Pulverbrännare: + snabb lastrespons + små krav på bränslestorlek begränsad bränslestorlek. Fluidiserad bädd

Transkript

1 Pulverbrännare

2 Rost Fluidiserad bädd Pulverbrännare: + låg egenförbrukning el + snabb lastrespons + snabb lastrespons + små krav på bränslestorlek begränsad bränslestorlek + bra reglerområde + möjlig intermittent drift långsam lastrespons platskrävande hög egenförbrukning el relativt platskrävande finfördelat bränsle stråkbildning/omblandning g hög egenförbrukning el hög andel flygaska ( kw/m 2 ) - Stor mängd ackumulerat bränsle - Lång genomloppstid (timmar) ( kw/m 2 ) - Torkning och pyrolys sker snabbt i den varma sandbädden - Den ackumulerade bränslemängden är relativt liten, ( kw/m 2 ) All omvandling i suspension: - omvandlingstid - flamhållning

3 Pellet/Briketter/slipdammetc Fukt [% lev] 5 10 % H eff [kwh/kg] ~4,75 Träpulver partiklar iameter [% %] 100 Ursprunglig pellets Hammarkvan, 1.5 mm siktduk skivkvarn, 0.1 mm spalt C [% TS] H [% TS] ~6 40 N [% TS] 0,1 0,3 20 O [% TS] ~ 43 Aska [% TS] 0, , Andel av mindre än d Diameter [mm]

4 Förbränning av pulver Olika fronter torkning pyrolys Utbränning av kol-återstod Värme transporteras in i bränslepartikeln Vatten kolväten och koloxid transporteras bort från bränslepartikeln MW Pyrolys CO 100 char CO 50 Medel 10 uppehållstid r P O2 e E RT tid

5 Pyrolys y Ca 80 % av massa avgår som brännbar gas 11 Pyrolyshastighet 1200 Exempel 0,4 mm partikel i 1200 C 0,6 sek ,4 sek 8 7 A = 2500 [1/s] E = [J/mol] 800 0,3 sek /δt [1/s] 1/m δm/ Tempe eratur ,2 sek ,1 sek Temperatur [ o C] 0 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 radie [mm] 1 M m t = Ae E RT [1/s]

6 Pyrolys forts C 1,0 0,9 08 0,8 0,7 1,6 mm 3,2 mm CH 4 NH3 Py yrolysavgån ng [-] 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,2 mm 0,4 mm 6,4 mm C x H y H 2 CO 0,1 0,8 mm 0,0 0,01 0, Tid [sek]

7 Steg 2: Utbränning av char Ca 20 % återstår som träkol (char) och brinner långsamt 10 Stora partiklar: diffusions kontrollerade 1200 o C 1400 o C Utbränn ningstid för char [sek] 1 Gränser: Konstant densitet / diameter r O 2 : A = 0,658 m s -1 K -1, E 74,8 kj/mol CO 2 : A = 3,42 m s -1 K -1, E 130 kj/mol ρ char = 150 kg/m 3 O 2,medel = 13 %, CO 2,medel = 6,25 % CO 2 CO H 2 O CO r = E RT ( AT ) e Cx CO O 2 c, x [mol m 2 s 1 ] 0,1 0, Diameter [mm] Små partiklar: kinetiskt kontrollerade

8 Antändning av fri flamma Pulverhastighet ut ur brännare är ca m/s Krav: Mer än ca 10 % finandel

9 Slutförbränningszon Eldstadsbelastning P V (kw bränsle /m 3 ) > 800⁰C < 800⁰C Snabb reaktion: Kolväten > Koloxid (C x H y + O 2 > CO + H 2 O) Långsam reaktion Koloxid > koldioxid (CO + O 2 > CO 2 ) Tidskala utbränning av CO 1 sekund Uppehållstid 1 sek 2 sek P V (kw bränsle/ /m 3 )

10 Eldrörspanna Normenlig (EN 12953) relation för eldrörspannor Eldrörspannor bara normenligt möjliga upp till ca 14 MW (0lja). Diamet ter eldstad dstub [mm m] I praktiken ca 8 9 MW för träpulver (pga. uppehållstid) med kommersiell 3 stråks panna Tillförd värme [MW] För högre effekter kan pannor med två eldrör brukas

11 Kombination av vattenrör eldstad och rökrör avgaspanna Umeå 25 MW träpulver Möjlig toppeldad träpulver Danstoker typ Compo (3 50 MW)

12 Vattenrörspanna

13 Fribrinnande Brännare + Fribrinnande flamma: Relativt okänslig för låg asksmältpunkt + Snabb uppstarttid + Låg vikt på pannkonstruktion () Reglerområde ca 1:4 Kräver finmalt pulver (< 0,7 mm) Omfattande bränsleberedning med hög egenförbrukning Risk för hög CO vid låg last 25MW Petrokraft 15 MW WTS

14 Cyklonbrännare + Förugn (förgasning) och gasförbränning I eldstad: Hög effekttäthet i eldstad möjlig (< 500 kw/m 3 ) + Kan elda grövre träpulver + Mindre energikrävande bränsleberedning + Mindre utrustning och lägre investeringskostnad + Lastområde > 1:7 Lång uppstarttid (mycket keramik) Känslig för låg asksmältpunkt k (bränslespec.) Relativt hög vikt på brännare 14 MW BioEld/Sweco 2 x 6 MW TPS

15 Tangentialeldad panna 80 MW Hetvatten Rafako + Kombinerar på sätt och vis fördelar med fribrinnande ochcykloneldade cykloneldade brännare + Utjämning i eldstad ställer mindre krav på jämn fördelning mellan brännare Kräver utformad vattenrörspanna Kräver större antal hörnbrännare. Dyr installation i mindre pannor

16 Energibehov bä bränslehantering 100 Ursprunglig pellets Hammarkvan, 1.5 mm siktduk skivkvarn, 0.1 mm spalt Hammarkvarn (CPM) Andel av pa artiklar indre än dia ameter [%] Kapacitet 20 kg/kwh 0, Max storlek: ca 7 ton/h mi Diameter [mm] Skivkvarn (Skiold) Kapacitet >120 kg/kwh Max storlek: ca 6 ton/h 1.4 % egenförbrukning konv. Brännarer [kw/ton] Cyklonebrännare [kw/ton] Kvarn 50 8 Kvarnventilation 3 0 Transport till brännare 11,5 11,5 Övrigt 3 1 Total 67,5 20, % egenförbrukning

17 Anläggning för enbart pellet (Tippficka och silo)

18 Anläggning g för anpassad för briketter (bränslelager med kran) Fritt lager Traverskran med gripklo Dagficka Grovkross Alternativ; Tippficka, grovkross och mellanlager

19 Exempel Mottagningsficka g Volym ficka = 200 m 3 Uppfodring: ca 120 m 3 /h Söderenergi Fittja 130 MW (TPS Termiska Processer AB)

20 Bränslehantering M Manuellt + Bandmagnet Manuellt Storlek beroende på krav M M Manuellt Max kvarn ca 7 ton/h M Max brännare Max brännare ca MW

21 Dosering av bränsle (exempel pulver) Delvis ett skalningsproblem Delvis beroende på metod utan avskrapare Typisk frammatning 5 cm/s med avskrapare

22 Transportledning (Pulver) Dilute phase Strands Dunes Bränsle/luft ~ 5 Bränsle/luft ~2 Normalt arbetar pulverbrännare med en bränsle-/luftkvot mellan 2 och 3 Transporthastighet > ca 25 m/s förväntas säkerställa pulsationsfri transport

23 Exempel Röbäck 25 MW pulvereldad (2st cyklonbrännare) hetvattencentral i Umeå Grycksbo pappersbruk 53 MW pulvereldad (tangentialeldad) y p pp p ( g ) ångpanna