Utveckling av förbränningsprocesser och bränslemixer

Transkript

1 Delprojekt 4: Utveckling av förbränningsprocesser och bränslemixer Luleå tekniska universitet: Alejandro Grimm, Ida-linn Näzelius, Marcus Öhman, Evelina Brännvall, Jurate Kumpiene, Mirja Nilsson, Lale Andreas, Björn Kjellström Umeå Universitet: Nils Skoglund, Patrycja Piotrowska, Anders Rebbling, Dan Boström Värmemekanik: Rolf Lundh Personal vid BEAB och Ragn-sells

2 Utveckling av förbränningsprocesser och bränslemixer Utvecklingspotential? Koppling till nyttogörande av restprodukter? Affärsmöjligheter?

3 Nya möjligheter kan man göra mer än kraft och värme? In Luft Bränsle Ev. Kalk Ammoniak ca 1000 o C Ut Gaser N2, CO2, H2O SO2, NOx, HCl m m Värme- och kraftproduktion Aska, Slagg

4 Nya möjligheter kan man nyttja restprodukter i bränslemixen för att minska driftsproblem/-kostnader?

5 Bio-treatment Fallstudier i avfallssystemet Bio-production Exempel 1: Gips i bränslemix för att minska driftproblem/- kostnader Exempel 2: Återvinning av fosfor och energi ur avloppsslam Construction Thermal treatment Post consumer recycling Final storage Consumers Collection systems Industry Soil remediation

6 Exempel 1: Krossade gipsplattor i bränslemix

7 Varför gips i bränslemixen? KCl (Smält temp 770 C+ kraftigt korroderande) K2O*4SiO2 (770 C)

8 Varför gips i bränslemixen? CaSO4*2H2O (s) CaO (s) + SO3 (g) + 2H2O (g) 2KCl (770 C) + SO3 (g) + H2O K2SO4 (s) (1071 C) + 2 HCl (g) K2O*4SiO2(770 C) + CaO (s) K2O*2CaO*9SiO2 (1200 C)

9 Modellberäkningar och bänkskaleförsök - resultat Gips spricker delvis upp Tillförsel (1-2 vikts-% av bränslemixen) till halm reducerar bäddagglomeringstendensen Tillförsel (1-2 vikts-%) till svåreldade gräs och halmbränslen reducerar slaggningstendensen Svavel/klor förhållandet i de bildade fina partiklarna och beläggningarna vid skogsbränsleeldning ökar vid gipsinblandning. Detta reducerar beläggningstillväxten och korrosionsrisken.

10 Fullskaleförsök i BEAB s kraftvärmeanläggning SO2 HCl Simulerad överhettartub Partikelprovtagning

11 Resultat fullskaleförsök Referens 4 wt % 2 wt % Ref Ref ppm SO2 HCl

12 Resultat fullskaleförsök sammansättning hos beläggningar

13 Resultat fullskaleförsök sammansättning hos fina partiklar (< 1 um)

14 Exempel 2: Återvinning av fosfor och energi ur avloppsslam genom termisk behandling i fluidiserad bädd

15 Incitament Energiutvinning (slam, åkerbränslen/-rester) Volymreduktion (slam) Tungmetallrening njure (Cd, As, Pb, Hg, Zn) (slam) Destruktion av patogener och läkemedelsrester (slam) Nyttig produkt aska rik på K-fosfater problemet löst!? (slam, åkerbränslen/-rester)

16 Tekniken Förbehandling/torkning/granulering av avloppsslam tillsammans med K-rikt bränsle/additiv i trumtork integrerad med förbränningsanläggningen Återvinning av N efter tork Termisk behandling/förbränning i fluidiserande bubblande bädd Separering av askgranul

17 Erhållna resultat bänkskaleförsök

18 Erhållna resultat bänkskaleförsök Mängden växttillgängligt fosfor ökar mer än vad som kan förklaras av anrikningen rätt fosfater bildas!

19 Erhållna resultat bänkskaleförsök Andelen silver och kvicksilver reducerades till mycket låga nivåer (knappt detekterbara) i den producerade askpelletsen. Kadmium, bly, arsenik och zink kunde reduceras till % av ingående halt i slammet vid den högre bäddtemperaturen (950 C). Halten av kadmium relativt fosfor sjunker kraftigt i askpellets jämfört med i slam. Med normala fosforgivor på kg/ha år på åkermark uppfyller nästan samtliga producerade askpellets kraven för maximal kadmiumtillförsel fram till 2025 (högst 0,37 g Cd / ha år) redan idag.

20 OK det var ju duktigt av forskarna!!!! ;).tänker ni.kanske..men VAD KOSTAR DET?..OCH KAN MAN GÖRA NÅ KULOR PÅ KULAN? VI GICK VIDARE MED EN TEKNO- EKONOMISK ANALYS

21 Tabell 9. Material- och energibalanser Parameter Värde Slam in, ton TS/år Halm in, ton TS/år Total fosfor in, ton/år 230 Tillförd bränsleeffekt MB-reaktor, MW 17,6 Tillförd eleffekt för drift, MW 350 Producerade askgranuler, ton/år Fosfor i askgranuler, ton/år 207 Fjärrvärmeeffekt, MW 13,2 Levererad fjärrvärme, MWh

22 Tabell 11. Basförutsättningar för lönsamhetskalkyl Parameter Basvärde Kommentar Investering 72 Mkr Se 5.2 Annuitetsfaktor 17,7% Enligt [2] 12% ränta, 10 år Mottagningsavgift slam 1400 kr/tonts Enligt [2] Transportkostnad slam 8 kr/tonmil Enligt [2], kan vara lågt se 2.3 Genomsnittlig transportsträcka 10 mil Enligt [2] Elkostnad 850 kr/mwh Enligt [2], kan vara högt, se 6.4 Kostnad driftpersonal 0,6 Mkr/personår Enligt [2] Personalbehov 6 fast anställda Enligt [2] Årlig fast underhållskostnad 2% av Enligt [2], se även nedan investering Inköp av halm 180 kr/mwh Uppgift från Skurups värmeverk 1 Intäkt för levererad värme 300 kr/mwh Enligt [2], kan vara högt, se 6.4 Spridningskostnad för slam kr/ton Enligt [2] Värde av producerad fosfor kr/kg 23 kr/kg Världsmarknadspris

23 Tabell 12. Uppskattad produktkostnad vid basförutsättningar Parameter Basvärde Årliga kostnader Mkr: Kapitalkostnad 12,74 Fast drift och underhåll 1,44 Personalkostnad 3,60 Elkostnad 2,23 Köpt halm 19,63 Transportkostnad för slam 2,56 Summa kostnader 42,21 Årliga inkomster Mkr: Mottaget slam Såld fjärrvärme Producerad fosfor Summa 11,20 29,70 4,75 45,65 Årligt överskott Mkr 3,88 Nyckeltal: Rak återbetalningstid, år Internränta % (vid 10 års avskrivningstid) Återvinningskostnad för fosfor kr/kg 4,4 18,3 6,3

24 Känslighetsanalys - vilka parametrar påverkar produktvärdet mest Fjärrvärmeintäkten Halmpriset Mottagningsavgiften

25 Sammanfattning - Utveckling av förbränningsprocesser och bränslemixer Utvecklingspotential- Ja! Koppling till nyttogörande av restprodukter- Ja! Affärsmöjligheter- Intressanta möjligheter tycks finnas!