Hvad foregår der i fyrrummet Forbrændingsteori koblet med virkeligheden!

Transkript

1 Hvad foregår der i fyrrummet Forbrændingsteori koblet med virkeligheden! Kedelspecialist Ivan Rechter og proceskemiker Niels Ole Knudsen Afdelingen for bioenergi og termisk kraftvarmeproduktion 1

2 COWI Bioenergi og kraftvarmeproduktion fokuserer på fire forretningsområder: 1. Kul- og biomassefyrede kraftværker inkl. delvis eller fuld konvertering fra kul til biomasse og kraftværksfleksibilitet 2. Fjernvarmeværker, biomasse kraftvarmeværker, kombinerede kraftværker (CHP) og affaldsfyrede værker 3. Specialistydelser inden for drift, vedligeholdelse og procesoptimering 4. Udpluk af igangværende projekter: Grenaa VV 35 MW flis, Hobro VV 12 MW flis, Hinnerup FJV 12 MW halm, Helsingør KVV 63 MW flis, Lisbjerg 110 MW halm.

3 Hvad foregår der i fyrrummet Forbrændingsteori koblet med virkeligheden! Hvad sker der når fugtindholdet i brændslet ændrer sig? Hvad gør jeg ved høj NOX? Hvordan påvirker O₂-indholdet CO, og hvilke konsekvenser kan et højt O₂-indhold have for virkningsgraden? Hvad kan der gøres for at optimere virkningsgraden og samtidig have fokus på emissionerne? 3

4 Hvad foregår der på risten (I) Forbrænding Flygtige Koks Fugtigt brændsel Indfødningszone Vandfordampning Tørt brændsel Koks rest Aske 4 Primær luft

5 Hvad foregår der på risten (II) Brændsel, indfødning og tørring Forbrændingszone Koksforbrænding Askezone 85% 15% Vandfordampning 0% 0% Aske 15% 85% Afgasning flygtige 0% 0% 0% 25% Koks forbrænding 70% 4% 10% Primærluft 30% 40% 20% 5

6 Hvad foregår der på risten (III) 10% 30% 40% 20% Vandfordampning Afgasning flygtige Primærluft Vanddamp Flygtige Temperatur O₂ % CO Temperatur O₂% CO Udfordringer: Røggassammensætningen afhænger af positionen på risten 6

7 Hvad bruges primærluften til Tørring Afgasning Antænding Forbrænding Udbrænding Køling af risten I virkelighedens verden er det svært at optimere det hele samtidigt, især når brændselskvaliteten svinger. 7

8 Hvad foregår der på risten når brændselsfugt øges (I) Forbrænding Flygtige Indfødningszone Vandfordampning Koks Ved mere fugt i brændslet længere opvarmnings- og fordampningszone Det vil sige fordelingen af primærluft er ikke længere optimal Evt. forvarmet luft kan reducere fordampningszonen. Mere fugtigt brændsel Tørt brændsel Koks rest Aske 8 Primærluft

9 Hvad foregår der på risten når brændselsfugt øges (II) Vandfordampning Afgasning flygtige 10% 30% Primærluft 40% 20% Vanddamp Flygtige Temperatur O? % CO Temperatur O?% CO Ændringer i fugt flytter forbrændingszonen, så fordelingen af primærluft i zonerne ændres Zone med højt iltindhold i starten af risten øges Antændelses- og forbrændingszonen flyttes nedad risten Risiko for højere NOx og/eller CO ved ændret luftfordeling Ved meget højt fugt ses dårlig udbrænding 9

10 NOx dannelse ved biomassefyring træpille Foretrukne reaktionsveje: Flygtige (N) + O₂ NOx Flygtige (N) ved λ <1 N 2, (dvs. ved iltunderskud) (N)-holdig koks er en mindre kilde 10

11 Brændsels NOx og termisk NOx ved biomassefyring Brændsels NOx er den vigtigste kilde til NOx 11

12 Brændsels NOx under optimale forhold Typisk område ved flisfyring 5-6% omdannelse af N til NOx Optimale forhold betyder: Flygtige forbrændes understøkiometrisk Sekundærluft tilsættes for at sikre udbrænding af CO mm. En vis del N bliver til NH₃ ved λ < 1, som virker NOx reducerende 12

13 Hvordan reduceres NOx dannelse 10% 30% 40% 20% Vandfordampning Afgasning flygtige Primærluft Vanddamp Flygtige Temperatur O₂ % CO Temperatur O₂% CO Reducer iltoverskudet i starten af forbrændingszonen, hvor flygtige er høj ulempen er, at CO kan øges. Sekundærluft kan til en vis grad sikre CO CO₂ 13

14 Udfordringer med CO dannelse (I) Vandfordampning Afgasning flygtige 10% 30% Primærluft 40% 20% Vanddamp Flygtige Temperatur O₂ % CO Temperatur O₂% CO Hvis der var de samme forhold overalt på risten behøvede CO ikke være et problem, men der er steder i fyrrummet, hvor der er: For lav temperatur og/eller For lavt iltindhold, (luft kan næsten altid tilsættes, men NOx reduktion og virkningsgrad har dog oftest højere prioritet) I. Bedre røggasopblanding med røggasrecirkulation og eller sekundærluft II. Forvarmet luft til udtørring af brændslet III. Bedre mulighed for styring af primærluftfordeling f.eks. ved varierende brændsel 14

15 Udfordringer med CO-dannelse (II) (værktøjskassen er ofte begrænset til sekundærluft og røggasrecirkulation) Sekundærluft kan sikre opblanding af røggasog iltregulering Det giver CO-begrænsning og - udbrænding Der skal være en passende balance mellem primær- og sekundærluft Røggasrecirkulation har næsten samme funktion og kan anvendes uanset fordelingen mellem primær- og sekundærluft Recirkuleret røggas kan også med fordel tilsættes primærluft. 15

16 Virkningsgrad Hvad betyder noget: Røggastemperatur Temp ⁰C = 1% virkningsgradstab Iltprocent O₂ +1,5% = 1% virkningsgradstab CO CO mg/nm³ = 1% virkningsgradstab 16

17 Den ideelle verden, hvad og hvordan Opbygning af ovnen med et individuelt temperaturkontrolsystem i de forskellige forbrændingszoner. Det kan opnås med: En rist hvor primærluft og recirkuleret røggas kan styres til de enkelte zoner for at sikre god temperaturkontrol Brændselsindfødning: En rist og et indfødningssystem, der kan håndtere et bredt spektrum af biobrændsler (partikelstørrelse, type, fugt) Forgasning/afgivelse af flygtige på risten og forbrænding af de flygtige i tre trin: 1. Understøkiometrisk forbrænding lige over risten 2. Videre forbrænding ved inddysning af sekundærluft, hvor temperaturen kontrolleres med røggasrecirkulation 3. Slutudbrænding øverst i ovnen ved en temperatur på omkring 1000 ⁰C og med høj turbulens for at sikre opblanding og dermed lav CO og uforbrændt. Virkeligheden er dog sjældent særligt ideel! 17

18 Tak Niels Ole Knudsen Proceskemiker Bioenergy & Thermal Power Ivan Rechter Kedelspecialist Bioenergy & Thermal Power Astrid Kragh Markedschef Bioenergy & Thermal Power BIOENERGY & THERMAL POWER