Problem med alkali och Solvie Herstad Svärd solvie.herstad.svard@wspgroup.se 0705-32 55 16 1
Upplägg Inledning Kort om olika åtgärder Resultat från Värmeforskprojektet Agglobelägg Slutsatser/diskussion 2
Agglomerering i bädd och i cyklonbensretur Påslag på eldstadsväggar Beläggningsproblem på värmeöverförande ytor Korrosion Stoftbelastning Ansamling av överstort material risk dålig fluidisering risk för sintringar
Åtgärder Bränslet styr val av pannan/eller tvärt om Panndesign-ångdata, material, tomdrag, placering av överhettare Förändra kemin i eldstad och rökgas
Kalium Natrium Klor Kisel Svavel Aluminium Bly Kalcium Fosfor Magnesium Zink Genom att ha kravspecifikation på bränsle, tillföra additiv eller smart blandning av bränslen kan man minska problem
Tillsätta svavel 2KCl + S + 2O 2 K 2 SO 4 + 2HCl Elementärt svavel Ammoniumsulfat (Chlor-Out) Andra sulfater aluminium, järn Samförbränna med svavelrikt bränsle; torv, rötslam, skogindustriellt bioslam, gummi, lignin Svavelsyra - recirkulation av svavel från rökgaskondensering 6
Tillsätta fosfor Samförbränna med fosforrikt bränsle t.ex. rötslam, Biomal Dosera fosfater i rökgaskanal likt Chlor-Out
Fånga in alkali Tillsätta kaolinlera som binder alkali i sin struktur Torvaska och rötslamsaska kan sannolikt binda alkali Sänka temperaturen i bädden för att minska avgång av alkali => mer alkali binds upp som alkalisilikater Öka bäddomsättningen för att blöda ut alkali/askkomponenter på sandkorn och i bädd
Samverkan mellan bäddmaterial och bränsleaska Anrikning av bränsleaska med låg smältpunkt Förenklat: Natrium och Kalium Sänker smältpunkt Kalcium, Magnesium och Aluminium Höjer smältpunkt
Åtgärder agglommerering/sintringar Bra kontroll på bäddkvalitet Se till att omsätta bädden undvik ansamling av grovt material som inte fluidiserar Ändra kemin Tillsats av kaolinlera Samförbränning med bränslen som har gynnsam aska t.ex. rötat kommunalt avloppsslam, vissa slam från skogsindustrin, torv, eller kol
Olika åtgärder påverkar olika delar av anläggningen/processen Viktigt med ett helhetsgrepp!
Åtgärder för samtidig minimering av alkalirelaterade driftsproblem- Agglobelägg 2005-2010 VF-Rapporter 997,1037 och 1167 Finansierat av Värmeforsk, AB Fortum Värme och E.ON
Vilka åtgärder påverkar vad?? Agglomereringar, beläggningar, korrosion Basbränsle 75% trä+25% halm Chalmers CFB 12 MW 80% bark+20% avfall Chalmers CFB 12 MW Hushålls-och industriavfall Händelö CFB 75 MW
Agglobelägg Etapp 3 Chalmers Åtgärder testade i etapp 3 Basbränsle Tillsats av sulfat och fosfat Samförbränning med 4 olika rötslam 20 % Avfallspellets 80 % Barkpellets Effekt på agglomerering, beläggningar och initial korrosion?
Problem med alkali och Chalmers 12 MW CFB-panna Källa: Lars-Erik Åmand
Rötslam Lågt värmevärde Mycket aska Svavel och fosfor Aluminium, järn och kalcium Torra slam 10-13 MJ/kg Fuktigt 0,6-1,8 MJ/kg Additiv
Är det skillnad på olika slam?? 40-50 % aska 72-78 % Fukt
(Na+K)Cl [ppm @ 6% O 2 ] Alkaliklorid i rökgas
Beläggningsmätning med tempererade sonder
mg/m 2 h 4500 Agglobelägg2 Trä+halm+PVC Agglobelägg3 Bark+RDF Si P Ba 4000 Mn 3500 3000 Ti Mg Al 2500 Ca 2000 Na 1500 K Cl 1000 S 500 0 RefCl RötCl AmCl RDF RyaMed HimMed HimHög Rya 8% av ts Rya 9% Him 10 % Him 13 % av ts
Minskad initial korrosion i Chalmerspannan 24 timmars exponering vid 600 C materialtemperatur 304L (19,5 % Cr, 9,5% Ni, 67 % Fe) Alkaliklorid i rökgas 96 ppm 3 ppm 22 % avfallspellets 78% barkpellets 22 % avfallspellets 78% barkpellets + ca 13% av ts rötslam Källa: Jesper Liske HTC
Agglobelägg Etapp 3 - P14 Händelö Åtgärder testade i etapp 3 Samförbränning med rötslam 3 4 % av ts Basbränsle Hushållsavfall 30 50% Industriavfall 50 70% Korrosion och materialavverkning höga materialtemperaturer
Händelö 75 MW CFB-panna
Långtidsförsök vid Händelö - rötslam (4% av ts) 400 timmars exponering vid 600 C materialtemperatur 304L (19,5 % Cr, 9,5% Ni, 67,0 % Fe) Sanicro 28 (27,0 % Cr, 31,0 % Ni, 34,5 % Fe)
Åtgärder som påverkar både bädd och korrosion Bädd Korrosion Kaolin X (X)* Ammoniumsulfat X Svavelgranuler X Byta bäddmaterial X Kan vara negativt Rötslam X X Torv X X** *Vid hög dosering >7kg/MWh **Beror på torv - undvik kalkhaltig torv
Sammanfattning/slutsatser Åtgärder - förändrad kemi i eldstad och rökgas. Viktigt att klarlägga effekt både i bädd, bakre drag och rökgassammansättning. Rötslam eller torv minskar risken för bäddagglomerering och risken för korrosion. Mängden rötslam eller svavel som behövs påverkas av bränslets innehåll av alkali, klor och kalcium.
Slutsatser/beläggningar korrosion Tillsats av svavel tränger undan klor i beläggningar Var och i vilken form påverkar mängden svavel som behöver tillsättas. Fosfor/fosfater har också positiv effekt. Långtidstester i avfallspannor har visat minskad materialavverkningen Andra svavelinnehållande bränslen än rötslam fungerar också-torv, gummi, lignin.. Mängden beläggning minskar inte nödvändigtvis.
Varför så positiva effekter av rötslam? Innehåller svavel som sulfaterar alkaliklorider Innehåller fosfor reagerar med kalcium så att svavel kan reagera vidare. Kan även ersätta klorid med fosfat. Innehåller zeoliter från tvättmedel som kan binda alkali.
Fortsatt arbete Långtidsförsök med rötslam i någon fullstor panna. Effekter av additiv och samförbränning på eldstadskorrosion och lågtemperaturkorrosion. Vågar man öka ångdata genom att tillföra additiv?
Projektutförare bl.a.: Solvie Herstad Svärd Marianne Gyllenhammar Britt-Marie Steenari Lars-Erik Åmand, Jessica Bowalli, Johannes Öhlin Jesper Pettersson, Sofia Karlsson, Erik Larsson, Jan-Erik Svensson, Lars-Gunnar Johansson Kent Davidsson, Linda Bäfver Håkan Kassman, Matts Almark S.E.P. (=>WSP Process Kraft&Värme) S.E.P. (=> Stena Metall) Chalmers Avd. Oorganisk kemi Chalmers Avd. Energiteknik Chalmers HTC SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut Vattenfall Research and Development
Närliggande projekt inom Waste Refinery WR23 och WR47
Waste Refinery projekt 23 Försök i Lidköpings avfallseldade BFB-panna Samförbränning med avfall och SLF + tillsats av rötslam 24-timmars exponering av provringar. Fluff, SLF Rötslam Högre värmevärde, mer klor och metaller än vanligt avfall Mycket lågt värmevärde, mycket aska Lidköping Värmeverk, Stena Metall, Metso AB, SP och HTC
Samförbränning med rötslam gav: Mindre mängd beläggningar Mindre klor i beläggningar Mindre korrosion WR-rapport Energiåtervinning av brännbar fraktion från fragmentering av metallhaltigt avfall-steg 2 Februari 2010
Waste Refinery projekt 47 Försök har även genomförts på en avfallseldad rosterpanna i Linköping. Får man liknande effekter av rötslam på en roster som i en fluidiserad bädd? Samförbränning med avfall och SLF Tillsats av rötslam alternativt svavelgranuler 24-timmars exponeringar av provringar Beläggningar och initial korrosion mindre klor i beläggningar mindre korrosion WR-47 rapport i vår Tekniska Verken i Linköping, WSP, SP, HTC, Stena Metall
Tack för mig! solvie.herstad.svard@wspgroup.se www.wspgroup.se