Fluid-bed fyringsanlæg
Ved fluid-bed forbrænding bliver brændslet eller affaldet indført i en "bed" af porøst materiale, f.eks. kulaske, sand eller kalksten. Lufttilførslen gennem bed'en holder disse partikler fluidiseret. Den turbulente, fluidiserede bed er et ideelt sted for forbrænding, pga. de gode varme- og masseoverføringsbetingelser. Dette medfører, at fluidiseringsluften bliver hurtigt opvarmet til bed-temperaturen nogle få millimeter over dysepladen. Brændslet bliver også hurtigt fordelt over bed-tværsnittet, således at man får god kontakt mellem luft og brændsel.

Tryktabet over selve bed'en er lig tyngden af bed-materiale, og en relevant tommelfingerregel er et trykfald på 1 mmVS pr. mm. bed-højde.
Mængden af brændsel er afhængig af lufttilførslen, som igen er afhængig af fluidiserings- hastighed og trykket i systemet.
For atmosfærisk tryk er den normale fluidiseringshastighed fra 0,3-0,4 m/sek, som giver en varmeafgivelse på 0,2-3 MW/m² risteflade.
Ved forbrænding med kul skal man have en volumenbelastning på ca. 2 MW/m³ (bed og fri- bord).

I princippet ser et fluid-bed-kedelanlæg ud som i fig. 30. Antændelsen og den primære forbrænding sker i et forvarmet sandlag, der gennemstrømmes af den til forbrændingen nødvendige luftstrøm. Luftstrømmen gør sandlaget »flydende« (fluidiseret). Herved udvider laget sig til ca. dobbelt højde i kedlen.

Inde i det fluidiserede sandlag ledes nu det brændsel, man ønsker at anvende, feks. knust kul, i en mængde, der til stadighed udgør mindre end 2% af sandet.

I fig. 31 vises der, hvad der sker under variabel lufthastighed. Forbrændingen af det faste brændsel sker i den første del af fluidiseringsområdet.

Selve fluidiseringen er heterogen, og der sker en bobledannelse umiddelbart over dysebunden. Boblerne stiger hurtigt til overfladen i sandlaget, hvor de brister. Bobledannelsen sikrer usædvanligt gode masse- og varmetransportegenskaber i hele sandlaget.

Fordelene ved fluid-bed-forbrænding er mangfoldige, og de vigtigste er :
Der kan anvendes en lang række brændselstyper, flydende som faste.
Forbrændingsforholdene er homogene og stabile
Forbrændingstemperaturen er lav, 850-950°C
God brændselsfordeling
Svovldioxid (SO₂) emissionen er lav
Kvælstofemissionen (NO_x) er tilsvarende lav
Virkningsgraden er stor
Kedelanlægget fylder mindre end feks. normalt kulfyrede anlæg

Forbrænding af kul i fluid-bed
De fleste forsknings- og udviklingsarbejder, som er gjort i udlandet, har benyttet kul som brændsel.Man benytter da enten aske fra kullet eller kalksten som bed-materiale. Da askepartikleme teoretisk set kan blive lige så store som de partikler, der fyres ind, må kullene males ned.
For en fluidiseringshastighed på 0,5 m/s er maksimum partikelstørrelse for kullet 1,6 mm, mens tilsvarende for 4 m/s er 6 mm.
Bed-temperaturen ved forbrænding af kul ligger sædvanligvis på mellem 750-950°C. Under 750 °c vil forbrændingsvirkningsgraden blive lavere, og dette kan være tilfældet ved lav last.
Maksimumtemperaturen er bestemt af kullets sammensætning og askens smeltepunkt.
Da man i en fluid-bed ikke kan tillade smeltning af asken og dermed en sintring af bed- materialet, lægger man temperaturen mindst 100 °C under den aktuelle smeltetemperatur.
Ved jævn fordeling af brændslet i bed'en kan man regne med, at de flygtige fraktioner og CO forbrænder fuldstændigt inden 1 m over bed'en.
Da kullet også indeholder en del fine partikler, er der fare for, at disse transporteres ud med luftstrømmen. For at reducere tabet af uforbrændte partikler, bør selve bed'en være ca. 0,5 m eller højere. Det er også nødvendigt med et fribord på 2-4 m for at få acceptable udslip af uforbrændte partikler. Endvidere er det muligt at tilsætte sekundærluft i fribordet for at øge forbrændingen, eller man kan udskille partiklerne i en cyklon og føre disse tilbage i bed'en.

Varmeovergang i bed
Overfladen af sandkornene i 1 m³ sand er den samme som overfladen af kheops pyramiden. Denne store overflade i et fluid-bed-anlæg skaber selvsagt en meget stor kontakt mellem brændsel og forbrændingsluft, hvilket giver de gode forbrændingsmæssige forhold og store varmetransmissioner
De høje varmeovergangstal, man får ved at lægge hedefladen i bed'en, er en virkelig fordel ved fluid-bed-systemet.
Ved forbrænding opnår man et varmeovergangstal i området 150-400 W/m²K, mens tilsvarende i konvektionsdelen på en traditionel kedel sædvanligvis er omkring 60-80 W/m²K.
Dette medfører, at det totale areal af varmeoverførende flader bliver betydeligt reduceret. Hedefladen i bed'en er i første række aktuel ved forbrænding af højværdi brændsler som olie, gas og kul. Man sætter sædvanligvis den nedre grænse for brændværdien til ca. 22.000 kJ/kg (ca. 5.000 kcal/kg).
For de fleste affaldstyper er det derfor ikke aktuelt at benytte hedeflade i bed'en, men i stedet at benytte en gaskedel for at udnytte varmen i røggasserne.

Reduktion af svovldioxid (SO₂)
Den største fordel ved fluid-bed-forbrændingssystemet er, at udslippet af S0₂ i atmosfæren kan reduceres ved tilsætning af kalksten eller dolomit. De fleste undersøgelser er foretaget ved forbrænding af kul og olier med et højt svovlindhold, og disse har således givet tilsvarende resultater.
Den teoretiske mængde af et sådant additiv, som skal tilsættes, er 3,15 kg kalksten (CaCO₃) og 5,75 kg dolomit (ca. CaCO₃ x mgC0₃) pr. kg svovl, dvs. 3,15 eller 5,75% af brændsels- mængden pr.1% svovl i brændslet.
Parametre, som er direkte afgørende for S0₂-reduktionen, er:
Ca/S-molforhold, d.v.s. mængde absobent tilsat
Bed-temperatur
Fluidiseringshastighed
Bed-højde
Recirkulation af partikler fra røggassen tilbage i bed
Partikelstørrelse af additiv
Type og sammensætning af additiv
Brændselstype

Nitrogendioxider (NOx)
De lave forbrændingstemperaturer i fluid-bed-systemet gør, at udslippet af NO_x er betydeligt mindre end ved konventionelle kul- og oliefyrede anlæg. Størstedelen af NO_X -udslippet fra fluid-bed-anlægget er dannet af nitrogenerne i brændslet.
Ved forbrænding af kul med ca. 1% N vil udslippet af NO_x være mellem 50-200 ppm, og tilsvarende tal ved heavy fuel er omkring 100 ppm.
Ved forbrænding af gas er der målt helt ned til 20 ppm NO_x i røggassen.
Også ved forbrænding af forskellige affaldstyper er NO_x-indholdet lavt- under 100 ppm ved forskellige forsøg, som er foretaget.
Der findes 3 anlægstyper, nemlig med boblende bed, anlæg med internt cirkulerende bed og tryksatte boblende anlæg.

Fluid-bed i Danmark generelt
Mens anvendelsen af fluid-bed teknologien i mange andre industrilande har haft en pæn frem- gang, er der hidtil sket relativt lidt i Danmark. Dette skyldes i første række vort brændsels- mønster samt udstrakt brug af kendte og velfungerende alternativ teknologi.
Den stærkt forøgede anvendelse af kul i Danmark efter første energikrise betød bygning af mange nye kulfyrede fjernvarmeanlæg og om- og nybygning af kraftværksenheder. Prisstrukturen på kulmarkedet favoriserede imidlertid ikke indkøb af »dårlige« kul, som kun eller næsten kun kan brændes på fluid-bed-anlæg. Kraftværkerne havde deres kendte og vel- prøvede kulstøvsfyring, og fluid-bedanlæg i størrelse svarende til danske kraftværksblokke eksisterede endnu ikke.
På fjernvarmeområdet tog man de kendte ristefyrede teknikker op igen, og fluid-bed'en kunne tydeligt nok ikke konkurrere økonomisk set. Nogle få kulfyrede fluid-bedanlæg blev dog bygget, dengang nok mest af demonstrationsmæssige årsager. De største industrianlæg havde allerede i mange år været fortrolige med ristefyrede kulanlæg, og de få nybygninger, der har været, har derfor anvendt den kendte teknologi.
Denne noget statistiske situation synes i disse år at ændres. Et væsentligt forhold er den stærkt forøgede interesse for alternative brændsler, dvs. biobrændsler og forskellige affaldsprodukter, som med fordel kan brændes i fluid-bed. Som eksempler på sådanne potentielt egnede affaldsbrændsler kan nævnes:
Sortlud
Flyvekoks
Sorteret husholdningsaffald
Spildevandsslam
Gummi-, tekstil- og plastaffald
Halm
Biomasse, bl.a. solsikkekerner osv.

En række danske industrivirksomheder har igangsat projekter med det formål at bortskaffe affaldsprodukter ved forbrænding i fluid-bed.
Det centrale kraftvarmeprogram med anvendelse af indenlandske brændsler samt udviklingen i især den cirkulerende fluid-bed-teknik har åbnet manges øjne for nye, fordelagtige anvendel- sesmuligheder for fluid-bed-teknikken herhjemme.
Den kulfyrede fjernvarmesektor er af politiske grunde i dag uden nye initiativer. Hvis bygning af fjernvarme-kulanlæg igen accepteres, og der samtidig stilles specifikke krav til S0₂- emisionerne, vil der være et potentielt marked for fluid-bed-anlæg med in-situ afsvovling vha. kalksten.

Tryk for at se fuld format