Et antal askeprøver er blevet taget ud på fire danske affaldsfyrede kedler. Prøverne omfatter bundaske/slagge fra risten, 2.-3. træksaske og aske fra ESP/E-filteret på de fire anlæg. Askerne er blevet undersøgt vhja. et antal standard analyseteknikker, såvel som vhja. et antal avancerede analysemetoder.
Projektbeskrivelse
Belægningsdannelse i affaldsfyrede kedler: 1) Materialeforskning mhp. at udvikle nye og mere korrosionsbestandige materialer har afhjulpet nogle af de drifttekniske problemer vedr. belægningsdannelse og korrosion i bl.a. affaldsfyrede kedler. 2) Erfaringer fra danske og tyske kedler fyret med husholdningsaffald viser imidlertid en betydelig korrosion på fordampervæggene som følge af et højt indhold af Cl i belægningerne. Belægningerne på murværk er rapporteret med Cl-indhold på ca. 5%, medens Cl-koncentrationen på panelvæggene efter murværket kan nå op på 10-20%. De vigtigste modioner til Cl i belægningen er Zn og K, ligesom der af og til ses spor af blysulfat, hvorfor det antages, at dannelse af lavt-smeltende blandinger af K-Zn-klorider forårsager korrosionen. Kedelinspektioner har vist spor af løbende smelte på fordampervæggene. Korrosionen, som skyldtes smeltens indhold af klorider, udgør et væsentligt driftteknisk og - økonomisk problem. 3) Undersøgelser i litteraturen tyder på, at forekomsten af K og Zn i flyveasken, som vandopløselige komponenter (KCl og ZnCl_2) eller ikke vandopløselige komponenter (K-Al-silikater og Zn-silikater), spiller en betydelig rolle for omfanget af de korrosive angreb på fordampervæggene. Herudover kan varmeoptaget i kedlens forskellige dele blive påvirket markant af belægningernes struktur og varmeledningsevne. Formål: - Formålene med delprojektet er, eksperimentelt og teoretisk, at undersøge muligheden for: 1) at anvende additiver til mindskelse af belægningsproblemer i anlæg fyret med affald, 2) at kortlægge det kemiske miljø for dannelse af salte og silikater af flygtige bestanddele som K, Zn og Pb fra affald mhp. at kunne anvise mulige løsninger af korrosionsproblemer, 3) at kortlægge varmeoverføringsforhold til og varmetransport igennem forskellige typer af belægninger mhp. at kunne anvise metoder til at mindske indflydelsen af belægninger på kedlernes karakteristika. Arbejdet, der dels er en videreførsel af en del af CHEC's EFP 2000-projekt, og dels opstarten på et nyt fællesprojekt om affaldsforbrænding, vil omfatte: 1) systematisering af erfaringer med belægningsdannelse og korrosion i anlæg fyret med industri- og husholdningsaffald, 2) termodynamisk karakterisering af det kemiske miljø i denne type af anlæg, 3) anvendelse af termodynamiske modeller til afsøgning af mulige additiver til affaldsfyrede anlæg, 4) eksperimentel karakterisering bla. med simultan termisk analyse af smelteforholdene af aske opsamlet på forskellige affaldsforbrændingsanlæg, 5) teoretisk og eksperimentel undersøgelse af alkali-aske interaktioner bla. i TGA-type reaktorer og i CHECs fastbrændselsanlæg. Formålet er at generere kinetiske data for alkalibinding på additiver som funktion af temperatur, bærergassammensætning og additivkarakteristika, 6) teoretisk beskrivelse af belægningsdannelse i kedlerne og af alkaliinteraktioner med additiver mhp. at kunne foreslå praktiske forsøg
Resultater
Vådkemiske analyser af de forskellige askefraktioner har afsløret at der dannes flyveaskepartikler på risten via kemiske interaktioner mellem de askedannende grundstoffer, Al, Ca, Fe, og Si. Noget af denne læftes op fra risten af forbrændingsluften og rives med ned igennem kedlen, hvor flygtige forbindelser af K, Na, Pb, Zn, Cl og S, begynder at kondensere heterogent på flyveaskepartiklerne, hvorved hovedelementerne fortyndes i nogen grad. Når askernes kemiske sammensætning sammenlignes på tværs af anlæg, viser resultaterne at de anlæg som har højest S-koncentration i flyveasken også har de hyppigste driftsproblemer i relation til belægningsdannelse. Tilsvarende vil anlæg som producerer Cl-holdig flyveaske have de største problemer i relation til korrosion. En eksisterende CCSM algoritme er blevet udvidet med kemiklaser som dækker Pb- og Zn-rige faser, således at det nu også er muligt at analysere flyveasker afledt fra affaldsforbrænding vhja. CCSEM. Repræsentative prøver af 2.-3. træksaske og ESP/E-filter aske fra de fire aktuelle kedler er blevet analyseret med QXRD. Kun få krystallinske faser er blevet identificieret, inkl. KCl, NaCl, CaSO4, SiO2 og CaCO3, som de primære. Ingen krystallinske faser rige på PB og/eller Zn er blevet identificeret vhja. QXRD. En sammenligning mellem CCSEM og QXRD har afsløret den ventede overfaldenatur af CCSEM. Prøver af 2.-3. træksaske og ESP/E-filter aske fra de fire kedler er blevet undersøgt for smelteforløb i STA'en. Det er vist at man faktisk kan bestemme smelteforløbet i disse asker vhja. STA, samt at smelteforløbet foregår i to trin (salte og silikater smelter). Frigivelse af tungmetaller er blevet undersøgt, under antagelse af termodynamiske ligevægt, som funktion af temperatur, redoxforhold og kemisk sammensætning af fødeblandingen. Resultaterne viser at man skal være ekstremt forsigtig med brugen af additiver direkte på risten, ihvertfald hvis formålet er at begrænse frigivelsen af tungmetaller. Ligevægtsberegninger er også blevet brugt til at fortolke STA-smeltekurver. En fuldstændig oversigt over modeller for forskellige varmetransportmekanismer af betydning for belægningsdannelse i kedler er gennemført og skrevet sammen i en artikel fremsendt til en international journal
