Rosterpannor är en väl beprövad förbränningsteknik som är vanligaste pannan för små och medelstora anläggningar i Sverige. Det finns många utföranden på rosterpannans rosterbädd som alla har sina för och nackdelar. Dock delar de samma problematik vid eldning av bränsle med ett högt värmevärde såsom biobränslen. Det höga värmevärdet leder till en hög förbränningstemperatur som tillsammans med många andra parametrar ger upphov till korrosion på pannans inre delar, däribland rosterbädden. Det finns två typer av rosterkylning, där ena är luftkylning och andra mer effektiva metoden är vattenkylning.   Panna 7 är en del av Ålidhems värmeverk som används av Umeå Energi till att kapa effekttoppar hos fjärrvärmen. Denna panna eldar returträ med högt värmevärde och har problem med rosteröverhettning i rosterzon 2 vilket är i mitten av längden på hela rosterbädden. Rosteröverhettningen ger upphov till att rostret bryts ned och förutom det försämrar rosterbäddens alla funktioner för en optimal förbränning hos pannan. Denna rapport agerar som en dokumentationshandling åt UE som stöd  för P7:ans brister och lösningar på rosteröverhettningen. Rapporten innehåller kvantitativa lösningar som sedan fungerar som en förstudie vid intresse att genomgå en fördjupad undersökning innan förlagen implementeras i P7:an.   Efter att ha undersökt rosteröverhettningen lokaliserats åtta olika förbättringsåtgärder som innefattar: kylning av stavarna i rosterbädden, utjämna primärlufts- och bränsleflödet, sänkning av värmevärdet hos det befintliga bränslet, konvertera till fluidbäddspanna och rökgaskondensering för att ta tillvara på fukten som vissa lösningar tillsätter till förbränningen. Där antingen konvertera till fluidbäddspanna eller installera vattenkylda stavar är dem mest tänkbara lösningarna vid fortsatt eldning av returträ. Konverteringen anses vara den mest framtidssäkra lösningen, men också den mest omfattande. Vattenkylda stavar är därför den åtgärd som verkar mest lovande eftersom en sådan lösning inte bara kyler stavarna, utan även gör så att förvärmningen av primärluften och luftmängdsfaktorn till förbränningen optimeras. Tidigare studier visar att det inte är tillräckligt ekonomiskt försvarbart med en rökgaskondensering för den aktuella returtemperatur på fjärrvärmen som kommer in till anläggningen. Vidare undersökning måste utföras för att kontrollera ifall anläggningen Graniten, som i dagsläget värmer returvattnet, kan förbikopplas.

Vasa värme är ett företag som producerar och levererar fjärrvärme. Anläggningen i Kalixomfattar bland annat en 10 MW rosterpanna, FBP2, som eldas med fuktigt biobränsleoch Vasa värme vill sänka sina NOx-emissioner från denna panna. Syftet och målet meddetta examensarbete är att förstår hur förbränning leder till NOx-bilning i FBP2 och geförslag på hur emissionerna kan minskas. Arbetet studerar hur termisk-, bränsle- och prompt NOx bildas samt utvärderar reducerandeåtgärder. Primära åtgärder i form av flerstegsförbränning, rökgasåterföring, reburningoch bäddformation har studerats tillsammans med de sekundära åtgärderna SCR och SNCR. För att kunna utvärdera hur väl de olika åtgärderna skulle fungera för FBP2 har mätdatasamlats in och en CFD modell skapats utifrån ett verklig driftfall. Modellens temperaturprofiljämförs med fyra termoelement som finns utplacerade i FBP2 och i tre av fyrafall överensstämmer temperaturmätningarna med det modellen visar. I det fjärde fallet ärdet något osäkert om termoelementet ger ett korrekt resultat. Temperaturprofilen visaratt det finns områden som skulle gynna en reduktionsreaktion för SNCR men modelleninnehåller förenklingar i detta områden vilket innebär att den verkliga temperaturen ärlägre än det modellen visar. De simulerade NOx värdena överensstämmer med de somuppmätts och modellen visar att det bara bildas bränsle NOx. Fyra fall med ändrar geometri simuleras; ett med fler tertiärlufthål, ett utan tertiärlufthål,ett med fler sekundärlufthål och ett med halverad primärluft. Alla fall utom halveradprimärluft, som visade på en rejäl NOx sänkning, gav högre simulerade NOx värden. I fortsättningen föreslås att det NOx-reducerande arbetet ska innefatta att minska primärluftmängdenoch undersöka möjligheten att installera SNCR. Modellen kan användasför fortsatt arbete men innan dess bör modellens geometri utökas, en del förenklingar börarbetas bort och modellen

Energiåtervinning av avfall genom förbränning är en av de dominerande metoderna i Sverige för att reducera mängden avfall. I Sverige förbränns cirka 6 miljoner ton avfall årligen och detta genererade år 2019 16 TWh värme och 2 TWh elektricitet. Värmevärdens värmeverk Källhagsverket i Avesta producerade 185 000 MWh fjärrvärme från avfallsförbränning via deras avfallseldade rosterpanna 2019. Källhagsverket har under de senaste säsongerna haft problem med mängden kolmonoxid (CO) som bildats från avfallsförbränningen, då de har haft överträdelser av dygnsmedelvärdet av kolmonoxid. Projektets syfte var att undersöka hur en stabil förbränning kan uppnås genom att undersöka bidragande orsaker till ofullständig förbränning och projektets mål var att reducera mängden kolmonoxid som bildas från avfallsförbränningen. Vid projektets början bedrevs en litteraturstudie för att skapa bättre förståelse för förbränning och avfallsförbränning i rosterpannor. Resultatet från denna litteraturstudie visade att de faktorer som kunde bidra till höga mängder bildad kolmonoxid var bland annat rosterpannans bränslebädd, luftfördelningen i pannan och pannans tillförda luftmängd. Metoden som applicerades för projektet utgick från arbetssättet för försöksplanering. Försöksplaneringsmetodiken kan sammanfattningsvis beskrivas som ett samlingsbegrepp för ett arbetssätt för metoder som möjliggör att ta fram slutsatser och samband hos en process olika faktorer. Källhagsverkets rosterpanna undersöktes och driftdata från tidigare driftsäsonger analyserades med hjälp av statistiska analyser i form av enkel linjär regressionsanalys och multipel linjär regressionsanalys. Resultatet från de statistiska analyserna visade att luftfaktorer såsom luftflöden och luftfördelning hade signifikans för mängden bildad kolmonoxid av pannan. Flertalet olika försök genomfördes för att identifiera faktorer som påverkade förbränningen, bildningen av kolmonoxid och pannans begränsningar. Försöken utfördes bland annat för att testa olika luftfördelningar hos pannan, ändra mängden tillförd torkluft och rosterhastighetsfördelningar. Efter dessa initiala försök bedrevs två större försök, ett 2-faktorförsök och ett försök där pannans sekundärluft fick reglera på syrehalten i stället för kolmonoxidmängden i rökgaserna. 2-faktorförsöket genomfördes där tre faktorer ändrades från en låg nivå till en hög nivå. Faktorerna var syrehalten i rökgaserna, sekundärluftsfördelningen mellan övre och nedre sekundärluftsregistret och sekundärluftsregleringen mellan främre och bakresekundärluftsregistret. Resultatet från de genomförda försöken visade att de signifikanta faktorerna för den bildade kolmonoxiden var syrehalten i rökgaserna, sekundärluftsfördelningen och primärluftsmängden hos torkzonen (roster 1) och förbränningszonen (roster 3). Resultatet visade även att kolmonoxidmängden och mängden kväveoxid kunde reduceras om sekundärluftsregleringen reglerade på syrehalten i rökgaserna i stället för kolmonoxiden. När sekundärluften reglerade på syrehalten reducerades mängden kolmonoxid med cirka 30 % och mängden kväveoxid reducerades med cirka 15 %. Det som gav mest effekt under projektet var att låta sekundärluften reglera på syrehalten (O2) i stället för kolmonoxiden (CO). Detta gav en kolmonoxid-minskning med cirka 30 % och reducerade även kväveoxid-utsläppen (NOx) med 15 %. Följande rekommendationer gavs för att reducera mängden bildad kolmonoxid: sekundärluftsreglering bör ske via syrehalten för att reducera mängden kolmonoxid och kväveoxid. minska luftöverskottet till nivåer med syrehalt på cirka 5,5 % – 6,0 %. Nyckelord: avfallsförbränning, rosterpanna, försöksplanering. / Energy recovery of waste via waste incineration is one of the dominant methods in Sweden for reducing the amount of waste. In Sweden, approximately 6 million tonnes of waste are incinerated annually and in 2019 this generated 16 TWh of heat and 2 TWh of electricity. Värmevärden’s heating plant Källhagsverket in Avesta produced 185 000 MWh of district heating by waste incineration from their waste-fired grate boiler in 2019. In recent seasons, Källhagsverket has had problems with the amount of carbon monoxide (CO) formed from waste incineration, as they have violated the daily average value of carbon monoxide. The aim of the project was to investigate how a stable combustion can be achieved by investigating contributing causes of incomplete combustion and the project’s goal was to reduce the amount of carbon monoxide formed from the waste incineration. At the beginning of the project, a literature study was conducted to create a better understanding of combustion and waste combustion in grate boilers. The results from this literature study showed that the factors that can contribute to high amounts of carbon monoxide were, among other things, the fuel bed of the boiler, the air distribution in the boiler and the amount of air supplied to the boiler. The method applied to the project was based on the experimental design approach. The experimental planning methodology can in summary be described as a collective concept for a way of working regarding methods that makes it possible to draw conclusions and relationships between different factors in a process. Källhagsverket’s grate boiler was examined and operating data from previous operating seasons were analysed using statistical analyses in the form of simple linear regression analysis and multiple linear regression analysis. The results of the statistical analyses showed that air factors such as air flows and air distribution was significant for the amount of carbon monoxide formed in the boiler. Several different experiments were performed to identify factors that affected the combustion, the formation of carbon monoxide and the limitations of the boiler. Attempts included testing different air distributions at the boiler, changing the amount of drying air supplied and grate speed distributions. After these initial experiments, two larger experiments were conducted, a 2-factor experiment and an experiment where the boiler’s oxygen content operated as a the setpoint for the secondary air instead of the amount of carbon monoxide in the flue gases. The 2-factor experiment was carried out where three factors were changed from a low level to a high level and these factors were the oxygen content in the flue gases, the secondary air distribution between the upper and lower secondary air register and the secondary air distribution between the front and rear secondary air register. The results from the experiments showed that the significant factors for the carbon monoxide formed were the oxygen content in the flue gases, the secondary air distribution and the primary air flow of grate 1 and grate 3. The results also showed that the carbon monoxide content and the amount of nitric oxide could be reduced. When oxygen content operated as the setpoint for the secondary air the amount of carbon monoxide was reduced by about 30 % and the amount of nitric oxide was reduced by about 15 %. What resulted in the best results during the project was to let the oxygen content (O2) operate as the setpoint for the secondary air instead of carbon monoxide (CO). This resulted in a carbon monoxide reduction of about 30 % and also reduced nitric oxide (NOx) emissions by 15 %. The following recommendations that were given to reduce the amount of carbon monoxide formed: secondary air control should be done via the oxygen content to reduce the amount of carbon monoxide and nitric oxide. reduce the excess air to levels with an oxygen content of about 5.5 %. Keywords: waste combustion, grate boiler, design of experiments.

På uppdrag från Umeå Energi AB ska två av deras rostereldade värmepannor (panna 6 och 7) undersökas med avseende på pannverkningsgraden. Umeå Energi genomför i dagsläget månadsvisa kontroller av pannverkningsgraden beräknade med den direkta metoden. Denna beräkningsmetod är dessvärre ganska otillförlitlig, vilket medför att en noggrannare undersökning av pannverkningsgraden krävs. Av denna anledning så beräknades pannverkningsgraden med den indirekta beräkningsmetoden, vilket resulterade i ett mer tillförlitligt resultat där även pannans förlustfaktorer bestämdes. Pannverkningsgraden beräknades och analyserades med hänsyn till de ingående förlustfaktorerna vid samma nyttiga effekt för båda pannorna. För att genomföra detta arbete så undersöktes först de rådande standarderna inom området, detta för att välja ut den mest lämpliga standarden för detta arbete beträffande kriterier och viktiga beräkningsfaktorer. De viktigaste provtagningarna och analyserna som dessa standarder berörde gällde bränsle, aska och rökgaser. För att genomföra alla provtagningar skapades ett provtagningsschema. Provtagningarna genomfördes på båda pannorna vid två olika provtagningstillfällen, därefter skickades proverna på analys och pannverkningsgraden kunde sedan beräknas.Resultatet som detta arbete resulterade i är att panna 6 har något högre pannverkningsgrad än panna 7, 89,3 respektive 82,8 %. Detta medför att förlustfaktorerna står för 10,7 samt 17,2 % för panna 6 respektive panna 7, där den överlägset största förlustfaktorn är rökgasförlusterna. Denna förlustfaktor beror till stor del på rökgasernas temperatur och fukthalt. Rökgasförlusterna uppgår till 9,5 samt 16,3 % på panna 6 respektive panna 7. Därefter i storleksordningen kommer askförlusterna för panna 6 (0,8 %) och värmeförlusterna för panna 7 (0,5 %). Både värmeförlusterna och askförlusterna för panna 6 respektive panna 7 uppgår till en förlustfaktor på 0,3 %. Den minsta förlustfaktorn är oförbränt i gasfas (CO) som ligger mellan 0–0,1 % för panna 6 och panna 7, detta tyder på låga halter av kolmonoxid och oförbränt i rökgaserna.De effektiviseringsförslag som detta arbete ledde fram till var att minska fukthalten och temperaturen på de utgående rökgaserna, detta genom att installera en rökgaskondenseringsanläggning som sänker rökgastemperaturen ytterligare och kondenserar ut mer fukt från rökgaserna. Detta realiseras genom att sänka kondensattemperaturen i rökgaskondenseringsanläggningen antingen genom lägre returledningstemperatur på fjärrvärmen som värmeväxlas mot kondensatet eller via en värmepump placerad mellan fjärrvärmereturen och kondensatet som arbetar med en lägre drifttemperatur än fjärrvärmen. Ett annat effektiviseringsförslag är att förbättra bränslehanteringen genom att torka bränslet innan de matas in i pannan. Slutligen skulle också en mer frekvent uppföljning av bränsleparametrar såsom värmevärde vara ett möjligt effektiviseringsförslag. Alla dessa förslag kräver dessvärre en ekonomisk och tekniskt utredning för att avgöra om dessa effektiviseringsförslag är ekonomiskt försvarbara samt tekniskt genomförbara. / On behalf of Umeå Energi AB, two of their grate fired heating boilers (boiler 6 and 7) was evaluated with respect to boiler efficiency. Currently these boiler efficiency calculations is carried out monthly by the input-output method. This calculation method is unfortunately rather unreliable, which means that a more exact examination of the boiler efficiency is required. For this reason, the boiler efficiency was calculated using the energy balance method, which gives more reliable results and also evaluates the boiler losses. Boiler efficiency was calculated and analysed with respect to the boiler losses at approximately the same useful effect for both the boilers.To perform this work the leading standards in the field were examined, which was done in order to evaluate the most appropriate standard with regard to criteria and important calculation factors. The most important samples and analyses that these standards was concerned with was fuel, ash and flue gas. To conduct all sampling, a sampling plan was created. All samplings was performed on both boilers at two sampling occasions, the samples were then sent for analysis and the boiler efficiency could then be calculated.The result from this work shows that boiler 6 has slightly higher boiler efficiency than boiler 7, 89.3 and 82.8% respectively. As a result, the boiler losses total up to 10.7 and 17.2% for boiler 6 and 7 respectively, where the flue gas losses constitutes the largest losses. The flue gas losses depends largely on the temperature of the flue gases and the moisture content. Flue gas losses sums up to 9.5 and 16.3% on boiler 6 and 7 respectively. The second largest boiler loss is ash losses on boiler 6 which sums up to 0.8% and heat losses on boiler 7 which sums up to 0.5%. The heat losses on boiler 6 and the ash losses on boiler 7 both sums up to a boiler loss of 0.3 %. The smallest loss factor is unburned in gas phase (CO) and is between 0–0.1% for boiler 6 and boiler 7, this suggests low levels of carbon monoxide and unburned in flue gases.The efficiency proposals this work resulted in was to reduce the moisture content and temperature of the outgoing flue gases, this by installing a flue gas condenser, which lowers the temperature further and condenses out more moisture from the flue gases. This is realized by reducing the flue gas condensate temperature either through lowering district heating return temperature which exchange heat with the flue gas condensate or through a heat pump that is placed between the district heating return and flue gas condensate which operates at a lower temperature than the district heating. Another efficiency proposals is to improve the fuel handling by drying the fuel before being fed into the furnace. Finally, also a more frequent follow up of the fuel parameters such as calorific value would be a possible efficiency proposal. All of these proposals require unfortunately economic and technical investigation to determine whether these efficiency proposals are economically viable and technically feasible.