Varm sod - Forbrændingsprocessens indflydelse

Transkript

1 Varm sod - Forbrændingsprocessens indflydelse Udarbejdet af: Daniel Abildgaard Madsen (M11753) Aflevering: Aarhus Maskinmesterskole

2 Titel: Varm sod - Forbrændingsprocessens indflydelse Projekttype: Bachelorprojekt Uddannelse: Maskinmester Uddannelsesinstitution: Aarhus Maskinmesterskole Forfatter: Daniel Abildgaard Madsen (M11753) Vejleder: Henrik Rønbjerg Afleveringstidspunkt: 2. juni 2014 Antal normalsider á 2400 tegn: 32,5 Forsideillustration: Verdo Produktion A/S Dato / Underskrift: Daniel Abildgaard Madsen, M11753 Side 2 af 70

3 Abstract This thesis has its origin from an internship at Verdo Production A/S, completed by the author in the period 20 th January to 28 th march 2014, as a part of 9 th semester at Aarhus School of Marine and Technical Engineering. Verdo Production A/S is a Combined Heat and Power plant, supplying Randers city with district heating and power with two identical spreader-stoker fired boilers with travelling grates. These where originally designed for coal firing, but today the CHP is 100 % biomass fired, using mainly wood chips and partially other dry biomass products like shells, powder products and wood pellets. The conversion to biomass has given the plant a problem with uncombusted particles in the fly ash, also referred to as hot soot. These particles will be drawn out of the boiler room with the flue gas, and separated by the electrostatic filter before led to the rotary valve, which divides flue gas from the atmospheric environment. Leaving the rotary valve, the soot goes onto a conveyer where there are visible glowing wood particles, meaning that there are an unintended combustion putting the soot conveyer and storage in danger of a fire. This can cause material damage and possible production stop which can be a costly affair. The goal of this report is to find out how the hot soot is formed, by analyzing different factors which could have an influence on the combustion process in the boiler, and how to prevent the unintended combustion at the fly ash handling process. First the report gives a short insight in the CHP plants history, and a chapter about the power production facility before and after the reconstruction of the boilers to accommodate biomass as a fuel. This will be followed by analysing chapters where the cause of the occurrence will try to be covered, by analysing factors which could have influenced the forming of hot soot. The examined parameters are chosen based on author s knowledge regarding combustion- and CHP theory, and include residual carbon in the fly ash, load effects and the excess oxygen level at the combustion. The conclusion of this report shows that more than one factor has an influence on the formation of hot soot. Based on the analyses carried out, it is very likely that a variation in load, affects the oxygen level in the boiler, causing unburned particles to be dragged out with the flue gas. If the unburned particles have been dried out and in the absence of oxygen it will reach pyrophoric state, meaning the particles can ignite spontaneously at low surrounding temperatures, when released into an environment with excess oxygen. This report is not a final solution to the problem, but should be considered as a support during further research, as it can t be safely said that there aren t other factors that affects the formation of hot soot. Side 3 af 70

4 Indholdsfortegnelse Forord... 6 Læsevejledning... 7 Ordforklaring Problemformulering Formål Projekt baggrund Problembeskrivelse Problemundersøgelser Afgrænsning Metode Databehandling Virksomhedsprofil Anlægsopbygning Identifikation af forekomst Temperatur over cellesluser Temperaturmåling og observation på kedellinje Temperaturmåling og observation på kedellinje Delkonklusion Forbrændingsproces med biomasse Problemanalyser Restkulstof Restkul d. 6/ Restkul d. 10/ delkonklusion Metodekritik Lastgrad Delkonklusion Lastændring Lastændring kedel 2, d. 6/ Lastændring kedel 2, d. 12/ lastændring kedel 2, d.5/ Delkonklusion Side 4 af 70

5 Metodekritik Iltoverskud i forbrændingsprocessen Luftoverskud ved måler Luftoverskud ved forbrænding Delkonklusion Sammenholdende undersøgelser af luftoverskud Delkonklusion Metodekritik Dannelse af varm sod metodekritik Løsningsforslag Konklusion Perspektivering Litteraturliste Bilag Bilag 1 - Temperaturmåling over cellesluser Bilag 2 - Periodisk data over kedel 1, med temperaturer i brændkammer Bilag 3 - Periodisk data over kedel 2, uden temperaturer i brændkammer Bilag 4 - Data for kedel 2 med 5 minutters interval - d. 6/ Bilag 5 - Data for kedel 2 med 5 minutters interval - d. 12/ Bilag 6 - Data for kedel 2 med 5 minutters interval - d. 5/ Bilag 7 - Tilsats analyse af INCOLAB Services B. V Bilag 8 - Flis analyse af SGS Minerals Laboratory Bilag 9 - Delta Blower GM 25 S Bilag 10 - Luftoverskud d. 11- & 10/ Bilag 11 - Brændsels - og luftregulering Figurliste Side 5 af 70

6 Forord Det er denne rapports formål, at undersøge parametre der kan have indflydelse på dannelsen af varm sod i flyveasken hos Verdo Produktion A/S, for at forhindre forekomsten af dette. Rapporten er en analyse af faktorer som kan have indflydelse på forbrændingsprocessen, og dermed dannelsen af varm sod, og skal læses som en hjælp til Verdo Produktion A/S. Rapporten er skrevet som et afsluttende bachelorprojekt for 9. semester på maskinmesteruddannelsen. For udarbejdelse af denne rapport, skal der lyde en stor tak til følgende for deres behjælpelighed: Jens Ole Hougaard, Driftschef Verdo Produktion A/S, Drift Alle vagtledere, driftsmestre og driftsassistenter Verdo Produktion A/S, Drift Søren Ravnholm, overmontør smedeafdeling Verdo Entreprise A/S Niclas Fährstedt og Allan Jensen Aerzen Scandinavia Klaus Winther, kraftværkschef - Vattenfall, Fynsværket Side 6 af 70

7 Læsevejledning Alle hovedafsnit begynder med en forklaring af indholdet, og målet med det kommende afsnit. I afsnit hvor der fortages flere undersøgelser, til sammenhold af perioder, vil hver periode have sin egen underordnede afsnits opdeling, så det vides at det stadig er samme område der bliver behandlet. I rapporten er der brugt dokumentation/data fra Verdo Produktion, eksterne partnere, internettet samt forfatters egne indsamlede data fra anlægget. Det vil i rapporten fremgå, enten ved kildehenvisning og/eller beskrevet, hvor de enkelte data brugt til beregninger og illustrationer er fremskaffet. Under hver illustration vil der være anført figur nummer iht. afsnit, forklaring af illustrationen og kildehenvisning. Ved illustrationer baseret på behandlet data, som af praktiske årsager ikke er implementeret i rapporten, henvises der ligeledes under figuren til dokumentation for uddraget data i bilag. Hvis illustrationer er fra forfatters eget arkiv, altså eget fotografi eller selvproduceret illustration, henvises der til denne rapport som kilde (Madsen, 2014). Ordforklaring Varm sod er en beskrivelse for en utilsigtet forbrænding af uforbrændte træ partikler i flyveasken. Disse vil ses som gløder i flyveasken, da alle de flygtige bestanddele i brændslet er forbrændte, og der kun er rest kulstof tilbage. I rapporten bruges betegnelserne forekomst og dannelse, i forbindelse med varm sod. Forekomst er betegnelsen for hvor den varme sod er dokumenteret ved observationer, og dannelse referere til parametre i forbrændingsprocessen, der kan have indflydelse på hvorfor den varme sod opstår. Forkortelser vil blive forklaret umiddelbart i først kommende sides fodnote. Enkelte begreber er ligeledes beskrevet i fodnoterne. Side 7 af 70

8 1 - Problemformulering Denne rapport er udarbejdet som afsluttende bachelorprojekt for 9. semester på Aarhus Maskinmesterskole. Som en del af 9. semester på AAMS 1, blev der gennemført et 50 dages praktik forløb hos Verdo Produktion A/S i Randers. Den tilegnede viden ved afvikling af Bachelorpraktikken, vil blive brugt til udarbejdelse af denne rapport, som omhandler en relevant problemstilling på virksomhedens anlæg Formål Det overordnede formål med rapporten, er at bidrage til Verdo Produktions arbejde hen imod at blive et grønnere energi selskab, der problemfrit kan fyre med 100 % bio brændsel. For at opnå dette, vil problemet med dannelsen af varm sod belyses, igennem individuelle analyser af faktorer som kan have indflydelse på forbrændingsprocessen, og dermed på dannelsen af varm sod. Da der ikke før har været fokuseret på en undersøgelse af problemstillingen, kan undersøgelserne ikke med sikkerhed afskrive, at der ikke er flere faktorer som har indflydelse på problemet. Derfor er rapportens formål ikke at komme med en endegyldig løsning, men skal betragtes som et værktøj for Verdo s personale til videre undersøgelse Projekt baggrund I tiden er der meget fokus på grøn energi, og kravene til energi produktionen skærpes hele tiden. I forbindelse med at Danmark ønsker at være neutralt i år, stilles der løbende krav om at energi producerende virksomhed nedsætter deres udledninger, og finder alternative produktions metoder. Verdo Produktion A/S producerer og leverer fjernvarme og el til Randers og omegn, og har som et af de første KVV 2 i Danmark, omlagt deres oprindelige kulfyrede produktion til biomasse. Værket benytter to gamle beholder kedler med vandrer riste. Disse var oprindeligt beregnet til kul fyring, men blev i ombygget til primært at kører med træflis og tilsats 3 som brændsel. Siden omlægningen til at fyre med biobrændsel, har værket være stillet overfor nogle problemstillinger. Disse er løbende blevet udbedret, eftersom man er blevet klogere på den nye forbrændingsproces, og de konsekvenser overgangen fra kulfyring til biobrændsel har medført. Der er dog ikke fundet en løsning på problemet med varm sod, da der indtil nu ikke har været nogen undersøgelse af årsagen til forekomsten. 1 Aarhus Maskinmesterskole 2 Kraftvarmeværk 3 Tilsats: Tørt biobrændsel som kerner, kakaopulver osv. Side 8 af 70

9 Erfaringerne med ændringer af et eksisterende fossilt KVV til biomasse, kan benyttes af andre værker som skal følge fremtidsplanen om et neutralt Danmark i. Det er derfor vigtigt at problemstillingerne, i forbindelse med en anlægsændring hos Verdo Produktion A/S, bliver behandlet, så andre værker kan inddrage problemstillingerne ved omlægning til biomasse Problembeskrivelse Som driftsleder Jens Ole Hougaard forklarer, er der problemer med forekomsten af varm sod i flyveasken. Problemet består i at uforbrændt materiale trækkes med ud af fyrrummet, og medgår i en utilsigtet forbrænding. Dette medfører brandfare på sod transportørerne og i opsamlingssiloerne, med muligt havari til følge. Der er periodisk forekomst af varm sod fra begge kedellinjer, hvilket virker logisk da kedellinjerne er identiske i størrelse og opbygning. Efter samtaler med personalet, forklares det dog at de oplever problemet som hyppigst for kedellinje 2, og at problemet opstod efter omlægning fra kul- til flisfyring ved en ombygning i Verdo Produktion A/S oplever problemet som en mulig faktor for materielle skader der kan påvirke driften, og i værste fald medfører driftsstop eller personskader. Dette er man ikke interesseret i, da konsekvenserne kan blive meget omkostningsfulde. Der vil derfor arbejdes målrettet mod en forklaring på årsagen til dannelsen af varme sod, og hvordan den kan undgås, igennem analyser af parametre der kan påvirke forbrændingsprocessen Problemundersøgelser 1. Identifikation af forekomsten - Hvornår er der forekomst? - Hvilken kedel har hyppigst forekomst? Da der ikke er fjernovervågning af temperaturer på cellesluserne eller soden, vil dette blive undersøgt ved hjælp af manuelle målinger og observationer ved begge kedlers cellesluser, for at have dokumenterede perioder til analyse. Side 9 af 70

10 2. Forbrændingsprocessen og dannelsen af varm sod - Hvilke faktorer har betydning for forbrændingsprocessens kvalitet? - Hvordan kan varm sod dannes? Der foretages en teoretisk analyse af forbrændingsprocessen med biomasse som brændsel, for at finde en forklaring på hvordan uforbrændte partikler kan forekomme i flyveasken, og skabe en utilsigtet forbrænding ude ved sod transportørerne. 3. Problemanalyser - Hvilken indflydelse har restkul indholdet i flyveasken på forekomsten? - Hvilken indflydelse har kedlens belastning på forekomsten? - Hvilken indflydelse har lastændringer på forekomsten? Da problemet er periodisk vil data vedrørende restkul, og lastpåvirkninger der menes at have direkte indflydelse på dannelsen af varm sod, blive analyseret i udvalgte perioder hvor varm sod dannes, og opholdes med normale driftstilstande via SRO 4 -anlægget. 4. iltoverskud i forbrændingsprocessen Undersøgelse vedrørende sammenhænget mellem dannelsen af varm sod og den tilførte forbrændingslufts mængde, da forbrændingsluften har direkte indflydelse på forbrændingen, og kan være en afgørende faktor for om der trækkes uforbrændte partikler med hen til det elektrostatiske filter Afgrænsning Rapporten vil ikke fokusere på forslag til en efterbehandling af soden. Driftspersonalet har tidligere forsøgt med nedkøling af den varme sod efter elektrofiltrene, resulterende i at soden størkner sammen og gør transport af soden, og tømning af sod siloen problematisk. En modificering af anlægget, til at imødekomme denne driftssituation, ville indebære nye transportører og siloer, hvilket både vil være en dyr og omfattende ændring. Der vil endvidere heller ikke ses på udnyttelse af den lagrede energi i soden, da denne er for uregelmæssig, og ikke vil kunne inddrages i en valid energiplan. Rapporten vil derfor søge at finde en løsning før elektrofiltrene, og dermed hindre uforbrændte partikler i røggassen, da dette anses som den mest holdbare og fremadrettede løsning. 4 SRO: Styring, Regulering og Overvågning Side 10 af 70

11 Anlægsopbygning vil ikke anses som en afgørende faktor for forekomsten, da kedlerne er identiske og problemet givetvis er størst ved kedel 2. Analyse af brændslets indflydelse vil heller ikke blive foretaget. Dette skyldes at kedlerne har fælles brændselstilføring, så brændværdi, mængde og fugtighed for indfyringen vil være identisk i begge kedler under ens drift, og derved ikke have indflydelse på den hyppigere forekomst i kedel Metode Da der er mange forklaringer på problemet med varm sod, er det nødvendigt at gribe problemstillingen positivistisk an (Thurén, 2008). Dermed ikke betydende at diverse inputs ikke vil tages i betragtning, hvis de anses for at have en relevans, men der vil ikke drages nogen konklusioner ud fra driftspersonalets eller eksterne kilders antagelser, uden en underbyggende undersøgelse. De behandlede fokus områder, for undersøgelserne af dannelsen af varm sod, er valgt på baggrund af forfatters viden omhandlende kraftvarmeværks- og forbrændingsteknik. For at underbygge de enkelte analyser, foretages der et antal sammenlignelige undersøgelser for hver analyse, før der drages en konklusionen. Analyserne i rapporten er foretaget individuelt, hvor undersøgte perioder er udvalgt på baggrund af relevans for den enkelte undersøgelse. Nogle af undersøgelserne foretaget i rapporten, er afhængige af en fysisk tilstedeværelse for, at identificere forekomsten af varm sod. Dette gør verificering ved sammenligninger af perioder i driften under forskellige situationer besværlig. Disse usikkerheder vil blive behandlet i de berørte afsnit, for at gøre problematikken overskuelig i de enkelte tilfælde Databehandling En største del af de data som bliver brugt i rapporten, er uddrag fra anlæggets SRO system over relevante perioder. Det må antages at eventuelle usikkerheder på målepunkter er kalibreret ind til et minimum, så den benyttede data kan betragtes som valid. På grund af renovering af lokaler i praktikperioden, har det medført at noget dokumentation er blevet forflyttet og ikke har været til at finde. Derfor har det været nødvendigt at gå i dialog med eksterne folk i forbindelse med undersøgelser af enkelte komponenter. Data uddrag fra disse kilder, vil anses som pålidelige og ikke blive undergået kritiske forbehold. Side 11 af 70

12 Informationer og data indsamlet ved hjælp af internettet, vil alle sammen være uddraget fra sagkyndige kilder som producenter og analyse institutter, hvor rapporter og undersøgelser er foretaget af folk med ekspertise inden for det pågældende område. Disse vil derfor ikke undergå en dybere kritisk behandling. 3 - Virksomhedsprofil Randers Kommunale Værker s Kraftvarmeværk på kulholmsvej i Randers blev opført i 1982 med det hovedformål, at producere fjernvarme til Randers by. Anlægget fik en estimeret levetid på 30 år, men ved senere ombygning, blev dette forlænget til år I 2000 omdannede RKV 5 sig til et kommunalt aktieselskab, Energi Randers Holding A/S, som senere i 2000 overgik til en selvejende institution under samme navn (Jørgensen, 2006). I 2002 opførte ERH 6 et støvindfyringsanlæg til dosering af kød og benmel, så dette kunne udnyttes som brændsel i kedlerne. Dette skyldtes at mund og klov syge gjorde afskaffelse af kød og benmel dyrt for producenterne, så ERH aftog det gratis, for derefter at bruge det til brændsel. Dette varede dog ikke længe, og siden har anlægget fungeret som tilsatsdosering, hvor der igennem tiden blandt andet er blevet doseret både oliven kerner, kakao og tyggegummi til kedlerne, med henblik på at reducere værkets emissioner. I dag består tilsatsen hovedsageligt af tørt træ, som f.eks. træpiller. Der blev foretaget en større ombygning af anlægget i 2008, med henblik på at kunne producere fjernvarme og el, udelukkende ved brug af biobrændsel. Da der efter KBM 7 tilbygningen allerede blev indfyret en procentdel biobrændsel kombineret med kul (50/50), skulle den indfyrede kul mængde erstattes af ét biomasse produkt. Dette endte ud med at bestå hovedsagligt af træflis. Energi Randers Holding A/S havde afdelinger placeret rundt om i landet, hvilket betød mange forskellige navne til det samme firma, som f.eks. Energi Viborg. Dette var upraktisk og de valgte derfor i 2010 at høre under det samme navn, Verdo A/S. Verdo, der betyder grønlig, skulle signalere, at energiselskabet ville gå forrest med klimavenlige energi løsninger. I dag fyrer kraftvarmeværket med 100 % biobrændsel under normal drift, og kan leve op til deres motto Verdo - Energi til fremtiden. 5 Randers Kommunale Værker 6 Energi Randers Holding 7 Kød og benmel Side 12 af 70

13 4 - Anlægsopbygning En kort beskrivelse af anlæggets drift, før og efter omlægningen til flis, vil blive inddraget i denne rapport, for at give læser et bredere overblik over processerne på kraftvarmeværket. Anlægsbeskrivelsen vil hovedsageligt være beskrevet ud fra forfatters egne tilgåede forståelse for anlægget, i forbindelse med afvikling af 9. semesters praktikperiode hos Verdo Produktion A/S. Forbrændingsluftsystemet vil blive beskrevet mere detaljeret, da kendskab til opbygningen af dette vil være en hjælp til læser i senere afsnit. Fig. 4.1: Princip skitse af vandets og dampens vej igennem én kedel (Madsen, 2014) Kraftvarmeværket er et modtryksanlæg, altså et anlæg med fast forhold mellem el- og varmeproduktion, hvor den elektriske effekt der kan produceres, er bestemt af det aktuelle varmeforbrug. Kraftvarmeværket producerer damp ved hjælp af to identiske beholderkedler med naturlig cirkulation. På værket er der 3 fødepumper til at forsyne begge kedlers overbeholdere med fødevand. Fødevandet pumpes igennem economiserne 8, hvor det opvarmes til under mætningstemperaturen, så der ikke dannes damp før det ender i overbeholderen. I overbeholderen udskilles retur vand og damp fra fordamperrørene. Det udledte vand strømmer igen igennem fordamperrørene, via faldrørene og underbeholderen. Dampen trækker ud af toppen på overbeholderen, og ledes igennem 3 overhedere hvor dampen kan nå op til og. Hver kedel kan producere damp med et energiindhold på ca., efter overhederne ved fuldlast. Den overhedede damp fra de to kedler, samles efter den sidste overheder i hver kedellinje, og kan afsætte sin energi igennem anlæggets turbine, og opvarme fjernvarmevandet igennem turbine vandvarmeren efter turbine udtaget. Anlæggets turbine kan producere, men med værkets egetforbrug, leveres der som maksimalt til nettet. 8 Economiser: Fødevandsforvarmer i kedlens 2. røgtræk Side 13 af 70

14 Hvis der f.eks. ønskes mindre el-produktion men varmeforbruget skal holdes, ledes dampen igennem kraft damp vandvarmeren, hvorved mere af dampens energi går til opvarmning af fjernvarmenettet. Anlægget, som i dag fyre med bio brændsel, er oprindeligt bygget som et kulfyret kraftvarmeværk. Et transportbånd fører kullene op til kulsiloerne, hvor en fælles fordelingstransportør afsætter dem i henholdsvis kulsilo 1 og 2. Et reguleringsspjæld lukker kulet ned til en kulføder på fronten af kedlen, der bliver reguleret af kedel trykket, hvorefter en spreader kaster kullene imod endevæggen. Dermed dannes et tyndt brændselsslag på vandreristen, der tager brændslet med frem mod slaggefaldet. Deraf navnet spreader stoker. Da en forbehandling af kullene ikke finder sted, vil der være stykker i alle størrelser, resulterende i at de store stykker lander ved kedlens endevæg. De mindre stykker bliver fordelt over hele ristens længde, eller forbrænder i luften inden de får kontakt med risten, grundet deres mindre massefylde. Det betyder at de store stykker, som kræver mere tid for en fuldstændig forbrænding, vil få længere tid i kedlen, før den udbrændte masse når slaggefaldet ved frontvægen. Det falder herfra ned i et vandbad, hvor det afkøles og suger vand til sig. Slaggen vil efterfølgende Fig. 4.2: Spreader-stoker ristefyring for fast brændsel (IPPC, 2006) bundfælde, og kan transporteres via medbringer og transportbånd, ud til en slaggesilo til afhentning. Da der i 2002 blev installeret et spreder sten støvindfyringssystem til indfyring af granulerede biomasse produkter (KBM bygning), havde man pludselig muligheden for fyre med op til 50 % biobrændsel og 50 % kul. Tilsatsen bliver ført direkte ind i kedlen ved hjælp af transportluft, og bliver spredt ud i brændkamret af en sten for enden af tilsatsrøret inde i kedlen, se fig Fig. 4.3: Tilsats indfyring, set inde fra kedel (Madsen, 2014) Side 14 af 70

15 I 2008 bestemte man sig for at køre med træflis og piller i stedet for kul, hvilket medførte en større anlægs ombygning. Det var blandt andet nødvendigt at forlænge kedlen med ca. 5 meter. Dette skyldtes at der er et større vandindhold i biomassen end i kullet, som vil betyde at en større mængde røggas vil blive produceret. Ved at forlænge kedel rummet, kunne man sikre sig at røggassens opholds tid i fyrrummet blev den samme som ved kulfyringer. Kraftvarmeværket modtager både biomassen som hele træstammer, som de selv forarbejder, men også som færdig flis. Brændslet føres via en række transportører op til en fælles fordelings medbringer, som fordeler brændslet ud til 4 doseringsbeholdere. Der er 2 doseringsbeholdere til hver kedel, hvorfra flisen fødes via snegle ned til kedlerne. Da man har valgt at bibeholde indfyringssystemet, så man stadigvæk har mulighed for at fyre med kul, er den eksisterende kulføder udskiftet med en combi spreader fra AET 9, der giver mulighed for at fyre 100 % biomasse, 100 % kul eller en hvilken som helst kombination derimellem (AET.com, u.d). Flisen føres ned til combi spreaderen, hvorfra indfyringen foregår ligesom med kulføderen. Det betyder at hver kedel i dag, har to indfyringssystemer ved kedlen og tre brændsler, som kan spædes efter behov. Fig. 4.4: Combi spreader fra AET (AET.com, u.d) For at en god forbrænding kan finde sted, tilføres der ilt til forbrændingsprocessen. Forbrændingsluften er opdelt i et primær- og sekundær-/ tertiærluft system, som kan ses på fig. 4.5 (forbrændingsluft er markeret med rød, primærluft med grøn og sekundær-/tertiærluft med orange). Forbrændingsluften hentes ved at en friskluftsblæser suger luft inde fra kedelbygningen, og igennem en absorber, hvor luften bliver befugtet og opvarmet af fjernvarmereturvandet, gennem en veksler. Forbrændingsluften veksler dernæst med røggassen, hvor den vil absorberer mere energi fra røggassen, grundet forbrændingsluftens fugtindhold, 9 Aalborg Energie Technik Fig. 4.5: Luft og røggas, SRO uddrag (Madsen, 2014) Side 15 af 70

16 end ved tør luft. Røggassen, som uundgåeligt vil være fugtig, vil derved også afgive mere energi i veksleren, så røggassens temperatur falder, og medfører en øget udkondensering af vanddampe i absorberen, og øge den samlede virkningsgraden på anlægget. Herefter passere forbrændingsluften friskluftblæseren (friskluftblæser i lilla firkant fig. 4.5). Friskluftsblæseren består af en regulerbar fan (luftlederskovle) som er koblet direkte på en motor med konstant omdrejningstal. Luftlederskovlene fungerer som regulering af forbrændingsluftstilførelsen, der overordnet indreguleres af lastkravet. Da der fyres med biobrændsel som har meget varieret sammensætning, reguleres forbrændingsluftens massestrøm, ind efter en måling af ilt indholdet i røggassen, til en ønsket referenceværdi. Forbrændingsluften opvarmes igen af røggassen i LUFO en 10, da en højere forbrændingslufttemperatur, vil medføre at der ikke går unødvendigt meget energi fra forbrændingen tabt på opvarmning, og dermed sænker den totale virkningsgrad. Forbrændingsluften fordeles ud på en primær og sekundær/tertiær linje. Primærluftflowet reguleres ved hjælp af et spjæld (fig. 4.5, sort firkant) og føres via manuelle spjæld til luftkanaler under risten. Primærluften er den største aftager af den samlede mængde forbrændingsluft med ca.. Primærluften har til opgave at afkøle risten før det trænger op gennem brændslet, og tilføre ilt til forbrændingen. Sekundær-/ tertiærluften bliver ledt til sekundærluftblæseren (fig. 4.5, hvid firkant), der hæver trykket til det krævede Sidevæg Tertiærluft rækker Sekundærluft rækker Frontvæg niveau, for at opnå det nødvendige luftflow. Dette er indstillet ud fra erfarings tal med forbrændingen af biobrændsel. Sekundærluften bliver tilført af fire rækker Fig. 4.6: Sekundær-/tertiær luftindblæsning i kedel (Madsen, 2014) med sekundærluftdyser på kedlens bagvæg og tre på kedlens frontvæg. Endvidere sidder der to række tertiærluftdyser på hver kedelvæg, se fig Hver række er udstyret med et reguleringsspjæld, som sørger for at fordelingen af sekundær-/ tertiærluftflow er optimal i henhold til røggasemissioner og temperaturfordelingen i fyrrummet. Dyserne for sekundær-/ tertiærluften, sidder forskudt af hinanden hvilket gør det muligt at styre forbrændingen op igennem brændkamret. 10 Luftforvarmer Side 16 af 70

17 Røggassen vil fra fyrrummet ledes ned gennem andet kedeltræk, og passere overheder og economiser. I bunden af andet træk føres røggassen igennem en grovudskiller, hvor større uforbrændte partikler vil blive optaget og genindfyret ved hjælp af røggasrecirkulation 11. For at formindske røggastab, strømmer røggassen dernæst igennem LUFO en, før den når de elektrostatiske filtre. Her udskilles støv partiklerne fra røggassen, ved hjælp af en påtrykt spændingsforskel. Flyveasken vil ionisere ved de negative emissionsplader, og sætte sig på de positive udfældningsplader. Udfældningspladerne bankes med jævne mellemrum, hvorefter flyveasken ryger ned i bundtragten, og overgår fra røggas zonen til atmosfærisk miljø ved cellesluserne. Hver kedellinje har 6 cellesluser under el-filteret, og 2 transportører som transportere flyveaske og sod ud til et fælles transportsystem. Her transporteres begge kedellinjers flyveaske og sod, samlet ud til to opsamlingssiloer. Bundtragt Cellesluse 1.1 transportør Fig. 4.7: Cellesluse under elektrostatisk filter, kedellinje 1 (Madsen, 2014) 11 Røggas, taget efter grovudskiller, bruges som transportmedie til genindfyring af aske og flyvekoks Side 17 af 70

18 5 - Identifikation af forekomst En grundlæggende undersøgelse, for at fastslå perioder med varm sod, foretages i dette afsnit. Dokumenterede perioder med og uden forekomst sammenholdes ved senere analyser, og danner grundlag for data uddrag fra SRO systemet. Periodiske temperaturmålinger og observationer, foretaget på cellesluserne for kedellinje 1 og 2, vil blive analyseret i dette afsnit. Temperaturmålingerne og observationerne er foretaget, for at få dokumenterede perioder til videre analyse, og se om der er forskel på hyppigheden af forekomst i kedel 1 og 2. Da det kræver en fysisk tilstedeværelse, for at verificere forekomsten af gløder i flyveasken og måle temperaturen, er undersøgelsens omfang begrænset ned til mellem kl og for de undersøgte perioder. Det er forsøgt at foretage målinger og observere på samme tidspunkter, og med samme tidsintervaller over perioden Temperatur over cellesluser Målingerne af temperaturer på cellesluserne, er taget over en periode fra d. 4/ / Målingerne er foretaget med en infrarød temperaturmåler fra AGEMA - Thermopoint TPT40L2. I denne undersøgelse ses der bort fra måleudstyrets usikkerhed, da en helt præcis temperatur måling ikke er nødvendig, for undersøgelsen af hvilken kedellinje har oftest forekomsten, og om der er temperaturforskelle og variationer imellem perioder med og uden forekomst af varm sod over cellesluserne. Hver kedellinje har 6 cellesluser under det elektrostatiske filter, så for at opnå de bedste resultater, er målingerne foretaget ens på alle 12 cellesluser. Målingerne er foretaget på førstkommende cellekammer, efter flyveasken er kommet til cellesluserne, se fig Flyveasken i kamret vil her have den højeste temperatur, og variationerne på celletemperaturerne vil være synligere. Afstanden for målingen er 1 meter, da den infrarøde måler her har en lille usikkerhed og samtidig formindsker variationer i målingerne. Fig. 5.1: Skitse af cellesluse og målepunkt (Madsen, 2014) Side 18 af 70

19 Røggas Aarhus Maskinmesterskole Middelværdierne for perioderne, er gennemsnitsværdier af de målinger som er foretaget på den givne dato, se bilag 1. Middelværdierne er indført i nedenstående skemaer for kedellinje 1 og 2, med referencer til celleslusernes placering i henhold til fig I fig. 5.3 og 5.5, kan middeltemperaturerne aflæses for hver cellesluse, samt en afmærkning der indikerer dato og sted for observation af varm sod på transportøren. I bilag 1, ses de nøjagtige tidspunkter for de udførte temperaturmålinger og Fig. 5.2: Oversigt over cellesluse placering for kedellinje X (Madsen, 2014) observationer Temperaturmåling og observation på kedellinje 1 Gløder registreret i soden begge linjer Gløder registreret i soden linje Gløder registreret i soden linje Kedel 1 Cellesluse temperatur [ ] Dato /2 - middelværdi /2 - middelværdi /2 - middelværdi /2 - middelværdi /2 - middelværdi /2 - middelværdi /2 - middelværdi /2 - middelværdi Middelværdi over periode 4/2-19/ Fig. 5.3: Cellesluse temperatur for kedel 1, med identifikation af varm sod. Uddrag fra bilag 1 (Madsen, 2014) Side 19 af 70

20 For kedel 1, ses det at der i den undersøgte periode forekommer varm sod én gang, d. 10/2 observeret på transportøren fra cellesluse. De observerede gløder kan stamme fra både cellesluse, og, da soden som har lagt sig på medbringeren, der ses på fig. 5.4, har passeret alle tre sluser, før den på tilbagevejen skraber soden langs bunden af transportørkanalen. Dog variere temperaturen over celle så meget fra normalen, at det med stor sandsynlighed kan fastlægges at det er her de observerede gløder stammer fra. Fig. 5.4: Varm sod ved observationspunkt d. 10/2 (Madsen, 2014) Temperaturmåling og observation på kedellinje 2 Gløder registreret i soden begge linjer Gløder registreret i soden linje Gløder registreret i soden linje Kedel 2 Cellesluse temperatur [ ] Dato /2 - middel sum /2 - middel sum /2 - middel sum /2 - middel sum /2 - middel sum /2 - middel sum /2 - middel sum /2 - middel sum Middelværdi over periode 4/2-19/ Fig. 5.5: Cellesluse temperatur for kedel 2, med identifikation af varm sod. Uddrag fra bilag 1 (Madsen, 2014) I perioden observeres der varm sod fire gange, hvor der for samme perioder kun forekom varm sod én gang for kedel 1. Side 20 af 70

21 Det ses ved begge undersøgelser at den varme sod oftest fremgår ved celle højeste temperaturer variationer over sluserne i disse sektioner., og der også er de Delkonklusion Det ses ud fra de periodiske temperaturmålinger og observationer, illustreret i fig. 5.3 og fig. 5.5 for cellesluserne ved kedel 1 og 2, at forekomsten af varmt sod er hyppigst for kedel 2, og at den periodiske middeltemperatur over undersøgte periode er højere for kedel 2. Ved at vide i hvilken kedel forekomsten af varm sod er størst, vil der være større sandsynlighed for at kilden til dannelsen af varm sod kan identificeres, gennem en analyse fokuseret på kedel 2 s forbrændingsproces. De dokumenterede perioder med og uden forekomst af varm sod i flyveasken, vil fremadrettet blive brugt ved undersøgelser, for at finde en mulig årsag til dannelsen af varm sod. 6 - Forbrændingsproces med biomasse Da det ikke vides hvorfor der dannes varm sod, vil dette afsnit omhandle en teoretisk analyse af forbrændingsprocessen med biomasse, for at finde en forklaring på hvordan den varme sod kan opstå, og skabe problemer efter cellesluserne. Da dannelsen af varm sod først opstod efter kraftvarmeværkets omlægning til biobrændsel fra kul, er det nødvendigt at se på forbrændingsprocessen, når der bruges træ som brændsel. Der er 4 hoved punkter som har indvirkning på forbrændingens kvalitet i fyrrummet (Videncenter, u.d). Høj temperatur Opholdstid Opblanding Iltoverskud I rapporten vil temperaturerne i fyrrummet ikke anses som en indvirkende faktor for dannelsen af varm sod, da kedlerne når temperaturer mellem (bilag 2, celle temperatur i brændkammer ). Ved disse temperaturer, og den relative lange opholdstid i kedlen, vil brændslet nå at gennemgå de 4 forbrændingsstadier for biobrændsler. Side 21 af 70

22 Opvarmning/tørring Vægt tab ved temperaturer Pyrolyse Afgasning af flygtige bestanddele kg Forbrænding af pyrolysegasser Koksudbrænding Langsom udbrænding af koksrest Fig 6.1: Forbrænding af fast stof (Eriksen, 2006 ver. 2.1) Det ses ud fra fig. 6.1, at koksudbrændingen for træ allerede starter ved, og at fuldstændige udnyttelse af den tilbageværende energi i det faste brændsel, derfor afhænger af opholdstiden i kedlen. Brændslets og røggassens opholdstid i kedlen, vil heller ikke inddrages som en mulig faktor i denne rapport, da dette vil betyde en omfattende ændring af kedlens fysiske udformning. Endvidere blev kedlerne forlænget under ombygningen i 2008, netop for at forøge opholdstiden af røggassen i fyrrummet, grundet træets større vandindhold og dermed øgede røggasmængde. For at opretholde en effektiv og fuldstændig forbrænding, når der fyres med træ, at det vigtigt at der er et korrekt forhold mellem lufttilføring og brændsel. Under opblandingen af brændslet og luften, er det vigtigt at der opnås en god kontakt mellem luftens ilt og træets brændbare bestanddele. Jo bedre kontakt, jo hurtigere og bedre forbrænding. Når træ forbrændes, vil de afgivende gasser, ca. 80 % af træets vægt, brænde som flammer, og de resterende faste partikler vil ses som gløder. Det høje indhold af flygtige bestanddele i træet, gør at tilføring af sekundærluft er vigtigt over brændselslaget hvor gasforbrændingen foregår. Da der over brændselslaget, i teorien befinder sig to luftformige gasser, vil opblandingen her være optimal. Forbrændingen vil forløbe hurtigt, og være nem at styre da der ud fra ilt overskuddet, målt i røggassen, kan tilføres mere eller mindre sekundær-/tertiærluft, så et ønsket ilt niveau holdes (Videncenter, u.d). Da træflis har en mindre massefylde end kul, vil der i praksis være mulighed for at der over brændselslaget kan forekomme små stykker af uforbrændt træ, der ikke går ligeså godt i forbindelse med ilten. Hvis disse trækkes ud med røggassen, vil det sænke opholdstiden i kedlen, og resultere i uforbrændte partikler der trækkes med ud i røggastrækket. Partiklerne er ikke nødvendigvis undergået en fuldstændig forbrænding på dette stadie, men da træ partiklen har undergået en hård opvarmning siden den kom ind i kedlen, kan alle flygtige bestanddele være Side 22 af 70

23 forbrændte. Derved er der kun restkul tilbage i træet, så det kan blive pyrofort (Træbranchens, u.d). Det vil sige at trækullet er blevet termisk nedbrudt, så det er tørt og rigt på kulstof. Pyrofort trækul vil være i stand til at producere sin egen varme, når det går i forbindelse med ilt, og kan selvantænde ved omgivelsestemperaturer helt ned til. Da partiklerne ved el-filtret, er i et iltfattigt miljø ved undertryk, vil de ikke medgå i en utilsigtet forbrænding på dette stadie. Ved elektrofiltrene samles partiklerne på udfældningspladerne, før de bankes af og ned til cellesluserne. Når de uforbrændte partikler samles ved cellesluserne, og overgår til atmosfærisk miljø, vil alle kriterier for en ukontrolleret forbrænding være til stede. 1. Ilt Ved overgangen fra cellesluserne, fra undertryk til atm. tryk, vil der medgå en stigning af iltindholdet, fra ca. 6 % til 21 % ilt. 2. Varme Flyveasken har relativt høje temperaturer, da der ved elektrofilteret er temperaturer på ca.. 3. Brændbart materiel Uforbrændte partikler, restkul, i flyveasken som får kontakt med hinanden. Hvis partiklerne er pyroforte ved overgangen fra cellesluserne, vil de kunne selvantænde da der er masse af ilt og varme, og være en grund til at der kan observeres forekomst af varm sod ved sod transportørerne. Fig. 6.2: Varm sod (Madsen, 2014) Denne utilsigtede forbrænding ved overgangen mellem de to miljøer, vil også betyder en temperatur stigning hen over cellesluserne. I fig. 6.2 ses der en sammenligning mellem temperatur målinger før cellesluserne, og på cellesluserne i en periode hvor der er forekomst af varm sod. Gløder registreret i soden begge linjer Gløder registreret i soden linje Gløder registreret i soden linje Kedel 2, temperatur på cellesluse [ ] Dato Tid Kedel 2, temperatur før cellesluse [ ] Dato Tid Fig 6.3: Temperatur før og på cellesluser for kedel 2 (Madsen, 2014) Side 23 af 70

24 Der ses en temperatur stigning fra, over celleslusen i denne periode. Denne temperatur ændring, kan medføre forringelse af membran som skal sikre adskillelse mellem tryk zoner. Hvis membranen bliver for slidt, vil der være utilsigtet indsuge af frisk luft grundet undertrykket i røggas trækket. Dette kan i teorien starte en forbrændings af de uforbrændte partikler tidligere i røg trækket, og skade yderligere materiel. På baggrund af forbrændingsteorien, vil det fremadrettet undersøges om der er nogle faktorer som kan have indflydelse på forbrændingsprocessen, og dermed fremme forekomsten af varm sod. 7 - Problemanalyser I problemanalyserne vil faktorer, der kan have indflydelse på dannelsen af varmt sod, undersøges via SROdata, sammenholdt med de verificerede perioder fra afsnit 5 - identifikation af forekomst, hvor der er dokumenteret forekomst af varm sod. - Restkulstof i flyveasken Da varm sod består af uforbrændte partikler i flyveasken, og restkulstoffet er en måling af hvor højt indholdet af uforbrændt materiale i flyveasken er, vil det iht. punkt 3 - Brandbart materiel, afsnit 6 - Forbrændingsproces med biomasse, undersøges om et højt indhold af restkulstof kan forbindes med en øget forekomst af varm sod. - Lastpåvirkning Da lasten af kedlerne har direkte indvirkning på brændselsforbruget og dermed forbrændingsprocessen, vil det undersøges om henholdsvis lastgraden og lastændringer har indflydelse på dannelsen af varm sod. - Iltoverskud Da iltoverskuddet, iht. afsnit 6 - Forbrændingsproces med biomasse, har indflydelse på kvaliteten af forbrændingen, vil luftoverskudskoefficienten her undersøges. Ved at sammenholde dokumenterede perioder med og uden forekomst af varmt sod, vil det kunne undersøges om ovenstående faktorer, har en indflydelse på dannelsen af varmt sod. Side 24 af 70

25 7.1 - Restkulstof Restkul indholdet vil blive sammenholdt for begge kedellinjer over to perioder, i henhold til afsnit 5 - identifikation af forekomst, hvor der er variationer i observationen af gløder, for at synliggøre et eventuelt sammenhæng imellem indholdet af restkul indholdet og forekomsten af varm sod. Fig : Skitse af sod transport (Madsen, 2014) Restkulstoffet i flyveasken fortæller hvor højt indholdet er af uforbrændt materiale i forhold til samlede mængde, og kan aflæses fra SRO anlægget som en procentvisning. Restkulstoffet måles på sod transportørerne hvor der tages en stikprøve måling med ca. 15 minutters intervaller for hver kedellinje. Kedel 1 Kedel 2 Cellesluse Cellesluse /2 - middel sum 40,3 41, ,3 47,3 47,3 6/2 - middel sum , ,3 56, /2 - middel sum ,8 37,3 49, /2 - middel sum 71, Fig : Cellesluse temperatur for kedellinje 1 og 2 med observation af varm sod, uddrag af bilag 1 (Madsen, 2014) Side 25 af 70

26 Perioderne d. 6/2 og d. 10/2 fra er valgt, på grund af den variation der er i forekomsten af varm sod. Som det ses af fig , vil der være forekomst af varm sod den 6/2 kl for kedellinje 2, og ingen for kedellinje 1. D.10/2 er der observeret gløder for begge kedellinjer kl. 7.00, men for kedellinje 1 fortsætter forekomsten resten af perioden. Da der både er perioder hvor hver enkelt kedel har gløder i flyveasken og hvor begge har, vil disse perioder være optimale at sammenholde, for at fået et overblik over sammenhænget mellem restkul og forekomst af varm sod Restkul d. 6/ I kurven, fig , ses det procentvise restkul indhold for begge kedler mellem 6.00 og Begge restkul målinger er indsat for en overskuelig sammenligning, samt markering af observationer og varm sod for perioden. % Observationer Varm sod Ud fra fig ses det at restkul indholdet generelt er højere for kedel 2 (grøn kurve) i perioden, men at forekomsten af varm sod kl ikke dannes hvor det største restkul indhold er over perioden. Fig : Restkul i flyveasken for kedel 1 og 2 d. 6/ (Madsen, 2014) Der ses et stort fald før observationen af varm sod kl Dette kan betyde at der har været varm sod i perioden op til observationen. Men det kan ud fra kurven ikke siges at et højt indhold af uforbrændte partikler betyder varmt sod, da der ved observationen kl også er et stort fald, fra et endnu højere restkul indhold, uden at der observeres varm sod. Side 26 af 70

27 Restkul d. 10/ For perioden er der observeret varm sod fra kedel 1 fra kl (rød kurve), og fra kedel 2 kl (grøn kurve). Varm sod kedel 1 Sidste obs. i periode Ud fra kurven er der ikke nogen % konkret visning af hvorfor der var forekomst over hele perioden fra kedel 1, og kun en enkelt observation i flyveasken fra kedel 2. Kurverne følges nogenlunde ad over den undersøgte periode, men der ses dog højere peak værdier for kedel 2. Fig : Restkul i flyveasken for kedel 1 og 2 d. 10/ (Madsen, 2014) delkonklusion Der ses blandt andet både fald og stigninger i restkul indhold, før første observation af varm sod på kedellinjerne. Der visses ingen større eller konsekvente ændringer før observationerne, der entydigt kan indikere et sammenhæng. For d. 6/2 er der et stort fald før observationen på kedellinje 2, hvor der d. 10/2 kl ses en stigning inden observationerne for begge kedellinjer. Kurverne over den undersøgte periode, giver derfor ingen forklaring på hvorfor det netop er ved de markerede perioder at der forekommer varm sod, da variationerne i kurvernes forløbe er meget ens for begge kedellinjer i hver periode. Det kan derfor, ved sammenligning af de to kedler for d. 6/2 og d. 10/2, fastslås at restkul indholdet i flyveasken ikke har direkte indvirkning på forekomsten af varm sod. Der ses ikke noget tydeligt sammenhæng mellem kurverne i fig og fig , med hensyn til ændringer eller mængde af restkul i flyveasken, opholdt med forekomsten af varm sod. Side 27 af 70

28 Metodekritik I undersøgelsen ligger der nogle uvisse perioder, hvor det ikke vides om der er varm sod i flyveasken. Dette skyldes det faktum at en fysisk tilstedeværelse er nødvendig for at fastslå forekomsten. Det betyder at det præcise tidspunkt, fra første forekomst af varm sod til der ikke er synlige gløder mere, vil være ukendt. Ligeledes kan kurvernes variationer være misvissende, da der kun tages prøver af en del af soden, med et 15 minutters interval. Antagelsen om at restkul indholdet ikke som enkeltstående faktor har direkte indflydelse på dannelsen af varm sod, vil dog betragtes som valid, selv med de begrænsede informationer der har været til rådighed under undersøgelsen. Dette skyldes blandt andet at der over de to perioder har været fire forskellige scenarier, - Ingen varm sod - Varm sod fra begge kedler samtidigt - Varm sod kun fra kedel 1 - Varm sod kun fra kedel 2 De forskellige situationer giver et godt perspektiv mellem indholdet og variationerne i restkullet, og sammenhænget med forekomsten af varm sod Lastgrad I dette afsnit bliver det undersøgt om kedlens belastning kan have indflydelse på dannelsen af varm sod i flyveasken, ved at sammenligne belastningsforskellene for perioder med og uden forekomst. Da lasten af kedlerne, har direkte indvirkning på brændselsforbruget og dermed forbrændingsprocessen, er det nødvendigt at undersøge om lastgraden har indvirkning på dannelsen af varm sod. Der bliver kun fokuseret på kedel 2 i denne undersøgelse, da der på denne kedellinje er flere observationer af varm sod til sammenligning med belastningsgraden over perioderne. Tryk, temperatur og dampmængde ( ) aflæses i SRO systemet, og ved hjælp af Engineering Equation Solver - Properties calculator er enthalpien ( ) fundet, og dampens energiindhold ( ) er udregnet, efter den sidste overheder i kedlen, ud fra formlen:. Alle data er udtaget fra SRO systemet mellem 7.00 og 15.00, med en times interval for den pågældende periode. Side 28 af 70

29 Se bilag 3 for komplet data ark. [MW] 100,0 Last kedel 2 [MW] Obs. af varm sod 90,0 80,0 70, , [tid] Fig : Kurve over energiindhold i damp efter overheder, perioder med forekomst. Data fra bilag 3 (Madsen, 2014) Det kan ud fra kurverne ikke siges at varm sod opstår ved en given last på kedlen, da variationen mellem observeringerne går fra d. 19/2 d. 6/2. [MW] 100,0 Last kedel 2 [MW] Obs. af varm sod 90,0 80,0 70, , [tid] Fig : Kurve over energiindhold i damp efter overheder, for alle perioder. Data fra bilag 3 (Madsen, 2014) I Fig er data for d.4, 5 og 11/2 indsat, hvor der ikke er observeret gløder i flyveasken. Side 29 af 70

30 Delkonklusion Det ses at belastningen på kedlerne er meget varierende i de perioder hvor der er opstået varm sod. Fra første observation går spændet fra på kedel 2. Samtidig ses det at belastningsgraden i perioderne uden forekomst, ligger både over og under last niveauet for perioder med. Det ses dog at tiden for forekomst af varm sod ved lav last, er længere end ved høj last for de undersøgte perioder. Det kan derfor konkluderes at belastningsgraden, ud fra målingerne over den valgte periode, ikke har en direkte indflydelse på dannelsen af varmt sod, men kan være styrende for varigheden af forekomsten Lastændring En analyse af sammenhænget imellem forekomst af varm sod, og de belastningsændringer som kedlerne påvirkes med, for at se hvilken indflydelse disse variationer har på dannelsen. Ved ændringer i lasten, kan der for en periode være disharmoni imellem brændselstilføringen og forbrændingsluften. Iht. afsnit 6 - Forbrændingsproces med biomasse, vil dette medføre at der ikke er det korrekte forhold mellem brændsel og luft til stede, for at opnå en optimal opblanding. Da der går tid fra forbrændingen/lastændringen til varm sod kan observeres, bruges der målinger fra soden observeres, og fire timer tilbage med passende interval. SRO systemet logger data på en server som udelukkende bruges til at logge målinger til miljørapporter og andre eksterne og interne undersøgelser. Der anvendes et Excel ark, med et tillægsprogram, som henter gennemsnits målinger fra dataloggen efter et valgt tidsinterval. Til undersøgelsen er der valgt at udtrække data med 5 minutters intervaller over 4 timer, da dette skulle give et passende billede af effektændringer frem til forekomsten af varm sod i kedellinje Lastændring kedel 2, d. 6/2 Undersøgelsen vil omhandle d. 6/2 fra , da dette er den eneste registrerede periode, hvor forekomsten af varm sod opstod imellem observationsperioderne, se fig Ved at undersøge effektændringerne i tiden op til soden ses, vil det være muligt at kunne afgøre om der kan være et sammenhæng. Effekter er udregnet som i afsnit Lastgrad, og indsat i et diagram. Side 30 af 70

31 Se bilag 4 for data ark d. 6/ ,00 95,50 95,00 94,50 94,00 93,50 93,00 92,50 Effektændring mellem d.6/2 2014, kedel 2 største effektstigning gennemsnitsværdi, 5 minutters interval Obs. varm sod 92,00 største effektfald Observationer 91,50 06:59 07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30 11:00 Fig : Kurve over effektændringer fra d. 6/ Data uddrag fra bilag 4 (Madsen, 2014) For d. 6/2 ses der en effektstigning på op til, og et fald på indenfor 5 minutter, se bilag 4. Endvidere ses der en sammenhængende effektstigning over 15 min, fra kl , på, som den største kontinuerlige effektændring i perioden. Effektstigningen fra kl , lige inden observationen, er på. Da intervallet for observationerne d. 6/2 er som i fig , vil den varme sod kunne være opstået i perioden mellem kl og kl Ved at se på effektændringerne i fig , kan det ikke afvises at dannelsen af varm sod er opstået ved de største effektændringer, indenfor 5 minutters intervallet, kl og kl. 8.50, eller ved den største kontinuerlige effektændring kl , hvorved lastændringen kan have indflydelse på forekomsten. Det er derfor nødvendigt at sammenligne lastændringen for d. 6/2 med en anden periode hvor der er forekomst af varm sod og en periode uden, for at se om større pludselige lastændringer har indflydelse på dannelsen af varm sod. Side 31 af 70

32 Lastændring kedel 2, d. 12/2 Perioden 12/2 er valgt som perioden med forekomst af varm sod, for at kunne sammenholde ændringerne med d.6/2, hvor forekomsten skete inde i observationsperioden. D. 12/2 var der varm sod ved første observation kl. 8.00, så data er derfor uddraget fra SRO systemet i mellem kl , for at se ændringerne op til første observation i denne periode. Se bilag 5 for data ark d. 12/ ,50 85,00 82,50 80,00 77,50 75,00 72,50 70,00 67,50 Effektændring mellem d. 12/2 2014, kedel 2 Største effektstigning Gennemsnitsværdi, 5 minutters interval Obs. varm sod Største effektfald 65,00 03:59 04:30 05:00 05:30 06:00 06:30 07:00 07:30 08:00 Fig : Kurve over effektændring fra d.12/ Data uddrag bilag 5 (Madsen, 2014) Som det ses af fig og bilag 5, er den største effektændring indenfor 5 minutter på mellem kl d. 12/2, altså ca. 2 timer før første observation, hvilket er meget lig den ændring der ses i fig for d. 6/2. Da denne periode er taget om morgenen, hvor forbruget stiger meget, vil der her naturligvis være nogle store effektstigninger. Den største kontinuerlige ændring over 15 minutter for perioden er mellem kl Det største effektfald er på 1,92 MW, og ændringen inden observationen er lastændring kedel 2, d.5/2 Det er dokumenteret at der ikke forekommer varm sod d. 5/2 på kedellinje 2, så perioden d.5/2 fra vil her undersøges, da perioden er tidsmæssigt tilsvarende d. 6/2. Ved at se på en periode uden forekomst, vil det være muligt at afgøre om karakteristikkerne for d. 6/2 og 12/2, har indflydelse på dannelsen af varm sod. Side 32 af 70

33 Se bilag 6 for data ark d. 5/ ,50 97,00 96,50 Effektændring mellem d. 5/2 2014, kedel 2 Gennemsnitsværdi, 5 minutters interval Største effektfald 96,00 95,50 95,00 94,50 Største effektstigning 94,00 07:00 07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30 11:00 I fig ses den største effektændring ved stigningen fra kl på indenfor 5 minutter. Det kan betyde at størrelsen af ændringerne indenfor intervallet kan have indflydelse på forekomsten, da der for d. 6/2 og 12/2 er observeret enkelte stigninger indenfor 5 minutters intervallet, på over. Samtidig er den største kontinuerlige effektændring d. 5/2 kun på mellem kl Observationer Fig : Kurve over effektændring fra d.5/ Data uddrag Bilag 6 (Madsen, 2014) Periode [effektændringer] [effektændringer] [effektændringer] [effektændringer] [effektændringer] 6/ (max ) 12/ (max ) 5/ (max ) 0 Fig : Antal effektændringer indenfor 5 minutters interval og givent størrelsesforhold. Uddrag bilag 4, 5 og 6 (Madsen, 2014) Ved sammenhold af de tre perioder, kan det ses at der er flere lastændringer over indenfor det valgte interval, for de to perioder med forekomst af varm sod, hvor der d. 5/2 er flest små lastændringer,. Ligeledes ses det af fig , at der i perioderne med forekomst af varm sod i kedellinje 2, har været en lastændring over inden første observation, hvor der for d. 5/2 højst har været en variation på. Dette kan være en indikation af, at en større lastændring over en kort periode, kan forøge chancen for dannelsen af varm sod. Side 33 af 70

34 Delkonklusion Ved sammenligning af lastændringer, i perioder hvor varm sod observeres med en periode uden forekomst, ses det at en lastændring over 5 minutter, som varierer mere end, kan have indflydelse på dannelsen. Det kan ikke siges med sikkerhed, at grænsen for lastændringen er præcist der for at undgå varm sod dannelse, men ud fra afsnit lastændring d. 5/2, er der ingen forekomst ved en lastændring af denne størrelse. Derimod ses der for d. 6/2 og 12/2 at der er flere og større variationer op til observationerne af varm sod. Undersøgelsen giver begrund for at inddrage større lastændringer over korte perioder, som en faktor for varm sod dannelse. Men da der kun har været mulighed for at undersøge én periode, hvor forekomsten sker imellem to observationer, kan det ikke konkluderes at dette er tilfældet, eller at det er den eneste faktor for dannelsen af varm sod Metodekritik For at få en fuldstændig konklusion på om lastændringer kan forårsage dannelsen af varm sod, vil det være nødvendigt med flere perioder at sammenligne med, hvor der påvises varm sod imellem observationerne. Det vides f.eks. ikke om forekomsten d. 12/2, ligger i den undersøgte periode fra kl Ved at forekomsten kan dokumenteres imellem to observationer, vil det være muligt at fastslå med sikkerhed, om en lastændring af en vis størrelse indenfor et bestemt tidsinterval, vil have indflydelse på forekomsten. Men omstændighederne for undersøgelsen har gjort det umuligt, da det ikke kan forudsiges hvornår varm sod i flyveasken forekommer, og det dermed kun kan dokumenteres, i hvilke tidsinterval soden er opstået, for d. 6/ Iltoverskud i forbrændingsprocessen I dette afsnit bliver den fornødne teori omhandlende luftoverskudskoefficientens betydning gennemgået, inden det undersøges om der, i tidligere dokumenterede perioder, er et sammenhæng mellem dannelsen af varm sod i kedel 2 og iltindholdet i disse perioder. Som nævnt i afsnit 6 - Forbrændingsproces med biomasse, har iltoverskuddet indflydelse på kvaliteten af forbrændingen. Hvis ilt niveauet ikke er tilpasset til den indfyrede brændselssammensætning, vil der kunne forekomme uforbrændte bestanddele og sod belægninger. Brændslets indhold af kulstof (c), svovl (s), brint (h) og ilt (o), er afgørende for den teoretisk nødvendige luftmængde ( ), for at opnå en fuldstændig forbrænding. Side 34 af 70

35 , (Aage Lauritsen, 2007) Forbrændingen vil altid tilstræbes at ske med en luftoverskudskoefficient muligt at få en tilfredsstillende forbrænding med en støkiometrisk 12 luftmængde. Det søges derfor at få en overstøkiometrisk forbrænding, hvor. Samtidig må luftoverskudskoefficienten ( ), som er forholdet mellem den virkelige tilførte luftmængde ( ), og teoretisk nødvendige luftmængde ( ), heller ikke være for stort, da dette vil betyde at den overskydende luft skal opvarmes så røggassen afkøles, og de flygtige bestanddele ikke udbrændes tilstrækkeligt. En passende luftoverskudskoefficient vil være mellem højere end 1, da det ikke er for at opnå en fuldstændig forbrænding ved brug af træflis, se fig Fig : Anbefalet luftoverskudskoefficient (Videncenter, u.d) Luftoverskud ved måler Undersøgelse om luftoverskudskoefficienten ligger som anbefalet i henhold til fig ud fra målt. På røggastrækket har KVV installeret en måler før elektrofilteret, som måler iltindholdet i røggassen, se fig Iltindholdet er et udtryk for det iltoverskud der er hvor måleren er placeret. Sonderne er placeret spredt i røggastrækket for at give en middelværdi af, da denne variere over hele udsnittet af røg kanalen. Fig : Placering og udsnit af røggaskanal med placering af sonder. (Madsen, 2014) 12 Støkiometrisk: Når brændslet tilføres den eksakte ilt mængde krævet, for en fuldstændig forbrænding Side 35 af 70