ALTERNATIVA TEKNIKER FÖR FÖRBRÄNNING OCH RÖKGASRENING

Transkript

1 Bilaga A1 ALTERNATIVA TEKNIKER FÖR FÖRBRÄNNING OCH RÖKGASRENING 1. ALTERNATIVA PANNTEKNIKER 1.1 Allmänt om förbränning Förbränning av fasta bränslen sker vanligtvis med pulverbrännare, på rost eller i bädd. För att utvinna energi ur avfall är rost eller bädd de möjliga förbränningsteknikerna. Under lång tid har förbränning på rost i murade eller kylda ugnar varit dominerande. På senare år har även förbränning av avfall i fluidiserande bäddar blivit vanligt. Det gäller både så kallade bubblande och cirkulerande bäddar. 1. Rost Vid förbränning i en rostugn matas avfallet framåt på en s k rost bestående av ett antal parallella stavar. Rosten, som är rörlig kan vara utformad som trapprost, återskjutningsrost, vipprost etc. Den närmare utformningen varierar från tillverkare till tillverkare. Karaktäriserande för de olika rosttyperna är rörligheten hos de enskilda rostelementen. Dessa kan vara upp- och nedgående, fram- och återgående eller vippande. Rostens funktion har stor betydelse för hur väl förbränningen sker. Genom stavarnas rörelse transporteras, fördelas och omblandas bränslet på ett sätt som gynnar förbränningen. Under senare år har kylda rosterstavar blivit allt vanligare, tack vare den ökade tillgången på torra bränslen. Mängden förbränningsluft och sättet att tillföra luften har stor betydelse för utbränningsgraden. En god luftinblandning krävs för att erhålla en bra slutförbränning, dvs för att undvika kalla stråk och reducerande atmosfär. För att förbränningen skall bli så fullständig som möjligt tillsätts luften i olika zoner som s k primärluft under rosten och som sekundärluft högre upp i förbränningsrummet och eventuellt även som tertiärluft. Det är viktigt att upprätthålla ett högt tryckfall över rosten, detta ger en jämn fördelning av primärluften och därmed ett lugnt förbränningsförlopp. Sekundärluften blåses in genom dysor. Placeringen av dessa, deras storlek och inblåsningsriktningen är viktiga faktorer för omblandningen och slutförbränningen av den viskösa förbränningsgasen. I vissa 1

2 anläggningar förvärms luften, vilket bland annat kan förbättra luftinblandningen. 1.3 Fluidiserad bädd Förbränning i fluidiserad bädd började användas kommersiellt under 1980-talet. Det finns olika typer av fluidiserade bäddar bubblande och cirkulerande som arbetar antingen med atmosfäriskt tryck eller trycksatta. Förbränning i fluidiserad bädd är en intressant teknik, eftersom den möjliggör att utsläppen av svaveloxider (SO x ), kväveoxider (NO x ) och till viss del även klorväte (HCl) kan påverkas genom åtgärder under själva förbränningen. Förbränningen i en fluidiserad bädd sker i ett inert material bestående av sand och aska, eventuellt också med tillsats av kalk. Bränslet utgör endast några procent av bäddmaterialet. Genom att förbränningsluft blåses underifrån, kommer bädden att uppträda som vätska man säger att den börjar fluidisera. Två typer av fluidiserade bäddar är aktuella: den bubblande med hög partikeltäthet och den svävande (cirkulerande), snabbt fluidiserande bädden med betydligt lägre partikeltäthet. Den cirkulerande bädden har högre lufthastighet, vilket medför att bäddmaterialet rycks med. De medryckta partiklarna avskiljs i en cyklon efter förbränningsrummet och återförs till bädden. Temperaturen i bädden vid fluidiserad förbränning ligger vanligen mellan 800 och 900º C. Den relativt låga temperaturen medför att bildningen av kväveoxider vanligen blir liten. Luftöverskottet har högre inverkan på NO x -bildningen än temperaturen vid 800ºC. Genom att tillsätta kalk till bädden kan utsläppen av svaveldioxid och till viss del även väteklorid begränsas. Större krav ställs på bränslekvaliteten vid förbränning i en fluidiserad bädd än vid konventionell rostförbränning.

3 . TEKNIKER FÖR RÖKGASRENING.1 Allmänt Utsläppen från förbränning har ofta sitt ursprung i bränslet. Undantaget är kväveoxider, som även kan bildas av luftkväve. Utsläppen kan reduceras kraftigt med olika tekniker för rökgasrening. Nedan redovisas några vanliga principer för rökgasrening.. Avskiljning av kväveoxider Utsläppen till luft av kväveoxider kan i huvudsak minskas genom antingen förbränningstekniska åtgärder, s k primäråtgärder eller sekundäråtgärder i rökgaserna. Primäråtgärder är t ex.: driftoptimering, såsom sänkning av luftöverskottet, förbättrad processtyrning jämn fördelning av luft och bränsle stegvis lufttillförsel genom en sekundär- och tertiärlufttillförsel rökgasåterföring som ersättning för en del av sekundärluften Sekundäråtgärder är t.ex.: selektiv icke katalytisk reduktion (SNCR) selektiv katalytisk reduktion (SCR) Vid icke selektiv katalytisk reduktion används inte katalysator. Kväveoxiderna reduceras termiskt genom tillsats av lämpliga kemikalier som ammoniak och urea. Reaktionerna sker vanlige vid temperaturer mellan 850 och 1100ºC. Kemikalierna tillsätts ofta på flera nivåer i eldstaden. Kväveoxiderna reduceras enligt följande mekanismer: 8 NH3 + 6NO 7N + 1H O ( ) CO + 6NO 5N + 4CO H O 4 NH + 8 Selektiv katalytisk reduktion (SCR) innebär att ammoniak tillsätts rökgaserna som passerar en katalysator, vanligen baserad på titaniumoxid med vanadin. Katalysatorn kan placeras på olika platser i rökgasstråket, men det krävs att rökgastemperaturen är den rätta, mellan ºC, för de flesta katalysatortyperna. Kväveoxiderna reduceras till kvävgas och vatten..3 Avskiljning av försurande gaser De reningsmetoder som används för att avskilja försurande gaser vid förbränning brukar indelas i: torra metoder våt-torra metoder våta metoder Torra metoder innebär att en torr sorbent, vanligtvis kalkbaserad, tillsätts rökgaserna i eldstaden eller i rökgaskanalen. Principen är att rökgaserna fuktas och kyls 3

4 ned genom vatteninsprutning, varefter släckt kalk, Ca (OH), i torr form tillsätts i en reaktor. Kalken binder de sura komponenterna i rökgaserna, HCl, HF, SO, SO 3, m fl. varefter en torr produkt bildas, som är blandad med flygaska. Ytterligare avskiljning av sura komponenter erhålls när rökgaserna passerar genom filterkakan i slangfiltret, eftersom den även innehåller kalk. Våt-torra metoder innebär att ett absorptionsmedel, vanligtvis kalk, är uppblandat med vatten till en slurry eller lösning som sprayas i fina droppar tillrökgaserna i en reaktor. Slurryn torkar samtidigt som den reagerar med de sura komponenterna i rökgaserna. Partiklarna i rökgaserna avskiljs i en slutavskiljare. Våta metoder innebär att reningen sker i någon form av skrubber, där rökgasen tvättas med vatten eller ett neutralisationsmedel. Den våta metoden innebär att fukten i rökgasen kondenseras ut i en kondensor eller att rökgasen tvättas med vatten i en fyllkroppskolonn eller i en skrubber. Vid kondensering eller tvättning avskiljs i huvudsak klorväte, men även i hög grad stoft, kvicksilver och dioxiner. Genom tillsatts av aktivt kol och kaustiksoda eller kalk kan också avskiljningen av dioxiner, kvicksilver och svaveloxider drivas långt med den våta metoden. Rökgaskondensering innebär att rökgasen kyls så långt att vattenångan i rökgasen övergår från gasfas till vätskefas. Då rökgasen kondenserar bildas en vätskedimma och vätskedroppar. Kontakten mellan gasfasen och den bildade dimman är i allmänhet så god att gasformiga ämnen i rökgasen kommer att lösa sig. Andelen gasformiga ämnen som överförs till kondensatet beror på jämviktsförhållandet för varje ämne. Särskilt ämnen som joniseras i vatten uppvisar stor avskiljning vid kondensering. Exempel på ämnen som kan joniseras i vatten är t ex väteklorid och kvicksilverklorid. Avskiljning av svaveldioxid är starkt beroende av kondensatets ph-värde. Avskiljningsgraden för stoft varierar mellan olika tekniker av rökgaskondensering men kan för vissa vara hög. Rökgaskondenseringstekniken kan grovt delas in i direkta och indirekta system. I det direkta systemet sker kylning genom direktinsprutning i skrubbern. I de indirekta systemen kyls rökgasen indirekt med vatten via tub- eller plattvärmeväxlare. För kylning kan fjärrvärmevatten och värmepumpar användas. Kondensatet kan innehålla vissa föroreningar och måste därför renas innan det kan släppas ut. Reningen kan då ske i flera steg..4 Avskiljning av tungmetaller Flertalet metaller i bränslet förångas vid förbränning för att sedan kondenseras, till stor del som metallföreningar, vid kylningen i pannan. Metallerna binds vid kondenseringen på flygaskans partikelytor till nästan hundra procent. De mindre partiklarna uppvisar högre metallhalt än grova partiklar. Andelen metaller som uppträder i gasfas är följaktligen mycket liten och understiger en promille. Genom att metallerna är bundna till stoftet blir metallavskiljningen en direkt funktion av stoftavskiljningen. Kvicksilver följer inte samma mönster som övriga metaller. Vid avkylningen i pannan oxideras huvuddelen av kvicksilvret, kanske 90 %, och föreligger sannolikt 4

5 som kvicksilverklorid (HgCl ). Detta salt har högt ångtryck och förekommer i helt dominerande grad i gasfasen ännu vid så låg rökgastemperatur som 150ºC. Både torra, våt-torra och våta rökgasreningsmetoder uppvisar god avskiljning av kvicksilver. Dosering av aktivt kol före reaktor eller slangfilter ger en ytterligare avskiljning. Den andel av kvicksilvret som avskiljs utgörs troligen till stor del av kvicksilverklorid. Andelen metalliskt kvicksilver (Hg) påverkas troligen inte av rökgasreningssystemet..5 Stoftavskiljning Flygaska kan avskiljas med elfilter direkt efter pannan. Stoftavskiljning kan även ske med textila spärrfilter..6 Reduktion av dioxiner Destruktion av dioxiner sker vid temperaturer i eldningsutrymmet över 500ºC, men nybildning av dioxiner kan ske i avkylningszonen och då framförallt i temperaturområdet ºC. Bildningsmekanismerna är fortfarande inte helt klarlagda, men det är känt att metallkatalyserade reaktioner spelar en viktig roll vid dioxinbildningen. Förbättrade förbränningsbetingelser har visat sig minska dioxinutsläppen. Åtgärder som används för att ytterligare minska dioxinutsläppen är: slangfilter i kombination med dosering av aktivt kol torr eller våt-torr rening för sura komponenter Dessutom finns följande metoder: katalysatorer aktivt kol/koksfilter 5