Effektiv kraftvarme fra affaldsfraktioner - Energinet.dk

Effektiv kraftvarme fra affaldsfraktioner - Energinet.dk Effektiv kraftvarme fra affaldsfraktioner - Energinet.dk

26.07.2013 Views

derved klassificeres som et affaldsforbrændingsanlæg, blandt andet med krav om ”hvile-i-sigselv” økonomi. Karakterisering hos VTT Processes, Espoo Finland Ud fra en bruttoliste på 21 affaldsfraktioner blev fem affaldsfraktioner udvalgt til nærmere karakterisering. De fem udvalgte fraktioner var: • Dele af elektriske og elektroniske produkter, der ikke er genanvendelige, men brændbare (EE-restfraktion) • Dele af emballageaffald, der ikke genanvendes, og som er brændbart • Trykimprægneret træ • PVC • Shredderaffald (SHR) Karakteriseringen viste, at PVC fraktionen ikke var velegnet til fluid-bed forgasning med varm gasrensning. PVC-fraktionen indeholdt tæt ved 40 % klor, som ved forgasning afgives som HCl, der er meget korrosiv. HCl kan fjernes ved våd scrubbing, men det kræver, at processen er designet til et så højt klorindhold. Heller ikke imprægneret træ er velegnet til forsøg på VTTs anlæg pga. det høje indhold af arsen, der er meget giftig, og forgasningsreaktioner med arsen er ikke veldokumenterede og er derfor ikke under kontrol. Gaskøling efterfulgt af filtrering kan fange en del af arsenen, men større mængder arsen kræver mere effektive rensningsprocesser. I praksis kunne en speciel forgasningsenhed med fuld gasrensning til imprægneret træ være en god løsning, men denne teknologi kræver yderligere udvikling. Shredderaffald er sædvanligvis meget forurenet med forskellige metaller og halogener. Alle metaller kan fjernes fra bunden eller fra filteret bortset fra kviksølv. Den eneste effektive metode til fjernelse af kviksølv er ved brug af aktivt kul ved lave temperaturer (180 – 200 o C) og filtrering af gassen. Denne metode kan imidlertid ikke anvendes direkte ved fluid-bed forgasning f.eks. sammen med plastik pga. tjæreindholdet fra plastik, der, hvis det køles til 250 o C, kondenserer og bliver stærkt klæbende. Behandling af kviksølv kræver yderligere udvikling, fx I form af tilkobling af en tjærekrakker efter CFBG’en for at komme ned i filtertemperatur EE-restfraktionen var renere end forventet, og de grundlæggende data var gode. Eneste problem var det relativt høje klorindhold. Emballageaffald var den mest lovende fraktion med henblik på forgasning. Ud fra denne karakterisering blev EE-restfraktionen samt emballageaffald udvalgt til forgasningsforsøg. Forgasningsforsøg hos VTT Processes, Espoo Finland Forsøgene med de to fraktioner blev gennemført i en atmosfærisk Cirkulerende Fluid-Bed (CFB) forgasser, kaldet Process Development Unit (PDU) hos VTT. Forsøget med emballageaffald forløb problemfrit. De planlagte forsøgsbetingelser blev hurtigt opnået og let holdt stabilt. Massebalanceberegningerne var lige til, da materialet var rimeligt homogent, og brændselsindfyringshastigheden var bestemt ganske præcist. Forsøget med EE-restfraktionen var noget mere problemfyldt. Forsøgstemperaturen på 880 o C blev opnået efter 1,3 timer. Kort efter steg trykfaldet over posefilteret dramatisk. Den mest sandsynlige forklaring på dette var, at filterposen blev blokeret af tjæreprodukter i gassen, der satte sig fast i filterposen. Problemet blev søgt løst dels ved at ændre på renseproceduren for filteret og dels ved at ændre driftsbetingelserne for forgasseren. Luftforholdet blev herefter øget, således at forgasningstemperaturen steg fra 880 o C til 900 o C, hvilket reducerede problemet til et acceptabelt niveau. Tillsætning af kalksten måtte tredobles i forhold til den tilførte mængde i emballageaffaldet pga. det høje klorindhold. 6

Også beregningerne var mere komplicerede. Der var flere usikkerheder, specielt fordi det var nødvendigt at ændre forsøgsbetingelser midt i forsøget, og desuden giver det høje tjæreindhold i sig selv en større usikkerhed på kulstofberegningerne, da tjære ikke måles kontinuert. Der var ikke problemer med hverken askesintring eller belægninger ved nogen af forsøgene. VTT konkluderede af forsøgene, at emballageaffald kan anvendes som brændsel i en CFBforgasser, mens anvendelse af EE-restfraktionen kræver yderligere udvikling og optimering specielt til denne type affald. Generelt kan de fleste former for plastik let forgasses, men højt plastindhold giver generelt et højt tjæreindhold i produktgassen. Ved at forgasse plast sammen med andre affaldsmaterialer kan denne proces styrkes eller begrænses. Det høje klorindhold findes primært i PVC. Andre halogener, f.eks. brom er også en potentiel forurener, hvis affaldet indeholder plastik med brom flammehæmmer. Ligeledes er flour en potentiel forurener. De fleste af disse stoffer kan dog fjernes fra produktgassen ved brug af absorbenter (Ca(OH)2, Na2CO3 mv.), hvilket imidlertid medfører forøgede driftsomkostninger. Våd scrubbing er en anden effektiv metode til at fjerne disse, men indholdet af tjære begrænser mulighederne for at anvende våd scrubbing. VTT’s procestekniske konklusion VTT konkluderer, at forgasning af affaldsfraktioner er et interessant alternativ til forbrænding. Forgasning kan kombineres med andre energiproduktionsteknologier for at opnå tekniske og økonomiske fordele. Den mest simple proces er ved at koble forgasning af rene affaldsfraktioner med traditionelle kraftvarmeanlæg og da medforbrænde produktgassen i en kraftværkskedel fx sammen med kul. Ved at anvende dampturbinesystemet i en kraftværksblok opnås høje elproduktionsvirkningsgrader, der ikke kan opnås i konventionelle affaldsforbrændingsanlæg. Den simple proces er imidlertid kun mulig, når rene affaldsfraktioner er tilgængelige. Som regel er affaldsfraktioner forurenet med halogener og tungmetaller, der skal kontrolleres i en gasrensningsproces, hvor dels mængderne er betydeligt mindre end i sædvanlige røggasrensningsanlæg, og dels er kemien betydeligt anderledes. Forgasning i en fluid-bed er en teknologi, der kan anvendes med relativt dårlige brændsler, blot de er neddelt inden indfyring. De fleste urenheder i produktgassen kan fjernes ved at køle produktgassen til 300-500 o C og filtrere. Desuden kan gasrensningen forbedres ved tilsætning af absorbenter. Endvidere skal en gasrensningsteknik til termisk behandling af affaldsfraktioner være robust overfor ændringer i varierende brændselskvalitet. Gennemgang af behandlingsteknologier Gennemgangen af behandlingsteknologier viser, at mht. konventionel forbrænding af affald er en stor del af udviklingen fokuseret på at kunne optimere styring af selve forbrændingsprocessen, så der sikres en kontinuert og stabil forbrænding – uanset brændværdier og affaldssammensætning – således at god udbrænding sikres, miljømæssige parametre optimeres (inden rensning), og en god energiudnyttelse kan sikres. Den teknologiske udvikling indenfor konventionel forbrænding sker på mange områder, bl.a. • Risteopbygning og styring • Optimering af SRO (Styring, Regulering og Overvågning) systemer o Temperaturovervågning, måling, -analyse og styring o Luftstyring o Fuzzy logic, dvs. lærende styring og regulering • Forbedring af teknologi for termisk belastede komponenter – murværk, riste, kedler Med hensyn til forgasningsteknologien har gennemgangen peget på flere forskellige koncepter til på effektiv måde at omsætte forskellige affaldsfraktioner på en både miljømæssig og økonomisk interessant måde. Der er opstillet en række kriterier for valg af teknologier, hvor de vigtigste er krav om anlægsstørrelse (30-100 MWt), stor brændselsfleksibilitet, robust teknologi med høj rådighed, gode miljødata og interessant økonomi. 7

Også beregningerne var mere komplicerede. Der var flere usikkerheder, specielt fordi det var<br />

nødvendigt at ændre forsøgsbetingelser midt i forsøget, og desuden giver det høje tjæreindhold<br />

i sig selv en større usikkerhed på kulstofberegningerne, da tjære ikke måles kontinuert.<br />

Der var ikke problemer med hverken askesintring eller belægninger ved nogen af forsøgene.<br />

VTT konkluderede af forsøgene, at emballageaffald kan anvendes som brændsel i en CFBforgasser,<br />

mens anvendelse af EE-rest<strong>fra</strong>ktionen kræver yderligere udvikling og optimering<br />

specielt til denne type affald.<br />

Generelt kan de fleste former for plastik let forgasses, men højt plastindhold giver generelt et<br />

højt tjæreindhold i produktgassen. Ved at forgasse plast sammen med andre affaldsmaterialer<br />

kan denne proces styrkes eller begrænses. Det høje klorindhold findes primært i PVC. Andre<br />

halogener, f.eks. brom er også en potentiel forurener, hvis affaldet indeholder plastik med brom<br />

flammehæmmer. Ligeledes er flour en potentiel forurener. De fleste af disse stoffer kan dog<br />

fjernes <strong>fra</strong> produktgassen ved brug af absorbenter (Ca(OH)2, Na2CO3 mv.), hvilket imidlertid<br />

medfører forøgede driftsomkostninger. Våd scrubbing er en anden effektiv metode til at fjerne<br />

disse, men indholdet af tjære begrænser mulighederne for at anvende våd scrubbing.<br />

VTT’s procestekniske konklusion<br />

VTT konkluderer, at forgasning af affalds<strong>fra</strong>ktioner er et interessant alternativ til forbrænding.<br />

Forgasning kan kombineres med andre energiproduktionsteknologier for at opnå tekniske og<br />

økonomiske fordele. Den mest simple proces er ved at koble forgasning af rene affalds<strong>fra</strong>ktioner<br />

med traditionelle <strong>kraftvarme</strong>anlæg og da medforbrænde produktgassen i en kraftværkskedel<br />

fx sammen med kul. Ved at anvende dampturbinesystemet i en kraftværksblok opnås høje<br />

elproduktionsvirkningsgrader, der ikke kan opnås i konventionelle affaldsforbrændingsanlæg.<br />

Den simple proces er imidlertid kun mulig, når rene affalds<strong>fra</strong>ktioner er tilgængelige. Som regel<br />

er affalds<strong>fra</strong>ktioner forurenet med halogener og tungmetaller, der skal kontrolleres i en gasrensningsproces,<br />

hvor dels mængderne er betydeligt mindre end i sædvanlige røggasrensningsanlæg,<br />

og dels er kemien betydeligt anderledes.<br />

Forgasning i en fluid-bed er en teknologi, der kan anvendes med relativt dårlige brændsler, blot<br />

de er neddelt inden indfyring. De fleste urenheder i produktgassen kan fjernes ved at køle produktgassen<br />

til 300-500 o C og filtrere. Desuden kan gasrensningen forbedres ved tilsætning af<br />

absorbenter. Endvidere skal en gasrensningsteknik til termisk behandling af affalds<strong>fra</strong>ktioner<br />

være robust overfor ændringer i varierende brændselskvalitet.<br />

Gennemgang af behandlingsteknologier<br />

Gennemgangen af behandlingsteknologier viser, at mht. konventionel forbrænding af affald er<br />

en stor del af udviklingen fokuseret på at kunne optimere styring af selve forbrændingsprocessen,<br />

så der sikres en kontinuert og stabil forbrænding – uanset brændværdier og affaldssammensætning<br />

– således at god udbrænding sikres, miljømæssige parametre optimeres (inden<br />

rensning), og en god energiudnyttelse kan sikres.<br />

Den teknologiske udvikling indenfor konventionel forbrænding sker på mange områder, bl.a.<br />

• Risteopbygning og styring<br />

• Optimering af SRO (Styring, Regulering og Overvågning) systemer<br />

o Temperaturovervågning, måling, -analyse og styring<br />

o Luftstyring<br />

o Fuzzy logic, dvs. lærende styring og regulering<br />

• Forbedring af teknologi for termisk belastede komponenter – murværk, riste, kedler<br />

Med hensyn til forgasningsteknologien har gennemgangen peget på flere forskellige koncepter<br />

til på effektiv måde at omsætte forskellige affalds<strong>fra</strong>ktioner på en både miljømæssig og<br />

økonomisk interessant måde. Der er opstillet en række kriterier for valg af teknologier, hvor de<br />

vigtigste er krav om anlægsstørrelse (30-100 MWt), stor brændselsfleksibilitet, robust teknologi<br />

med høj rådighed, gode miljødata og interessant økonomi.<br />

7

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!