Å måle, tolke og evaluere NOx
Regelmessige utslippsmålinger er for mange prosessindustrier i dag ren rutine. Det som ikke er like innlysende, er hvordan man skal måle, tolke og evaluere måleresultatene. For å vite hvilke tiltak som gir resultat og hvilke teknikker som er mest optimale for egen prosess, må man forstå hva som påvirker NOx-verdiene. AGAs metallurger Fredrik Nyman og Fredrik Stark forklarer hvordan det fungerer og gir tips på veien til en høyproduktiv og energieffektiv prosess.
Innen stålindustrien er den viktigste kilden til NOx-utslipp det som kalles for termisk NOx. Den dannes når oksygen og nitrogen reagerer med hverandre ved høye temperaturer, fra 1200–1300 grader C, og øker gradvis derfra. Den dannes blant annet i varmeovner.
LOKALISERE PROBLEM MED NOX-MÅLING
Mindre problemer kan raskt bli større og kostbare, rent investeringsmessig. Ved å måle NOx-utslippet kan man lokalisere og evaluere problemer og på den måten unngå unødvendige og kostbare innsatser. En godt utført NOx-måling gir for eksempel en god indikasjon på om forbrenningsovnen fungerer slik som den skal. Man kan raskt og enkelt finne ut om ovnen ikke er tett eller om trykket i ovnen er feil, som på sin side vil ha stor påvirkning på energikostnader.
«Noe vi fokuserer mye på er å hjelpe kundene våre med å analysere eventuell overflødig oksygen som bidrar til NOx-danning og ut i fra dette evaluere om det kommer fra luftlekkasje eller en ovn som er feilinstallert», sier Fredrik Stark, Application Engineer ved AGA.
Fredrik Nyman och Fredrik Stark är applikationsingenjörer på AGA med inriktning på processutveckling och energieffektivitet.
SAVNER GLOBAL MÅLESTANDARD
En NOx-måling går ut på å måle konsentrasjonen av nitrogen, oksygen og karbondioksid i utslippet og der finnes det egentlig ingen spørsmålstegn, men det viktige i dag, som det finnes en del uenighet rundt, er hvordan man skal regne ut og presentere resultatene.
«I dag savnes det en global standard for hvordan målingene skal analyseres og redegjøres, og om vi kun ser på Sverige og Finland, så analyseres og tolkes måleresultatene ulikt. EU holder på å diskutere hva som skal bli standard for redegjørelse av NOx-utslipp, men for øyeblikket brukes det ulike metoder», forteller Fredrik Nyman, Application Engineer ved AGA.
NOx-rensende løsninger
SNCR og SRC teller for de mer konvensjonelle reduseringsmetodene. SNCR-teknikken går ut på at amoniakkløsning tilsettes i røykgassen. Metoden krever et lavt temperaturområde for at en NOx-reduksjon skal oppstå. Ved 850 grader kan man oppnå ca. 85 prosent NOx-reduksjon under optimale forhold. Metoden egner seg best for kontinuerlige prosesser som ved kraftvarmeproduksjon. For batch-prosesser som lysbueovner eller varmeovner, er avgasstemperaturen varierende. Dette gjør det vanskeligere å treffe optimale injiseringspunkter, og dermed også optimal reduksjonsgrad. SCR-teknikker bruker også ammoniakk som reagens, men i kombinasjon med en katalysator. Det gjør at den kan arbeide ved lavere temperatur og i et større temperaturområde, slik som med SNCR. Teknikken er effektiv, men kostbar og støvsensitiv. Reduksjonsgraden avtar raskt, og katalysatoren må regenereres eller byttes ut allerede etter 5–10 år. Fordi det er så vanskelig å treffe riktig temperaturområde og fordi teknikkene er så sensitive mot støv, er de mindre egnet for stålproduksjon.
En av de nye løsningene innen NOx-reduksjon er Lotox, som er selektiv og virker i et større temperaturområde. Ved å tilsette ozon i røykgassen oksiderer NOx til dinitrogenpentaoksid. Dinitrogenpentaoksid reagerer og danner faste nitrater som kalsiumnitrat, som blir tatt vare på i støvrengjøringen. Teknikken har vist seg å fungere bra i prosesser med varierende røykgasstemperaturer og sammensetninger.
VIKTIG Å FORSTÅ HVA SOM PÅVIRKER
En vanlig metode å redegjøre måleresultatene på, for eksempel fra varme- og varmebehandlingsovner i dag, er basert på mengden NOx per mengde energi (uttrykt som mg NO2/MJ), som er standard i Sverige. En annen metode er å presentere det som en konsentrasjon (uttrykt som mg NO2/Nm3 eksos omregnet til 3%O2), som er standard i Finland.
«Å redegjøre som konsentrasjon blir kun korrekt dersom luft er oksideringsmiddelet. Men for å sammenligne ulike teknikker kan man ganske enkelt gjøre en konvertering, i alle fall hvis for eksempel oksygen tilføres i luften eller anvendes som oksideringsmiddel. Det er derfor viktig at karbondioksid også blir målt, og at man kjenner til brennstoffet», forklarer Nyman. For å kunne tolke resultatene riktig er det altså viktig å forstå forskjellen mellom de ulike redegjørelsesmetodene. Det gjelder også å forstå hva som påvirker danningen av NOx og å ta hensyn til de ulike forutsetningene, ikke bare stirre seg blind på resultatet.
«Hvis man effektiviserer forbrenningen av oksygen og minsker energiforbruket, og reduserer mengden eksos i forbrenningsprosessen sin, kan resultatet bli at konsentrasjonen av NOx vises som høyere verdi, på tross av at utslippet faktisk reduseres», forklarer Stark. «Vi vil derfor understreke at det er viktig å forstå sin egen prosess og være inneforstått med hvordan det endelige resultatet skal måles og rapporteres. Har man denne kunnskapen, er det enklere å ta en beslutning om hvilke tiltak som bør gjøres for å redusere utslipp, uansett om det gjelder å ta seg av problemområder eller å installere en NOx-reduserende teknikk», legger Nyman til.
STEG FOR Å UNNGÅ NOX
Dersom NOx dannes naturlig ved alle typer forbrenninger, går det ikke an å nå et nullnivå for utslipp. Utfordringen ligger derfor i å både holde utslippsnivået nede og samtidig ha en effektiv bruk av drivstoff. Det finnes ulike teknikker for å rense NOx, men det beste er å unngå dannelsen av NOx så langt det lar seg gjøre, ved å bruke riktig forbrenningsteknikk og følge faste regler når det gjelder kontroll av prosesser. «Ved AGA har vi utviklet oksygenløsninger som har vist seg å være veldig effektive og hvor vi har kunne hjulpet kunder med å redusere NOx-utslippene betydelig», sier Stark.
Forbrenningsteknikker med oksygen
Konvensjonell oxyfuel-teknikk karakteriseres av høy energieffektivitet og økt produktivitet, hvor oksygen brukes som oksidant i stedet for luft, samt også av en høy flammetemperatur. En høy flammetemperatur gir dårlig temperaturjevnhet. I kombinasjon med luftlekkasje gir den også høye NOx-utslipp. For å møte de strenge NOx-kravene ble det utviklet en flammeløs oxyfuel-teknikk. Den har fortsatt fordelene med den konvensjonelle oxyfuel-teknikken, men med reduserte ulemper. Med flammeløs oxyfuel beholdes den høye energieffektiviteten, men flammetemperaturen synker og dermed minskes NOx-danningen mens temperaturjevnheten forbedres. Resultater fra Rebox-installasjoner med flammeløs oxyfuel har ført til store reduksjoner både av karbondioksid- og NOx-utslipp.
AKTIVT FOREBYGGENDE VEDLIKEHOLD
Et viktig aspekt som ikke bør bli oversett er vedlikehold av ovn. Et høyt NOx-innhold er i denne sammenhengen ofte en indikasjon på at noe ikke er riktig og at det finnes potensiale for optimalisering av prosesser. Høye NOx-verdier forårsakes ofte av luftlekkasje eller en feilinstallering som påvirker forholdet mellom brensel og oksideringsmiddel.
«En skadet ovnsdør, en defekt trykkmåler eller et bøyd spjeld er nok for at store mengder luft kan lekke inn i ovnen. Dette fører ikke kun til dannelse av NOx, men også til økt forbruk av brensel. Det finnes eksempler på ovner hvor et skadet spjeld mer en fordoblet NOx-utslippet (75 mg/MJ til >300 mg/MJ) og økte energiforbruket med mer enn 15 %», forklarer Nyman.
De tiltakene som man tar for å redusere utslipp, handler derfor ikke bare om å oppfylle krav fra myndighetene, men også om å sikre en energieffektiv, temperaturjevn og høyproduktiv prosess. «Hyppige prosessmålinger og aktivt forebyggende vedlikehold av spjeld, luker og forbrenningssystem er derfor en forutsetning for å holde NOx-utslippet nede, hvor problemer kan oppdages og forhindres i tide», avslutter Stark.
Tekst og foto: Cecilia Rudengren, Shutterstock
