Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Storage of biomass is associated with problems like heat development, biomass
losses, and reduction of the fuel quality. Certain processes such as biological- and
chemical degradation are responsible for these storage problems. This master’s
thesis was carried out at Vattenfall Research and Development AB and is aligned
towards quantifying the biomass losses from short-term storage (1-2 months) of
bark and recovered wood. The biomass was stored in outdoor piles during different
seasons, campaign 1 (summer) and campaign 2 (autumn). Partial covering with
tarpaulins of some of the piles were also investigated. The stored biomass was
analysed for moisture content, ash content and heating value.

The biomass losses that were based on the dry matter losses and reduction of the
net heating value of the fuel were limited in the piles of recovered wood. The bark
piles had higher biomass losses due to higher moisture content and smaller particle
size distribution. Storage of moist bark in large piles leads to temperature
development and subsequently a few percent losses in dry weight. The temperature
development in the piles of recovered wood is limited and more dependent on
ambient conditions. No effects of partial covering of the piles were found since the
covering was most likely too small.

It was found out that the method of quantifying biomass losses used in this report
needs to be improved to be able to quantify small biomass losses during short-term
storage, since it is not sensitive enough. The best way to store biomass at a heating
plant for minimal fuel losses is under roof and with as low initial moisture content
and large particle size distribution as possible.

En ökad användning av biobränslen, som är biomassa avsedd för att användas som
bränsle, är viktig inför en framtida omställning av energisystemet. Innan
biobränslen nyttjas måste de mer eller mindre alltid lagras, vilket medför en del
problem. Temperaturutveckling i bränslestackar med risk för självantändning,
försämring av bränslekvaliteten och bränsleförluster är exempel på dessa problem.

Detta examensarbete har genomförts på Vattenfall Research and Development AB,
Älvkarleby. Innebörden av examensarbetet har varit att undersöka och kvantifiera
bränsleförluster vid korttidslagring (1-2 månader) av bark och RT-flis i stackar
utomhus vid Johannes kraftvärmeverk, Gävle. Två lagringskampanjer har
genomförts, kampanj 1, två månaders sommarlagring av bark och RT-flis, och
kampanj 2, höstlagring av RT-flis under 1 månad.

I kampanj 1 lagrades fem stackar, två stora RT-flisstackar samt tre barkstackar (två
stora och en liten). Vardera en av de stora RT- samt barkstackarna var täckta på
toppen av en presenning för att undersöka täckningseffekter. Den lilla barkstacken
byggdes upp för att undersöka skalförhållanden mellan en stor och en liten stack.
Kampanj 2 utgjordes av två stycken stora RT-flisstackar, varvid den ena hade en
presenning på toppen. Temperaturen mättes på tre olika nivåer för de stora
stackarna samt på en nivå för den lilla barkstacken i kampanj 1 samt på två olika
nivåer i kampanj 2. Biomassan i båda kampanjerna studerades och analyserades
utifrån fukthalt, askhalt samt värmevärde. Från den otäckta stacken i kampanj 1
samlades även lakvatten upp. Bränsleförlusterna definierades som förluster i
torrmateria samt minskning av det effektiva värmevärdet.

I kampanj 1 så var temperaturutvecklingen stor i barkstackarna, där de stora
stackarna nådde en temperatur på cirka 75°C och den lilla stacken en temperatur på
cirka 60°C. Anledningen varför temperaturutvecklingen var så häftig var
förmodligen på grund av barkmaterialets höga initiala fukthalt samt den relativt
lilla partikelstorleken. I RT-flisstackarna var dock temperaturutvecklingen
marginell, låg som oftast runt 15-20°C, där temperaturen till stor del följde
utomhustemperaturen. Detta tros bero på att RT-flisen hade mycket låg initial
fukthalt samt stor partikelstorlek. I kampanj 2 sågs samma mönster för
temperaturutvecklingen, där stacktemperaturen till stor del följde
utomhustemperaturen. Dock var RT-flisens fukthalt i kampanj 2 högre än 20 vikt-
%, vilket anses vara gränsen för att mikrobiell tillväxt skall vara möjlig. Mikrobiell
tillväxt är den största orsaken till ökad temperatur i en biobränslestack. Av detta
kan slutsatsen om att partikelstorleken är mer betydande än fukthalten för
temperaturutvecklingen i en biobränslestack.

Askhaltsanalyserna visade i båda kampanjerna på marginella förändringar som inte
kan kopplas till själva lagringen utan endast av naturlig karaktär. Förändringarna i
både det kalorimetriska samt det effektiva värmevärdet var också marginella för
RT-flisstackarna i båda kampanjerna. Den lilla barkstacken visade en minskning av
det effektiva värmevärdet med cirka 2.8 %, medan de stora barkstackarna visade en
ökning på drygt 3.2 %. Det ökade värmevärdet i de stora barkstackarna var
förmodligen på grund av torkingseffekten i stackarna.

Torrmateriaförluster är minskning i det lagrade materialets torrvikt. RTflisstackarna
visade marginala torrmateriaförluster i båda kampanjerna. Den lilla
barkstacken visade ej tillförlitliga data varför inte mycket kan sägas om eventuella
substansförluster. De stora barkstackarna visade substansförluster dock med för
osäkra data för att göra en kvantifiering av dess storlek.

Inga synbara effekter av presenningarna sågs eftersom de med all sannolikhet
täckte för liten del av stackarna. En slutsats av försöken är att metoden som
använts för att kvantifiera bränsleförluster behöver förbättra eftersom den inte är
känslig nog i nuläget att kvantifiera små bränsleförluster under korttidslagring.

Det bästa sättet att lagra biomassa för minimala bränsleförluster vid ett värmeverk
är med så stor partikelstorlek samt med så låg initial fukthalt som möjligt.
Lagringen skall också fördelaktigt hållas under tak och under så kort tid som
möjligt.