Redaktion og opdatering af indholdet på denstoredanske.dk er indstillet pr. 24. august 2017. Artikler og andet indhold er tilgængeligt i den form, der var gældende ved redaktionens afslutning.

  • Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

forbrænding

Oprindelige forfattere LAHa og NTho Seneste forfatter Redaktionen

Forbrænding. Anlæg til affaldsforbrænding.

Forbrænding. Anlæg til affaldsforbrænding.

forbrænding, i kemi en proces, der forløber under udvikling af lys og varme. Ved processen bliver et stof (brændsel, brændstof) oxideret, og der er i reglen tale om en direkte reaktion med luftens oxygen (ilt). Oprindelig mente man, at der ved forbrændingsprocessen blev afgivet et stof, flogiston, men efter J. Priestleys opdagelse af oxygen i 1774 blev det klart, at der normalt er tale om optagelse af oxygen under oxiddannelse. I forbindelse med biologiske oxidationsprocesser taler man ofte om forbrænding af føden i organismen, selvom det ikke er en egentlig kemisk forbrændingsproces (se stofskifte). Den store betydning af forbrændingsprocesser beror på de tekniske anvendelser primært til frembringelse af varme.

Forbrændingsvarmen kan benyttes direkte til opvarmning, fx i boliger eller i industrielle processer, eller den kan bruges i dampkedler, som forsyner fx dampturbiner med energi til drift af elektriske generatorer. I forbrændingsmotorer og gasturbiner omdannes en del af den varmeenergi, der er frigjort ved forbrændingen, direkte til mekanisk energi.

Forbrænding kan også tjene til bortskaffelse af affald. Hvis affaldet i sig selv kan udvikle en væsentlig forbrændingsvarme, kan denne udnyttes til fx fjernvarme.

Annonce

I tekniske forbrændingsprocesser tilstræbes og opnås i almindelighed fuldstændig forbrænding, hvilket indebærer, at brændslets indhold af kulstof og hydrogen omdannes til henholdsvis kuldioxid (CO2) og vanddamp. Et eventuelt svovlindhold bliver til svovldioxid (SO2). Alle væsentlige faste brændsler indeholder uorganiske bestanddele, som ved forbrændingen bliver tilbage som aske. Denne består af metaloxider og metalsalte, mest carbonater, sulfater og silikater. Tunge fyringsolier (ikke-destillerede olier) kan efterlade beskedne, men teknisk betydningsfulde mængder af aske. Askens mængde og sammensætning varierer stærkt med oliens oprindelse. I olieasken kan forekomme oxider af det relativt sjældne grundstof vanadium.

Forbrænding. Rist til affaldsforbrænding. Den er opdelt i nedadhældende sektioner; hver anden rist er fastmonteret, og hver anden roterer i en lille cirkelbevægelse. Affaldet fordeles af bevægelsen, således at gennembrændte huller undgås, og det transporteres nedad til askefaldet.

Forbrænding. Rist til affaldsforbrænding. Den er opdelt i nedadhældende sektioner; hver anden rist er fastmonteret, og hver anden roterer i en lille cirkelbevægelse. Affaldet fordeles af bevægelsen, således at gennembrændte huller undgås, og det transporteres nedad til askefaldet.

Sod er for det meste rent kulstof, som dannes ved ufuldstændig forbrænding af kulstofholdige brændsler. Brændslet kan være en gas (methan, propan), en væske (benzin, dieselolie, fyringsolie) eller et fast materiale (kul, træ). Væsker og de nævnte faste brændsler vil ved ophedning danne dampe og gasser, som forbrænder i en flamme. Soddannelsen foregår i flammen, hvori kulstofholdig gas forbrænder ufuldstændigt, fx således at kulbrinters brintindhold forbrænder, mens kulstoffet (eller blot en lille del af det) forbliver uforbrændt tilbage. Soddannelsen skyldes iltmangel i flammen. Iltmanglen kan forårsages af for lille lufttilførsel eller af dårlig sammenblanding af luft og brændbar gas.

Ved tilførsel af luft til en forbrænding kan man i de fleste tilfælde skelne imellem primærluft og sekundærluft. Ved forbrænding af kul eller træ på en rist blæses eller suges primærluften igennem brændselslaget. De brændbare gasser, som udvikles ved brændslets ophedning, følger med den allerede ret iltfattige forbrændingsluft, og der vil oftest ikke være ilt nok til en sodfri forbrænding af gassen. Derfor tilføres sekundærluft, som blæses eller suges hen over det faste brændselslag. Ved gasfyring blandes primærluft i gassen, umiddelbart før denne når ud i flammen. Sekundærluft blæses ind omkring flammen. Ved fyring med koks eller træ i en kakkelovn til boligopvarmning må man ofte begrænse tilgangen af primærluft for at få en passende ovntemperatur. Dette fører uundgåeligt til ufuldstændig forbrænding: En del af kulstoffet bliver til kulmonoxid (CO) i stedet for til kuldioxid (CO2). Når man tilfører sekundærluft ved at åbne indfyringslågen, kan man se kulmonoxid brænde med svagt lysende blå flamme. Uden væsentlige mængder sekundærluft mistes en del brændværdi, ved at kulmonoxid tabes med røgen.

Kulmonoxid er stærkt giftigt. Ufuldstændig forbrænding som i det ovennævnte eksempel har medført mange forgiftningsulykker. Også fyring med flaskegas eller petroleum kan, som regel utilsigtet, foregå med underskud af luft med dannelse af sod og kulmonoxid til følge.

Brændere og fyringsanlæg

Gasbrændere er i almindelighed konstrueret således, at gassen blandes med primærluft, før den når frem til flammen. Luften kan i større industrielle brændere tilføres fra et rør under tryk, eller den kan blive revet med af gasstrømmen som fx i bunsenbrænderen. Gasbrændere har ofte kun et beskedent behov for sekundærluft.

I kulstøvbrændere rives kulstøvet ud i flammen af primærluften, som tilføres under tryk. Turbulensen i luftstrømmen sikrer en effektiv spredning af partiklerne; den ideale spredning sikrer, at hver enkelt støvpartikel er omgivet af luft. Partiklerne udvikler imidlertid gas, og det tager en vis tid at brænde partiklernes faste stof op. Tilførsel af sekundærluft er derfor nødvendig.

I oliebrændere er trykforstøvning det dominerende princip både i store industrielle brændere og i ganske små brændere til villafyr. Olien pumpes med højt tryk igennem en dyse ud i flammen. Før olien strømmer ud igennem dysen, sættes den i hurtig rotation i et lille kammer med tangentielle indløb. Oliestrålen, som strømmer ud af dysens snævre hul, spredes derfor i en kegleformet byge af meget små dråber. Luften tilføres dels tæt inde omkring dysen, dels længere ude.

Forbrænding af stenkul og brunkul i stykker af størrelser fra fx 10 mm er siden industrialiseringens begyndelse sket på ristefyr: Kullene lægges på en næsten vandret rist; primærluften sendes op igennem risten og brændselslaget, og asken drysser ned igennem risten. Forbrændingen blev holdt i gang af fyrbødere, hvis arbejde var særdeles anstrengende og varmt. Fyrbøderne skulle dels skovle frisk kul på risten, dels skubbe resterende aske og slagger ind i fyrets bageste del til "askefaldet". Med indførelsen af vandreristen og den mekaniske stoker (eng. 'fyrbøder') ændredes disse forhold drastisk: Risten er et transportbånd, og tilførslen af frisk kul er mekaniseret. Ristens vandrehastighed bliver tilpasset således, at forbrændingen bliver færdig, kort før aske og slagger falder af bagest i fyrrummet, hvor ristens returløb begynder.

Det var tidligere ret vanskeligt at udnytte finkornet kul, idet de egnede sig dårligt for ristefyr. Kulpartiklerne kunne falde uforbrændte igennem risten, og luftpassagen igennem det småkornede lag var vanskelig. Bl.a. derfor udvikledes den ovenfor omtalte fyring med pulveriseret kul.

Den tekniske udvikling af kulforbrænding i fluid bed (se fluidisering) begyndte i 1970'erne. Ved cirkulerende fluidisering transporteres partiklerne med røggassen ovenud af forbrændingskammeret, hvorefter de udskilles af fx cykloner og returneres til kammeret; fra bunden af dette udtages asken. Fluidiseret forbrænding indebærer en række fordele. En af de vigtigste er, at man kan forbrænde materialer som halm og træflis (træaffald hakket til små spåner), hvilket ellers er teknisk vanskeligt at gennemføre i store anlæg. Som nævnt ovenfor kan sådanne brændsler kombineres med kul. En anden vigtig fordel ved fluid bed-forbrænding er mulighederne for drastisk at formindske røggassens indhold af giftige gasser som svovldioxid (SO2) og nitrogenoxider (NOx). Svovldioxid kan indfanges allerede i forbrændingskammeret ved tilsætning af kridt eller kalksten (CaCO3), som hurtigt bliver til "brændt kalk", CaO. Dette reagerer med svovldioxid til gips (CaSO4), der går ud med asken. Temperaturen i det fluidiserede lag kan reguleres langt lettere end ved kulstøvfyring og ristefyring, hvilket bl.a. er vigtigt for begrænsningen af NOx- dannelsen og for den nær fuldstændige binding af svovldioxid. Den ideelle forbrændingstemperatur er 800-900 °C. Ved kulstøvfyring får man temperaturer over 1200 °C. Røgen derfra indeholder derfor svovldioxid og NOx i uacceptable mængder, og en bekostelig rensning af røgen må foretages i et særskilt anlæg.

Affaldsforbrænding

Forbrænding af affald fra virksomheder og husholdninger blev påbegyndt i starten af 1900-tallet på Frederiksberg og er især siden 1970'erne blevet en stadig mere betydningsfuld proces af flere grunde: Forbrændingen løser det ellers alvorlige og stadigt voksende problem med deponeringen af affaldet. Forbrændingen giver et betydeligt energiudbytte i form af fjernvarme og i mange anlæg også af elektrisk energi, og affaldsforbrændingens tekniske problemer er efterhånden blevet løst. I øvrigt har husholdningsaffaldet fået et højere energiindhold, idet dets indhold af plast, pap og papir er vokset kendeligt.

Affaldsforbrændingen frembyder en række tekniske udfordringer, som ikke, eller i mindre grad, gør sig bemærkede ved forbrænding af fx kul: Affaldets sammensætning kan være stærkt varierende fra den ene vognladning til den næste, fra en ladning plastsække med husholdningsaffald til en container fuld af kasserede møbler. Forbehandling ved knusning kan være nødvendig for storskrald, og undertiden kan en sortering være teknisk hensigtsmæssig og økonomisk rimelig. Frasortering af glas er et eksempel.

Affaldets heterogene beskaffenhed øger risikoen for gennembrænding ved ristefyring, dvs. lokale udbrændinger, som efterlader huller i det brændende lag. Store luftmængder vil gå uudnyttede igennem her, og resten af laget får for lidt luft. Dette er løst med en speciel form for rist, som er opdelt i langsgående, lidt nedadhældende sektioner. Materialet skubbes fremad og bearbejdes samtidig ved, at hver anden ristesektion bevæger sig op og ned.

Affaldet vil, ligesom kul, afgive en stor mængde gas, før det forbrænder. Det er vigtigt, at denne gas forbrændes fuldstændigt dels af energiøkonomiske grunde, dels for at undgå alvorlig luftforurening fra anlæggets skorsten. Den nødvendige efterforbrænding af gas finder sted vha. sekundærluften i et særligt kammer. Temperaturen er meget høj, mindst 850 °C, hvilket sikrer effektiv destruktion af bl.a. de dioxiner, som uundgåeligt dannes ved risteforbrændingen af fx PVC.

Forbrændingsresten fra risten, bundaske og slagger, fylder kun lidt og kan normalt benyttes ubehandlet som fyldmateriale i vej- og byggeindustrien. Tungmetallerne opkoncentreres hovedsageligt i flyveasken, som må deponeres. Det meste af flyveasken fra danske forbrændingsanlæg benyttes som udfyldning i tyske miner.

Halmforbrænding

Danmarks betydelige produktion af halm kan kun i ringe omfang nyttiggøres direkte, fx som strøelse til husdyr. Afbrænding på markerne er miljømæssigt uacceptabel. Man har derfor siden 1960'erne arbejdet meget på at udnytte halmen som brændsel både i små anlæg til opvarmning af en enkelt landejendom, i mellemstore anlæg til produktion af fjernvarme og i store anlæg til kombineret el- og fjernvarme. Der findes i Danmark adskillige halmfyrede fjernvarmeanlæg og et stort antal private halmfyr.

Økonomisk set kan halm ikke umiddelbart konkurrere med kul som energikilde. Da halmforbrænding imidlertid løser det problem, som overskudshalmen repræsenterer, og da halmforbrænding i modsætning til kulforbrænding ikke forøger det samlede CO2-udslip til atmosfæren (halmen afgiver den samme mængde CO2, når den formuldes), har man ad politisk vej gjort halmen konkurrencedygtig.

Halmforbrænding har voldt betydelige tekniske vanskeligheder, først og fremmest fordi halmen nødvendigvis må leveres som hårdt sammenpressede baller, kasseformede eller cylindriske. I små halmfyringsanlæg bruges mest enkeltballeindfyring. I større anlæg benyttes langsom indfyring af en kontinuerlig række af baller, som helt forsegler indfyringsåbningen ("cigarmetoden"). I anlæg til kombineret kul- og halmforbrænding må nødvendigvis bruges hakkelse, dvs. halm hakket til få centimeter lange stykker.

Referér til denne tekst ved at skrive:
L. Alfred Hansen, Niels Thorup: forbrænding i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 25. marts 2019 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=78041