STable OPerating conditions for biomass and biomass residues combustion plants

Målsettingen med STOP prosjektet er å utvikle nye strategier for forbedrede operasjonsbetingelser for biomasse og biomasse restfraksjoner forbrenningsanlegg gjennom bruk av mer homogent brensel med 1) minimert innvirkning av sesongvariasjoner og 2) optimalt brensel med hensyn til forurensende utslipp. Prosjektet skal bidra til mer stabile forbrenningsbetingelser, øke anleggstilgjengeligheten, redusere driftskostnader og øke kostnadseffektiviteten for biomasse og biomasse restfraksjoner forbrenningsanlegg. Dette skal oppnås gjennom brenseloppgradering via torrefisering, som er en mild pyrolyseprosess hvor målet er å forbedre brenselegenskapene ved å omdanne biomassen til biokull. Biokull er et brensel som inneholder ca. 90% av energien og 70% av massen til den opprinnelige biomassen. Biokullet kan enkelt knuses til pulver som igjen kan brukes til å lage pellets med forbedrede egenskaper sammenlignet med trepellets. I det første året, 2010, av prosjektperioden var fokus på innledende studier og design av en fleksibel torrefiseringsreaktor som skulle settes opp i laboratoriet ved SINTEF Energi i 2011. Fire hovedaktiviteter utgjorde tyngden av arbeidet i STOP i 2011: 1) Oppbygging av torrefiseringsreaktoren; 2) Kartlegging av torrefiseringsegenskapene til bjørk og gran; 3) Studie på forbrenningsegenskapene til forskjellige torrefiserte materialer; 4) Kartlegging av viktige overvåkningsparametere i biomasse forbrenningsanlegg. Torrefiseringsreaktoren er nå ferdig installert i laboratoriet, og har blitt brukt til å produsere torrefisert materiale fra diverse biomasse brensler, for bruk i videre tester for å karakterisere de torrefiserte materialene, inkludert deres forbrenningsegenskaper. Bjørk og gran har blitt grundig testet under forskjellige torrefiseringsforhold i en makro-TGA. Brenselegenskaper som evnen til å frastøte fuktighet, oppmalingsegenskaper og energibruk under oppmaling er kartlagt. Et manuskript er publisert i journalen Energy and Fuels. Det er også gjennomført en studie på fundamentale forbrenningsegenskaper til de samme torrefiserte materialene, og dette manuskriptet er også publisert i Energy and Fuels. Det er utført en litteraturstudie for å kartlegge viktige parametere som overvåkes i biomasse forbrenningsanlegg. Det er også vurdert hvordan torrefisering kan påvirke nødvendigheten av en slik overvåking. Resultatene ble presentert på STOP seminar i desember 2011. I 2012 var hovedleveransen en publikasjon (publisert i journalen Energy and Fuels) på produksjon av torrefisert materiale og testing av forbrenningsegenskapene til disse på en kontrollert måte, i en pelletskamin. To brensler, med lavt og høyt askeinnhold, og torrefiserte versjoner av disse ble testet, spesielt med tanke på utslipp (gasskomponenter og partikler) og forbrenning sstabilitet. Resultatene viser at torrefisert biomasse kan gi vesentlig mer stabile forbrenningsbetingelser og lavere utslipp av uforbrent sammenlignet med den opprinnelige biomassen. En Aspen Plus systemmodell for en torrefiseringsprosess ble utviklet for beregning av masse- og energibalanser. Tørking av biomassen og forbrenning av gass og væske produsert i torrefiseringssteget er inkludert i modellen, som ble benyttet i kostnadseffektivitet studier. I PhD studiet i STOP er fokus i første omgang på forsøk med våt torrefisering (trykksatt torrefisering i vann). Brenslene som benyttes er de samme som i arbeidet med vanlig torrefisering, og formålet er å sammenligne produktegenskapene til det torrefiserte materialet fra de to ulike torrefiseringsprosessene. To publikasjoner ble presentert på 20th European Biomass Conference knyttet til våt-torrefisert biomasse og forbrenningskinetikken til denne. Ytterligere en publikasjon på forbrenningskinetikken til torrefisert biomasse ble presentert på denne konferansen. Arbeidet ble videreført for publikasjon i journaler i 2013, hvorav et arbeid på våt-torrefisert biomasse nå er publisert i Energy and Fuels. I 2013 ble det utført videre detaljerte teoretiske og eksperimentelle studier, hvor torrefiserte brensler produsert i torrefiseringsreaktoren gjennomgikk omfattende tester hvor sluttmålet var å identifisere optimale torrefiserte brensler og brenselblandinger for mer stabile operasjonsbetingelser. En håndbok som oppsummerer prosjektet og dets resultater ble utarbeidet. I 2014 var prosjektaktiviteten kun knyttet til PhD kandidaten, som forsvarte sin PhD avhandling 21. januar 2015.

The Norwegian government's long-term Bioenergy Strategy aims for a doubling of present levels of bioenergy use by 2020, and through the negotiated agreement ("Klimaforliket") the Norwegian Parliament has allocated funds for renewable energy R&D, including the establishment of national research centres for environmentally friendly energy research (FMEs) in 2009. The group behind the present proposal has a leading role in the Bioenergy FME "CenBio" The Bioenergy Innovation Centre. Norway's substantial effor ts through ENOVA and the new Bioenergy Strategy requires a further development of small to medium scale heating plants and heat controlled CHP plants with emphasis on an optimum heat, steam and/or electricity production. These plants must be designed and operated in an optimum manner to achieve high overall efficiency. Cost-efficiency is possible if high availability and utilisation factor can be attained, demanding stable operation. The proposed project is highly relevant for the RENERGI program and its call for proposals within stationary bioenergy and calling for 1) more stable operating conditions for biomass heating plants and 2) optimisation and process improvements of bioenergy use in industry. The present proposal is an important step on the way t o realizing the CenBio Vision 2020, and the activities proposed are coordinated with CenBio research activities. This project aims to generate the necessary knowledge in order to: -Optimize torrefaction process parameters for the production an upgraded fu el suitable for use in power and heat production systems -Produce a quality fuel that will give stable plant operating conditions which will result in higher efficiencies and lower emissions