Karaktärisering av fasta inhomogen avfallsbränslen - inverkan av metoder för provtagning och provberedning SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut Evalena Wikström-Blomqvist, Lennart Gustavsson, Jolanta Franke och Ingvar Johansson 1
Nyttan av projektet Syfte: Att utveckla och utvärdera en förenklade provtagnings- och karaktäriseringsmetod för fasta inhomogena avfallsbränslen Ekonomisk nytta: Stora komplicerade provtagningar är mycket kostsamma. En ökad kontroll och förbättrad bränslekvalité har en positiv påverkan på driftskostnaderna. Praktisk tillämpning: Frekventare provtagningar med en förenklad provtagning => ökad kontroll Nyhetsvärde: Komplicerad provtagning behöver inte ge signifikant bättre resultat. Planering är A och O 2
Slutsatser Det är möjligt att förenkla provtagnings- och upparbetningsmetod på laboratoriet utan att kvalitén på resultaten försämras betydande. Mervärde i form av högre kvalité på data från en mer komplicerad metod står inte i jämförelse med de avsevärt högre kostnaderna. 3
Bakgrund - provtagningsfel Provtagningsfel 1. Fundamentalt fel 2. Grupperings- och segregationsfel 3. Avgränsningsfel 4. Extraktionsfel 5. Hanteringsfel 6. Spatial variationsfel 7. Periodiska variationsfel Heterogenitet i provet Provuttag (utrustning, teknik) Provförändring Tid, rum och anläggningsrelaterad variation 4
Bakgrund - standarder Befintliga standarder Technical specification Solid recovered fuels CEN/TS 15442 Technical report Characterization of waste CEN/TR 15310 Nordtest solid waste US-EPA Manual SW-846 Technical specification Methods for laboratory sample preperation CEN/TS 15443 => Alla är bra, men ingen är avsedd för heterogent fast avfall! 5
Problemformulering Hur uppnår man en rimlig kompromiss mellan ökade provtagningskostnader och minimering av risken för provtagningsfel? 6
Genomförande - provtagning Två provtagningskampanjer utfördes på Renovas avfallsförbränningsanläggning Viktiga hållpunkter för en lyckad provtagning SYFTE FÖRUTSÄTTNINGAR PROVPLAN FÖRBEREDELSER PROVTAGNING EFTERARBETE Vilka resultat? Vilket tids perspektiv? Kvarn? Redskap? Resurser? Storlek på samlings-, del- & laboratorieprov Provtagnings- & neddelningsmetoder Kommunikation Städa Infrastruktursplanering Noggrannhet! Se detaljer i beskrivningen Skicka prover till analys Städa 7
Genomförande - provtagning 9 prover totalt 50 ton (referensprov), 16 ton och 4 ton 4 ton prover Provtagning med gripklo från bunker, delprov=2 ton Hela provet storleksreducerades i en kvarn 8
Genomförande - provtagning Neddelades enligt halveringsprincipen till 500 kg Laboratorieprov neddelas mha kakmetoden. Viktigt att många delprover tas! Bort Bort a) Volym X b) Volym X/2 c) Volym X/2 d) Volym X/4 9
Genomförande - plockanalys 2 st delprov a 2 ton plockanalyserades 10 fraktioner (soppåsar = hushållsopor) ~40 vikt-% av motsvara mindre partiklar 15 delprover från mindre partiklar plockanalyserades och sammansättning beräknades 10
Genomförande kemisk analys Torka hela provmängden Plocka bort material som inte går att mala Brännbart (plast och tyg) Icke brännbart (metall och mineral) Grovmal hela provet till 30 mm Provet delas upp i två delprov för att undersöka två olika provstorlekar Neddela provet enligt koning och kvartering minsta mängd enligt storleks- och 3 partikelreduktionsekvationen: m1 s1 d1 m2 s2 d 2 11
Genomförande kemisk analys ¼ lämpligt att fortsätta med Mal därefter 5 mm, neddela osv < 500g mals till 1 mm Analys enligt standard 12
Resultat - plockanalys Procent 40 35 30 25 20 15 10 5 0 C3 C4 Hushållssopor Bioavfall Papper & kartong Plast Glas Metall Trä Tyg Farligt avfall & elektronik Övrigt (ej papper) Plockanalys på 2 tons delprover visar på liknande sammansättning 13
Resultat kemisk analys 1,70 1,60 1,50 1,40 1,30 1,20 1,10 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 Eff. V.v/torrt Eff. V.v/vått prov S torrt prov A B1a B1b B2a B2b C1a C1b C2a C2b C3 C4 C6 Normaliserade data för effektivt värmevärde och S-halt. 10% variation markerat med de två svarta linjerna 14
Resultat korrigeringar bortplockat 24 22 Effektivit värmevärde torrt porv 20 18 16 14 0 % Brännbart 25 % Brännbart 50 % brännbart 75 % Brännbart 100 % Brännbart 12 0 5 10 15 20 25 30 35 Borttaget % 15
Resultat ANOVA - spridning Eff. v.v. vått prov 1% 1% Svavelhalten vått prov 5% 0% Steg 1 Steg 2 Steg 3 98% Steg 1 Steg 2 Steg 3 95% Steg 1= Provtagning, neddelning, uttag av laboratorieprov Steg 2= Neddelning på laboratoriet Steg 3= Analys >95% av spridning orsakas vid provtagning, => goda möjligheter att förenkla på laboratoriet 16
Resultat - provtagning Praktisk tillämpning av teoretiska metoder Metodernas rekommenderade planeringsteg är bra! Provtagning i bunker kan utföras med befintlig gripklo. Viktigt att alla inblandade har god kännedom om syftet med provtagningen. En förenklad neddelningsmetod halveringsmetoden fungerar bra Ett mindre antal 2 tons delprover ger bra resultat Uttag av laboratorieprov i volym isf vikt för att minimera inverkan av variationer i fukthalt 17
Resultat kemisk analys Förenkling av arbetsmetod på laboratoriet Laboratorieprovet ska innehålla många små delprov Mängd och sort av bortplockat material ska noteras Resultat ska kompletteras med korrigerade data om bortplockat material. < 5% av spridningen i resultat orsakas av arbetsmoment på laboratoriet. Upparbetningen kan förenklas betydligt genom neddelning enligt partikelstorleksreducering Antalet upprepning i analyser kan reduceras till två 18
Slutsatser Det är möjligt att förenkla provtagnings- och upparbetningsmetod på laboratoriet utan att kvalitén på resultaten försämras betydande. Mervärde i form av högre kvalité på data från en mer komplicerad metod står inte i jämförelse med de avsevärt högre kostnaderna. 19
Utvecklingsmöjligheter Avfallets innehåll stora kunskapsluckor Metoderna framtagna i detta projekt kan användas storskaligt för att undersöka avfallets sammansättning och koppla det till driftsrelaterade problem 20