nyhetsbrev värmeforsk

1

N y h e t s m a g a s i N f r å N v ä r m e f o r s k

e t t N y h e t s m a g a s i N f r å N v ä r m e f o r s k | Nummer 1 | mars 2011

Tydliga skärmbilder gör anläggningen

effektivare

Grusvägen blir tåligare av aska

samförbränning med rötslam hindrar rosten

”Värmeforsk är en viktig kunskapsbank”

2


Biobränsle – klimatbov eller miljöräddare?

Innehåll:LedareBiobränsle – klimatboveller miljöräddare? sid.2

Samförbränning med rötslam hindrar rosten sid. 3

Tydliga skärmbilder gör anläggningen effektivare sid. 4

Grusvägen blir tåligare av aska sid. 6

Fortsättning av Askprogrammet behövs sid. 7

Svåra biobränslen får en match i nytt forskningsprogram sid. 8

”Värmeforsk är en viktig kunskapsbank” sid. 8

Ansvarig utgivare: Gullvi Borgström Redaktör/texter: Lars Magnell, [email protected] 070-592 37 75 Produktion: Kreativ Media AB Formgivning: Gabriella LindgrenTryck: Planograf, Stockholm 2011

Värmeforsk Service AB101 53 StockholmTelefon: 08-677 25 80Telefax: 08-677 25 [email protected]

”Bioenergi ökar växthusgasutsläpp.., Bioenergi behövs för klimatet”… Visst blir man förvirrad av alla tidnings-rubriker. Hur ska allmänheten förstå vad som är bra eller dåligt för miljön, när de som borde förstå inte har förmåga att samverka om hur information ska förmedlas? Det är också betänkligt när debat-törer och ”tyckare” sprider svepande påståenden som gränsar till medveten desinformation. Spelar det någon roll, kan man fråga sig. Ja, om man tror att frågor som energiförsörjningen och klimatförändringar är viktiga så är det nog så. För att mota bort de värsta ”tyckarna” spelar forskning och utveck-ling en avgörande roll. Utan kunskap blir man lätt lurad av den tvetydiga ”vetenskapen”. Visst vore det lyckat om vi alla försökte dra åt samman håll för att rädda miljön? Vi på Värmeforsk anser att bioenergi behövs för klimatet. Värmeforsk bok-stavligen brinner för bioenergi. Det har vi gjort de senaste 20 åren.

Första numretJust nu läser du det första numret av Värmeforsks nya nyhetsmagasin. Min förhoppning är att det ska kittla din nyfikenhet om sådant som händer på Värmeforsk. Kanske också leda dig vidare till rapportdatabasen där du kan hitta många nya idéer för din verksam-het, eller finna lösningar som kan hjälpa dig i din vardag. I denna första utgåva redogör vi bland annat för de senaste rönen kring de välkända problemen korrosion, beläggning och bäddagglomerering vid förbränning av bio- och avfallsbränslen. Projektet ”Åtgärder för samtidig mini-mering av alkalirelaterade driftproblem”

är en av de största satsningarna Värme-forsk någonsin gjort, och nu framträder en helhetsbild av hur vi ska åtgärda problemen och på så sätt förbättra driftsekonomin.

Var gör vi av askan?När man eldar biomassa erhålls ofrån-komligen aska, det vet alla som någon gång gjort upp en brasa. Ur samhälls-synpunkt ska askorna användas på ett resurseffektivt sätt. Visst låter det självklart? Varför gör vi inte det då? Jo, för återigen drar samhällets spelare åt olika håll. Om vi ska kunna utöka användningen av biomassa, måste alla parter samverka! Vi når inte ett uthålligt samhälle om myndigheter ska sätta krokben för utvecklingen genom att låta okunskap råda. På sidan 6 finner du en innovativ lösning på hur askor kan användas resurseffektivt.

Trevlig läsning!Gullvi BorgströmVd, Värmeforsk

3


Innehåll:LedareBiobränsle – klimatboveller miljöräddare? sid.2

Samförbränning med rötslam hindrar rosten sid. 3

Tydliga skärmbilder gör anläggningen effektivare sid. 4

Grusvägen blir tåligare av aska sid. 6

Fortsättning av Askprogrammet behövs sid. 7

Svåra biobränslen får en match i nytt forskningsprogram sid. 8

”Värmeforsk är en viktig kunskapsbank” sid. 8

Vid förbränning av bio-, retur- och avfalls-bränslen kan det uppstå driftproblem som påslag, beläggningar och korrosion på värmeöverförande ytor. Det kan också medföra att sanden i pannor med fluidi-serad bädd (se fotnot) ”kletar ihop” eller agglomererar. För att minska dessa problem startade Värmeforsk år 2005 ramprogrammet Åtgär-der för samtidig minimering av alkalirelate-rade driftproblem, även kallat Agglobelägg, som nyligen avslutade sin tredje etapp.

Sandbädden bakas sammanHuvudorsaken till driftproblemen är bränslets innehåll av kalium och/eller natrium och klorider som vid förbränning bildar starkt korrosiva alkaliklorider. När man eldar alkalirika bränslen i en fluidise-rad bäddpanna finns också risk för att det bildas lager av alkali runt sandkornen som reagerar med kislet i sanden till alkalisilika-ter som har låg smältpunkt. Om dessa lager blir alltför tjocka kan sandkornen bindas samman med alkalisilikater som klister och man riskerar att delar av sandbädden agglomererar, det vill säga sandkornen bakas samman vilket då i varierande grad

försämrar förbrän-ningen.I försök har det visat sig att samförbrän-ning med rötslam, som är rikt på svavel, har en positiv effekt på agglomerering genom att påverka lagren runt sand-partiklarna både till mängd och sam-mansättning. – Samman-fattningsvis visar forskningsresultaten

Samförbränning med rötslam hindrar rostenMycket positiva effekter kan uppnås vid förbränning av besvärliga alkalirika bränslen om man tillför rötslam, som motverkar både bäddagglomerering och korrosion. Det visar aktuell forskning inom Värmeforsk.

att en tillsats av rötslam ökar agglomere-ringstemperaturen, det vill säga den tem-peratur då partiklarna i bädden börjar häfta vid varandra. Effekten är dock inte lika tydlig vid samförbränning av rötslam, bark och avfallspellets som när basbränslet är trä och halm. Samförbränning med rötslam leder också till att mängden beläggningar runt sandkornen i bäddmaterialet minskar och den ändrar även sammansättningen på asklagren runt bäddsandspartiklar, konsta-terar projektledaren Solvie Herstad Svärd. – Samförbränning med rötslam innebär också att bäddmaterialet tillförs slamask-partiklar som blandas med sandpartiklarna vilket ytterligare minskar risken för att sandkornen bakas samman.

Effekten av fosforI bioeldade och avfallseldade pannor finns även risk för korrosiva beläggningar bestå-ende av alkaliklorid. Tidigare forskning har visat att man kan undertrycka alkaliklorid-bildningen och därmed minska halten klor i beläggningar genom att ändra rökgas-kemin. Framförallt har mycket forskning kretsat kring svavlets roll och på senare tid har även effekten av fosfor i bränslet studerats. Rökgasanalyser, partikelmätningar och analys av beläggningar visar att tillförsel av rötslam till bädden och sulfat och fosfat till rökgasen alla påverkar rökgaskemin, partik-larnas sammansättning samt sammansätt-ning och mängd beläggningar. – I den här etappen har vi visat att fosfor såväl som svavel kan minska bildningen av alkaliklorid. Dosering av sulfat och fosfat som additiv i rökgaskanalen har bägge minskat alkalikloridhalten i rökgas och beläggningar vilket verifierar att både svavel och fosfor kan vara orsaken till att rötslam så effektivt minskar alkaliklorid och beläggningar.

– Vi kan också se att slamaskans inne-håll bidrar till rötslammens effekt genom att binda alkali. Om det är aluminiumsilika-ter från tvättmedel som hamnar i rötslam-met eller fosfor som binder alkalit i askan är svårt att avgöra. Det verkar dock som om svavel och fosfor är de viktigaste kompo-nenterna tillsammans med kalcium, där kalcium har en negativ effekt, säger Solvie Herstad Svärd.

Fluidiserade bäddarförbränning i en fluidiserad bädd innebär att bränslet eldas i en bädd bestående av sand och askpartiklar. Luft tillförs via dysor i botten på pan-nan som får bäddpartiklarna att sväva. Partikel-suspensionen får delvis samma egenskaper som vatten varav namnet fluidisering.i en CfB – cirku-lerande fluidiserad bädd – ökas lufthastigheten så mycket att en del av partiklarna flyger iväg med rökgasen och avskiljs i en cyklon, via ett sandlås, tillbaks till eldstaden. ångan kondenseras efter turbinen och värmer då även fjärrvärmevattnet.

Solvie Herstad Svärd

rapporten

Åtgärder för samtidig minimering av alkalirelaterade driftproblem, Etapp 3

rapportnummer 1167

finns att ladda ned från www.varmeforsk.se/rapporter

tidigare etapper har rapportnummer: 997 och 1037

4


konstaterar Chalmersprofessorn Anna-Li-sa Osvalder som lett Värmeforskprojektet Visualisering av anläggningsstatus.

För plottrigtSyftet med projektet är att utveckla och utvärdera nya skärmbilder som bättre motsvarar dagens krav och är mera anpassade till människan/operatörens mentala förutsättningar att uppfatta och tolka information i en specifik situa-tion. – Ett vanligt förekommande problem med dagens skärmbilder är att de är för plottriga. Eftersom kodningssystemet är baserat på numeriska bilder snarare än grafiska blir många uppgifter onödigt komplicerade och tidskrävande vilket ökar risken att göra fel. Sådana skärmbil-der förser inte operatören med direkt och lättillgänglig processinformation utan denne måste istället memorera, jämföra och integrera olika data medan han/hon navigerar mellan olika informationskäl-lor, förklarar Anna-Lisa Osvalder.

Kontrollrummen i dagens processin-dustri är exempel på komplexa män-niska/maskinsys-tem. I operatörens arbetsuppgifter in-går bland annat att övervaka proces-sen, söka informa-

tion om status och förändringar samt att vid behov agera och justera processen för att erhålla en så effektiv produktion som möjligt. En viktig förutsättning för att operatören skall kunna fullgöra dessa olika arbetsuppgifter är en tillfredsstäl-lande utformning av skärmgränssnittet mellan människa, det vill säga operatö-ren, och det tekniska systemet. – I takt med att både komplexitet och krav på lönsamhet blivit allt mer fram-trädande i processindustrins anlägg-ningar har också kraven på att i ett tidigt skede kunna upptäcka, fatta beslut om och åtgärda avvikelser i processen ökat,

Tydliga och lättförståeliga dataskärmsgränssnitt är av största vikt för effektiv och säker drift inom processindustrin. Genom att i ökad grad utgå från människans kognitiva förmåga att ta till sig information kan en anläggnings processer visualiseras tydligare på datorskärmarna. Därmed blir det lättare för operatören att fatta rätt beslut vid varje driftsituation.

För att komma till rätta med dessa brister har forskarna i projektet utvecklat nya skärmbilder som syftar till att för-medla informationen för olika driftsitua-tioner på ett mera grafiskt och intuitivt sätt. Skärmbilderna har med gott resul-tat testats och utvärderats av operatörer på pappersbruket Korsnäs i Gävle och värmeverket i Hässelby, Stockholm.

KorsnäsPå pappersbruket i Gävle togs en skärm-bild fram för övervakning och besluts-stöd för hantering av en processdel kallad Blandlut 7. Processdelen består av cisterner med olika typer av lut och en av operatörernas uppgifter är att åstadkomma en optimal lutblandning för nästa processteg. – För att åstadkomma detta krävs ett nytt körsätt som kräver mer fram-förhållning. Detta har vi försökt stödja i skärmbilden, säger Chalmersdoktoran-den Jonas Andersson. Fortfarande behöver några anpass-

Tydliga skärmbilder gör anläggningen effektivare

Anna-Lisa Osvalder

5


ningar och tillägg göras till det slutliga förslaget för att till fullo möta drift-operatörernas informationsbehov vid användning av det rekommenderade körsättet. Detta sker genom att utvärde-ra förslagen med operatörerna på plats i kontrollrummet.

HässelbyFör Hässelbyverket togs skärmbilder fram för tre typsituationer, som dock inte kunde implementeras i något styrsystem eller informationssystem eftersom det var osä-kert om anläggningen kunde klara av att driva de nya skärm-bilderna. Responsen från driftoperatörerna indikerar emellertid att de nya skärmbil-derna skulle under-

lätta deras arbete och därmed förbättra styrningen av värmeverket. Framtagandet av nya skärmbilder har varit framgångsrikt i och med opera-törernas positiva respons och de upp-levda fördelarna med hur informationen presenteras. De problem som uppstått i projektet har främst varit kopplade till svårigheterna att använda nya skärm-bildsidéer i de befintliga styrsystemen, konstaterar Anna-Lisa Osvalder som menar att det är viktigt att framtagandet av nya operatörsgränssnitt ses som en integrerad del av utvecklingsarbetet kring en anläggningsdel och inte som ett fristå-ende arbete som kan göras i efterhand. – Till exempel bör placering av senso-rer ske utifrån hur processen ska överva-kas. Arbetet med att utveckla skärmbil-derna bör alltså ske parallellt och i nära samverkan med utvecklingen av de rent tekniska komponenterna vid införande av anläggningsdelar som kräver nya eller uppdaterade skärmbilder. – En rekommendation är också att

rapporten

Visualisering av anlägg-ningsstatus – utform-ning av innovativa gränssnitts-presentationer

rapportnummer 1172


processindustrin på det stora hela bör se utveckling av nya skärmbilder som en integrerad del i moderniseringsarbetet, vilket också har stor betydelse för drift-ekonomin. När operatören har optimala förutsättningar att förstå, övervaka och styra processen förbättras potentialen för att höja kvalitet, effektivitet och sä-kerhet. Därmed minskas också osäkerhet, tidspress och stress för operatören vilket leder till bättre förutsättningar för en god arbetsmiljö.

”En rekommendation är att processindustrin

på det stora hela bör se utveckling av nya skärmbilder som en

integrerad del i moder-niseringsarbetet”

6


Flygaska baserad på biobränslen har använts under många år som material i mark- och vägbyggnad. Men även om erfarenheterna av att använda askor som byggmaterial är goda behö-ver kunskapen om hur materialet bäst ska hanteras öka. För att få en fördjupad förstå-else för askans egenskaper och förutsättningar vid vägbyggnad har Skogsstyrelsen, Statens Geotekniska Institut och Luleå Tekniska Universitet förstärkt en grusbilväg i Timrå med

flygaska från Ortvikens pappersbruk. Vägen är indelad i två provsträckor och fyra referenssträckor. De två provsträckorna är förstärkta med ask/gruslager med olika tjocklek. En mer ingående studie av askvägen har finansierats av Värmeforsk.

Dyrt med bindemedelVärmeforskstudien har framför allt undersökt skillnader i styvhet och homogenitet mellan provsträckorna. Detta i syfte att få ökad kunskap om

hur anläggningsförfarandet kan op-timeras utan att andra stabiliserings-medel än askan behöver användas. För att öka vägens tryckhållfasthet och förbättra dess förmåga att stå emot olika väderförhållanden och temperaturskillnader kan annars olika bindemedel som cement, merit eller kalciumoxid blandas med askan. – Men det fördyrar hanteringen och därmed vägkonstruktionen. Det är därför önskvärt att askans här-dande egenskaper tillvaratas så att

Grusvägen blir tåligare av askaFörbättrade tjälegenskaper, ökad bärighet, minskat uttag av naturresurser och icke nämnvärd påverkan på omgivningen. Det är några av de fördelar som motiverar användning av aska vid vägbyggnad.

Jenny Vestin

7


Värmeforsks forskningsprogram Miljöriktig användning av askor, Ask-programmet, har allt sedan starten 2002 gett ny och viktig kunskap om hur askor från förbränning kan och bör hanteras. Mer än 100 projekt har genomförts med en projektvolym på totalt cirka 100 miljoner kronor. Mycket återstår dock att göra på området och därför föreslås att programmet får fortsätta under yt-terligare en 3-årsperiod. – En stor utmaning är slaggru-set, det vill säga bottenaskan från avfallsförbränningen. Det handlar om stora volymer, cirka 1 miljon ton askor om året inom en snar framtid, som hittills till större delen har kunnat användas som sluttäckningsmaterial på deponier. Men vi närmar oss nu den tidpunkt då alla deponier redan är täckta och då vi måste finna alter-nativa användningar. En annan stor utmaning är fortfarande de askor som kan återföras till skogsmark. För närvarande återförs endast en mycket liten andel av dessa askor och det finns många anledningar till varför detta inte sker. Viktigt är att vi får en samsyn på askor hos alla aktörer; myndigheter, askanvändare, askproducenter och allmänheten, säger Värmeforsks Birgitta Strömberg.

Fortsättning av Askprogrammet

behövsvägarna kan byggas utan inblandning av andra bindemedel, säger projekt-ledaren Jenny Vestin, verksam som miljögeotekniker vid SGI. Resultaten från försöken visar att flygaskan från Ortvikens pappersbruk är lämplig som vägförbättringsmate-rial men att den metod som används för att få ner askan i vägkroppen kan utvecklas. I Timrå frästes askan maski-nellt in i vägens bärlager så att detta fick en sammansättning av 30 procent aska och 70 procent vägmaterial. – Både laboratorie- och fältstudier-na visar att flygaskan är väl lämpad för stabilisering av grusvägar. Vägma-terialet fick en väsentlig hållfasthets-förbättring av att askan blandades in. Men inblandningstekniken borde kunna förbättras eftersom det var ganska stor variation i homogenitet i vägblandningen. Den uppmätta askhalten varierade mellan 22 och 36 procent för de olika provsträckorna och de analyserade djupen, konstate-rar Jenny Vestin Skillnaden i styvhet mellan ask-sträckorna har utvärderats med så

kallade fallvikts-mätningar. Mät-ningarna visar att provsträcka 2, som har dubbelt så hög askinblandning som provsträcka 1, har fått en bättre hållfasthet.

För låg vattenkvotVägen uppnådde dock inte önskad

packningsgrad. Troligtvis beror det på för låg vattenkvot i ask/grus-blandningen i kombination med otillräcklig maskinell packning vid förstärkningen av vägen. – En slutsats är att det är av stor vikt att asklagret vattnas så att materialets optimala vattenkvot uppnås om vägens packning och dess egenskaper ska kunna förbätt-ras. Man behöver sannolikt också köra flera gånger med vält för att uppnå hög packningsgrad än de fem överfarter som gjordes, alternativt använda en tyngre vält än den 6 tons tunga vibrovält som användes i projektet, säger Jenny Vestin. En annan slutsats är att det är svårt att lägga ut ett jämnt asklager, vilket i det här fallet skedde med lastbil. – Genom att i stället använda en utläggare till askan erhålls troligtvis en jämnare och mer kontrollerad inblandning, menar Jenny Vestin och framhåller att man för att kunna utvärdera askinblandningens effekti-vitet också noga böra karakterisera de ingående materialen innan vägen förstärks. – Då kan specifika ämnen identi-fieras vars halter sedan kan använ-das för att avgöra blandningens homogenitet. Under 2011 kommer askvägen att undersökas ytterligare och eventu-ella skillnader mellan asksträckorna och referenssträckorna att utvär-deras. Resultat från dessa under-sökningar kommer att presenteras i senare rapporter.

”Både laboratorie- och fältstudierna visar att flygaskan är väl lämpad för

stabilisering av grusvägar.”

rapporten

Effektivt askutnyttjande i vägar

rapportnummer 1169


8


101 53 StockholmTelefon: 08-677 25 80Telefax: 08-677 25 06

– Kanske tycker jag att det är särskilt givande eftersom jag har fors-kat en hel del själv, sä-ger Jan Storesund som har en doktorsexamen i materialteknologi och även författat flera av Värmeforsks rapporter. – Men jag tror att alla som är medlem-

mar i Värmeforsk är det för att bygga upp sin kompetens, och det har man verkligen en chans att göra om man är med i forskningsgrupperna. Det kom-mer naturligtvis i sin tur även respektive huvudmän till godo. Faktum är väl att det i många fall är svårt att hävda sina intressen i den här branschen utan att aktivt delta i forskningsverksamheten, säger Jan Storesund som även framhål-ler vikten av att sitta med i Värmeforsks referensgrupper. – Det är också en möjlighet som vi utnyttjar när vi ser att det är något projekt som kan bredda vår kompetens men som kanske inte direkt berör vår kärnverksamhet.

Så har vi nytta av Värmeforsk

Inspektionsföretaget Inspecta har en materialteknikgrupp med gedigen erfarenhet av materialteknik, skadefallsutredningar och livslängdsanalyser. Som medlem utnyttjar företaget möjligheten att sitta med i Värmeforsks forskningsgrupper. ”Det är mycket givande”, säger Inspectas Jan Storesund, som själv deltar i gruppen Material- och kemiteknik.

Är det något forskningsområde som du själv finner intressant och där du själv bidragit med insatser.– Jag har till exempel forskat en hel del om femomenet krypning och deltagit i ett antal Värmeforskprojekt som behandlar detta problem. Oväntade haverier och sprickbildning har på se-nare tid inträffat i ångledningar genom krypning fastän drifttemperaturen har varit betydligt under gränstemperatu-ren för krypdimensionering, så det är ett angeläget område att utforska och finns beskrivet i ett antal rapporter (se rapporterna 978 och 1032 samt rapport1118, som finns att ladda ned på www.varmeforsk.se) Det sker hela tiden en utveckling på Material- & kemiteknikområdet, och det gäller att hänga med. Att vara med i Värmeforsk är ett bra sätt att göra det på, framhåller Jan Storesund. – Värmeforsk utgör också en viktig kunskapsbank genom de rapporter som finns att ladda ned från hemsi-dan. Det är en stor tillgång som vi har mycket nytta av i vår verksamhet.

”Värmeforsk är en viktig kunskapsbank”

Jan Storesund

[email protected]

Traditionella skogsbränslen kan nu-mera hanteras utan större tekniska problem. Men med nya biobränslen uppstår nya svårigheter. Det är en av anledningarna till att Värmeforsk planerar att starta det nya driftnära programmet Tillämpad förbränning. Målet är sänkta drifts- och under-hållskostnader för de deltagande företagen.

Olika åkergrödor, restfraktioner från livsmedelstillverkning som solros-skalspellets, jordnötskalspellets – eller varför inte en båtlast uttjänta gummiträd. Så kan listan över de lite mera ovanliga biobränslena skrivas och den kan i princip bli hur lång som helst. Det konstaterar Vämerforsks Birgitta Strömberg som ansvarar för planeringen av det nya programmet Tillämpad förbränning vars målsätt-ning bland annat är att finna metoder att hantera nya typer av biobränslen. – Jakten på billigare biobränslen pågår ständigt och det innebär att branschen hela tiden också ställs inför nya tekniska problem. De traditionella skogsbränslena kan vi numera han-tera på ett bra sätt men när man ska elda till exempel biooljor ställer det krav på nya kunskaper, om dessa ska kunna utgöra ett kostnadseffektivt alternativ, säger Birgitta Strömberg som särskilt trycker på att det nya programmet ska vara driftnära. – Vi vill att deltagarna, och då i synnerhet driftspersonalen, själva ska besluta om inriktningen och att pro-grammet ska bli ett kunskapsnav för de här mycket jordnära driftsfrågorna. En viktig målsättning är därför att också verka för ett utökat nätverkan-de mellan företagen.

Svåra biobränslen får en match i nytt forskningsprogram

Värmeforsk har allt sedan starten 1968 bedrivit forskning och ut-veckling inom området bränslebaserad kraft- och värmeproduktion. I Värmeforsk samlas energiproducenter såväl som skogsindustri, tillverkande industri och myndigheter.

nyhetsbrev värmeforsk

Documents