Inverkan av bränslets storleksfördelning för förbränning i Hässelbyverket

Umeå Universitet 2005-03-07 Institutionen för tillämpad Fysik och Elektronik Civ.ing.utbildningen i Energiteknik Examensarbete D, 20p Inverkan av bränslets storleksfördelning för förbränning i Hässelbyverket Kenneth Lundkvist Mail: Kenneth.lundkvist@fortum.com Handledare Per Ytterberg, Fortum Värme, Per.ytterberg@fortum.com Olof Nordin, Driftssamordnare Hässelby, Olof.nordin@fortum.com Kent Andersson, Processingenjör Hässelby, Kent w.andersson@fortum.com Robert Eklund, Umeå universitet, TFE, Robert.eklund@tfe.umu.se

Sammanfattning Hässelbyverket är basanläggning i Stockholms västra fjärrvärmenät. Anläggningen består av tre pelletseldade mottrycksblock på 100 MW styck. En viktig aspekt vid förbränningen är den så kallade siktkurvan som anger storleksfördelning hos sönderdelad pellets. En bra siktkurva innehåller stor andel fina partiklar. Projektmålet var att fastställa merkostnader vid avvikande siktkurva, för att ge underlag till att införa en prisjustering i pelletskontrakten kopplat till siktkurvan. Målet var också att fastställa vinsten med en förbättrad siktkurva med avseende på högre verkningsgrad och lägre askhanteringskostnader. Experiment genomfördes enligt en experimentdesign baserad på tre variabler: pannlast, luftöverskott och siktkurva. Försöken gav processdata som undersöktes med multivariata analysmetoder för att undersöka variabelkorrelationer med siktkurvan. Med resultaten som grund utfördes vidare försök för att isolera siktkurvans betydelse. Fina bränslefraktioner minskar förluster och askhanteringskostnader samtidigt som verkningsgraden ökar. Det ger besparingar på ungefär 22 000 kr per procent som siktkurvan förbättras, detta gäller i intervallet 20-40 % finandel mindre än 0,5 mm. Fokuseringen bör även i fortsättningen ligga på att maximera andelen finare än 0,5 mm. Projektet kan inte styrka antagandet om att pannfluktuationerna minskar med bränslefinheten. Resultaten tyder på att flera okända parametrar inverkar. Det bör därför genomföras vidare undersökningar på vad som mer bidrar till pannsvängningarna. Möjligheterna att sänka fukthalten i slaggen bör undersökas. Det kan göras ekonomiska vinster i ungefär samma storleksordning som besparingar på grund av siktkurvan. 1

Abstract The Hässelby works is the base production unit for Stockholms western district heating system. The unit is combined of three counter pressure blocks managing approximately 100 MW each. The works uses wood pellets for fuel and an important aspect of combustion is the sieving curve, which gives the particle sizes of the decomposed pellet. It is desirable to have large amounts of very fine fuel particles. The primary objective for the project was to determine differences in costs based on deviation of the sieving curve. One goal was to create a price adjustment clause based on the particle size. Another was to determine the profit from improving the sieving curve in regard to higher efficiency and lower costs in handling cinder. Experiments were conducted according to an experimental design based on changes in three different variables: loading, air surplus and sieving curve. The experiments rendered a huge amount of processing data which were analyzed according to a multivariate analysis method called principal component analysis. This approach was chosen to determine correlations between variables in the process. Other experiments were then conducted to isolate the effects of the sieving curve based on the results from the multivariate analysis. Fine fuel fractions reduce losses and costs due to handling cinders and increase the efficiency. This saves about 22 000 Sek for each percent the fine fuel fractions increases. This is true for the interval 20-40 % fine fractions smaller than 0,5 mm. Focus should, as it is today, be kept on maximizing the fuel fractions smaller than 0,5 mm. The project was unable to determine the assumption that finer fuel fractions reduce fluctuations in the boilers. Results show that a number of unknown factors contribute to the fluctuations. More tests should therefore be conducted to investigate this phenomenon and what causes it. The possibilities of lowering the water content in the cinder should be investigated. Economic savings in equal proportions as those due to the sieving curve can be made. 2

Innehållsförteckning 1. INLEDNING... 5 1.1 Bakgrund... 5 1.2 Förutsättningar... 5 1.3 Syfte... 6 1.4 Projektmål... 6 2. MATERIAL, METOD OCH UTFÖRANDE... 7 2.1 Förutsättningar för projektet... 7 2.1.2 Lager och intern transport av pellets... 7 2.1.2 Kvarnar och pulverlinjer... 7 2.1.3 Pannor... 8 2.1.4 Luftens väg in i pannan... 8 2.1.5 Askhantering och utsläpp... 9 2.1.6 Övriga förutsättningar...10 2.1.7 Tidigare experiment och slutsatser...10 2.2 Provtagningsförfarande...11 2.2.1 Provtagning av pellets...11 2.2.2 Provtagning av bottenslagg...11 2.2.3 Provtagning av flygaska...11 2.3 Analysförfarande...12 2.3.1 Bestämning av fukthalt och siktkurva- Pellets...12 2.3.2 Vikt/Fukthalt- slagg och flygaska...12 2.3.3 Brännbar andel i slagg och flygaska...12 2.4 Metodbeskrivning och experimentutförande...13 2.4.1 Val av metod och projektets genomförande...13 2.4.2 Experimentdesign...14 2.4.3 Experimentgenomförande - generellt...16 2.4.3 Responser och analyser...16 3. TEORETISKA BERÄKNINGAR... 17 3.1 Mängder flygaska...17 3.2 Rökgaser...18 3.2.1 Stökiometrisk förbränning...18 3.2.2 Förbränningsluften...19 3.2.3 Beräkning av rökgasförluster...20 3.2.4 Oförbrända rester i rökgaser...20 3.3 Förluster i fasta askrester...21 3.4 Övriga förluster och effekter...22 3.4.1 Ledning och strålning...22 3.4.2 Hjälpeffekter...22 3.4.3 Värmeförluster i slagg och flygaska...22 3.5 Skillnader i relativa förluster...22 3

4 MÄTRESULTAT OCH BERÄKNINGAR... 23 4.1 PCA-Analys för geografiska skillnader...23 4.2 PCA-Analys för undersökning av korrelationsmönster...25 4.3 Fortsatta experiment och tester...27 4.3.1 Undersökningar av lastfluktuationer...27 4.3.2 Analyser av kulkvarnarnas malningskapacitet...31 4.3.3 Askhantering - ekonomiska skillnader mellan siktkurvor...34 4.3.4 Verkningsgradsskillnader beroende på siktkurvan...37 4.4 Optimering av askhanteringen i Hässelbyverket - Spin-off projekt...38 5. DISKUSSION... 39 5.1 Experimenten...39 5.2 Antaganden...43 5.3 Resultat...44 5.4 Övrigt...46 6. SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER... 47 7. REFERENSER... 48 Appendix 1 Appendix 2 Kravspecifikation siktkurva Experimentella data och beräkningar Appendix 3 Siktningar av prover, malningskapacitet kvarnar 4

1. Inledning 1.1 Bakgrund Hässelbyverket är basanläggning i Stockholms västra fjärrvärmenät och försörjer större delen av västerort. Anläggningen består huvudsakligen av tre pelletseldade mottrycksblock på cirka 100 MW styck. Hässelbyverket byggdes i slutet av 1950-talet och uppfördes ursprungligen för olje- eller koleldning. I huvudsak eldades olja fram till oljekriserna på 70-talet, därefter ställdes anläggningen om för eldning med kol som huvudbränsle. I samband med att koldioxidskatter infördes på fossila bränslen i Sverige under början av 90-talet konverterades verket igen för att elda träpellets. Samtidigt genomfördes en del modifieringar av den befintliga förbränningsutrustningen, men i stort sett är det gammal kolteknik som utgör stommen för nuvarande pelletseldning. Under åren har en del förändringar gjorts i anläggningen för att öka andelen biobränsle i den totala produktionsmixen. Med de ursprungliga kulkvarnarna kunde cirka 70 % av pannornas effekt täckas med pellets, övriga 30 % täcktes med olja. För några år sedan infördes en ny kvarnlinje parallellt med de gamla kulkvarnarna vilket innebär att ett delflöde av pellets mals i två hammarkvarnar och sedan blandas in i bränsleflödet från kulkvarnarna. Bioandelen har därför kunnat höjas ytterligare på grund av den ökade bränslekapaciteten. Vid nuvarande processutformning klarar kvarnarna att mala pellets så att i princip 100 % bioandel kan nås i två av de tre mottryckspannorna. I den tredje krävs fortfarande en del oljestöd för att nå full effekt. Detta gäller under förutsättning att levererad pellets uppfyller de krav som Hässelbyverket ställer. Viss variation i pelletskvalitén förekommer kontinuerligt varför oljespets ibland erfordras i samtliga pannor. 1.2 Förutsättningar Skillnader i drift- och underhållskostnader för eldning av pellets respektive olja har alltid varit stora. Av den anledningen är egentligen olja det självklara valet, dock är skillnaderna i bränslepriset så stort att pellets är mer lönsamt. På grund av nuvarande politiska diskussioner finns ett antal möjliga framtidsscenarion, där bränslekostnader inklusive skatter kan komma att ligga betydligt närmare varandra för båda bränslena. Om man i framtiden får ett mindre prisglapp kan det bli lönsamt att förbättra pelletskvalitén för att göra den mer konkurrenskraftig gentemot oljan. En viktig aspekt vid eldning av träpellets vid Hässelbyverket är den så kallade siktkurvan. Siktkurvan är storleksfördelning hos sönderdelad pellets, se Appendix 1. Vanligen benämns siktkurvan som den bränslefraktion som är mindre än 0,5 mm. En bra siktkurva anses innehålla stor andel fina partiklar. I leveranskontrakten med pelletsproducenterna anges till exempel en gräns att minst 30 % av partiklarna ska vara mindre än 0,5 mm. Siktkurvan bestäms för varje leverans enligt Hässelbyverkets egen standard. 5

Träpellets eldas i pulverbrännare vilket innebär att malning sker innan matning till brännarna. Pellets mals i de gamla kulkvarnarna som ursprungligen är designade för det mycket sprödare kolet. På grund av detta är den egentliga malningen begränsad, ungefär 20-30 %. Detta ställer höga krav på förmalningen av sågspånet vid pelletsproduktionen eftersom det måste uppfylla kraven från Hässelbyverket. 1.3 Syfte Siktkurvan varierar kontinuerligt en del och det påverkar hela produktionen. Projektet genomfördes för att undersöka hur driftsekonomin förbättrades med en bättre siktkurva. Variationen i siktkurvan är en av de vanligaste diskussionspunkterna med pelletsleverantörerna. I kontrakten finns idag ingen specifik formulering om prisjustering eller bonus/vite kopplat till siktkurvan. Önskan med projektet var att fastställa kopplingen mellan siktkurva och driftsekonomi vid nuvarande drift för att få en klarare bild av vilka ekonomiska krav som bör ställas på leverantörerna vid avvikelse från den kontrakterade kvalitén. Ambitionen var även att värdera vilken fraktionsfördelning som är optimal för förbränningen. Genom att öka kravet på kvalitén förväntades bioandelen kunna ökas ytterligare. Dock innebär det ökade produktionskostnader för leverantörerna varför detta också innebär en dyrare pellets. 1.4 Projektmål 1. Att fastställa vilka merkostnader som fås vid en avvikande siktkurva. Detta för att i framtiden införa en prisjustering i pelletskontrakten kopplat till siktkurvan, utifrån hur variationer slår på kostnaderna. I dagsläget kontrakteras pellets där 30 % av partiklarna är mindre än 0,5 mm. I praktiken varierar siktkurvan mellan 25-35 %, och ibland ännu mer. 2. Att fastställa vinsten med en förbättrad siktkurva med avseende på ökad bioandel, högre verkningsgrad, lägre askhanteringskostnader etc., samt att fastställa när ytterligare förbättring av pelletskvalitén inte längre tillför något. 6

2. Material, metod och utförande 2.1 Förutsättningar för projektet 2.1.2 Lager och intern transport av pellets Hässelbyverket har två pelletslager till förfogande, vilka rymmer 5 000 ton vardera. Leveranser till lagren sker endast med fartyg, lagerbyggnaden är lokaliserad vid kajen. Lossning av fartygen sker med hjälp av en lyftkran som tömmer pellets från fartyget i en speciell ficka. Från fickan går transportband till lagren. Tömningen i lagret sker automatiskt. Styrningen baseras på åtta givare i lagret som ger ett kvalitativt värde, antingen är det möjligt att tömma i en lagerdel eller också inte. Lagren är spegelvända och avdelade från varandra, de kan delvis brukas oberoende av varandra, transporten till pannorna är gemensam. Inuti lagret sluttar väggarna ner mot golvet och bildar ett skepp. I botten av detta går en matarskruv fram och tillbaka över lagergolvet och gräver ut pellets till ett tvärtransportband. Skruven går automatiskt mellan två gränslägen. Dessa kan förskjutas så att pellets från en speciell lagerdel kan användas. Det innebär dock ett visst extrajobb för lagerpersonalen. Från lagret går pellets vidare på transportband till dagfickor i nära anslutning till pannorna. Varje panna har två fickor som vardera rymmer 100 ton pellets. Det finns dessutom två fickor till hammarkvarnarna som rymmer 100 m 3 vardera. Från fickorna leds pellets vidare till kvarnarna med hjälp av två matare. Mellan fickan och matarna finns en cellmatare som ser till att kvarnsystemet kan hålla ett högre tryck än fickorna. 2.1.2 Kvarnar och pulverlinjer Varje panna är utrustad med två kulkvarnar, en för varje brännarplan i pannan. Primärluftflödet går via kvarnarna och blåser upp pelletsfragment till pannan. Det är ett känt faktum att kvarnarna mal dåligt. Pellets med dålig storleksfördelning gör att kvarnarna kan få problem att leverera ett kontinuerligt bränsleflöde. Förutom kulkvarnarna finns fyra pulverlinjer från de nyare hammarkvarnarna. Denna kvarnlinje kan tillföra pulver till två pannor åt gången. Oftast körs panna tre enbart med kulkvarnar vilket gör att den inte kan uppnå högre bioandel än 70 %, alltså 70 MW. Till panna tre körs barkpellets och "stickig" pellets, innebärande hög andel stickor. Hammarkvarnarna får problem att mala sådan pellets och därför körs sådant bränsle inte dessa kvarnlinjer. Detta innebär att ett lager vigs åt dessa typer av pellets. Noterbart är att en av kulkvarnarna till panna två havererat vilket innebär att pulver kontinuerligt körs till denna. 7

2.1.3 Pannor Pannorna är gamla och har modifierats under åren. Sotning av pannorna sker med hjälp av ånga och luft en gång per skift, detta medför i praktiken att inga problem med slaggning finns. Skulle detta inträffa beror det i så fall på bränslets asksmältpunkt och inte på storleksfördelningen. Bränsleflödet till pannan sker i huvudsak genom att justera matarna samt styrning av mängden primärluft. Sekundär och tertiärluft tillförs via brännarna. Pannan har två brännarplan med två brännare vardera, innebärande totalt fyra stycken. Dessa är utrustade med oljelansar för sameldning med olja. Begränsningarna för lufttillförseln är mängderna CO och NOx i rökgaserna. För lågt luftöverskott ger mycket CO och motsatt förhållande ger högre mängder NOx samt högre överhettartemperaturer. Överhettartemperaturen inte får överstiga 520 C för ÖH 1 och 490 C för ÖH 2. Om temperaturen i ÖH 2 blir för hög så kyls denna med kondensat i en ångkylare före överhettaren. Temperaturen i ÖH 1 kan enbart sänkas genom att ändra förbränningstakten i pannan. En förhöjd flamtemperatur ger högre temperaturer i överhettarna. Begränsningen av kväveoxidutsläpp sker i panna tre genom en SNCR anordning som blåser in ammoniak direkt i pannan. Detta är anledningen till att barkpellets körs till denna. Övriga pannor har ingen kvävereducering eftersom trädbränsle generellt innehåller små mängder kväve. 2.1.4 Luftens väg in i pannan I pannan tillförs luften primärt och sekundärt. Primärluften blåses in i kvarnarna för att transportera bränslet till pannan. Luftförvärmare används för att höja temperaturen på luften till pannan. Primärluften består av ett delflöde från luftförvärmaren, och ett delflöde som inte passerat denna anordning. Det gemensamma flödet har, på grund av brandrisken för bränslet, en temperaturrestriktion på max 160 C. Efter kvarnarna eftersträvas en temperatur på 75 C på det kombinerade bränsle- och luftflödet. Från kvarn B06 går blandningen till övre brännarplanet och från B07 till nedre brännarplanet. Sekundärluften går genom luftförvärmaren och sedan in i pannan via brännaren. Figur 1 visar luftens och bränslets väg in i pannan. Figur 1. Primär- och sekundärluftens väg in i pannan via kvarnar och luftförvärmare. 8

2.1.5 Askhantering och utsläpp Flygaska från pannorna fångas upp i el-filter. För varje panna finns ett filter. Detta består av sex behållare i två seriekopplade rader. Behållarna benämns A, B och C med tilläggsindex 1 eller 2 beroende på vilken rad det rör sig om. Rökgasflödet passerar behållarna i bokstavsordning. Filtret laddar rökgaspartiklarna som samlas upp på vertikala plåtar. Små hammare slår mekaniskt mot plåtarna vilket medför att askan faller ner i behållarna. Det finns även en skakanordning som bidrar till detta. Från behållarna förs askan med hjälp av tryckluft till en silo vid jämna tidsintervall. Det finns även en anordning för askrecirkulation till pannorna, denna är dock inte i bruk längre. Flygaskan körs iväg med bulkbil och fuktas i efterhand till cirka 15 % vatteninnehåll, därefter vägs och deponeras askan. Det finns en anordning så aska kan sändas vid en viss nivå i behållarna. Problemet är att detta inte fungerar tillfredställande, eftersom det finns en säkerhetsanordning som sänder varje halvtimme. Ställs filtren om till nivåsändning ökar endast tidsintervallet mellan sändningarna från 5 till 30 minuter, detta beror på att behållarna inte hinner fyllas till rätt nivå. I botten av varje panna sköljs slaggen ner med vatten och transporteras ut med hjälp av slaggskrapor till ett tvärtransportband. Bandet leder till en silo där slaggen först töms ner i en mindre kontainer, benämnd hunden. När den är full sköljs askutmatningen till hunden med vatten. Vattnet töms ner i silon tillsammans med askan. Slaggen körs dels till mellanlagring i Högbytorp och dels vidare till Värtaverket där den blandas in i den kolpasta som eldas där. Under transportören finns en lucka, 40x30 cm där prover tas ut. Utsläppen från anläggningen är i huvudsak Koloxid och NOx. Svavelutsläpp är små eftersom bränslet innehåller små mängder. Utsläppsgränser för CO är 180 mg/mj timmedelvärde och 90 mg/mj dygnsmedelvärde, på tillfört bränsle. Gällande NOx är årsmedelvärdet och tillika gränsvärdet 75 mg/mj tillfört bränsle. Stoftutsläppen ligger långt under gränsvärdet 13mg/MJ. För panna 1 och 2 ligger värdena på mindre än 1mg/MJ, för en bränslemix på 80 % vit pellets och 20 % olja. Panna 3 släpper ut 1,5 mg/mj baserat på bränslemixen 70 % bark och 30 % olja 1. 1 Miljörapport Hässelbyverket, 2.3 s. 9-12 9

2.1.6 Övriga förutsättningar Data för utsläpp samt övriga signaler från processen gällande temperaturer, flöden, tryck med mera lagras i två servrar för Hässelbyverket. Signalerna kan undersökas med hjälp av dataprogrammet PlantConnect. Härifrån överförs data lätt till Excel-filer. För undersökningar av korrelationer mellan variabler används programmet SIMCA 10.0.5, vilket är ett verktyg för analyser av multivariata problem. Lagermöjligheterna ställer till med problem vid små bränsleleveranser, det kan inte garanteras att önskad pellets inte blandas med andra kvalitéer. Det befintliga bränslet i lager styr antalet experiment och deras inbördes ordning. Under början av förbränningssäsongen kommer få inleveranser innebärande att inblandning av andra pelletssorter inte inträffar. I och med höstens intåg ökar antalet leveranser eftersom det eftersträvas att ha så fulla lager som möjligt. Under projektet nyttjades kemilabbet på Hässelbyverket för analyser av siktkurvor och förbränning av askprover. I labbet fanns tillgång till historik gällande bränslen, tidigare analyser samt elementaranalyser av bränslen. Gällande elementaranalyser på pellets genomförs detta av externa labb en gång per år och leverans. Provresultaten från dessa analyser användes. 2.1.7 Tidigare experiment och slutsatser Tidigare experiment har gjorts på bottenaska och visar på ett genomsnittligt effektivt värmevärde hos slaggen, H ibb, på 24 111 kj/kg. Detta värde användes för beräkningar på både bottenslagg och flygaska eftersom inga motsvarande tester har gjorts för effektivt värmevärde hos flygaskan 2. Fukthalten i bottenslaggen är i storleksklassen 50-70 %. Detta gäller för den slagg som transporteras till Värtaverket och används för beräkningar på den slagg som deponeras 3. Driftprov med färdigmalt pulver har gett slutsatserna att finare pulver, alltså bättre siktkurva, ger klara förbättringar på förbränninge n i verket, detta genom att verkningsgraden ökar 4. Tidigare experiment av malningskapaciteten hos kulkvarnarna visar att inte mal särskilt bra. Vid en effekt på 65 MW trä mal de i storleksordningen 20 %, gällande fraktioner finare än 1 mm. För större fraktioner är malningskapaciteten i princip obefintlig. Kvarnen mal bättre när den kan jobba under lägre arbetstryck. Malningskapaciteten ökar även med finare siktkurva 5. 2 Analys av effektivt värmevärde i slaggprover 3 Analys av vattenhalten på inlevererad slagg 4 Sammanställning av drifterfarenheter från driftprov med färdigmalt pulver 5 Tester av kulkvarnarnas malningskapacitet 10

2.2 Provtagningsförfarande 2.2.1 Provtagning av pellets Prov tas vid matarna före kulkvarnarna till panna 1. Inledningsvis öppnas luckan på mataren. Då omfattande dammbeläggningar bildas på insidan av luckan och längs väggarna inne i skruvhuset, skrapas dessa ner före provet tas. Provtagaren förs ner i pelletsflödet, det tar cirka 10 sekunder för att behållaren ska fyllas. Provet förs ut och läggs i en märkt plastpåse. Detta förfarande upprepas ytterligare två gånger, vilket ger ett totalt prov på ungefär 1,5 kg. 2.2.2 Provtagning av bottenslagg Slaggprov tas genom att en egenkonstruerad dräneringsanordning placeras på golvet under luckan. Anordningen tillverkades av en packlår där botten ersatts av ett finmaskigt stålnät. Lådans storlek är 60 x 45 x 70 cm. Slaggluckan öppnas genom att två vingmuttrar skruvas av. Tiden noteras varefter slaggen på luckan skrapas ner. Luckan stagas sedan upp för att inte vara i vägen. Slaggen skrapas ner i dräneringsanordningen med hjälp av ett kort järnspett, cirka 25 cm långt. Tidsintervallet mellan varje slaggskrapa är ungefär 30 sekunder. Askan från den första skrapan lastas över i en tre liters hink, detta prov tas till labbet för analyser av brännbart material i askan samt fukthalt. I takt med att slaggen skrapas ner förs den direkt över i en vanlig 20 liters sopsäck. Efter 10 minuter stängs luckan och sopsäcken vägs med en personvåg. 2.2.3 Provtagning av flygaska Prov tas ut från en lucka i nedre delen av stoftsändarna. Förfarandet är att först stänga av sändaren som provet ska tas ifrån. Detta görs genom att en brytare stängs av på kontrollpanelen. Två tryckluftsventiler på behållaren stängs och en spärrlucka stänger kärlet så ingen aska kommer ner i behållaren under själva provtagningen. Luckan lossas sedan med hjälp av skiftnyckel, varefter den avlägsnas från kärlet. Prov tas genom att gräva ut aska i en burk. Denna försluts omgående för att provet inte ska dra åt sig fukt. Luckan skruvas sedan på plats igen. För att starta behållaren igen genomförs stegen i omvänd ordning. När allt är på plats görs en provsändning från behållaren för att kontrollera att luckan sluter tätt. Det görs genom att vrida om en återställningsbrytare på behållaren. 11

2.3 Analysförfarande 2.3.1 Bestämning av fukthalt och siktkurva- Pellets Ungefär 120 gram pellets vägs upp och placeras i en glasskål. 300 ml avjoniserat vatten tillsätts varefter provet får stå några minuter innan det placeras i torkskåp, (105 C), under ett dygn. Provet tas ut från torkskåpet och vägs omgående. Fukthalten beräknas fram som viktskillnaden på provet före och efter vistelsen i torkskåpet. När fukthalten beräknats ställs provet för avsvalning tills hanterbar temperatur uppnåtts. Därefter sönderdelas provet för hand eftersom de mindre partiklarna kan klibba ihop. Provet töms sedan i siktanordningen. Denna har placerats på en våg som nollställts för att kunna avgöra provets vikt. I glasskålen fastnar alltid rester, dessa skrapas loss med ett speciellt redskap och töms också i siktanordningen. Anordningen består av åtta siktar med olika sållstorlekar samt ett uppsamlingskärl i botten. Siktstorlekarna är 3,15, 2,50, 2,00, 1,60, 1,00, 0,85, 0,71 samt 0,50 mm. När provet vägts placeras setet med siktar i en skakmaskin och skruvas fast. Skakmaskinen körs vid en fastställd vibrationstakt i 10 minuter varefter den uppsamlade mängden i varje sikt vägs. Siktkurvan bestäms sedan som den kumulativa mängd som fångas upp av respektive sikt. 2.3.2 Vikt/Fukthalt- slagg och flygaska Askprovet, cirka 2,5 kg, förs över i en glasskål och vägs. Provet ställs sedan in i torkskåp, (105 C), och efter ett dygn tas det ut och vägs omgående. Fukthalten bestäms som viktskillnaden mellan det invägda provet och vikten efter torkning. Glasskålen får svalna i en exsickator så att provet inte drar till sig fukt under torkningen. Eftersom flygaska tas direkt från filterbehållarna, som är trycksatta, innehåller askan ingen fukt. Provet, cirka 30 gram, placeras direkt i en tät plastbehållare och hinner därför inte dra till sig fukt varvid en undersökning av fukthalt är överflödig. 2.3.3 Brännbar andel i slagg och flygaska När provet svalnat reduceras askprovet till cirka 15-20 g, med hjälp av en speciell reduceringsanordning, detta för att få ett representativt prov. Hela provvolymen vägs upp i porslinsdeglar och placeras i en förbränningsugn under en timme vid 900 C, detta enligt Hässelbyverkets eget förfarande vid askprover. Efter förbränning placeras deglarna i exsickatorn för avsvalning under minst 30 minuter. Därefter vägs innehållet och halten brännbart material i askan beräknas som viktskillnaden före och efter förbränningen. Från askprovet vägs 12 prov upp i porslinsdeglar. Proven väger vardera 1±0,1 gram. Deglarna placeras i en förbränningsugn under en timme vid 900 C. Proven placeras i en exsickator för avsvalning under minst 30 minuter. Därefter vägs deglarnas innehåll och mängden brännbart material i askan beräknas som viktskillnaden före och efter förbränningen. 12

2.4 Metodbeskrivning och experimentutförande 2.4.1 Val av metod och projektets genomförande Inledningsvis studerades anläggningen och tidigare experiment som utförts för att lättare kunna avgöra vad som borde undersökas och vilka metoder som var tillgängliga och applicerbara. Eftersom processen är komplex så påverkas den av mängder variabler, ofta med starka inbördes korrelationer. Eftersom projektetmålet var att undersöka siktkurvans betydelse för förbränningen i verket användes inledningsvis en multivariat analysmetod kallad PCA, Principal Component Analysis 6, som visar samband mellan många variabler samtidigt. Den första PCA-analysen gjordes med hjälp av historiska data från bränsleanalyser, för att undersöka skillnader mellan pelletsbränslen på geografisk basis. Vidare utfördes en PCA-analys på medelvärden från samtliga experiment som visade korrelationer hos ingående variabler. Tanken var att resultaten skulle användas för att bygga en modell i SIMCA för att på så vis kunna fastställa siktkurvans betydelse. Tyvärr kunde ingen tillfredställande modell skapas, dock gav resultaten viktig information om vilka parametrar som påverkas av bränslets storleksfördelning. I många fall visade sig siktkurvan sakna eller enbart ha svaga samband med flera variabler. Dessa kunde då avföras från vidare tester. Med den multivariata analysen som grund styrdes de fortsatta experimenten in på att urskilja effekterna av siktkurvan från övriga inverkande parametrar. Tester genomfördes för bestämning av vilka partikelstorlekar som bidrog mest till slagg och flygaska. Analyser av lastfluktuationer i pannan genomfördes kontinuerligt för alla experiment med inriktning på att avgöra vilken storleksfördelning som behövdes för minskning av svängningarna. När detta inte gav något resultat undersöktes och jämfördes olika driftsfall under höstsäsongen för att se om sådana skillnader kunde upptäckas. Under tidsperioden hittades några fall med minskade lastfluktuationerna. Det har dock inte kunnat fastställas vilket bränsle som eldats vid de undersökta tidpunkterna, så inbördes jämförelser kan vara felaktiga. Syftet med undersökningen var att försöka styrka att fluktuationsminskningar uppkom. Vid undersökningen har liknande driftsfall jämförts med skillnaden att spetspulver eldats tillsammans med bränslet från kulkvarnarna. Experiment för att simulera olika siktkurvor under samma driftförhållanden genomfördes för att studera siktkurvan och dess inverkan på förbränningen, utan förändring av bränslekarakteristiken. Förändringarna i siktkurvan simulerades med hjälp av att delar av bioflödet in i pannan ersattes av pulverlinjerna, vars bioflöden innehåller finare bränslefraktioner. Undersökningar genomfördes på kulkvarnarnas malningskapacitet med hjälp av både gamla och nya provdata för att kontrollera malningens förändring med pannlasten. Med resultaten från malningskapaciteten kunde sedan beräkningar göras på vilken storleksfördelning bränslet måste hålla för att enbart gå genom kulkvarnarna. Efteråt beräknades kostnadsskillnader fram baserade på skillnader i bränslenas siktkurva. 6 Multi and megavariate data analysis, principles and applications, s 43-65 13

2.4.2 Experimentdesign Experimenten ställdes upp enligt en experimentdesign baserad på de tre variablerna pannlast, luftöverskott och siktkurva, se tabell 1. Tabell 1. Tabellen gäller för uppställningen av försök med olika siktkurvor. Luftöverskott och pannlast väljs vid tre olika nivåer, låg, medel och hög. Luftöverskottet mäts i procent O 2 och styrs med hjälp av luftfläktar som förser pannan med förbränningsluft. Pannlasten mäts i ton uttagen ånga per timme. De inledande testerna har baserats på storleksfördelningar som är grövre eller lika som kravspecifikationen. Efterföljande tester genomfördes med storleksfördelningar bättre än kravspecifikationen. Därav anledningen till att två värden står i siktkurvans rader. Det första värdet gäller inledande experiment och det andra gäller de efterföljande. Siktkurvan anges som den bränslefraktion som är finare än 0,5 mm. Utifrån denna tabell skapas experimenten där samtliga variabler ger totalt 27 olika experiment. Variabel Låg Medel Hög Andel<0,5 mm [%] Luftöverskott [%] Pannlast [ton ånga/h] 20/30 5 75 25/35 7 100 30/40 9 110 Före varje experiment fastställdes vilken typ av pellets som nått pannan, detta gjordes visuellt dels längs transportbandet till dagfickorna och dels genom kontroller vid matarna. Experimentordningen och experimenten som genomförts har bestämts av det befintliga bränsle som funnits i lager samt mängderna. Tillsammans med driftpersonalen planerades vilka experiment som skulle köras, samt vid vilka tidpunkter, utifrån driftplaneringen och allmänhetens värmebehov. 14

En lista över samtliga bränslen som nyttjats för experimenten ses i tabell 2. Fullständiga driftdata för experimenten samt elementaranalyser för bränslen återfinns i Appendix 2, Analysdokument. Tabell 2. Tabellen visar samtliga bränslen som testats med tillhörande siktkurvor och experimentnummer. Siktkurvan anges som kumulativ mängd vid olika siktstorlekar. Det innebär mängden partiklar som är finare än den angivna diametern. Luleå 1 och 2 är samma leverantör men vid olika tidpunkter. Experiment nummer 1, 3, 5, 7, CP1, CP2 Leverantör Siktkurva [% kumulativt] 3,15 2,50 2,0 1,60 1,0 0,85 0,71 0,50 Luleå 1 100 99,8 98,6 94,9 67,3 54,4 41,7 22 2, 6, CP3 Talsi 99,8 99,5 98,3 94,9 72,0 63,7 52,0 30,9 9, 10, 11, CP4 30,31,32,33, 34, 35, 36 Skellefteå 99,8 99,1 96,8 91,7 66,2 56,3 46,7 30,1 SP.zoo 99,8 99,0 97,2 93,8 76,1 68,3 58,3 38,9 50 Härnösand 99,6 98,6 96,7 93,0 73,0 61,5 49,7 28,3 60, 61, 62 Luleå 2 100 99,8 99,4 97,4 75,1 61,9 47,2 25,1 A, B, C, D Skeå. 25 %, 99,8 99,3 97,8 93,8 66,4 55,7 43,1 23,9 Luleå 70 %, Härnös10 % E, F, G, H* Luleå 99,8 99,1 97,2 92,6 66,3 54,8 43,7 24,7 * Försök E-H genomfördes på panna 2 Enligt ursprungstanken numrerades alla experiment 1, 2, 3... och så vidare. Försöken som genomfördes med medelinställningarna namngavs med index CP, för att det skulle vara möjligt att skilja ut centrumpunkterna från övriga experiment. Efter de inledande försöken med pellets från Luleå, Talsi och Skellefteå övergavs designen till viss del, detta för att flera försök inte kunde köras tankeenligt på grund av begränsningar. Försöken som saknas, det vill säga 4, 8 och 12, kunde inte genomföras främst på grund av inställningen av luftöverskottet. Svårigheterna med att variera luftöverskottet tillräckligt innebar att styrningen av denna parameter övergavs. Experimentnumreringen ändrades för att distinkt kunna skilja experime nten åt med avseende på vilket bränsle som använts, därför användes numreringarna 30, 40, 50 och 60. De avslutande försöken döptes A-H för att dessa experiment inte användes för PCA-analysen. 15

2.4.3 Experimentgenomförande - generellt Samtliga experiment kördes under tvåtimmarsperioder. I flera fall har experimenten kortats ner främst på grund av yttre omständigheter. De flestas försök har dock fortgått enligt planerna. Tabell 3 visar det generella experimentutförandet. Tabell 3. Tabellen visar experimentgenomförandet för ett generellt försök. Tidpunkterna avser tid som förflutit sedan experimentstart. Momenten genomförs vid de platser som anges i tabellen. Tidpunkt Moment Lokalisering Före Pelletsprov tas* Inställningar och insvängning av pannan Matarskruvarna Kontrollrummet 00:00 00:05 00:25 00:30 00:40 01:00 01:45 01:55 02:00 Efter Start av experiment Pulverprov tas** Visuell kontroll av flammor Slaggprov påbörjas Slaggprov avslutas Kontroll av pelletsflöde Flygaskprov påbörjas Flygaskprov avslutas Avslut av experiment Pelletsprov tas* pulverprov tas** Kontrollrummet Före brännarna, plan 1 Pannan Slaggtransportören Slaggtransportören Matarskruvarna El-filtret El-filtret Kontrollrummet Matarskruvarna Före brännarna * Pelletsprov tas ut vid behov, när det misstänks att andra pelletskvalitéer kan vara inblandade. ** Pulverprov tas endast för försök A - H. 2.4.3 Responser och analyser Förbränningsprocessen ger upphov till mängder av processdata och responser beroende på förbränningsfallen. Informationen som undersökts med avseende på korrelationer med siktkurvan kan grupperas enligt: - Mängder bottenslagg och flygaska - NOx, CO och O 2 efter pannan, rökgasmängder - Temperaturer i flammor, överhettare och rökgaser - Last och lastfluktuationer i pannan - Förluster i askor och rökgaser, (andelen brännbart material i askorna), verkningsgradsskillnader 16

3. Teoretiska beräkningar Samtliga teoretiska beräkningar genomfördes med hjälp av beräkningsverktyg som byggts upp i Excel. Till dessa dokument kopplades responser från PlantConnect och experimentella data från genomförda analyser. 3.1 Mängder flygaska Eftersom ingen mätning gjorts på mängderna flygaska beräknades en genomsnittlig fördelning ut mellan bottenslagg och flygaska, baserat på uppgifter i miljörapporterna för Hässelbyverket för åren 2002 och 2003 7, se tabell 4. Fördelning användes vid PCAanalysen. Tabell 4. Jämförelser mellan askmängderna producerade i Hässelby för åren 2002 och 2003. Flygaskan fuktas upp till 15 % innan den vägs före deponi. Slaggens fukthalt har beräknats som ett genomsnitt från tester av fukthalten dels från Värtaverket och dels från egna analyser gjorda i Hässelby. Fuktmätningarna har gjorts på prover tagna från "hunden". Askornas fördelning beräknades som mängden torr flygaska dividerat med den totala torra mängden för båda askorna. Resultatet visar att fördelningen i snitt ligger på 54,6 % flygaska och 45,4 % slagg. År 2003 Mängd flygaska [ton/år] 1946 Mängd Slagg [ton/år] 3478 Fukthalt flygaska [%] 15 Fukthalt slagg [%] 60 Torr flygaska [ton/år] 1654,1 Torr slagg [ton/år] 1391,2 Fördelning Flygaska/slagg [%] 54,3/45,7 2002 1305 2269 15 60 1109,25 907,6 55,0/45,0 Totalt 2763,35 2298,8 54,6/45,4 För försöken A-H infördes en beräkning på mängderna flygaska, se ekvation 1. m m bts fl [ A] m = TS bts = m [ A] sl TS (1 [ bb] m sl (1 [ bb] (1 [ bb] fl ) sl ) + m sl fl (1 [ bb] ) fl ) (1) bts står för bränsleflödet i kg, [A] TS är askhalten i bränslet, [bb] är halterna brännbart material där indexeringen sl och fl representerar slagg och flygaska. Samma indexering gäller för massflödena slagg och flygaska. I PlantConnect beräknas bränsleflödet, dock med antagandet att pannverkningsgraden är 0,90. Ett generellt antagande för bränsleflödet är att en matare levererar 12 MW biobränsle per varv och minut. m 7 Miljörapport Hässelbyverket, Avsnitt 10 s. 19 (2003) samt s. 10 (2002) 17

3.2 Rökgaser 3.2.1 Stökiometrisk förbränning Luft består av 20,95 % syre, (volymskoncentration), och 79,05 % råkväve. Råkväve är benämningen på luftens sammansättning av 0.03 % CO 2, 0,93 % Ar och 78,09 % N 2. Inledningsvis bestäms det teoretiska torra luftbehovet för förbränningen, l ot i mol/kg bränsle enligt ekvation 2. C H O S 78,09 0,93 0,03 l ot = + + + 1+ + + (2) 12,01 2 1,01 32,0 32,06 20,95 20,95 20,95 För varje syremolekyl som går in i pannan kommer 3,773 molekyler råkväve att följa med, detta blir värdet när termerna för N, Ar och CO 2 i parentes två räknats ihop, totalt blir värdet för andra parentesen 4,773. C, H, O, och S står för kol, väte, syre och svavel med tillhörande molmassor. Med hjälp av det teoretiska luftbehovet beräknas det totala teoretiska luftbehovet, l ots fram enligt ekvation 3, och har samma dimension som l ot. l l ( 1 + φ ) (3) ots = ot I praktiken innehåller luften som används en del vattenånga, därav parametern φ, som står för fukthalten. Då fukthalten vid panninloppet inte mäts antas värdet 1 %. För att beräkna de teoretiska mängderna rökgaser, g ot, som respektive bränsle ger upphov till, används ekvation 4, dimensionen anges som mol/kg bränsle. C N S C H O S g ot = + + + + + + 4,773 (4) 12,01 28,01 32,06 12,01 2 2,02 32,0 32,06 Termen g 0t anger mängderna rökgaser utan innehåll av bildad vattenånga. Observera att termen 4,733 är identisk med parentes två i ekvation 2. De totala teoretiska gasmängderna g ots, innehåller även vatten från förbränningen samt från fukten i luften och beräknas enligt ekvation 5 8. C N S H C H O S = + + + + + + + ots 12,01 28,01 32,06 2,02 12,01 2 2,02 32,0 32,06 ( 4,733 (1 + φ ) 1) g (5) 8 Förbrännings- och rökgasreningsteknik, s.55-58 18

3.2.2 Förbränningsluften Praktiskt kan inte den exakta mängden luft som behövs för förbränning tillföras till pannan. Ett visst luftöverskott krävs för att god förbränning ska uppnås. Den extra luften till pannan anges med luftfaktorn m, och definieras som kvoten mellan verklig luftmängd och den teoretiska, enligt ekvation 6. l l m = l l t = (6) ots ot Termen l betecknar den verkliga mängden eller total mängd luft och l t avser torr verklig luftmängd, alltså inklusive extra luft. Ibland används även termen luftöverskott och avser den extra luft som tillförs förutom det teoretiska behovet, rent ekvationsmässigt skrivs denna som (m-1) l ots. Syrgashalten i rökgaserna mäts i andel torr gas och behövs för att praktiskt kunna bestämma luftfaktorn. Vid stökiometrisk förbränning konsumeras all O 2. När ett luftöverskott tillförs kommer oreagerat syre att följa med rökgaserna ut. Eftersom syreinnehållet i luften är 21 % kommer mängden syre i rökgaserna att vara 21 % av den extra tillförda luften. Syrehalten i rökgasen, [O 2 ] t, ges av ekvation 7, 0,21 ( m 1) l ot [ O ] t = (7) 2 got + ( m 1) lot där nämnaren representerar den totala torra rökgasmängden. Genom en omskrivning av ekvation 8 kan luftfaktorn lösas ut enligt ekvation 8. m g ot 2 t = 1+ (8) l ot [ O ] 0,21 [ O ] 2 t Termerna got och lot är ungefär lika stora och kan förkortas bort, detta ger ett uttryck, se ekvation 9, som gäller vid mätning av syrehalten i torra rökgaser 9. m [ O ] 2 t 1+ (9) 0,21 [ O ] 2 t 0,21 0,21 [ O ] 2 t 9 Förbrännings- och rökgasreningsteknik, s.60-64 19

3.2.3 Beräkning av rökgasförluster De relativa förlusterna bestäms som den förlorade effekten i rökgaserna, P rg, genom tillförd effekt från bränslet enligt ekvation 10. Prg mbts ( gots + ( m 1) lots ) c pg ( t g 25) f = = (10) rg P t [ F] m bts H its 2442 + lts c pl ( tl 25) 1 [ F] Eftersom bränsleflödet m bts återfinns i både täljare och nämnare förkortas detta bort. Termen t l är lufttemperaturen till pannan, t g för rökgastemperaturen. Temperaturerna anges i C. H its är det effektiva värmevärdet för bränslet i kj/kg, [F] är fukthalten hos bränslet. De numeriska värdena 2442 och 25 står för ångbildningsvärmen för vatten respektive omgivningens referenstemperatur. Avslutningsvis är cp värmekapacitiviteten i kj/mol K för rökgaser (index g), och för förbränningsluften (index l). Eftersom primär- och sekundärluft har olika temperatur räknas den andra termen i nämnaren om för att kompensera för detta, se ekvation 11. m p m s l TS c pl ( t l 25) = l TSp c plp ( t lp 25) + l TSs c pls ( t ls 25) = L + L prim sek m p + m s m p + m s där m är massflödet. Indexeringen p och s står för primär- och sekundärluft. Genom att dividera massflödet primärluft med det totala luftflödet in i pannan fås en procentuell andel för de två flödena 10. (11) 3.2.4 Oförbrända rester i rökgaser Halterna brännbart material som följer med rökgaserna består till största delen av CO. Mängden CO i rökgaserna är ett bra mått på fullständig förbränning. Först vid höga halter CO, över 1000 ppm, förekommer andra brännbara gaser. Eftersom mängden CO inte når så höga halter beräknades enbart CO-förluster, P CO, enligt ekvation 12. PCO mts gtts [ CO] t H ico f = = (12) CO P t [ F] m TS H its 2442 + lts cpl ( t g 25) 1 [ F] HiCO är det effektiva värmevärdet för CO, och anges till 282,989 kj/mol K och [CO] t är den torra mängden CO mätt i ppm 11. 10 Förbrännings- och rökgasreningsteknik, s.120-122 11 Förbrännings- och rökgasreningsteknik, s.124-125 20

3.3 Förluster i fasta askrester Förluster i askorna beräknas som relativa förluster av tillförd effekt, med andra ord förluster i fasta rester, P fr, delat med tillförd effekt, P t, enligt ekvation 13. mbts [ A] TS s [ bb] H ibb Pfr 1 [ bb] f = = (13) aska P [ F ] t mbts (( H its 2442 ) + l0ts cpl ( t g 25)) 1 [ F] och H ibb motsvarar värdet för askan. Termen s står för andelen slagg eller flygaska beroende på vilken förlust som beräknas. Den används för att dela upp förluster i slagg- respektive flygaskförluster 12. 12 Förbrännings- och rökgasreningsteknik, s.125-128 21

3.4 Övriga förluster och effekter 3.4.1 Ledning och strålning Ledningsförlusterna är approximativt konstanta oavsett vilken last pannan körs på. Pannkroppens temperatur ändras inte nämnvärt om pannlasten ökar eller minskar. Strålningsförlusten, f st har i beräkningarna antagits vara 1 % 13. 3.4.2 Hjälpeffekter Hjälpeffekterna behandlas inte i förlustberäkningarna, detta gäller för samtliga fläktar och pumpar till pannan. Anledningen är att ingen korrelation med bränslets siktkurva hittats. Det har visat sig att kvarnarbetet inte förändras beroende på vilken bränslekvalité som mals. 3.4.3 Värmeförluster i slagg och flygaska Ett finare bränsle ger mindre slaggmängder och då även minskade värmeförluster. Slaggtemperaturen ligger på ungefär 45 C vid utmatning från slaggtransportören. Panntemperaturen ligger mellan 600-750 C. 1 % brännbart material i aska motsvarar en temperaturskillnad på 300 C gällande värmeförlust. I jämförelse med förlusten på grund av brännbart material i askan är denna parameter liten och har försummats vid förlustberäkningar. Effekten av förlusterna motsvarar endast omkring 2 % brännbart material, vilket ligger inom osäkerheten för den experimentella bestämningen av brännbart material i slagg. Värmeförlusten för flygaskan blir mindre än den för slaggen eftersom värmen till stor del tas upp av överhettare och luftförvärmare. Rökgastemperaturen ligger på omkring 140 C och temperaturen på flygaskan är ungefär 35-45 C. 3.5 Skillnader i relativa förluster I projektet har relativa förluster beräknats på samtliga experiment. Det intressanta är skillnaderna i verkningsgrad som uppkommer mellan olika driftsfall. Den indirekta verkningsgraden ges av ekvation 14 14. η = 1 f = 1 f f f f (14) p rg CO st Aska En summering av förlusterna är dock tillräckligt för att bestämma hur mycket siktkurvan inverkar på verkningsgraden, detta genom att jämföra resultaten mellan försöken. 13 Förbrännings- och rökgasreningsteknik, figur 5.3 s.123 14 Förbrännings- och rökgasreningsteknik, s.128 22

4 Mätresultat och beräkningar 4.1 PCA-Analys för geografiska skillnader Resultaten visar grupperingar för baltisk pellets, Svensk och finsk pellets respektive polsk pellets, se figur 2. PCA analys, Geografisk fördelning - pellets t[comp. 1]/t[Comp. 2] 7 Dansk 0303 6 5 4 Skeå 02102 Luleå 0210 3 2 H-sand 010 H-sand 020 t[2] 1 Luleå Skeå 0309 03091 Vöyri 0311 Sp.Zoo 041 0-1 - 2 Luleå 0408 Kaskö 0403 Skeå H-sand Ebavere 04101 Dauga 03 0310 Vöyri Turenki 04103 Dauga 0305 Turenki 04 Imavere 03 Mersrag 02 Riga 03012 Sia sala 0 Talsi 0410 Talsi 0309-3 H-sand 031-4 - 5-6 - 9-8 -7-6 -5-4 -3-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t[1] SIMCA-P+ 10.5-2005-01-14 10:38:18 Figur 2. Scoreplott för PCA-analys gällande geografiska skillnader mellan leverantörer. Pellets från Gdansk ligger utanför konfidensintervallet beroende på ett mycket högt kiselinnehåll och låg asksmältpunkt. Likaså återfinns en leverans dansk pellets utanför intervallet, detta beroende på att värden för en del askanalyser saknas, samt en lägre andel flyktiga ämnen i jämförelse med andra bränslen. På vänstra sidan av figuren återfinns de svenska och finska leverantörerna, spridda över en relativt stor yta. Stora variationer återfinns hos de inbördes leverantörerna varför ingen distinkt skillnad kan dras mellan dessa. Det är främst genom spårämnen i bränslena samt skillnader i askhalt och värmevärde som det kan avgöras var pelletsen härstammar ifrån. Generellt kan sägas att baltisk pellets har lägre värmevärde än den svensk-finska och innehåller högre halter aska. Det lägre värmevärdet kan relateras till högre fukthalt och askinnehåll. 23

Skillnaderna mellan leverantörerna visas i analysens loadingplott, se figur 3. PCA-analys, loading plot, Geografisk skillnad pellets p[comp. 1]/p[Comp. 2] 0,40 Pb_a Ni_a 0,30 Cd_a P Fe Al Pb 0,20 Kalor.värm Eff värmev K Cr_a p[2] 0,10 Zn_a C Ba Cr Ni 0,00 Askmjuknin Zn Si -0,10 Ca O Mg As Aska,vikt% -0,20 Flyktiga ä -0,20-0,10 0,00 0,10 0,20 0,30 p[1] SIMCA-P+ 10.5-2005-01-14 10:43:33 Figur 3. Loadingplott för PCA-analys gällande geografiska skillnader mellan leverantörer. De främsta skillnaderna mellan bränslena syns i halterna av spårämnen samt askinnehåll och värmevärde. Resultaten pekar på en geografisk skillnad mellan pellets. Enligt analysen korrelerar askhalten positivt mot de fina bränslefraktionerna. Det kan tolkas som att högre askinnehåll ger sprödare trä vilket då innebär lättare sönderdelning. Fenomenet kan dock förkastas. Det visade sig vara produktionssättet som skiljer. Pellets produceras av sågspån från sågverksindustrin. Normalt förfaringssätt i Sverige är att avbarkning sker före sågning, detta sker inte i Baltikum. Det ingår därför mer bark i pellets från de baltiska leverantörerna. Bark innehåller högre halter av spårämnen och har dessutom lägre värmevärde än "vitt" trä. Detta är förklaringen till skillnaderna. 24

4.2 PCA-Analys för undersökning av korrelationsmönster Analysen genomfördes på medelvärden från varje experiment och avsåg att visa korrelationer mellan driftförhållanden, bränslesammansättning och siktkurva. En första grundanalys visade att inga observationer ligger utanför konfidensintervallet, se figur 4. Inga experiment har därför avlägsnas, vilket är praxis om experimenten faller utanför. PCA-X Samtliga Experiment t[comp. 1]/t[Comp. 2] t[2] 5 0-5 E 31 E 30 E E 3233 E2 CP1b E11CP1 CP2 E 1E3 E7 E5 CPA E E 4041 E 42 E6E 50 E 62 E9 E 60 61 E10-10 -8-6 -4-2 0 2 4 6 8 10 t[1] SIMCA-P+ 10.5-2005-01-10 16:32:58 Figur 4. Scoreplott för PCA-analys gällande korrelationsmönster för samtliga experiment, E1 till och med E 62. Alla experiment ligger inom konfidensintervallet. I figuren syns grupperingar mellan försök främst beroende på bränslenas karakteristik, med skillnader i askhalt, fukthalt, värmevärde och siktkurva. Analysens loadingplotten, se figur 5, visar de korrelationsmönster som uppstår mellan variablerna vid förbränningen i verket. PCA-X, Samtliga experiment p[comp. 1]/p[Comp. 2] 0,30 Sikt<0,71 Sikt<0,85 Sikt<0,5 Sikt<1,0 0,20 Ånga e ÖH1 Askhalt Pulverspet Utgående å Prim_luft NOX [Beräk 0,10 Brännare 2 Ånga f ÖH2 Rökgas Flygaskmän Slagg e e frg [%] p[2] 0,00-0,10 Brännare 12 Brännare 1 O2 i panna CO Pfr-flyg t Sikt<1,60 Sikt<2,00 ffr [%] sl Temp Last e LUF Pfr totalt Rökgasmäng Sek_luft panntemp Matarvarvt Värmevärde -0,20 Pulverspet Matarvarvt OF_slagg -0,30 OF_flygask -0,20-0,10 0,00 0,10 0,20 p[1] SIMCA-P+ 10.5-2005-01-10 16:38:21 Figur 5. Loadingplott för PCA-analys för samtliga experiment. Figuren visar inbördes korrelationer mellan inverkande variabler. 25

Parametern O 2 efter panna, alltså syrehalten i rökgaserna, har negativ korrelation mot NOx och slaggmängderna. Detta innebär att ett högt luftöverskott ger låga värden på variablerna som den negativa korrelationen gäller. Högre luftöverskott minskar slagg och ökar flygaskmängderna precis som förväntat. De låga värdena på NOx tyder på att primärluften inte bidrar till kväveföreningar utan håller istället ner denna mängd. Fenomenet beror på att primärluften kyler brännarflamman innebärande lägre halter termisk NOx. Högt sekundärluftflöde ger större rökgasförluster på grund av ett större rökgasflöde och högre temperatur i rökgaserna. Parametern CO har en negativ korrelation mot i första hand finare partikelstorlekar hos bränslet och i viss mån mot primärluftflödet. Det kan inte avgöras hur mycket koloxidmängderna minskar, men resultatet visar att förbränningen blir bättre med finare siktkurvor. Bränslets finandel är negativt korrelerad mot halterna brännbart material i både flygaska och bottenslagg. Finare fraktioner ger mindre förluster i askorna och mindre slaggmängder samt ökade mängder flygaska. I analysen dränks tyvärr siktkurvans inverkan på förlusterna till stor del av pannlasten och sekundärluftflödet. Det bör tilläggas att högre pannlast försämrar siktkurvan på bränslet in i pannan, på grund av försämrad malning hos kulkvarnarna. Den båge som siktkurvans olika storlekar bildar i figur 5, tyder på ökade slaggmängder med större innehåll av stora bränslepartiklar. Generellt sett är ungefär 25-30 % av pelletsmaterialet större än 1 mm när det går in i pannan. En minskning av de större fraktionerna ger mindre slagg och indirekt mindre brännbart material i askan, trots ökad bränslemängd till pannan.. Detta stöds av försök då spetspulver körs till pannan. Slaggmängderna minskar vid dessa försök. Mängderna partiklar större än 1 mm är då nere på cirka 5-10 %. Fullständiga data gällande beräkning av samtliga siktkurvor återfinns i Appendix 3. Angående termisk NOx så kommer bränslet inte att ge några problem. Resultaten visar inte på något samband mellan NOx och siktkurva vilket innebär att det i första hand bildas bränsle-nox. Problem med slaggning uppkommer för vissa bränslen redan vid temperaturer på 1130 C och förmodligen blir asksmältor i pannan ett problem lå ngt innan eventuella problem med termisk NOx uppstår. De relativa askförlusterna för slagg och flygaska ligger på 0,3-3 % för försök när luftöverskottet inte styrs. Inga tydliga effekter urskiljdes med avseende på siktkurvan i denna analys. För de bättre siktkurvorna märks inga minskande förluster. 26