umu.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Bildning och sulfatering av fluorider i aska vid förbränning
Umeå University, Faculty of Science and Technology, Department of Applied Physics and Electronics.
2018 (Swedish)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Formation and sulfation of fluorides in ash during combustion (English)
Abstract [sv]

I Sverige idag är förbränning av avfall med energiåtervinning den primära lösningen för avfall som inte återanvänds eller återvinns. Avfall innehåller en stor variation av material, och med det följer en del drifttekniska problem som kan uppstå i en panna, vilket begränsar pannans effektivitet. Olika grundämnen återfinns i olika avfallsfraktioner och somliga kan orsaka svåra problem med korrosion och beläggningsbildning i värmeöverförande delar nedströms förbränningszonen i en panna. Kraftvärmeindustrin har länge varit medvetna om riskerna till följd av klorrikt bränsle, då klor är ett ämne man vet bidrar till korrosion. Nya material gör dock att höga halter av, för kraftvärmeindustrin, tidigare okända grundämnen kommer in i anläggningarna. Ett av dessa grundämnen är fluor som förekommer bland annat i fluorpolymerer som är kemiskt inerta och hållbara plaster. Fluorpolymerer återfinns i exempelvis sport- och friluftskläder samt köksredskap och produktionen av dessa material bedöms öka kraftigt de närmaste åren.

 

Syftet med det här arbetet var att genom termodynamiska beräkningar och med förbränningsförsök i bänkskala undersöka fraktionering och sulfatering av fluor under ett antal olika förutsättningar. Fyra bränsleblandningar undersöktes vid förbränning i en 20 kW undermatad pelletsbrännare med rena träpellets dopade med natriumsalt. En blandning innehöll enbart natriumfluorid (NaF), en blandning innehöll enbart natriumklorid (NaCl), en blandning innehöll både NaF och NaCl samt en blandning innehöll NaF, NaCl och svavel. Under förbränningsförsöken noterades halterna av HCl, HF och SO2 i rökgaserna. Efterföljande analys av bottenaska, beläggningar och partiklar i rökgasen genomfördes med SEM/EDS samt XRD-analys. Resultatet visade att fluor verkar ha större benägenhet än klor att stanna i bottenaska, detta bekräftades både genom termodynamiska beräkningar och genom förbränningsförsök. Vidare visade termodynamiska beräkningar att en stor del av det fluor som tillsätts bör hamna i rökgasen som HF. Förbränningsförsöken visade att tillsats av svavel är ett effektivt sätt att minska andelen fluor i beläggningar samt partiklar i rökgasen och att sulfatering av fluorsalter sker vid lägre halter av svavel jämfört med klorsalter. I praktiken innebär detta att om halterna av fluorrikt bränsle ökar i en avfallsförbränningsanläggning bör andelen HF i rökgaserna öka samt att en del av det svavel som återfinns i bränsleblandningen och/eller tillsätts genom additiv kommer i första hand gå åt till sulfatering av fluorsalter om sådana bildas. Om distributionen är likartad om organiskt bundet fluor tillsätts, till exempel genom fluorplast, är inte undersökt i det här arbetet och är något som bör utredas framöver.

Abstract [en]

Combustion of waste in combined heat- and power plants are the primary solution for waste that is not recycled or reused in Sweden today. Municipal solid waste contains a wide range of ash-forming elements, which could lead to operational problems in the boiler that limits the plant’s efficiency. Different elements are found in different waste fractions, and some can cause severe corrosion problems in heat transferring parts of the boiler. The heat and power industry has been aware of the problems associated with chlorine for a long time, as this is an element that is known to contribute to corrosion. New materials mean that high levels of previously unknown elements for the heat and power industry enters the plants. One of these elements is fluorine which is found in fluoropolymers which are chemically inert plastics. Fluoropolymers are found in sports and outdoor clothing, as well as cookware and a number of other products, and the production of these type of materials is expected to increase significantly over the next few years.

 

The purpose of this work was to investigate the distribution of fluorine by addition of sodium fluoride (NaF) to pure wood pellets. This was done through thermodynamic calculations and bench scale combustion tests. Four fuel mixtures were tested, one containing NaF alone, one containing sodium chloride (NaCl), one containing both NaF and NaCl and one containing NaF, NaCl and sulfur. During combustion tests, the concentrations of HCl, HF and SO2 in the flue gases were logged. Analysis of bottom ash, deposits and particles in the flue gas was performed with SEM/EDS and XRD-analysis after each combustion test. The results showed that fluorine appears to be more likely than chlorine to stay in the bottom ash. This was confirmed by thermodynamic equilibrium calculations and by combustion tests. Furthermore, the thermodynamic equilibrium calculations showed that a large share of fluorine should end up in the flue gas as HF. Furthermore, the combustion tests showed that sulfation of fluorine salts occurs at lower levels of sulfur than sulfation of chlorine salts. In practice, this means that if the levels of fluorine-rich fuel increases in a waste incineration plant, the proportion of HF in the flue gases should increase and that some of the sulfur in the fuel mixture will be used for sulfation of fluorine salts if they are formed. The distribution of fluorine if fluorinated plastics are added to the fuel is not investigated in this work and something that should be investigated in the future.

Place, publisher, year, edition, pages
2018. , p. 24
Keywords [sv]
Fluor, Fluorider, NaF, Avfallsförbränning, Sulfatering
National Category
Energy Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:umu:diva-148600OAI: oai:DiVA.org:umu-148600DiVA, id: diva2:1216024
External cooperation
Umeå Energi AB
Subject / course
Energiteknik
Educational program
Master of Science Programme in Energy Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2018-06-11 Created: 2018-06-11 Last updated: 2018-06-11Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Bildning och sulfatering av fluorider i aska vid förbränning(1774 kB)5 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1774 kBChecksum SHA-512
cd6f94840138a8ab21a7e274dd78daa4635f3ab20a1ba650e939ce0cdb789c39314fbba5354abf8b258429a5c73f9bb97fbeee567bbaf13f2e26f310175b3ea0
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Applied Physics and Electronics
Energy Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 5 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 56 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf