Hög NOx – en process i dålig kondition?

Industrin står, efter transportbranschen, idag för den näst största andelen av NOx-utsläpp. Modernare ugnar och NOx-reducerande åtgärder har dock gjort att den svenska industrisektorn sedan 1990 lyckats minska sina förbränningsutsläpp avsevärt. Förutom att använda  rätt teknik gäller också att processparametrarna är rätt inställda och att värmningsprocessen har fått en periodisk hälsokontroll.

Eftersom NOx uppkommer naturligt vid all sorts förbränning, går det inte att komma ner till en noll-procentig utsläppsnivå. Utmaningen ligger därför i att både hålla nere utsläppsnivåerna och samtidigt vara bränslesnål. Det finns tekniker för att rena NOx, men det bästa är att i möjligaste mån undvika bildningen av NOx genom rätt förbränningsteknik och processkontroll.

NOx-renande lösningar
Till de mer konventionella reducerings- metoderna räknas SNCR och SCR. SNCR- tekniken bygger på att ammoniaklösning doseras in i rökgasen. Metoden kräver dock ett snävt temperaturområde för att en NOx-reduktion ska uppstå. Vid 850 grader kan i optimala lägen ca 85 procents NOx-reduktion uppnås. Metoden lämpar sig bäst för kontinuerliga processer som vid kraftvärmeproduktion. För batch-processer som ljusbågsugnar eller värmningsugnar varierar avgastemperaturen, vilket gör det svårare att hitta optimala injektionspunkter och således också optimal reduktionsgrad.

SCR-tekniken använder också ammoniak som reagens men i kombination med en katalysator. Det gör att den kan arbeta vid en lägre temperatur och större temperaturområde jämfört med SNCR. Tekniken är effektiv men investeringstung och stoftkänslig. Reduktionsgraden avtar snabbt och katalysatorn måste regenereras eller bytas redan efter 5-10 år. Svårigheten att hitta lämpliga temperaturområden och den höga stofthalten i rökgaserna gör att teknikerna är mindre tillämpbara inom ståltillverkning.

En av de nya NOx-reduktionslösningarna är Lotox, som är selektiv och verkar i ett större temperaturområde. Genom att ozon tillsätts i rökgasen oxiderar NOx till dikvävepentaoxid. Dikvävepenataoxiden reagerar i sin tur och bildar fasta nitrater, exempelvis kalciumnitrat som tas hand om i stoftreningen. Tekniken har visat sig fungera väl i processer med varierande rökgastemperaturer och sammansättningar.

Fredrik Nyman och Fredrik Stark är applikationsingenjörer på AGA med inriktning på processutveckling och energieffektivitet.

Förbränningstekniker med syrgas
Konventionell Oxyfuel-teknik karaktäriseras av hög energieffektivitet och ökad produktivitet, då syrgas används som oxidant istället för luft, men också av en hög flamtemperatur. En hög flamtemperatur ger sämre temperaturjämnhet och i kombination med läckluft höga NOx-utsläpp. För att möta de ökade NOx-kraven utvecklades flamlös oxyfuel-tekik, som har tagit vara på fördelarna med den konventionella oxyfuel-tekniken men minimerat nackdelarna. Med flamlös oxyfuel bibehålls den höga energieffektiviteten men flamtemperaturen sjunker och därmed minskas NOx-bildningen och temperaturjämnheten förbättras. Resultat från Rebox-installationer med flamlös oxyfuel har resulterat i stora minskningar av såväl koldioxid- som NOx-utsläpp.

Aktivt förebyggande underhåll
En viktig aspekt som inte bör underskattas är ugnsunderhållet. En förhöjd NOx-halt är i det här sammanhanget oftast en indikation på att något inte står rätt till och att det finns processoptimeringpotential. Höga NOx-värden orsakas ofta av läckluft eller en felaktigt inställt förhållande mellan bränsle och oxidant. Det kan räcka med en skadad ugnslucka, en trasig tryckmätare eller ett kärvande spjäll för att stora mängder läckluft ska dras in i ugnen. Det leder inte bara till NOx-bildning utan även till ökad bränsleförbrukning. Det finns exempel på ugnar där ett skadat spjäll mer än fyrdubblat NOx-utsläppen (75 mg/MJ till >300mg/MJ) och ökat energiförbrukningen med mer än 15% .

Frekventa processmätningar och ett aktivt förebyggande underhåll på spjäll, luckor och förbrännningssytem är därför en förutsättning för att bibehålla låga NOx-utsläppsnivåer, då problem kan upptäckas och åtgärdas i tid. De åtgärder som görs för att minska utsläppen, handlar därför inte bara om att uppfylla myndighetskrav utan också om att säkerställa en energieffektiv, temperaturjämn och högproduktiv process.

Text: Fredrik Nyman, Fredrik Stark
Foto: Cecilia Rudengren