4 Affaldsforbrænding

En opdateret analyse af Danmarks muligheder for at reducere emissionerne af NOx

I dette afsnit behandles de seks affaldsforbrændingsanlæg som er med på listen over de 25 største punktkilder.

NO_x kan fjernes ved forskellige tiltag primært SNCR og SCR. I dag har alle anlæggene SNCR monteret. Det er muligt at øge NO_x fjernelsen primært ved at øge tilsætningen af ammoniak.

I dag renses røggassen ned til 150 - 200 mg NO_x/Nm³, ved optimering af SNCR vurderes det muligt at nå ned på 100 mg/Nm³. Ved anvendelse af SCR vil det være muligt at nå helt ned på 50 mg/Nm³ eller lavere. Der er således et potentiale for at reducere emission fra de 6 største anlæg med ca. 600 tons NO_x ved forbedret reduktion af NO_x fra SNCR. Installering af SCR vil kunne give en yderligere reduktion på op til ca. 1.000 - 1.100 t per år fra de 6 største anlæg.

Installering af SCR skal ske efter røggasrensning da der eller kan være problemer med de katalytiske processer. Det kræver så at gassen opvarmes og der er derfor et energiforbrug forbundet med etablering af SCR.

4.1 Teknologier for reduktion af NO_x emissioner

NO_x kan dannes på følgende 3 måder:

Termisk NO_x: under forbrændingen oxideres en del af luftens nitrogen til NO_x Denne reaktion finder hovedsageligt kun sted ved temperaturer over 1.300 °C. Reaktionens hastighed relaterer eksponentielt til røggassens iltindhold.
Brændsels NO_x: under forbrændingen oxideres en del af brændslets nitrogen til NO_x.
Dannelse of NO_xvia radikal reaktion: Atmosfærisk nitrogen kan også oxideres gennem reaktion med CH radikaler. Denne reaktion er dog uden betydning i affaldsforbrændingsanlæg.

NO_x produktionen under forbrændingsprocessen kan begrænses dels ved primære teknikker med god styring af processen, dels ved sekundære teknikker med tilsætning af kemikalier til fjernelse af den dannede NO_x.

4.2 Primære teknikker for NO_x reduktion

NO_x- produktionen kan holdes på et relativt lavt niveau ved kontrol af processen:

Holde lille luftoverskud;
Holde lav temperatur i ovnrummet (inklusive hot-spots).

4.2.1 Styring af luftfordeling, opblanding og temperaturer

Ved hjælp af en god fordeling af primær- og sekundær luft kan ujævne temperaturgradienter som resulterer i høje temperaturzoner og dermed øget dannelse af NO_x undgås Til forbrændingsprocessen kræves at der er tilstrækkeligt med luftoverskud til at ilte organisk materiale og sikre lave CO og VOC emissioner. Imidlertid kan et for stort luftoverskud øge NO_x dannelsen, hvorfor en stabil styring af lufttilsætningen er yderst vigtig.

4.2.2 Røggas recirkulation

Ved recirkulation af 10 - 20 % af røggasmængden reduceres såvel røggassens O₂-indhold som temperatur. Dette betyder mindre dannelse af termisk NO_x og dermed et lavere NO_x-niveau i røggassen.

4.2.3 Oxygen injektion

Ved injicering af enten ren O₂ eller O₂beriget luft tilføres ilt til processen uden også at tilføre nitrogen. Herved reduceres produktionen af termisk NO_x.

4.2.4 Naturgas injektion (re-burn)

Injicering af naturgas i efterforbrændingszonen kan bruges til at kontrollere og reducere NO_x dannelsen. Ved processen omdannes NO_x til fri nitrogen og ilt.

4.2.5 Vandindsprøjtning på risten

Injicering af vand på risten eller direkte i flammen kan bruges til at fjerne hot-spot temperaturområder. Reduktion af temperaturen vil betyde lavere NO_x dannelse.

4.3 Sekundære teknikker for NO_x reduktion

Ifølge EU Direktiv 2000/76/EC må døgnmiddel NO_x(som NO2) niveau ikke overstige 200 mg/Nm³. For at kunne opretholde dette niveau er det for alle større anlæg nødvendigt af tage sekundære NO_x reduktionsteknikker i brug. For de fleste processer har anvendelse af ammoniak eller ammoniakderivativer (eks. urea) som reduktionsmiddel vist sig velegnet. Nitrogenoxider i røggassen består hovedsageligt af NO and NO₂ og reduceres til nitrogen N₂ og vand damp ved injicering af reduktionsmidlet. Reaktionen vil typisk forløbe som en af disse reaktioner:

4 NO + 4 NH3 + O2 —> 4 N2 + 6 H2O
NO + NO2 + 2 NH3 —> 2 N2 + 3 H2O
2 NO2 + 4 NH3 + O2 —> 3 N2 + 6 H2O
6 NO2 + 8 NH3 —>7 N2 + 12 H2O

Følgende 2 processer anvendes til fjernelse af NO_x

Selective Non-Catalytic Reduction (SNCR)
Selective Catalytic Reduction (SCR)

Såvel NH₃ som urea tilføres som vandige opløsninger. NH₃ leveres normalt af sikkerhedsgrunde i en 25 % opløsning.

4.3.1 SNCR

Ved (SNCR) processen fjernes nitrogen oxiderne med reducerende stoffer (typisk ammoniak eller urea), som injiceres direkte ind i efterforbrændingszonen.

Reaktionen finder sted ved temperaturer mellem 850 and 1000 °C, med zoner med højere og lavere reaktionshastigheder inden for dette område. Reduceres NO_x med SNCR mere end 60 – 80 %, skal der tilføres større mængder ammoniak hvilket kan føre til et højere ammoniakslip. Ved temperaturer over 1000 °C vil en del af den tilsatte ammoniak omdannes til NO_x, og den samlede NO_x-reduktion aftager drastisk. Anvendelse af urea i stedet for ammoniak i SNCR fører til relativet højere N₂O-emissioner.

For at sikre optimal injicering af ammoniak ved varierende temperaturer og last kan NH₃ injiceres på flere niveauer i ovnen.

Når denne metode anvendes sammen med våde scrubber anlæg, kan overskydende ammoniak fjernes i skrubberen. Ammoniakken kan derpå genvindes fra skrubberens spildevand ved hjælp af en ammoniak stripper og genanvendes i SNCR systemet.

Vigtigt for optimering af SNCR processen er en lang opholdstid og effektiv opblanding af røggasserne.

4.3.2 SCR

Selective Catalytic Reduction (SCR) er en proces hvor ammoniak blandet med luft tilføres røggassen som passerer over en katalysator, med et keramisk eller metallisk trådnet. Herved reagerer ammoniakken med NO_x og der dannes nitrogen og vanddamp.

For at være effektiv kræver katalysatoren temperaturer mellem 180 and 450 °C. Hovedparten af de installerede anlæg opererer i området 230 - 300 °C. Under dette temperaturniveau øges katalysatorens nødvendige overflade væsentligt.

SCR processen har i sammenligning med SNCR en højere NO_x reduktions rate (typisk over 90 %) og da processen kan forløbe under næsten støkiometriske forhold er NH₃ udslippet væsentligt mindre.

Ved affaldsforbrænding anvendes SCR hovedsageligt i rengasområdet efter syre og partikel fjernelse. Da røggassens temperatur her ikke er tilstrækkelig høj, vil det typisk kræve at røggassen genopvarmes.

Fordelen ved SCR er at denne metode vil kunne NO_x rense til et væsentligt lavere niveau end SNCR. SCR kan rense røgen ned til (10- 100 mg /Nm³) medens SNCR kan rense ned til ca. 100 mg /Nm³. Dog kan nyere forbrændingsanlæg ved hjælp af effektiv styring og rensning med et SNCR anlæg komme ned på ca. 70 mg /Nm³. Ulempen ved SCR er, i sammenligning med SNCR, at SCR har væsentligt højere anlægs- og driftsomkostninger samt at denne proces typisk vil forbruge en del energi til genopvarmning af røggassen (eks. naturgas, fyrings olie eller højtryksdamp).

SCR processen vil typisk kunne anvendes til rensning af røggassen fra alle forbrændingsanlæg, ved forbrænding af alle typer affald. Dog kan der optræde korrosionsskader på grund af for højt klorid- eller sulfatindhold. SCR anlægget bør derfor installeres på røggassernes rengasside (efter filteret). Endvidere er det sandsynligvis ikke en realistisk metode at anvende på de mindre anlæg, da omkostningen til etablering her vil være relativt stor.

4.4 Status affaldsforbrænding

Ifølge ISWA er der i Danmark 34 forbrændingsanlæg med en kapacitet på i alt 577 t affald pr. time eller en gennemsnitlig kapacitet på 17,0 t affald pr. time (t/h).

Alle danske forbrændingsanlæg opfylder i dag krav til NO_xemission, i henhold til bekendtgørelse nr. 162 af 11/03/2003, "Bekendtgørelse om anlæg, der forbrænder affald".

NO_xkravet (anlæg med en affaldskapacitet > 6 t/h) er: 200 mg/Nm³

I denne rapport er 6 punktemittenter som forbrænder affald blevet vurderet:

Vestforbrænding;
Amagerforbrænding;
Sønderborg Kraftvarme;
Maabjergværket, Holstebro;
Affald Varme, Århus;
Kara, Roskilde.

Data for 2007 for disse 6 punktemittenter ses af nedenstående tabel. Oplysningerne i tabellen er hentet i "Grønt Regnskab" for de enkelte værker:

Tabel 4-1 NOx emissioner i henhold til oplysninger i grønne regnskaber

NOx emissioner 2007*	Affalds- mængde	Røggas- mængde	NOx emission	NOx emissions- faktorer
	t/år	Nm3/ t affald	t/år	mg/Nm3
Vestforbrænding	519.000	5.814	491	163
Amagerforbrænding	418.122	6.000	356	142
Sønderborg Kraftvarmeværk*	68.186	5.802	79	200
Maabjergværket	168.553	6.723	226	200
AffaldVarme	238.034	7.289	259	149
Kara	204.345	6.800	240	173
I alt	1.616.240		1.651

* Sønderborg Kraftvarmeværk har ud over affaldsforbrændingsanlægget installeret en gasturbine. I 2007 emitterede gasturbinen 286 t NO_x.

NO_x emissionerne fra ovennævnte 6 anlæg anses for repræsentative for de danske forbrændingsanlæg. I 2007 behandlede de danske forbrændingsanlæg i alt 3.400.000 tons affald. Dersom NO_x emissionen fra de 6 punktanlæg skaleres op i forhold til den samlede affaldsmængde udledte alle danske anlæg i 2007 i alt 3.474 tons NO_x.

4.4.1 Potentiale for reduktion af NO_x emissioner fra forbrændingsanlæg

Alle de større danske forbrændingsanlæg har i dag installeret et SNCR anlæg til overholdelse af krav til emissionsniveauet.

Med denne teknologi anses det for muligt, dels ved hjælp af bedret luft- og temperaturstyring, dels ved hjælp af øget NH3 dosering, at reducere den nuværende emission med ca. 40 % svarende til en emission på 100 mg/Nm³eller halvdelen af det nuværende krav. Et sådant tiltag vil dog øge NH₃ forbruget væsentligt og NH₃ slip til røggassen og til spildevandet vil øges.

40 % reduktion svarer til at NOx emissionen kan bringes ned til ca. 2.100 t pr. år. Øvrige afledte miljøeffekter vurderes at være marginale. Det omfatter et lidt øget el- og vandforbrug.

Dersom NO_x emissionen ønskes yderligere reduceret kan der etableres en SCR løsning, som vil kunne bringe emissionen væsentligt længere ned (20 - 50 mg/Nm³). Denne løsning er imidlertid meget omkostningstung såvel hvad angår investering som driftsomkostninger.

Det følgende viser i en oversigt over potentialet for NO_x reduktioner. Med udgangspunkt i emissionerne fra de 6 store anlæg, illustreret i Tabel 4-1, og en beregning af potentialet ved øget ammoniak tilsætning (SNCR) og ved SCR opskaleres disse beregninger ved hjælp af de totale affaldsmængder. Resultatet i nedenstående tabel er derfor betinget af at man kan nå tilsvarende reduktioner for alle anlæg som for de 6 største.

Tabel 4-2 Oversigt over potentiale for NO_x reduktioner på forbrændingsanlæg

	2007 NOx emissions	Skønnet NO_x emission i tons pr år ved
	Tons pr. år	100 mg/Nm³¹⁾	50 mg/Nm₃ (SCR)
6 store forbrændingsanlæg	1700	1000	500
Opskalering for samlet affaldsmængde	3500	2100	1100

1) SNCR med øget ammoniak tilsætning

Det betyder at potentialet ved øget tilsætning af ammoniak på (eksisterende) SNCR anlæg kan reducere 700 tons for de største anlæg og potentielt op til 1400 tons hvis dette generaliseres til alle affaldsforbrændingsanlæg. Ved investering i SCR kan yderligere reduceres således at potentialet i forhold til 2007 emissionerne er 1200 tons for de største anlæg og op til 2400 tons for hele affaldsmængden.

4.4.2 Økonomi

Dette afsnit vurderer anlægs- og driftsøkonomi ved etablering af SCR rensning i stedet for den nuværende SNCR rensning på affaldsforbrændingsanlæggene.

Drifts- og anlægsomkostningerne for et SCR og et SNCR anlæg fremgår af nedenstående tabel 4-2. Som eksempel er anvendt omkostningerne på en forbrændingslinje med en årlig kapacitet på 100.000 affald. Den tekniske levetid forudsættes at være 20 år.

Der skal understreges at der her er tale om et standardeksempel. Der er de enkelte anlæg imellem meget store forskelle på de fysiske rammer, og dermed mulighederne for at etablere et relativt pladskrævende SCR anlæg. Der kan derfor, selv på anlæg med samme størrelse, forventes meget store forskelle i etableringsomkostningerne for et SCR anlæg.

Beregningerne viser omkostningen ved rensning ned til 200, 100 og 50 mg/Nm³ og ved brug af SNCR og SCR.

Den marginale omkostning ved at øge reduktionen fra 200 ned til hhv. 100 og 50 mg/Nm³ kan overslagsmæssigt beregnes ud fra oplysningerne i Tabel 4.3.

Omkostninger pr. reduceret kg. NO_x er ca. 13 kr. ved at øge ammoniak tilsætningen på et SNCR anlæg og nå ned på 100 mg/Nm³. Omkostningen ved investering i et SCR anlæg og yderlige reduktion i emissionerne kan beregnes til ca. 40 kr. pr. kg. NO_x.

Tabel 4-3 NOx rensning SCR contra SNCR på en forbrændingslinje med en kapacitet på 100.000 t affald pr. år^[7]

Klik her for at se Tabel 4-3

Med forbehold for, at der kan være betydelig variation mellem de enkelte anlæg, kan ovennævnte eksempelberegninger opskaleres til den samlede affaldsmængde og dermed give et groft skøn over de samlede omkostninger.

Af tabellen ses at den årlige omkostning er væsentligt større for et SCR anlæg end den er for et SNCR anlæg.

Faktisk skal NO_x afgiften hæves fra de nuværende 5 kr. pr. kg til ca. 40 kr. pr. kg for at nå "break even" hvis man tager udgangspunkt i de forudsætninger, som er anvendt i tabellens eksempel. Det passer rimeligt med situationen i f.eks. Sverige. Her man har mange SCR anlæg og NO_x afgiften er på ca. 40 kr./t.

[7] Omkostningen til el er baseret på at værkerne sælger hele egenproduktionen og så køber el fra nettet. Dette skyldes komplicerede tilskudsordninger og relativt store omkostninger til udvidet styring og hardware (transformere mv.).