| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Måling af tungmetaller i dansk dagrenovation og småt brændbart

Bilag D

Massebalancer for indirekte metode

Beregning af brandværdi for affald

Ved fastsættelse af brandværdien for affald ved forbrænding på forbrændingsanlæg kan flere metoder anvendes, i det følgende beskrives en metode der sigter mod at beregne en så præcis brandværdi for affaldet som muligt. Metoden tager udgangspunkt i energiudvekslinger og massebalancer inden for den fysiske afgrænsning af anlægget, og benytter så vidt muligt målte værdier. Metoden beregner affaldets brændværdi ud fra massebalancer for CO2 og H2O. Disse massebalancers vigtighed skyldes at H2O transporterer en betydelig del af energien i systemet og at CO2 bruges til at beregne den producerede vandmængde der ikke kan måles. Nogle få antagelser gøres idet specielt konvektionstabet til omgivelserne ikke er målbart med rimelig præcision. Usikkerheden ved denne metode er afhængig hovedsageligt af usikkerheden på målinger der ligger til grund for beregningerne. Da disse måleusikkerheder er kvantificerbare kan en samlet usikkerhed for beregningerne ved denne metode udledes, hvilket gør metoden meget pålidelig.

Massebalance H2O

Denne massebalance har en ubekendt idet affaldets vandindhold ikke kendes, men beregnes som differencen på udledt vand og vand tilført eller dannet i processen. Alle tilførsler og udledninger af vand måles men produktionen af damp beregnes på baggrund af CO2 udledningen, idet det antages at der produceres vand ved forbrændingen i ca. samme mol forhold som der produceres CO2. Denne antagelse hvor hydrogen kulstof forholdet er 2 kan sandsynliggøres, idet netop dette forhold findes i affaldet i fraktionerne plast, fedt, protein og til dels i cellulose (1,67). Eksakte målinger af C og H i affald tyder på at C/H forholdet ligger i omegnen af 1,8 – 1,9 hvilket medfører et molforhold mellem CO2 og H2O på 0,9 /Belevi, H. (1998)/. Molforholdet er målt i den indirekte analyse og værdien herfra på 0,94 anvendes.

Eksempler på almindelige tilførsler og udledninger af vand er kølevand i ovn/røggas, vand i røggasrensning, spildevand, damp i røggassen, damp i luft tilført forbrænding, kondenseringsvand og vand i slaggen. Hvilke vandudvekslinger der medtages afhænger af teknologien og afgrænsningen af massebalancen. Fordelingen af dampudledningen via røggassen udføres fordi denne fordeling er nødvendig til beregning af øvre og nedre brandværdi. I det følgende er gengivet en række vandudvekslinger med tilhørende beregninger:

  • Produktion af vand: MCO2 (g) / 48 (g/mol CO2) ×0,94 (mol H2O/mol CO2) × 18 (g/mol H2O) / Maffald (ton)
     
  • Fugt i luft tilført forbrænding beregnes ud fra volumen og koncentrationen af vand (fra luftens relative fugtighed og temperaturen): MH2O (g/m³) × Vluft (Nm³) / Maffald (ton)
     
  • Damp fra slaggebad: Mslagge (kg) × T (K) ×Cslagge (KJ/kg×K) / 2,4425 (KJ/kg H2O fordampet) / Maffald (ton)
     
  • Udledt damp: Vrøggas (Nm³) × fH2O (m³ H2O(g)/Nm³ røggas) × 0,000598 (g H2O(l)/m³ H2O(g)) / Maffald (ton)

Masser (M) og volumener (V) måles og slaggens varmekapacitet (Cslagge) sættes til 1,1 KJ/kg×K [17]. Slaggens afkøling ?T antages at være 800 K og relativ fugtighed samt udetemperaturen antages at være lig den nærmeste DMI vejrstation.

Massebalance CO2

Massebalancen for CO2 tager udgangspunkt i forskellen på CO2 indeholdt i indblæst luft i ovnen og udledt CO2 i røggassen. Denne forskel antages at stamme fra forbrændingen af kulstof i affaldet og beregningen ser således ud:

  • Udledt CO2: Vrøggas (Nm³) × fCO2 (m³ CO2 (g)/Nm³ røggas) × 1947 (g CO2 (g)/m³ CO2 (g)) / Maffald (ton)
     
  • Tilført CO2 med forbrændingsluft: Vluft (Nm³) × 0, 000314 (m³ CO2(g)/Nm³ luft) × 1947 (g CO2 (g)/m³ CO2 (g))/ Maffald (ton)

Energibalance

Denne balance har kun affaldets energiindhold som ubekendt, hvorfor denne beregnes som differencen mellem energiudledninger og forbrug. Beregning af brandværdi ud fra energibalancen kan kun udføres hvis det er muligt at opsplitte dampproduktionen efter oprindelse, da begreberne øvre og nedre brandværdi ikke medtager de samme dampproduktioner og tilhørende energiudvekslinger. Nedre brandværdi medtager kun tab fra: Slaggen, konvektion, energiproduktion, damp fra processen, varmetab med damp fra processen og forbrændingsluften samt varmetab fra opvarmning af røggassen. Øvre brandværdi medtager herudover tab af: Damp samt varmetab fra vand i affaldet samt produceret damp. Potentiel udnyttelse medtager herudover muligheden for at kondensere forbrændingsluftens dampindhold. Følgende beregninger indgår i energibalancens omsætning af røggasdata til energi:

  • Fortætning af dampindhold: Mdamp (kg) × 2,4425 (KJ/kg H2O(g))
     
  • Dampens varmetab: Mdamp (kg) × 2,0 (KJ/kg H2O(g)×K) × (Trøggas-100) (K)
     
  • Fortættet damps varmetab: Mdamp (kg) × 4,25 (KJ/kg H2O(g)×K) × 75 (K)
     
  • Slaggens varmetab: Mslagge (kg) × 1,1 (KJ/kg ×K) × 25 K
     
  • Varm tør lufts varmetab: Vluft (Nm³) × 1,01 (kg/Nm³) × 1,28 (KJ/kg×K) × (Trøggas-Tomgivelser) (K)

Generelle antagelser for energibalancen:

  • Konvektionstab kan antages at være 2 % af det nominelle energiindhold (2,91 MWh/ton) /Rambøll, 2003/
  • Slaggens specifikke varmekapacitet antages at være 1,1 kJ/kg×K. /Rambøll, 2003/
  • Slaggen antages 50°C varm som den forlader slaggebadet.
  • Varmeforbrug til opvarmning af bygninger antages negligeabelt.
  • Det antages, at den mængde vand der fordamper fra slaggebadet, som ikke er en direkte konsekvens af den opvarmning slaggen bidrager med, er negligeabel.
  • Øvrige tab fra opstart og lignende anormale perioder indregnes ikke da beregningen hovedsageligt bygger på stikprøvemålinger af stabil normaldrift, samt data samlet over så store perioder at betydningen er negligeabel.

Usikkerhed

Både CO2 og H2O balancen beregnes med udgangspunkt i kontinuerte målte koncentrationer i røggassen og det kontinuert målte røggasflow. De kontinuerte målinger kontrolleres ved stikprøvemålinger hvor ud fra den kontinuerte måling kan korrigeres og usikkerheden kvantificeres. Den resulterende usikkerhed på balancerne for CO2 og H2O fastsættes således som den samlede usikkerhed af alle målinger.

Referencer

Rambøll, Beregning af brandværdi for husholdningsaffald, Internt notat af Tore Hulgaard, 2003

Belevi, H. Environmental Engineering of Municipal Solid Waste Incineration. Zürich: EAWG; ETH, 1998.

Fysiske konstanter H2O og CO2 samt atmosfærisk lufts indhold af CO2:
CRC Handbook of Chemistry and Physics 85th edition

Fysiske egenskaber for fugtig luft:
http://www.padfield.org/tim/cfys/atmcalc/atmocalc.php

Fodnoter

[17] /Tore Hulgaard, Rambøl/

 

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |



Version 1.0 Maj 2006, © Miljøstyrelsen.