Förädlat bränsle ger bättre egenskaper i förbränning och logistik

Transkript

1 Förädlat bränsle ger bättre egenskaper i förbränning och logistik Håkan Örberg Biomassateknologi och kemi Sveriges Lantbruksuniversitet Hakan.orberg@btk.slu.se

2 Generella egenskaper hos biomassa Högt vatteninnehåll lagringsproblem Låg bulkdensitet- höga transportkostnader Dålig likformighetproblem vid förbränningen

3 En lösning är att förädla bränsle till pellets eller briketter Träpellets Torvpellets Jämn fukthalt (8-10%) Jämn densitet (1,2 kg/dm 3 ) Jämt energiinnehåll (19-20 MJ/kg) Känd askhalt (CEN standard 0,7%) Briketter Kända askegenskaper

4 Pelletsproduktionens utveckling i Sverige ton/år Källa: Svebio

5 Pelletsproduktionen och konsumtionens utveckling i Europa Milj ton Import från Canada and USA Production Consumption Consumption Production Källa: Wood pellets association of Canada

6 De viktigaste kvalitetsparametrarna för biobränslen Fukthalt (% av ts)- Påverkar i hög grad det effektiva värmevärdet Askhalten (% av ts) Effektivt värmevärde (MWh/ton)- Påverkas både av fukthalten och askhalten Askans egenskaper. Asksmälttemperatur Bulkdensitet (kg/m 3 ) Hållfasthet- gäller pellet och briketter Innehåll av kemiska komponenter: klor, alkalimetaller, kväve och svavel

7 Pellets ger lägre emissioner vid förbränning jämfört med oförädlade bränslen Goda reglermöjligheter för bränsleinmatning efter effektbehovet Ger möjlighet till exakt tillförsel av primärsekundär och ev. tertiärluft. Ger hög förbränningseffektivitet - Låga halter oförbränt i askan - Låga CO- emissioner - Låga emissioner av CH (kolväten)

8 Kg/m3 Förädling genom ökad bulkdensitet 700 Ex. Komprimering av halm j.f.m. sågspån Hackad halm Balad halm Torr sågspån Briketterad halm och sågspån Pelleterad halm och sågspån Källa : BTK data

9 Beräkningsdata för transportkapacitet GROT 315 kg/m 3 ± 20 f.h. 50% (Skogforsk 2009) Salix 365 kg/m 3 ± 20 f.h. 53 %(Forsberg et al. 2009) Sågspån 330 kg/m 3 ±40 f.h. 50 % ( Lehtikangas 1999) Kutterspån 150 kg/m 3 ±20 f.h. 15% (Lehtikangas 1999) Pellets 650 kg/m 3 ± 10 kg f.h. 10 % Max lastvolym 135 m 3 Brutto Max bruttovikt 60 ton (Vägtrafikförordning) Max nettovikt 34 ton (JTI rapport 384) Timkostnad lastbilstransport 900 kr/tim (Bilfrakt Skellefteå 2009)

10 Pelleterad råvara ger effektiva transporter Energimängd MWh/Bil+släp (135m3, 34 ton) Kutterspån Grot Sågspån Salixflis Pellets

11 7 Pellets ger lägsta transportkostnaden Transportkostnad Kr/km,MWh Kutterspån Grot Sågspån Salix Pellets km

12 En relativt liten mängd energi åtgår för komprimeringen (Ex. sågspån 50% f.h.) Effektivt värmevärde för torrt trä: 5000 kwh/ton Pelletering: kwh/ton pellets Motsvarar ca 1 % av energiinnehållet Malenergi + hantering i industri 45 kwh/ton pellets Motsvarar ca 1% av energiinnehållet Torkenergi: kwh/ton borttorkat vatten vid vanlig torkteknik För ett ton pellets torkas ca 0,40-0,45 ton vatten bort vilket motsvarar ca kwh Motsvarar ca 10 % av energiinnehållet

13 Förädling genom torkning MWh/ ton 6,00 5,00 Effektivt värmevärde kwh/kg (MWh/ton) för trä som funktion av fukthalten % 4,00 3,00 2,00 1,00 0, Fukthalt %

14 Energiförbrukning i pelleteringsprocessen kwh/ton pellets 2000 Netto Energiinnehåll Summa insatsenergi ,1 553,9 Kutterspån Elenergi: 90,1 kwh/ton pellets Sågspån Elenerg: 119 kwh/ton pellets Torkenergi: 440 kwh/ton pellets Källa:The pellet handbook 2010

15 Ny torkteknik kombinerad med elproduktion, fjärrvärme och pelletsproduktion Kondensering av avdriven fukt Hög verkningsgrad. Anläggningen Biostor (Skellefteåkraft AB)

16 Askan i ett bränsle Askhalten varierar kraftig naturligt mellan olika råvaror Askhalten kan öka genom felaktig hanteringen av råvaran - Kontaminering med mineraljord/grus m.m. Askhalten kan förändras genom blandning av råvaror Askhalt % av ts Källa: BTK data Wood Salix Reed Canary Grass Straw Oil seed Straw barley Straw weat Grass Sum Grain Peat Cassava 2007

17 9 Askhalter i olika stubbsortiment % av Ts ,5% klass2 0,7% klass Grep Hög Grep välta Pallari-Hög Pallari-Välta Billjö-Fräs Billsjö Fräs,Välta Billsjön Pallari-Hög Pallari-Välta Källa: BTK data Forest Power

18 Sammansättningen av de askbildande elementen i biobränslet Kan ge upphov till asksintring Beläggningar på kalla ytor Bäddagglomerering Det är möjligt att reglera askkemin genom val av lämpliga bränslemixar och genom val av lämpligt additiv

19 Vrakad massaved Gallringsvirke kvistad tall Gallringsvirke tall hela träd GROT tall + gran Gallringsvirke hela träd tall+gran+björk

20 Förädling genom påverkan av askkemiska komponenter Majshalm Majshalm + additiv 1 Majshalm + additiv 2 Källa: BTK rapport

21 Askans smältegenskaper för olika bränsleråvaror 1800 Initial asksmälttemperatur C Stamved Rörflen (vårskördad) Bark (gran) Switch grass Majshalm Salix Bomullsavrens Olivkärnor Vetehalm Källa: BTK data

22 Förädling genom torrefiering Upphettning till C i syrefri miljö. Torrefieringsgaser 0.3M 0.1E Biomassa 1M 1E Torrefiering Torrefierad biomassa 0.7M 0.9E

23 Torrefieringspiloten på BTC SLU, UmU, Bioendev Biomassa torrefieringsreaktor Torrefierad biomassa

24 Varför torrefiera biomassa? Nackdelar obehandlad biomassa Lägre värmevärde Risk för uppfuktning Högre malningsenergi Svårmatat i mald form Inhomogent Risk för biokontaminering Förväntade fördelar torrefierad biomassa Högre värmevärde ( +20 %/kg ts) Torrt och fuktavstötande Lägre malningsenergi (90% lägre elförbrukning) Bra matningsegenskaper i mald form Homogent Ingen biokontaminering

25 Processer efter torrefieringen Biomassa Torrefiering Pelletering Malning Förgasning FF Förbränning FF FF Gasrening FF Samförbränning med kol/olja Metanol FF Etanol FF DMEFF

26