Vad innebär nya bränslefraktioner? Björn Zethræus Professor, Bioenergiteknik

Transkript

1 Vad innebär nya bränslefraktioner? Björn Zethræus Professor, Bioenergiteknik

2 Bränslekvalitet allmänt: Fotosyntes: CO 2 + H 2 O + Sol = Bränsle + O 2 Förbränning: Bränsle + O 2 = CO 2 + H 2 O + Energi Kvalitet hos ett bränsle är att bränslet uppfyller de krav som anläggningen ställer och är byggd för. Askegenskaper och mängd: Hög andel finfraktion hör ofta ihop med besvärlig askkvalitet och stor askmängd Storleksfördelning: Små partiklar ryker av och stör kontrollen av förbränningen, för stora hinner inte brinna ut Fukthalt: Hög fukthalt förkortar uppehållstiden för gasen i eldstaden och sänker temperaturen

3 Bränslekvalitet allmänt: Fotosyntes: CO 2 + H 2 O + Sol = Bränsle + O 2 Förbränning: Bränsle + O 2 = CO 2 + H 2 O + Energi Kvaliteten bestäms till stor del av hanteringen i skogen. Här nämner jag bara några olika aspekter, det finns många fler Unga träd tenderar eftersom de skördas under en snabb tillväxtfas att ha höga askhalter. Klena träd som gallringsvirke ger en förhållandevis hög barkandel. Buntning utan föregående vältläggning tenderar att ge hög andel av grönt material; hög askhalt och låg smältpunkt. Alltför lång tid mellan flisning och leverans tenderar att ge ett nedbrutet bränsle med hög finandel.

4 Anläggningstyper och storlekar: Fotosyntes: CO 2 + H 2 O + Sol = Bränsle + O 2 Förbränning: Bränsle + O 2 = CO 2 + H 2 O + Energi SMÅ VÄRMEANLÄGGNINGAR, närvärmeverk, < ca 1 MW Ofta rosteldade rörlig trapprost, eventuellt skakrost eller fast Pellets/briketter eller flis Mycket känsliga för att få rätt fukthalt: För fuktigt: Låg temperatur, oförbrända kolväten, låg v-grad För torrt: Hög temperatur, asksintring, hög halt kväveoxid Mycket känsliga för att få rätt storleksfördelning: För mycket finfraktion: Höga halter av oförbränt och stoft För mycket grovfraktion: Alltför dålig utbränning

5 Anläggningstyper och storlekar: Fotosyntes: CO 2 + H 2 O + Sol = Bränsle + O 2 Förbränning: Bränsle + O 2 = CO 2 + H 2 O + Energi LITET STÖRRE VÄRMEANLÄGGNINGAR, ca 1-5 MW Ofta rosteldade rörlig trapprost, eventuellt skakrost Vanligtvis grotflis eller vid sågverken fallande bränslen Känsliga för att få rätt fukthalt: För fuktigt: Låg temperatur, oförbrända kolväten, låg v-grad För torrt: Hög temperatur, asksintring, hög halt kväveoxid Känsliga för att få rätt storleksfördelning: För mycket finfraktion: Höga halter av oförbränt och stoft För mycket grovfraktion: Alltför dålig utbränning

6 Anläggningstyper och storlekar: Fotosyntes: CO 2 + H 2 O + Sol = Bränsle + O 2 Förbränning: Bränsle + O 2 = CO 2 + H 2 O + Energi ANLÄGGNINGAR MED NOx-AVGIFT, ca 5 MW och uppåt Många olika konstruktioner Ofta grotflis eller pulver Högre barkandel än dimensionerat kan leda till alltför höga kväveoxidhalter med stora kostnader som följd Vissa konstruktioner är mycket känsliga för askkvalitet Vissa konstruktioner är mycket känsliga för sten och liknande

7 Anläggningstyper och storlekar: Fotosyntes: CO 2 + H 2 O + Sol = Bränsle + O 2 Förbränning: Bränsle + O 2 = CO 2 + H 2 O + Energi ROSTELDADE VÄRMEANLÄGGNINGAR, ca 5-25 MW Uteslutande rörlig trapprost eller fast rost ( Axxon-ugnar ) Vanligtvis grotflis eller fallande industribränslen Känsliga för att få rätt fukthalt: För fuktigt: Låg temperatur, oförbrända kolväten, låg v-grad För torrt: Hög temperatur, asksintring, hög halt kväveoxid Ofta utrustade med elfilter och avancerad förbränningskontroll och därför inte extremt känsliga för storleksfördelning

8 Anläggningstyper och storlekar: Fotosyntes: CO 2 + H 2 O + Sol = Bränsle + O 2 Förbränning: Bränsle + O 2 = CO 2 + H 2 O + Energi ROSTELDADE KRAFTVÄRMEVERK, ca 5-25 MW Uteslutande rörlig trapprost Vanligtvis grotflis eller fallande industribränslen Känsliga för att få rätt fukthalt: För fuktigt: Låg temperatur, oförbrända kolväten, låg v-grad För torrt: Hög temperatur, asksintring, hög halt kväveoxid Ofta utrustade med elfilter och avancerad förbränningskontroll och därför inte extremt känsliga för storleksfördelning MEN känsliga för asksmältning och påslag på överhettare

9 Anläggningstyper och storlekar: Fotosyntes: CO 2 + H 2 O + Sol = Bränsle + O 2 Förbränning: Bränsle + O 2 = CO 2 + H 2 O + Energi BUBBLANDE FLUIDBÄDDAR, ca 5-50 MW Vanligtvis grotflis, ofta i kraftvärmetillämpning Själva eldstaden är förhållandevis okänslig för bränslets styckestorlek men inmatningen kan vara känslig Förhållandevis okänslig för bränslets fukthalt Stenar och liknande får aldrig förekomma i bränslet! Alla typer av fluidbäddar är mycket känsliga för variationer i askkvalitet

10 Anläggningstyper och storlekar: Fotosyntes: CO 2 + H 2 O + Sol = Bränsle + O 2 Förbränning: Bränsle + O 2 = CO 2 + H 2 O + Energi CIRKULERANDE FLUIDBÄDDAR, ca MW Vanligtvis grotflis, ofta i kraftvärmetillämpning Själva eldstaden är förhållandevis okänslig för bränslets styckestorlek men inmatningen är ofta mycket känslig Förhållandevis okänslig för bränslets fukthalt Stenar och liknande får aldrig förekomma i bränslet! Alla typer av fluidbäddar är mycket känsliga för variationer i askkvalitet

11 Anläggningstyper och storlekar: Fotosyntes: CO 2 + H 2 O + Sol = Bränsle + O 2 Förbränning: Bränsle + O 2 = CO 2 + H 2 O + Energi PULVERELDNING, ca MW Ofta egen färdigmalning, ofta i kraftvärmetillämpning Bränslets finhet helt avgörande för förbränningen varken för fint eller för grovt material får förekomma Mycket känslig för bränslets fukthalt Stenar och liknande får aldrig förekomma i bränslet! Pulvereldning är mycket känslig för variationer i askkvalitet

12 Vilka bekymmer finns det då? Nya bränslefraktioner har sämre kvalitet än gamla. Askegenskaper och mängd Eventuellt (troligen) lägre asksmältpunkt Eventuellt (ej osannolikt) mera korrosiv aska Eventuellt (troligen) större askmängd Förbränningsegenskaper Förändrad flykthalt Förändrad flyktavgång Förändrad reaktivitet hos charen Fysiska egenskaper Förändrad storleksfördelning Förändrad fukthaltsfördelning

13 Och vilken verkan kan de ha? Främst är det tre viktiga övergripande aspekter: Anläggningens verkningsgrad och utbränningen Totalverkningsgraden är kopplad till utbränningen Ekonomin är kopplad till totalverkningsgraden Anläggningens tillgänglighet och ev. driftproblem Driftkostnaden är direkt avhängig av tillgängligheten Anläggningens miljöprestanda Här ingår såväl askåterföring som emissioner i gas

14 Ingen el. måttlig påverkan Ingen eller måttlig påverkan Övergripande aspekter Asksmältpunkt Verkningsgrad Utbränning Tillgänglighet Driftproblem Sänkt asksmältpunkt ökar risken för driftproblem Miljöprestanda Askåterföringen påverkas av asksammansättningen Askans korrosivitet Ökad korrosivitet kan innebära kortare livstid Askåterföringen påverkas av asksammansättningen Askmängd Ökad mängd kan innebära ökad driftkostnad Kostnad för askhantering påverkas av mängden Flykthalt Ändrad flykthalt kräver förändrad lufttillsats Ökad flykthalt kan innebära högre gastemperatur Primär-/sekundärluft styr miljöprestanda Flyktavgång Ändrad flyktavgång kräver förändrad lufttillsats Tidig flyktavgång kan ge höga väggtemperaturer Primär-/sekundärluft styr miljöprestanda Charens reaktivitet Ändrad reaktivitet medför ändrad rostbelastning Ökad reaktivitet kan ge höga rosttemperaturer Asksammansättningen kan komma att påverkas Storleksfördeln Bredare storleksfördelning ger försämrad utbränning Kan påverka fördelningen mellan flyg- och bottenaska Fuktfördelning Vidare fukthaltsfördelning ger försämrad utbränning Försvårar styrningen av förbränningen

15 Ingen el. måttlig påverkan Ingen eller måttlig påverkan I första hand processtyrproblem Asksmältpunkt Verkningsgrad Utbränning Tillgänglighet Driftproblem Sänkt asksmältpunkt ökar risken för driftproblem Miljöprestanda Askåterföringen påverkas av asksammansättningen Askans korrosivitet Ökad korrosivitet kan innebära kortare livstid Askåterföringen påverkas av asksammansättningen Askmängd Ökad mängd kan innebära ökad driftkostnad Kostnad för askhantering påverkas av mängden Flykthalt Ändrad flykthalt kräver förändrad lufttillsats Ökad flykthalt kan innebära högre gastemperatur Primär-/sekundärluft styr miljöprestanda Flyktavgång Ändrad flyktavgång kräver förändrad lufttillsats Tidig flyktavgång kan ge höga väggtemperaturer Primär-/sekundärluft styr miljöprestanda Charens reaktivitet Ändrad reaktivitet medför ändrad rostbelastning Ökad reaktivitet kan ge höga rosttemperaturer Asksammansättningen kan komma att påverkas Storleksfördeln Bredare storleksfördelning ger försämrad utbränning Kan påverka fördelningen mellan flyg- och bottenaska Fuktfördelning Vidare fukthaltsfördelning ger försämrad utbränning Försvårar styrningen av förbränningen

16 Ingen el. måttlig påverkan Ingen eller måttlig påverkan Problem kopplade till driftssätt Asksmältpunkt Verkningsgrad Utbränning Tillgänglighet Driftproblem Sänkt asksmältpunkt ökar risken för driftproblem Miljöprestanda Askåterföringen påverkas av asksammansättningen Askans korrosivitet Ökad korrosivitet kan innebära kortare livstid Askåterföringen påverkas av asksammansättningen Askmängd Ökad mängd kan innebära ökad driftkostnad Kostnad för askhantering påverkas av mängden Flykthalt Ändrad flykthalt kräver förändrad lufttillsats Ökad flykthalt kan innebära högre gastemperatur Primär-/sekundärluft styr miljöprestanda Flyktavgång Ändrad flyktavgång kräver förändrad lufttillsats Tidig flyktavgång kan ge höga väggtemperaturer Primär-/sekundärluft styr miljöprestanda Charens reaktivitet Ändrad reaktivitet medför ändrad rostbelastning Ökad reaktivitet kan ge höga rosttemperaturer Asksammansättningen kan komma att påverkas Storleksfördeln Bredare storleksfördelning ger försämrad utbränning Kan påverka fördelningen mellan flyg- och bottenaska Fuktfördelning Vidare fukthaltsfördelning ger försämrad utbränning Försvårar styrningen av förbränningen

17 Ingen el. måttlig påverkan Ingen eller måttlig påverkan Problem kopplade till materialen Asksmältpunkt Verkningsgrad Utbränning Tillgänglighet Driftproblem Sänkt asksmältpunkt ökar risken för driftproblem Miljöprestanda Askåterföringen påverkas av asksammansättningen Askans korrosivitet Ökad korrosivitet kan innebära kortare livstid Askåterföringen påverkas av asksammansättningen Askmängd Ökad mängd kan innebära ökad driftkostnad Kostnad för askhantering påverkas av mängden Flykthalt Ändrad flykthalt kräver förändrad lufttillsats Ökad flykthalt kan innebära högre gastemperatur Primär-/sekundärluft styr miljöprestanda Flyktavgång Ändrad flyktavgång kräver förändrad lufttillsats Tidig flyktavgång kan ge höga väggtemperaturer Primär-/sekundärluft styr miljöprestanda Charens reaktivitet Ändrad reaktivitet medför ändrad rostbelastning Ökad reaktivitet kan ge höga rosttemperaturer Asksammansättningen kan komma att påverkas Storleksfördeln Bredare storleksfördelning ger försämrad utbränning Kan påverka fördelningen mellan flyg- och bottenaska Fuktfördelning Vidare fukthaltsfördelning ger försämrad utbränning Försvårar styrningen av förbränningen

18 Ingen el. måttlig påverkan Ingen eller måttlig påverkan Problem kopplade till utformning Asksmältpunkt Verkningsgrad Utbränning Tillgänglighet Driftproblem Sänkt asksmältpunkt ökar risken för driftproblem Miljöprestanda Askåterföringen påverkas av asksammansättningen Askans korrosivitet Ökad korrosivitet kan innebära kortare livstid Askåterföringen påverkas av asksammansättningen Askmängd Ökad mängd kan innebära ökad driftkostnad Kostnad för askhantering påverkas av mängden Flykthalt Ändrad flykthalt kräver förändrad lufttillsats Ökad flykthalt kan innebära högre gastemperatur Primär-/sekundärluft styr miljöprestanda Flyktavgång Ändrad flyktavgång kräver förändrad lufttillsats Tidig flyktavgång kan ge höga väggtemperaturer Primär-/sekundärluft styr miljöprestanda Charens reaktivitet Ändrad reaktivitet medför ändrad rostbelastning Ökad reaktivitet kan ge höga rosttemperaturer Asksammansättningen kan komma att påverkas Storleksfördeln Bredare storleksfördelning ger försämrad utbränning Kan påverka fördelningen mellan flyg- och bottenaska Fuktfördelning Vidare fukthaltsfördelning ger försämrad utbränning Försvårar styrningen av förbränningen

19 Allmänna konstateranden: Dagens anläggningar har utvecklats med hänsyn till och anpassats till de bränslen och de miljökrav som gäller Dagens driftsätt och styrmetoder har utvecklats för de bränslen och de miljökrav som gäller

20 Allmänna konstateranden: Dagens driftsätt och styrmetoder har utvecklats för de bränslen och de miljökrav som gäller Att anpassa driftsättet är i första hand en fråga om att styra om fördelningen mellan primär- och sekundärluft, att justera rökgasåterföringen samt att övervaka balansen mellan tillförsel, rostmatning och bäddtjocklek. I CFB-anläggningar kan cirkulationsgraden behöva justeras, i BFB kanske sandpartiklarnas storlek. Detta är frågan om förändringar i styrsystemet och driftrutinerna, det kräver eftertanke men tar inte mycket tid eller kostnad. Viss påverkan på miljöprestanda är trolig.

21 Allmänna konstateranden: Dagens anläggningar har utvecklats med hänsyn till och anpassats till de bränslen och de miljökrav som gäller Att anpassa anläggningarna kan ställa krav på nya infodringsmaterial lika väl som på ny eldstadsgeometri. Detta är frågan om fysiska förändringar och kommer att ta tid innan det blir riktigt bra.