|
Udvikling af metoder til udnyttelse af animalsk affald i biogas og udvinding af fosfor fra kød- og benmelsforbrænding 5 Termisk behandling
5.1 Termisk behandlingTermisk behandling af animalsk affald med sigte på energiudnyttelse og bortskaffelse og herefter med sigte på udnyttelse af fosforressourcen i asken består af flere trin, hvoraf den første normalt er tryksterilisation og afvanding efterfulgt af (sam-)forbrænding og eventuel efterbehandling, hvorefter asken kan benyttes i gødningsproducerende processer. Ved samforbrænding forstås forbrænding af kødbenmel og fedt sammen med andet brændsel på varme- eller kraftværkskedler. Der findes således en række forskellige metoder for termisk behandling af animalsk affald:
5.2 TryksterilisationVed tryksterilisering foretages en opvarmning til 133°C ved 3 bar(o) i 20 minutter. Da råvarerne ikke kan lagres ret længe, uden at de går i forrådnelse, benyttes våd sterilisering og afvanding/fedtudskilning ofte til at gøre materialet lagerstabilt, indtil det kan brændes. Denne behandling er utilstrækkelig som behandling af Kat. 1 materiale; men kan benyttes som forbehandlingsmetode. 5.3 ForbrændingTeoretisk kan de våde animalske biprodukter forbrændes direkte; men vandet kan forstyrre forbrændingsprocessen, og det er nødvendigt først at afdampe vandet for herefter at opvarme dampen til forbrændingstemperaturen for senere eventuelt at udkondensere vandet fra røggassen. I praksis er dette ikke nødvendigvis uhensigtsmæssigt, og det kræver en egnet kedelkonstruktion. Den eneste konstruktion, der er velegnet hertil i mindre skala (omkring 10-30 MW), er kedler, der benytter sig af fluidbed princippet. De øvrige kedeltyper kræver tørre animalske biprodukter. Affaldskedler vil dog også kunne forbrænde "vådt" materiale. Ved tilførsel af animalsk affald for eksempel kødbenmel til en kedel, vil denne skulle overholde EU's affaldsforbrændingsdirektiv (2000/76/EU). Ved samforbrænding med andet brændsel, lægges vægtstangsreglen til grund for vurdering af de tilladelige emissioner (dvs. en forholdsmæssig vægtning af tilladte emissioner i forhold til mængden af affald og basisbrændsel). På grund af kødbenmels høje nitrogenindhold giver forbrændingen relativt høje emissioner af NOx som yderligere kan forværres af forbrændingsbetingelserne især ved høje temperaturer. Ved samforbrænding ses en reduktion i NOX da N findes på en form, der reagerer med NOX til N2 formentlig amin-forbindelser. 5.4 Fluidbed forbrænding / forgasningVed forbrænding af animalsk affald (Kat. 2 og 3 materiale) i en fluidbed kedel, skal materialet neddeles til <8 mm og eventuelt opblandes med andet brændsel for eksempel træflis eller tørv. I visse tilfælde kompakteres blandingen til piller, før den ledes gennem en fluidbed forbrændingsovn eller forgasser. Udviklingstendensen går dog mod direkte tilførsel af hakket pulp i fluidbed forbrændingsovne. En hver forbrænding består af 4 efter hinanden følgende delprocesser, nemlig tørring, pyrolyse, termisk forgasning og forbrænding. Ved termisk forgasning tilføres luft i underskud sammen med vanddamp. Luftmængden er ikke tilstrækkelig til forbrænding hvorved brændbare gasser uddrives af affaldet samtidig med at fast kulstof omsættes med vandamp til H2 og CO, der også er brændbare gasser. Alt organisk materiale er nu på gasform og den producerede gas kan efter mere eller mindre kompliceret rensning - afhængig af den valgte proces - anvendes til at drive forbrændingsmotorer, der kan give højere el/varme forhold end traditionelle dampturbineanlæg. Teknologien er dog stadig på demonstrationsstadet og der foreligger meget få driftserfaringer med større anlæg. Forbrændings- / forgasningstemperaturen er typisk 800-900°C. Direkte indfyring af kødbenmel i en cirkulerende fluidbed reaktor kan medføre, at en del af materialet passerer gennem kedlen uden at være tilstrækkeligt udbrændt. Dette problem kan næppe være stort i en boblende fluidbed, designet til formålet. Fluidbedforbrænding har i øvrigt den fordel, at der ikke er ristegennemfald. På Grenå Kraftvarmeværk er der udført forsøg med samfyring af kul og kødbenmel i en 80 MWt fluidbed kedel. Kødbenmel kan erstatte halmen, men blandingen kul/halm/kødbenmel er begrænset pga. overhederbelægninger. I [17] beskrives en forbrænding af kød-/benmel i en "fluidized bed combustor". Kødbenmel blandes med tørv, og af blandingen dannes brændselspiller ved kompaktering, hvorefter pillerne forbrændes. På denne metode kan forbrændes piller med op til 35% kødbenmel. Ved højere andel af kødbenmel har pillerne en tendens til at falde fra hinanden. Ved højere andel af kødbenmel kan der desuden opstå problemer med sintring af asken, som kan medføre, at der skal tilsættes et antislaggemiddel til brændslet. I henhold til SEP i Sverige er det dog bedre at anvende flis som samforbrændingsmiddel, idet tørv indeholder forholdsvis store mængder af tungmetaller. I Tyskland brændes kødbenmel på fluidbedanlæg sammen med kul. Her blandes op til 25% i anlæggene. I Sverige har Daka's søsterselskab udført forsøg med forbrænding af hakket pulp sammen med flis og affaldspiller i en 12 MW fluid-bed, med gode erfaringer. Her er begrænsningen i tilførslen dog blandingens brændværdi. I England har man afprøvet anlæg til forbrænding af hakket pulp uden samfyring. I Sverige er et sådan anlæg endnu ikke opført, men man mener, at det er muligt. Asken fra fluidbedforbrænding af hakket pulp indeholder muligvis mere pyrofosfat end ortofosfat, som er ønsket. Dette kan medføre en længere opløsningstid og eventuelt lavere udnyttelse af P fra asken. Af kedelleverandører med erfaring med fluidbed forbrænding af kødbenmel i mindre skala kan bl.a. nævnes Wykes (UK), Seghers / BioSolidAir (B), Lurgi (D) og Kvaerner (N), Ebara (J), Foster Wheeler (SF). 5.5 Forbrænding på kraftværkskedlerBrugen af kødbenmel på kraftværkskedler er ved kraftvarmedrift den mest energieffektive måde at udnytte energiindholdet på, samtidig med at effektiv røggasrensning er til stede. På kraftværkskedler kan en mindre mængde kødbenmel blandes med kul. Kødbenmelsasken blandes herved med kulaske og vil efterfølgende kunne deponeres eller indgå i cementproduktion, såfremt modtagekriterierne herfor overholdes. Blandingsasken vil dog næppe være velegnet som råmateriale til gødningsproduktion. På ristefyrede anlæg vil der ved forbrænding af kødbenmel normalt konstateres ristegennemfald, som ikke er tilstrækkeligt udbrændt. Brændes kødbenmel sammen med n-gas i en multibrændselsenhed, fås en ren flyveaske, som kan benyttes som råmateriale for udvinding af fosforgødning. Elsam har gode erfaringer hermed fra forbrænding af kødbenmel på Fynsværket blok 3 (269 MWe). Denne kedel, der er fra 1974, fyrer med såvel kulstøv i suspension som n-gas afhængig af driftsform og belastning. Forbrændingstemperaturen er over 1000°C. Der er udført en række forsøg siden 2001. Forsøgene viser, at der ved samforbrænding med kødbenmel forekommer en øget korrosion, og der er konstateret slaggedannelse. Da der i slaggen kan være indlejret prionrester ved forbrænding af Kat. 1 materiale, udtages og formales slaggen i en særlig mølle, hvorefter den genindfyres. Dette betyder, at al aske udtages som flyveaske. Der er ikke detekteret proteinrester i denne flyveaske. Fortiden har Elsam kun ét anlæg med naturgasfyring godkendt til forbrænding af kødbenmel. Såfremt der kun brændes kødbenmel baseret på materiale fra ikke klovbærende dyr, er overførsel af BSE fremkaldende prioner udelukket. 5.6 Forbrænding i cementovnKødbenmel eller aske herfra kan tilføres cementproduktion opblandet med de øvrige råvarer, der tilføres roterovnen til cementproduktionen. På grund af de høje temperaturer heri sker der en fuldstændig destruktion af eventuelle prion-rester fra forbrænding af Kat. 1 materiale. Det maximale kødbenmelindhold, som kan tilføres en cementproduktion, er begrænset af tilførslen af fosfor og klorid. Begrænsningen afhænger af, hvilke øvrige råvarer, der benyttes til cementproduktionen. Det høje nitrogenindhold i kødbenmel betyder, at der kan blive problemer med for høj emission af kvælstofilter, NOx. Ved indarbejdningen af kødbenmel i cement opnår man ikke en genanvendelse af fosforkilden. 5.7 EfteropvarmningKødbenmel eller aske herfra kan efteropvarmes i en roterovn uden specifik tilknytning til cementindustrien. Herved vil der ske en fuldstændig destruktion af eventuelle prionrester, idet temperatur og opholdstid kan vælges således at alt materiale med sikkerhed opvarmes over 1000°C. En sådan opvarmning vil primært have til formål at sikre en fuldstændig destruktion af eventuelle prioner fra slagteriaffaldet. 5.8 ProcesdiagrammerHåndteringen af animalsk affald kan illustreres i nedenstående procesflowdiagrammer. Heri illustreres hele procesforløbet fra det våde slagteriaffald til produktion af flyveaske: Figur 5.1 Procesflow for håndtering af slagteriaffald via kødbenmel til aske. Figur 5.2 Procesflow for håndtering af SRM-affald mm. via kødbenmel til aske. Tilsvarende viser figur 5.2 et procesflowdiagram for SRM-fraktionen samt øvrige fraktioner, som ikke er egnede til produktion af gødning eller biogas. 5.9 Økonomi for forbrændingsanlægFluidbed forbrænding
Forudsættes en investering på 250 millioner kr., en forrentning på 5% og en afskrivning på 5 år, samt løn til én ekstra ansat, bliver prisen for afbrænding ca. 400 kr./t slagteriaffald. Forudsat en brændværdi på 7,8 MJ/kg slagteriaffald (halvdelen af brændværdien for kødbenmel), kan brændværdien erstatte ca. 210 l olie pr. ton slagteriaffald. Ved små anlæg belaster affaldsdirektivets krav til måleudstyr og dokumentation af udledte emissioner økonomien uforholdsmæssigt. Forbrænding på kraftværkskedler I Ingeniøren [50] er der i 2001 nævnt en pris på ca. 1000 kr./t for forbrænding på kraftværker. I henhold til Elsam er denne pris for høj, men Elsam kan ikke konkurrere med nedenstående pris, som opnås ved afsætning til cementfabrikker. Forbrænding i roterovn Oplagring i depot 5.10 Anbefalinger og videre arbejde for termiske metoderTryksterilisering og afvanding synes at være en nødvendig proces for langt de fleste affaldstyper for at opnå et lagerstabilt og holdbart produkt. Processen udføres normalt på landets kødbenmel fabrikker. Efter tryksterilisering og afvanding er man nødt til at skelne mellem anvendelsesmuligheder for Kat. 2 affald / Kat. 3 affald og anvendelsesmuligheder for Kat. 1 affald. Kat. 2 affald og Kat. 3 affald kan anvendes:
Anvendelsen af kødbenmel eller benmel som gødning på marken er forladt af landbruget for mange år siden. Projektet skønner, at afsætningen af materialerne til sådant brug vil være yderst begrænset under Danske forhold, hvorfor der under dette projekt ikke mere vil blive arbejdet med denne mulighed. Hovedinteressen samler sig derfor om anvendelse af materialerne som brændsel med tilhørende askeproduktion, hvor vi har kommenteret to metoder:
Det skal bemærkes, at der i det følgende kun i mindre omfang er vurderet på brændselsøkonomien, men i højere grad er fokuseret på processernes praktiske gennemførlighed. De fleste fluidbed-processer, der hidtil er betragtet, synes at kræve, at kødbenmelet sambrændes med et andet brændsel, hvilket fører til en blandingsaske, som ikke er egnet til brug i gødningsindustrien. Endvidere synes der at være sintringsproblemer forbundet med asken. Det har ikke været muligt at fremskaffe analyser af asken fra disse fluidbed forsøg. Analyser fra engelske anlæg har vist, at de engelske krav til restindhold af aminosyrer kan overholdes og 4 anlæg kører med rent kødbenmel. Førend det kan vurderes, om asken fra fluidbed anlæg kan anvendes til gødningsproduktion, udestår en lang række forsøg både hos anlægsproducenterne og hos en eventuel modtager af asken. Ved forbrænding af kødbenmel på kraftværkskedler kan man sambrænde med naturgas, hvilket efterlader en aske, som næsten kun hidrører fra kødbenmelet. Forbrændingen af kødbenmel synes at give anledning til en vis korrosion af kraftværkskedlerne på grund af alkaliklorider, som sublimerer ved de høje temperaturer. Dette problem kan være særdeles alvorligt og må antages at blive fulgt omhyggeligt af kraftværket. Vi kan skelne imellem:
Eftersom vi her kun betragter forbrænding af Kat. 2 og Kat. 3 materialer, som ikke kan indeholde prioner, ville det være muligt at gennemføre forbrændingen med et vist ristegennemfald, som på affaldsforbrændingsanlæg. For Kat. 1 materiale eksisterer der i dagens Danmark følgende muligheder:
Elsams metode til forbrænding af kødbenmel med naturgas og genindfyring af ristegennemfaldet eller fluidbed forbrænding synes at medføre så høje temperaturer, at eventuelle prioner destrueres, hvorfor metoderne også burde være anvendelige til behandling af Kat. 1 materiale. Problemet er imidlertid, at processerne først må have "det blå stempel" fra en ansvarlig offentlig myndighed, og her er det nok et problem, at der endnu ikke findes danske regler, anvisninger og krav til kontrol af forbrændingens kvalitet. Projektet anbefaler derfor, at arbejdet med en godkendelsesprocedure fremmes mest muligt, for uden rimelig dokumentation for, at Elsam's metode fører til en prionfri aske, skal man næppe vente, at gødningsindustrien vil aftage aske hidrørende fra Kat. 1 materialer.
|
