Formaldehydimmission fra danske kraftvarmeværker Projektrapport Februar 26
Formaldehydimmission fra danske kraftvarmeværker Per G. Kristensen Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 26
Titel : Formaldehydimission fra danske kraftvarmeværker Rapport kategori : Projektrapport Forfatter : Per G. Kristensen Dato for udgivelse : 12.2.6 Copyright : Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer : 721.91; H:\721\91\doc\rapport-rev.doc Sagsnavn : ISBN : 87-7785-285-5
DGC-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side 1 Forord... 2 2 Resume og konklusion... 3 3 Baggrund og metode... 4 4 Emissioner af formaldehyd fra gasmotorer... 5 4.1 Andre aldehyder... 5 4.2 Emissionsregler... 6 5 Imissionsberegninger med OML-model... 7 6 Konklusion... 7 7 Referencer... 14 Bilag
DGC-rapport 2 1 Forord DGC har for gasselskabernes Tekniske Chefgruppe foretaget en analyse af forholdene omkring emissionen og immissionen af formaldehyd fra danske kraftvarmeværker med gasmotorer. Formålet med projektet har været at afklare, hvorvidt de gasmotorbaserede kraftvarmeværker har problemer i forhold til den gældende lovgivning for emission og immission af formaldehyd. Projektets gennemførelse er sket i to dele. I første del er der gennemført målinger af formaldehydemissionen og indsamlet de nødvendige data på en række anlæg i Danmark. I projektets anden del er de indsamlede data benyttet til ved hjælp af OML-beregninger at vurdere anlæggenes bidrag til formaldehyd i deres nærområde. Projektet er gennemført af Per G. Kristensen. Dataindsamling fra anlæg er primært foretaget af Henrik Andersen. De deltagende værker takkes for deres tilladelse til måleadgang og hjælp med de nødvendige skorstensdata. Per G. Kristensen Jan K. Jensen Afdelingschef Vicedirektør
DGC-rapport 3 2 Resume og konklusion DGC har gennemført en analyse af forholdene omkring emission og immission af formaldehyd fra danske kraftvarmeværker, der benytter gasmotorer. Undersøgelsen viser, at der er betydelige emissioner af formaldehyd fra de gasmotorbaserede kraftvarmeværker. Emissionen fra de i denne undersøgelse gennemførte emissionsmålinger ligger i intervallet fra 48-11 mg/m 3 n tør røggas, aktuel O 2. Til sammenligning kan anføres, at industrivirksomheder efter Luftvejledningen /1/ har en emissionsgrænseværdi på 5-2 mg/m 3 n ved 1 % O 2 alt afhængig af virksomhedstypen. Miljøstyrelsen har for gasmotorer givet en grænseværdi på 1 mg/m 3 n ved 5 % O 2 for større gasmotoranlæg. Der er midlertidigt dispenseret for denne grænseværdi frem til sommeren 26 /2/. På baggrund af de gennemførte OML-beregninger kan det konkluderes, at nogle anlæg har problemer med at overholde gældende B-værdi for formaldehyd. To ud af ni af de i undersøgelsen gennemførte OML-beregninger viste problemer med overholdelse af B-værdien. I forhold til Luftvejledningens krav for øvrige aldehyder kan der på nogle anlæg være problemer med overholdelse af såkaldte massestrømskrav. Dette gælder specielt for acrolein og acetaldehyd. Såfremt massestrømskravet er overskredet, vil miljømyndighederne efter Luftvejledningen kunne rejse krav om gennemførelse af røggasrensning.
DGC-rapport 4 3 Baggrund og metode Med udgangspunkt i tidligere gennemførte DGC målinger af formaldehydemissionen fra danske kraftvarmeværker /3/ er der gennemført en undersøgelse af emissionsforholdene for formaldehyd på de danske gasmotorbaserede kraftvarmeværker. De tidligere indsamlede data antydede, som vist i Figur 1, at formaldehyd i en lang række tilfælde kunne være dimensionerende for skorstenshøjden. Tidligere har det været reglen blandt rådgiverne, at NO x ville være den dimensionerende faktor. 1 9 Fortyndingskrav, aldehyder 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 Fortyndingskrav,NO x Formaldehyd Acetaldehyd Figur 1 Fortyndingskrav for NO x og formaldehyd fra en række danske kraftvarmeværker /3/. Det er dog ikke på denne baggrund muligt at afgøre, om nogle anlæg har reelle problemer. Omfanget af problemer vil afhænge af, hvor stor en sikkerhedsmargin, der er brugt ved dimensioneringen af skorstenen. Der er derfor i dette projekt gennemført indsamling af sammenhørende værdier for emissionen af formaldehyd og de nødvendige anlægsdata for at kunne foretage sammenhørende spredningsberegninger med OMLmodellen. Beregningerne i OML modellen er foretaget som standardberegninger med et fladt landskab og uden hensyntagen til koter og bygninger.
DGC-rapport 5 4 Emissioner af formaldehyd fra gasmotorer Tabel 1 viser de i dette projekt indsamlede emissionsdata fra ni forskellige gasmotorværker i landet. Tabel 1. Emissionsmålinger indsamlet i dette projekt. Dataindsamlingen er primært sket i 21. Værk O 2 NO x CO UHC Formaldehyd # % ppm ppm ppm C mg/m 3 n Aktuel O 2, tør røggas 1 11.6 88 47 153 62 2 12.8 39 43 2161 57 3 8.5 213 457 161 61 4 8.9 233 45 811 48 5 12.2 81 36 1935 66 6 11.5 221 45 39 89 7 8.7 26 189 752 49 8 11.2 185 316 2411 49 9 11.9 79 59 2334 11 Disse målinger ligger således i tråd med de, der blev rapporteret i forbindelse med det gennemførte emissionsfaktorstudie, hvor der for formaldehyd blev opgjort følgende emissioner på de forskellige motortyper. Tabel 2. Emission af formaldehyder fra forskellige gasmotorer /4/. Formaldehyd mg/m 3 n 5% O 2 Middel Maks. Min. Stdafv. Antal Bergen 63.8 149.39 3.95 49.71 1 Caterpillar 58.25 119.4 1.4 47.85 8 Deutz MWM 63.7 72.59 55.6 6.96 3 Jenbacher 47.11 65.59 2.3 21.94 6 Wärtsilä 98.8 197.54 5.4 7.43 7 Øvrige 66.7 126.77. 48.91 6 Alle 66.34 197.54. 51.25 41 4.1 Andre aldehyder Det er ligeledes velkendt, at der forekommer emission af en række andre aldehyder. Tabel 3 opsummerer de fundne emissioner for alle de undersøgte aldehyder energivægtet for alt energiforbrug på gasmotorer i år 2.
DGC-rapport 6 Tabel 3. Emission af formaldehyder fra forskellige gasmotorer /4/. Aldehyd Emission mg/m 3 n ved 5% O 2, tør røggas Formaldehyd 77. Acetaldehyd 6.2 Acrolein.289 Propanal.55 Acetone.721 Butanal.36 Pentanal.41 Hexanal.53 Benzaldehyd.85 4.2 Emissionsregler Emissionerne af formaldehyd er begrænset efter reglerne i Luftvejledningen. For formaldehyd er der givet specielle krav til nye gasmotorer større end 5 MW indfyret efter 1. juli 23. Kravet er et emissionsgrænsekrav på 1 mg/m 3 n ved 5 % O 2. Ingen af de motorer, der er opstillet, eller som kan købes på markedet i dag, kan klare dette krav uden rensning af røggassen. Miljøstyrelsen har da også efter opfordring fra branchen og DGC dispenseret fra kravet i tre år, imens mulighederne for at reducere formaldehydemissionen undersøges, se /2/. De øvrige aldehyders emissionsgrænse fastlægges efter Luftvejledningens kapitel 3 ud fra stoffernes bidragsværdi (B-værdi). Tabel 4 giver en oversigt over de stillede krav. Tabel 4. Krav til emission og immission af aldehyder efter Luftvejledning og B-værdivejledning /5/. Aldehyd B-værdi krav Stofgruppe Massestrømsgrænsekrav Emissionsgrænsekrav μg/m 3 n g/h mg/m 3 n Formaldehyd 1 1 1 mg/m 3 n uden massestrøm for store gasmotorer Acetaldehyd 2 1 25 2.5 Acrolein 1 1.5.25 Propanal - 2 - - Acetone 4 2 625 3 Specielt kravene for acetaldehyd og acrolein vil være vanskelige at overholde for mange større gasmotoranlæg. Emissionen af de to stoffer ligger over emissionsgrænserne, hvorfor der vil kunne rejses krav om rensning af røggassen for motorer, når massestrømsgrænsen overskrides. For et gennem-
DGC-rapport 7 snitsværk vil kravet for acetaldehyd kunne rejses for anlæg større end ca. 3.7 MW indfyret effekt. For acrolein vil kravet for et gasmotorværk med gennemsnitlig emission kunne rejses fra ca. 1.6 MW indfyret gasmotoreffekt. 5 Immissionsberegninger med OML-model Der er foretaget immissionsberegninger for de 9 værker, der har deltaget i denne undersøgelse. Værkerne har til DGC oplyst de nødvendige data for anlægget til, at immissionsberegningerne kan gennemføres. Værkerne deltager anonymt i undersøgelsen. De foretagne OML-beregninger tager ikke hensyn til eventuelle bygningsmæssige forhold eller til koteforholdene omkring værkerne. Dette kan betyde, at immissionen i nogle tilfælde undervurderes. Det er dog DGC s erfaring, at bygningsforholdene på de fleste kraftvarmeværker kun giver en svag indflydelse på immissionsforholdene. Før anvendelse af immissionsberegningerne i egentligt miljøsagsarbejde må de dog gentages, såfremt lokale forhold tilsiger, at kote og bygningsforhold skal inkluderes. 5.1 Resultater De følgende figurer (Figur 2-1) viser resultaterne af de foretagne OMLberegninger. Immissionsgrænsen for formaldehyd er på 1 μg/m 3. Beregningerne viser, at værk #5 og værk #9 har problemer med at overholde immissionsgrænsen. Værk #9 endog i betydelig grad. De resterende værker ligger alle med god margin til kravet på 1 μg/m 3, idet de bidrager med mindre end 6.66 μg/m 3.
DGC-rapport 8 1 75 Værk # 1, mikrogram formaldehyd/m 3 5 25-25 -5-75 -3,33 6,67-1, 1,+ -1-1 -75-5 -25 25 5 75 1 Figur 2 Immission for værk # 1. 1 75 Værk # 2, mikrogram formaldehyd/m 3 5 25-25 -5-75 -3,33 6,67-1, 1,+ -1-1 -75-5 -25 25 5 75 1 Figur 2 Immission for værk # 2.
DGC-rapport 9 5 Værk # 3, mikrogram formaldehyd/m 3 25-25 -3,33 6,67-1, 1,+ -5-5 -25 25 5 Figur 2 Immission for værk # 3. 1 75 Værk # 4, mikrogram formaldehyd/m 3 5 25-25 -5-75 -3,33 6,67-1, 1,+ -1-1 -75-5 -25 25 5 75 1 Figur 2 Immission for værk # 4.
DGC-rapport 1 1 75 Værk # 5, mikrogram formaldehyd/m 3 5 25-25 -5-75 -3,33 6,67-1, 1,+ -1-1 -75-5 -25 25 5 75 1 Figur 2 Immission for værk # 5. 1 75 Værk # 6, mikrogram formaldehyd/m 3 5 25-25 -5-75 -3,33 6,67-1, 1,+ -1-1 -75-5 -25 25 5 75 1 Figur 2 Immission for værk # 6.
DGC-rapport 11 1 75 Værk # 7, mikrogram formaldehyd/m 3 5 25-25 -5-75 -3,33 6,67-1, 1,+ -1-1 -75-5 -25 25 5 75 1 Figur 2 Immission for værk # 7. 1 75 Værk # 8, mikrogram formaldehyd/m 3 5 25-25 -5-75 -3,33 6,67-1, 1,+ -1-1 -75-5 -25 25 5 75 1 Figur 2 Immission for værk # 8.
DGC-rapport 12 15 Værk # 9, mikrogram formaldehyd/m 3 1 5-5 -1-3,33 6,67-1, 1,+ -15-15 -1-5 5 1 15 Figur 2 Immission for værk # 9.
DGC-rapport 13 6 Konklusion og perspektivering Det må på baggrund af de gennemførte undersøgelser konkluderes, at gasmotorværkerne har betydelige problemer med overholdelse af de gældende emissionsgrænsekrav både for formaldehyd, acetaldehyd og acrolein. De undersøgte værker kan ikke overholde den af Miljøstyrelsen foreslåede grænseværdi på 1 mg/m 3 n ved 5 % O 2. Kravet ligger langt under de observerede emissioner. Ingen af de motorer, der er opstillet, eller som kan købes på markedet i dag, kan klare dette krav uden rensning af røggassen. Ligeledes vil næsten alle større anlæg have problemer i forhold til acetaldehyd, og det må forventes, at mere end halvdelen af værkerne over 1.6 MW indfyret effekt ikke overholder kravene for acrolein. Undersøgelsen om overholdelse af immissionskravene for formaldehyd er gennemført med et mindre antal værker end det solide datagrundlag for overholdelse af emissionskravene. Alligevel må det med to ud af ni værker konstateres, at der er problemer med overholdelse af immissionskravene. Problemets omfang kan dog ikke præciseres nærmere uden at øge datagrundlaget væsentligt. Løsningsforslag Der er mulige løsninger på problemet. Det er dokumenteret, at incinereringsanlægget på kraftvarmeværket i Nordborg i væsentlig grad reducerer emissionen af de forskellige aldehyder, men det er en for værkerne meget dyr løsning /6/. Udvaskning af formaldehyd er mulig /7/, men denne løsning giver ikke nogen fordel, hvad angår andre emissioner. To andre metoder er lige nu i test. Brug af en metode udviklet til reduktion af uforbrændt kulbrinte, RECCAT /8/, forventes at give reduktion af aldehyder. Systemet er på vej i feltafprøvning på et kraftvarmeværk i Jylland. Endelig gennemføres i et PSO projekt /9/ langtidstest af katalysatorer. De foreløbige resultater herfra er opløftende, idet det ser ud til at disse katalysatorer er i stand til at rense røggassen for aldehyder og CO.
DGC-rapport 14 7 Referencer /1/ Luftvejledningen. Vejledning nr. 2, 21, Miljøstyrelsen. /2/ 2. supplement til Luftvejledningen, udsendt af Miljøstyrelsen 3. september 23. /3/ Aldehydemissioner fra gasmotorer, Dansk Gasteknisk Center, 1998. /4/ Kortlægning af emissioner fra decentrale kraftvarmeværker, delrapport 4, Eltra PSO projekt 3141, Dansk Gasteknisk Center, 23. /5/ B-værdivejledningen, Vejledning nr. 2, 22, Miljøstyrelsen. /6/ Incinereringsanlæg (IC-anlæg), Nordborg Kraftvarmeværk, Sydenergi, 2. /7/ Udvaskning af formaldehyd fra gasmotorrøggas, Dansk Gasteknisk Center, 24. /8/ Ny lovende katalysatortype, RECCAT", KraftvarmeNYT, juni 24, se www.reccat.dk. /9/ Test af formaldehydkatalysatorer. Igangværende Eltra PSO projekt nr. 523.