E t t N y h e t s m a g a s i n f r å n v ä r m e f o r s k Nummer 1 mars 2011 Tydliga skärmbilder gör anläggningen effektivare Grusvägen blir tåligare av aska Samförbränning med rötslam hindrar rosten Värmeforsk är en viktig kunskapsbank 1
Biobränsle klimatbov eller miljöräddare? Innehåll: Ledare Biobränsle klimatbov eller miljöräddare? sid.2 Bioenergi ökar växthusgasutsläpp.., Bioenergi behövs för klimatet Visst blir man förvirrad av alla tidningsrubriker. Hur ska allmänheten förstå vad som är bra eller dåligt för miljön, när de som borde förstå inte har förmåga att samverka om hur information ska förmedlas? Det är också betänkligt när debattörer och tyckare sprider svepande påståenden som gränsar till medveten desinformation. Spelar det någon roll, kan man fråga sig. Ja, om man tror att frågor som energiförsörjningen och klimatförändringar är viktiga så är det nog så. För att mota bort de värsta tyckarna spelar forskning och utveckling en avgörande roll. Utan kunskap blir man lätt lurad av den tvetydiga vetenskapen. Visst vore det lyckat om vi alla försökte dra åt samman håll för att rädda miljön? Vi på Värmeforsk anser att bioenergi behövs för klimatet. Värmeforsk bokstavligen brinner för bioenergi. Det har vi gjort de senaste 20 åren. Första numret Just nu läser du det första numret av Värmeforsks nya nyhetsmagasin. Min förhoppning är att det ska kittla din nyfikenhet om sådant som händer på Värmeforsk. Kanske också leda dig vidare till rapportdatabasen där du kan hitta många nya idéer för din verksamhet, eller finna lösningar som kan hjälpa dig i din vardag. I denna första utgåva redogör vi bland annat för de senaste rönen kring de välkända problemen korrosion, beläggning och bäddagglomerering vid förbränning av bio- och avfallsbränslen. Projektet Åtgärder för samtidig minimering av alkalirelaterade driftproblem är en av de största satsningarna Värmeforsk någonsin gjort, och nu framträder en helhetsbild av hur vi ska åtgärda problemen och på så sätt förbättra driftsekonomin. Var gör vi av askan? När man eldar biomassa erhålls ofrånkomligen aska, det vet alla som någon gång gjort upp en brasa. Ur samhällssynpunkt ska askorna användas på ett resurseffektivt sätt. Visst låter det självklart? Varför gör vi inte det då? Jo, för återigen drar samhällets spelare åt olika håll. Om vi ska kunna utöka användningen av biomassa, måste alla parter samverka! Vi når inte ett uthålligt samhälle om myndigheter ska sätta krokben för utvecklingen genom att låta okunskap råda. På sidan 6 finner du en innovativ lösning på hur askor kan användas resurseffektivt. Trevlig läsning! Gullvi Borgström Vd, Värmeforsk Samförbränning med rötslam hindrar rosten sid. 3 Tydliga skärmbilder gör anläggningen effektivare sid. 4 Grusvägen blir tåligare av aska sid. 6 Fortsättning av Askprogrammet behövs sid. 7 Svåra biobränslen får en match i nytt forskningsprogram sid. 8 Värmeforsk är en viktig kunskapsbank sid. 8 Ansvarig utgivare: Gullvi Borgström Redaktör/texter: Lars Magnell, lars.magnell@krem.se Tfn 070-592 37 75 Produktion: Kreativ Media AB Formgivning: Gabriella Lindgren Tryck: Planograf, Stockholm 2011 Värmeforsk Service AB 101 53 Stockholm Telefon: 08-677 25 80 Telefax: 08-677 25 06 info@varmeforsk.se www.varmeforsk.se 2
Samförbränning med rötslam hindrar rosten Mycket positiva effekter kan uppnås vid förbränning av besvärliga alkalirika bränslen om man tillför rötslam, som motverkar både bäddagglomerering och korrosion. Det visar aktuell forskning inom Värmeforsk. Solvie Herstad Svärd Vid förbränning av bio-, retur- och avfallsbränslen kan det uppstå driftproblem som påslag, beläggningar och korrosion på värmeöverförande ytor. Det kan också medföra att sanden i pannor med fluidiserad bädd (se fotnot) kletar ihop eller agglomererar. För att minska dessa problem startade Värmeforsk år 2005 ramprogrammet Åtgärder för samtidig minimering av alkalirelaterade driftproblem, även kallat Agglobelägg, som nyligen avslutade sin tredje etapp. Rapporten Åtgärder för samtidig minimering av alkalirelaterade driftproblem, Etapp 3 rapportnummer 1167 finns att ladda ned från www.varmeforsk.se/ rapporter Tidigare etapper har rapportnummer: 997 och 1037 Sandbädden bakas samman Huvudorsaken till driftproblemen är bränslets innehåll av kalium och/eller natrium och klorider som vid förbränning bildar starkt korrosiva alkaliklorider. När man eldar alkalirika bränslen i en fluidiserad bäddpanna finns också risk för att det bildas lager av alkali runt sandkornen som reagerar med kislet i sanden till alkalisilikater som har låg smältpunkt. Om dessa lager blir alltför tjocka kan sandkornen bindas samman med alkalisilikater som klister och man riskerar att delar av sandbädden agglomererar, det vill säga sandkornen bakas samman vilket då i varierande grad försämrar förbränningen. I försök har det visat sig att samförbränning med rötslam, som är rikt på svavel, har en positiv effekt på agglomerering genom att påverka lagren runt sandpartiklarna både till mängd och sammansättning. Sammanfattningsvis visar forskningsresultaten att en tillsats av rötslam ökar agglomereringstemperaturen, det vill säga den temperatur då partiklarna i bädden börjar häfta vid varandra. Effekten är dock inte lika tydlig vid samförbränning av rötslam, bark och avfallspellets som när basbränslet är trä och halm. Samförbränning med rötslam leder också till att mängden beläggningar runt sandkornen i bäddmaterialet minskar och den ändrar även sammansättningen på asklagren runt bäddsandspartiklar, konstaterar projektledaren Solvie Herstad Svärd. Samförbränning med rötslam innebär också att bäddmaterialet tillförs slamaskpartiklar som blandas med sandpartiklarna vilket ytterligare minskar risken för att sandkornen bakas samman. Effekten av fosfor I bioeldade och avfallseldade pannor finns även risk för korrosiva beläggningar bestående av alkaliklorid. Tidigare forskning har visat att man kan undertrycka alkalikloridbildningen och därmed minska halten klor i beläggningar genom att ändra rökgaskemin. Framförallt har mycket forskning kretsat kring svavlets roll och på senare tid har även effekten av fosfor i bränslet studerats. Rökgasanalyser, partikelmätningar och analys av beläggningar visar att tillförsel av rötslam till bädden och sulfat och fosfat till rökgasen alla påverkar rökgaskemin, partiklarnas sammansättning samt sammansättning och mängd beläggningar. I den här etappen har vi visat att fosfor såväl som svavel kan minska bildningen av alkaliklorid. Dosering av sulfat och fosfat som additiv i rökgaskanalen har bägge minskat alkalikloridhalten i rökgas och beläggningar vilket verifierar att både svavel och fosfor kan vara orsaken till att rötslam så effektivt minskar alkaliklorid och beläggningar. Vi kan också se att slamaskans innehåll bidrar till rötslammens effekt genom att binda alkali. Om det är aluminiumsilikater från tvättmedel som hamnar i rötslammet eller fosfor som binder alkalit i askan är svårt att avgöra. Det verkar dock som om svavel och fosfor är de viktigaste komponenterna tillsammans med kalcium, där kalcium har en negativ effekt, säger Solvie Herstad Svärd. Fluidiserade bäddar Förbränning i en fluidiserad bädd innebär att bränslet eldas i en bädd bestående av sand och askpartiklar. Luft tillförs via dysor i botten på pannan som får bäddpartiklarna att sväva. Partikelsuspensionen får delvis samma egenskaper som vatten varav namnet fluidisering.i en CFB cirkulerande fluidiserad bädd ökas lufthastigheten så mycket att en del av partiklarna flyger iväg med rökgasen och avskiljs i en cyklon, via ett sandlås, tillbaks till eldstaden. Ångan kondenseras efter turbinen och värmer då även fjärrvärmevattnet. 3
Tydliga skärmbilder gör anläggningen effektivare Tydliga och lättförståeliga dataskärmsgränssnitt är av största vikt för effektiv och säker drift inom processindustrin. Genom att i ökad grad utgå från människans kognitiva förmåga att ta till sig information kan en anläggnings processer visualiseras tydligare på datorskärmarna. Därmed blir det lättare för operatören att fatta rätt beslut vid varje driftsituation. Kontrollrummen i dagens processindustri är exempel på komplexa människa/maskinsystem. I operatörens arbetsuppgifter ingår bland annat att Anna-Lisa Osvalder övervaka processen, söka information om status och förändringar samt att vid behov agera och justera processen för att erhålla en så effektiv produktion som möjligt. En viktig förutsättning för att operatören skall kunna fullgöra dessa olika arbetsuppgifter är en tillfredsställande utformning av skärmgränssnittet mellan människa, det vill säga operatören, och det tekniska systemet. I takt med att både komplexitet och krav på lönsamhet blivit allt mer framträdande i processindustrins anläggningar har också kraven på att i ett tidigt skede kunna upptäcka, fatta beslut om och åtgärda avvikelser i processen ökat, konstaterar Chalmersprofessorn Anna-Lisa Osvalder som lett Värmeforskprojektet Visualisering av anläggningsstatus. För plottrigt Syftet med projektet är att utveckla och utvärdera nya skärmbilder som bättre motsvarar dagens krav och är mera anpassade till människan/operatörens mentala förutsättningar att uppfatta och tolka information i en specifik situation. Ett vanligt förekommande problem med dagens skärmbilder är att de är för plottriga. Eftersom kodningssystemet är baserat på numeriska bilder snarare än grafiska blir många uppgifter onödigt komplicerade och tidskrävande vilket ökar risken att göra fel. Sådana skärmbilder förser inte operatören med direkt och lättillgänglig processinformation utan denne måste istället memorera, jämföra och integrera olika data medan han/hon navigerar mellan olika informationskällor, förklarar Anna-Lisa Osvalder. För att komma till rätta med dessa brister har forskarna i projektet utvecklat nya skärmbilder som syftar till att förmedla informationen för olika driftsituationer på ett mera grafiskt och intuitivt sätt. Skärmbilderna har med gott resultat testats och utvärderats av operatörer på pappersbruket Korsnäs i Gävle och värmeverket i Hässelby, Stockholm. Korsnäs På pappersbruket i Gävle togs en skärmbild fram för övervakning och beslutsstöd för hantering av en processdel kallad Blandlut 7. Processdelen består av cisterner med olika typer av lut och en av operatörernas uppgifter är att åstadkomma en optimal lutblandning för nästa processteg. För att åstadkomma detta krävs ett nytt körsätt som kräver mer framförhållning. Detta har vi försökt stödja i skärmbilden, säger Chalmersdoktoranden Jonas Andersson. Fortfarande behöver några anpass- 4
Rapporten ningar och tillägg göras till det slutliga förslaget för att till fullo möta driftoperatörernas informationsbehov vid användning av det rekommenderade körsättet. Detta sker genom att utvärdera förslagen med operatörerna på plats i kontrollrummet. Visualisering av anläggningsstatus utformning av innovativa gränssnittspresentationer rapportnummer 1172 finns att ladda ned från www.varmeforsk.se/ rapporter Hässelby För Hässelbyverket togs skärmbilder fram för tre typsituationer, som dock inte kunde implementeras i något styrsystem eller informationssystem eftersom det var osäkert om anläggningen kunde klara av att driva de nya skärmbilderna. Responsen från driftoperatörerna indikerar emellertid att de nya skärmbilderna skulle underlätta deras arbete och därmed förbättra styrningen av värmeverket. Framtagandet av nya skärmbilder har varit framgångsrikt i och med operatörernas positiva respons och de upplevda fördelarna med hur informationen presenteras. De problem som uppstått i projektet har främst varit kopplade till svårigheterna att använda nya skärmbildsidéer i de befintliga styrsystemen, konstaterar Anna-Lisa Osvalder som menar att det är viktigt att framtagandet av nya operatörsgränssnitt ses som en integrerad del av utvecklingsarbetet kring en anläggningsdel och inte som ett fristående arbete som kan göras i efterhand. Till exempel bör placering av sensorer ske utifrån hur processen ska övervakas. Arbetet med att utveckla skärmbilderna bör alltså ske parallellt och i nära samverkan med utvecklingen av de rent tekniska komponenterna vid införande av anläggningsdelar som kräver nya eller uppdaterade skärmbilder. En rekommendation är också att En rekommendation är att processindustrin på det stora hela bör se utveckling av nya skärmbilder som en integrerad del i moderniseringsarbetet processindustrin på det stora hela bör se utveckling av nya skärmbilder som en integrerad del i moderniseringsarbetet, vilket också har stor betydelse för driftekonomin. När operatören har optimala förutsättningar att förstå, övervaka och styra processen förbättras potentialen för att höja kvalitet, effektivitet och säkerhet. Därmed minskas också osäkerhet, tidspress och stress för operatören vilket leder till bättre förutsättningar för en god arbetsmiljö. 5
Grusvägen blir tåligare av aska Förbättrade tjälegenskaper, ökad bärighet, minskat uttag av naturresurser och icke nämnvärd påverkan på omgivningen. Det är några av de fördelar som motiverar användning av aska vid vägbyggnad. Jenny Vestin Flygaska baserad på biobränslen har använts under många år som material i mark- och vägbyggnad. Men även om erfarenheterna av att använda askor som byggmaterial är goda behöver kunskapen om hur materialet bäst ska hanteras öka. För att få en fördjupad förståelse för askans egenskaper och förutsättningar vid vägbyggnad har Skogsstyrelsen, Statens Geotekniska Institut och Luleå Tekniska Universitet förstärkt en grusbilväg i Timrå med flygaska från Ortvikens pappersbruk. Vägen är indelad i två provsträckor och fyra referenssträckor. De två provsträckorna är förstärkta med ask/gruslager med olika tjocklek. En mer ingående studie av askvägen har finansierats av Värmeforsk. Dyrt med bindemedel Värmeforskstudien har framför allt undersökt skillnader i styvhet och homogenitet mellan provsträckorna. Detta i syfte att få ökad kunskap om hur anläggningsförfarandet kan optimeras utan att andra stabiliseringsmedel än askan behöver användas. För att öka vägens tryckhållfasthet och förbättra dess förmåga att stå emot olika väderförhållanden och temperaturskillnader kan annars olika bindemedel som cement, merit eller kalciumoxid blandas med askan. Men det fördyrar hanteringen och därmed vägkonstruktionen. Det är därför önskvärt att askans härdande egenskaper tillvaratas så att 6
Både laboratorie- och fältstudierna visar att flygaskan är väl lämpad för stabilisering av grusvägar. Rapporten vägarna kan byggas utan inblandning av andra bindemedel, säger projektledaren Jenny Vestin, verksam som miljögeotekniker vid SGI. Resultaten från försöken visar att flygaskan från Ortvikens pappersbruk är lämplig som vägförbättringsmaterial men att den metod som används för att få ner askan i vägkroppen kan utvecklas. I Timrå frästes askan maskinellt in i vägens bärlager så att detta fick en sammansättning av 30 procent aska och 70 procent vägmaterial. Både laboratorie- och fältstudierna visar att flygaskan är väl lämpad för stabilisering av grusvägar. Vägmaterialet fick en väsentlig hållfasthetsförbättring av att askan blandades in. Men inblandningstekniken borde kunna förbättras eftersom det var ganska stor variation i homogenitet i vägblandningen. Den uppmätta askhalten varierade mellan 22 och 36 procent för de olika provsträckorna och de analyserade djupen, konstaterar Jenny Vestin Skillnaden i styvhet mellan asksträckorna har utvärderats med så kallade fallviktsmätningar. Mätningarna visar att provsträcka 2, som har dubbelt så hög Effektivt askutnyttjande i vägar rapportnummer 1169 finns att ladda ned från www.varmeforsk.se/ rapporter askinblandning som provsträcka 1, har fått en bättre hållfasthet. För låg vattenkvot Vägen uppnådde dock inte önskad packningsgrad. Troligtvis beror det på för låg vattenkvot i ask/grusblandningen i kombination med otillräcklig maskinell packning vid förstärkningen av vägen. En slutsats är att det är av stor vikt att asklagret vattnas så att materialets optimala vattenkvot uppnås om vägens packning och dess egenskaper ska kunna förbättras. Man behöver sannolikt också köra flera gånger med vält för att uppnå hög packningsgrad än de fem överfarter som gjordes, alternativt använda en tyngre vält än den 6 tons tunga vibrovält som användes i projektet, säger Jenny Vestin. En annan slutsats är att det är svårt att lägga ut ett jämnt asklager, vilket i det här fallet skedde med lastbil. Genom att i stället använda en utläggare till askan erhålls troligtvis en jämnare och mer kontrollerad inblandning, menar Jenny Vestin och framhåller att man för att kunna utvärdera askinblandningens effektivitet också noga böra karakterisera de ingående materialen innan vägen förstärks. Då kan specifika ämnen identifieras vars halter sedan kan användas för att avgöra blandningens homogenitet. Under 2011 kommer askvägen att undersökas ytterligare och eventuella skillnader mellan asksträckorna och referenssträckorna att utvärderas. Resultat från dessa undersökningar kommer att presenteras i senare rapporter. Fortsättning av Askprogrammet behövs Värmeforsks forskningsprogram Miljöriktig användning av askor, Askprogrammet, har allt sedan starten 2002 gett ny och viktig kunskap om hur askor från förbränning kan och bör hanteras. Mer än 100 projekt har genomförts med en projektvolym på totalt cirka 100 miljoner kronor. Mycket återstår dock att göra på området och därför föreslås att programmet får fortsätta under ytterligare en 3-årsperiod. En stor utmaning är slaggruset, det vill säga bottenaskan från avfallsförbränningen. Det handlar om stora volymer, cirka 1 miljon ton askor om året inom en snar framtid, som hittills till större delen har kunnat användas som sluttäckningsmaterial på deponier. Men vi närmar oss nu den tidpunkt då alla deponier redan är täckta och då vi måste finna alternativa användningar. En annan stor utmaning är fortfarande de askor som kan återföras till skogsmark. För närvarande återförs endast en mycket liten andel av dessa askor och det finns många anledningar till varför detta inte sker. Viktigt är att vi får en samsyn på askor hos alla aktörer; myndigheter, askanvändare, askproducenter och allmänheten, säger Värmeforsks Birgitta Strömberg. 7
Så har vi nytta av Värmeforsk Värmeforsk är en viktig kunskapsbank Inspektionsföretaget Inspecta har en materialteknikgrupp med gedigen erfarenhet av materialteknik, skadefallsutredningar och livslängdsanalyser. Som medlem utnyttjar företaget möjligheten att sitta med i Värmeforsks forskningsgrupper. Det är mycket givande, säger Inspectas Jan Storesund, som själv deltar i gruppen Material- och kemiteknik. Kanske tycker jag att det är särskilt givande eftersom jag har forskat en hel del själv, säger Jan Storesund som har en doktorsexamen i materialteknologi och även författat flera av Värmeforsks rapporter. Jan Storesund Men jag tror att alla som är medlemmar i Värmeforsk är det för att bygga upp sin kompetens, och det har man verkligen en chans att göra om man är med i forskningsgrupperna. Det kommer naturligtvis i sin tur även respektive huvudmän till godo. Faktum är väl att det i många fall är svårt att hävda sina intressen i den här branschen utan att aktivt delta i forskningsverksamheten, säger Jan Storesund som även framhåller vikten av att sitta med i Värmeforsks referensgrupper. Det är också en möjlighet som vi utnyttjar när vi ser att det är något projekt som kan bredda vår kompetens men som kanske inte direkt berör vår kärnverksamhet. Är det något forskningsområde som du själv finner intressant och där du själv bidragit med insatser. Jag har till exempel forskat en hel del om femomenet krypning och deltagit i ett antal Värmeforskprojekt som behandlar detta problem. Oväntade haverier och sprickbildning har på senare tid inträffat i ångledningar genom krypning fastän drifttemperaturen har varit betydligt under gränstemperaturen för krypdimensionering, så det är ett angeläget område att utforska och finns beskrivet i ett antal rapporter (se rapporterna 978 och 1032 samt rapport 1118, som finns att ladda ned på www.varmeforsk.se) Det sker hela tiden en utveckling på Material- & kemiteknikområdet, och det gäller att hänga med. Att vara med i Värmeforsk är ett bra sätt att göra det på, framhåller Jan Storesund. Värmeforsk utgör också en viktig kunskapsbank genom de rapporter som finns att ladda ned från hemsidan. Det är en stor tillgång som vi har mycket nytta av i vår verksamhet. Svåra biobränslen får en match i nytt forskningsprogram Traditionella skogsbränslen kan numera hanteras utan större tekniska problem. Men med nya biobränslen uppstår nya svårigheter. Det är en av anledningarna till att Värmeforsk planerar att starta det nya driftnära programmet Tillämpad förbränning. Målet är sänkta drifts- och underhållskostnader för de deltagande företagen. Olika åkergrödor, restfraktioner från livsmedelstillverkning som solrosskalspellets, jordnötskalspellets eller varför inte en båtlast uttjänta gummiträd. Så kan listan över de lite mera ovanliga biobränslena skrivas och den kan i princip bli hur lång som helst. Det konstaterar Vämerforsks Birgitta Strömberg som ansvarar för planeringen av det nya programmet Tillämpad förbränning vars målsättning bland annat är att finna metoder att hantera nya typer av biobränslen. Jakten på billigare biobränslen pågår ständigt och det innebär att branschen hela tiden också ställs inför nya tekniska problem. De traditionella skogsbränslena kan vi numera hantera på ett bra sätt men när man ska elda till exempel biooljor ställer det krav på nya kunskaper, om dessa ska kunna utgöra ett kostnadseffektivt alternativ, säger Birgitta Strömberg som särskilt trycker på att det nya programmet ska vara driftnära. Vi vill att deltagarna, och då i synnerhet driftspersonalen, själva ska besluta om inriktningen och att programmet ska bli ett kunskapsnav för de här mycket jordnära driftsfrågorna. En viktig målsättning är därför att också verka för ett utökat nätverkande mellan företagen. 8 Värmeforsk har allt sedan starten 1968 bedrivit forskning och utveckling inom området bränslebaserad kraft- och värmeproduktion. I Värmeforsk samlas energiproducenter såväl som skogsindustri, tillverkande industri och myndigheter. 101 53 Stockholm Telefon: 08-677 25 80 Telefax: 08-677 25 06 info@varmeforsk.se www.varmeforsk.se