Metod för provförbränning av avfall RAPPORT F2008:07 ISSN

Metod för provförbränning av avfall RAPPORT F2008:07 ISSN 1103-4092

FÖRORD Flera anläggningar har haft relativt stora lager av avfall under senare år. I samband med lagringen har diskussioner kommit upp hur lagringen har påverkat bränslet och en del tendenser har konstaterats på olika anläggningar. För att anläggningarna inte skall jämföra äpplen med päron beslutade Arbetsgruppen avfallsförbränning att ta fram en metodik för provförbränning. Huvudsyftet är framförallt att anläggningarna själva skall ha lättare att jämföra sina provförbränningar man gör på respektive anläggning, men även jämförelser mellan anläggningarna blir enklare om man har ett gemensamt tillvägagångssätt. Uppdraget att ta fram metodiken gick till Tomas Öhrström på Bergström & Öhrström. Malmö juli 2008 Håkan Rylander Ordf. arbetsgruppen Avfallsförbränning Weine Wiqvist VD Avfall Sverige

INNEHÅLL SAMMANFATTNING...3 SUMMARY...4 1. INLEDNING...5 2. TEORI...5 2.1 Provförutsättningar...7 3. GENOMFÖRANDE AV PROV...9 3.1 Provtagning av och mängd slagg och filterstoft...10 4 UTVÄRDERING...11 5. KONSEKVENSER - KÄNSLIGHET...18 6. EXCEL-MALL FÖR UTVÄRDERING... 19 7. ERFARENHETER FRÅN GENOMFÖRDA PROV... 21 2

SAMMANFATTNING Avfall Sverige har gett oss i uppdrag att föreslå en metod för provförbränning av avfall. Den föreslagna metoden är ett fullskaleprov med det primära syftet att fastställa avfallets energiinnehåll baserat på en kombination av en mass- och energibalans. Ett grundläggande antagande är att jämvikt råder. Metoden är utformad för att vara enkel att använda och så att den kan genomföras med anläggningarnas egen personal och mätutrustning. Metoden innebär att förbrukat bränsle och genererade restprodukter vägs under ett definierat tidsintervall då jämvikt råder i anläggningen. Detta kombineras med data som samlas in från anläggningens instrumentering. Med ett enhetligt förfarande för provförbränning skapas förutsättningar att generera reproducerbara resultat i anläggningarna. Resultaten från olika anläggningar blir också mer jämförbara. För att utvärdera resultaten används en enhetlig beräkningsmall som utgör en del av denna rapport. I tre anläggningar har det genomförts fullskaleprov med denna metod. Dessa prov utfördes av anläggningarnas egen personal. Den generella bedömningen från de som ledde proven var att det fungerade väl, att metoden fungerade och att det var möjligt att följa anvisningarna. Detta stöds också av de resultat som genererats. 3

SUMMARY Avfall Sverige has given us the assignment to present a method to characterise waste based on an incineration test in plant scale. The primary aim of the suggested method is to determine the heat value of the waste used during the test. The method is based on a combined mass and heat balance. A basic assumption is that the incineration is in a steady state condition. The presented method is designed to be simple to use. Because of this the proposed method only incorporates the operating personal and operational instruments in the plant. Waste feed to the incinerator and the generated residues are weighed during a defined period of time with steady state conditions in the plant. These mass flows are then in the calculations combined with readings from the operational instruments. With a standardized method for such a test results will be easier to reproduce and results from differed plants will be comparable. As a part of this method a template in Excel has been produced. If this template is used the evaluation of the results will be standardized. The method presented has been tested at three Swedish plants burning MSW. These tests were performed by personal from the plants. The responsible persons for the tests considered the method applicable and that the instructions in this report was possible to follow. This is also supported by the results generated during these tests. 4

1. INLEDNING Avfall Sverige har gett oss i uppdrag att föreslå och utvärdera en metod för provförbränning av avfall. Metoden är ett fullskaleprov med det primära syftet att fastställa avfallets energiinnehåll baserat på en kombination av en mass- och energibalans. Syftet är att metoden skall vara enkel att använda och att den kan genomföras med anläggningarnas egen personal och mätutrustning. Om proven genomförs på ett likformigt sätt blir resultaten reproducerbara och mer jämförbara mellan olika anläggningar. I tre utvalda anläggningar har fullskaleprov genomförts baserat på den metod som redovisas i denna rapport. De tre anläggningarna är: Gärstad, Linköping Renova, Göteborg Bäckelund, Borlänge Dessa prov utfördes av anläggningarna själva. B&Ö deltog under en dag per anläggning för att observera och samla upp praktiska erfarenheter. Dessa har sedan arbetats in i denna redovisning av projektet. 2. TEORI Metoden baseras på vägning av avfall och restprodukter under en definierad tid med jämvikt i anläggningen. Ett grundläggande antagande vid utvärderingen är därför att det rått jämvikt under provet. Anläggningens utformning har stor betydelse för hur lång tid som krävs för att nå jämvikt, detta behandlas separat i avsnitt 2.1. För det bestämda tidsintervallet beräknas för anläggningen en energi- och en massbalans. Baserat på dessa kan bränslets kvalitet sedan fastställas. Med ett enhetligt förfarande skapas förutsättningar för att göra resultaten reproducerbara och jämförbara mellan olika anläggningar. I figur 1 visas systemet, den systemgräns som ansatts samt in- och utgående strömmar. Samtliga angivna strömmar måste fastställas genom direkta mätningar eller på annat lämpligt sätt. Systemgränsen har satts nära pannan för att vara så generell som möjligt. Alla fläktar och pumpar har placerats utanför systemgränsen. Vi har antagit att anläggningen består av en integrerad eldstad och panna som följs av en stoftavskiljare. De flesta anläggningar har sedan ytterligare reningssteg för att avskilja föroreningar. Dessa reningssteg inverkar inte på de energi- och massbalanser som metoden redovisar. 5

5. Nyttig effekt 6. Strålning och konvektion Systemgräns 1. Bränsle Eldstad och Stoftavskiljare 10. Rökgas 2. Luft panna 3. Rökgasåterföring 4. SNCR 7. Slagg 8. Kalk/kol 9. Filterstoft Figur 1 Systemet, systemgräns och strömmar I det följande diskuteras samtliga strömmar. Där det finns alternativa lösningar för att fastställa masseller energiflödet anges det. 1. Bränsle Den mängd bränsle som tillförs eldstaden under provförbränningen måste fastställas genom vägning. Det kan göras på flera sätt beroende på anläggningens utformning. De vågsystem som då utnyttjas tex. band-, kran- eller extern våg måste kontrolleras så de ger tillförlitliga resultat. En korrekt bestämning av den tillförda bränslemängden är helt avgörande för resultatet av provförbränningen. Mängden anges som den totala mängd bränsle som tillförts under den tid provförbränningen pågått. 2. Luft Om inte det totala luftflödet till eldstaden mäts kan det beräknas med tillräcklig precision utifrån producerad energi och uppmätt luftöverskott. Förvärms förbränningsluften externt (utanför systemgränsen) måste temperaturen på luften vid systemgränsen registreras. Resultatet anges som ett medelvärde för den tid provförbränningen pågått. 3. Rökgasåterföring Utnyttjas rökgasåterföring under provförbränningen och rökgasen tas utanför systemgränsen måste flödet och temperaturen bestämmas. Resultaten anges som medelvärden för den tid provförbränningen pågått. 4. SNCR Är anläggningen försedd med ett SNCR-system för NO x reduktion och det är i drift under provet måste doserad mängd vatten och ammoniak bestämmas. Resultaten anges som medelvärden för den tid provförbränningen pågått. Används ånga för atomizering behöver den inte tas med. 6

5. Nyttig effekt Med nyttig effekt avses den effekt (MW) som tagits upp i eldstad och panna och levereras ut genom systemgränsen. Den anges som ett medelvärde för den tid provförbränningen pågått. En korrekt bestämning av den nyttiga effekten är helt avgörande för resultatet av provförbränningen. 6. Strålning och konvektion från systemet Strålnings och konvektionsförlusten fastställs baserat på diagram i DIN 1942 från 1994, linjen för brunkol. 7. Slagg Den slagg som genererats under provförbränningen samlas upp och vägs. Under provförbränningen tas prov med jämna intervall. Dessa blandas till ett generalprov som analyseras med avseende på fukt och TOC. Stoft från pannans konvektionsdelar förutsätts matas ut med slaggen eller tillsammans med filterstoftet. 8. Kol/kalk Om aktivt kol eller kalk används måste massflöden av dessa tillsatser fastställas utifrån kalibreringskurvor på doserskruvar eller uppskattas på något annat sätt. 9. Filterstoft Det filterstoft som genererats under provförbränningen samlas upp och vägs. Under provförbränningen tas prov med jämna intervall. Dessa blandas till ett generalprov som analyseras med avseende på fukt och TOC. 10. Rökgas Den mängd rökgas som passerar ut genom systemgränsen måste bestämmas. Antingen genom direkta mätningar med anläggningens instrumentering eller genom att flödet beräknas. Utnyttjas rökgasåterföring under provförbränningen som återförs på ett sådant sätt att den passerar systemgränsen måste den inkluderas i rökgasflödet, se också punkt 3. I systemgränsen bestäms också rökgasens temperatur, innehåll av vattenånga och luftöverskott (O 2-halt). 2.1 Provförutsättningar För att resultaten från förbränningsproven skall vara användbara är en grundförutsättning att jämvikt råder i anläggningen. Tiden för att nå jämvikt beror i huvudsak på anläggningens utformning. Det är viktigare att uppnå jämvikt i anläggningen innan provförbränningen startas än att själva provet omfattar lång tid. Det bränsle som man avser att prova bör finnas framme i en sådan mängd att det räcker för både insvängnings-/stabiliseringstiden och för den tid provtagningen genomförs. Provbränslet bör var så väl blandat som möjligt. Större variationer i provbränslets kvalitet innebär att jämvikt inte kan uppnås. 7

I DIN 1942 som är den tyska standarden för leveransprov av ångpannor tas frågan om tid för att nå jämvikt innan provstart upp. Där anges att pannan skall ha varit i kontinuerlig drift ett flertal dygn innan prov startas. I utgåvan från 1979 anges att minst tre timmar vid vald last skall föregå provstart. I utgåvan från 1994 anges dock enbart att alla parter skall vara överens om att jämvikt råder innan prov startas. I DIN 1942 finns också angivet hur stora variationer i last man kan tillåta under själva provet. I figur 2 visas detta. På X-axeln återfinns ångflöde uttryckt som kg/s och på Y-axeln tillåten variation i procent. Figur 2 Tillåten variation i ångflöde som funktion av ångflöde (källa DIN 1942) Baserat på figur 2 är tillåten variation för en panna som producerar 30 MW strax under 10%. 8

Ett förbränningsprov som utgör en rimlig kompromiss mellan vad som är praktiskt möjligt och som även tar hänsyn till behovet av stabila förhållanden kan läggas upp enligt följande: Provbränsle för 24 timmar Insvängnings- och stabiliseringstid 18 timmar Förbränningsprov 6 timmar. 18 timmars insvängnings- och stabiliseringstid är för de flesta anläggningar en tillräcklig tid för att omsätta både bränsle, slagg och filterstoft ett flertal gånger. Det finns dock vissa processutformningar där detta inte är tillräckligt. Som exempel kan nämnas Alstoms NID-system som har en genomloppstid för avskiljt stoft som kan uppgå till flera dygn. Även FB pannor kan ha långa omsättningstider för det material som ansamlas i bädden. 3. GENOMFÖRANDE AV PROV För att genomföra förbränningsprovet behöver ett flertal aktiviteter genomföras av anläggningen personal. Dessa redovisas nedan i punktform. Förberedelser Samla upp och blanda provbränsle så att det finns i tillräcklig mängd för minst 24 timmars drift. Kontrollera funktionen av de vågar som skall användas. Kontroller funktionen på de mätare som används för att bestämma den nyttiga effekten. Fastställa rutiner för hur bränsle och askor skall vägas på ett så säkert sätt som möjligt. Fastställa rutiner för hur de data som krävs för utvärderingen enligt bilagt beräkningsschema (bilaga B) skall samlas in. Kontrollera att det inte finns några energiströmmar genom systemgränsen som inte registreras. Det kan t. ex. vara kontinuerlig bottenblåsning som bör vara avstängd under förbränningsprovet. Insvängning och stabilisering (18 timmar) Starta förbränningen av provbränslet och justera in last och driftförhållanden till önskade värden. Under insvängnings- och stabiliseringstiden skall inställda driftförhållanden upprätthållas. Tappa ner slagg och askbehållare så att de är tömda till den tidpunkt själva förbränningsprovet skall starta. Förbränningsprov ( 6 timmar) Väg det bränsle som tillförs under förbränningsprovet. Samla upp den slagg och det filterstoft som genereras under provtiden. Ta ut prov på slagg och filteraska. Prov bör tas cirka var 30:e minut. Säkerställ att de data som behövs för utvärderingen samlas in. 9

Efterarbete Blanda uttagna prov på slagg och filteraska till ett generalprov för respektive ström. Sänd dessa två prov för analys av fukt och TOC. Utvärdering Resultaten utvärderas med Excelmallen. Utformningen av den visas i avsnitt 6. 3.1 Provtagning av och mängd slagg och filterstoft Bestämningen av den mängd slagg och filterstoft som genereras under provet är i allt väsentligt beroende av anläggningens utformning och måste därför anpassas till de lokala förutsättningarna. Detsamma gäller provtagning av dessa två strömmar Skall resultaten användas för att bestämma föroreningar i bränslet krävs en noggrannare bestämning av både massflöde och sammansättning. Avser provet att enbart bestämma avfallets värmevärde räcker det med att flöden och analysvärden uppskattas. I avsnitt 5 visas inverkan på det beräknade värmevärdet. Vid anläggningarna bör det redan finnas fastlagda metoder för provtagning av slagg som kan utnyttjas. Detta då samtliga anläggningar som förbränner hushållsavfall har krav, minst enligt NFS 2002:28, på maximal halt av TOC i slagg. För filterstoft finns inte några sådana krav. I Nordtest rapport NT ENVIR 004 från 1996 beskrivs ett antal metoder för att ta prov på fasta restprodukterna. I rapporten listas fyra sätt att ta prov. För att nå bästa resultat gäller den rangordning som listas nedan: 1. Prov tas från ett stoppat transportband 2. Prov tas i en fallande ström 3. Prov tas från ett transportband i rörelse 4. Prov tas från container, billast eller från en hög. I Nordtests rapport ges detaljerade beskrivningar av hur provtagningarna kan genomföras och också hur olika hjälpmedel kan utformas. Varje prov som tas ut bör för slagg vara minst 10 kg och för filterstoft 1 kg. De uttagna proven blandas sedan väl till samlingsprov. I inget fall bör antalet prov som ingår i samlingsprovet understiga sju (7). Av samlingsproven för slagg och för filterstoft tas ett analysprov vardera som skickas för analys till laboratorium. Samlingsprovet för slagg som sänds till laboratoriet bör vara minst 10 kg och det för filterstoft minst 1 kg. Analys av TOC enligt SS-EN 13137 Analys av total fukt enligt CEN/TS 14774 Alla prov måste förvaras så att inte fukthalten påverkas innan de analyseras. 10

4 UTVÄRDERING För utvärderingen av resultaten används den beräkningsmall som visas i avsnitt 6 och som utgör en del av denna rapport. Här beskrivs de beräkningar som görs i mallen. Beskrivningarna görs utifrån de strömmar som visas i figur 3. 1. Bränsle 5. Nyttig effekt 6. Strålning och konvektion Systemgräns Prim Eldstad och Stoftavskiljare 10. Rökgas 2. Luft Sek panna 3. Rökgasåterföring 4. SNCR 7. Slagg 8. Kalk/kol 9. Filterstoft Figur 3 Systemgräns och strömmar 1. Bränsle Mängden bränsle som tillförts under provet har bestäms med den kontrollerade vägningen. 2. Luft Luftflödet till pannan behövs för att beräkna tillförd effekt från eventuell extern påvärmning av luften. Sker påvärmningen i en krets inom systemgränsen skall luftens temperatur sättas till den temperatur luften har då den passerar systemgränsen. Uppmätt temperatur skall dock alltid avse förhållandena efter luftfläkten. I utvärderingsmallen har primärluften separerats från den resterande luften som tillsätts sekundärt. Skälet är att dessa luftströmmar ofta har olika temperaturer. Finns ingen säker mätning av luftflödena finns det i utvärderingsmallen en möjlighet att sätta det totala luftflödet till samma värde som det torra rökgasflödet. I beräkningen av den med luft tillförda effekten är referenstemperaturen 25 C. Beräkningen är följande: 11

Cp för O 2=1.32 kj/m3 C Cp för N 2=1.28 kj/m3 C P=cp flöde (T-25) [kw] 3. Rökgasåterföring Hänsyn till rökgasåterföring behöver endast göras om rökgasåterföringen tas ut efter det att rökgasen passerat systemgränsen. I praktiken innebär det att den mängd rökgas som återförs inte får ingå i den rökgasmängd som mäts eller beräknas i systemgränsen, se figur 4. Systemgräns Mät- peräkningspunkt rökgasflöde Panna Punkt B Punkt A Figur 4 Rökgasåterföring och systemgräns Sammansättningen på rökgasåterföringen antas vara densamma som på rökgasen då den passerar systemgränsen. I beräkningen av den med rökgasåterföring tillförda effekten är referenstemperaturen 25 C. Beräkningen är följande: P=flöde (i T-i 25 C) [kw] De entalpier som används framgår av tabellen nedan. Entalpin för rökgasen interpoleras mellan 25 C och 200 C. Entalpier [kj/m 3 ] Vid 25 C Vid 200 C O2 32,3 264 CO2 40,7 358,4 H2O 36,8 299,6 N2 32,1 257,7 12

4. SNCR Om pannans är försedd med ett SNCR-system som är i drift under provet måste hänsyn tas till det vatten som tillsätts. Förångningen av det vattnet är en förlust då det i ångform passerar systemgränsen. Beräkningen är följande: P=flöde r [kw] r=2 260 kj/kg 5. Nyttig effekt Från pannan levererad nyttig effekt under provet tas från det kontrollerade driftinstrumentet. För ångpannor kan effekten om nödvändigt beräknas från ångflöde, ångdata och matarvattendata enligt följande: P=ångflöde (i ånga-i mava) [kw] Ångflödet i kg/s och entalpierna i kj/kg. 13

6. Strålnings och konvektionsförlust Strålnings och konvektionsförlusten från systemet bestäms baserat på diagram i DIN 1942. Kurvan för brunkol i figur 5 används. Figur 5 Strålnings- och konvektionsförlust (källa DIN 1942) På X-axeln i figur 5 återfinns pannans nominella nyttiga effekt och på Y-axeln förlusten båda uttryckta som MW. Ekvationen för brunkol är: Förlusten = 0.0315 nominell effekt 0.7 [MW] 7. Slagg För att beräkna förlusten kombineras den utvägda mängden slagg med de analyser av fukt och oförbränt som genomförts. Värmevärdet på de oförbrända sätts till Hi=27 MJ/kg (för brunkol enligt DIN 1942). 14

P=flöde TOC Hi [MW] 8. Kalk och kol Mängden kalk och kol används enbart för korrektioner av det stoft som skiljs av i stoftavskiljaren. 9. Filterstoft För att beräkna förlusten kombineras den utvägda mängden filterstoft med de analyser av fukt och oförbränt som genomförts. Värmevärdet på de oförbrända sätts till Hi=27 MJ/kg. Innan effekten beräknas dras den mängd kol som doserats bort från den mängd TOC som avskiljts med stoftet. P=flöde TOC Hi [MW] Den avskiljda mängden inert material i filterstoftet minskas med den doserad mängden kalk för att möjliggöra en beräkning av bränslets askhalt. 10. Rökgas Innan förlusten med rökgasen kan beräknas måste mängden rökgas som passerar genom systemgränsen bestämmas, antingen via direkta mätningar eller genom en beräkning. Utnyttjas den möjlighet att beräkna rökgasflödet i systemgränsen som finns i Excelmallen sker beräkningen enligt följande: 10.1 Beräkning av rökgasflödet De från ett antaget avfall specifika rökgasmängderna uppgår till följande: g o H i = 0.335 m 3 n/mj g ot H i = 0.260 m 3 n/mj Beräkningsschemat för att fastställa det torra teoretiska rökgasflödet från anläggningen kräver mätning av: Nyttig effekt [MW] Rökgastemperatur efter sista värmeöverföringsyta [ o C] O 2-halt efter sista värmeöverföringsyta [vol-% våt gas] Beräkningar (1) Vid effektjämvikt i systemet är P br = P N+P S+P rg Tillförd effekt = P br (= bränsleeffekt) Bortförd effekt = P N (= nyttig effekt, summa av avgaspanna, eko1och eko2) P S P rg (= strålnings- och konvektionsförlust) (= rökgasförlust) Askförluster ingår inte då det oförbrända ej har bildat rökgaser och inte heller förbrukar luft. 15

P N från pannan, mäts och registeras P S antages vara 0.0315 nominell effekt0.7 [MW] 2) P rg beräknas enligt följande: P rg = Q rg (h t - h 25) [MW] Q rg = totala rökgasflödet [m 3 n /s] h t = rökgasentalpi [MJ/m 3 n] (3) (h t-h 25)= C p (t - 25) C p = värmekapacitet för rökgasen [MJ/m 3 n, C] För beräkningarna används ett C p om 1.4 10-3 MJ/m 3 n t = uppmätt rökgastemperatur [ C] (4) Q rg = q br g q br = bränsleflöde [kg/s] g = verkligt specifikt rökgasflöde [m 3 n/kg] g = g o 21 21 (O2) g o = teoretiskt specifikt rökgasflöde [m 3 n /kg] (O2) = uppmätt O2 halt i våt gas efter pannan [%] (5) P br = q br H u [MW] H i = undre värmevärde för bränslet [MJ/kg] Efter omskrivning av ekv 1-5 erhålles (6) Q rgot = got Hi Ps + Pn 1 g 3600 Hi Cp (t 25) Q rgot är det torra teoretiska rökgasflödet ut från pannan i m 3 n/h torr gas. För att bestämma det verkliga gasflödet krävs kännedom om ytterligare två storheter nämligen: O 2-halten i vol-% våt eller torr gas. Den bestäms med befintligt driftsinstrument. Rökgasens fukthalt i vol-%. Den bestäms med befintligt driftsinstrument eller via uppskattning i Excelmallen. Det verkliga torra rökgasflödet kan sedan beräknas enligt ekvation 7, 1 (7) Q rgt = Q rgot (O2) [m 3 vg 100 n/h torr gas] 1 21 (100 Fukthalt) och verkliga våta rökgasflödet enligt ekvation 8. 16

Q rgt (8) Q rg = [m 3 n/h våt gas] 1 Fukthalt 100 10.2 Rökgasförlust I beräkningen av rökgasförlusten är referenstemperaturen 25 C. Beräkningen är följande: P=flöde (i T-i 25 C) [kw] De entalpier som används framgår av tabellen nedan. Entalpin för rökgasen interpoleras mellan 25 C och 200 C. Entalpier [kj/m 3 ] Vid 25 C Vid 200 C O2 32,3 264 CO2 40,7 358,4 H2O 36,8 299,6 N2 32,1 257,7 17

5. KONSEKVENSER - KÄNSLIGHET För att bedöma var resurserna vid provförbränningen skall läggas görs i detta avsnitt en genomgång av hur känsligt resultatet är för osäkerheter i de storheter som behöver fastställas. För detta utnyttjas utvärderingsmallen i Excel. Som indata används de värden som anges i tabell 1. Tabell 1 Indata till mall i Excel Storhet Enhet Värde Provtid minuter 230 Bränslemängd ton 60 Flöde totalluft m 3 n/h 65 000 Temperatur totalluft C 55 Flöde rökgasåterföring m 3 n/h 10 000 Temperatur rökgasåterföring C 120 Nyttig effekt MW 44 Nominell effekt MW 50 Slaggmängd ton 11 Fukt i slagg vikts-% 22 TOC i slagg vikts-% TS 4,2 Flöde vatten till SNCR kg/h 375 Mängd avskiljt stoft ton 1,5 Fukt i avskiljt stoft vikts-% 1 TOC i avskiljt stoft vikts-% TS 15 Mängd aktivt kol kg 16 Mängd kalk kg 275 Flöde rökgas m 3 n/h 90 000 Temperatur rökgas C 125 O2-halt vol-% vg 5,6 H2O-halt vol-% 18 För att visa hur de olika storheterna påverkar de beräknade värmevärdet varieras en storhet i taget med 10%. Övriga hålls konstanta enligt tabell 1, vilket ger ett beräknat värmevärde Hi om 11,09 MJ/kg. Hur detta påverkar de beräknade vämevärdet noteras och redovisas i tabell 2. I tabellen har resultaten sorterats i en ordning så att de storheter som har störst påverkan kommer först. 18

Tabell 2 Känslighet för 10% osäkerhet i enskild storhet Storhet Enhet Värde enligt tabell 1 Testat värde (+10%) Påverkan på beräknat Hi i % Provtid minuter 230 253 9,7 Bränslemängd ton 60 66-9,1 Nyttig effekt MW 44 48,4 9,1 Flöde rökgas m 3 n/h 90 000 99 000 0,7 Temperatur rökgas C 125 137,5 0,7 Temperatur totalluft C 55 60,5-0,3 Flöde totalluft m 3 n/h 65 000 71 500-0,2 Slaggmängd ton 11 12,1 0,1 TOC i slagg vikts-% TS 4,2 4,62 0,1 Mängd avskiljt stoft ton 1,5 1,65 0,1 TOC i avskiljt stoft vikts-% TS 15 16,5 0,1 Fukt i slagg vikts-% 22 24,2-0,1 Flöde rökgasåterföring m 3 n/h 10 000 11 000-0,1 O2-halt vol-% vg 5,6 6,16-0,1 Flöde vatten till SNCR kg/h 375 413 0 Temperatur rökgasåterföring C 120 132 0 Nominell effekt MW 50 55 0 Fukt i avskiljt stoft vikts-% 1 1,1 0 Mängd aktivt kol kg 16 17,6 0 Mängd kalk kg 275 302,5 0 H2O-halt vol-% 18 19,8 0 Som framgår av tabell 2 är det några enstaka storheter som kräver extra uppmärksamhet för att resultaten skall bli tillförlitliga. Att bestämma provtiden bör inte vara något problem. De storheter som sannolikt blir helt avgörande för resultatet är kvalitén på mätningen av bränsleflödet och den nyttiga effekten. I de fall massbalansen, kompletterad med ytterligare analyser av metaller i slagg och aska, också skall användas för att beräkna innehållet av föroreningar i bränslet krävs extra uppmärksamhet vid bestämningen av slagg- och askflöden. 6. EXCEL-MALL FÖR UTVÄRDERING I figurerna 6 till 8 visas hur den utvärderingsmall i Excel som tagits fram är utformad. 19

MALL FÖR för FÖRBRÄNNINGSPROV Panna och provbeteckning: Panna 5, prov med balat avfall från dec 2006 Datum för provet: 2007-03-03 Rost (För FB beräknas ingen askhalt) Provtid: Start 12:30 Stopp 16:20 Mallen har producerats av Bergström & Öhrström på uppdrag av Avfall Sveriges arbetsgrupp f och utgör en del av rapporten TÖh07-04. Version 2008-03-17. Tomas Öhrström, Bergström & Öhrström, Repslagaregatan 16, Tel 0155-269 057, Fax 0155-269 056 611 32 Nyköping Figur 6 Startmeny INDATA Panna 5, prov med balat avfall från dec 2006 Provtid 03:50 t:m Bränsle Tillfört under provet 60 ton Bränsleflöde 15,65 t/h Luft Flöde primärluft 35 000 m3n/h Temperatur primärluft 110 C Flöde sekundärluft 30 000 m3n/h Temperatur sekundärluft 45 C Totalluft (används i ber ) 65 000 m3n/h Använd beräknad totalluft (sätts till torrt rökgasflöde ) Rökgasåterföring Flöde 10 000 m3n/h Temperatur 120 C Nyttig Effekt Medel under provet 44 MW Strålning och konvektionsförlust Nominell effekt panna 50 MW Förlust 0,49 MW Slagg/bottenaska Utvägt under provet 11 ton Flöde 2,87 t/h Fuktinnehåll 22 vikts-% TOC-halt 4,2 vits-% av TS SNCR 25-ig NH 3 lösning 100 kg/h Vatten 300 kg/h Vatten 375 kg/h Kalk/kol Kalk tillsatt under provet 275 kg 71,7 kg/h Kol tilsatt under provet 16 kg 4,2 kg/h Filterstoft Utvägt under provet 1,5 ton Flöde 0,39 t/h Fuktinnehåll 1 vikts-% TOC-halt 15 vits-% av TS Rökgas Uppmätt flöde 90 000 m3n/h Använd beräknat rökgasflöde ( från nyttig effekt ) Temperatur 125 C Uppmätt O 2-halt 5,6 vol-% våt gas Uppmätt H 2O-halt 18 vol-% Flöde (används i ber ) 90 000 m3n/h H2O-halt (används i ber ) 18,0 vol-% Använd uppskattad fukthalt Figur 7 Inmatning av mätdata 20

Resultat Provbeteckning: Datum: Starttid: Stopptid: Panna 5, prov med balat avfall från dec 2006 2007-03-03 12:30 16:20 Massflöden Bränsle Kalk/kol Slagg/bottenaska Filterstoft 15,65 0,08 2,24 0,39 t/h t/h t/h TS t/h TS Energibalans Bortfört Tillfört Nyttigt 44,00 MW Med bränsle 47,64 MW Strålning och konvektion 0,49 MW Med Förbränningsluft 1,28 MW Med slagg/bottenaska 0,71 MW Med Rökgasåterföring 0,39 MW Med H 2O från SNCR 0,24 MW Summa tillfört 49,31 MW Med filterstoft 0,40 MW Med rökgas 3,48 MW Summa tillfört 49,31 MW Beräknat för bränslet Värmevärde Hi Askhalt 10,96 15,34 MJ/kg vikts-% Figur 8 Resultat 7. ERFARENHETER FRÅN GENOMFÖRDA PROV I tre anläggningar har fullskaleprov genomförts baserat på den metod som redovisas i denna rapport. De tre anläggningarna är: P3 Gärstad, Linköping, provet genomfördes den 14 november 2007 P5 Renova, Göteborg, provet genomfördes den 5 december 2007 P6 Bäckelund, Borlänge, provet genomfördes den 19 januari 2008 Dessa prov utfördes av personalen vid anläggningarna. B&Ö deltog enbart för att observera och samla upp praktiska erfarenheter. Den generella bedömningen från personerna som ledde proven vid anläggningarna var att det fungerade väl och att metoden var möjlig att följa. Detta stöds också av de resultat som genererats vid anläggningarna Det som vid alla tre anläggningar skapade mest arbete med planering och logistik var som väntat bestämningen av bränsle-, slagg- och askflöde. Det är också storheter som normalt inte mäts vid anläggningarna och som därför krävde en del speciella arrangemang. Samtliga anläggningar hade förberett sig väl inför proven och upprättat provprogram för hur provförbränningarna skulle genomföras. I bilaga A återfinns som exempel det provprogram som TVAB upprättade inför provförbränningarna vid Gärstad. En viktig del i detta arbete är att identifiera alla de signaler från den fasta instrumenteringen som sedan skall användas vid utvärderingen. För vissa storheter som t. ex. temperaturer finns flera givare i 21

anläggningarna som mäter i näraliggande punkter. I anläggningen måste lämpligaste givarna väljas ut i förväg baserat på den systemgräns som fastställts. I provprogrammet anges sedan en tydlig identifiering av givaren till exempel ett tagnummer eller motsvarande, se bilaga A. Om det vid denna genomgång visar sig att det finns mätvärden som inte lagras i ett datasystem så att de kan tas fram i efterhand måste de protokollföras under själva provet. I två av de anläggningar där prov genomfördes matades bränslet från bunker till bränsletratt med en traversskopa. Provbränslet förvarades i bunkern tillsammans med övrigt bränsle. För resultatet är det viktigt att den bränslemängd som tillförs under provet kan bestämmas på bästa sätt. Under de genomförda proveldningarna identifierades några punkter som kräver extra uppmärksamhet. Kontroll av vågen till traversskopan Hur provbränslet isoleras från övrigt bränsle i bunkern Hur bränslet läggs i tratten så att spill minimeras Nivå i bränsletratt vid start/stopp av prov För att kontrollera kranvågen kan till exempel en betongklump med en känd vikt användas. Kontrollen bör genomföras i direkt anslutning till provet och det bör även kontrolleras att kranvågen inte ger olika resultat beroende på sin position. För att isolera provbränslet i bunkern kan till exempel den yta i bunkern som används för lagring först täckas med ett lager flis/bark eller motsvarande så att gränsen mellan provbränsle och övrigt bränsle blir tydlig för kranoperatören. Under proveldningen (inte insvängningstiden) måste kranoperatören lägga extra uppmärksamhet på att allt det bränsle som registerats med kranvågen verkligen hamnar i bränsletratten. Spill av provbränsle tillbaka ner i bunkern måste minimeras. För att på ett så korrekt sätt som möjligt bestämma den mängd bränsle som förbrukats under provtiden bör kranoperatören se till att nivån i bränsletratten är den samma då provet avslutas som då provet startades. Hantering och provtagning av slagg och aska är det som under proven orsakat de största praktiska problemen i anläggningarna och också medfört de största extraarbetet. För de större anläggningarna är ofta systemen från flera ugnslinjer så integrerade att det är svårt att på ett praktiskt sätt separera ut strömmarna från en enskild ugnslinje. Då det gäller slagg har samtliga tre anläggningar hittat lösningar för att på ett kontrollerat sätt samla upp och bestämma den mängd slagg som genererats under provet. Det har skett genom att den yta eller behållare där slaggen samlas upp inför borttransport tömts vid provstart. Den under provet genererade mängden har samlats upp och vägts. Provtagningen har beroende på vad som varit mest praktiskt utförts direkt i utmatningen från ugnens slaggpusher eller från den hög av slagg som under provet genererats på uppsamlingsytan. 22

I två av anläggningarna var det inte praktiskt möjligt att samla upp och väga den rökgasreningsprodukt som genererades under provet. En anläggning löste detta genom att ta prov för analys och baserat på egen statistik uppskatta den mängd som genererats under provet. Den andra anläggningen anlitade ett externt mätföretag som tog prov på stoftet direkt ur rökgaskanalen efter pannan. Dessa prov analyserades och stoftmängden efter pannan beräknades baserat på den uppmätta stoftkoncentrationen. Nackdelen med detta förfarande, som är tekniskt bra, är att det krävs extern personal. I tabell 3 finns en översiktlig sammanställning av resultaten från de tre proven som genomförts. Samtliga tre prov har utvärderats med Excelmallen. De bränslen som provats var vid Gärstad balat avfall från 2006, vid Renova den för anläggningen normala blandningen 65% hushållsavfall och 35% verksamhetsavfall och vid Bäckelund färskt utsorterat brännbart hushållsavfall. Tabell 3 Resultat från de tre förbränningsproven Storhet Enhet Gärstad Renova Bäckelund Bränsleflöde t/h 11.72 18.40 4.61 Nyttig effekt MW 26.70 50.10 12.2 Beräknat Hi MJ/kg 8.87 11.06 11.32 Beräknad askhalt vikts-% 18.27 16.10 11.43 23

Bilaga A

Bilaga A

Bilaga A

Bilaga A

Bilaga A

Bilaga B INDATA Panna 3, prov med 2006 balat avfall Provtid 06:00 t:m Bränsle Tillfört under provet 70,312 ton Bränsleflöde 11,72 t/h Totaluft Flöde 40 188 m3n/h Använd beräknad totalluft (sätts till torrt rökgasflöde) Temperatur 99,7 C Totalluft (används i ber) 40 188 m3n/h Rökgasåterföring Flöde m3n/h Temperatur C Nyttig Effekt Medel under provet 26,7 MW Strålning och konvektionsförlust Nominell effekt panna 30 MW Förlust 0,34 MW Slagg/bottenaska Utvägt under provet 14,8 ton Flöde 2,47 t/h Fuktinnehåll 18,9 vikts-% TOC-halt 1 vits-% av TS SNCR 25-ig NH3 lösning 71,9 kg/h Vatten 393 kg/h Vatten 446,925 kg/h Kalk/kol Kalk tillsatt under provet 805,2 kg 134,2 kg/h Kol tilsatt under provet 33 kg 5,5 kg/h Filterstoft Utvägt under provet 1,8 ton Flöde 0,30 t/h Fuktinnehåll 0,8 vikts-% TOC-halt 1 vits-% av TS Rökgas Uppmätt flöde 55 704 m3n/h Använd beräknat rökgasflöde (från nyttig effekt) Temperatur 140 C Uppmätt O2-halt 4,3 vol-% i våt gas Uppmätt H2O-halt 16,5 vol-% Använd uppskattad fukthalt Flöde (används i ber) 55 704 m3n/h H2O-halt (används i ber) 16,5 vol-%

Bilaga B Resultat Provbeteckning: Datum: Starttid: Stopptid: Panna 3, prov med 2006 balat avfall 2007-11-14 09:00 15:00 Massflöden Bränsle Kal/kol Slagg/bottenaska Filterstoft 11,72 0,14 2,00 0,30 t/h t/h t/h TS t/h TS Energibalans Bortfört Tillfört Nyttigt 26,70 MW Med bränsle 28,86 MW Strålning och konvektion 0,34 MW Med Förbränningsluft 1,07 MW Med slagg/bottenaska 0,15 MW Med Rökgasåterföring MW Med H2O från SNCR 0,28 MW Summa tillfört 29,94 MW Med filterstoft -0,02 MW Med rökgas 2,48 MW Summa tillfört 29,94 MW Beräknat för bränslet Värmevärde Hi Askhalt 8,87 18,27 MJ/kg vikts-%

Rapporter från Avfall sveriges förbränningssatsning 2008 F 2008:01 F 2008:02 Högre elutbyte ur avfallation Bästa tillgängliga tekniker för avfallsförbränning. Översättning av kapitel 5 BREF Waste Incineration F 2008:03 Checklista för egenkontroll vid avfallsanläggningar baserat på FVE (SFS 1998:901) F 2008:04 F 2008:05 F 2008:06 F 2008:07 Miljökonsekvensanalys av Naturvårdsverkets förslag till kriterier för återvinning av avfall i anläggningsarbetenation Karakterisering av fasta inhomogena avfallsbränslen - inverkan av metoder för provtagning och provberedning Energy Report (Status 2006). Results of Specific Data for Energy, Efficiency Rates, Plant Efficiency Factors, NCV and Determination of the Main Energy results of 20 Investigated Swedish W-t-E Plants Metod för provförbränning av avfall

Avfall Sverige Utveckling F2008:07 ISSN 1103-4092 Avfall Sverige AB Adress Telefon Fax E-post Hemsida Prostgatan 2, 211 25 Malmö 040-35 66 00 040-35 66 26 info@avfallsverige.se www.avfallsverige.se