Optimeringsförslag Arvidsjaurs Energi - genom bränslesammansättning och sänkt returtemperatur

• Main Author: Gustavsson, Emma
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: Umeå universitet, Institutionen för tillämpad fysik och elektronik 2013
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:umu:diva-81348

Det finns flera ekonomiska fördelar med att optimera och se över en värmeverksanläggning. En betydande parameter för god driftgång är valet av bränsle. För rosterpannor eftersträvas en homogen och kontinuerlig bränslesammansättning för en säker drift. Vanligt förekommande är därför att blanda flera olika bränsletyper för att erhålla den önskade bränslesammansättningen. Vidare finns besparingar att göra genom en bra avkylning i fjärrvärmenätet. En bra avkylning återspeglas i en låg returtemperatur och därmed en effektiv värmeavgivning från nätet. En låg returtemperatur gynnar sedan effektuttaget för anläggningens rökgaskondensor.   Följande arbete är genomfört på initiativ av Arvidsjaurs Energi då de delvis beskrevs ha problem med för hög returtemperatur. Arbetets första delmoment utgjordes av Bränslesammansättning, vars huvudsyfte var att identifiera likheter och skillnader samt dela erfarenhet kring bränsleval och sammansättning hos liknande värmeproducenter inom Norr- och Västerbotten. I andra delmomentet, Returtemperatur, genomfördes effektberäkningar på Arvidsjaurs Energis rökgaskondensor för ett specifikt bränsle med varierande returtemperatur. Vidare har sambandet mellan den största anslutna kunden på fjärrvärmenätet och dess påverkan på den slutliga returtemperaturen undersökts. På efterfrågan av Arvidsjaurs Energi inkluderades även en sammanfattad punktlista över parametrar som kan påverka returtemperaturen.   En marknadsundersökning genomfördes hos liknande värmeproducerande anläggningar utifrån ett utformat frågeställningsformulär. Det visade sig att bränslesammansättningarna generellt liknade varandra med en blandning av torv, spån, grot och bark. Erfarenheterna skiljde sig dock något mellan anläggningarna. Likheter existerade främst genom problem med bränsle förorenat med snö och is under vintersäsong, där ingen av de tillfrågade hade någon klar lösning på problemet. Val av bränsle har visat sig vara en komplex fråga utan någon optimalt applicerbar lösning. Det handlar istället om att testa och tydligt utvärdera resultaten för att hitta en sammansättning som passar den specifika anläggningen. Vidare visade det sig att returtemperaturen för en vald tidsperiod inte var förhöjd för Arvidsjaurs Energis värmeverk. Trots detta genomfördes effektberäkningar på rökgaskondensorn, med approximationen att en sänkning av rökgastemperaturen efter kondensorn medför en lika stor sänkning av returtemperaturen. Viss driftdata var tidskrävande att erhålla då manuell framtagning krävdes från databas samt att bränsleanalyser på färdigblandat material under en längre tidsperiod saknades. Detta begränsade omfattningen av beräkningarna och därmed resultatets applicerbarhet. Resultatet visade att den beräknade effekten på rökgaskondensorn låg cirka 4 % högre än den levererade. Att effekten borde vara högre än den är i dagsläget stärks vidare av leverantör. Orsak till skillnaden tros främst bero på ett läckande spjäll innan rökgaskondensorn. Beräkningarna visade dock att en sänkning av returtemperaturen med 5°C medför ett ökat effektuttag på knappt 0,2 MW i rökgaskondensorn. Spjällets inverkan medför troligtvis under ett längre tidsperspektiv kostsamma följdproblem på anläggning utöver i dagsläget utebliven inkomst. För att undersöka i vilken grad den största fjärrvärmekunden påverkar returtemperaturen gjordes en energibalans för ett förenklat nätsystem som fick verka som ett principiellt exempel. För ett valt datum stod kunden för cirka 10 % av belastningen. En sänkning av deras returtemperatur med 10°C innebar därav en knapp sänkning på 1°C på den slutliga returtemperaturen. Faktorer som generellt påverkar returtemperaturen och avkylningen består av primära reglerventiler som fastnat i öppet läge, smutsiga värmeväxlare, för högt inställda börvärden samt rundgångar och avtappningar. Problem som inte påverkar kund har visat sig vara svår upptäckta, därför är det viktigt med kontroller.    Vidare rekommenderas en uppföljning efter spjällbyte, där den eventuella effektökningen utvärderas. Resurser borde läggas på att datorisera och logga driftdata, detta för att lättare följa upp och lokalisera fel i nätet samt tydligt kartlägga den största kundens och andra fjärrvärmecentralers inverkan på systemet. === There are several economic advantages by optimizing a thermal power plant. A significant parameter for a good and safe operation is the choice of fuel and steady continuous fuel composition. It is therefore common to mix several different fuels in order to obtain the desired fuel composition. Furthermore, there are savings to be made by good cooling in the district heating network. A good cooling is reflected in a low return temperature from the network, which denote an efficient heat dissipation of the network. A low return temperature increase the power output of the flue gas condenser unit at the thermal power plant.   The following work is carried out on the initiative of Arvidsjaur Energy as they described having problems with a high return temperature. The first subsection of the present work consists of Fuel Composition, where the primary task was to identify similarities and differences as well as share experience of fuel composition between similar heat producers in northern Sweden. In the second subsection, Return Temperature, energy and power calculations were performed on the flue gas condenser unit for a specific fuel with varying return temperature. Further, the report mentions the relationship between the biggest singular connected customer to the district heating network and its influence on the return temperature to the plant. At the request of Arvidsjaur Energy, also included is a summary section list describing which parameters may affect the return temperature. A market survey for similar facilities was performed. Generally, the fuel compositions were similar with a mixture of peat, sawdust, logging residues, bark, branches and other parts of the tree not normally used. However, the experiences with the fuel compositions differed between plants. Similarities existed mainly through problems with contaminated fuel by snow and ice during the winter season, where none of the respondents had any solutions to the problem. Because the fuel choice proved to be a complex issue, there is no optimal applicable solution. Best way is to test and clearly evaluate the results to find a composition that fits the specific plant.   Furthermore, it was found that the return temperature for a selected time period was not elevated for Arvidsjaur Energy’s heating plant. Regardless, calculations were performed on the flue gas condenser unit, with the approximation that a reduction in flue gas temperature after the condenser result in a corresponding decrease of the return temperature. Some operational data was time-consuming to obtain, such as manual acquiring of data from a database and to fuel analyzes on pre-mixed material missing for a longer period of time. This resulted in limited results and lower applicability of the calculations. However, the results showed that estimated effect for the flue gas condenser was 4 % higher than the power delivered, which is further strengthened by the supplier of the unit. This is believed to be owed mainly to a leaking damper before the flue gas condenser. The results showed that a decrease in the return temperature by 5°C results in an increased power output of almost 0.2 MW. The damper’s influence may over a longer time period result in loss of income and costly investments because of negative effects on the plant. To deduce the degree to which the biggest client affect the return temperature to the plant, an energy and mass balance was performed on a simplified network system, acting as a principal example. For a selected date, the client accounted for approximately 10 % of the load, therefore a 10°C reduction in their return temperature correspond to a 1°C reduction in the final return temperature. Factors that may affect the return temperature and cooling consist of primary control valves stuck in open setting, dirty heat exchangers, elevated set points and circular paths and drains. Problems that do not affect the customer are proven difficult to detect, so frequent controls are important.Further recommendations are to follow-up after damper replacement and evaluate the possible power increase. Resources should be spent on computerizing and logging of operational data, in order to make it easier to track and locate network issues and more clearly identify the impact of the largest client and other district heat producers have on the system.