Bildning och sulfatering av fluorider i aska vid förbränning

Sammanfattning: 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.