Teknisk utvärdering

Möjligheten att byta ut en gas och ersätta med en annan gas är beroende av flera faktorer. Den största faktorn är om en tillräcklig mängd värme kan genereras. En parameter som ofta används för att indikera möjligheten att ersätta en gas med förutsättningen att kunna använda befintlig förbränningsutrustning är Wobbeindex.

Två gaser som har samma Wobbeindex för en specifik brännare med ett känt gastryck genererar samma mängd värme. Parametern indikerar energiflödet för gasen som passerar genom brännaren vid ett specifikt tryckfall (Näslund 2011).

Wobbeindex för de gaser som har analyserats presenteras i Tabell 9. Skillnaden i Wobbeindex mellan gasol och de fossilfria gaserna var stort vilket påvisar låg energidensitet. För biogas är skillnaden minimal i temperatur samt luft- och rökgasmängd men trots detta är biogasens Wobbeindex endast 32,8 % av gasolen.

Detta medför att brännarsystemet behöver byggas om i samband med konvertering från gasol till biogas.

Produktgas som tidigare nämnts är en blandning av vätgas, kolmonoxid och koldioxid beroende på förhållandena i förgasningsprocessen. Gasen innehåller även kvävgas och innehållet av kvävgas och koldioxid i produktgasen spelar stor roll på värmevärdet. Vid förbränning av produktgas måste hänsyn tas till gassammansättningen och värmevärdet då det är avgörande för temperatur, luft- och rökgasmängden. Ett lägre värmevärde ger ett högre bränsleflöde vilket kan ses i Tabell 12. I och med ett högre bränsleflöde behövs större brännarkomponenter och gasledningar (Nilsson et al. 2016). Detta gäller även för biogas då värmevärdet är lägre och det krävs ett högre bränsleflöde för att uppnå effektbehovet.

Som nämnts i avsnitt 2.1.1 kräver yankeecylindern en temperatur mellan 250-500 °C vilket både biogasen och de två kvalitéterna på produktgas klarar av utan problem.

Då rökgaserna kommer i direkt kontakt med pappersbanan krävs en sotfri förbränning så att inte kvalitéten på pappret försämras. De fossilfria gaserna anses klara av renheten men mer forskning och verifieringsförsök behövs (Nordenö &

Gustavsson 2017).

Värmeöverföringen i form av konvektion i en torkkåpa antas öka vid konvertering till produktgas Hög då temperaturskillnaden kommer vara högre än för gasol. För biogas och produktgas Låg är temperaturen snarlik gasolens vilket medför att värmeöverföringen inte kommer att påverkas.

5.2.2 IR-tork

Då IR-torkar kräver en stabil flamma för att torkprocessen ska fungera måste hänsyn tas till värmevärdet, luft- och rökgasmängd. Luft- och rökgasmängden både för biogasen och för de två kvaliteterna på produktgas skiljer sig från gasolens. En ökad gasströmning kan ge en större flamma med risk för flamlyft och en reducerad strömning kan medföra att lågan slocknar. Vissa typer av brännare för IR-torkar har flamtemperaturer uppemot 1400 °C (Larsson & Nordin 2013). Alla undersökta bränslen har högre adiabatisk flamtemperatur vilket medför att det ej kommer uppstå kapacitetbegräsningar. Då biogas och produktgas Låg har liknande temperatur som

gasol kommer antagligen inte strålningen att förändras. Däremot för produktgas Hög som har en högre temperatur kan strålningsöverföringen öka.

5.2.3 Uppstart- och lastbrännare

Att ersätta oljan i last- och startbrännare med biogas eller produktgas anses inte vara några tekniska problem då inga krav på renhet finns. Rökgasvolymen för de förnyelsebara gaserna är större och kan medföra kapacitetsbegränsningar i form av minskad värmeöverföring. Konvertering till tallolja anses inte heller vara något problem då värmevärde är högt vilket gör det är lätt att reglera.

5.2.4 Fordonsdrift

Ouppgraderad biogas och produktgas anses inte vara relevant som drivmedel till fordon. Det mest realistiska alternativet för interna transporter är uppgraderad biogas (fordonsgas). Då de interna transporterna utgör en liten del av brukens totala bränslekostnad är det inte lönsamt att uppgradera egenproducerad gas. Det finns truckar och lastbilar som drivs på gas och det är fullt möjligt att konvertera från diesel till gas. Det är mer lönsamt att konvertera från diesel till fordonsgas än att konvertera från gasol (Marbe 1991).

5.2.5 Pannor

Adiabatisk förbränningstemperatur skiljer sig åt mellan gasol och de fossilfria bränslena. Enligt Figur 19 kräver gaspannan, fastbränslepannan och sodapannan en förbränningstemperatur mellan 800–1000 °C för att uppnå sina specifika funktioner.

Alla undersökta bränslen klarar av temperaturkravet och oavsett luftöverskott är förbränningstemperaturerna över 1400 °C enligt Figur 28. Då temperaturerna är högre än vad pannorna behöver kommer antagligen temperaturreglering av rökgasåterföring vara aktuellt. Vid återföring av rökgaser kan temperaturen i förbränningskammaren regleras (reduceras) och samtidigt ta tillvara på energin som finns i rökgaserna. I och med att temperaturen skiljer sig för olja och de fossilfria bränslena påverkas värmeöverföringen både för konvektion och strålning i förbränningskammaren vid ett bränslebyte. Skillnaden i temperatur mellan rökgasen och förbränningskammarens väggar påverkar energin som kan tas tillvara genom konvektion och strålning. Vid större temperaturskillnader ökas den överförda energin. Även värmeöverföringskoefficienten kommer förändras vid byte av bränsle på grund av förändrad hastighet på rökgasen. För talloljan är skillnaden minimal både för luft- och rökgasmängd vilket gör att värmeöverföringen antas vara liknande efter konvertering. Värmeöverföring via strålning är svårare att analysera då ingen temperatur finns tillgänglig för förbränningskammarens väggar. Antar man att temperaturen på väggarna är konstant trots byte av bränsle kommer strålningen öka för tallolja och minska för trädbränslena på grund av AFT. För både fastbränslepannan och sodapannan är värmeöverföringen viktig då deras primära funktion är att producera högtrycksånga. Gaspannans primära funktion är att destruera farliga gaser vilket gör värmeöverföringen i gaspannan mindre viktig.

Träpulver har andra förbränningsegenskaper än olja vilket gör att förändringar behöver göras i både förbränningskammaren och rökgasvägen. Som resultaten visar kräver pulvereldning större mängder förbränningsluft vilket gör att en ny tilluftfläkt och tilluftkanal erfordras. Askan vid pulvereldning är ungefär 1 % av

bränslemängden. Då bränslemängden ökar på grund av lägre värmevärde blir den totala mängden aska betydligt större vid konvertering. Tekniken vid pulvereldning bygger på att pulvret svävar fritt i förbränningsluften och följer med rökgaserna genom pannan. Askpartiklarna måste därför fångas upp och det blir nödvändigt att komplettera med stoftrening eller askavskiljning (Marks et al. 2000).

Skillnaden mellan pellets och träpulver är inte stor i varken AFT, luftmängd eller rökgasmängd. Vid förbränning beter sig träpulver på liknande sätt som olja vilket gör att det mer fördelaktigt då mindre systemförändringar krävs. Studerar man bränslebehoven för pannorna är vissa bränslen mer lämpade än andra. Gaspannans bränslebehov är jämt under året då eldningsolja måste tillföras succesivt för att destruktionen av gaser ska ske. Därför är det lämpligt att använda träpulver då man kan säkerställa en kontinuerlig förbränning i en flamma som matas med träpulver.

För fastbränslepannan och sodapannan är det mindre lämpligt att konvertera till träpulver då eldningsoljan endast används vid behov. Detta gör att det sker många start och stopp och då brännaren inte kan startas med träpulver behövs exempelvis eldningsolja eller gasol (Paulander 2013).

5.2.6 Mesaugn

Bränslenas sammansättning som presenterades i avsnitt 2.4.2 visar att tallolja har liknande egenskaper som eldningsolja. Pellets och träpulver däremot skiljer sig både i värmevärde och densitet. Då värmevärdet är lägre ökar bränsleförbrukningen, även luft- och rökgasmängder ökar. Kväveinnehållet är lågt för trädbränslena men betydligt högre för talloljan. Vid förbränning av tallolja kommer antagligen kväveutsläppen vara högre än för eldningsoljan. Brännarens design och stabiliteten för förbränningen är avgörande för att hålla låga kväveutsläpp (Ikonen 2012). Alla bränslen är nästan svavelfria vilket gör att det inte bör vara ett problem vid förbränning.

Askhalten ligger nära noll för både eldningsoljan och talloljan men är betydligt högre för trädbränslen. Askan tillsammans med andra föroreningar som trädbränsle innehåller ger en ökning av processfrämmande grundämnen, PGF, i mesaugnen vid förbränning. PGF ackumuleras i lut- och kalkcylen i form av kalium, fosfor, kisel, aluminium och magnesium. Effekter av högre PFG gör att mer kalk måste tillsättas (Wadsborn, Berglin, & Richards, 2007). Lågt fuktinnehåll är bra för förbränningen då mindre energi går åt för att torka bränslet. Vid förbränning av stora mängder av trädbränsle medför ökad bildning av vattenånga som kan minska produktionskapaciteten på mesaugnen (Ikonen 2012).

För att upprätthålla kausticering och kalkombränning i mesaugnen måste förbränningstemperatur överstiga 800 °C. Utan luftöverskott ligger den adiabatiska förbränningstemperaturen över kravet både för pellets och träpulver. AFT och flammans längd är de dominerande faktorerna för att bestämma en mesaugns prestanda. Bränslen med samma AFT har liknande prestanda. I Tabell 12 presenteras flamlängden för bränslena vid förbränning i en mesaugn. Flamlängden är betydligt längre för fasta bränslen än för flytande bränslen och vid ökning av luftmängd ökar flamlängden i kombination med minskad temperatur. Detta anses inte vara positivt då längre flamlängder ger sänkt produktionskapacitet och effektivitet. För flytande

bränslen är det vanligtvis inga problem med flamlängden vid förbränning (Ikonen 2012).

Värmeövergångskoefficienten kommer öka vid förbränning av trädbränslen då rökgasmängden ökas betydligt. Talloljans värmekoefficient kommer vara liknande eldningsoljan dock kommer en ökning av konvektionen ske på grund av något högre adiabatisk förbränningstemperatur.