1. No category

Reduktion av stoftutsläpp från närvärmepanna genom tillsats av kaolin som
bränsleadditiv
- Reduction of particle emissions from local heating facility by using
kaolin as a fuel additive
Erik Torshage
EN1527
Examensarbete för civilingenjörsexamen i energiteknik
Sammanfattning
Hörnefors är en tätort belägen strax söder om Umeå. Orten har ett fjärrvärmenät som ägs och drivs
av Umeå Energi AB där två pelletseldade pannor står för den huvudsakliga produktionen.
Det finns en risk att fjärrvärmeproduktionen i Hörnefors blir satt under hårdare utsläppskrav genom
ett nytt direktiv som eventuellt kommer att införlivas under 2015. Direktivet kommer troligen att
sätta ett gränsvärde för stoftutsläpp på 45 mg/Nm3 vid 6% O2 från och med år 2030 vilket är så lågt
att pannorna Hörnefors inte kommer klara av det. I detta arbete har därför metoden att minska
stoftutsläpp genom additivtillsats undersökts.
Det bestämdes att proveldningar skulle utföras med kaolin som tillsatsmedel. Kaolin är ett lermineral
som fångar upp kalium vilket är ett problematiskt ämne när det kommer till stoftutsläpp. Testerna
utfördes genom att blanda in kaolin i pelletsströmmen på väg in i pannan, stoftutsläpp och
storleksfördelning på stoftet mättes i utgående rökgaskanal innan skorstenen. Driftfallen vid testerna
delades in i hög och låg last samt 0.3 eller 1 vikt-% inblandning av kaolin. I tillägg till detta så gjordes
referenstester utan inblandning av kaolin också vid hög och låg last.
Resultatet av proveldningarna på låg last visar att en signifikant reduktion av stoftutsläpp erhölls
redan vid 0.3 vikt-% kaolin och att utsläppet minskade ytterligare vid 1 vikt-% kaolin. Detta gjorde att
pannan med god marginal skulle klara sig under den föreslagna gränsen med endast 0.3 vikt-% kaolin
inblandat.
Vid hög last gav proveldningarna inte ett signifikant resultat och det gick därmed inte att se någon
skillnad mellan proverna med och utan kaolininblandning. Pannan skulle därmed inte klara den
föreslagna gränsen på 45 mg/Nm3. Anledningen till detta är troligen för hög hastighet på gasflödet
genom bädden vilket orsakat medryckning av partiklar.
Slutsaten av arbetet är att stoftreduktion genom tillsats av kaolin fungerar bra vid låg last men ger
ingen skillnad vid hög last. Kaolintillsats skulle vara det absolut bästa alternativet för stoftreduktion
om det skulle fungera vid även vid hög last på grund av det relativt låga priset. Önskas en snabb
lösning rekommenderas spärrfilter eftersom det ger ett garanterat stoftutsläpp under gränsvärdet.
Beräkningarna på ekonomi för de olika reningsmetoderna utvärderades också med nuvärdesmetoden och en kalkylränta på 8%. Ekonomiberäkningarna visade att det billigaste alternativet är
kaolintillsats, därefter kommer spärrfilter och dyrast är elfilter.
Metoden med additivtillsats i den berörda anläggningen kan troligen förbättras avsevärt. Som ett
steg rekommenderas att undersöka möjligheterna att bygga om bränslematningen så att bränslet
inte sönderdelas innan det når pannan. Nya tester bör också genomföras med ändrad lufttillförsel
där mindre primärluft tidigt på rosten skulle vara önskvärt.
Abstract
Hörnefors is an urban center south of Umeå. The center has a district heating network which is
owned and operated by Umeå Energi AB. Two wood pellet fired boilers are the main suppliers of
heat in the network.
There is a great risk that the production of district heating in Hörnefors will be put under stricter
requirements due to new directions from the European Union. The new directions will probably set a
limit of particle emissions to maximum 45 mg/Nm3 at 6% O2 which is practically impossible to
guarantee from these boilers. The task of the work described in this report is therefore to investigate
the performance of fuel additives to reduce particle emissions.
It was decided that kaolin was the most interesting additive for the tests. Kaolin is a clay mineral used
for capturing potassium which is an important ability in reduction of particle emissions. The testing
was performed by adding kaolin into the conveyor screw, thus the kaolin was mixed with the pellet
on the way in to the boiler. Total dust emission and size distribution of the particles was measured in
the flue gas channel. Different operating conditions were tested, high or low load as well as 0.3 or 1
weight-% of kaolin addition. In addition to this, clean test without kaolin was performed at high and
low load.
At low load it was possible to distinguish a significant difference between the clean tests and the
ones with kaolin addition. Already at 0.3 weight-% the emission of particles was well under
45 mg/Nm3 and it got even lower at 1 weight-%.
At high load the tests showed no significant difference in particle emissions between the operating
conditions. The boiler will hence not reach the desired particle emissions. This is probably caused by
high gas velocity through the fuel bed leading to fuel particles being captured by the flue gas.
The conclusions that can be made are that reduction of particle emissions by using kaolin as a fuel
additive works well at low boiler load. The method does however not make any difference at high
boiler load. Addition of kaolin would be the best alternative if it could show better performance at
high load. Fabric filter would be recommended if a solution is desired immediately, because of its low
guaranteed emission levels. Economical calculations were performed for the different methods of
dust removal using net present value method with 8% discount rate. These calculations showed that
the most economic feasible method is addition of kaolin followed by fabric filters and electrostatic
precipitators.
The method of adding kaolin could very likely be improved to meet the new limits. A reconstruction
of the fuel transport system might be needed to make that possible. Also, redirecting the primary air
from the beginning of the grate might be an alternative.
Förord
Detta examensarbete omfattar 30 högskolepoäng och är examinerande för civilingenjörsprogrammet
i energiteknik vid tekniska högskolan på Umeå universitet. Arbetet har utförts på uppdrag av Umeå
Energi AB under perioden 2015-01-19 till 2015-06-07.
Till en början vill jag tacka min handledare på Umeå Energi, Henrik Melander, som varit till stort stöd
och hjälp under hela arbetets gång. Jag vill också tacka min handledare Christoffer Boman vid
institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik på Umeå universitet för kloka råd som definitivt
gjorde arbetet både lättare och bättre.
Jag vill också rikta ett stort tack till Anders Rebbling, doktorand vid institutionen för tillämpad fysik
och elektronik på Umeå Universitet. Tack för ovärderlig hjälp med utrustning och metod vid
provtagningarna och för den tid du avsatte för mitt examensarbete.
Ett tack ska också riktas till Åsa Benckert, Gunnar Larsson, Per-Olov Ljung, Anton Jakobsson och Erik
Westberg, alla vid Umeå Energi, som på ett eller annat sätt bidragit med hjälp, tid och svar på frågor.
Slutligen riktas också ett tack till Thiele Nordic som bidrog med kaolin till testerna.
Erik Torshage
Umeå, maj 2015
Innehållsförteckning
1
Introduktion..................................................................................................................................... 1
1.1
Syfte ......................................................................................................................................... 2
1.2
Mål ........................................................................................................................................... 2
1.3
Avgränsningar .......................................................................................................................... 2
2
Begrepp och termer ........................................................................................................................ 3
3
Teori................................................................................................................................................. 4
3.1
Stoft i rökgaser ........................................................................................................................ 4
3.2
MCP-direktivet......................................................................................................................... 4
3.3
Normalisering av emissionsvärden ......................................................................................... 5
3.3.1
3.4
Närvärme ................................................................................................................................. 7
3.5
Sekundära reningstekniker för stoft........................................................................................ 8
3.5.1
4
Tidigare arbete på området............................................................................................. 9
3.6
Additiv i bränslet ................................................................................................................... 12
3.7
Mätmetoder för partiklar och rökgaser ................................................................................ 13
3.8
Ekonomi ................................................................................................................................. 14
3.9
Yttranden om direktivet ........................................................................................................ 16
Genomförande .............................................................................................................................. 17
4.1
Bränsleanalyser ..................................................................................................................... 17
4.2
Försöksanläggning för fullskaleeldningar .............................................................................. 17
4.3
Val av additiv och inblandningsmetod .................................................................................. 17
4.3.1
4.4
Kaolinskruv .................................................................................................................... 18
Mätningar .............................................................................................................................. 19
4.4.1
Förberedelser ................................................................................................................ 19
4.4.2
Utförande ...................................................................................................................... 21
4.4.3
Impaktorprovtagning..................................................................................................... 22
4.4.4
Totalstoftprovtagning .................................................................................................... 22
4.4.5
Gasanalys ....................................................................................................................... 23
4.5
5
Normalisering torra rökgaser .......................................................................................... 6
Ekonomi ................................................................................................................................. 23
Resultat.......................................................................................................................................... 24
5.1
Fullskaleeldningar med kaolintillsats - mätningar vid låg last ............................................... 24
5.1
Fullskaleeldningar med kaolintillsats - mätningar vid hög last ............................................. 28
5.2
Ekonomiska beräkningar ....................................................................................................... 32
6
Diskussion ...................................................................................................................................... 33
6.1
Additivtillsats för stoftreduktion (mätningar) ....................................................................... 33
6.1.1
Mätningar vid låg last .................................................................................................... 33
6.1.2
Mätningar vid hög last ................................................................................................... 34
6.2
Åtgärder för optimering av kaolintillsats............................................................................... 35
6.3
Alternativa lösningar för stoftreduktion ............................................................................... 35
6.3.1
El- och spärrfilter ........................................................................................................... 35
6.3.2
Lågstoftpannor .............................................................................................................. 36
6.4
Ekonomiska aspekter............................................................................................................. 37
7
Slutsatser ....................................................................................................................................... 38
8
Förslag på framtida arbete ............................................................................................................ 39
Referenser ............................................................................................................................................. 40
Bilaga 1 – Bränsleanalys 2012 ............................................................................................................... 44
Bilaga 2 – Bränsleanalys 2015 ............................................................................................................... 45
Bilaga 3 – Offert LAKA 3 MW biopanna................................................................................................. 46
Bilaga 4 – Kassetfilter Envicompac förklaring ....................................................................................... 50
Bilaga 5 – Doserutrustning för kaolin .................................................................................................... 52
Bilaga 6 – Kalibrering av matarskruv ..................................................................................................... 54
Bilaga 7 – Mätrapport från panna, Hjo Energi, 2.5 MW ........................................................................ 56
Bilaga 8 – Offert Elfilter ......................................................................................................................... 59
1
Introduktion
Umeå Energi AB är ett kommunalägt energibolag med verksamhet inom ett flertal områden.
Koncernen är indelad i affärsområdena el, elhandel, sol vind & vatten, UmeNet och energilösningar.
Företaget har en målsättning att bli klimatneutrala till 2018 vilket innebär att all fjärrvärme och el ska
komma från sol-, vind-, vatten- och biokraft. Affärsområdet energilösningar levererar fjärrvärme och
fjärrkyla till Umeå och driver även biobränsleeldade närvärme- och industripannor i mindre
omkringliggande orter. En stor framtida utmaning för Umeå Energi ligger i att klara framtida krav på
effektivitet, miljökrav och lönsamhet i dessa mindre nät.
FN:s klimatpanel, IPCC, betonar i sin senaste rapport vikten av åtgärder för att nå målet med
maximalt 2°C uppvärmning jämfört med 1800-talets andra hälft. En av möjligheterna som lyfts fram
är biomassa som energikälla [1]. Den svenska miljöpolitiken får anses vara relativt ambitiös och
baseras på bedömningarna som FN:s klimatpanel gör. Den svenska klimat och energipolitiken har satt
upp följande mål till år 2020 [2]:




Minst 50% av den svenska energin ska vara förnybar
Utsläppen av växthusgaser i Sverige ska reduceras till 40% av 1990 års nivå
Energieffektiviteten ska ökas med 20%
För att uppnå detta kan Sverige utnyttja sin enormt stora potential i biomassa.
Sverige har också sedan 2009 sexton miljökvalitetsmål som beskriver det tillstånd som det svenska
miljöarbetet ska leda fram till. Biobränslen spelar här en stor roll i att uppfylla målen ”Begränsad
miljöpåverkan” och ”Frisk luft” [3].
Fjärrvärme/närvärme är en metod för uppvärmning som sedan 80-talet vuxit stort i Sverige.
Metoden att med en central större anläggning producera värme, och i många fall även el, ger
flertalet positiva effekter på den lokala miljön då det både är lagstadgat och mer ekonomiskt att rena
rökgaser från en stor anläggning. I Sverige har utvecklingen även gått från att en stor del av
fjärrvärmen producerades med fossil energi till nyttjande av biobränslen. [4]
För att säkerställa en god levnadsmiljö har Europeiska Unionens medlemsländer enats om ett
allmänt miljöhandlingsprogram. Programet kallas ”Att leva gott inom planetens gränser” och har stor
betydelse för de utsläpp till luft och vatten som tillåts från verksamheter i unionen. Mot denna
bakgrund föreslog EU-kommissionen den 18 december 2013 ett nytt direktiv (MCP-direktivet)
angående emissioner till omgivningsluften från medelstora förbränningsanläggningar, dvs.
anläggningar med tillförd effekt mellan 1 och 50 MW. [5]
I det nya EU-direktivet föreslås bland annat att befintliga anläggningar med tillförd effekt mellan 1
och 5 MW ska innefattas av en maxgräns för utsläppt stoft på 45 mg per normalkubikmeter rökgas
vid 6 % O2 [5]. För Umeå Energis vidkommande berörs i dagsläget tre så kallade närvärmepannor av
detta, två i Hörnefors och en i Bjurholm. Dessa anläggningar använder idag träpellets som bränsle
och producerar värme till omkringliggande samhälle. Rökgasen från pannorna renas idag med
multicyklon som endast klarar av att avskilja de grövre partiklarna vilket innebär att de inte kommer
klara det nya direktivets gränsvärden [6].
1
Andra lösningar för rökgasrening finns men främst för anläggningar med högre effekt, det innebär att
många rökgasreningsutrustningar inte är ekonomiskt försvarbara för dessa mindre anläggningar. En
utmaning finns alltså i att hitta en helhetslösning som behåller anläggningens lönsamhet.
Genom att designa ett bränsle på ett visst vis kan olika förbränningsmässiga fördelar uppnås. En stor
andel av partiklarna som avgår vid förbränning är under 1 µm i diameter. Det har visats att det är
möjligt att reducera mängden fina partiklar genom att samelda bränslet med andra innehållsmässigt
olika bränslen eller additiv. Detta genom att transformationen till aska förändras så att problematiska
ämnen som annars skulle bildat stoft i rökgaserna istället binds i askan. [7]
1.1 Syfte
Syftet med examensarbetet var att utreda och experimentellt studera möjligheterna att reducera
stoftutsläppen från en av Umeå Energis närvärmeanläggningar (1.5 MW) med fokus på användningen
av bränsleadditiv. Arbetet innefattar även en kartläggning och jämförande analys av tekniska och
ekonomiska aspekter av alternativa och mer traditionella stoftreningsmetoder.
1.2 Mål
Frågeställningarna som besvaras av arbetet är:




Finns det något additiv att blanda i bränslet som kan fungera i Umeå Energis anläggningar
och som leder till minskat utsläpp av stoft?
Hur fungerar detta additiv i praktiken i en befintlig närvärmepanna?
Vad kan implementering av additivmetoden ge för ytterligare påverkan på vilket arbete som
behövs i anläggningarna?
Kan implementering av konceptet med bränsleadditiv rekommenderas för Umeå Energi, eller
är det någon annan reningsmetod som är mer fördelaktig ur ett tekno-ekonomiskt
perspektiv?
1.3 Avgränsningar
Det kommer bara vara möjligt att genomföra förbränningstester i fullskala med endast ett additiv,
vilket inledningsvis kommer bestämmas efter en noggrann litteraturstudie. Endast en metod för att
tillsätta additivet kommer också kunna testas. Utrustningen för att tillsätta additivet behöver därför
inte vara en slutgiltig lösning men ska vara av sådan natur att konceptet kan anses testas under
relevanta förhållanden för en eventuell senare implementering
Tester av additivinblandning kommer vidare begränsas till att utföras endast på en panna, i detta fall
en närvärmepanna på 1.5 MW panna i Hörnefors. Detta beror på ovan nämnda tidsåtgång för
mätningar samt att den valda pannan bedöms vara passande utformad för försöken. De resultat och
slutsatser som presenteras i rapporten kan därmed inte helt överföras på andra pannor och
framförallt inte sådana av andra modeller. Resultatet kan dock ge en god indikation om huruvida
konceptet kan fungera även för andra (liknande) närvärmepannor, men för att få en fullständig bild
är det antagligen nödvändigt att validera resultaten även i andra anläggningar som kan vara aktuella
för implementering av additivkonceptet.
2
2
Begrepp och termer
Kraftvärme – Teknik för att producera kraft (elektricitet) och värme (ofta vattenburen) [8].
Medelstora förbränningsanläggningar – Enligt Europeiska Kommissionens definition anläggningar
med tillförd effekt mellan 1 och 50 MW.
MCP-direktivet – Direktiv som ska styra utsläppen från medelstora förbränningsanläggningar, MCP är
en förkortning för ”Medium Combustion Plant”.
Fjärr/närvärme – Mindre fjärvärmenät kallas ofta för närvärme, de bygger dock på samma princip
som ett större fjärrvärmenät.
Stamved – Den barkfria delen av trädstammen, karaktäristiskt för denna är lågt askinnehåll och goda
förbränningsegenskaper.
GROT – Förkortning för ”GRenar Och Toppar”, billigare biobränsle men med sämre
förbränningsegenskaper än ren stamved. Exempelvis finns risk för kontamination av sand samt ett
större innehåll av förbränningstekniskt problematiska ämnen.
Additiv – I detta arbete en benämning på tillsatser som på något vis blandas med bränslet i syfte att
uppnå förändring i förbränningen.
Asktransformationer – Kemiska reaktioner som askan genomgår under förbränningen, vilka
föreningar som bildas har stor betydelse för hur väl bränslet fungerar.
Lågstoftpannor – Pannor byggda för att ge en förbränning med mycket låga stoftemissioner.
Submikrona partiklar – Partiklar med en aerodynamisk diameter under 1 µm.
3
3
Teori
Det har länge varit känt att rökgaser från eldning av biobränslen har en påvisbar effekt på människors
hälsa. Det har visats att människor i områden med höga partikelkoncentrationer mer frekvent får
problem med hjärta och luftvägar [9]. Biobränsleförbränning är en stor källa till utsläpp av partiklar,
ofta från mindre, äldre och enklare eldsstäder där ingen avancerad utrustning för rökgasrening finns
[10] [11]. Vid en jämförelse mellan en pelletseldad och en oljeeldad anläggning med samma
installerade effekt står det klart att den pelletseldade anläggningens partikelutsläpp vida överstiger
den oljeeldades [12]. Reduktion av partikelutsläpp är alltså viktigt för att ge biobränslen ännu bättre
miljöprestanda vid sidan av att de gör anläggningen fossiloberoende.
I många artiklar konstateras att tillgången på ren stamved kan bli allt svårare att säkerställa i
framtiden. Lösningen blir då att värmeproduktion i stor utsträckning kommer elda mindre attraktiv
biomassa som bark, returflis eller GROT. Problem som då kan förekomma är att bränslen som
innehåller icke-stamved har ett större askinnehåll och större variation i ask- och aerosolbildande
element [13]. Detta resulterar då i större utsläpp men kan även, beroende på bränslet, resultera i
slaggning med driftsproblem som följd.
3.1 Stoft i rökgaser
Det element som främst är källan till askrelaterade problem och stoftutsläpp är kalium. I askan kan
kalium bilda smältor tillsammans med t ex kisel vilket ger slaggning i rostpannor och
bäddagglomerering i fluidbäddspannor [14], [15]. För stoftutsläpp har det visats att kalium är den
viktigaste komponenten för bildandet av oorganiska askpartiklar som avgår i rökgaserna, framförallt i
det submikrona intervallet, dvs. partiklar med diameter under 1 µm [16], [17], [18]. Kalium bildar
bland annat KCl och KOH i gasfas som sedan kan kondensera eller reagera vidare med SO2/SO3 i
rökgaserna till t ex K2SO4, och bilda partiklar.
Studier har vidare visat att stora utsläpp av partiklar kommer från medelstora anläggningar utan
rökgasrening eller anläggningar med endast cyklon som avskiljningsmetod [19], detta till stor del på
grund av att cykloner inte klarar att avskilja submikrona partiklar. Studier visar även att pannans last
inverkar på storleksdistributionen av partiklar. Låg last tycks öka den relativa andelen submikrona
partiklar medan de grövre partiklarna mellan 1 och 10 µm ökar vid högre laster [20]. Vad som dock
står klart är att de submikrona partiklarna, även kallade PM1, vid båda lasterna är dominerande i
partikelmängden under 10 µm. Detta tyder på att de grövre partiklarna i större utsträckning och på
ett mer uppenbart vis kan påverkas av driften och utformningen av anläggningen medan de
submikrona partiklarna i stor utsträckning beror på bränslets kemiska sammansättning [20]. Dock
inverkar driften även på bildandet av submikrona askpartiklar genom att de specifika förhållandena, t
ex temperatur och atmosfär, förändras för olika driftlägen [21].
3.2 MCP-direktivet
Det förslag på nytt direktiv som ligger bakom syftet med detta examensarbete gavs ut av Europeiska
Kommissionen 18/12 – 13 [5]. Direktivet skulle, om det antas, innebära ett steg för att uppnå en
bättre luftkvalitet i medlemsländerna genom att sätta upp gränsvärden för utsläpp av SO2, NOx och
partiklar.
Direktivet har utformats efter samråd med näringslivsföreträdare, enskilda experter, företrädare för
statlig förvaltning och icke-statliga organisationer. För att inte orsaka betydande konsekvenser för
4
mindre aktörer har direktivet anpassats genom att mindre anläggningar får en längre anpassningstid
och ingen tillståndsansökan kommer krävas. Det planeras även att införas förenklade övervakningsoch rapporteringskrav för de mindre anläggningarna.
De gränsvärden som föreslås gälla för befintliga medelstora förbränningsanläggningar är
normaliserade mot sex procent syre i rökgaserna för anläggningar som eldas med fasta bränslen. För
anläggningar som eldas med flytande eller gasformiga bränslen normaliseras allt mot tre procent
syrgas i rökgaserna. Alla gränsvärden för befintliga anläggningar presenteras i Tabell 1.
3
Tabell 1. Gränsvärden för utsläpp i mg/Nm normaliserade mot 6% O2 för fastbränsleanläggningar och 3% O2 för
anläggningar eldade med flytande eller gasformiga bränslen [22]. Alla värden gäller befintliga medelstora
förbränningsanläggningar.
Förorenande
ämne
Fast
biomassa
Övriga
Andra flytande
fasta
bränslen än tung
bränslen eldningsolja
Tung
eldningsolja
Naturgas
SO2
NOx
Partiklar
200
650
301
400
650
30
350
650
30
200
-
170
200
30
Andra
gasformiga
bränslen än
naturgas
35
250
-
För nyuppförda medelstora förbränningsanläggningar föreslås något hårdare krav, dessa presenteras
i Tabell 2. Samma normaliseringar som i Tabell 1 gäller.
3
Tabell 2. Gränsvärden för utsläpp i mg/Nm normaliserade mot 6% O2 för fastbränsleanläggningar och 3% O2 för
anläggningar eldade med flytande eller gasformiga bränslen [22]. Alla värden gäller nya medelstora
förbränningsanläggningar.
Förorenande
ämne
Fast
biomassa
Övriga
Andra flytande
fasta
bränslen än tung
bränslen eldningsolja
Tung
eldningsolja
Naturgas
SO2
NOx
Partiklar
200
300
202
400
300
20
350
300
20
100
-
170
200
20
Andra
gasformiga
bränslen än
naturgas
35
200
-
Gränsvärdena som föreslås i Tabell 1 och Tabell 2 är alltså inte antagna ännu. Enligt förslaget så bör
gränsvärdena från befintliga anläggningar gälla från och med 1 januari 2025 för pannor över 5 MW
och från och med den 1 januari 2030 för pannor under 5 MW. Till nya anläggningar räknas de som
uppförs senare än ett år efter direktivets införlivande, dessa ska därmed klara gränsvärdena
omedelbart efter uppförandet.
3.3 Normalisering av emissionsvärden
Vid mätning av stofthalt i rökgaser måste hänsyn tas till rökgasernas sammansättning.
Stoftemissioner mäts nästan alltid i volymkoncentration dvs. per normalkubikmeter och det är
därmed lätt att påverka mätningen genom att exempelvis späda rökgaserna med mer luft. För att
1
2
45 mg/Nm3 för anläggningar med en tillförd effekt på 5 MW eller mindre
25 mg/Nm3 för anläggningar med en tillförd effekt på 5 MW eller mindre
5
komma till rätta med detta relateras alltid mätvärden med ett visst luftöverskott givet i O2-halt eller
CO2-halt. Detta innebär att det inte längre går att manipulera rökgaserna med luft eftersom
mätvärdet alltid måste normaliseras mot samma luftöverskott [23]. Förutom O2-halt eller CO2-halt så
brukar även stoftutsläppet gälla för torr gas vid tillståndet 1 bar och 0°C.
3.3.1 Normalisering torra rökgaser
För att härleda ekvationen för normalisering nyttjas först ett samband för torra rökgaser, detta
beskrivs i ekvation ( 1 ) [23].
𝑔𝑡 = 𝑔0𝑡 + (𝑚 − 1)𝑙0𝑡
(1)
Där gt är mängden torra rökgaser i, got är den teoretiska mängden stökiometriska rökgaser och lot är
den teoretiska mängden luft vid stökiometrisk förbränning. Luftfaktorn m i ekvation ( 1 ) kan
bestämmas med hjälp av exempelvis halten syrgas i rökgaserna, syre som kommer ut i rökgaserna
kommer till stor del av ett luftöverskott. Om m är 1 så sker förbränningen stökiometriskt och den
högra termen kommer helt försvinna. Luftfaktorn kan beräknas enligt ekvation ( 2 ), vid torra
rökgaser är det möjligt att göra förenklingen att got och lot är lika [23].
𝑚=1+
[𝑂2 ]𝑡
𝑔𝑜𝑡
0.21
∙
≈
𝑙𝑜𝑡 0.21 − [𝑂2 ]𝑡 0.21 − [𝑂2 ]𝑡
(2)
Där [O2]t är halten syre i rökgaserna, ekvationen används därmed för att skapa ett förhållande mellan
luftens syreinnehåll som här antas vara 21% och luftens syreinnehåll minus rökgasernas. Om en
gränsvärdesbetraktelse görs så är det lätt att se att luftfaktorn går mot 1 när halten syre i rökgaserna
går mot 0 dvs. stökiometrisk förbränning. När syrehalten i rökgaserna går mot 21% går luftfaktorn
mot oändligheten dvs. det behövs oändligt mycket luft för att ingen förändring i syrehalt över
förbränningen ska kunna uppstå.
För att förenkla uttrycket så antas alltså got och lot vara ungefärligen lika eftersom det är torra
rökgaser som åsyftas. Detta gör att ekvation ( 1 ) och ( 2 ) därmed kan sättas ihop och skrivas om
enligt ekvation ( 3 ).
𝑔𝑡 = 𝑔𝑜𝑡 + (𝑚 − 1)𝑙𝑜𝑡 = 𝑔𝑜𝑡 + (
0.21
− 1) 𝑔𝑜𝑡 = 𝑔𝑜𝑡 𝑚
0.21 − [𝑂2 ]𝑡
(3)
Omräkningen i stoftemission mellan två syrehalter blir därmed en kvot mellan två luftfaktorer
eftersom got är lika i båda fallen. Detta innebär att förhållandet mellan två halter syre, f, blir en kvot
mellan två värden för luftfaktorn enligt ekvation ( 4 ) [23].
0.21
(
)
0.21 − [𝑂2 ]𝑡 𝑚ä𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔
𝑚𝑚ä𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔
𝑓=
=
0.21
𝑚𝑣𝑖𝑙𝑙𝑘𝑜𝑟
(
)
0.21 − [𝑂2 ]𝑡 𝑣𝑖𝑙𝑙𝑘𝑜𝑟
(4)
Där mmätning är luftfaktorn i rökgaserna vid mätning och mvillkor luktfaktorn i rökgaserna som
mätningarna ska normaliseras mot. För parenteserna anger index ”mätning” att variablerna i
6
parentesen ska vara de som gäller vid mättillfället medan index ”villkor” anger att variablerna ska
vara de som gäller vid det normaliserade tillståndet. För mätningar på verklig rökgas kan också
ekvation ( 4 ) användas om även den faktiska syrehalten mäts. I sådana fall tas index t bort från
syrehalterna.
Det finns olika konventioner för hur stofthalter ska normaliseras. Tidigare användes oftast
normalisering mot 13% CO2-halt, detta har dock i allt större utsträckning ersatts med normalisering
mot 6% O2-halt. Omvandlingen mellan dessa är ett helt linjärt samband som utgår från antagandet
att förbränningsluften innehåller 21% syre. Teorestisk sett skulle sedan en stökiometrisk lufttillförsel
ge en CO2-halt på 21% eftersom molförhållandet i syre mellan O2 och CO2 är 1:1. I realiteten så åtgår
dock lite syre för att bilda föreningar med svavel och kväve. Omvandlingen kan därmed ske enligt
Figur 1. [24]
Figur 1. Graf för omvandling mellan normalisering mot syre- eller koldioxidhalt. [24]
3.4 Närvärme
Det finns ingen klar definition på vad som räknas som närvärme. I vissa fall kan ett närvärmenät
bestå av fyra villor som värms från en gemensam flispanna medan det i andra fall kan vara en mindre
orts fjärrvärmenät som åsyftas. Vad som är klart är att ett närvärmenät skiljer sig mycket från ett
större fjärrvärmenät vad gäller ekonomi. I ett större nät kan det vara mer motiverat att göra större
investeringar eftersom det stora kundunderlaget gör att investeringen relativt snabbt intjänas.
Närvärme däremot är betydligt känsligare för stora kostnader eftersom intäkterna är så mycket lägre.
Dessutom är många av teknikerna som används i fjärrvärmeproduktion, exempelvis avfallseldning
och avancerade rökgasreningsmetoder, inte tillgängliga till mindre anläggningar som används i
närvärmenät. Detta beror till stor del på att storskalighet är lönsamt så den specifika kostnaden,
kr/MW, är lägre för större system.
Fjärrvärmeproduktionen i Hörnefors sker framförallt med biobränslen. I anläggningen ingår en 3 MW
pelletspanna av fabrikat Weiss och en 1.5 MW pelletspanna av märke Eryl som levererats av TPS7
Energi. Som spetslast nyttjas två oljepannor på 2.5 MW och 1.5 MW vardera. I tillägg till detta finns
även en ackumulatortank för ge en jämnare drift på pannorna.
3.5 Sekundära reningstekniker för stoft
Många förbränningsanläggningar med installerad effekt under 10 MW använder multicyklon som
rökgasreningsmetod. Multicyklonen fungerar så att rökgaserna delas upp i ett flertal mindre cykloner
där rökgaserna leds i en cirkulär rörelse. Stoftet i rökgaserna som är tyngre än själva gasen slungas
därmed mot cyklonernas väggar där gasen i princip står helt stilla. Partiklarna kan då falla längs
cyklonens väggar och samlas upp i botten av cyklonen, Figur 2 beskriver processen.
Figur 2. Skiss av en multicyklon, rökgaserna från pannan (röd pil) leds nedåt i en cirkulär rörelse varvid stoftet (svart pil)
avskiljs, rökgaserna fortsätter därefter sin cirkulära bana uppåt (blå pil) och renas ytterligare innan de lämnar cyklonen.
[25]
Cyklontekniken bygger på att partiklarna måste ha en viss rörelsemängd för att avskiljas och det blir
därmed svårt att avskilja små partiklar på grund av deras ringa massa. Avskiljningsförmågan
försämras kraftigt vid partikelstorlekar under 5 µm och under 1 µm skiljs i princip inga partiklar av
[26]. Vid förbränning av biomassa ligger stoftutsläppet från en anläggning renad med multicyklon
typiskt på 100-250 mg/Nm3 [26]. För att nå lägre nivåer krävs kombination med annan reningsmetod
som lämpar sig bättre för rening av mindre partiklar.
Elfilter eller elektrostatiskt filter är en metod att avskilja stoft genom att partiklarna laddas för att
sedan avskiljas genom elektrostatisk attraktion. Ett elfilter för rökgasrening är uppbyggt med
högspänningstrådar kallade ejektorelektroder och jordade plattor kallade kollektorelektroder. För att
ladda partiklarna konstrueras filtret så att koronaurladdningar uppstår kring högspänningstrådarna.
Koronaurladdningar är en urladdning som uppstår vid relativt höga spänningar mellan två elektroder
med olika polaritet, dock inte så höga att en ljusbåge uppstår. Koronaurladdningarna joniserar
molekyler kring högspänningstrådarna, dessa joner förflyttas sedan i det elektriska fältet mot
kollektorelektroderna. Jonerna kolliderar då mot partiklar i rökgaserna som i sin tur laddas, de
laddade partiklarna kommer då också att förflyttas i det elektriska fältet och fastnar sedan på
kollektorelektroderna. [27]
En schematisk bild av elfiltrets funktion visas i Figur 3.
8
Figur 3. Principschema av ett elfilter, partiklarna i rökgasen joniseras av de blå ejektorelektroderna och kan därmed
sedan fångas upp av de rödfärgade kollektorelektroderna. [28]
Avskiljningen i filtret beror på filtrets storlek, den elektriska fältstyrkan och partiklarnas resistivitet.
Plattorna som fångar partiklarna renas mekaniskt genom skakning eller elektriska pulser, det finns
även så kallade våta elfilter där plattorna spolas med vatten. Med ett vått elfilter tillkommer då även
utrustning för vattenrening. Elfilter kan ge mycket god avskiljningsgrad och utsläppsnivån ligger i
allmänhet i intervallet 0.1-20 mg/Nm3 vid 6% O2 [26].
Spärrfilter består ofta av cylindriska filter i textil uppträdda på en metallställning och kallas därmed
ofta för slangfilter. Rökgaserna filtreras genom slangarna som då skiljer av stoftet och rökgaserna kan
renade fortsätta upp i skorstenen. Spärrfilter kräver system för avskiljning av filterkakan som bildas
på filterytan, exempelvis genom att mekaniskt skaka filtren eller genom tryckluftsimpuls. Det finns
också system där filterkakan tas bort genom att blåsa luft eller rökgaser bakvägen genom filtret.
Avskiljningsgraden för stoft är ofta god och utsläppen av stoft hamnar normalt sett i
storleksordningen 1-10 mg/Nm3 vid 6% O2 [26]. Spärrfilter innebär en merkostnad då filtren måste
bytas med jämna mellanrum, de kräver också att temperaturen på rökgaserna inte är allt för hög,
filtret tål i allmänhet temperaturer på cirka 250°C [6]. Det är också viktigt att glödande partiklar inte
kommer i kontakt med filtret, denna avskiljning sker enklast med en multicyklon uppströms filtret.
3.5.1 Tidigare arbete på området
Det finns ett flertal tekniska rapporter som sammanfattar läget för rökgasrening från medelstora
biobränsleeldade anläggningar. Redan 2002 gjordes en Värmeforskrapport som sammanställde
teknikläget och utvecklingspotentialen för stoftrening i biobränsleanläggningar mindre än 10 MW. I
9
rapporten konstateras att multicykloner inte kan avskilja submikrona partiklar och har svårt att ge en
stofthalt på under 100 mg/Nm3 vid 13% CO2. Dock har multicykloner en fördel i lågt pris och
driftsäkerhet jämfört med annan teknik. Bäst avskiljning ger slangfilter men dessa kräver system för
rensning och tål inte allt för höga temperaturer, 200°C till 290°C beroende på fabrikat. [6]
Den färskaste rapporten på området är en Värmeforskrapport utkommen 2014 som sammanfattar
koncept för att minska utsläpp av fint stoft och kväveoxider. I rapporten föreslås kaolin som det mest
intressanta alternativet för additivinblandning eftersom det är väl testat och fungerar på många olika
biobränslen. Stegad förbränning för emissionsminskning kan vara dyrt eftersom det ofta kräver en ny
panna, exempel på lågstoftpannor finns idag från tillverkarna Müller AG Holzfeuerungen i Schweiz
samt den finska tillverkaren LAKA. Lågstoftpannor, eller ombyggandstekniker för befintliga pannor, är
dock något som kan komma att bli allt vanligare i framtiden. Slutsatsen angående stoftutsläpp i
rapporten är att beroende på hur stor emissionsminskning som eftersträvas, så rekommenderas (i
turordning) [29]:
1.
2.
3.
4.
Optimering av processtyrning
Proveldningar med tillsats av kaolin (eller billigare lermineral)
Proveldningar av bränsle med lägre askinnehåll
Ombyggnad till lågstoftpanna, investering i ny lågstoftpanna, eller förbättra stoftrening, t.ex.
med elfilter eller slangfilter
En rökgasskrubber använder en vätska för att tvätta rökgaserna, detta gör att stoft och även vissa
gasformiga föroreningar kan avskiljas. Skrubbrar utrustas ofta med en värmeväxlare och fungerar
därmed som en rökgaskondensor där både värmeutbyte och rening kan erhållas. Stoftet i rökgaserna
fångas i vattendropparna genom tröghetskrafter och diffusion. En kombination med
rökgaskondensor och multicyklon kan nå stoftnivåer på 30-100 mg/Nm3 vid 6% O2. Ett problem för
skrubbrar med god avskiljning av stoft är att de ofta ger ett relativt stort tryckfall vilket ställer högre
krav på rökgasfläktar [26]. Avskiljning av stoft genom rökgaskondensering tas upp i en rapport från
2010, i rapporten konstateras att multicyklon inte är tillämplig för submikrona partiklar och
stofthalter under 100 mg/Nm3 vid 13% CO2. En rökgaskondensor kan fungera som en våtavskiljare av
partiklar, det får dock till följd att utökad vattenrening kommer krävas. Enligt företag som verkar i
branschen är det tveksamt om rökgaskondensering någonsin kommer bli lönsamt för anläggningar
under 10 MW [26].
Sammanställningar av utbudet för el- och slangfilter visar att det är svårt att hitta ekonomiska
alternativ för anläggningar med lägre installerad effekt. Information om detta finns i en rapport av
Leif Lindau utgiven av värmeforsk där information från tillverkare har sammanställts [30]. Kostnaden
för installation av elfilter stiger dramatiskt för installerade effekter under 5 MW, se Figur 4. Även
kostnaden för slangfilter är relativt höga för låga panneffekter dock betydligt billigare än elfilter.
Specifika kostnaden för installation av slangfilter finns också den i Figur 4.
10
Figur 4. Specifik kostnad för installation av slangfilter eller elfilter. [30]
Valet av rökgasreningsutrustning beror även på de löpande kostnaderna för reningsteknikerna. Ett
elfilter har största löpande kostnad i förbrukad el, medan slangfilters löpande kostnad beror på hur
ofta filtren måste bytas. En jämförelse har gjorts av Leif Lindau i en rapport från värmeforsk [30], i
rapporten jämförs totalkostnaden för att installera olika reningstekniker De antaganden som görs i
rapporten är att elfilter har en elkostnad på 350 SEK/MWh och en drifttid på 4000 ekvivalenta
fullasttimmar per år. Slangfilter har olika livslängd på filtren en betydande del i den totala kostnaden
därför redovisas livslängden 1, 2 och 4 år i Figur 5. Kostnaden för nya filter antas vara 270 SEK/m2 och
arbetskostnaden 50-90 SEK/m2, ökande för mindre anläggningar. Kostnaderna är evaluerade med
nuvärdesmetoden för 15 års evalueringstid och 4% realränta.
Figur 5. Totalkostnad per MWh producerad energi som funktion av pannstorlek för olika reningstekniker. [30]
11
Det finns ett antal nya rapporter som behandlar småskaliga elfilter. Det finns elfilter för montering i
skorstenen som har visat god avskiljningsförmåga i försök. Ett sådant som finns på marknaden är
”Zumikron” från det tyska företaget [31], dock finns detta filter upp till effekter på max 40 kW. Det
norska företaget Applied Plasma Physics AS som numer är uppköpta av företaget Schenck Process
GmbH har utvecklat ett elfilter som ska kunna fungera upp till ett par MW. Detta filter har även det
visat sig bra i tester [32], dock är det inte kommersialiserat ännu och ingen information finns om det
någonsin kommer bli det.
3.6 Additiv i bränslet
Ett sätt att reducera stoftavgången redan i bränslebädden är att tillsätta additiv till förbränningen.
Syftet med detta är att få en förändring i sammansättningen av bränslets aska mot att innehålla mer
föreningar med höga smälttemperaturer. Detta sker genom att framförallt kalium som annars skulle
bilda submikrona partiklar binds upp i föreningar med hög smälttemperatur. Inblandning av additiv
är testat på forskningsskala med goda resultat men det saknas data på implementeringar i fullskala.
[29]
Tester har bland annat gjorts med mineraladditiven Dolomit, Kalcit och Kaolin. Av dessa har kaolin
visat sig vara det effektivaste alternativet eftersom det ger möjlighet till att både minska
stoftemissioner och slaggningstendenser [33], [34]. Kaolin består huvudsakligen av lermineralet
kaolinit, Al2Si2O5(OH)4. Vid uppvärmning av kaolinit avgår vatten och metakaolinit, Al2O3·2SiO2, bildas
[35]. Denna har egenskaper som gör att den lätt kan binda till sig kalium. Den föreslagna
reaktionsformeln för metakaolinitens kaliumbindande reaktioner har redovisats av t ex Tran et al.,
enligt [35]:
𝐴𝑙2 𝑂3 ∙ 2𝑆𝑖𝑂2 + 2𝐾𝐶𝑙(𝑔) + 𝐻2 𝑂(𝑔) → 2𝐾𝐴𝑙𝑆𝑖𝑂4 + 2𝐻𝐶𝑙(𝑔)
(5)
𝐴𝑙2 𝑂3 ∙ 2𝑆𝑖𝑂2 + 𝐾2 𝑆𝑂4 → 2𝐾𝐴𝑙𝑆𝑖𝑂4 + 𝑆𝑂3 (𝑔)
(6)
𝐴𝑙2 𝑂3 ∙ 2𝑆𝑖𝑂2 + 2𝐾𝑂𝐻(𝑔) → 2𝐾𝐴𝑙𝑆𝑖𝑂4 + 𝐻2 𝑂(𝑔)
(7)
Ekvation ( 5 ) visar hur kaolin och vattenånga kan binda kaliumet i kaliumklorid. Ekvation ( 6 ) och ( 7 )
visar hur kaolin binder kaliumet i kaliumsulfat respektive kaliumhydroxid.
Bränsleadditivs effekt på slaggning vid förbränning av biomassa har studerats i en rapport från
forskare vid TEC-lab på Umeå Universitet. I rapporten beskrivs fältförsök på en 20 kW och en 4 MW
panna där kalciumkarbonat och kaolin användes som additiv. Försöken innefattade även metoden
för tillsats och det testades att, mellan förråd och brännare, dysa in additiven uppblandade med
vatten. Indysning bedömdes vara mogen för implementering, dock skulle bästa effekt uppnås om
additivet tillförs råvaran i pelleteringen. I försöken visades att kaolin gav en signifikant reduktion av
stoft, främst i det submikrona intervallet. Kaolin reducerade även slaggningen för alla bränslen som
12
tidigare var problematiska i det avseendet, inklusive bränslen som avsiktligt kontaminerats med
sand. I rapporten anges en kostnad för additivtillsats på <0,6 öre/kWh pellets. [36]
Kaolin har visat sig fungera bäst i reducerande miljöer dvs. med ett visst luftunderskott. Det bästa vid
eldning med kaolin i rostpanna vore därmed alltså att styra primärluften så att reducerande
förhållanden erhålls på rostret [37]. Detta innebär alltså att bränslet förgasas och måste därmed
kompletteras med ett steg där utbränning av gaserna säkerställs med hjälp av sekundär- eller
tertiärluft. Att minska på primärluften i en rosterpanna ger även fördelar i lägre rostertemperatur,
och därmed slaggning, samt lägre risk för medryckning av askpartiklar [38].
3.7 Mätmetoder för partiklar och rökgaser
För att mäta storleksfördelning på partiklar i rökgas kan en impaktor användas. En impaktor
separerar partiklar med olika aerodynamisk diameter i ett antal steg, Figur 6 visar detta för en 3stegs impaktor. Avsättningen av partiklar på substratet beror av hastigheten U som styrs av
munstyckets diameter Dj. Med ett stegvis minskande Dj erhålls därmed en storleksfördelning med de
största partiklarna på det översta substratet och de minsta på det nedersta.
Figur 6. Beskrivning av funktionen hos en 3-stegs impaktor.
Med andra ord så är det möjligt att få ut ett fördelningsdiagram med den totala massan som funktion
av partikelstorlek i ett intervall. En impaktor som finns på marknaden är en så kallad
lågtrycksimpaktor från Dekati ”DLPI” (Dekati Low Pressure Impactor). Denna separerar partiklarna i
13 steg i inom intervallet 0,030-10 µm. En DLPI är konstruerad för att klara temperaturer upp till
200°C vilket gör den mycket lämplig för provtagning av rökgaser. Tabell 1 visar ”cut-off”-diametrar
för partiklarna som deponeras på de olika stegen. I de nedersta stegen för de minsta partiklarna (1-7)
sänks trycket stegvis ner till 0.1 bar efter steg 1, för att möjliggöra avskiljning av de allra minsta
partiklarna som annars skulle följa med gaserna genom systemet.
13
Tabell 3. En tabell över ”cut-off”-diametrar för partiklarna som deponeras på de olika stegen.
Steg
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Diameter [µm]
10
6.8
4.4
2.5
1.6
1.0
0.65
0.40
0.26
0.17
0.108
0.06
0.030
Gasanalys kan utföras genom FTIR-spektroskopi. FTIR står för Fourier Transform InfraRed vilket alltså
är en typ av infraröd spektroskopi. Tekniken fungerar genom att IR-strålning tillåts passera genom ett
prov där en del av strålningen absorberas och en del transmitteras. De våglängder som absorberas
eller transmitteras ger sedan ett mått på vilka ämnen som finns i provet. FTIR lämpar sig mycket väl
för provtagning på gaser eftersom tekniken kan detektera mycket små mängder av gas. Typiska gaser
som den lämpar sig för är O2, N2, H2O, CO2, CO, CH4, NO, SO2 och H2. Detta innebär att FTIR är ett bra
verktyg vid provtagning på rökgaser då flera av dessa gaser är viktiga ur utsläppssynpunkt och också
för att se hur bra en förbränningsanläggning fungerar. Vid provtagning på rökgaser med FTIR är det
viktigt att ha kontroll på förbränningen. Ett FTIR-spektroskop är känslig för tjärhaltiga rökgaser och
ska därmed inte användas under exempelvis uppstart eller nedeldning.
3.8 Ekonomi
För att utvärdera olika investeringars lönsamhet kan nuvärdesmetoden användas. Metoden bygger
på att framtida kostnader och intäkter från investering diskonteras tillbaka till året för investering.
Nuvärdet betecknas NV och för en enstaka framtida inbetalning beräknas detta genom ekvation ( 8 ).
𝑁𝑉 =
𝐼
(1 + 𝑝)𝑛
(8)
I ekvationen är I inbetalningens storlek, p kalkylräntan och n är antalet år fram till inbetalningen.
Om även de inbetalningar som utfaller varje år räknas in i nuvärdet så kan det beräknas med
ekvation ( 9 ).
𝑛
𝑛
𝐶𝑖
𝑅
𝑎𝑖
𝑁𝑉 = ∑
=
+∑
(1 + 𝑝)𝑖 (1 + 𝑝)𝑛
(1 + 𝑝)𝑖
𝑖=1
𝑖=1
14
(9)
Där C är det årsvisa kassaflödet dvs. investeringskostnader, inbetalningsöverskott och restvärde. a är
det årliga inbetalningsöverskottet, dvs inkomster minus utgifter och R är anläggningens restvärde vid
beräkningens slut (efter n år). i är i detta fall uppräkningsvariabel.
Nettonuvärdet, NNV, kan sedan beräknas genom att subtrahera grundinvesteringskostnaden, G, från
nuvärdet enligt ekvation ( 10 ).
𝑛
𝑛
𝐶𝑖
𝑅
𝑎𝑖
𝑁𝑁𝑉 = 𝑁𝑉 − 𝐺 = ∑
−𝐺 =
−𝐺+∑
𝑛
𝑖
(1 + 𝑝)
(1 + 𝑝)
(1 + 𝑝)𝑖
𝑖=1
( 10 )
𝑖=1
Figur 7 förklarar hur nuvärdesmetoden fungerar, här diskonteras både årliga intäkter och restvärdet
till år 1 för att jämföras med investeringskostnaden. Notera att den sammanlagda stapelhöjden av
staplarna a och R överstiger den diskonterade blå stapeln, detta beror på den ränta som är inräknad.
Figur 7. En beskrivning av hur nuvärdesmetoden fungerar. [39]
15
3.9 Yttranden om direktivet
Ett flertal svenska branschorganisationer har skrivit yttranden angående det planerade MCPdirektivet. Även Naturvårdsverket har skrivit ett yttrande i frågan där man konstaterar att förslaget
kan komma att förändras innan det slutligen antas. Naturvårdsverket gissar även att EU-parlamentet
och ministerrådet kommer att besluta om ett direktiv tidigast hösten 2015 och man konstaterar att
svenska myndigheter då kommer ha tre år på sig att ta fram och besluta den lagstiftning som ska
göra att direktivet efterlevs. [40]
Svensk Fjärrvärme är fjärrvärmeföretagen i Sveriges branschorganisation. Svensk Fjärrvärme har i ett
yttrande behandlat det föreslagna MCP-direktivet och tagit fram föreslagna förändringar. Man
konstaterar att direktivet riskerar att missgynna småskalig fjärrvärme till fördel för egeneldning som
visats ge större emissioner men inte innefattas i direktivet. Direktivet som föreslås av Svensk
Fjärrvärme innefattar bland annat ett förslag om att höja gränsvärdet för stoftutsläpp från befintliga
pannor eldade med fast biomassa 1-10 MW till 150 mg/Nm3. Kort sagt så skulle Svensk Fjärrvärmes
förslag till ändringar innebära att inga åtgärder skulle behöva göras för Umeå Energis medelstora
förbränningsanläggningar. Det är dock tveksamt att EU-parlamentet helt skulle godkänna Svensk
Fjärrvärmes förslag till förändringar, detta eftersom man redan föreslagit en lång invänjningstid fram
till 2030 för dessa anläggningar. [41]
Organisationer som företräder skogsindustrierna och innovations- och kemiindustrierna har även de
kommit ut med yttranden angående MCP-direktivet. Även dessa organisationer konstaterar att
gränsvärdena för stoftutsläpp är för låga och motiverar det med att det är orimligt att en panna på 1
MW ska ha samma krav för stoftutsläpp som en panna på 50 MW. Man konstaterar också att med
det nuvarande industriutsläppsdirektivet så kan pannor mellan 5 och 50 MW få strängare kvar än
pannor mellan 50 och 100 MW. Organisationerna betonar att man principiellt är för minskande
utsläpp genom nya direktiv men att detta måste göras i takt med att det är ekonomiskt och tekniskt
möjligt. [42] [43]
En observation som gjorts under arbetets gång är att det verkar finnas en skillnad i vad som anses
möjligt för rening av stoft med multicyklon. På naturvårdsverkets hemsida finns ”Vägledning för
förbränningsanläggningar mindre än 20 megawatt”. I denna vägledning anges att ”Med briketter
eller pellets klarar man ofta nivåer under 100 mg/Nm3 tg vid 6 procent O2 med enbart multicyklon
som rening” [44]. Detta är ett citat som visserligen inte är felaktigt då man kan klara sådana
stoftnivåer med endast multicyklon. Dock anses det av många inte som trovärdigt att en anläggning
med endast multicyklon som reningsutrustning ska klara så låga halter som medelvärde. Bland annat
Energimyndigheten har i en rapport angett att rökgaser renade med multicyklon i allmänhet har en
stofthalt på 100-250 mg/Nm3 vid 13% CO2 [45] . Stoftutsläppet skiljer sig även väsentligt mellan en
nysotad panna och om pannan varit i drift en längre tid, även olika driftsförutsättningar påverkar
stofthalterna i rökgasen. Enligt Umeå Energis egen personal är 150 mg/Nm3 vid 13% CO2 en rimlig
gräns för vad pannorna alltid klarar av [46].
16
4
Genomförande
För att få en bättre förståelse för hur marknaden ser ut för lösningar på stoftemissions-problem har
några intervjuer även utförts. En intervju med Carl-Olof Samuelsson på Finn-Trade AB har
genomförts. Finn-Trade saluför pannor från den finska tillverkaren LAKA som har intressanta
lösningar på området för pannor med låga stoftemissioner. En annan intervju har utförts med Mikael
Bäckman på Klintpellets AB som är Umeå Energis pelletstillverkare och leverantör.
För att få en bild av hur andra myndigheter och företag uppfattar MCP-direktivet söktes yttranden
från dessa aktörer upp. Flera aktörer har åsikter om utformningen av direktivet och resonerar även
om när direktivet kan tänkas införlivas och vilka ändringar som kan tänkas göras.
4.1 Bränsleanalyser
Bränsleanalyser utfördes för att få en god bild av bränslet som används i anläggningarna samt för att
kunna beräkna den önskade mängden additiv. Testerna utfördes av det ackrediterade laboratoriet
Bränslelaboratoriet Umeå AB.
Bränsleanalyserna påvisar att bränslet har samma askhalt 2012 som 2015. Det effektiva värmevärdet
skiljer något mellan åren och likaså fukthalterna. Resultat från bränsleanalyserna finns bifogat i Bilaga
1 och Bilaga 2
4.2 Försöksanläggning för fullskaleeldningar
För att testa inblandningen av additiv valdes pelletspannan på 1.5 MW ut som försöksobjekt. Pannan
matas med pellets via en bränsleskruv i pannans framkant. Pelletsen lagras i två siloer och
transporteras sedan via cirka 15 meter matarskruv med två eller tre fallschakt innan den når
bränsleskruven. Om det är två eller tre fallschakt beror på vilken silo som används. Bränslet
transporteras sedan framåt i bädden av hydraulstyrda skrapor i botten. Askan som bildas skruvas
därefter ut från pannans bakdel.
Effektregleringen av pannan är indelad i sex fasta reglersteg (1.1, 1.2, 2.1, 2.2, 3.1, 3.2) vilka styr hur
mycket pellets som matas in i pannan. Detta styrs genom att skruven som matar pelletsen till sista
fallschaktet har en konstant gåtid på 6 sekunder medan ståtiden varieras beroende på vilket
effektsteg som används. Bränsleskruven får därmed in olika massflöde bränsle beroende på
effektsteg. Förbränningsförloppet styrs av primär- och sekundärluftsfläkten vilka styrs av förinställda
börvärden på undertrycket i pannan respektive syrehalten i rökgaserna.
4.3 Val av additiv och inblandningsmetod
Valet av kaolin som additiv baserades på den starka enhällighet som rådde i de forskningsrapporter
som fanns tillgängliga. Även faktorer som pris och tillgänglighet låg till grund för valet. För att testa
hur mängden kaolin påverkade stoftutsläppet så beslutades det att testa vid en hög och en lägre
inblandningsgrad samt vid två olika panneffekter.
För att blanda in additivet undersöktes olika tekniker, alternativen som var aktuella var
sampelletering, torr inblandning i bränsleskruv samt våt inblandning i bränsleskruv (även kallat
indysning). Valet föll på att försöka blanda in kaolinet torrt i bränsleskruven, detta eftersom
sampelletering inte var realistiskt och indysningen skulle förändra bränslets värmevärde och därmed
innebära ändrade driftsförhållanden för pannan.
17
4.3.1 Kaolinskruv
För att blanda in kaolinet i pelletsströmmen användes en separat matningsutrustning med förråd och
skruv byggd av personal på Umeå Energi. Skruvanordningen har tidigare använts för att dosera aktivt
kol och svavelgranuler. Jämfört med skruvanordningens storlek var de önskade mängderna kaolin
mycket små. Själva transportskruven byggdes därför specifikt för projektet med relativt tät lindning
och liten vinghöjd, detta för att ge en jämnare och finare dosering av kaolin. För att driva skruven var
en 0,75 kW enfasmotor av märke Carpanelli kopplad med 4 poler. Motorn kopplades till skruven via
en snäckväxel med utväxling 1:40, dvs. 40 varv på motorn motsvarar 1 varv på skruven, snäckväxeln
var av fabrikat Varvel. Figur 8 visar en bild över hur skruven har installerats. Den vitfärgade lådan på
förrådets sida är varvtalsregleringen för skruven.
Figur 8. En figur över den installerade matningsutrustningen för kaolin. [47]
18
Vid matarskruvens utlopp kopplades en slang som sedan anslöts till pelletsströmmen i stupet innan
pannans bränsleskruv, se Figur 9.
Figur 9. En figur över anslutningen mellan pelletsskruven och kaolindoseringen. [47]
Eftersom pannan styr primärluftsfläkten på undertrycket i förbränningsutrymmet så försågs förrådet
på matningsutrustningen med en tätslutande gummilist för att stoppa onödigt inläckage av luft.
4.4 Mätningar
Mätningarna som utfördes var mätningar av totalstoft och stoftets storleksdistribution samt en
gasanalys. Till detta användes en filterhållare för totalstoftmätningen, en Dekati Low Pressure
Impactor för storleksfördelningen och ett FTIR-spektroskop för gasanalysen. Även lågtrycksimpaktorn
användes för att göra en totalstoftsanalys.
4.4.1 Förberedelser
Mätningarna förbereddes genom att förbereda material till totalstoftfilterhållaren och impaktorn.
Impaktorns substrat består av stansade aluminiumfoliebitar, dessa bitar tillverkas med en cirkulär
stans. Substraten kontrollvägs sedan med en Mettler Toledo-våg med noggrannhet på 1 µg. Detta
gjordes för att det ska vara möjligt att sedan bestämma mängden stoft som fastnat i substratet.
Vikten på samtliga substrat noteras, substrat till 16 stycken impaktorer förbereddes.
För totalstoftmätningarna förbereddes filter genom att filterpapper av märke Munktells klämdes fast
i hylsor. För varje mätning krävdes sedan två hylsor till filterhållaren. Filterpapper för 8 mätningar
förbereddes och vägdes i en Mettler Toledo-våg med noggrannhet på 10 µg.
19
Två mätuttag fanns på rökgaskanalen efter cyklonen, dessa satt på samma avstånd från cyklonen
men monterade 90° förskjutna från varandra. Mätuttagen var placerade så att mätplanet uppfyllde
kraven om att ha minst 5 hydrauliska diametrar rak kanal uppströms och minst 2 hydrauliska
diametrar nedströms. Mätuttagen nåddes via en arbetsplattform som fanns monterad i pannans
bakkant. Det undre uttaget användes för att ansluta sonden till FTIR-spektroskopet, detta eftersom
gasanalysen skulle ske kontinuerligt under provtagningen och det undre uttaget var mest
svåråtkomligt.
Det övre uttaget användes för att ansluta den sond som skulle kopplas till impaktorerna och
totalstoftsmätningen. Figur 10 visar anslutningarna som beskrivits. På den övre sonden monterades
också en värmepåse som hölls vid cirka 150°C med hjälp av två värmepistoler. I påsen förvärmdes
sedan impaktorerna och totalstoftmätarna för att undvika kondensering under
provtagningsförloppet.
Figur 10. En figur som visar anslutningarna till rökgaskanalen. Uttaget uppe till vänster i bilden användes till impaktoroch totalstoftmätningar medan det undre i bilden användes för gasanalys.
20
4.4.2 Utförande
Experimenten utfördes på den anläggning i Hörnefors som innefattas i projektet. Tester gjordes vid
hög och låg last samt vid hög och låg inblandning av kaolin. Referensprover utan kaolin utfördes
också för att kunna jämföra utsläppen vid normal drift med utsläppen när additivet används.
Turordningen för försöken redovisas i Tabell 4, låglastförsök utan kaolininblandning gjordes endast
en gång på grund av tidsbrist.
Tabell 4. En försöksmatris som visar i vilka datum de olika testerna utfördes.
Kaolininblandning\Last
Låg
Hög
0 vikt-%
0.3 vikt-%
1.0 vikt-%
0 vikt-%
2015-04-08
2015-04-09
2015-04-10
-
2015-04-13
2015-04-14
2015-04-14
2015-04-15
För låg respektive hög last användes driftstegen 1.2 och 3.1 vilka ska ge ungefär 30 respektive 80%
last. Testerna utfördes på separata dagar för att pannan skulle få tid att stabilisera sig vid de nya
driftsförhållandena. Vid tester med kaolinmatning startades matningen minst två timmar i förväg för
att ge pannan tid att nå kontinuerlig drift med kaolintillsats. För att nå de relativt låga doseringarna
av kaolin som behövdes i experimentet kunde inte matningsutrustningen alltid gå med fullt förråd.
För alla inblandningar utom 1 vikt-% vid hög last fylldes därför förrådet på var 10:e minut med så
mycket kaolin som skruven skulle mata ut under efterföljande 10 minuter. Tester visade att detta gav
ett relativt konstant utflöde av kaolin, resultat från dessa tester är bifogade i bilaga 6. De önskade
inblandningsmängderna beräknades genom att värmevärdet för pelletsen var känt och
pannverkningsgraden antogs vara 80%. Pannan regleras efter önskad effekt på fjärrvärmenätet så
med känd effekt och verkningsgrad var det möjligt att räkna ut massflödet bränsle och kaolin. Tabell
5 visar de önskade mängderna, kurvor som visar kalibreringen av matarskruven finns i bilaga 6.
Tabell 5. Tabellen visarden faktiska inblandningen av kaolin vid de olika driftsfallen.
Kaolininblandning\Last
Låg
Hög
0 vikt-%
0.3 vikt-%
1.0 vikt-%
0 vikt-%
0
6 g/min
18 g/min
-
0 g/min
15 g/min
50 g/min
0 g/min
21
4.4.3 Impaktorprovtagning
Rökgaserna sögs genom impaktorerna med en vakuumpump som höll ett konstant undertryck på 0,1
bar, detta gav ett flöde genom impaktorn på cirka 10 l/min. För varje driftsfall utfördes två
impaktorprovtagningar, den första provtagningen var alltid 20 minuter och därefter öppnades
impaktorn och substraten studerades. Den andra provtagningstiden valdes sedan beroende på hur
mycket avsatt stoft som fanns i impaktorn. Vid hög avsättning halverades tiden till 10 minuter och
om avsättningen var låg så ökades tiden till 30 minuter. Tiderna för impaktorprovtagningarna
presenteras i Tabell 6.
Tabell 6. Provtagningstider för impaktorer vid olika driftfall.
Kaolininblandning\Last
Körning
Låg
Hög
0 vikt-%
1
2
1
2
1
2
1
2
14:33 – 14:53
15:55 – 16:05
10:28 – 10:48
12:57 – 13:27
12:13 – 12:33
13:30 – 14:00
-
13:52 – 14:12
14:56 – 15:06
09:30 – 09:50
10:55 – 11:05
13:50 – 14:10
15:11 – 15:41
09:18 – 09:38
11:05 – 11:15
0.3 vikt-%
1.0 vikt-%
0 vikt-%
Efter provtagningarna vägdes varje substrat med samma våg som använts för att väga de tomma
substraten. Vikten noterades och det var då möjligt att beräkna skillnaden i vikt och därmed
producera en graf för stoftkoncentration som funktion av partikelstorlek. För att konstruera denna
graf användes färdiga Excel-kalkylblad från tillverkaren av impaktorerna. Data från varje mätning vid
de olika lasterna sammanfogades därefter i ett separat kalkylblad och standardavvikelse lades till,
standardavvikelsen beräknades med funktionen STDAV.S i Microsoft Excel.
4.4.4 Totalstoftprovtagning
Totalstoftprovtagningen gjordes med svensk standard (SS-EN 13284-1) där rökgaser sögs genom en
hållare där gasen passerade två filterpapper av märke Munktells. För detta användes en
vakuumpump som ställdes in för att hålla ett gasflöde på cirka 20 l/min. Allt stoft i den utsugna
rökgasen avskiljdes därmed, och det totala flödet genom filtren mättes samtidigt. För varje driftfall
sögs rökgaser 20 eller 30 minuter, se Tabell 7, och filtren vägdes därefter på samma våg som använts
för att väga de oanvända filtren. Skillnaden i vikt och den totalt utsugna rökgasmängden användes
därefter för att beräkna rökgasernas stoftinnehåll.
Tabell 7. Provtagningstider för totalstoftprovtagningarna.
Kaolininblandning\Last
Låg
Hög
0 vikt-%
0.3 vikt-%
1.0 vikt-%
0 vikt-%
15:05 – 15:25
10:54 – 11:24
12:41 – 13:11
-
14:20 – 14:40
10:00 – 10.30
14:13 – 14:43
10.22 – 10:52
22
4.4.5 Gasanalys
Under impaktor- och totalstoftmätningarna kördes kontinuerligt en gasanalys med FTIR-spektroskop.
Detta gjordes för att säkerställa att pannan gick med kontinuerlig drift under provtagningstiden.
Gasanalysen visades dels i realtid på en skärm enligt Figur 11 och den exporterades även till ett
kalkylblad för Microsoft Excel.
Figur 11. En figur som visar uppställningen av FTIR-spektroskopet. Rökgasen kommer in genom slangen längs till vänster.
Den metallfärgade enheten pumpar och späder gasen och har också till uppgift att hålla slangarna vid 180°C. Rökgasen
leds därefter vidare in i den gula enheten som är själva analysutrustningen. Gasanalysen loggas kontinuerligt av datorn
som syns i figuren.
4.5 Ekonomi
För att bedöma ekonomin för olika lösningar togs offerter in från olika leverantörer av utrustning
både för additivinblandning men även för andra metoder. För filterutrustningen fördes noggranna
konversationer med tillverkarna för att den offererade utrustningen skulle passa pannan i Hörnefors.
Offerterna behandlades därefter med nuvärdesmetoden för att diskontera kostnaderna och ta reda
på vilken totalkostnad de olika utrustningarna har i dagsläget. För nuvärdesmetoden användes en
kalkylränta på 8% och en avbetalningsperiod på 20 år. Utrustningen bedömdes också inte ha något
restvärde vid avbetalningsperiodens slut.
23
5
Resultat
5.1 Fullskaleeldningar med kaolintillsats - mätningar vid låg last
I Figur 12, Figur 13 och Figur 14 visas gasdatan från de olika provtagningsdagarna vid låg last,
figurerna likar till stor del varandra vilket inte är förvånande då de visar gasinnehållet i rökgaserna vid
liknande driftsfall. För att se de exakta provtagningstiderna kan figurerna jämföras med Tabell 6.
Figurerna för gasdata användes främst för att bestämma om pannan gick vid konstant drift.
Gasdata - låg last, 0 vikt-% Kaolin
25
Andel [vol-%]
20
Water vapor
H2O
15
Carbon
dioxide CO2
10
5
Oxygen
14:08:03
14:14:08
14:20:13
14:26:18
14:32:23
14:38:28
14:44:33
14:50:38
14:56:43
15:02:48
15:08:53
15:14:58
15:21:03
15:27:08
15:33:13
15:39:18
15:45:23
15:51:28
15:57:32
16:03:38
16:09:43
16:15:48
16:21:53
16:27:58
16:34:03
0
Tid
Figur 12. Gasdata vid låg last och ingen inblandning av kaolin. Provtagningen skedde här mellan 14:30 och 16:05.
24
Gasdata - låg last, 0,3 vikt-% Kaolin
25
Andel [vol-%]
20
15
Water vapor
H2O
10
Carbon
dioxide CO2
Oxygen
5
08:18:04
08:30:14
08:42:24
08:54:34
09:06:43
09:18:54
09:31:03
09:43:13
09:55:23
10:07:33
10:19:43
10:31:53
10:44:03
10:56:13
11:08:23
11:20:33
11:32:43
11:44:52
11:57:02
12:09:12
12:21:22
12:33:32
12:45:42
12:57:52
13:10:02
13:22:12
13:34:22
13:46:32
13:58:42
0
Tid
Figur 13. Gasdata vid låg last och 0.3 vikt-% inblandning av kaolin. Provtagningen skedde här mellan 10:28 och 13:27. Den
kraftiga spiken i syrehalt vid 09:20 berodde på ett ofrivilligt stopp i anläggningen.
Gasdata - Låg last, 1 vikt-% Kaolin
25
Andel [vol-%]
20
15
Water vapor
H2O
10
Carbon dioxide
CO2
Oxygen
5
10:29:01
10:39:09
10:49:18
10:59:26
11:09:34
11:19:42
11:29:50
11:39:58
11:50:06
12:00:14
12:10:22
12:20:30
12:30:38
12:40:46
12:50:54
13:01:02
13:11:10
13:21:18
13:31:27
13:41:35
13:51:43
14:01:51
14:11:59
14:22:07
14:32:15
0
Tid
Figur 14. Gasdata vid låg last och 1 vikt-% inblandning av kaolin. Provtagningen skedde här mellan 12:13 och 14:00.
25
För impaktorprovtagningen vid låg last presenteras resultatet i Figur 15. Figuren är resultatet av sex
provtagningar med olika längd, figuren är framtagen med hjälp av det kalkylblad som tillhandahölls
av impaktortillverkaren Dekati.
Impaktordata, låg last
60
50
dm/dlog(Dp) [mg/Nm³]
40
30
0 vikt-%
0,3 vikt-%
20
1 vikt-%
10
0
0,01
-10
0,1
1
10
100
Particle Diameter Dp [µm]
Figur 15. Partiklarnas storleksfördelning vid låg last och olika inblandning av kaolin, staplarna i figuren anger
standardavvikelse.
26
Genom impaktorprovtagningen var det möjligt att även erhålla total stoftmängd i rökgaserna, även
detta beräknades med kalkylbladet från Dekati och finns presenterat i Figur 16.
Stoftkoncentration [mg/Nm3vid 6% O2]
Totalstoft, låg last
60
50
40
30
20
10
0
0 vikt-%
0,3 vikt-%
1 vikt-%
Figur 16. Totalstoftmängd för låg last och olika kaolininblandningar baserat på mätningarna med impaktor, staplarna i
figuren anger standardavvikelse.
Resultatet från totalstoftprovtagningarna finns presenterat i Figur 17.
Stoftkoncentration [mg/Nm3 vid 6% O2]
Totalstoft, låg last
140
120
100
80
60
40
20
0
0 vikt-%
0,3 vikt-%
1 vikt-%
Figur 17. Totalstofthalten i rökgasen vid låg last och olika inblandningar kaolin baserat på mätningarna med
totalstoftmätare.
27
5.1 Fullskaleeldningar med kaolintillsats - mätningar vid hög last
I Figur 18, Figur 19, Figur 20 och Figur 21 visas gasdatan från de olika provtagningsdagarna vid låg
last. För att se de exakta provtagningstiderna kan figurerna jämföras med Tabell 6.
Gasdata - Hög last, 0 vikt-% Kaolin
25
Andel [vol[-%]
20
15
Water vapor
H2O
10
Carbon
dioxide CO2
Oxygen
5
13:23:20
13:29:25
13:35:30
13:41:35
13:47:40
13:53:45
13:59:50
14:05:55
14:12:00
14:18:05
14:24:10
14:30:15
14:36:20
14:42:25
14:48:30
14:54:35
15:00:40
15:06:45
15:12:50
15:18:55
15:25:00
15:31:05
0
Tid
Figur 18. Gasdata vid hög last och ingen inblandning av kaolin. Provtagningen skedde här mellan 13:52 och 15:06.
Gasdata - Hög last, 0,3 vikt-% Kaolin
25
Andel [vol-%]
20
15
Water vapor
H2O
10
Carbon
dioxide CO2
Oxygen
5
08:49:30
08:57:36
09:05:43
09:13:49
09:21:56
09:30:03
09:38:09
09:46:15
09:54:22
10:02:28
10:10:35
10:18:41
10:26:48
10:34:54
10:43:02
10:51:08
10:59:15
11:07:22
11:15:28
11:23:35
11:31:41
11:39:48
11:47:55
11:56:01
0
Tid
Figur 19. Gasdata vid hög last och 0.3 vikt-% inblandning av kaolin. Provtagningen skedde här mellan 09:30 och 11:05.
28
25
Gasdata - Hög last 1 vikt-% Kaolin
Andel [vol-%]
20
15
Water vapor
H2O
10
Carbon
dioxide CO2
Oxygen
5
12:01:05
12:11:13
12:21:22
12:31:30
12:41:38
12:51:46
13:01:54
13:12:02
13:22:10
13:32:18
13:42:27
13:52:35
14:02:43
14:12:51
14:22:59
14:33:08
14:43:16
14:53:24
15:03:32
15:13:40
15:23:49
15:33:57
15:44:05
15:54:13
16:04:21
16:14:30
0
Tid
Figur 20. Gasdata vid hög last och 1 vikt-% inblandning av kaolin. Provtagningen skedde här mellan 13:50 och 15:41.
Gasdata - Hög last, 0 vikt-% Kaolin
25
Andel [vol-%]
20
15
Water vapor
H2O
10
Carbon
dioxide CO2
Oxygen
5
08:14:07
08:22:13
08:30:20
08:38:27
08:46:33
08:54:40
09:02:46
09:10:53
09:19:00
09:27:06
09:35:13
09:43:19
09:51:26
09:59:32
10:07:39
10:15:45
10:23:52
10:31:59
10:40:05
10:48:12
10:56:18
11:04:24
11:12:31
11:20:37
11:28:44
11:36:50
11:44:57
0
Tid
Figur 21. Gasdata vid hög last och ingen inblandning av kaolin. Provtagningen skedde här mellan 09:18 och 11:15.
Noterbart är att gasdatan vid hög last skiljer sig från den vid låg last. När pannan går vid högre last är
koldioxidhalten i rökgaserna högre än syrehalten, vid låg last gäller det motsatta förhållandet.
29
För impaktorprovtagningen vid hög last presenteras resultatet i Figur 22. Figuren är resultatet av åtta
provtagningar med olika längd, figuren är framtagen med hjälp av det kalkylblad som tillhandahölls
av impaktortillverkaren Dekati.
Impaktordata hög last
70
60
dm/dlog(Dp) [mg/Nm³]
50
40
0 vikt-% (1)
30
0,3 vikt-%
1 vikt-%
20
0 vikt-% (2)
10
0
0,01
0,1
1
10
100
-10
-20
Tid
Figur 22. Partiklarnas storleksfördelning vid hög last och olika inblandning av kaolin, staplarna i figuren anger
standardavvikelse.
30
Stoftkoncentration [mg/Nm3vid 6% O2]
Resultat för totalstoft från impaktorprovtagningen beräknades med databladet från Dekati och finns
presenterat i Figur 23.
Totalstoft, hög last
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 vikt-% (1)
0,3 vikt-%
1 vikt-%
0 vikt-% (2)
Figur 23. Totalstoftmängd för hög last och olika kaolininblandningar baserat på mätningarna med impaktor, staplarna i
figuren anger standardavvikelse.
Stoftkoncentration [mg/Nm3vid 6% O2]
Totalstoft, hög last
70
60
50
40
30
20
10
0
0 vikt-%
0,3 vikt-%
1 vikt-%
0 vikt-%
Figur 24. Totalstofthalten i rökgasen vid hög last och olika inblandningar kaolin baserat på mätningarna med
totalstoftmätare.
31
5.2 Ekonomiska beräkningar
För att räkna på andra alternativ togs offerter in från leverantörer, en sammanställning av dessa
offerter finns i Tabell 8. Offerterna som tabellen bygger på finns bifogade i bilagorna 3-5, för
lågstoftpannan från LAKA Oy erhölls endast en offert för en 3 MW-panna så det är denna som är
bifogad i bilaga 3. Priset i Tabell 8 är en uppgift för en 1.5 MW-panna som är tagen direkt från LAKA:s
svenska återförsäljare, dock ingår då samma utrustning som beskrivs i bilaga 3. Kaolinkostnader är
beräknade på 2013 års drifttid, 0,5 vikt-% kaolininblandning och pris från Thiele Nordic.
Tabell 8. Sammanställning av offerter från olika tillverkare.
Applikation
Lågstoftpanna
Elfilter
Spärrfilter
Kaolintillsats
Inköpskostnad
[SEK]
5 768 568
632 268
495 000
55 000
Leverantör
Löpande kostnad
LAKA Oy
BETH Filter GmbH
Pilum AB
Peal AB
Filterbyte: 50 000 kr var 4:e år
Kaolin: 12 000 kr/år (3000 kr/ton)
Att investera i en ny lågstoftpanna kan inte jämföras med de andra alternativen eftersom det är en
helt ny anläggning medan de andra alternativen är påbyggnader på den befintliga anläggningen. En
ny lågstoftpanna bör alltså snarare ses som ett helt enskilt alternativ. I Figur 25 visas nuvärdet som
funktion av avskrivningstiden för elfilter spärrfilter och kaolintillsats. För nuvärdesberäkningarna har
det bortsetts från driftskostnader.
Ackumulerat nuvärde stoftreningsmetoder
700000
600000
SEK
500000
400000
Kaolintillsats
300000
Elfilter
Spärrfilter
200000
100000
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
år
Figur 25. Ackumulerat nuvärde för olika stoftreningsmetoder baserat på en kalkylränta på 8%.
32
6
Diskussion
På det stora hela upplevs metoden att skruva in kaolin i bränsleströmmen som ett bra sätt att
tillsätta ett additiv men självklart finns en del förbättringspotential. Ett problem fanns i att
matarskruven var i största laget för den mängd kaolin som skulle doseras trots att den byggts om.
Detta gjorde att matningen inte blev helt kontinuerlig utan svängde en aning. Dock kom inte heller
pelletsen i en konstant ström in i bränsleskruven men över en tiominutersperiod stämde mängden
kaolin och bränsle överens. En tanke i början av projektet var att styra kaolinmatningen på reläet
som styr bränsleskruven, detta var tyvärr inte möjligt eftersom kaolinskruven har en viss uppstartstid
och det skulle därmed bli svårt att mata rätt mängder. Ett antagande fick därmed göras att kaolinet
och bränslet omblandades tillräckligt av bränsleskruven och skraprostret.
Generellt för hög och låg last kan sägas att ingen mer slaggning än vanligt förekom i eldstaden under
försöken, detta bör alltså inte bli något problem med additivtillsatsen.
För att reducera stoftutsläppet med kaolintillsats så måste pannan vara anpassad för att det ska
fungera. Detta gäller pannan som studerats i detta arbete såväl som alla andra pannor. Att en lösning
fungerar på ett ställe garanterar inte att samma lösning fungerar på ett annat ställe. Ett problem med
metoden att askmängden från pannan kommer öka kraftigt. Vid 0.3 vikt-% inblandning dubblas
mängden aska som måste tas hand om. Enligt Lisa Torstensson, driftcontroller på Dåva Deponi och
Avfallscenter, är det troligt att det inte är något problem att deponera askan trots kaolintillsatsen.
Studier har visat att bioaska med kaolin inte har miljöfarliga lakningsegenskaper [48], detta är dock
något som måste kontrolleras på den befintliga askan.
6.1 Additivtillsats för stoftreduktion (mätningar)
Verkningsgraden på pannan antogs vid mätningarna vara 80% vilket är ett antagande som var
nödvändigt för att veta den inmatade pelletsmängden och därmed kunna dosera rätt mängd kaolin.
Självklart är detta ett ganska grovt antagande som också användes för både hög och låg last. Det
viktigaste i testerna var dock att testa vid två olika inblandningsgrader vid två olika laster. Att
inblandningen då avviker från det planerade en aning har då mindre betydelse än att inblandningen
är lika vid varje provtillfälle för varje givet driftsfall vilket var säkerställt med metoden som användes.
6.1.1 Mätningar vid låg last
Gasdatan i Figur 12 - Figur 14 visar att syret är dominerande i rökgaserna vid låg last. Detta kommer
sig av att det är så relativt lite bränsle som matas in i eldstaden att mycket av syret i
förbränningsluften inte behövs för att förbränna bränslet. Idealt så skulle de olika gaskomponenterna
vara helt vågräta linjer men i verkligheten är förbränningsförloppet något ojämnt där varje topp i
syre motsvaras av en sänka i koldioxid och tvärtom. Detta utseende beror bland annat på att
rosterskraporna inte går konstant. Från figurerna går det att sluta sig till att pannan gick vid konstant
drift för alla tre försök på låg last.
Det viktigaste resultatet finns i Figur 15 där det går att se masskoncentrationen som funktion av
partikelstorleken. I figuren syns tydligt att det är möjligt att, vid låg last, nå en signifikant reduktion
av stoft med kaolin som bränsleadditiv. Figuren visar även att störst potential för reduktion finns i
det submikrona intervallet och närmare bestämt mellan 0.1 och 1 µm. Detta stämmer väl överens
med teorin i litteraturstudien.
33
Totalstoftmätningarna som gjordes på låg last visar ett annat resultat än impaktorprovtagningarna,
jämför Figur 16 och Figur 17. Ett problem med totalstoftmätningarna var att rökgaserna höll så pass
låg temperatur att en hel del vattenånga kondenserade innan rökgasen hade nått filtren. Detta
gjorde att mycket av partiklarna som skulle ha fastnat i filtret istället fastnade i sonden. Det gjorde
även att vatten kom i kontakt med filtren och löste ut partiklar som därmed inte kom med i
vägningen. Att resultatet från totalstoftmätningen inte stämmer överens med resultat från
impaktorprovtagningen är därmed inte så underligt. Kort sagt så är provtagningsförfarandet betydligt
mer felfritt för impaktorprovtagningarna och Figur 16 bör därmed användas för att dra slutsatser
kring totalstofthalten.
För att sammanfatta resultaten från försöken på låg last så går det att konstatera att en signifikant
reduktion av stoft gick att uppnå med kaolin som bränsleadditiv. Troligen kommer det gränsvärde för
stoftutsläpp som föreslås i MCP-direktivet att innehållas med kaolininblandning på 1% vikt-% och
även med en inblandning på 0.3 vikt-%.
6.1.2 Mätningar vid hög last
För försöken på hög last går det i Figur 18 - Figur 21 att se andra förutsättningar än vid låg last. När
pannan går vid högre last är koldioxiden dominerande i rökgasen och syret ligger på en lägre nivå än
vid låg last. Gasdatan är, som vid låg last, relativt konstant under provtagningarna. Det enda
problemet av vikt är den andra impaktorprovtagningen på 0.3 vikt-% där pannan slutade mata
bränsle vilket är synligt i Figur 19 där syrehalten plötsligt rusar under en period. Vilken påverkan
detta kan ha haft på resultaten kommer diskuteras längre ner i detta kapitel.
Masskoncentrationen av partiklar i Figur 22 skiljer sig väsentligt från dess motsvarighet vid låg last,
Figur 15. Vid hög last går det inte att konstatera någon skillnad i partikelemissioner vid inblandning
av kaolin. Kurvorna är istället betydligt mer ojämna och tas standardavvikelsen med så går det inte
att skilja masskoncentrationen av partiklar mellan de olika inblandningarna. Ingen signifikant skillnad
går alltså att påvisa vid hög last oavsett inblandningsgrad av kaolin. Trenderna i kurvan skiljer sig
även de beroende på last, för låg last går det att se att partiklarna främst finns i området mellan 0,1
och 1 µm. För hög last däremot finns förutom i området 0.1 – 1 µm också en stor koncentration av
partiklar med något större diametrar, omkring 5 µm. Detta beror sannolikt på att hastigheten på
luftflödet genom pannan är mycket större vid hög last vilket innebär att mer partiklar slits loss från
bädden och följer med rökgaserna. Eventuellt kan även en del av partiklarna i rökgasen vara kaolin
vilket då skulle innebära att kaolinet motverkar sin egen effekt.
Totalstoftsmätningen, se Figur 24, hade även här problem med kondensering varför totalstoft mätt
med impaktor, Figur 23, bedöms vara mer trovärdig. I likhet med masskoncentrationen vid hög last
är det även här omöjligt att säga om kaolinet gjort någon skillnad på partikelemissionerna då
konfidensintervallerna överlappar varandra.
Sammanfattningsvis så verkar inte kaolin vara en bra lösning för att reducera stoftutsläppet vid hög
last på den studerade anläggningen. Troligen finns ingen möjlighet att innehålla det gränsvärde som
föreslås i MCP-direktivet med hjälp av endast kaolintillsats. Att en av impaktormätningarna vid 0.3
vikt-% inblandning är en aning osäker hade troligen inte någon större inverkan på resultatet. Kanske
hade värdena från denna körning blivit lite annorlunda men slutsaten att metoden inte fungerar så
bra hade troligen blivit samma.
34
6.2 Åtgärder för optimering av kaolintillsats
Till att börja med går det att konstatera att mätningarna som gjorts styrker det faktum att pannan
inte kommer att klara kravet på stoftutsläpp som föreslagits i MCP-direktivet. Dock kommer det
troligen att dröja till 2030 innan pannan blir satt under detta krav så det finns ingen anledning att
göra något förhastat.
Kaolin som tillsats är i dagsläget inte tillräckligt effektivt för att ge en tillräcklig stoftreduktion. Finns
ändå intresse för denna lösning så rekommenderas några åtgärder för att det ska kunna fungera:

Se över pelletsmatningen till pannan.
Idag så skruvas pelletsen en lång väg från silo till pannan, detta får till följd att mycket av
pelletsen har återgått till spån innan den kommer in i eldstaden. För att nå så lågt
stoftutsläpp som möjligt är det viktigt att minska möjligheten för medryckning av
bränslepartiklar. Om pelletsen håller ihop in i pannan så minskar risken för just detta
eftersom luftströmmen har svårare att rycka med sig större partiklar.

Se över lufttillförseln till pannan.
Vid hög last blir gashastigheten genom pannan relativt hög, detta medför också att det är
lättare att få medryckning av bränslepartiklar. Tidigt på rostret kan mängden primärluft vara
ganska låg eftersom bränslet främst ska förgasas där. Detta bör då kombineras med en
översyn av sekundärluften för att få en total utbränning av gaser. I det ideala fallet skulle
pannan själv kunna styra om lufttillförseln beroende på last och rökgassammansättning.

Införskaffa bättre matarutrustning för kaolinet.
En mikrodoserarare som finns beskriven i bilaga 5 ger ett jämnare flöde som är lättare att
kontrollera. Medföljande tråg kommer kunna rymma kaolin för en veckas drift på maxlast
med 0,5 vikt-% inblandning vilket borde vara tillräckligt. Det jämnare flödet innebär mindre
spill och därmed reducerad kostnad för kaolin. Doseraren bör kunna frekvensstyras med
olika lägen beroende på det aktuella driftsteget för pannan.
6.3 Alternativa lösningar för stoftreduktion
6.3.1 El- och spärrfilter
De reningsmetoder som undersökts i litteraturstudien har varierat relativt mycket i pris. Spärrfilter
och elfilter har båda ett relativt högt pris där elfilter är det klart dyrare alternativet. De specifika
priserna för pannor under 5 MW är dessutom betydligt högre än för större anläggningar, vilket är
tydligt i kapitel 3.5.1 Tidigare arbete på området. Företaget Pilum AB kontaktades och de föreslog ett
spärrfilter anpassat för det rökgasflöde som 1.5 MW-pannan i Hörnefors producerar. Priset på Pilums
filter är ungefär samma som Leif Lindau konstaterat i sin rapport från 2002 [30]. Att priset på
spärrfilter inte gått ner speciellt mycket sedan början på 2000-talet kan tyckas konstigt men beror
delvis på att i erbjudandet från Pilum ingår också en boosterfläkt. Boosterfläkten är ett komplement
till den befintliga rökgasfläkten och installeras för att kompensera tryckfallet som uppstår över
spärrfiltret. Spärrfilters årliga kostnad beror på hur ofta själva filtren måste bytas. Själva filtren är den
35
enskilt största löpande kostnaden och som Figur 5 visar så är det önskvärt att ha så lång tid mellan
filterbyten som möjligt. Detta kan uppnås genom att ha bra rensningsteknik och att noga övervaka
rökgastemperaturen. Enligt sakkunniga på Pilum är ett bytesintervall på 4 år rimligt för det filter som
de föreslagit vilket avspeglar sig i Figur 25 där en höjning i det ackumulerade nuvärdet kan
observeras var fjärde år.
Försäljningsansvariga på Pilum ansåg att det inte var kommersiellt valbart att installera ett elfilter.
Det tyska företaget Beth hade dock en lösning med ett litet elfilter som redovisades i Tabell 8, detta
filter är dock klart dyrare än spärrfiltret och ger också en av företaget bedömt sämre avskiljning.
För att komma under den föreslagna gränsen för stoftutsläpp på 45 mg/Nm3 finns idag två sätt,
elfilter eller spärrfilter. Av dessa kommer spärrfilter ge det absolut säkraste skyddet mot stoftutsläpp
eftersom det inte kräver en viss temperatur där avskiljningen fungerar allra bäst. Spärrfilter var
dessutom det billigaste alternativet av de två.
6.3.2 Lågstoftpannor
I arbetet har två tillverkare av pannor med låga stoftemissioner identifierats. Av dessa är det
framförallt den finska tillverkaren LAKA:s panna LAKA Y som verkar intressant då det är den enda
pannan som finns för effekter över 1 MW.
LAKA Y bygger på en patenterad stegad förbränning där bränslet först förgasas och gaserna sedan
förbränns i en separat del av pannan. Det första steget är att bränslet bildar en glödbädd på rosten
där primärluft tillförs, det tjocka glödlagret gör att allt syre i primärluften förbrukas inne i bädden
vilket får till följd att CO2 reduceras till CO och över 90% av kvävet i bränslet bildar N2 istället för
kväveoxider. I efterföljande steg bränns gaserna från det första steget ut och passerar sedan
värmeväxlaren för värmeavgivning. Glödbäddens tjocklek är konstant 60-100 cm och effekten
regleras endast med primärluftsfläkten som styrs med en frekvensomformare för att nå en viss
inställd temperatur på pannvattnet. [49]
Pannan kan ge en stofthalt på under 10 mg/MJ vilket motsvarar en halt på under 25 mg/Nm 3 vid 6%
O2. Detta beror mycket på den stegade förbränningen, men även på att den tjocka glödbädden
fungerar som ett filter vilket förhindrar ämnen i askan att gå upp i rökgaserna. Det har även visats vid
experiment på den finska statens provningsanstalt att pannan kan nå mycket låga NOx-nivåer även
med bränsle som innehåller höga halter kväve. [49]
I Tabell 8 listas, förutom spärr- och elfilter, också lågstoftpannor som ett alternativ. Priset för en
sådan panna med samma installerade effekt som den befintliga pannan är dock relativt högt. Priset
kan tyckas högt i jämförelse med att köpa ett spärr- eller elfilter men som beskrevs i föregående
kapitel så är det viktigt att komma ihåg att det inte är helt jämförbart. En ny panna måste ses som en
mer långsiktig investering som snarare kan jämföras med att köpa en ny panna med spärr- eller
elfilter. Kort sagt kan en lågstoftpanna vara ett alternativ när den befintliga pannan måste bytas ut.
Något som talar mot en lågstoftpanna är dock de tester på en befintlig anläggning i Hjo som gjorts av
KMP AB. Pannan ger då ett partikelutsläpp på 52 mg/Nm3 vid 13% CO2 vilket motsvarar cirka 56
mg/Nm3 vid 6% O2. Detta utsläpp är visserligen imponerande för en fliseldad panna men det kommer
inte att räcka för att godkännas när MCP-direktivet träder i kraft. Vad stoftutsläppet skulle bli om
36
pannan istället eldades med pellets är omöjligt att säga och återförsäljaren har inte heller några
uppgifter på att så ska ha skett. Något att tänka på om en lågstoftpanna ska installeras är att om
pannan installeras inom ett år efter direktivets införlivande så räknas den som befintlig. Installeras
den efter det så räknas den som en ny anläggning och blir därmed satt under hårdare krav.
6.4 Ekonomiska aspekter
I ett mindre fjärrvärmenät som det i Hörnefors är det önskvärt att hålla kostnaderna så låga som
möjligt. Med det nya MCP-direktivet finns det risk att de ekonomiska villkoren för småskalig
fjärrvärme från biobränslen försämras. En förhoppning för de företag som driver sådana
anläggningar får sättas till att marknaden för rökgasrening utvecklas och i framtiden kan erbjuda
billigare lösningar.
Angående ekonomidelen i detta arbete så är det viktigt att påpeka att den ekonomiska jämförelsen
som gjorts är en jämförelse av kostnader för olika tekniker. Oavsett hur man väljer att rena
rökgaserna så kommer det innebära en merkostnad för företaget så det existerar ingen ”pay off-tid”.
Kostnaderna för installationer är också en aning ofullständiga då det alltid kommer till extra utgifter
som exempelvis omdragning av rökgaskanaler. Kostnadsberäkningarna är dock en grund och
skillnaden mellan alternativen i slutändan borde inte skilja nämnvärt.
37
7
Slutsatser
Följande slutsatser har dragits i detta arbete:




Krav på stoftutsläpp är det som kan komma att begränsa framtida småskalig fjärrvärme från
biobränslen.
Kaolin som bränsleadditiv ger en signifikant reduktion av stoftutsläpp för den pannan som
studerades i arbetet. Dock endast vid låg last.
För att kaolin ska kunna fungera även vid hög last krävs troligen en förändrad lufttillförsel till
förbränningsutrymmet samt eventuellt ett nytt matningssystem för pelletsen.
Säkra sätt att nå de gränsvärden för stoftutsläpp som föreslås i MCP-direktivet är el- eller
spärrfilter. Dessa är dock kostsamma i jämförelse med att få kaolintillsats att fungera.
38
8
Förslag på framtida arbete
Det finns ett flertal frågeställningar som uppstått under detta arbete men som inte hunnit med att
besvaras. Nedan listas några förslag på fortsatt arbete på området.





Testa pellets där kaolin finns inblandat i pelletsen. Det borde även ligga i pelletstillverkarnas
intresse att förnya och miljöanpassa sina produkter även om de inte visat något sådant
intresse ännu. Testerna bör utföras på pannan som studerats i detta arbete.
Testa att blanda in kaolinet i bränsleströmmen genom att dysa in kaolinet som en slurry.
Testerna bör utföras på pannan som studerats i detta arbete.
Undersök hur stoftutsläppet och gasinnehållet i rökgasen förändras om lufttillförseln ändras.
Bygga och trimma in en matningsutrustning som är mer anpassad för kaolin och som kan
frekvensstyras beroende på pannans effektsteg.
Om det beslutas att pannan ska utrustas med el- eller spärrfilter kan det vara intressant att
undersöka om det skulle gå att elda ett billigare bränsle, exempelvis träflis.
39
Referenser
[1] Intergovernmental Panel on Climate Change, ”CLIMATE CHANGE 2014 Synthesis Report,”
Intergovernmental Panel on Climate Change, Genéve, 2014.
[2] Miljö- och energidepartementet, ”Regeringskansliet,” Miljö- och energidepartementet, 23 April
2014. [Online]. Available: http://www.regeringen.se/sb/d/3188. [Använd 6 Februari 2015].
[3] Naturvårdsverket, ”Miljömål,” 1 Juli 2013. [Online]. Available:
http://www.miljomal.se/sv/Miljomalen/. [Använd 6 Februari 2015].
[4] Svensk Fjärrvärme, ”Fjärrvärmen och miljön,” 01 01 2009. [Online]. Available:
http://www.svenskfjarrvarme.se/Global/Rapporter%20och%20dokument%20INTE%20Fj%c3%a
4rrsyn/Broschyrer/Fjarrvarmen%20och%20miljon.pdf. [Använd 03 02 2015].
[5] Europeiska Kommissionen, ”Förslag till europaparlamentets och rådets direktiv om begränsning
av utsläpp till luften av vissa föroreningar från medelstora förbränningsanläggningar,”
Europeiska Kommissionen, Bryssel, 2013.
[6] M. Rönnbäck, L. Gustafsson, L. Martinsson, C. Tullin och L. Johansson, ”Stoftreningsteknik för
biobränsleanläggningar mindre än 10 MW - teknikläge och utvecklingspotential,” Värmeforsk
Service AB, Stockholm, 2002.
[7] J. Fagerström, ”Fine particle emissions and slag formation in fixed-bed biomass combustion aspects of fuel engineering”.
[8] S. Engström, ”Nationalencyklopedin - Sveriges mest ansedda kunskapsföretag,”
Nationalencyklopedin, 1 Januari 2015. [Online]. Available:
http://www.ne.se/uppslagsverk/encyklopedi/lång/kraftvärmeverk. [Använd 6 Februari 2015].
[9] J. M. Samet, F. Dominici, F. C. Curreiro, I. Coursac och S. L. Zeger, ”Fine Particulate Air Pollution
and Mortality in 20 U.S. Cities, 1987–1994,” New England Journal of Medicine, pp. 1742-1749, 1
December 2000.
[10] E. Pettersson, C. Boman, R. Westerholm, D. Boström och A. Nordin, ”Stove Performance and
Emission Characteristics in Residential Wood Log and Pellet Combustion, Part 2: Wood Stove,”
Energy & Fuels, pp. 315-323, 1 Maj 2011.
[11] A. Kocbach Bølling, J. Pagels, K. E. Yttri, L. Barregard, G. Sallsten, P. E. Schwarze och C. Boman,
”Health effects of residential wood smoke particles: the importance of combustion conditions
and physicochemical particle properties,” Particle and Fibre Toxicology, pp. 6-29, 3 November
2009.
[12] L. S. Johansson, B. Leckner, L. Gustavsson, D. Cooper, C. Tullin och A. Potter, ”Emission
characteristics of modern and old-type residential boilers fired with wood logs and wood
40
pellets,” Atmospheric Environment, pp. 4183-4195, 1 Augusti 2004.
[13] I. Obernberger och G. Thek, ”Physical characterisation and chemical composition of densified
biomass fuels with regard to their combustion behaviour,” Biomass and Bioenergy, pp. 653-669,
2007.
[14] M. Öhman, C. Gilbe, I. Nyström, H. Hedman, D. Boström, C. Boman och R. Backman, ”Slag
formation during combustion of biomass fuels with low phosphorus content,” i 19th European
Biomass Conference and Exhibition, Berlin, 2011.
[15] A. Grimm, N. Skoglund, D. Boström och M. Öhman, ”Bed Agglomeration Characteristics in
Fluidized Quartz Bed Combustion of Phosphorus-Rich Biomass Fuels,” Energy & Fuels, pp. 937947, 20 Februari 2011.
[16] C. Boman, A. Nordin, D. Boström och M. Öhman, ”Characterization of Inorganic Particulate
Matter from Residential Combustion of Pelletized Biomass Fuels,” Energy & Fuels, pp. 338-348,
2004.
[17] L. Johansson, C. Tullin och P. Sjövall, ”Particle emissions from biomass combustion in small
combustors,” Biomass & Bioenergy, pp. 435-446, Oktober 2003.
[18] J. H. Zeuthen, P. A. Jensen, J. P. Jensen och H. Livbjerg, ”Aerosol Formation during the
Combustion of Straw with Addition of Sorbents,” Energy & Fuels, pp. 699-709, 1 Mars 2007.
[19] O. Sippula, J. Hokkinen, H. Puustinen, P. Yri-Pirilä och J. Jokiniemi, ”Particle Emissions from Small
Wood-fired District Heating Units,” Energy & Fuels, pp. 2974-2982, 9 April 2009.
[20] J. Pagels, M. Strand, A. Szpila, A. Gundmundsson, M. Bohgard, L. Lillieblad, M. Sanati och E.
Swietlicki, ”Characteristics of aerosol particles formed during grate combustion of moist forest
residue,” Aerosol Science, pp. 1043-1059, 2003.
[21] C. Boman, D. Boström, J. Fagerström, M. Öhman, I.-L. Näzelius och L. Bäfver, ”Fuel additives and
blending as primary measures for reduction of fine ash particle emissions - state of the art,”
FutureBioTec, Umeå, 2012.
[22] Europeiska kommissionen, ”Bilagor till förslag till europaparlamentets och rådets direktiv om
begränsning av utsläpp till luften av vissa föroreningar från medelstora
förbränningsanläggningar,” Europeiska kommissionen, Bryssel, 2013.
[23] L. Wester, Förbrännings- och rökgasreningsteknik, Västerås: Mälardalens Högskola, 2002.
[24] A. Forsgren, ”Lathund - Förbränning, Miljö, Begrepp, Sorter, Omvandlingar,” Naturvårdsverket,
Solna, 1995.
[25] R-Office, ”Wikimedia Commons,” 25 Augusti 2009. [Online]. Available:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sch_Multi_Cyclone.jpg. [Använd 20 Mars 2015].
41
[26] M. Rönnbäck och F. Jones, ”Avskiljning av stoft med rökgaskondensering anpassade till
biobränsleeldning < 10 MW,” SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut, Borås, 2010.
[27] J. Pettersson, L. Leteng och M. Strand, ”Kostnadseffektiv partikelavskiljning i mindre
närvärmeanläggningar,” Linnéuniversitetet - Avdelningen för bioenergiteknik, Växjö, 2011.
[28] E. Mason, ”Wikimedia Commons,” 18 Juli 2012. [Online]. Available:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electrostatic_precipitator.svg. [Använd 20 Mars 2015].
[29] L. Bäfver, C. Renström och J. Storm, ”Koncept för att minimera bildning av fint stoft och
kväveoxider,” Värmeforsk AB, Stockholm, 2014.
[30] L. Lindau, ”Slangfilter vid bioeldade anläggningar, tillförlitlighet och driftsekonomi,” Värmeforsk
AB, Stockholm, 2002.
[31] Kutzner-Weber GmbH, ”Der Partikelabscheider KW Zumikron - Reduziert Feinstaub bis zu 90%,”
Kutzner-Weber, [Online]. Available: http://www.kutznerweber.de/deu/produkte/zumikron.html. [Använd 12 Mars 2015].
[32] L. Bäfver, J. Yngvesson och F. Niklasson, ”Residential Electrostatic Precipitator - Performance at
efficient and poor combustion conditions,” SP Technical Research Institute of Sweden, Borås,
2012.
[33] B.-M. Steenari och O. Lindqvist, ”High temperature reactions of straw ash and the anti-sintering
additives kaolin and dolomite,” Biomass and Bioenergy, pp. 67-76, 1 Januari 1998.
[34] C. Boman, D. Boström och M. Öhman, ”Effect of fuel additive sorbents (kaolin and calcite) on
aerosol particle emission and characteristics during combustion of pelletized woody biomass,” i
16th European Biomass Conference & Exhibition, Valencia, 2008.
[35] K.-Q. Tran, K. Iisa, B.-M. Steenari och O. Lindqvist, ”A kinetic study of gaseous alkali capture by
kaolin in the fixed bed reactor equipped with an alkali detector,” Fuel, pp. 169-175, 2005.
[36] E. Lindström, M. Öhman, D. Boström och C. Boman, ”Effekt av additivinblandning i bark och
skogsbränslepelletskvalitéer för motverkande av slaggning i eldningsutrustning,” Energiteknik
och Termisk Processkemi - Umeå Universitet, Umeå, 2006.
[37] Q. K. Tran, B.-M. Steenari, K. Iisa och O. Lindqvist, ”Capture of Potassium and Cadmium by
Kaolin in Oxidizing and Reducing Atmospheres,” Energy & Fuels, pp. 1870-1876, 2004.
[38] K. Nuutinen, J. Jokiniemi, O. Sippula, H. Lamberg, J. Sutinen, P. Horttanainen och J. Tissari,
”Effect of air staging on fine partickle, dust and gaseous emissions from masonary heaters,”
Biomass and Bioenergy, pp. 167-178, 2014.
[39] Mankash, ”Wikimedia Commons,” 25 Maj 2008. [Online]. Available:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nuvaerde2.png. [Använd 20 Mars 2015].
42
[40] Naturvårdsverket, ”Förslag till direktiv om medelstora förbränningsanläggningar,”
Naturvårdsverket, 8 Januari 2015. [Online]. Available: http://www.naturvardsverket.se/Stod-imiljoarbetet/Vagledningar/Industri-och-forbranning/Forbranningsanlaggningar/Forslag-tilldirektiv-om-medelstora-forbranningsanlaggningar/. [Använd 18 Februari 2015].
[41] R. Khodoyari, ”Skärpta stoftkrav för medelstora pannor - vad gör Svensk Fjärrvärme?,” Svensk
Fjärrvärme, 21 Januari 2015. [Online]. Available:
http://www.svenskfjarrvarme.se/Medlem/Medlemsnyheter1/. [Använd 18 Februari 2015].
[42] C. Wiklund, ”Skogsindustrierna,” 30 April 2014. [Online]. Available:
http://www.skogsindustrierna.org/MediaBinaryLoader.axd?MediaArchive_FileID=97444454fd37-451a-bef5-fc541d8e1b4f&FileName=EUs+luftv%c3%a5rdspaket.pdf. [Använd 18 Februari
2015].
[43] A. Normann, ”Innivations- och Kemiindustrierna i Sverige,” 30 April 2014. [Online]. Available:
http://www.ikem.se/MediaBinaryLoader.axd?MediaArchive_FileID=fd0136dc-33b5-42b2-ad68ea50b9661e34&FileName=2014_009_140430x.pdf. [Använd 18 Februari 2015].
[44] Naturvårdsverket, ”Vägledning förbränningsanläggningar mindre än 20 megawatt,”
Naturvårdsverket, 15 December 2014. [Online]. Available:
http://www.naturvardsverket.se/Stod-i-miljoarbetet/Vagledningar/Industri-ochforbranning/Forbranningsanlaggningar/Forbranningsanlaggningar-mindre-an-20-megawatt/.
[Använd 10 Mars 2015].
[45] H. Gulliksson, P. Fogelström, B. Zethreus och B.-Å. Johansson, ”Närvärme med biobränslen vägledning från idé till färdig anläggning,” Statens Energimyndighet, Eskilstuna, 2005.
[46] R. Adolfsson, Interviewee, Underhållsingenjör. [Intervju]. 22 Januari 2015.
[47] E. Torshage, Fotografi, Hörnefors: -, 2015.
[48] B.-M. Steenari och K. Karlfeldt Fedje, ”Addition of kaolin as potassium sorbent in the
combustion of wood fuel – Effects on fly ash properties,” Fuel, vol. 89, pp. 2026-2032, 2010.
[49] Laatukattila Oy, ”LAKA-Y Automatisk Bioenergipanna,” Laatukattila Oy, Tammerfors, 2015.
[50] L. Nordin, ”Pelletspanna i Hörnefors - Stoftmätning,” METLAB miljö AB, Skelleftehamn, 2012.
43
Bilaga 1 – Bränsleanalys 2012
44
Bilaga 2 – Bränsleanalys 2015
45
Bilaga 3 – Offert LAKA 3 MW biopanna
46
47
48
49
Bilaga 4 – Kassetfilter Envicompac förklaring
50
51
Bilaga 5 – Doserutrustning för kaolin
52
53
Bilaga 6 – Kalibrering av matarskruv
Test av matarskruv, lägsta hastighet,
påfyllning 60 g/10min
100
90
Utmatad massa [g]
80
70
60
50
40
Utmatad massa,
vägd var 5:e min
30
20
10
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
0
Tid [min]
Figur 26. Ett diagram som visar utmatad massa kontrollvägd var 5:e minut, skruven kördes här för att ge ett flöde på 6
g/min dvs. 30 g/5min.
Test av matarskruv, lägsta hastighet,
påfyllning 150 g/10min
Utmatad massa [g]
120
100
80
60
Utmatad massa, vägd var 5:e
min
40
20
0
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Tid [min]
Figur 27. Ett diagram som visar utmatad massa kontrollvägd var 5:e minut, skruven kördes här för att ge ett flöde på 15
g/min dvs. 75 g/5min.
54
Test av matarskruv, lägsta hastighet,
påfyllning 180 g/10min
140
Utmatad massa [g]
120
100
80
Utmatad massa,
vägd var 5:e min
60
40
20
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
0
Tid [min]
Figur 28. Ett diagram som visar utmatad massa kontrollvägd var 5:e minut, skruven kördes här för att ge ett flöde på 18
g/min dvs. 90 g/5min.
Test av matarskruv, 1,4 rpm,
fullt magasin
600
Utmatad massa [g]
500
400
300
Utmatad massa, vägd var 5:e
min
200
100
0
5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Tid [min]
Figur 29. Ett diagram som visar utmatad massa kontrollvägd var 5:e minut, skruven kördes här för att ge ett flöde på
50g/min dvs. 250 g/5min.
55
Bilaga 7 – Mätrapport från panna, Hjo Energi, 2.5 MW
56
57
58
Bilaga 8 – Offert Elfilter
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70