Rökgasbrunn för minimering av stoft och sura komponenter ...

[Pages:43]SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut

R?kgasbrunn f?r minimering av stoft och sura komponenter vid sm?skalig f?rbr?nning av ?kerbr?nslen, vidareutveckling

Johan Yngvesson, Marie R?nnb?ck, Olof Arkel?v

Energiteknik SP Rapport 2011:02

R?kgasbrunn f?r minimering av stoft och sura komponenter vid sm?skalig f?rbr?nning av ?kerbr?nslen, vidareutveckling

Johan Yngvesson, Marie R?nnb?ck, Olof Arkel?v

3

Abstract

Agricultural derived solid fuels are more problematic to combust in small-scale heating plants than conventional wood fuels. Their high content of ash, chlorine and sulphur leads to increased emissions of dust, sulphur dioxide and hydrogen chloride in the flue gases. By transporting the flue gases to a flue gas well where it condenses, and separates dust and sour components, enables a cost effective flue gas purification for small-scale heating plants (50 kW ? 10 MW) of agricultural derived solid fuels. This project have studied two heating plants using flue gas wells with the aim to add to the knowledge about how a flue gas wells may look like and to quantify how much emissions of dust, chlorine and sulphur in the flue gases are reduced. The project also aimed to summon regulations and laws regarding the handling of the condensate that develop in the flue gas well.

In the project measures were conducted on two different heating plants with mounted flue gas wells: a 60 kW biofuels boiler combusting grains and red canary grass and a 1 MW batch fired boiler combusting wheat straw. Measurements on flue gases were conducted with and without water injection in the flue gases. The flue gas wells reduced dust emissions of up to 80 %. The best reduction was achieved at the 60 kW heating plant when firing red canary grass. Firing grains in the same plant lead to 7 % reduction of the dust emissions. In the 1 MW heating plant firing wheat straw the flue gas well accomplished 40 % reduction of dust emissions. The boiler ability to achieve complete combustion, hence minimize the content of volatile and semi-volatile components in the flue gas, is largely affecting the flue gas well ability to reduce dust emissions. This did not, however, affect the reduction of dust in the flue. Chlorine emissions was reduced by up to 88 % by a flue gas well. Water injection made a big difference on reduction of chlorine emission from grain combustion. Sulphur emissions was reduced by 50 %, from wheat straw combustion, by a flue gas well. No reduction of sulphur was achieved from grains combustion in the 60 kW heating plant and water injection had little or no effect on the reduction rate.

As the condensate was very acetic and potentially erosive an ejector fan was used to cool down the flue gases enough to enable acid resilient plastic pipes to be used for the flue gas canal. The well was drained of condensate continuously and the piping must be sweeped with regular intervals to prevent blockage of the flue gas.

Plants below 20 MW is excluded from national regulations on activity emission regarding flue gas condensate. The Swedish Environmental Code does however place the responsibility for preventing harm to nature upon the practicer. The possibilities of managing the condensate from the flue gas well are spillage to a manure reservoir for spreading it as fertilization on farmland, or spillage directly to receiving waters. The later method require neutralization of the pH, commonly by using sodium hydroxide, but possibly also limestone.

Key words: Flue gas well, ejector fan, agricultural fuels, dust emission, chlorine emission, sulphur emission, flue gas condensate

SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut SP Technical Research Institute of Sweden

SP Rapport 2011:02 ISBN 987-91-86622-26-8 ISSN 0284-5172 Bor?s 2011

4

Inneh?llsf?rteckning

Abstract

3

Inneh?llsf?rteckning

4

F?rord

5

Sammanfattning

6

1

Inledning

7

1.1

Syfte och m?l

9

2

Beskrivning av anl?ggningar med r?kgasbrunn

9

2.1

R?kgasbrunnen p? Gullbringa S?teri

9

2.2

R?kgasbrunnen p? Ormebacken

12

3

Beskrivning av m?tf?rs?k och metoder

14

3.1

Utf?rda m?tningar

14

3.1.1 R?kgasanalyser

16

3.2

Br?nsle och askanalyser

16

3.3

Analys p? r?kgaskondensat

17

4

Resultat

18

4.1

Br?nsleanalyser

18

4.2

R?kgasbrunnens avskiljning av stoft ur r?kgaser

19

4.2.1 M?tningar av stoft p? Gullbringa

21

4.2.2 M?tningar av stoft p? Ormebacken

21

4.2.3 Stoftanalyser

23

4.2.4 ?vriga r?kgasanalyser

25

4.3

R?kgasbrunnens avskiljning av sura komponenter

27

4.3.1 Avskiljning av klor i r?kgaserna

27

4.3.2 Avskiljning av svavel i r?kgaserna

29

4.4 Aska

30

4.5 R?kgaskondensat

31

5

Hantering av r?kgaskondensat

33

5.1 Spridning p? ?kermark

33

5.2 Utsl?pp till recipient

35

5.3 Inkoppling p? kommunalt avloppsreningsverk

35

6

Uppv?rmning av mark

36

7

Diskussion

36

8

Slutsatser

38

9

Referenser

39

Bilaga 1

5

F?rord

Rapporten redovisar resultaten fr?n projektet "R?kgasbrunn f?r minimering av utsl?pp vid f?rbr?nning av ?kerbr?nslen, vidareutveckling" som ing?r i Energimyndighetens program "Sm?skalig v?rmef?rs?rjning med biobr?nsle". Energimyndigheten har finansierat projektet tillsammans med L?nsstyrelsen i V?stra G?taland. Dessutom har medverkande akt?rer Synner?d Maskin och H?lltorps S?teri Maskin AB bidragit med egen medfinansiering och konstruktionsmaterial. Projektet har genomf?rts av SP och Kanenergi Sweden AB. Projektet bygger till stor del p? resultat fr?n en tidigare utv?rdering av r?kgasbrunn vid spannm?lseldning som genomf?rdes med finansiering fr?n Jordbruksverket.

Fr?n SP har Johan Yngvesson, Marie R?nnb?ck, Kent Davidsson, Magnus Holmgren och Fredrik Niklasson medverkat och fr?n Kanenergi har Olof Arkel?v medverkat. Vid f?rbr?nningsf?rs?ken har Per-Uno Karlsson fr?n Synner?d Maskin samt Christofer Carlander fr?n H?lltorps S?teri Maskin AB och Jonas Carlander medverkat.

Vi vill tacka deltagare och finansi?rer som har bidragit till att projektet har g?tt att genomf?ra. Vi vill ?ven tacka de b?da anl?ggnings?garna, Gullbringa S?teri och Ormebacken Lantbruk som st?llt sina anl?ggningar till v?rt f?rfogande under m?tningarna.

Johan Yngvesson SP Bor?s, januari 2011

Olof Arkel?v Kanenergi Skara, januari 2011

6

Sammanfattning

Eldning av ?kerbr?nslen ?r mer problemfyllt ?n tr?br?nslen. Deras inneh?ll av aska, klor och svavel inneb?r generellt h?gre emissioner av stoft, svaveloxider och klorid. Genom att kyla r?kgaserna och l?ta dem kondensera i en brunn kan man erh?lla en kostnadseffektiv r?kgasrening p? sm? f?rbr?nningsanl?ggningar och minimera utsl?ppen av stoft och sura komponenter vid f?rbr?nning av ?kerbr?nslen. I detta projektet har man utv?rderat tv? anl?ggningar med r?kgasbrunnar med syftet att ?ka kunskapen kring hur en r?kgasbrunn kan se ut och hur mycket den kan reducera emissionerna av stoft, svavel och klor. Dessutom har projektet syftat till att klarg?ra vilka regelverk som omg?rdar hanteringen av det kondensat som samlas i r?kgasbrunnen.

R?kgasbrunnarna i projektet var monterade p? tv? olika pannor f?r eldning av ?kerbr?nslen: en 60 kW biobr?nslepanna eldad med havre eller r?rflen samt en 1 MW halmeldad panna f?r satsvis eldning. R?kgasbrunnarna visade sig kunna reducera stoftemissionerna med upp emot 80 %. B?st reduktion erh?lls vid f?rbr?nning av r?rflen i pannan p? 60 kW. Vid halmf?rbr?nning i den satseldade pannan p? 1 MW avskiljdes som b?st knappt 40 % av stoftet. Pannans f?rm?ga att ?stadkomma fullst?ndig f?rbr?nning och d?rmed minimera halterna av of?rbr?nda flyktiga komponenter i r?kgaserna ?r viktig f?r r?kgasbrunnens f?rm?ga att reducera stoftutsl?ppen. M?tningarna utf?rdes med och utan vatteninsprutning i r?kgaserna men det gick inte att p?visa n?gon positiv effekt av vatteninsprutningen p? reduktionen av stoftemissioner.

Klor-emissionerna (HCl) reducerades med upp mot 88 % med r?kgasbrunnen. Reduktionen av HCl var n?got s?mre p? den havreeldade pannan p? 60 kW d?r vatteninsprutning kr?vdes f?r att erh?lla en riktigt bra reduktion. I den satsvis eldade halmpannan reducerades svavelemissionerna (SO2) med 50 % och vatteninsprutningen gjorde endast en liten skillnad. I pannan p? 60 kW var reduktionen av SO2 i r?kgaserna d?remot obetydlig vid eldning av havre och vatteninsprutningen i r?kgaserna hade liten eller ingen p?verkan p? avskiljningen av SO2.

Genom att anv?nda en ejektorfl?kt f?r att transportera r?kgaserna till brunnen kyldes r?kgaserna ner s? mycket att kulverten i marken kunde byggas med syrafasta plastr?r. Detta ?r en bra l?sning f?r att undvika att r?ren f?rst?rs genom korrosion p? grund av det mycket sura r?kgaskondensatet, som hade pH 2,5. Det kondensat som samlas i brunnen m?ste ledas ut p? ett effektivt s?tt s? den inte fylls upp med vatten. Hela r?kkanalen m?ste dessutom sotas med ett visst intervall f?r att inte slamma igen.

Det finns inga myndighetskrav avseende hantering av r?kgaskondensat f?r f?rbr?nningsanl?ggningar < 20 MW, men Milj?balken l?gger ansvaret p? verksamhetsut?varen att f?rsiktighets?tg?rder genomf?rts och att skada p? naturen undviks. De m?jligheter att hantera kondensatet p? som har framkommit i projektet ?r utsl?pp till g?dselbrunn f?r ?terf?ring till ?kermark samt utsl?pp till recipient. Kondensat har mycket l?gt pH som kan skada natur och material om det inte neutraliseras innan hantering/utsl?pp. Detta sker vanligtvis med lut men kan eventuellt ?ven ?stadkommas med kalk. Spridningen av r?kgaskondensat p? ?kermark b?r kunna ske enligt samma rekommendationer som finns f?r askor fr?n biobr?nslegr?dor. Det inneb?r i s? fall anm?lningsplikt gentemot kommunens milj?kontor innan spridning sker. Genom att sl?ppa kondensatet till en g?dselbrunn beh?ver det inte neutraliseras och kan ?terf?ras till ?kern vid g?dsling. M?jligheten att sl?ppa r?kgaskondensat till det kommunala spillvattenn?tet avg?rs av respektive reningsverk och kr?ver ofta omfattande analyser av kondensatets inneh?ll.

7

1

Inledning

Det finns en stor potential av "nya" biobr?nslen, s?som halm, perenna gr?s, mm. Nya

snabbv?xande br?nslen har generellt h?gre askhalt och h?gre inneh?ll av surg?rande

komponenter som klor och svavel ?n rent stamtr?, varvid utsl?pp av stoft, svaveldioxid

och v?teklorid blir h?gre. R?kgasens fukt kan bli mycket sur och aggressiv om halterna

av svavel och klor ?r h?ga. Vid spannm?lseldning har korrosionsskador uppst?tt snabbt

d? fukt kondenserat, ?ven p? rostfritt material. Korrosionsskador i n?rmilj?n (pl?ttak,

h?ngr?nnor osv) har rapporterats, och dessa ?mnen bidrar ?ven till f?rsurning av milj?n.

Genom att leda r?kgaserna genom en r?kgasledning i mark till en r?kgasbrunn, har det i den f?reg?ende studien (R?nnb?ck, Arkel?v et al., 2007) konstaterats att det g?r att minska stoftutsl?ppen och att kondensera ut stora delar av de sura ?mnena. Konceptet erbjuder en prisv?rd och tekniskt enkel metod till utsl?ppsreduktion.

Eldning av br?nslen fr?n ?ker ?r mer problemfylld ?n de mer etablerade skogsbr?nslena. Det mest anv?nda ?kerbr?nslet ?r idag halm. F?r de mindre anl?ggningarna (upp till 1MW) ?r det oftast batcheldad utrustning som anv?nds. Denna typ av utrustning ?r kostnadseffektiv men kanske inte den mest effektiva f?rbr?nningsm?ssigt. Det ?r ofta sv?rt att i den h?r typen av utrustning n? ner till l?ga v?rden p? framf?r allt stoft niv?er. Reglerna f?r emissioner- och stoftutsl?pp regleras av Boverket f?r utrustning upp till 300kW. F?r anl?ggningar ?ver 500kW ?r det Naturv?rdsverkets f?reskrifter som g?ller. F?r ett par ?r sedan s? gjordes en f?r?ndring i BBR d?r man tog bort t?tortsbegreppet vad g?ller emissioner till luft fr?n f?rbr?nningsanl?ggningar. Tidigare s? st?lldes h?gre krav p? utrustning som befanns inom t?tort ?n p? utrustning utanf?r t?tort. F?r?ndringen innebar att all utrustning, oavsett placering, skulle klara de h?rdare reglerna f?r t?tort. I Naturv?rdsverkets f?reskrifter finns t?tortsbegreppet kvar vilket ger olika gr?nsv?rden f?r olika placeringar. Vid placering utanf?r t?tort st?lls l?gre krav.

Idag anv?nds r?kgasbrunnar i f?rsta hand f?r oljebr?nnare vid spannm?lstorkar, men p? de senaste ?ren har minst ett 10-tal r?kgasbrunnar installerats f?r mindre spannm?lspannor. Ett askrikt br?nsle med h?gt inneh?ll av sura ?mnen st?ller andra krav p? val av fl?kt, s?kerhetssystem, omh?ndertagande av kondensat mm. Tekniken finns beskriven och utv?rderad i den f?reg?ende studien (R?nnb?ck, Arkel?v et al., 2007), d?r f?rslag tas fram till f?rb?ttringar och man pekar p? problemet med stora m?ngder r?kgaskondensat vid st?rre anl?ggningar. Vid mindre anl?ggningar ( ................
................

In order to avoid copyright disputes, this page is only a partial summary.

Google Online Preview   Download