Akershus Energi. Askesmelting og slagging i forbrenningen. NOBIO - Gardermoen 11. mai 2015

Transkript

1 Akershus Energi Askesmelting og slagging i forbrenningen NOBIO - Gardermoen 11. mai 2015

2 Hva er slagg fra biobrensel? Slagg er askekomponenter som er sammenbundet ved sintring eller sammensmelting. Slagg kan opptre som grus, klumper og flak i forskjellig størrelse eller som beleggdannelse på rister, ovnsflater og konveksjonsdelen av kjelen.

3 Hva består asken i hovedsak av? Ved en fullstendig forbrenning av biobrensel består asken i hovedsak av følgende komponenter: Si - Silisium Ca - Kalsium Mg - Magnesium K - Kalium Alkaliske metaller Svært reaktive. Betydning for korrosjon, sintring og askesmelting Na - Natrium P - Fosfor I tillegg er blant annet mikronæringsstoffer og tungmetaller som bor, kobber, kvikksølv, bly, sink representert. [1,2]

4 Hvordan dannes slagg/ sintring 1. Forbrenningstemperaturen når nivå for sintring. 2. Askepartiklene blir klebrige Ø Fordamping og frigivelse av alkaliske metaller som danner klebrige overflater på askepartiklene. F.eks flyveaske. Kan feste seg på ovnsflater og konveksjonsdel. Ø Reaksjon mellom alkaliske metaller(f.eks kalium, natrium) og kvarts/silisium danner alkaliske metallsilikater med lavt smeltepunkt og skaper klebrige overflater på askepartiklene. 3. Askepartiklene agglomerer og danner partikler/klumper i varierende størrelse 4. Forbrenningstemperaturen nær eller over smeltepunktet til asken. Ø Asken blir først myk Ø Asken går over i væskefase og blir flytende. 5. Asken/ slagget kjøles ned Ø Smeltet aske går fra væskefase til fast fase. [2]

5 Faktorer som påvirker slagging 1. Askesammensettingen Forskjellige tresorter, tredeler, geografisk område for avvirkning, forurensing fra atmosfæren og i bakken, vekstforhold, lagring av brensel før og etter hugging gir variasjoner i askens innhold av mineraler, tungmetaller og næringsstoffer [1] Varierer med brenseltype Askens innhold av kalium, natrium og silika. Smeltepunkt - Silisium i kombinasjon med kalium kan gi smeltepunkt helt ned i grader[4] Håndtering og transport Sand og jord fester seg på brenselet og følger med i prosessen Askeandel Grot har høy askeandel - 2,26% Stameved lav 0,37% Heltre middels 0,94% Løv og bar har høyest askeinnhold og bør falle av under lagring.

6 Faktorer som påvirker slagging 2. Forurensinger på brenselet Sand og jord på brenselet Ikke salt brenselet for å unngå sammenfrysing J Fast dekke på lagringsplassen! Hold lagringsplassen ren! Høy temperatur i ovnen Overfyring Mangelfull røykgasstilbakeføring Store og raske lastvariasjoner gjennom døgnet. Feil distribusjon av primærluft. Dårlig utformet brennkammer

7 Driftsutfordringer som følge av slagg Fastkiling av rister/ristsone Tettasje av primærluftspalter i risteklossen Hull i ristebedd? Oppbrenning av rister? Klumpdannelse med påfølgende overdekking av ristebedd med store flak Endring av ovnens utforming Ødelagt murverk Dårlig konveksjon Slitasje på lager, motorer, koblinger og akslinger i askeutmating Fastkiling av asktransportører -Skruer og kjeder Driftsstans på fyringsenhet

8 Konsekvenser som følge av slagging Ustabil drift av fyringsenhet Større utslipp til miljø Kostbart vedlikehold og rengjøring. Større krav til oppfølging Driftsstans på enhet. Bruk av reservelast med dyrere energibærere. Dårligere økonomi

9 Slaggreduserende tiltak på anlegget Stabilisere lasten. Mindre raske endringer. Senke temperaturen i ovnen Redusere last. Røykgasstilbakeføring under rist[5] Blanding av forskjellig brenselstyper Jevn kvalitet på brenselet Unngå forurensinger på/ i brenselet(sand, salt o.l) Endre brenseltype til mer stammeved. Additiver Kaolin, kalk[6]

10 Case : Berger varmesentral Pelletsfyrt Hollensenovn 2 MW Store problemer med fastkiling av askeskrue. Hyppig uttrekk av skrue. Behov for kranbil. Ødelagt el motor. Kostbart. Ressurskrevende mhb mannskap. Stor variasjon i last gjennom døgnet Problemer med ustabil drift grunnet problemer med innmating av pellets. Justert lastregulator begrenset makslast Byttet føler for jevnere innmating av pellets

11 Case : Berger varmesentral Analyse av slaggsteiner fra Berger

12 Case : Årnes varmesentral 3MW hetvannskjel, bevegelig rist. Ble bygget for brenning av kornavrens og flis fra Årnes kornsilo - Hvete, Rug, Bygg, Erter Store problemer med smeltet slag som forhindret gjennomstrømming av primærluft Nødvendig å brekke opp «lavalag» på ristebedd daglig Ombygget askeutmatingsskrue for knusefunksjon Endring av brenselet til innblanding av stammeved medførte betydelige redusering av slaggdannelse. Ingen problemer i dag.

13 Bransjeerfaring med slagg Sammenfatning av enquête til fjernvarmeprodusenter Alle vanlige kjeleleverandører representert. 300kw til 35MW effekt Rivningsvirke, bark, cellulose, sagflis, heltre, grot, stammeved, pellets, briketter Alle opplever utfordringer med slagg. Varierer med sesong, brenselstype og forurensinger. Utfordring med slaggkaker på rist, mangelfull utbrenning av brensel, sintring på rist, askeutmating, slitasje, havari og driftsstans. Tiltak: Endret brenselsammensetting, justert temperatur, røykgasstilbakeføring under rist, hyppigere ristebevegleser, redusert fukt, økt primærluft, tilbakemelding og oppfølging vedrørende kvalitet med flisleverandør, Flere hadde endret enheten/ anlegget hvis de kunne specet «på nytt» Flere har planer om ombygging av anlegget som følge av slagging. Flere anser problemet som en stor økonomisk utfordring som følge av slitasje og driftsstans.

14 Bransjens tiltak Øke kunnskapen om slaggdannelse Kunnskapsdeling (Selskap selskap, skogsentreprenører, transportører, leverandører) Stille krav til brenselet og brenselsleverandører Stille krav til kjele/ anleggsprodusentene Bruke driftserfaring og spekke riktig ved bestilling av nye anlegg

15 Referanser og litteratur 1) Dibdiakova J, Jorn H, Rapport fra Skog og landskap, Innovativ utnyttelse av aske fra trevirke for økt verdiskaping og bærekraftig skogbruk, 2014 s.1, 2 2) Heen Skotland C, NTNU, Master of Science in Energy and Environment, Measurement of temperature conditions in grate zone of a 1MW wood-pellets boiler fired with high ash s.20, 21 3) Norhagen Eirik, Gjølsjø Simen, Rapport fra Skog og landskap, Flis og flisegenskaper En undersøkelse av brenselflis I det norske flismarkedet 2013 s.26 4) Gilbe Ram, Examensarbete D 20p för magisterexamen i energiteknik Tillämpad fysik och elektronik Umeå Tekniska Högskola, Beläggnings-/slaggbildning och emissioner vid förbränning av olika pelletskvalitéer i pelletsbrännare 5) Berge Niklas, Stålnacke Olof, Todorović Jelena, SKIKTELDNING OCH RÖKGAS- ÅTERFÖRING UNDER ROST, ) Lindström, Erica, Öhman Marcus, Boström Dan, Bomann Christoffer, Energiteknik och Termisk Processkemi Umeå Universitet, Effekt av additivinblandning i bark- och skogsbränslepelletskvalitéer för motverkande av slaggning i eldningsutrustning, 2006