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

Afbrænding af lettere forurenet træaffald i fyringsanlæg på fx møbelfabrikker

6 Muligheder for bedre emissionsbegrænsende foranstaltninger

Emissionsbegrænsende foranstaltninger kan principielt ske på to måde - enten ved rensningsforanstaltninger - eller ved bedre forbrændingsbetingelser, så der dannes og emitteres mindre mængder forurenende stoffer. En kombination giver selvfølgelig det mest optimale resultat.

Det er generelt meget begrænset, hvilke muligheder for rensningsforanstaltninger, der er økonomisk realistiske at etablere på de generelt små fyringsanlæg, der findes i træindustrien. Ifølge undersøgelsen i kapitel 2 er kun 11 % af fyringsanlæggene større end 2 MW. I dette kapitel fokuseres der derfor meget på muligheder for at forbedre forbrændingsforholdene, idet der vurderes at være et stort potentiale for forbedringer, specielt på eksisterende og lidt ældre anlæg.

I dette kapitel gennemgås derfor:

  • Forbedringer i nye anlæg i de sidste årtier
  • Muligheder for bedre rensningsforanstaltninger
  • Muligheder for emissionsbegrænsning ved bedre forbrænding

6.1 Forbedringer i nye anlæg i de sidste årtier

I den gennemførte spørgeskemaundersøgelse blandt kedelleverandører, har de alle oplyst, at tidligere, dvs. op til omkring 1990, var det normalt med multicyklonanlæg til partikelrensning, on/off styring af brændselsindfødningen, og manuelt indreguleret forbrændingsluftmængde. Denne type anlæg fungerer bedst med den bedste forbrænding og laveste emission ved maksimal belastning, hvor anlægget er indreguleret. Ved lavere last er forbrændingen ofte markant dårligere på grund af den manglende styring af forbrændingsforholdene.

I dag tilbyder leverandørerne almindeligvis som standard:

  • multicykloner på anlæg mindre end 1 MW
  • posefilter for anlæg større end 1 MW.
  • iltmåling og styring af forbrændingsluften, så konstant ilt-koncentration kan opretholdes.
  • trinløs styring af indfødning efter varmeforbrug
  • CO måling på lidt større anlæg

Nye anlæg kan derved afhængigt af brændsel og den valgte styring reguleres fra 30 til 100% last og alligevel opretholde gode forbrændingsforhold i hele lastområdet.

Det skal tilføjes, at det er kunden, der i sidste ende bestemmer graden af udstyr på den leverede kedel, og at virksomheden kan spare penge ved at undlade at følge leverandørens anbefalinger.

Nye anlæg vurderes generelt at kunne overholde de foreslåede grænseværdier med den eksisterende teknologi, der tilbydes og anvendes.

6.2 Rensningsforanstaltninger

6.2.1 Partikelrensning

Partikelrensning er tidligere næsten altid sket med multicyklon anlæg, men i de senere år er posefiltre blevet standarden også på små anlæg ned til 1 MW for at emissionsgrænsen på 40 mg/m³ kan overholdes. Posefiltre er normalt meget effektive, og meget lave emissionsværdier kan opnås - normalt mindre end 10 mg/m³ og ofte også mindre end 1 mg/m³.

Posefiltre er væsentligt dyrere end multicykloner, både investeringsmæssigt og driftsmæssigt, idet poserne skal skiftes med nogle års mellemrum. Der er også risiko for at gløder fra forbrændingen antænde poserne, så de skal udskiftes i utide. Derfor bibeholdes normalt en multicyklon for at hindre, at gløder når frem til poserne. Der er også et større elforbrug til at overvinde det tryktab, som posefilteret forårsager.

I runde tal koster et 1 MW fyringsanlæg til træ med en lille silo og en multicyklon omkring 1 mio. kr. Prisen er nærmere 1,5 mio. kr., hvis anlægget leveres med posefilter. Posefiltre fordyrer således anlægsudgiften med ca. 50 %.

Et elektrofilter (el-filter) er et godt alternativ til et posefilter, da det er effektivt på emissioner fra forbrænding af biobrændsler, idet udskilningen af partikler fungerer bedre jo mere fugtig røggassen og partiklerne er. El-filtre har generelt en lidt dårligere udskilningseffektivitet end posefiltre.

El-filtre har driftsomkostninger til strømforbrug til elektroderne, mens tryktabet er minimalt. Etableringsomkostningerne for el-filtre er dog væsentligt større end for posefiltre på mindre anlæg, hvilket formentlig er hovedårsagen til den ringe udbredelse.

Med hensyn til partikelrensning vurderes den eksisterende teknologi at være den optimale i forhold til de opstillede emissionsgrænseværdier. For anlæg mindre end 1 MW er teknologien tilstede, således at anlæggene vil kunne overholde den lavere grænseværdi, der gælde for anlæg større end 1 MW. Men omkostningerne til rensningen vil derved komme til at udgøre omkring halvdelen af anlægsudgiften.

6.2.2 NOx rensning

De gængse teknologier til NOx-fjernelse på forbrændings- og fyringsanlæg er:

  • Røggastilbageføring
  • SCR
  • SNCR
  • Reburning
6.2.2.1 Røggastilbageføring

Ved røggastilbageføring recirkuleres en del af røggassen efter kedlen tilbage til brændkammeret.

På træfyrede kedler bliver effekten størst, når røggassen føres tilbage til primærluften, da NOx’en hovedsageligt dannes ved forbrænding af organisk bundet kvælstof i træet og limen. NOx emissionen kan reduceres i størrelsesordenen op mod 50 % med røggastilbageføring. Indreguleringen af systemet skal ske ved hjælp af kontinuerte målinger af NOx.

Systemet er relativt nemt og billigt at installere på nye anlæg. Dele af røggassystemet skal dimensioneres til en større røggasmængde, der skal lidt ekstra røggaskanal, et par automatspjæld og en lille blæser. Merprisen for dette er ikke undersøgt nærmere, da det ikke er med i kedelleverandørerne standardprogram til det danske marked. En leverandør indikere en merpris i størrelsen 5 til 20 % af anlægsudgiften, afhængigt af kedlens størrelse og bestykning.

6.2.2.2 SCR

SCR er Selective Catalytic Reduction, hvor der indblæses ammoniak i røggassen ved 200-400 °C umiddelbart før en katalysator. Herved reduceres NO til N2 gas. Virkningsgraden er typisk 80-90 %. Ulempen ved SCR er de relativt høje omkostninger til installation og drift (udskiftning af katalysator). Katalysatorerne har desuden vist sig at være følsomme overfor ”forgiftning” med bl.a. alkalimetal som forekommer ved forbrænding af især biobrændsler. Derfor bør der være enten et effektivt filter eller en vådvasker og genopvarmning af røggassen før katalysatoren, hvilket gør det urealistisk at anvende denne teknologi på mindre fyringsanlæg.

6.2.2.3 SNCR

SNCR er Selective Non Catalytic Reduction med typisk ammoniak eller urea (amin-baseret reagent), som indblæses i røggassen ved 900-1100 °C. Virkningsgraden er betydeligt lavere, omkring 50 %, afhængig af temperaturforhold i kedlen og opblandingsforhold. NO-reduktionen er karakteristisk ved at foregå i et relativt snævert temperatur-”vindue”, og dette begrænser den i praksis opnåelige virkningsgrad. Til gengæld er omkostningerne til installation og drift betydeligt lavere end for SCR, typisk en faktor 10, afhængig af anlægsstørrelse og ønsket NOx-reduktion. På grund af restindhold af ammoniak efter katalysatoren, bør der også være en vådvasker, som kan opfange dette.

SNCR er ikke en anvendelig teknologi for mindre træfyrede anlæg, primært fordi temperaturforholdene ofte ikke kan opnås, da det kræver en god styring for at reduktionen kan ske i det snævre temperaturinterval. Men også restindholdet af ammoniak skal fjernes i en vådvasker.

6.2.2.4 Reburning

Ved reburning indblæses metan eller andre kulbrinter. Tilførsel af disse ved et passende temperaturniveau skaber en reducerende zone. Fordele og ulemper ved reburning er meget lig SNCR.

6.2.2.5 Konklusion

Den eneste realistiske rensningsmetode for NOx på mindre træfyrede anlæg er derfor røggastilbageføring. På eksisterende anlæg vil det normalt være urealistisk at etablere røggastilbageføring, idet anlægget skal være dimensioneret til den større røggasmængde, der kommer i recirkulationskredsen. Ofte vil der heller ikke være plads til indbygning af de ekstra røggaskanaler.

Mindre fyringsanlæg til træ med røggastilbageføring er kommercielt tilgængelige i andre lande, specielt i Tyskland.

6.3 Grundprincipper for forbrænding af træ

For at opretholde en god forbrænding af træ er der visse grundlæggende forhold der skal være opfyldt.

  • Der skal sikres en høj opblanding af brændslet og ilt (luft) i et bestemt forhold.
  • Der skal være en stråling af varme fra det antændte brændsel til det indkommende brændsel, for at forbrændingen kan forløbe

Forbrændingskvaliteten af det anvendte træbrændsel og de resulterende emissioner er afhængige af:

  • Træsorten
  • Træets vandindhold
  • Partikelstørrelse og størrelsesfordeling
  • Brændkammerets udformning og princip
  • Luftoverskud
  • Lufttilførsel og opblanding
  • Forgasningsforhold
  • Indhold af lim, overfladebelægninger mv.

Forbrændingens kvalitet er stærkt afhængig af belastningen på brændkammeret. Hvis brændkammeret er for lille, så anlægget ofte overbelastes med gasser fra en voldsom pyrolyse og forgasning det ekstremt tørre træ, formindskes udbrændingseffektiviteten, og emissionerne stiger.

6.4 Emissioner

Ved forbrænding af træ og lettere forurenede trærester, vil der blandt andet dannes og emitteres følgende stoffer:

Partikulært:    Aske

                       Uforbrændte træpartikler

                       Tjærestoffer (aerosoler)

                       Sod

Gasser:            CO

                       Organiske forbindelser (total C)

                       NOx

                       HCl

                       SO2

Polycykliske aromatiske hydrocarboner (PAH) emitteres bundet til partikler.

Dioxiner og Furaner (PCDD/PCDF) vil også forekomme bundet til partikler.

Afhængigt af det aktuelle brændsel, styringen af forbrændingen og anlæggets aktuelle røggasrensningssystem, vil de nævnte forureningskomponenter dannes og emitteres i varierende omfang.

6.4.1 Partikulær emission

Jo dårligere forbrændingen er, jo mere tjære, sod og uforbrændte træpartikler bliver der dannet. For høj primærluftmængde gennem brændselslaget kan forårsage medrivning af mindre partikler.

6.4.2 Betydningen af brændslets kemiske sammensætning

Test med forbrænding af forskellige typer træ har vist, at disse forskelligheder i træ, har forsvindende betydning for forbrændingen i forvarmede og lukkede forbrændingskamre. Andre faktorer som luftoverskud, princip for lufttilførsel, brændselsindfødningsmetode, samt træets fugtindhold og størrelse er meget vigtigere. Reproducerbare forskelle er kun fundet for NOx emissionen.

6.4.3 Fugtighedens betydning

Vandindholdet reducerer brændslets brændværdi, idet en del af varmen skal anvendes til at fordampe vandet. Vådt træ har en lille brændværdi, og forbrændingskammeret skal isoleres med ildfaste og varmeisolerende sten. Forbrændingskammeret vil derfor normalt være designet til at brænde træ i et bestemt fugtighedsinterval.

Hvis forbrændingskammeret er beregnet til vådt træ, og der benyttes tørt træ, kan forbrændingstemperaturen blive så høj, at der dannes betydelige mængder termisk NOx. Benyttes derimod vådt træ i et forbrændingskammer, der er beregnet til tørt træ, og derfor kun har lidt eller ingen udmuring med ildfaste sten, kan forbrændingstemperaturen være alt for lav, så forbrændingen ikke forløber ordentligt, med udslip af store mængder CO, PAH og uforbrændte kulbrinter.

Det er derfor yderst vigtigt, at forbrændingskammeret er indrettet til at brænde den type træ, med det fugtindhold, der anvendes.

6.4.4 Brændslets kornstørrelse

Jo større brændselspartiklerne er, jo længere tid tager forbrændingsprocessen for hver enkelt partikel. Små partikler, fx savsmuld brænder hurtigt, idet de små partikler hurtigt tørrer, forgasser og brænder, så der opnås en høj forbrændingsintensitet.

En brændeknude brænder derimod langsomt, og der går meget lang tid før den er udbrændt. Den tørrer hurtigt på overfladen, men varmen er lang tid om at trænge helt ind til midten af brændeknuden.

Det er derfor vigtigt, at det anvendte brændsel er nogenlunde homogent, og at det ikke indeholder meget store stykker træ, som er længe om at brænde. Brændslet må heller ikke blive for fint, med for meget fint savsmuld og pudsestøv, da det kan blokere for en jævn fordeling af primærluften op gennem risten, og give zoner med ilt-underskud, som kan medføre forøgede emissioner af CO, PAH og kulbrinter.

Det bedste er en blanding af fine og grovere partikler, som giver struktur, således at primærluften nemt kan passere jævnt igennem brændselslaget.

Samlet er det vigtigste, at anlægget er egnet til at forbrænde brændsel med den kornstørrelsesfordeling, der er i det anvendte brændsel, og at brændslet er homogent, således at der ikke forekommer store udsving i kornstørrelsesfordelingen.

For at sikre stabile og gode forbrændingsforhold skal fyringsanlæggets indfødningssystem, brændkammer og kedel først og fremmest være tilpasset brændslets egenskaber, men det er også meget vigtigt, at kedelydelsen er tilpasset virksomhedens varmebehov. Fyringsanlæggets optimale driftspunkt i forhold til emissionerne bør svare til det varmeforbrug virksomheden har i hovedparten af årets driftstimer. I principper er det også ved denne belastning af anlægget at eventuelle emissionsmålinger bør udføres.

Fyringsanlæg med meget stort reguleringsområde kan have relativt dårlige forbrændingsforhold i det lav lastområde. Dette skyldes den lavere lufthastighed og mindre belastning af brændkammeret.

Opblandingen af forbrændingsluften kan sikres at være god ved lav last, enten ved at designe udformningen af tilsætningen af forbrændingsluften til den laveste lufthastighed, eller ved at nogle af kanalerne lukkes med automatspjæld.

Forbrændingens kvalitet er stærkt afhængig af belastningen på brændkammeret, dvs. størrelsen i forhold til mængden, der brændes per tidsenhed. Hvis brændkammeret er for lille, så anlægget ofte overbelastes med gasser fra en voldsom koksudbrænding af det ekstremt tørre træ, formindskes udbrændingseffektiviteten og emissionerne stiger, fordi opholdstiden bliver for kort til at alle pyrolysegasserne når at brænde. Modsat kan emissionerne også stige ved lav last, hvis temperaturen falder, så nogle af pyrolysegasserne ikke brændes så effektivt. Figur 1 viser sammenhængen mellem opholdstid og forbrændingseffektivitet ved 750 °C for nogle gasser.

Figur 1 sammenhængen mellem opholdstid og forbrændingseffektivitet ved 750 °C for udvalgte gasser

Figur 1 sammenhængen mellem opholdstid og forbrændingseffektivitet ved 750 °C for udvalgte gasser

Det er således vigtigt, at der kan opretholdes en tilstrækkelig høj temperatur i forbrændingszonen i hele reguleringsområdet.

6.4.5 Luftoverskud og luftfordeling

Et givent brændsel kræver en vis mængde luft (ilt) for at forbrænde fuldstændigt, kaldet den støkiometriske luftmængde. I praksis vil forbrændingen altid ske med et luftoverskud, da det ikke er muligt at få en tilfredsstillende forbrænding med den støkiometriske luftmængde. For forbrænding af træ anbefaler Marutzky (Ref. 10), at mængden ikke overstige 150 % af den støkiometriske mængde, hvilket for træ svarer til ca. 7,5 % O2. Det opnåelige luftoverskudstal afhænger i høj grad af fyringsteknologien. Store og gode forbrændingsanlæg med avanceret styring kan fungere med et meget lille luftoverskud, svarende til 3–5 % O2, mens mindre anlæg med ringe styring behøver et større luftoverskud, svarende til omkring 10 % O2 eller mere, for at få en bare nogenlunde forbrænding.

Det er meget vigtigt, at forbrændingsluften tilsættes på de steder (zoner), hvor der er behov for den. En dårlig luftfordeling kan give høje emissioner af CO, etc. og dårlig udbrænding, selv om den samlede luftmængde er korrekt.

6.4.6 Dioxiner

Tre forhold er meget væsentlig for dannelse og emission af dioxiner fra forbrænding af lettere forurenede trærester:

  1. forbrændingsforholdene, idet dårlig forbrænding giver mere dioxin.
  2. støvrensningens effektivitet, idet dioxinerne mest findes på de mindre partikler.
  3. indholdet af klorid og visse metaller i brændslet, idet højere kloridindhold giver mere dioxin, ligesom visse metaller gør, specielt kobber, ved at katalyserer dannelsen af dioxin.

Der anbefalede krav om gode forbrændingsforhold, ved krav til CO emissionen samt iltmåling og -styring sikrer, at betingelserne er til en lav dioxinemission.

De anbefalede krav til partikelemissionen sikrer, at anlæg større end 1 MW har en partikelrensning, idet den mest udbredte partikelrensning er posefiltre, som også giver en god tilbageholdelse af de mindre partikler, hvortil dioxiner hovedsageligt er bundet.

Rent træ indeholder meget lave koncentrationer af klorid, mens der kan være betydeligt mere i lettere forurenede trærester, på grund af anvendelsen af ammoniumklorid som hærder i limsystemer, specielt UF og MUF lime, der normalt anvendes i spån- og MDF plader, samt PCV i overfladebelægninger. Flere målinger viser en betydeligt højere dioxinemission ved forbrænding af denne type trærester end ved forbrænding af rent træ. Dette kan undgås, ved at undlade at bruge PVC-holdige overfladebelægninger og plader med ammoniumklorid som hærder. Alternative hærdere, ammoniumsulfat og ammoniumnitrat, medfører dog lettere forhøjede emissioner af andre stoffer, som SO2 og NOx.

Emissionen af dioxiner kan reduceres ved rensning, typisk ved absorption på aktivt kul, som tilsættes røggassen før filteret, hvor det udskilles. Herved kan koncentrationen reduceres til væsentligt under 0,1 ng I-TEQ/m³. Rensning er dyr og anvendes sjældent på anlægsstørrelser op til få MW, der er mest udbredt i træindustrien. Mindre anlæg, med høje dioxinemissioner som fx forbrændingsanlæg til hospitalsaffald har (eller bør have) dioxinrensning.

6.4.7 Styring af forbrændingen

Styringen af forbrændingen er indlysende af stor betydning for forbrændingens kvalitet og dermed emissionernes størrelse. Enhver ændring i driften, fx ved start eller stop af indfødning af brændsel eller et øget eller reduceret varmebehov, vil ændre driftspunktet og påvirke forbrændingens kvalitet, og dermed give anledning til forøgede emissioner. Forsøg med online målinger har vist, at selv relativt små ændringer i driften medfører markant øgede emissioner af fx CO og kulbrinter (bl.a. PAH), og effekten kunne måles i nogen tid efter påvirkningen (Ref. 9).

En god styring af anlægget, der dels sikrer gode og konstante forbrændingsforhold, og glidende overgange ved ændringer i varmeforbruget er meget vigtigt for at opnå de laveste emissioner.

Derfor anbefales det, at alle anlæg - både nye og eksisterende - skal/bør være forsynet med iltmåling og automatisk styring og regulering af forbrændingsluftmængden, så konstant O2-koncentration i røggassen kan opretholdes. Desuden bør indfødningen af brændslet ske trinløst efter varmeforbruget på nye anlæg, og på eksisterende anlæg i den udstrækning, det er muligt at eftermontere. On/Off styring af indfødningen vil påvirke forbrændingens kvalitet mærkbart i negativ retning, men med iltmåling og styring bliver effekten mindre, og bør accepteres på eksisterende anlæg hvor trinløs regulering ikke er mulig.

6.5 Video-overvågning af forbrændingen

Erfaringerne med videoovervågning af forbrændingsprocessen i anlæg med bevægelig rist er meget positive og benyttes på næsten alle affaldsforbrændingsanlæg og på mindst to fjernvarmeværker. Placeres kameraet over risten, så synsfeltet dækker hele risten, vil driftspersonalet på en monitor i kontrolrummet tydeligt kunne se overfladen af brændselslaget og kunne afsløre mange "forbrændingsfejl", fx:

  • Dårlig brændselsfordeling pga. ujævn indfødning eller transport på risten
  • Dårlig primærluftfordelig, der giver ujævn forbrænding
  • Lokale forskelle i brændselslagets tykkelse
  • Tilbagebrænding
  • Gløder i aske/slagge-faldet
  • Ændringer i forbrændingsmønstret, når brændslets sammensætning eller struktur varierer

Koksforbrændingsfasen, som kun vanskeligt kan identificeres med det blotte øje, vil tydelige kunne ses, og dens bevægelse frem og tilbage på risten vil kunne følges.

Benyttes et CCD-kamera, der er følsomt i det nær-infrarøde område (NIR), og et optisk filter, der fjerner synlig lys, vil kameraet kunne se endnu tydeligere igennem flammerne. Sod og glødende partikler vil dog altid sløre billedet af overfladen af brændselslaget.

Video-overvågning vil kunne give meget værdifulde oplysninger om de lokale forbrændingsforhold på risten og på længere sigt give fabrikanterne vigtige informationer til optimering af deres fyringsanlæg.

Videoovervågningssystemer er relativt billige (10-20.000 kr.) og vil kunne erstatte eller supplere en CO-måler. Et CCD-kamera med optisk filter, der måler i NIR-området vil være en smule dyrere.

På store anlæg vil video-overvågningen kunne udvides med et vision-system, der med online billedeanalyse automatisk vil kunne indgå i anlæggets proceskontrolsystem og regulere fx primærluft-fordelingen, mm.

Video-overvågning er ikke ret udbredt, men på grund af de gode erfaringer ser vi et stort potentiale i, at det kan bidrage meget positivt til at forbedre for-brændingskvaliteten på træfyrede anlæg. Sammenholdt med den lave pris, vil vi stærkt anbefale industrien og kedelleverandørerne at afprøve og indføre denne teknologi i træfyrede anlæg.

 

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



Version 1.0 December 2008, © Miljøstyrelsen.