Lägre temperatur minskar problem med smält aska vid förbränning

Avfall av olika slag förbränns och förgasas i pannor och förgasare, för att producera värme, elektricitet och bränslen. När askan börjar smälta blir pannans effekt sämre, och pannan kan till och med behöva stängas av. Farzad Moradian, nybliven doktor vid Högskolan i Borås, har analyserat och testat hur problemet med smält aska vid förbränning av avfall kan bli mindre.

– De pannor jag tittar på är fluidbäddar där sand och luft används för att få en bra blandning av bränsle och luft, säger han. Det är ganska svårt att styra temperaturen i olika delar av en panna, men det kan göras genom att vatten sprayas ut över pannans bädd, att delar av förbränningsluften byts ut mot rökgaser som återförs och genom att blanda in olika typer av avfall. Till exempel är slakteriavfall fuktigt och bidrar därför till att temperaturen sänks.

Askans exakta kemiska uppbyggnad
Farzad Moradian har i samarbete med bland andra Borås Energi och Miljö och SP gjort tester i Ryaverket i Borås, där biobränsle och avfall förbränns för att sedan bli fjärrvärme och fjärrkyla. Där har han bland annat hämtat prover av bottenaskan från vanlig förbränning av hushålls- och industriavfall vid olika bäddtemperaturer, där vatten och rökgasåterföring har använts för att sänka temperaturen från cirka 870 till 750°C. Dessa prover har sedan analyserats, så att han har fått fram den exakta kemiska uppbyggnaden av askan.

Därefter har han gjort motsvarande analyser av aska från tillfällen när slakteriavfall har blandats i det torra avfallet för att sänka temperaturen.

– Resultaten var väldigt lika varandra, säger han. Det verkar alltså fungera lika bra att minska mängden aska genom att spraya vatten som genom att variera avfallsinnehållet.

Som regel brukar temperaturen i bädden ligga på mellan 800 och 900°C. Farzad Moradians analyser visar att askan blir klibbig vid omkring 815 grader i avfallspannorna i Borås.

– Då klibbar askan ihop sanden som används som bädd i pannan, vilket gör att det bildas klumpar. Detta i sin tur gör att förbränningen går sämre.

Termodynamiska jämnviktsberäkningar
Han har kompletterat dessa experiment och analyser med termodynamiska jämviktsberäkningar, som är en stor del av hans arbete. Han har då gjort datormodeller på pannan, där det till exempel har gått att testa olika typer av avfallsblandningar samt hurdan och hur mycket aska som bildas.

– Tack vare den här modelleringen har jag kunnat förklara resultaten. Det är viktigt att minnas att askbildningen är olika i olika pannor och att kombinationen av ämnen i avfallet som förbränns i sin tur påverkar processen olika. Därför är det svårt att överföra resultat från ett ställe eller en panna till en annan. Modelleringen möjliggör tester för att få prognoser över hur resultatet blir i olika pannor och med olika bränslen.

I ett sidoprojekt har han analyserat hur det skulle fungera att använda skogsavfall i GoBiGas-anläggningen i Göteborg, där biogas produceras med hjälp av förgasning. Det är en ny anläggning som baseras på ny teknologi med två reaktorer som arbetar ihop, en med förgasning och en med förbränning.

Minska beroendet av fossila bränslen
Till att börja med är det träpellets som har förgasats där, men det är ett onödigt dyrt bränsle. Men det fanns farhågor att exempelvis skogsavfall skulle ge för hög askmängd i reaktorerna, eftersom det har större askinnehåll än exempelvis träpellets.

– Här har jag använt samma modelleringsprogram och gjort modeller på förgasnings- och förbränningssteget där jag har testat vilken effekt skogsavfall i olika temperaturer skulle få i reaktorerna. I korthet visar resultaten att det skulle fungera med skogsavfall.

Farzad Moradian är nöjd med de resultat han har kommit fram till och med att kunna bidra till att göra avfallshantering mer effektiv.

– Tänk på vilka mängder avfall vi producerar varje dag, säger han. Det är viktigt att återvinna energin ur avfallet på effektiva sätt och använda det för att skapa något bra, som el och värme. Det bidrar till ett hållbart samhälle och minskar vårt beroende av fossila bränslen.

Avhandlingen: Ash Behavior in Fluidized-Bed Combustion and Gasification of Biomass and Waste Fuels
Disputationen ägde rum den 9 juni vid Högskolan i Borås. Handledare: Professor Tobias Richards och Docent Anita Pettersson Opponent: Docent Daniel Lindberg, Åbo Akademi

Kontakt: Farzad Moradian 033-435 46 20 farzad.moradian@hb.se

Läs mer
Swedish Centre for Resource Recovery
Förbränning och termiska processer