TPS Branschforskningsprogram för Energiverk

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "TPS Branschforskningsprogram för Energiverk"

Nils Andersson
för 8 år sedan
Visningar:

1 TPS Branschforskningsprogram för Energiverk Niklas Berge & Boo Ljungdahl Bakgrund Kraftig ökning av användningen av olika bio- och avfallsbränslen för kraftoch fjärrvärmeproduktion under de senaste decennierna Kraven på drifttillgänglighet och prestanda ökar i takt med en ökad konkurrens på marknaden, vilket kräver att anläggningarna hela tiden moderniseras En genomgående utvecklingstendens är att miljökraven hela tiden ökat TPS Branschforskningsprogram för Energiverk startades hösten 1993 bl.a. med stöd av Stockholm Energi AB, Svenska Fjärrvärmeföreningen och NUTEK Hösten 1995 blev TPS Branschforskningsprogram för Energiverk en del av Värmeforsks program för Tillämpad förbränningsteknik Sedan 22 ett program direkt under energimyndigheten Branschprogrammets målsättning är att att att att ta fram ny kunskap, med anknytning till området termiska processer, och omsätta det till för branschen praktiskt tillämpbar teknik. inom varje programperiod genom målinriktad forskning demonstrera lösningar på generella problem inom branschen. vara en länk mellan forskning och praktisk tillämpning. vara ett forum för erfarenhetsutbyte mellan de deltagande verken. 1

att miljökraven hela tiden ökat TPS Branschforskningsprogram för Energiverk startades hösten 1993 bl.a. med stöd av Stockholm Energi AB, Svenska Fjärrvärmeföreningen och NUTEK Hösten 1995 blev TPS

2 Ca 5 deltagande företag/verk Träng samman stråken och använd rökgas för att blanda om Gashals Slutförbränning Gasprodukt. Luft Rökgas Högre O2 Förbättrad kontroll av sekundärluftinblandning med Saxade dysor 2

3 3 T o t a l lu f t f lö d e 3-4 m n / h E f te r o m b y g g n a d F ö r e o m b y g g n a d O 2 ] N O [ p p m v id % C O 1 [ p p m v i d % 1 O 2 ] Förhållande mellan NO och CO före ombyggnad (blå linje) och efter (grön linje) i Hudiksvall. Dålig bränslespridning i Fluidiserade bäddar side wall front wall l fron tvägg 15 2 [mm ] Lutande schakt Lutande schakt avslutat med kort blåsbord 9 8 andel % 7 Brant stup för att vinna hastighet [m m 1 id ov äg g nd til 5 til ls ] 4 2 Avstå Av st ån d Uppmätt O2 [%] Horisontellt avstånd från utlopp [cm] Kort mjuk avböjning för att undvika kraftig inbromsning och deformation Blåsbord med hög initial gashastighet Varierad riktning för att åstadkomma spridning i sidled från sidan framifrån blåsbord ovanifrån 3

Dålig bränslespridning i Fluidiserade bäddar side wall front wall 1 16 2 14 3 1 5 7 6 l fron 35 3 25 2 15 1 5 tvägg 15 2 [mm ] 1 25 3 Lutande schakt Lutande schakt avslutat med kort blåsbord 9 8

4 Styrning av utbränning med IR-pyrometer Trollhättan 25 MW, 2 parallella roster 2.4x8 m Luftstyrning Halt oförbränt i bottenaskan som funktion av mätt temperatur "'!" # (!#! " $% & ) " Styrning av primärluft till bakre zoner för att kontrollera utbränning % % Askpåslag Prov i lab Sond B: T ~ 4ºC ca 5 meter Vägg ca 1 meter Elektriska värmare Rökgasstråk Aktiv del med utbytbara provringar Anslutningar för termoelement Bränslematning Sond A: T ~ 5ºC FB eller rost Provring Luftkylning Prov i fält Luft Distanser Kylrör 4

(!#! " $% & ) " Styrning av primärluft till bakre zoner för att kontrollera utbränning % % Askpåslag Prov i lab Sond B: T ~ 4ºC

5 Annulärmatad pulverbrännare Ojämn fördelning av pulver i ledning och brännaren (strängbildning) 5

6 ! "! #!$ %!& '! (!) *!$ +!, - - "!Metod för introduktion av nya bränslen, labtest. Labtester som systematiskt skall klarlägga vilka typer av bränslen som passar vald förbränningsutrustning. Metod FB/CFBA Tillsats inert Lägst smälttemp Näst lägst kisel FB/Zintra inert rörflen däck kisel rörflen Roterugn inert rörflen däck Degel rörflen däck kisel rörflen däck MAF DIN (ox) Lakning rörflen däck Nyckeltal rörflen /däck /däck #! Bark GROT Halm Olivavfall Trä Rörflen Salix PTP Tallbecksolja Spannmålsavrens Gummidäck Returträ Skogsslam Spannmål MBM Läder Kakao Lövträd Gödsel Lövträd Citrusavfall Sheanötter Flytande avfall Rötslam 6

Metod FB/CFBA Tillsats inert Lägst smälttemp Näst lägst kisel FB/Zintra inert rörflen däck kisel rörflen Roterugn inert rörflen däck Degel rörflen däck kisel

7 -./, / #11 #1,! )2, / 3! Korgvide (Salix viminalis) - Lag om skatt på energi SFS 1994:1776 Salix är befriat från energiskatt och koldioxidskatt. Lag om elcertifikat SFS 23:113 Salix berättigar till elcertifikat. Bränslen, analys och kända egenskaper Fukt vikt- % 25-5 Aska vikt-% TS 1-5 Svavel vikt-% TS,5-,3 Klor vikt-% TS,1-,1 H eff MJ/kg 8-13 Miles index 1,11 Sintring enl ETC 2 C T 15 3 C 95 ID 4 C 125 Fouling index 5 7,3 Pris öre/kwh kg alkali/gj (<.17 användbara, tveksamma, >.34 oanvändbara bränslen) 2 CFBA metoden, se kap askegenskaper 3 Temperatur där när 15 % av aska är smält 4 askans mjukningstemperatur enligt ASTM, se kap askegenskaper 5 beräknas med hjälp av asksammansättningen, se kap askegenskaper Värmeforskrapport 715, 21. 7

Bränslen, analys och kända egenskaper Fukt vikt- % 25-5 Aska vikt-% TS 1-5 Svavel vikt-% TS,5-,3 Klor vikt-% TS,1-,1 H eff MJ/kg 8-13 Miles index 1,11 Sintring enl ETC 2 C T 15 3 C 95 ID 4

8 -! )! 4 5! 15 '6! 4-57 %!&.82"1119*(9.:3 $ 2,$,"11" 1(13 $2;$,"11""+3 < $,=4$,-)>$,-,?>$, '(!5 ),,@->;->,A Andra metoder: degelmetoder tryckhållfasthet roterugn högtemperaturmikroskopi lakning förbränningsmetoder empiriska index och nyckeltal 8

9 *!$ +!, +* // 23 B-.E;-! > #111 >. E E Ämne Inmatning Beräknat Enhet mg/nm3 ppm Kvävemonoxid NO* 62 3 Kvävedioxid NO Kväveoxider NOx (NO+ NO 2 ) 83 4 Dikväveoxid N 2 O 2 1 Ammoniak NH Metan CH Kolmonoxid CO 13 1 Koldioxid CO Svaveldioxid SO Syre O Väteklorid HCl 16 1 Väteflourid HF Vatten H 2 O

NOx (NO+ NO 2 ) 83 4 Dikväveoxid N 2 O 2 1 Ammoniak NH 3 23 3 Metan CH 4 2 28 Kolmonoxid CO 13 1

10 Rosteldning Henriks mekano Jennys gryta Roststavstemperatur zon 1 som funktion av SO2 (torvinblandning) 45 Panna 6 Umeå Energi 4 35 Fakta 3 25 z1van z1hog 2 Vänster sida är kallare än höger MW spetslastpanna 32 m2 rost Lutning 8º Skogsbränsle / stycketorv Rotamix och NH3 Slaglängd 13 mm Termoelement i rost SO2 [mg/nm3] Kall rostriggen Pusher/roströrelseförhållande ökas från 1:1 till 2:1 (2 lutning) Steglös slaglängd upp till 1 cm 12 rostrader varannan rörlig Inmatad bäddhöjd -4 cm Pusherslaglängd 5 cm Varierbar lutning upp till 2 Hit växer bädden i tjocklek Här växlades matningsförhållande 1

i rost 1 2 3 4 5 6 SO2 [mg/nm3] Kall rostriggen Pusher/roströrelseförhållande ökas från 1:1 till 2:1 (2 lutning) Steglös slaglängd upp till 1 cm 12

11 Yttemperatur tunn och tjock bädd Kristinehamn Tunn A B C D Tjock 5 4 Rad 4 Rad 5-6 Rad 6-8 Position 8 E F G H Strypt luft i första zon ger lägre yttemperatur i början på andra zonen 7 Strypt luft i första zon ger lägre yttemperatur i början på andra zonen Rad 4 R a d 5-6 R a d 6-8 P o s itio n Cadillac-fenan 1 cm Temperaturmätning 6 Högst temperatur i torkzonen 55 5 Rad 3 stav Rad 5 stav Rad 7 stav Rad 9 stav 45 4 Rostbana Tid [h] 12 Högst temperatur i förbränningszonen Rad 3 fena Rad 5 fena Rad 7 fena Rad 9 fena Fena Tid [h] 11

Temperaturmätning 6 Högst temperatur i torkzonen 55 5 Rad 3 stav Rad 5 stav Rad 7 stav Rad 9 stav 45 4 Rostbana 35 3 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 26 28 3 32 34 36

12 Tvåfrontsförbränning Torkning Avgasning Koksförbränning Rosttemperatur rad 1 vänster < 1C 1-13C 13-14C 14-15C 15-16C,,5,1,15,2,25,3 Luftflöde [kg/m2 s] Det lokala luftflödet kyler rostbanan Primärluftens temperatur påverkar Antändning vid låga luftflöden Antändning rad Höger T11 Vänster T Tid [min] Luftflöde [l/s] HZon1 VZon Tid [min] 12

Primärluftens temperatur påverkar Antändning vid låga luftflöden Antändning rad 1 6 5 Höger T11 Vänster

13 TPS dynamiska rostmodell Simulering av underförbränning med eller utan char-skikt på ytan ger realistiska utbränningsförlopp Modellen beräknar rost- och bädd-temperaturer Rostbanans roll som värmeledare predikteras Dynamiken i bränslebädden vid stegförändringar beräknas Steg i omfördelning primärluft-stav beräknad Tid [min] Rad 3 stav Rad 5 stav Rad 7 stav Rad 9 stav Beräknad rad 3 Beräknad rad 5 Beräknad rad 7 Beräknad rad 9 Slutsatser Luftpådrag i första zonen påverkar inte yttemperaturen men höjer i de flesta fall yttemperaturen i andra zonen vilket indikerar att bränslet torkat bättre Lambdasondsmätningar strax ovan bädden i zon 1 visar att allt syre i primärluften har förbrukats. Det finns ett etablerat brinnande undre charskikt redan i torkzonen Lokal höjning av luftflödet sänker lokal rosttemperatur Temperaturmätning i bäddens undre skikt visar att det brinner men signalen påverkas inte tydligt nog av styringrepp Temperaturmätning i rostbanan påverkas tydligare av styringrepp och bränsleförändringar Styr bränslets torkning aktivt med luften i första zonen. Luftmängden på första zonen skulle kunna motsvara andelen av rostens yta. Undvik att kyla underförbränningen i torkningszonen så att den slocknar Bäddförbränningen kan simuleras dynamiskt med rimlig precision 13

stav Beräknad rad 3 Beräknad rad 5 Beräknad rad 7 Beräknad rad 9 Slutsatser Luftpådrag i första zonen påverkar inte yttemperaturen men höjer i de flesta fall yttemperaturen i andra zonen vilket

14 Fortsättning Bränslehandboken ett dynamiskt dokument som skall kompletteras och justeras både med hänsyn till förändrade randvillkor, ökad kunskap och nya bränslen. Nu pågår en undersökning av stubbar som bränslen vilket bör resultera i en ny bränslespec. Möjligheterna som öppnats med den ökade förståelsen av förbränningen i bränslebäddar på rost öppnar upp för nya och bättre metoder att styra både förbränningen på rosten och kontrollen av rostens driftsförhållanden. Nu pågår ett försök där aktiv styrning av rostens temperatur med rökgasåterföring undersöks med syftet att utan att försämra förbränningen i bädden undvika skadliga övertemperaturer i rostbanan. 14

Möjligheterna som öppnats med den ökade förståelsen av förbränningen i bränslebäddar på rost öppnar upp för nya och bättre metoder att styra både förbränningen på

Relevanta dokument

Bränslehandboken Värmeforskrapport nr 911, mars 2005 http://www.varmeforsk.se/rapporter

Bränslen och bränsleegenskaper Bränslehandboken Värmeforskrapport nr 911, mars 2005 http://www.varmeforsk.se/rapporter =WSP Process Consultants Innehåll nu 1. Allmänt om handboken 2. Metod för introduktion