The chemical company Perstorp AB has a 50 MWth circulating fluidized bed to supply the production plant with process steam. The fuel mixture used shows a large variation with about 20 different fuel fractions that can be divided into the categories, residue wood chips, sludge, forest fuel, animal waste, industrial residues, and peat. From an economic and environmental perspective, the use of peat should be minimized because it is classified as a fossil fuel. Peat has positive combustion characteristics due to a combination of sulfur and silica based minerals that can reduce alkali chloride related corrosion. Therefore it is not always possible phase out peat without negatively affecting the boilers availability. Besides reducing CO2 emissions, it is desirable to reduce the use of additives such as limestone and to use cheap waste fractions as fuels when operating a boiler. Similar to peat, reduced use of limestone and the introduction of a new waste fractions can affect the boiler availability negatively. If less limestone is used the risk of agglomeration can increase and often waste products can contain ash elements problematic in both a agglomeration and corrosion perspective.The aim of this master thesis is to investigate the possibility of reducing the usage of peat by minimizing the limestone content and to see if it would be possible to add a new Na-rich waste fraction to the fuel mixture. This was investigated by determining first what fuels that are used and in what amounts. Each fuel was either sent for new elemental analysis or existing analyses were used depending on if it was deemed to be still representative. With the help of experienced personnel working with the boiler, future possible cases for fuel mixtures could be determined: Case 1. Replacing peat with forest fuels. Case 2. Replacing peat with residue wood chips. Case 3. Replacing both peat and animal waste with residue wood chips. Case 4. Introducing Na-rich fuel. The theoretical available SO2 content could be determined for each case and three limestone levels. For each case the CO2 emissions and the economic savings could be estimated when the peat were fully removed and the limestone content halved. From an SO2 perspective, the results indicate that it could be possible to phase out peat for cases 1-2 by adjusting the limestone levels but this would not be enough for case 3. Adding the Na-rich fuel could also be problematic and more investigation has to be put into potential additives and fuels to compensate for the additional Na.When peat is fully phased out in case 1-3 the CO2 emission would decrease by 10 000 tonCO2/year. Due to the cost of CO2 emissions, this could result in considerable monetary savings. From the results it is estimated that case 1 could save 9.1 million SEK/year, case 2 10.3 million SEK/year, and case 3 6.5 million SEK/year when the peat is fully removed. This does not include changes in availability and maintenance costs. / Kemiindustriföretaget Perstorp AB har en 50 MWth cirkulerande fluidiserad bädd panna för att förse produktionen med processånga. Bränsleblandningen som används visar en stor variation med ett 20-tal olika bränslefraktioner som kan delas in i kategorierna returflis (RT-flis), slam, skogsbränsle, slaktrester, industrirester och torv. Från ett ekonomiskt- och miljöperspektiv bör användningen av torv minimeras eftersom den är klassad som ett fossilt bränsle. Dock har torv positiva förbränningsegenskaper vilket beror på dess innehåll av såväl svavel som kiselbaserade mineraler vilka minskar korrosions förmågan för alkali-klorider. Därför är det inte alltid möjligt att fasa ut torven utan att riskera att försämra pannans tillgänglighet. Andra aspekter förutom minskade CO2 utsläpp som är fördelaktiga vid drift av en panna, är att minimera användningen av tillsatser som kalksten samt använda restprodukter som bränsle i största möjliga mån. Dock kan, som i fallet med torv, en minskad användning av kalksten och ett nytt restproduktbränsle ha potentiella negativa konsekvenser för pannans tillgänglighet. Om kalksten används i mindre utsträckning kan risken för klumpbildning i pannan, agglomerering, öka och ofta kan restprodukter från produktionen innehålla höga halter av problematiska grundämnen både i ett korrosions och agglomererings perspektiv.Syftet med detta examensarbete har varit att undersöka möjligheterna att minska användningen av torv och kalksten samt möjligheten att tillföra ett nytt Na-rikt bränsle till bränsleblandningen. Detta undersöktes genom att först bestämma vad som eldades och i vilka mängder. Genom att använda data från leveransrapporter (för bränslen och additiv) och bränsleanalyser. I de fall det fanns representativ bränsleanalys användes dessa, i övrigt provtogs och beställdes nya bränsleanalyser. Med hjälp av erfaren personal som jobbar med pannan kunde olika möjliga framtida bränsleblandningar bestämmas. Dessa bränsleblandningar delades in i olika scenarion eller case som det kallas här: Case 1. Ersätta torv med skogsbränsle. Case 2. Ersätta torv med RT-flis. Case 3. Ersätta både torv och biomal (slaktrester) med RT-flis. Case 4. Introduktion av Na-rikt restbränsle. Baserat på en tidigare kartläggning av askomvandlingen i pannan kunde det teoretiska tillgängliga SO2 halten i rökgaserna bestämmas för varje case för tre olika kalkstenshalter. För varje case kunde sedan CO2 utsläppen samt de ekonomiska besparingarna estimeras då torv var helt urfasad och kalkstensinnehållet halverat. Från ett SO2 perspektiv pekar resultaten på att det skulle vara möjligt att fasa ut torven helt genom att minska kalkstenen mellan 0-50 vikt% för case 1 och 2 men inte för case 3. Att tillsätta det Na-rika bränslet kan potentiellt vara problematiskt. För att elda detta Na-rika bränslet kan det krävas en ny additiv eller ett S-rikt bränsle för att balansera tillskottet av Na och därmed minska korrosionsrisken.Vid utfasning av samtlig torv minskar CO2 utsläppen i case 1-3 med runt 10 000 tonCO2/år. Eftersom utsläpp av fossil CO2 är beskattat, uppskattas de möjliga besparingarna som betydande, 9.1 miljoner SEK/år i case 1, 10.3 miljoner SEK/år case 2 och 6.5 miljoner SEK/år i case 3 inklusive inköps- och askhanteringskostnader.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:umu-199520 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Bergstrand, Axel |
| Publisher | Umeå universitet, Institutionen för tillämpad fysik och elektronik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0025 seconds