanalen genom vilken leds trädbränsle till panna. I bakgrunden (b) syns även skogsflis som doseras med hjälp av skraparen.

10 6 3.5 Statistiska analyser Samband mellan askornas kemiska sammansättning och deras typ, bränsle och last analyserades med hjälp av multivariat data metod kallad principalkomponent analys (PCA). Analysen genomfördes med hjälp av dator program Extract 4.1. Analyserade objekt (Tabell 4) var olika askfraktioner (fin fraktion av bottenaska, sintrad fraktion av bottenaska, cyklonaska och elfilteraska). Variabler inkluderade i analys (Tabell 4) var andel rörflen i bränsleblandningen, last och resultat av analyser av askor (oförbränt i askor samt koncentration av 15 analyserade grundämnen i askor). Tabell 4. Objekt och variabler inkluderade i principalkomponent analys. Objekt Blandningen av botten- och cyklon aska, fin fraktion 16 st Blandningen av botten- och cyklon aska, sintrad fraktion 16 st Cyklonaska 6 st Elfilteraska 7 st Variabler Andel rörflen i bränsleblandningen, 17 eller 33 vol-% Last 5 eller 8 % Oförbränt i aska i % Koncentrationer av grundämnen (Al, Ba, Ca, Cl, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, Pb, S, Si, Zn) i % eller mg kg -1 4 Resultat och diskussion 4.1 Litteraturdata om nya biobränslen Flera av dem publicerade studierna om förbränningsförsök som handlar om åkerbränslen har gjorts på pannor avsedda för helbalseldning. Denna typ utav pannor är inte aktuella för medlemsföretagen inom Branschforskningsprogrammet men presenteras här för att ge helhet till litteraturstudien. Introduktion av nya bränslen till förbränning kan orsaka driftproblem och förhöjda emissioner av miljörelevanta ämnen. Dessa problem förekommer på grund av bränslenas egenskaper och kemisk struktur Fukthalt, askhalt och värmevärden Bränsleegenskaper varierar beroende på bränslets ursprung, behandling och sammansättning. Fukthalt och värmevärden påverkar själva förbränningsprocessen och temperatur i panna. Värmevärdet skulle vara tillräckligt högt för att bränslet skall kunna eldas utan att man måste ändra pannans inmurning [1]. Vid för höga värmevärden finns det risk av för höga temperaturer i pannan. Höga askhalter betyder tätare uraskning eller behov för automatisk askutmatning. I Tabell 5 redovisas vatten- och askhalt och termiska egenskaper för några biobränslen, både nya och väletablerade.

11 7 Tabell 5. Fukthalt, askhalt och värmevärde för olika bränsle Bränsle Referens Fukthalt, % Askhalt, % Värmevärde torr, kwh (kg TS) -1 Värmevärde fuktigt, kwh kg -1 Gräs (i balar) [2] 18 5,1 3,8 Spannmål vete (i balar) [2] 15 5,2 4, Spannmål [3] 15 2,9 4,7 5,1 4, 4,3 Halm (i balar) [2] 15 5,2 4, Halm [8] ,8 4,3 Rörflen [4] ,4 4,7 3,7 4,2 Rörflen och halm [5] ,6 4,4 Olivkärnor (malda) [5] , Olivkärnor (pellets) [5] 8 1 Olivfruktkött (pellets) [5] ,7 Salix [8] 5 2 5,1 2,2 Träpellets [8] ,4 4,8 För rörflen och halm varierar fukthalt mellan 1 och 2 % (Tabell 5). Även vid olika balar varierar fukthalten kraftigt [4]. Fukthalt upp till 25-3 % kan uppmättas i fuktiga segment av rörflen balar [4]. Vid eldning av stora balar kan fukt vandra från den heta zonen till oförbrända delen av balen, där fukten kondenserar. Ojämn fukthalt i bränslet kan orsaka problem som dåligt förbränning och höga emissioner av CO. Askhalter är högre hos rörflen och halm än hos trädbränslen (Tabell 5). Askhalt är kraftigt beroende av växtplats. Rörflen från mullrika jordar innehåller ca 2 % aska, medan den från lerjordar kan innehålla upp till 16 % aska [1]. Rörflen har något högre askhalt än halm. Bladet utgör 3-4 % av totalmassa hos rörflen och innehåller 5 % mer aska än strå. Halm är huvudsakligen strå och därför har lägre askhalter [4]. Hos spannmål beror askhalt på metod av rensning [3]. Värmevärdena för nya biobränslen är lägre än för träpellets (Tabell 5). För spannmål varierar värmevärdena för olika arter (Tabell 5). Den högsta är för havre som har högre fetthalt än andra spannmål [3] Kemisk sammansättning Faktorer som gödsling och skördning påverkar biobränslens kemiska sammansättning [4]. Svavel, som är viktigt näringsämne härrör från gödsling. Svavel spelar en viktig roll för bildning av korrosiva ämnen i panna. Klor bildar både korrosiva ämne och toxiska dioxiner och furaner (PCDD/F), samt minskar askornas smältningstemperatur. Kväve bildar oxider (NO X ) som bidrar till försurning och övergödning av miljö. Jämfört med trädbränslen har nya biobränslen högre innehåll av kväve, klor och svavel (Tabell 6). Dessa ämnen ackumuleras mer i blad än i strå. Halm har därför lägre svavel-, klor- och kväve halter än rörflen.

12 8 Tabell 6. Innehåll av N, Cl och S i olika biobränslen i vikt-% TS Bränsle Referens N Cl S Spannmål havre/vete [3] 1,2-2,9,8 -,11,8 -,17 Halm [4],41 -,67,5 -,67 a),8 -,1 Rörflen [4],88-1,3,52-1,1 a),15 -,23 Träpellets [3],8 <,1 <,1 a) som klorid Livscykeln hos en flerårig växt ger både odlingsmässiga och bränslemässiga fördelar. Om gräset lämnas kvar på rot över vinter och skördas på våren lakas en del lättlösliga ämnen ur. Urlakningen minskar framförallt halterna av klorider, sulfater och alkalimetaller. Detta skördealternativ minskar också behovet av gödsling genom att näringsämnena återförs till marken, samtidigt förbättrar bränslets kvalité genom minskade klor-, svavel- och alkalihalter. Sådan förändring av bränslets kemiska innehåll höjer begynnande askmjukningstemperatur som i sig självt minskar problem med asksintring [4] Aska och relaterade problem Halten av oförbränt material i askor från förbränning av nya biobränslen kan de variera kraftigt beroende på optimeringen av själva förbränningsprocessen. Mellan 15 och 3 % av bränslets innehåll av svavel binds till askan som sulfater av K och Ca, medan resten bildar svavel oxider SO X [4]. Nästan hela biobränslets innehåll av klor avdunstar vid förbränning, av vilket mellan 4 och 85 % blir kondenserad i flygaska, medan rester emitteras som HCl som kan bidra till korrosionsproblem. Högtemperaturkorrosion förekommer vid temperaturer >45ºC, medan lågtemperaturkorrosion förekommer vid temperaturer <8ºC [4]. Hur mycket klor som kommer att kondenseras beror på innehållet av alkali- och alkaliska jordartsmetaller i bränslet samt rökgasreningsteknik [2]. Grundämne som Si, Ca, Mg, K och Na bildar aska och salter som är viktiga för förbränningsprocessen. I Tabell 7 redovisas typiska koncentrationen av dessa ämnen i askor från biobränsleförbränning. Tabell 7. Innehåll av grundämne i askor från förbränning av olika biobränsle [2]. Ämne Flis Halm Spannmål i vikt-% TS Si Ca , Mg 2,2-3,6 1,1-2,7 1,2-2,6 K 4,9-6, Na,3 -,5,2-1,2 -,5 i mg (kg TS) -1 Zn Cd 3-6,6,1 -,9,1 -,8 Askor från förbränning av spannmål, halm och rörflen har lägre smältningstemperatur än askor från förbränning av trädbränsle (Tabell 8). Detta i kombination med bränslenas höga värmevärden som ger höga rökgastemperaturer i eldstaden kan orsaka problem med klibbig aska och sintring. Dessa problem har oftast uppstått vid förbränning av halm, säd och olika olivavfall [5].

13 9 Den begynnande smältningen anses som det viktigaste tillståndet och indikerar risk för sintring av askan. Hos askor från halm- och rörflensförbränning kan temperatur för begynnande smältning vara mer än 3ºC lägre än hos askor från trädbränsle (Tabell 8). Larsson [9] rapporterar dock att temperaturer av begynnande smältning av vårskördad rörflen är ungefär samma som för träpellets och betydligt högre än för skogsbränsle. Enligt Rönnbäck och Arkelöv [3] börjar askor från råg, vete och korn smälta vid 7-8ºC, vilket är lägre än de i Tabell 8 redovisade temperaturintervallet för spannmål. Askor från havre har asksmältpunkt på ºC och har därför smältegenskaper liknande askor från trädbränslen [3]. Tabell 8. Asksmältningstemperaturer för olika biobränslen, i ºC [2]. Bränsle Begynnande smältning Mjukningstemp Hemisfärisk temp Flyt temp Spannmål Halm Rörflen Trä bok/gran > >17 Sambanden mellan askans kemiska sammansättning och asksmältpunkt är komplex. Generellt anses Ca och Mg som ämnen som ökar asksmältpunkten medan K och Na som sänker den [2,5]. Si och K tillsammans kan bilda silikater med låg smälttemperatur i flygaskan. Strömberg och Zintl [6] redovisar karakteristiska nyckeltal för nya biobränslen (Tabell 9) och deras detaljerade betydelse. De är baserade på bränsle- och askanalyser och möjliggöra en enkel jämförelse av värden för nya biobränslen med riskvärdena. Tabell 9. Urval av nyckeltal för olika biobränsle [6]. Värdena i riskområde är marterade med fet stil. Nyckeltal Betydelse Risk Halm Rörflen Oliv GROT Alkalinitetstal Risk för alkaliska angrepp på >,8,43,4 2,64 4,32 silikatiskt bäddmaterial Alkaliandel Nivå på smältpunkter i salter och >,3,48,17,36,16 silikater Saltkvot Bildning av lågsmältande,2-4,48 1,68,21,71 saltblandningar Eutektikum Smältpunktsänkning i salter eller,2 -,8,2,6,6 - silikater Fältspattal Förekomst eller bildning av > ,5 6 5,21 lättmetallaluminosilikater Förglasningstal Risk för bildning av lågsmältande sodaglas i askan,2-1,29,12 1,67 1,37 Nyckeltalen visar att halm och olivavfall har flest riskbedömda nyckeltal och kan därför förväntas vara mest problematiska när det gäller asksmältning. Fältspattal är det enda nyckeltal för rörflen som överstiger risk nivån. Därför kan man bedöma rörflen som nytt biobränsle som skulle orsaka få problem relaterade till asksmältning. Ett annat problem som kan uppstå vid förbränning av biobränsle är påslag. Beläggningar i pannan bildas huvudsakligen av aska, som har varit smält i den varmare delen av pannan, men kylts under smältpunkten i konvektionsdelen där den stelnat. Beläggningarna kan vidare växa genom kemiskt reaktion med komponenter i rökgas (svaveldioxid SO 2, koldioxid CO 2 och väteklorid HCl) [3]. Effekten kan minskas genom vårskördning eller urlakning av biobränslen vilket minskar innehållet av svavel och klorid och därför bildning av SO 2 och HCl.

14 Emissioner Emissioner av CO och NO X från förbränning av halm och rörflen kan vara höga (Tabell 1). Detta problem uppstår mest på grund av ojämn fukthalt och fuktvandring in i bränsle vid baleldning. Emissioner av SO X var relativt låga (Tabell 1) och ansågs som acceptabla. Tabell 1. Emissioner vid provförbränning av halm och rörflen i tre danska anläggningar med rost [4], samt ungefärliga utsläpp från olika biobränsle för svenska förhållanden enligt Naturvårdsverket [1]. CO, NO Bränsle Referens X, SO X, ppm tg mg (MJ) -1 mg (MJ) -1 Halm [4] Rörflen [4] Utsläpp från biobränsle [1] De redovisade emissionerna, av framför allt CO, i Tabell 1 är anmärkningsvärt höga. Det beror snarare på att den typiska baleldningspannan ur förbränningssynpunkt inte är jämförbar med en större kraftverkspanna. Emissionen av CO är på en sådan nivå att orsaken snarare står att söka i bristande utformning av förbränningsrummet snarare än bränsleegenskaper. En övergripande undersökning av förbränning av alternativa biobränslen [5] visade att det är möjligt att underhålla en god utbränning i gasfas. Registrerade CO-halter var därför låga (Tabell 11). Vid övergång till nya biobränslen ökade emission av NO X men registrerade värden (Tabell 11) var lägre än i den danska studien (Tabell 1). Tabell 11. Emissioner vid provförbränning av nya biobränslen i anläggningar med rost [5]. Luftöverskott, CO, NO Bränsle X, SO X, % O 2 mg (MJ) -1 mg (MJ) -1 mg (MJ) -1 Spannmål/höstvete > 12 < 1 a) Halm Rörflen a) i ppm Redovisade litteraturreferenser ger inte stöd för att stoftemissionerna skulle vara förhöjda vid eldning av halm eller rörflen under förutsättning att pannan är utrustad med konventionell stoftreningsteknik. Emissioner av HCl vid provbränning av halm och rörflen var relativt låga (,1-2 mg (MJ) -1 ) [4] med tanke på de relativt höga halterna av Cl i bränslena. Sannolikt beror detta på högt innehåll av alkali- och alkaliska jordartsmetaller i bränslena som möjliggör bildning av alkaliska askor som exempelvis KCl. På grund av höga Cl-halter i nya biobränslen finns det risk för bildning av PCDD/F vid förbränning. Utvärdering av PCDD/F emissioner från nya biobränslen finns endast sparsamt rapporterat i litteraturen. PCDD/F bildas i en heterogen kemisk reaktion som sker på flygaskans yta i närvaro av C, Cl och O och vid temperaturerna mellan 25 och 5ºC. Lägre halt askpartiklar i gaser, fullständig förbränning, lägre syre överskott och lägre Cl-halter i bränslet är faktorer som minskar bildning av PCDD/F [2].

15 Andra erfarenheter Bränslena som rörflen är svåra att hålla torra under lagring. Förbränningsproblem orsakade av ojämn fukthalt har tidigare diskuterats i avsnitt Vid torrhalter < 8 % reduceras bränslets pris. Torrhalterna i rörflen bör inte vara mindre än 77 % på grund av förhöjd självantändningsrisk. Problem med damning har rapporterats vid förbränning av olivkärnor eller olivpulver och blandning kol och spannmål [5]. Vid introduktion av stråbränslen och spannmål i existerande anläggningar kan det hända att inmatningssystem inte är anpassad till de nya bränslena [5]. 4.2 Provförbränning av rörflen Bränslen Resultat av bränsleanalyser redovisas i Tabell 12 till Tabell 14. Skogsflis består till hälften av fukt (Tabell 12). Askhalten är låg och utgör 1 vikt-% efter omräkning till torrt bränsle. De askbildande komponenterna domineras av lättmetalljoner, främst Ca och K (Tabell 13) och även Mg och Mn. Halterna Fe och Na är lägre. En dylik sammansättning får betecknas som typisk för trädbränsle. Första analysresultat (Tabell 13 markerad med analys från annat lab) visar att mineralbildarna Si och Al ingår i relativ små mängder. Deras kvot visar relativ låg risk för bildning av lättsmältande aluminosilikater. Å andra sidan visar andra analysen (Tabell 13 markerad med XRF analys från TPS lab) en tiopotens högre koncentration av Si i skogsflisen. Förklaring till detta kan vara att proven är tagna från två olika laster av skogsflis. Den senare innehöll möjligen mer sand som ökade koncentrationen av Si i bränslet. För rörflen är skillnaden mellan två analyser av prov tagna vid två olika tillfällen mindre, vilket tyder på en jämnare bränslekvalitet. Där huvudkomponenter är angivna som oxider (utom Cl) visas i Figur 8. Saltbildarna Cl, S och P förekommer i underskott mot lättmetallerna Ca, K och Na. Tillsammans kan de bilda lågsmältande faser på överhettarytor. På grund av detta finns det risk för saltbaserade problem i samband med bildning av överhettarpåslag. Cl kommer i rörflen förmodligen ifrån gödslingsmedel NKP som bl. a. innehåller KCl. Att undvika gödsling med Clinnehållande ämnen skulle potentiellt kunna minska Cl-relaterade problem. Fukthalten i rörflen är lägre än i skogsflis medan askhalten är högre (Tabell 12). Asksammansättningen hos rörflen är typisk för gräsväxter (Tabell 13). Askan domineras helt av kiselsyra som mineralbildaren (Tabell 8). Som vanligt i biobränslen, finns det K, Ca och Mg i påtagliga mängder. Mängden Na är en tiopotens högre än i skogsflis. Jämförelse med mängden K visar att asksmältningsegenskaperna kan vara sämre än hos skogsflis. I rörflen finns det mer Na i förhållande till K, vilket ger en smältpunktssänkande effekt. Det finns också risk för bildning av lättsmältande silikater (glasfaser). Sameldning av rörflen och skogsflis leder till bildning av blandaskor, som på grund av den relativt högre askhalten i rörflen, får snarlik sammansättning som rörflensaska (Figur 9). Asksammansättningar redovisade i Figur 8 och Figur 9 baseras på teoretiska beräkningar som förutsätter att alla askbildande ämnen stannar kvar i askan. I de askprov som togs från anläggningen ingår andra effekter, t.ex. uppdelningen i bottenaska, cyklonaska och elfilteraska samt hopblandningen av bottenaska (ibland slagg) med cyklonaska (fin andel). Temperatur av begynnande smältning av askor i båda bränslena var 145 C (Tabell 14).

16 12 Tabell 12. Fukthalt, askhalt och värmevärden för skogsflis som vanligt eldas i Silverdalen och för provbränsle rörflen. Bränsle Fukthalt, % Askhalt, vikt-% TS Värmevärde torr, kwh (kg TS) -1 Värmevärde fuktigt, kwh kg -1 Skogsflis 48,4 1, 5,2 2,4 Rörflen 21,9 8,9 4,8 3,6 Tabell 13. Elementanalys av skogsflis och rörflen. Analys från annat lab XRF analys från TPS lab Ämne Skogsflis Rörflen Skogsflis Rörflen i vikt-% TS C 5,3 45,3 H 6,1 5,7 N,2 1,2 O 42,4 38,65 S,2,12,3,17 Cl,2,5,3,4 i mg (kg TS) -1 Al As <,1,218 <,2 <,3 B 2,27 1,75 n.d. n.d. Ba 19, Ca Cd,196,686 1, 1,2 Co,146,264 <,6 <1,6 Cr 1,5 2,85 9,1 7,1 Cu 2,52 8, Fe Hg <,1,29 <,5 <,5 K Mg Mn Mo,877 <,6 <,4 1,1 Na <15 48 Ni,546 1,66 1,2 1,5 P <5 77 Pb,589 1, Si Ti 4 61 <2 67,5 V,784 1,32 <15 <15 Zn 66,5 56,

17 13 Vikt-% TS ,5 Träflis, annat lab Träflis, TPS lab Rörflen, annat lab Rörflen, TPS lab Detektionsgräns 1 5 SiO2 Al2O3 CaO Fe2O3 K2O MgO MnO2 Na2O P2O5 TiO2 S som SO3 Cl Figur 8. Asksammansättning hos träflis och rörflen, huvudkomponenter angivna som oxider (utom Cl). Annat lab står för värdena baserade på analys från annat lab (Tabell 13), TPS lab står för värdena baserade på XRF analys från TPS lab (Tabell 13), Detektionsgräns står för halterna under detektionsgränsen där stapeln anger själva gränsvärden. Tabell 14. Asksmältningstemperaturer för skogsflis och rörflen, i ºC. Bränsle Begynnande smältning Mjukningstemp Hemisfärisk temp Flyt temp Skogsflis Rörflen >15 >15 Asksammansättning, vikt-% TS SiO2 Al2O3 CaO K2O Som SO3 Asksammansättning, vikt-% TS Fe2O3 MgO MnO2 * Na2O P2O5 TiO2 * S Cl Andel rörflen, vikt-% Andel rörflen, vikt-% Figur 9. Asksammansättning (i vikt-% TS) för skogsflis, rörflen och biobränsleblandningar med 17 vol-% (3 vikt-%) rörflen och 33 vol-% (5 vikt-%) rörflen, baserad på analyserna från XRF analys från TPS lab (se Tabell 13).

18 Bränslematning Matning av rörflen med skruv visade sig inte användbar i det här fallet. Det var inte möjligt att utomhus hålla skruven fri från snön. Briketterna krossades in i skruven och bildade tillsammans med smält snö i en tjock, fuktigt blandning. Fuktig rörflen fastnade in i skruven och transporten vidare till pannan stoppades hindrades. Därför blandades under försöket de bägge bränslena på planen utanför anläggningen och matades direkt i bränslefickan (Figur 4). Inmatningsskruven var från början tillverkad och använd för transport av skogsflis. Försöket visar att det inte är självklart att inmatningsutrustning projekterad för ett bränsle fungerar för ett annat. Figur 5 visar att blandning av två bränslen inte är homogent. Rörflensbriketterna rullar ner och samlas i visa delar av bränslefickan. Under försöket var därför andelen av bränslen i bränsleblandningen inte jämnt. Markeringar som visar volym andel av rörflen i bränsleblandningen i följande text skulle därför tas med ett visst förbehåll. Det viktig lärdom är att vid utprovningen av nya biobränslen noga planera blandning och inmatning och undvika stopp i bränslematningssystem, samt ojämn bränsleblandning Panndata Temperatur och luftöverskott i avgaspannan redovisas i Figur 1 respektive Figur 11. Typiska temperaturer 1 meter från pannväggen var mellan 8 och 9ºC. Figur 1. Temperatur i avgaspannan mätt med hjälp av sugpyrometer på tre olika avstånd från pannväggen (i ºC). För förklaring av försökskoder, se Tabell 2.

19 15 Figur 11. Luftöverskott i avgaspannan mätt med hjälp av λ sonden på tre olika avstånd från pannväggen (i %). För förklaring av försökskoder, se Tabell Påslag Vägningen av påslagsringar visade skillnader i påslagsbildningen mellan försök vid olika last och olika bränslekvalitet. Påslagstillväxtens hastighet (Figur 12) beräknades som mängd bildat påslag dividerat med försökstid. Ökning av andel rörflen (som innehåller högre mängd aska än skogsflis) i bränsleblandningen betydde nödvändig inte ökning av bildat påslag. Vid 2 MW last var mängden bildad påslag från blandningen med 33 vol-% rörflen ungefär lika med mängden från referensförsöket (Figur 12). Påslagsbildning ökar stadigt med ökning av andel rörflen bara vid högre last (3,6 MW) och ringtemperatur 45ºC. Påslagsbildning [mg h -1 ] C 55 C % 17% 33% 2 3,6 Effekt (MW) 2 3,6 Effekt (MW) Figur 12. Bildning av påslag, i mg h -1.

20 16 Relativ påslagsbildning (Figur 13) beräknades från hastighet av påslagstillväxt (mg h -1 ) relaterat till askinnehåll i bränsleblandningen (kg (kg bränsle) -1 ) och mängd tillfört bränsle ((kg bränsle) h -1 ). Vid högre last (3,6 MW) och lägre temperatur (45ºC) ökade mängden påslag på ytorna med mängden rörflen i bränsleblandningen (tillfört aska till eldstaden) (Figur 13). I alla andra fall var påslagsbildning högst från skogsflis och minskade med ökning av andel rörflen i bränsleblandningen. Sannolikt är det klorandelen som står för den initiala bildningen av överhettarpåslag. Andra askkomponenter kan medverka i tillväxtfasen. Procentuellt sett innehåller rörflensaska (4,5 g (kg aska) -1 ) mer klor, men i samma storleksordning som skogsflisaska (3 g (kg aska) -1 ). Själva klorandelen i aska kan därför inte förklara minskning av relativ påslagsbildning vid ökning av andel av rörflen i biobränsleblandningen. Orsaken till minskning av relativ påslagsbildning kan vara (1) att den relativa andelen aska som når avgaspannan är lägre, (2) klibbigheten av den askandel som når avgaspannan är lägre, eller (3) kombination av två. Mer detaljerad diskussion om förångningsbara klorider finns i avsnitt Relativ påslagsbildning [mg (kg aska) -1 ] C % 17% 33% C % 17% 33% 2 3,6 Effekt (MW) 2 3,6 Effekt (MW) Figur 13. Relativ påslagsbildning, i (mg bildat påslag) (kg aska) -1. Figur 14 och Figur 15 visar de mest intressanta bilderna av påslag under ljusmikroskop. Bilder av alla undersökta ringar finns samlade i Bilaga A. Bildat påslag under två referensförsök var grått till ljusbrunt (Figur 14). Färgen avslöjade en lätt tendens för bildning av korrosionsprodukter, möjligtvis järnoxider. Fläckar med anrikning av rostfärgat material (Figur 14b) kan tyda på underliggande stålkorrosion. På vindsidan innehåller påslagen grova partier (Figur 14), medan var läsidan ganska jämnt utsprid. Utsidorna visade typiskt övergångsutseende.

21 17 a) b) Figur 14. Mikroskopanalys av påslag från referensförsök (utan rörflen) vid 3,6 MW last (a) och 2 MW last (b); vindsidor; förstorning 6 gånger. Mikroskopanalys visar en stor skillnad mellan två lastfallen med 17 vol-% rörflen (Figur 15a och Figur 15b). Vid 3,6 MW last bildades på vindsidan ett grovt omfattande påslag. Färgen var klart och påminner om järnoxider. Utseende av påslag från 2 MW last (Figur 15b) liknade det från skogsflis vid samma last (Figur 14b). På läsidan var påslag grå, på vindsidan lite grövre med rödbrun färg vilket ger misstanke på korrosionsprodukter. Mikroskopering av påslag från förbränning av blandningen med 33 vol-% rörflen och vid 3,6 last visade att korrosionsprodukter bildades (Figur 15c). Glassmältor visades i form av lysande punkter i påslaget. a) b) c) Figur 15. Mikroskopanalys av påslag från försök med17 vol-% rörflen och vid 3,6 MW last; vindsida, 6-gångsförstorning (a), 17 vol-% rörflen och vid 2 MW last; vindsida, 6-gångsförstorning (b) och 33 vol-% rörflen och vid 3,6 MW last, utsida, 18-gångsförstorning (c).

22 Emissioner Figur 16 till Figur 19 visar emissioner av CO, NO och SO 2 under försöken. Emissioner av CO under båda försök med 17 vol-% rörflen, samt med 33 vol-% rörflen och på 2 MW var relativt låga och av storleksordning 1 ppm CO normaliserat till 6 % O 2 (Figur 16). Emission av CO under referensförsök utan rörflen var upp till två tiopotenser högre jämfört med försöken med rörflen (Figur 16 och Figur 1 i Bilaga B). Under försöket med 33 vol-% rörflen och på 3,6 MW ökade emission av CO under en period av ~15 minuter då emission av NO sjönk till nivå uppmätt under referensförsöken (Figur 2 i Bilaga B). Emissioner under alla försök med rörflen följer ett förväntat mönster där koncentration av CO i rökgaser ökar när O 2 sjunker under 4 % (Figur 17). Under referensförsök vid 2 MW var O 2 mellan 1 och 12 %. Ökning av CO orsakades troligen av kalla stråk då temperatur blev för låg och förbränning ofullständig. Under referensförsöket vid 3,6 MW var O 2 mellan 6 och 9 %. En möjlig förklaring för höga CO halter kan vara genomblåsningar i bränslebädden men inga fasta slutsatser kan dras från tillgänglig data. CO-emissionen från referensförsöken uppvisade en helt annat O 2 -CO samband. Korrelation mellan CO-O 2 halten är obefintlig. Pannan verkar klara torrare bränsle bättre (här blandning av rörflen med skogsflis) än rent skogsbränsle som pannan är från början designad för. Figur 16. Varaktighetsdiagram över uppmätt CO i rökgaser, i ppm normaliserad till 6 % O 2. För förklaring av försökskoder se Tabell 2.

23 19 Figur 17. Emission av CO vs. O 2 i rökgaser. För förklaring av försökskoder se Tabell 2. Medelemissionen av NO från båda försöken med 17 vol-% rörflen var högre än från blandningar med 33 vol-% rörflen (Figur 18). Både litteraturdata (Tabell 6) och genomförda analyser av rörflen (Tabell 13) visar högre halt av kväve i rörflen än i träflis. Bränsleblandningar med 17 vol-% och 33 vol-% rörflen innehöll,59 vikt-% TS kväve respektive,8 vikt-% TS kväve. I enlighet med detta är beräknad högsta möjliga bränsle NO X från blandningen med 17 vol-% rörflen lägre än blandningen med 33 vol-% rörflen (Figur 18). Mätdata, å andra sidan, visar motsatt resultat (Figur 18). Medelemission av NO under försöken med 17 vol-% rörflen var 166 respektive % O 2 och emission under försöken med 33 vol-% rörflen 129 respektive 13 6 % O 2. Emissioner av CO var av samma storleksordning för blandningar med 17 och 33 vol-% rörflen och relativ låga (Figur 16). Skillnader i CO är därför inte förklaring för de variationer i emissioner av NO som uppmätts. Orsaken till högre emissioner av NO från bränsleblandningen med 17 vol-% rörflen kan vara högre luftöverskott då genomsnittligt syrehalt var 7,3 % respektive 7,5 % för försöken med högre respektive lägre last medan syrehalten var 5,6 % respektive 6,7 % under försöken med 33 vol-% rörflen. Utbyte av bränslekväve till NO X under fliseldning var ca 2 %. För försöken med rörflen var utbytet betydligt lägre och uppgår till 5-1 %.

24 2 Figur 18. Varaktighetsdiagram över uppmätt NO i rökgaser (vänster) och beräknad maximum bränsle-no X för genomförda försök (höger), i ppm normaliserad till 6 % O 2. För förklaring av försökskoder se Tabell 2. Emissioner av SO 2 var jämförelsevis låga (Figur 19). Beräknat maximalt SO 2 -utsläpp är högst från blandningen med 33 vol-% rörflen (Figur 19 höger). På grund av högre innehåll av Na, K, Ca och Mg har askor från eldning av denna blandning högre kapacitet att bilda sulfater och därmed binda svavel till askan vilket kan vara förklaring till den uppmätt lägre emissionen av SO 2 från bränsleblandningen med 33 vol-% rörflen än med 17 vol-%. Samband mellan beräknad max SO X och uppmäta värden av SO 2 -emissioner var dock väldigt svag. Loggade luftflöden saknades för försöket vilket har i viss utsträckning försvårat utvärderingen av emissionsdata. Figur 19. Varaktighetsdiagram över uppmätt SO 2 i rökgaser (vänster) och beräknad SO 2 för genomförda försök (höger), i ppm normaliserad till 6 % O 2. För förklaring av försökskoder, se Tabell 2.

25 Aska Figur 2 visar bilder av blandningar av botten- och cyklonaska (bottenaska i följande text) i prov tagna under försöken. Bilderna är valda så att de illustrerar ofullständigt förbränning och slaggning. De är inte representativa för hela delförsöket eftersom det visade sig att askblandningens kvalitet varierade kraftigt. Proven på bottenaska från referensförsök avslöjar ofullständigt förbränning även när bara skogsflis eldades (Figur 2a). Förutom bitar av oförbränt bränsle (trä bitar) innehöll askprovet från försöket vid högre last (3,6 MW) även slaggklumpar, vilket är onormalt och enligt anläggningsägaren sällan förekommer. De höga Si-halterna i undersökt slagg från eldning av ren skogsflis går endast att förklara om bränslet i försöken haft sammansättning som i XRF-analys från TPS lab (Tabell 13), inte som i analys från annat lab. Skillnaden i Si-innehåll i två skogsflisprov (Tabell 13 och diskussion under rubrik 4.2.1) hade praktisk betydelse för försöken samt för resultaten och deras tolkning. Slaggning minskade i vissa fall vid inblandning av rörflen. Förbränning av bränsleblandningen med 17 vol-% rörflen vid 2 MW gav hög slaggning av aska (Figur 2b). Under eldning av bränsleblandningen med 33 vol-% rörflen innehöll vissa prov relativt mycket oförbränt (Figur 2c), medan andra var rena från träbitar (Figur 2d). slaggklumpar oförbränt bränsle a) %, 3,6 MW b) 17%, 2MW c) 33%, 2 MW d) 33%, 3,6 MW Figur 2. Blandning av bottenaska och cyklonaska från referens försöket med bara skogsflis (a) och försöken med olika inblandningar av rörflen (b, c och d). Röd markering visar försökskoder, se Tabell 2 för förklaring.

26 22 Analys av askorna visar relativ höga värden av oförbränt, speciellt i cyklonaska vid förbränning vid 3,6 MW-last (över 2 vikt-%), samt relativ stor datavariation för bottenaska (Figur 21). Sådana stora variationer kan delvis förklaras med varierande bränslekvalitet. Skogsflis och rörflensbriketter blandas inte homogent, vilket också innebär ojämn fukthalt. När blötare bränsleblandning kommer in i pannan, ökar förmodligen risken för ofullständig utbränning av bottenaskan. På grund av stora variationer i askornas kvalitet, speciellt i bottenaska bör ett större antal askprov tas för en säkrare bedömning av materialflöde i pannan. Från förbränning av rörflen i 33 vol-% blandningen och vid 2 MW last var mängderna oförbränt i cyklon- och elfilteraska relativ låga. Medelvärden i bottenaska var ~ 1 % även om variationen var fortsatt stor bottenaska, %, 2 MW bottenaska, %, 3,6 MW bottenaska, 17%, 2 MW Oförbränt [%] bottenaska, 17%, 3,6 MW bottenaska, 33%, 2 MW bottenaska, 33%, 3,6 MW cyklonaska, %, 2 MW cyklonaska, %, 3,6 MW cyklonaska, 17%, 2 MW cyklonaska, 17%, 3,6 MW cyklonaska, 33%, 2 MW cyklonaska, 33%, 3,6 MW elfilteraska, %, 2 MW elfilteraska, %, 3,6 MW elfilteraska, 17%, 2 MW elfilteraska, 17%, 3,6 MW elfilteraska, 33%, 2 MW elfilteraska, 33%, 3,6 MW Figur 21. Oförbränt i aska. Bottenaska står för blandning av botten- och cyklonaska. För förklaring av försökskoder se Tabell 2. Under försöken togs 28 olika prover av askor som analyserades för oförbränt och 15 olika grundämnen med hjälp av XRF. Att få en överblick över en sådan stor mängd data analyserades resultat med hjälp av multivariat data metod kallad principalkomponent analys (PCA). Resultaten av PCA är score diagram (Figur 22) och loadings diagram (Figur 23) vilka används tillsammans att hitta mönster i stor mängd data. Objekt eller variabler (Tabell 4) som ligger i närheten bete sig på liknande sätt eller bär liknande information. Alla objekt som bär information om kvalitet av sintrade fraktioner av bottenaska (rosa i Figur 22) är tätt grupperade vilket innebär att sammansättningen på slaggklumparna inte skiljer sig mycket åt för olika bränsleblandningar eller laster. Det som skiljer sintrade fraktioner av bottenaska från andra askor är högre koncentration av Al och Fe, som ligger i samma område av loadings diagram (Figur 23), samt Si till vis del. I områden motsatt till diagrammets origo ligger Mg, Mn och Ca vilka förekommer i en aning lägre medelkoncentrationer i sintrad bottenaska än i andra askor. Cyklonaska (turkos i Figur 22) och finfraktion av bottenaska (grönt i Figur 22) från eldning av enbart skogsflis har liknande kvalitet med höga värden av Ba och relativt låg halt oförbränt i askan. Objekt som representerar cyklonaska (gult i Figur 22) och finfraktion av bottenaska (lila i

27 23 Figur 22) från eldning av bränsleblandningar med rörflen sprider sig över relativt stort område, mest på grund av olika koncentrationer av oförbränt i dessa askor. Objekt som representerar elfilteraskor (blått och rött i Figur 22) är separerade från alla andra askprov. Deras kvalitet skiljer sig från andra med höga halter av metaller Pb, Zn och Cu, samt K, Cl, S och till viss del P (Figur 23). Metaller och Cl kommer förmodligen från lättsmältande metallklorider som kondenseras i de kallare delarna av pannan och anrikas i elfilteraska. Under speciella förhållanden (t.ex. reducerande) kan vissa metaller som (Pb) transporteras i metallform. Under reducerande förhållande kan även P transporteras som fosforsuboxid (PO) som sedan oxideras vidare. S i elfilteraska kommer förmodligen från SO 2 som fångas in samt från passiva sulfater som t.ex. CaSO 4. Det finns två outlyers (placerade utanför ellipsen som presenterar signifikans nivå α=,5) representerande två elfilteraskor från eldning av bränsleblandningen med 17 vol-% rörflen. De två askprov hade koncentration > 11 (mg Zn) (kg TS) -1 vilket ligger i samma nivå som till exempel koncentration av Zn i flygaskor från avfallsförbränning [11]. Samma askprov innehållde relativt mycket Cl vilken kan tyda på att Zn och Cl i elfilteraska kommer från zinkklorid. 6 PCA komponent 2 (R 2 =27%) sintrad BA fin BA skogsflis fin BA rörflen cyklon skogsflis cyklon rörflen elfilter skogsflis elfilter rörflen hotelling alpha=, PCA komponent 1 (R 2 =4,3%) Figur 22. Score diagram för första två signifikanta principalkomponenter. Sintrad BA står för sintrad fraktion av blandning av botten- och cyklonaska, fin BA står för fin fraktion av blandning av botten- och cyklonaska, cyklon för cyklonaska och elfilter för elfilteraska, skogsflis står för referensförsöken med bara skogsflis, rörflen står för försöken med bränsleblandningar av rörflen och skogsflis, hotelling α=,5 står för ellips som presenterar modellens signifikans nivå α=,5, R 2 är förklarad variation per variabel.

28 24,4 PCA komponent 2 (R 2 =27%),2 -,2 -,4 Pb Zn S Cu Cl K P Mg Mn Na Ca Last Oförbränt Bränsle Ba Al Si Fe -,6 -,4 -,2,2 PCA komponent 1 (R 2 =4,3%) Figur 23. Loadings diagram för första två signifikanta principalkomponenter. Bränsle står för andel rörflen i bränsleblandningen. R 2 är förklarad variation per variabel. Figur 24 till Figur 26 redovisar sammansättning av askor där alla askbildande komponenter utom Cl räknats om till oxidiska lagringsformer enligt konvention. Beräknad sammansättningen ligger oftast nära verklig, även om ämnena i allmänhet inte eller inte helt föreligger i just de oxider som av hävd redovisas. De askor som bildades i anläggningen bör rimligen återspegla denna sammansättning, fast modifierad genom att alla askkomponenter inte sprids på samma sätt till de olika askflödena. Allt som ingår i de olika askfraktionerna måste härstamma från den eldade bränsleblandningen. Halterna av Ca och K i samtliga analyserade askor låg systematiskt högre än den Ca- och K-halt som kunde beräknas för bränsleblandningens aska. Detta är giltigt för båda biobränsleblandningarna med rörflen oavsett effektuttag (Figur 25 och Figur 26). Liknande tendens visade sig även vid förbränning av enbart skogsflis (Figur 24), men där påträffades åtminstone ett askprov (ett sintrat material) med lägre Ca-halt än den rena träaskan. Tillskott av Ca och K ger därför en klar obalans som inte går att förklara från tillgängliga data. Askor från referensförsöken (utan rörflen) Askan från eldning av enbart skogsflis dominerades av SiO 2, CaO, K 2 O och Al 2 O 3 (Figur 24) följt av S och MgO. En förenklad beräkning av den lägsta slaggtemperaturen för träflis enligt analysdata från TPS lab (Tabell 13) hamnar kring 18ºC. Förenklingen bestod i ett antagande att askan kan behandlas som en blandning av CaO, K 2 O och SiO 2. Men den lägsta smältpunkten kan mycket väl ligga lägre än så. Koncentration av Na i skogsflisen låg under detektionsgränsen (Tabell 13) och Figur 8 visar Na 2 O-halt i bränslet på ca 2 vikt-%. Det motsvarar detektionsgränsen för Na, vilket är ett maxvärde. Analyserna av askproven från förbränningen antyder att Na-halten i bränslet var betydande, dvs att den låg nära detektionsgränsen. Eftersom Na 2 O är en stark smältpunktssänkare har Na-halten konsekvenser för den lägsta tänkbara smältpunkten i askan. Det finns tyvärr inga bra fasdiagram för fyrakomponentsystemet CaO-K 2 O-Na 2 O-SiO 2. Fallet där lågsmältande askor bildas kan beskrivas av trekomponentsystemet K 2 O-Na 2 O-SiO 2. I detta system ligger lägsta fallgropen på ca 54ºC vilket är mjukningstemperatur för sodaglas. För

29 25 det aktuella asksystemet ligger temperaturen där den första smältan kan bildas mellan 54 och 18ºC. Asksammansättning, vikt-% %, 3,6 MW SiO2 Al2O3 CaO K2O P2O5 fin BA sintrad BA cyklon elfilter Asksammansättning, vikt-% %, 2 MW SiO2 Al2O3 CaO K2O P2O5 fin BA sintrad BA cyklon elfilter Asksammansättning, vikt-% %, 3,6 MW Fe2O3 MnO2 S MgO Na2O fin BA sintrad BA cyklon elfilter Asksammansättning, vikt-% %, 2 MW Fe2O3 MnO2 S MgO Na2O fin BA sintrad BA cyklon elfilter Asksammansättning, vikt-% %, 3,6 MW Cl Cu Zn Ba Pb fin BA sintrad BA cyklon elfilter Asksammansättning, vikt-% ,26 %, 2 MW Cl Cu Zn Ba Pb fin BA sintrad BA cyklon elfilter Figur 24. Sammansättning av askor bildade under referensförsöken (utan rörflen) i vikt-%. I fall där mer är ett prov har tagigs, visas värden som medel och standard avvikelse (i form av felstaplar) För förklaring av förkortningar på x-axel se beskrivning av Figur 22. Röd markering visar försökskoder, se Tabell 2 för förklaring. Mineralbildaren SiO 2 fanns främst i de sintrade andelarna av bottenaska (Figur 24). CaO och K 2 O i sinterandel låg på samma nivå som i bränsleaskan (Figur 8), medan SiO 2 och Al 2 O 3 låg klart högre. Na 2 O påträffades mer i sintermaterial än i de andra undersökta askfraktionerna.