Basprogram Anläggnings- och förbränningsteknik

Transkript

1 Basprogram Anläggnings- och förbränningsteknik Allmän inriktning Den övergripande målsättningen med arbetet inom programområdet anläggnings- och förbränningsteknik är att ta fram kunskap som bidrar till att öka effektiviteten för befintliga och nya energianläggningar. Produktionen skall effektiviseras ur miljömässiga, tekniska och ekonomiska aspekter. Kunskap skall tas fram för att kunna utforma delsystem och hela anläggningar i syfte att: öka tillgänglighet och driftsekonomi optimera drifttiden under året optimera elproduktion minimera miljöpåverkan skapa förutsättningar för att elda olika typer av bränslen. Konkurrensen om biobränslen förväntas öka den närmaste 4-årsperioden. Nya typer av biobränslen och energigrödor kommer därmed att introduceras på marknaden. Förväntade höga elpriser tillsammans med elcertifikatsystemet samt handel med utsläppsrätter innebär att intresset för biobaserad elproduktion kommer att vara fortsatt högt. Oklara eller växlande styrmedel innebär att anläggningarna måste vara så flexibla som möjligt för att kunna utnyttja olika typer av bränslen, men också ha möjlighet att producera både värme och el. Detta tillsammans med en breddning av bränslesortimentet och höga miljökrav, leder till mer komplexa och dyrare anläggningar. Kraven på effektiv förbränning, hög drifttillgänglighet och lång livslängd blir därmed högre samtidigt som lönsamhetskraven är fortsatt höga. Programmet för har delats in i tre huvudområden. De olika huvudområdena är: Anläggningskoncept Bränslerelaterade frågor Minimerad miljöpåverkan Avgränsningar Programmet behandlar branschgemensamma anläggnings-, förbrännings- och miljötekniska frågor i energiomvandlingsanläggningar. Huvudprincipen är att det inom programmet ska drivas projekt som kan tillämpas i anläggningarna inom fem år, men Sid 1 (6)

2 enstaka undantag kan medges för prioriterade områden. Den praktiska tillämpbarheten ska dock ligga inom rimlig tidsrymd. För att tillgodose långsiktiga värden och få till stånd projekt inom prioriterade områden ska tidsperspektivet för tillämpning i större skala bedömas från fall till fall. Avgränsningar mot andra organisationer såsom SGC, Avfall Sverige, Elforsk, JTI och Svensk Fjärrvärme med flera ska beaktas i det fall det förekommer överlappande verksamhet. En strävan ska dock vara att projekt inom programmets prioriterade områden kommer till stånd. Informationsutbyte och samarbete med angränsande områden ska eftersträvas, men ska inte begränsa verksamheten. Forskningsprojekt inom programmet ska vara tillämpbara i anläggningar större än 2 MW th. Anläggningskoncept Bakgrund För att kunna möta kraven på allt större systemintegration och utveckling av energikombinat med produktion av el, värme, kyla, biodrivmedel, högvärdiga bränslen etc. behövs projekt som studerar och utvecklar anläggningstekniska lösningar inom delsystem och på komponentnivå. Det kan gälla t.ex. en bättre bränsleberedning eller en ny bränsletork. Dagens komplexa anläggningar förbrukar stora mängder intern energi. I ett kraftvärmeverk innebär en minskning av denna energi ytterligare en möjlighet till ökning av mängden utlevererad energi. Nya direktiv från EU kommer att ställa krav på effektivisering för slutanvändning av energi. Ett viktigt område är att minimera anläggningarnas drift- och underhållskostnader utan att minska tillgängligheten. För att på bästa sätt utnyttja befintliga och planerade anläggningar gäller det att hitta tekniska lösningar som leder till en hög tillgänglighet och en hög verkningsgrad för såväl hela anläggningar som delsystem och komponenter. Mål och syfte Inom huvudområdet anläggningskoncept skall även fortsättningsvis ny och flexibel anläggningsteknik utvecklas för effektiv och ekonomiskt optimerad energiomvandling. Målsättningen är att få till stånd projekt som tar fram tekniska och ekonomiska underlag för att kunna öka systemintegrationen och den totala energiverkningsgraden för anläggningar. Syftet är även att hitta lösningar för maximal elproduktion under en så stor del av året som möjligt. Sid 2 (6)

3 Innehåll Exempel på projektområden inom huvudområdet anläggningskoncept: Utveckling av teknik som ökar tillgängligheten och verkningsgraden för delsystem och komponenter. Effektivisera anläggningskomponenter/delsystem genom t.ex. minimering av intern elförbrukning för fläktar, pumpar etc. Utveckling av innovativa tekniklösningar som kan ingå som en del i energikombinat där man samtidigt producerar el, värme, högvärdigt bränsle, kyla, biodrivmedel etc. Det kan gälla att ta fram kriterier och studera tekniska lösningar för t.ex. produktion av fjärrkyla, torkning av bränsle eller bättre utnyttjande av spillvärme. Projekt kring anläggningens flexibilitet och bränslesystem som medger en stor bränslevariation. Rekommendationer kring anläggningsutformning för nya och avfallsklassade bränslen. Hantering av restprodukter som aska och slagg inom produktionsanläggningen. Förbättring av utrustningens funktion och tillförlitlighet. Teknikstudier med sikte på utbyggnad av elproduktionen, inte minst avseende äldre enheter. Detta kan omfatta hela kedjan från bränsletorkning till kraftproducerande enheter i den mån den innehåller nyheter. Till området hör också kapacitetsökning i befintliga pannor som t.ex. undersökning och uppföljning av maximala eldstads- och rosterbelastningar. Kartläggning av förbränningstekniska och driftstekniska möjligheter till småskalig kraftvärmeproduktion i befintliga såväl som i nya anläggningar. Studier kring lönsamhet och möjligheter till standardlösningar (bl.a. reningsteknik) för mindre kraftvärmesystem (2 MW th och uppåt). Olika mer eller mindre beprövade koncept såsom stirlingmotorer och kolvångmaskiner studeras utifrån dagens förutsättningar. I vissa fall kan bränslen som produceras lokalt vara dyra och komplicerade att transportera till en större anläggning. Ny teknik behöver tas fram för småskalig elproduktion eller konvertering av bränsle till annan energibärare. Fortsatt arbete för att utveckla nya och förbättrade metoder för förebyggande underhåll kopplat till anläggningarnas tillgänglighet Bränslerelaterade frågor Bakgrund Det alltmer ökade intresset för klimatfrågor inom EU och övriga världen innebär en ökad konkurrens om konventionella biobränslen. Kommande satsningar på större biobränsleeldade anläggningar innebär ökade och mer komplexa transport- och logistikbehov. Höjda bränslepriser eller en potentiell brist på konventionella bränslen innebär fortsatt intresse för nya typer av fasta, flytande och gasformiga bränslen: stubbar, energigrödor, lignin från svartlut, bioslam mm. Stora satsningar på Sid 3 (6)

4 biodrivmedel innebär att restprodukter därifrån kommer att finnas tillgängliga som bränslen, t.ex. rapsmjöl, destillationsrester och hydrolysrester. Under de senaste programperioderna har forskning inom bl.a. Värmeforsk visat att användning av biobränslen och retur- och avfallsbränslen kan ge olika typer av driftsproblem, ofta askrelaterade, men att dessa kan minskas genom samförbränning med andra bränslen (t.ex. torv eller avloppsslam) eller tillförsel av additiv (t.ex. svavel, ammoniumsulfat eller kaolin). Det finns därmed stora möjligheter att minimera driftsproblem genom ett aktivt bränsleval i kombination med tillsats av additiv. För att kunna genomföra en mer aktiv bränsleplanering behövs fortsatt kunskap om olika bränsleströmmar och möjlighet att karakterisera bränslen efter deras egenskaper. Det gäller i synnerhet om behov föreligger av karakterisering av bränslen för att utifrån en anläggnings förutsättningar kunna välja bränsle eller vid nyproduktion välja anläggning efter önskad bränsleflexibilitet. Hittills har mindre anläggningar främst eldat konventionella biobränslen som träflis och träpellets men i takt med ökade bränslepriser finns behov av att öka bränslespannet även för mindre anläggningar. Mål och syfte Delområdet skall behandla bränslerelaterade frågor såsom beredning, hantering, karakterisering och aktivt val av bränsleslag/bränslefraktion. Området omfattar allt från konventionella biobränslen, odlade bränslen och restprodukter till avfallsklassade bränslen. Innehåll Exempel på projektområden inom huvudområdet bränslerelaterade frågor: Basläggning av biobränsletillgångar. Inventering och kartläggning av var det finns tillgång på biobränslen både inom och utom Sverige i form av befintligt eller utökat uttag från skogen (GROT, stubbar etc.). Utvärdering av vilka nya typer av fasta, flytande och gasformiga bränslen som skulle kunna vara aktuella samt bedömning av deras potential. Karakterisering av nya bränslen. Dokumentation av nya bränslen med avseende på typ av bränsle, tillgång, alternativa transportmöjligheter och i vilken form de förekommer. Karakterisering av förbränningsegenskaper inklusive kartläggning av emissioner till luft kopplat till konventionella bränsleanalyser samt asksammansättning och askegenskaper som t.ex. agglomererings-, beläggnings- och korrosionstendenser. Underlag tas fram för komplettering av Värmeforsks bränslehandbok. Värdering av olika bränslen utifrån en livscykelanalys. Uppföljning av ny teknik för bränsleberedning och bränsleblandning (pelletering, metallavskiljning, torkning, blandning av bränslen i lagringsutrustning etc.). Åtgärder och förbättring av utrustningen med avseende på miljöstörningar som damm, buller och lukt. Sid 4 (6)

5 Nyare biobränslen för mindre anläggningar. Även för mindre anläggningar kan det vara möjligt att utöka bränsleslagen med nya bränslen. Det krävs dock sannolikt någon form av förädling och kvalitetskontroll för detta. Det finns även behov av identifiering av vilka krav som måste uppfyllas för att ett bränsle skall kunna eldas i en mindre anläggning 2-10 MW. Minimerad miljöpåverkan Bakgrund Liksom i tidigare programperioder påverkas både miljökrav och miljörapportering för förbränningsanläggningar av olika EU-direktiv och deras tillämpning inom svensk lagstiftning. Nya bränslen innebär nya utmaningar och svårigheter att klara befintliga och kommande utsläppskrav. I takt med att även mindre anläggningar börjar elda nyare biobränslen med högre askhalter ökar behovet av mätteknik och rökgasrening för mindre anläggningar. Dessutom är ett flertal större biobränsleeldade anläggningar, MW, planerade att byggas inom kort. För dessa finns det behov av mer avancerad rökgasrening. Många av de nyare bränslesorterna, men även retur- och avfallsbränslen, innehåller mer aska jämfört med träflis och andra konventionella biobränsle. Det innebär ökade stoftbelastningar på anläggningarnas rökgasrening med risk för förhöjda utsläpp av partiklar. Ökade askhalter innebär också mer restprodukter som måste omhändertas eller återvinnas samtidigt som belastningen av utfasningsämnena kadmium, bly, arsenik och kvicksilver kan öka i rökgas och i restprodukter. Nya bränslen med annorlunda bränslesammansättning, bl.a. högre halter av kväve, svavel och klor, innebär risk för ökade utsläpp av försurande ämnen, halogener, dioxiner etc. Mer inhomogena bränslen innebär att risken för ojämn förbränning ökar och därmed att utsläpp av CO, TOC och kolväten riskerar att öka. Mål och syfte Huvudområdet minimerad miljöpåverkan skall omfatta frågeställningar kring utsläpp till luft (emissioner av SO 2, NOx, CO, halogener och dioxiner samt ev. metan eller andra kolväten av intresse), utsläpp till vatten (ammonium, metaller etc. i rökgaskondensat) och mängden och sammansättningen av restprodukter. Sid 5 (6)

6 Innehåll Exempel på projektområden inom huvudområdet minimerad miljöpåverkan: Fortsatt utveckling och demonstration av generella metoder för bättre förbränningskontroll i syfte att minska emissionerna av oförbrända gaser (CO, TOC och eventuellt även metan) samt att minska oförbränt i askan, speciellt vid varierande bränslemix. Vid samförbränning med bränslen som omfattas av Naturvårdsverkets föreskrifter om avfallsförbränning ställs delvis hårdare miljökrav vad gäller SO 2, HCl, CO, TOC, dioxiner, kvicksilver etc. Ett område som därmed behöver utredas är hur emissionerna påverkas vid blandning av bränslen med varierande sammansättning och olika typer av bränslepreparering. Utvärdera effekten av höga kvävehalter i biobränslen på utsläpp av kväveoxider och ammoniak för olika bränslen, bränsleblandningar och för olika panntyper (fluidiserade bäddar, rosterpannor och pulvereldade pannor). Fortsatt utveckling av metoder för att minska emissioner av kväveföreningar som kväveoxider och ammoniak, t.ex. genom tillsats av additiv och/eller genom förbränningstekniska åtgärder. Kontinuerlig mätning av olika emissioner är fortfarande kostsamt. Bättre och billigare mätteknik behöver utvecklas. Speciellt viktigt är det med billiga och robusta mätsensorer för mindre anläggningar. Fler komponenter än i dag kommer att behöva redovisas. Inom programområdet görs verifiering av ny mätteknik och mätdatarapportering. För olika typer av rökgasrening (multicykloner, elfilter, slangfilter, rökgaskondensering, torr, halvtorr, katalytisk) studera möjligheten att för olika anläggningsstorlekar och bränsleblandningar möta gällande och kommande krav avseende utsläpp till luft. Viktigt är bl.a. att minska utsläpp av utfasningsmetallerna kadmium, bly, arsenik och kvicksilver. Fortsatt behov finns även av att studera effekten och uppkomsten av submikrona partiklar samt metoder för avskiljning av dessa. Mängden askor och restprodukter som behöver deponeras måste minimeras. Det är av intresse att studera metoder för att sluta processerna inom en anläggning. Sid 6 (6)