Dp 4 NWI. Anders Rebbling, Patrycja Piotrowska, Dan Boström. Institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik.

Krossade gipsplattor som bränsleadditiv vid fastbränsleeldning för minskad risk av askrelaterade driftsproblem - etapp 2 fullskaleförsök i avfallseldad rosterpanna (25 MWt) 213-12-3 Dp 4 NWI Anders Rebbling, Patrycja Piotrowska, Dan Boström Institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik Umeå universitet Ida-Linn Näzelius, Marcus Öhman Energiteknik, Avd för Energivetenskap Luleå tekniska universitet 1

Krossade gipsplattor som bränsleadditiv vid fastbränsleeldning för minskad risk av askrelaterade driftsproblem - etapp 2 fullskaleförsök i avfallseldad rosterpanna (25 MWt) Waste gypsum board as a fuel additive for reducing ash related operational problems in solid fuel combustion phase 2 full-scale trials in a waste fired grate boiler (25 MWth) Anders Rebbling, Patrycja Piotrowska, Dan Boström Institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik, Umeå universitet, 91 87 Umeå Ida-Linn Näzelius, Marcus Öhman Energiteknik, Avd för Energivetenskap Luleå tekniska universitet, 971 87 Luleå 2

FÖRORD Föreliggande rapport redovisar resultaten från ett delarbete utfört inom NWI projektets delprojekt 4 Utveckling av förbränningsprocesser och bränslemixar. Resultaten från detta projekt kommer även att redovisas i planerad vetenskaplig artikel med Patrycja Piotrowska som förstaförfattare. I denna kommer mer detaljerade resultat av arbetet redovisas. Författarna vill riktiga att stort tack till personalen vid BEAB s kraftvärmecentral. 3

SAMMANFATTNING Fullskaleförsök har utförts med inblandning av gipskross om 2- och 4 vikts-% (på våt bränslebasis) till en typisk avfallsbränslemix i en 25 MWt rosteranläggning (4 bar, 4 o C). Resultaten visar på en signifikant höjning av såväl SO 2 - som HCl halterna i de råa rökgaserna (innan rökgasreningen) vid inblandning av gipskross. Koncentrationen av alkali- och zinkrika klorider reducerades och halten alkalisulfater ökade hos de fina partiklarna (< 1 µm) vid inblandning av gips. Svavel till klorförhållandet på läsidans beläggning ökade även vid inblandning av gips till bränslemixen varmed NaCl och KCl halten reduceras och Na 2 SO 4 och K 3 Na(SO 4 ) 2 halten ökade vid inblandning av gipskross. Beläggningstillväxten ökade något vid 4% inblandningsgrad av gips men var på samma nivå vid 2% inblandningsgrad. Resultaten visar på möjligheten att potentiellt kunna reducera beläggningsbildnings- /korrosionsrisken på överhettare och andra konvektionsytor vid gipsinblandning till rostereldade avfallspannor. 4

Innehållsförteckning Sammanfattning... 4 1. Inledning... 6 1.1 Bakgrund... 6 1.2 Syfte... 6 2. Genomförande... 7 2.1 Förbränningsförsök... 9 2.2 Ask-, beläggningsprovs- och partikelanalyser... 8 3. Resultat och Diskussion... 1 3.1 Effekt av gipstillsats på SO2 och HCl halterna i råa rökgaser... 1 3.2 Effekt av gipstillsats på beläggningstillväxten och dess sammansättning... 11 3.3 Effekt av gipstillsats på partikelkoncentration och sammansättning av/hos fina partiklar... 15 3.4 Effekt av gipstillsats på sammansättningen hos flyg- och bottenaska... 17 4. Slutsatser... 19 5. Rekommendationer... 2 6. Referenser... 21 5

1. INLEDNING 1.1 Bakgrund Användningen av vissa fastbränslen (t. ex. grön grot, halm och vissa avfallsfraktioner) kan orsaka besvärande askrelaterade driftsproblem varav beläggningsbildning, högtemperaturkorrosion och bäddagglomerering i kraftvärmeverkens anläggningar uppmärksammats under senare år. Flertalet biobränsle- och avfallseldade kraftvärmeverk i Sverige rapporterar mer eller mindre omfattande korrosionsproblem i överhettare som ger dem oacceptabelt kort livslängd. Problem med slaggning i brännarutrustning och på roster i anläggningar av fastighets-, närvärme och mindre värmeverkstorlek (<2 MW) har också rapporterats vid biobränsleeldning. Problemen bidrar till en reducerad tillgänglighet hos utrustningen, vilket ökar behovet av tillsyn. I ett tidigare arbete inom ramen för NWI har teoretiska beräkningar och försök utförts i bänkskala med gips som möjligt additiv för att reducera beläggningsbildning, slaggning, bäddagglomerering och högtemperaturkorrosion. 1 Resultaten från de termokemiska modellberäkningarna och de utförda bänkskaleförsöken från detta arbete visar att signifikanta mängder av det tillförda gipset spricker sönder/reagerar med de nyttjade bränslenas askbildande huvudelement under förbränningen. De utförda modellberäkningarna och bänkskaleförsöken visar på potentialen att kunna reducera askrelaterade problem som uppstår p.g.a. klibbiga delvist smälta kaliumrika silikater. Vilket innebär att slaggning i eldstad och på roster såväl som bäddagglomerering i fluidbäddar potentiellt skulle kunna reduceras vid inblandning av någon/några vikts-% gips till kalium och kiselrika strå- och gräsbränslen. Utförda beräkningar och bänkskaleförsök visar också på potentialen att kunna reducera uppkomsten av beläggningar i pannors konvektionsdel och eventuellt även högtemperaturkorrosion redan vid inblandningsgrader om 1 vikts-% till typiska skogsbränslen vars bränsleaska domineras av Ca och K. Några tidigare publicerade studier från fullskaleförsök rörande nyttjande av gips(avfall) som bränsleadditiv för att reducera askrelaterade driftsproblem har dock ej kunnat återfinnas i litteraturen. 1.2 Syfte Det övergripande syftet var därför i detta delprojekt att bestämma om gipsinblandning till normal bränslemix i en avfallsseldad kraftvärmeanläggning potentiellt kan reducera överhettarkorrosionen. De detaljerade syftena var att bestämma effekten av gipskross till normal avfallsmix på: 1) de råa rökgasernas SO 2 - och HCl halt. 2) partikelsammansättning hos de fina partiklarna (< 1 µm). 3) beläggningsbildningen på en simulerad överhettartub (beläggningsbildningshastighet och sammansättning) 6

2. GENOMFÖRANDE 2.1 Förbränningsförsök Försök utfördes i Bodens Energi AB:s (BEAB) avfallseldade kraftvärmepanna (25 MW, 4 bar 4 o C) i början av augusti 213. Anläggningen som är av rostertyp eldas med en blandning av industri-, hushållsavfall samt returflis. Anläggningen fungerar som baslastpanna och bränsletillförseln ligger därmed konstant på 8-1 ton/h. Rökgasflödena vid normal last ligger på ca 5 Nm 3 /h (våta gaser). Ovanför rostern är temperaturen ca 8-9 o C, i eldstaden drygt 9 o C och direkt före första överhettarna är rökgastemperaturen nere på drygt 5 o C. SO 2 - och HCl halten mäts i rökgaserna både före och efter rökgasreningen. Typiska värden för SO 2 - och HCl halten före reningen är < 5 mg/nm 3. Rökgastemperaturen före rökgasreningen ligger på drygt 15 o C. Försöksplan Fem stycken försök om ca 8 h vardera utfördes under dagtid (8.-16.). Under försöken hölls liknande driftsdata och samma bränslemix/sammansättning (se Tabell 1). Tre referensförsök utan och två försök med inblandning av krossade gipsskivor utfördes. Samma avfallsmix användes under hela försökstiden. Denna mix hade homogeniserats och stackats innan själva försökskampanjen. Det krossade gipsskivorna blandades in i mixar om 4 resp. 2 vikts-% (på våt basis) till avfallsbränslemixen. Gipset blandades in i avfallsbränslemixen på bränsleplan, m h a baklastare i bränslehögar som räckte för ca 1 h:s drift. Mängden bränsle respektive gips vägdes m h a bränslevåg/invägningsramp. Dessa bränslehögar tippades sedan i bränslefickan/stupet som ledde direkt till pannan. De krossade gipsskivorna levererades av Ragnsells i Boden. En framsiktad fraktion (med en medelstorlek om ca,5 cm nyttjades (se storleksfördelning i Figur 1). Den kemiska sammansättningen hos det nyttjade gipset framgår av Tabell 2. Tabell 1. Försöksplan och experimentella förutsättningar (driftdata under försöken). Table 1. Experimental plan and experimental conditions (operational data during the experiments). Experiment Abbrev. Date Exhaust gas flow (kg/h wet ) Temp. flue gas before superheater 1 ( o C) O 2 (% wet ) Temperature super heated steam ( o C) Flow super heated steam (kg/s) Reference 1 Ref 1 1386 486±87 535±2,8 5,±,3 38±1,4 26,9±,44 4 wt-% gypsum 4 % 1387 4539±167 549±3,1 5,±,3 38±2,4 27,±,39 (wet basis) 2 wt-% gypsum 2 % 1388 4629±133 55±4,6 5,±,6 38±2,9 26,8±,66 (wet basis) Reference 2 Ref 2 1389 4691±152 559±3,8 4,9±,2 38±2,5 27,2±,47 Reference 3 Ref 3 13814 4722±381 528±1,2 4,7±,4 382±8,4 26,±1,7 7

Tabell 2. Kemisk sammansättning (mg/kg TS) hos den nyttjade gipsfraktionen Table 2. Chemical composition (mg/ kg dry substans) of the used gypsum fraction. Na 53 K 61 Mg 22 Ca 25 Mn 84 Fe 25 Al 2 Si 12 P 15 S 2 Cl 2 5 4 Frequency [ weight %] 3 2 1 >5.66 5.66-2. 2.-1.4 1.4-.85.85-.4.4-.1 <.1 Grain size [mm] Figur 1. Partikelstorleksfördelning hos nyttjat krossat och siktat gips. Figure 1. Particle size distribution of the used gypsum fraction. Provtagning Under samtliga försök bestämdes beläggningstillväxten på en simulerad överhettartub under 3 h. Beläggningstillväxten kvantifierades med hjälp av ett s.k. "kallt finger", bestående av en luftkyld sond med två löstagbara provringar (rostfritt stål, SS 2343). Den kylda provringen var belägen mellan första och andra överhettarpaketet. Yttemperaturen på respektive provring (diam. 24 mm, längd 46 mm) ställdes in på 43 resp. 46 o C och bibehölls under hela provtiden. För alla försök utom för referensprov 1 utfördes två beläggningsprovtagningar per försök. Provringarna sparades för vidare semikvantitativ analys med svepelektronmikroskop (SEM) och energidispersiv röntgenanalys (EDS) för att bestämma elementarsammansättningen av beläggningarna. De råa rökgaserna (innan rökgasreningen) analyserades med avseende på SO 2, HCl, NO, CO, CO 2 och O 2. För att bestämma partiklarnas (mass)storleksfördelning m a p aerodynamisk diameter såväl som kemisk sammansättning hos respektive partikelstorlek användes en 13-stegs lågtrycksimpaktor (LPI) från Dekati Ltd, som separerar partiklar i intervallet.3-1 µm. Före lågtrycksimpaktorn monterades en förcyklon med en cut-off diameter på ca 1 µm. Tre 8

impaktorprovtagningar utfördes för varje experiment i de råa rökgaserna (innan rökgasreningen) vid en rökgastemperatur på ca 16 ºC vidare värmdes impaktorn till ca 15 ºC under hela provtagningen. Icke infettad aluminiumfolie användes som substrat i impaktorn. Ett flygaskprov togs ut med en sond mellan economizern och rökgasreningen varannan timme under varje försök och ett generalprov sammanställdes för varje experiment. Ett bottenaskprov togs också ut varannan timme under varje försök och ett generalprov sammanställdes även här efter varje försök. 2.2 Ask-, beläggningsprovs- och partikelanalyser Beläggningsprov Beläggningen på provringens läsida och vindsida analyserades med SEM-EDS genom ett flertal s.k. areaanalyser (1*1 µm) för att bestämma dess elementarsammansättning m a p askbildande huvudelement. Ett antal beläggningar analyserades också m h a XRD-analys för att bestämma halter hos kristallina faser i provet. I denna rapport redovisas endast resultat från provringar med en yttemperatur på 43 o C. Partikelprov Som nämnts tidigare provtogs partiklar för kemisk analys under försöken. Partiklar som avsatts på impaktorplattorna nr 5, 6 och 7 (geometrisk medeldiameter GMD,4 till,8 µm) analyserades genom EDS-areaanalyser (1*1 µm) av representativa "partikelhögar" på respektive prov. Platta nr 5 och 6 utgjorde "peaken" på finmoden av submikrona (< 1 µm) partiklar. Ett antal partikelprov analyserades också m h a XRD-analys för att bestämma halter hos kristallina faser i provet. Botten-och flygaskprover Uppsamlade generalprov analyserades m h a ICP-AES för att bestämma provens elementarsammansättning m a p askbildande huvudelement. Ett antal bottenaskprov analyserades också m h a XRD-analys för att bestämma halter hos kristallina faser i provet. 9

3 Resultat & Diskussion 3.1 Effekt av gipstillsats på SO 2 - och HCl halterna i råa rökgaser Vid inblandning av gips erhölls en signifikant ökning av såväl SO 2 som HCl halten i de råa rökgaserna före reningssteget (se Figur 2 och Tabell 3). De ökade HCl halterna tyder på att klorider sulfatiseras vid inblandning av gips. De ökade SO 2 halterna visar att signifikanta mängder av det tillförda gipset spricker sönder/reagerar med de nyttjade bränslenas askbildande huvudelement under förbränningen. 2 18 16 Ref 1 4 % 2 % Ref 2 Ref 3 SO2 HCl Raw gas composition (mg/nm3) 14 12 1 8 6 4 2 13-8-6 13-8-7 13-8-8 13-8-9 13-8-1 13-8-11 13-8-12 13-8-13 13-8-14 13-8-15 13-8-16 Figur 2. Effekt av gipstillsats på SO 2 - och HCl halterna hos de råa rökgaserna. Figure 2. Effect of gypsum addition on SO 2 - and HCl levels in the raw flue gases. Tabell 3 SO 2 - och HCl halter i de råa rökgaserna (före rening) Table 3 SO 2 - and HCl levels in the raw flue gases (i.e. before the cleaning steps) Experiment SO 2 (mg/nm 3 ) Ref 1 324±71 51±79 Ref 2 359±73 465±79 Ref 3 332±83 468±76 2 % 1411±325 599±54 HCl (mg/nm 3 ) 4 % 1497±146 72±52 1

3.2 Effekt av gipstillsats på beläggningstillväxten och dess sammansättning Vid försök med 2% gipstillsats erhölls en likande eller en något lägre beläggningstillväxt i jämförelse med försök utan gipstillsats (Figur 3). Vid en inblandning av 4 % gips erhölls en signifikant ökad beläggningstillväxt. 35 3 Deposit build-up rate (g/m2*h) 25 2 15 1 5 ref 1:1 43 ref 1:1 46 4%:1 43 4%:1 46 4%:2 43 4%:2 46 2%:1 43 2%:1 46 2%:2 43 2%:2 46 ref 2:1 43 ref 2:1 46 ref 2:2 43 ref 2:2 46 Figur 3. Beläggningstillväxt (g/m 2 *h) vid en yttemperatur av 43 och 46 o C. Figure 3. Deposit build-up rate (mg/h) at a surface temperature of 43 and 46 o C. Av Figur 4 framgår att beläggningarna som samplats på läsidan av partikelsonden främst består av elementen Na, Cl, Ca, S och Zn. Av Tabell 4 framgår att de identifierade faserna på beläggningens läsida främst utgörs av NaCl, CaSO 4, KCl, Na 2 SO 4 och K 2 ZnCl 4. Denna beläggning har troligen relativt låg smälttemperatur då bl. a. ren K 2 ZnCl 4 smälter vid 446 o C och en blandning av denna tillsammans med andra klorider t. ex. ZnCl har så låg smälttemperatur som 23 o C. 2 Den Fe 2 O 3 som identifierats i provet härrör till största del sannolikt från provringen. Den beläggningstillväxt som vid förbränning uppkommer på en panntubs läsida består ofta av något mer finpartikulärt lågsmältande material, som bl. a. utgörs av kondenserbara föreningar, medan den beläggningstillväxt som uppkommer på en panntubs vindsida ofta domineras av mer grovpartikulärt material. 11

Mol % 35 3 25 2 15 Ref 1:1 lee side Ref 2:1 lee side Ref 2:2 lee side 2%:1 lee side 2%:2 lee side 4%:1 lee side 4%:2 lee side 1 5 Na K Zn Ca Mg Mn Ti Al Si P S Cl Figur 4 Elementärsammansättning (C-, O- och Fe fri basis) hos beläggningsprov läsida och yttemperatur 43 o C. Figure 4 Elemental composition (on a C-, O- and Fe free basis) of deposit sample lee side and surface temperature (43 o C). Av Figur 5 framgår att S till Cl förhållandet ökar i läsidans beläggning vid inblandning av gips till bränslemixen. Av Tabell 3 framgår vidare att NaCl och KCl halten reduceras samt att Na 2 SO 4 och K 3 Na(SO 4 ) 2 halten ökar vid inblandning av gips. Sulfatiseringen av de alkali- och zinkklorider som erhållits vid gipsinblandning är positiv vad gäller möjligheten att minska uppkomsten av högtemperaturkorrosion på överhettarytor. 3 12

,9,8,7,6 S/Cl mol-ratio,5,4,3,2,1 Ref 1:1 lee side Ref 2:1 lee side Ref 2:2 lee side 2%:1 lee side 2%:2 lee side 4%:1 lee side 4%:2 lee side Figur 5 S/Cl viktsförhållande hos beläggningsprov läsida och yttemperatur 43 o C. Figure 5 S/Cl wt-% ratio of deposit sample lee side and surface temperature (43 o C). Av Figur 6 framgår att beläggningarna på provsondens vindsida har högre Ca koncentration vid inblandning av 4 % gips än vad beläggningarna på läsidan har vid samma inblandningsgrad. Det senare kan bidra till den ökade beläggningstillväxten vid hög gipsinblandning (se Figur 3). Annars är beläggningarnas sammansättning relativt lik de som analyserats på sondens läsida. Av Figur 7 framgår att S till Cl förhållandet i de bildade beläggningarna på sondens vindsida ej förändras nämnvärt vid inblandning av gips. Det senare framgår också av resultaten som visas i Tabell 4 d v s mängden sulfater hos de beläggningar som uppkommit på provsondens vindsida ökar ej nämnvärt vid gipsinblandning. 13

3 Ref 1:1 wind side Ref 2:1 wind side 25 Ref 2:2 wind side 2%:1 wind side 2 2%:2 wind side Mole % 15 4%:1 wind side 4%:2 wind side 1 5 Na K Zn Ca Mg Mn Ti Al Si P S Cl Figur 6 Elementärsammansättning (C-, O- and Fe fri basis) hos beläggningsprov vindsida och yttemperatur 43 o C. Figure 6 Elemental composition (on a C-, O- and Fe free basis) of deposit sample wind side and surface temperature (43 o C).,9,8,7,6 S/Cl Molar ratio,5,4,3,2,1 Ref 1:1 wind side Ref 2:1 wind side Ref 2:2 wind side 2%:1 wind side 2%:2 wind side 4%:1 wind side 4%:2 wind side Figur 7 S/Cl viktsförhållande hos beläggningsprov vindsidaoch yttemperatur 43 o C. Figure 7 S/Cl wt-% ratio of deposit sample lee side and surface temperature (43 o C). 14

Tabell 4. Identifierade kristallina faser i uttagna beläggningsprover. Table 4. Identified crystalline phases in deposit samples. ref 1:1 43 C ref 1:1 43 C ref 2:2 43 C ref 2.2 43 C 2%:1 43 C 2%:1 43 C 4%:1 43 C 4%:1 43 C lee wind lee wind lee wind lee wind KCl sylvite 4 5 13 14 5 9 3 4 NaCl halite 23 2 24 28 6 14 18 11 K2ZnCl4 8 7 2 2 3 3 3 2 K3Na(SO4)2 aphthitalite 1 6 2 4 K2Zn2(SO4)3 K2SO4 arcanite 3 4 Na2SO4 meta thenardite 1 4 2 2 8 3 1 1 K2SCa2(SO4)3 4 2 CaSO4 anhydrite 35 3 2 2 24 38 26 4 CaCO3 calcite 1 2 4 3 1 2 1 1 CaO lime 1 1 Ca(OH)2 portlandite MgO periclase 2 2 2 2 3 2 2 4 Ca2Al2SiO7 Gehlenite 5 8 6 5 5 5 9 9 Ca3Mg(SiO4)2 merwinite 3 2 4 2 4 4 3 6 Ca2SiO4 3 5 8 8 6 7 13 9 NaAlSi3O8 albite KAlSi3O8 microcline CaClF rorisite 7 1 1 1 4 SiO2 quartz 1 2 1 1 2 2 1 2 Fe2O3 hematite 7 11 9 14 18 5 1 2 SUM (wt-%) 1 99 99 11 11 1 99 99 3.3 Effekt av gipstillsats på partikelkoncentration och sammansättning av/hos fina partiklar Resultaten från impaktorprovtagningen visar inte på någon signifikant skillnad i partikelkoncentration av fina partiklar (< 1 µm) med och utan gipstillsats. Av Figur 8 framgår att de fina partiklarna främst består av elementen Na, Cl, K, S och Zn. Av Tabell 5 framgår att de identifierade faserna hos de fina partiklarna främst utgörs av NaCl, K 2 ZnCl 4, K 3 Na(SO 4 ) 2 och KCl. De fina partiklarna härrör från askbildande element som förångats från bränslet och kondenserar då rökgaserna kyls av. Denna fraktion kan kondensera ut bl. a. på läsidan av panntuber i konvektionsdelen och där bidra ansenligt till beläggningstillväxten. De grövre partiklarna (> 1 µm) består i huvudsak av fast eller smält material som följer med rökgaserna direkt från bränslet, t.ex. delfraktioner av bottenaska, ev. mineralkorn (oftast orenheter t.ex. sand) och bildade smältadroppar. 15

4 35 3 25 ref 1:1 ref 1:3 ref 3:2 ref 3:3 2%:1 2%:2 4%:1 Mol % 2 15 1 5 Na K Zn Ca Mg Mn Fe Al Si P S Cl Figur 8 Elementärsammansättning (C- och O fri basis) hos fina partiklar (< 1 µm). Figure 8 Elemental composition (on a C- and O free basis) of fine particles (< 1 µm).,4,35,3 S/Cl Molar ratio,25,2,15,1,5 ref 1:1 ref 1:3 ref 3:2 ref 3:3 2%:1 2%:2 4%:1 Figur 9 S/Cl viktsförhållande hos fina partiklar (< 1 µm). Figure 9 S/Cl wt-% ratio of fine particles (< 1 µm). Av Figur 9 framgår att S till Cl förhållandet ökar hos de bildade fina partiklarna vid inblandning av gips till bränslemixen. Av Tabell 5 framgår vidare att K 2 ZnCl 4 - och KCl halten reduceras och att halten K 3 Na(SO 4 ) 2 ökar vid inblandning av gips. Den ökade andelen sulfater är enligt tidigare diskussioner positivt för att reducera uppkomsten av beläggnings-/korrosionsproblem. 16

Tabell 5. Identifierade kristallina faser hos fina partiklar. Table 5. Identified crystalline phases in fine particles (< 1 µm). Ref 1:2 2%:1 4%:1 KCl sylvite 9 1 3 NaCl halite 45 43 4 K2ZnCl4 26 21 4 K3Na(SO4)2 aphthitalite 2 36 45 K2Zn2(SO4)3 7 K2SO4 arcanite Na2SO4 meta thenardite K2SCa2(SO4)3 CaSO4 anhydrite 2 CaCO3 CaO Ca(OH)2 MgO Ca2Al2SiO7 Ca3Mg(SiO4)2 Ca2SiO4 NaAlSi3O8 KAlSi3O8 CaClF SiO2 Fe2O3 calcite lime portlandite periclase Gehlenite merwinite albite microcline rorisite quartz hematite SUM (wt%) 1 11 11 3.4 Effekt av gipstillsats på sammansättningen hos flyg- och bottenaska Inga större skillnader i den provtagna flygaskans sammansättning kunde urskiljas med och utan gipstillsats (se Figur 1). Flygaskan tas dock med en enkel sond varmed det provtagna materialet ej med säkerhet utgör ett representativt prov av de partiklar som återfinns i rökgaserna. 4 35 3 Ref 1 Ref 2 Ref 3 2% 4% 25 Wt-% 2 15 1 5 Na K Zn Ca Mg Mn Fe Al Si P S Cl Figur 1 Elementärsammansättning (C- och O fri basis) hos flygaska. Figure 1 Elemental composition (on a C- and O free basis) of fly ash. 17

2 18 16 14 Ref 1 Ref 2 Ref 3 2% 4% 12 Wt-% 1 8 6 4 2 Na K Zn Ca Mg Mn Fe Al Si P S Cl Figur 11 Elementärsammansättning (C- och O fri basis) hos bottenaska. Figure 11 Elemental composition (on a C- and O free basis) of bottom ash. Av Figur 11 framgår att halten Ca och S ökar i bottenaskan vid inblandning av gips och av Tabell 6 framgår att halten CaSO 4 ökar i bottenaskan vid gipsinblandning. Resultaten visar därmed att allt tillsatt gips inte spricker sönder/reagerar med de nyttjade bränslenas askbildande huvudelement under förbränningen och att det troligen går att optimera såväl fraktionsstorleken såväl som inbladningsförfarandet av det tillförda gipskrosset för att öka effektiviteten/reaktiviteten. Av resultaten från bottenaskanalysen framgår också att sammansättningen är relativt lika mellan prover uttagna från referensförsök 1-3 vilket påvisar att bränslesammansättningen var relativt lika mellan de olika försöken. Tabell 6. Identifierade kristallina faser hos bottenaska. Table 6. Identified crystalline phases in bottom ash. Ref 1 2% 4% KCl sylvite NaCl halite K2ZnCl4 K3Na(SO4)2 aphthitalite K2Zn2(SO4)3 K2SO4 arcanite 3 3 Na2SO4 meta thenardite K2SCa2(SO4)3 CaSO4 anhydrite 22 32 26 CaCO3 calcite 6 7 1 CaO lime Ca(OH)2 portlandite 9 8 9 MgO periclase 1 1 Ca2Al2SiO7 Gehlenite 13 15 15 Ca3Mg(SiO4)2 merwinite Ca2SiO4 6 9 5 NaAlSi3O8 albite 1 15 12 KAlSi3O8 microcline 2 7 CaClF rorisite SiO2 quartz 27 11 9 Fe2O3 hematite 1 2 2 SUM 99 1 99 18

4 SLUTSATS Fullskaleförsök har utförts med iblandning av gipskross om 2- och 4 vikts% (på våt bränslebasis) till en typisk avfallsbränslemix i en 25 MWt rosteranläggning (4 bar, 4 o C). Resultaten visar på en signifikant höjning av såväl SO 2 - som HCl halterna i de råa rökgaserna (innan rökgasreningen) vid inblandning av gipskross. Koncentrationen av alkali- och zinkrika klorider reducerades och halten alkalisulfater ökade hos de fina partiklarna (< 1 µm) vid inblandning av gips. Svavel till klorförhållandet på läsidans beläggning ökade även vid inblandning av gips till bränslemixen varmed NaCl och KCl halten reduceras och Na 2 SO 4 och K 3 Na(SO 4 ) 2 halten ökade vid inblandning av gipskross. Beläggningstillväxten ökade något vid 4 % inblandningsgrad av gips men var på samma nivå vid 2 % inblandningsgrad. Resultaten visar på möjligheten att potentiellt kunna reducera beläggningsbildnings- /korrosionsrisken på överhettare och andra konvektionsytor vid gipsinblandning till rostereldade avfallspannor. 19

5 REKOMMENDATIONER Resultaten visar på möjligheten att potentiellt kunna reducera beläggningsbildnings- /korrsionsrisken på överhettare och andra konvektionsytor vid gipsinblandning till rostereldade avfallspannor. Då rester av ej reagerat gips återfinns i bottenaskan bör försök utföras vid varierande fraktionstorlek för att optimera effektiviteten vid tillfört gipskross. Resultaten visar att 2 % inblandning ger en signifikant effekt på resultatet. En såväl optimerad fraktionsstorlek m a p reaktivitet som inblandningsförfarande bör kunna ge positiva effekter även vid lägre inblandningsgrader. Långtidsförsök föreslås utföras för att definitivt påvisa effekter på reduktion av högtemperaturkorrosion. 2

6 REFERENSER 1) Patrycja Piotrowska, Alejandro Grimm, Dan Boström, Marcus Öhman. Krossade gipsplattor som bränsleadditiv vid fastbränsleeldning för minskad risk för askrelaterade driftsproblem - etapp 1 termokemiska modellberäkningar och bänkskaleförsök. Slutrapport NWI Dp 4, Mars 213 2) Ya A, Ugai, V. A., Shatillo, J. Phys. Chem. USSR, 23, 745, 1949 3) Henderson, P., Andersson, C., Kassman, H., The use of fuel additives in wood and waste wood-fired boilers to reduce corrosion and fouling problems, VGB PowerTech, 24, 6, 58-62. 21