Partikler, Aske, og Slagge i biomassekedler. Hvad, hvordan og hvorfor? Dato: 2014-04-29 Jonas Dahl JODA@DTI.DK
Røg?? => Partikler + Vanddråber
Partikler fra forbrænding
Partikler fra forbrænding PM 10 og PM 2,5 = Particulate Matter < 10 µm og < 2,5 µm
Bi-modal størrelsefordeling på røggaspartikler fra biomasse forbrænding Kilde: Obernberger et al, www.bios-bioenergy.at
Indhold aerosolpartikler (PM<1 µm)? (C, => Sod ) (C X H Y ) (ZnO, PbO,.. ) (K 2 CO 3, Na 2 CO 3 ) (KCl, NaCl) (K 2 SO 4, Na 2 SO 4 ) Kilde: Obernberger et al, www.bios-bioenergy.at, Østrigske målinger
Aerosolmængder - forhold til indhold af K, Na, Zn og Pb i brændsel Halm (høje konc. af K ) Affaldstræ.- høj konc. af K og Na, men også af Pb og Zn Kilde: Obernberger et al, www.bios-bioenergy.at
Indhold partikler (PM>5 µm)? Ca, Si, Mg, P, Fe, Mn, Al,.. K, Cl, S, Na Uforbrændt, C Kilde: Obernberger, Østrigske målinger
Røggaspartikler (Elektronmikroskop) Aerosoler af fordampede aske (typisk salter) Sod + Kondenseret ikke forbrændte kulbrinter Askepartikler og ikke forbrændt trækul Kilde: Obernberger et al, www.bios-bioenergy.at
Principper før PM og aske-dannelse i biomassekedler Skorsten (koagulation) Kedel (nukleation, ~10 nm) Brænd kammer K, Na, S, Cl, Zn, Pb,.. C X H Y, Sod (kondensation) (Brændsels- og askepartiklar, medrivende i røggas fra brændsels bed) Temp. ~1200 C Brændselsbed (Aske og slagge)
Muligheder at mindske PM emissioner?? Filter (pose eller Skorsten E-filter) Cyklonafskiller (efter eller integreret i kedlen) (koagulation) Temp. Kedel Brænd kammer K, Na, S, Cl, Zn, Pb,.. Lavere temp. på ~1200 rist C mindsker Brændselsbed afdampning af askedannende elementer (nukleation) C X H Y, Sod Optimeret trinvis forbrænding => højre effektivitet og mindre uforbrændt (kondensation) (Aske og slagge) (Brændsels og aske partiklar, medrivende i røggas) Optimeret trinvis forbrænding, mindre primærluft => lavere hastigheder i brændslebed
Principper før PM og aske-dannelse i biomassekedler Skorsten (koagulation) Kedel (nukleation) Brænd kammer K, Na, S, Cl, Zn, Pb,.. C X H Y, Sod (kondensation) (Brændsels- og askepartiklar, medrivende i røggas fra brændsels bed) Temp. ~1200 C Brændselsbed (Aske og slagge)
Aske og Slagge
Karakterisering af Slagge? Slagge = smeltet aske Let sintrede Knusbar Ikke knusbar Glas
Standard analyser of aske smeltetemperatur The Ash Fusion Test (AFT) 300 g, milled (< 2mm) T = 550 eller 830 C, over natt (~8h) T = 100 => 1600 C, 4 h + cool = ~8 h
Hvornår smelter då aske? Stigende temp.
Forskel mellem biomasser? 1500 Smelte temperatur (DFT) 1300 1100 900 700 500 Træpiller Olivenstenar Halm => Forskelig kemisk indhold i asken
19
Hvorfor smelter aske forskelligt? træ halm kul SiO 2 17 56 53 CaO 26 13 5 K 2 O 11 16 0,4 Na 2 O 1 2 0,5 MgO 5 3 2 Al 2 O 3 5 4 29 Fe 2 O 3 1 2 4 Smelt T
Hvorfor smelter aske forskelligt? træ halm kul SiO 2 17 56 53 CaO 26 13 5 K 2 O 11 16 0,4 Na 2 O 1 2 0,5 MgO 5 3 2 Al 2 O 3 5 4 29 Fe 2 O 3 1 2 4 Smelt T
Principper før aske-dannelse i biomassekedler K 2 SO 4, KCl Kedel Koncentration og forhold af K har betydning før både støv og slaggedannelse Røggas Temp. Brænd kammer K,, S, Cl.. K 2 O + SiO 2 + CaO + MgO + P 2 O 5 +
Standard analyser of smeltetemperatur The Ash Fusion Test (AFT) Aske dannes ikke ved forbrændingstemp. (ingen fraktionering), 300 g, milled (< 2mm) T = 550 eller 830 C, over natt (~8h) Resultater svært at sammenligne med observationer i en kedle T = 100 => 1600 C, 4 h + cool = ~8 h slide 23
EU-projekt AshMelt (www.ashmelt.eu ) Title: Ashmelting behavior of solid biofuels in residential pellet boilers Program: FP7/2007-201 3 Grant Agreement n 287062 Tid: 2012 2014 Formål : Udvikle forslag til en ny standardmetode til at vurdere slaggepotential af bio-pellets som kan bruges til husholdning kedler Basis før arbejdet: Udvikle og teste nye karakteriseringsmetoder før at analysere slagge dannelse fra forskelige bio pellets (>20 forskellige), samt sammenligne laboratorierresultat og med resultat fra test i forskelige kedeltyper Udenlandske Partners: B2020, ProPellets, UME, LUL, Schellinger, DBFZ, TFZ, AEBIOM, LIGNO, BLT Danske Partners: Dansk Håndværk og Industri, Twinheat, Teknologisk Institut
Afprøvede kedel teknologier i AshMelt B01 B02 B03 B04 16,8 kw 15 kw 140 kw 6 kw B05 B06 B07 B08 B09 29 kw 80 kw 30 kw 20 kw 40 kw Kilde: Schwable M, Workshop on safety issues, certification and standardisation of pellets, 17. Jan. 2014
Hvordan kan man måle om træpiller slagger? (Slaggeanalysatorn)
Slaggeanalysatorn basis ~ 3 kg pellets ~ 1,5 h Visuel evaluering og sigtning av aske/slagge (kan sammenlignes med slagge fra en kedel) Resultat som et slaggeindeks mellem 1 til 5 Videreudvikles og testes i EU projekt (www.ashmelt.eu)
Slaggeanalysatorn - temperaturer ved drift
Slaggeanalysatorn Rist efter test Stem wood without bark Wheat straw
Slaggeanalysatorn - Sigtning og evaluering Sigtefraktioner Fastklistret på rist Størrelse på slagge klumper >10 mm slide 30
PSD - slaggeanalysatorn / test i kedle Ort, Datum slide 31
Resultat slaggeanalysator - træ Træpiller af god kvalitet Estniske træpiller Bark
Resultater slaggeanalysator - halm Halm Halm med jord