Utveckling av processdiagnostik för ökad prestanda vid termisk omvandling av biomassa

Inom den svenska kraftvärmesektorn används idag olika typer och kvaliteter på biomassa. Kvaliteten på ett bränsle återspeglar dess egenskaper, värmevärde och sammansättning.

Mellan olika biogena bränslen finns det stora variationer i kvalitet/sammansättning, även om de som grupp anses ha låg kvalitet jämfört med exempelvis kol. En av de viktigaste parametrarna är askan och dess sammansättning. Askkorrosion kan avsättas på ytor inuti pannan vilket minskar värmeöverföringen men kan också korrodera ytmaterialet. Denna typ av korrosion kallas ofta högtemperaturkorrosion (HTC). Sannolikheten för att en askpartikel avsätts beror på dess fysikaliska egenskaper, särskilt smältpunkten. En smält askpartikel blir klibbig vilket ökar sannolikheten för att partikeln avsätts på en yta efter impaktion.

En grupp särskilt problematiska ämnen relaterade till HTC är alkaliklorider (natrium- och kaliumklorider). Dessa ämnen har en relativt låg smältpunkt, vilket ökar risken för avsättning, och de är också mycket korrosiva.

Några av de högsta alkali- och klorhalterna i biomassa finns i restprodukter från odling. Även avfallsströmmar från både hushåll och industri är generellt sett också höga i alkali och klor. En vanligt förekommande strategi för att minska risken för avlagringar och HTC är att driva pannan med värmeytornas temperaturer under smältpunkten för de förväntade askkomponenterna. En sådan strategi kommer att minska behovet av rengöring och underhåll av enheten men kommer också att begränsa temperaturen på den producerade ångan. Att hålla ångtemperaturen låg kommer att minska potentialen för kraftproduktion. Detta gör dessa bränslen mer lämpliga för värmeproduktion än för kraftproduktion.

I detta projekt har vi studerat potentialen att öka verkningsgraden i samband med förbränning av biomassa i rosteldade kraftvärmeanläggningar. Specifikt har vi studerat förekomst av alkali, samt balans mellan svavel och klor vid förbränning av olika bränslemixar i en svensk medelstor kraftvärmeanläggning. Vi har jämfört metoder för att mäta total alkalihalt och kalium i gasfas, samt utvecklat en ny metod för att tidsupplöst kunna mäta en komplex sammansättning av olika alkalisalter i from av aerosoler med en metod som vi kallar SID/TMSI. Potentialen för förbättrad verkningsgrad har kvantifierats med hjälp av termodynamiska beräkningar där vi nyttjat processdata från samma industriella anläggning som vi gjort våra experiment.

Mer om projektet

Läs en artikel i VGBE Energy Journal här.