SEP

Integrerad torkning av biobränsle i
kraftvärmeanläggningar och
skogsindustri
Föredrag vid Panndagarna 2011 av Ola Thorson (VD) S.E.P.
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Torkning av biobränsle har flera
fördelar
• Torkning ökar bränslets effektiva värmevärde.
• Fjärrvärme / mottryck som värmekälla ökar värmeunderlaget för
ökad elproduktion.
• Ökat värmeunderlag förlänger även kraftvärmepannans
driftsäsong.
• Säsongsvis lagring av torkat bränsle utjämnar behovet.
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Utnyttjande av lågtemperaturvärme
Referensfall t.ex. med
rökgaskondensering
Bränsle
Elproduktion
F
TS
Fall med förtorkning
F
Bränsle
Tork
Värmeunderlag
F
F
TS
TS
Elproduktion
Värmeunderlag
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Bäddtorkning
• Bäddtorkning lämpar sig väl då värmekälla av låg temperatur
finns att tillgå.
• Bäddtorken är lämplig vid torkning av biobränsle, utan krav på
förbehandling.
• Bäddtorken har relativt enkel konstruktion.
• Bäddtorken har en låg elförbrukning per avdunstad fukt
jämfört med andra torktekniker.
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Matchning rökgas/luft
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Bäddtorkning-värmekällor
Optimerad energiåtervinning i rökgaser.
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Processchema Bäddtork
Värme från fjärrvärmens
framledning
Luft
Uteluft
FLÄKT
VVX
TORK
bäddtyp
El
Material
Torkat
Material
Fuktigt
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Air heater
Feed in wet fuel
Feed out dried
fuel (upper layer)
Belt wash
Air fan
Källa: KUVO/SwissCombi
S.E.P.
Feed out wet fuel for
recycling back
Scandinavian Energy Project AB
Källa: Bruks Klöckner
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Teoretiskt luftbehov i tork
• Nödvändigt luftbehov för att kunna bära ut fukten baserat på
utomhusluft med 10°C och 80% RH
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Specifik energiförbrukning
• Uppvärmningen av den luft som krävs för att föra bort den
avdunstade mängden. (exkl. fläktenergi och energi för
uppvärmning av materialet)
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Bäddtorkning
• Specifikt värmebehov omkring 3,9 MJ/kg fukt avdunstat.
• Ökning av effektivt värmevärde per kg TS är 2,44 MJ/kg fukt
avdunstat.
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Ökat elutbyte genom torkning
• En studie genomförd av S.E.P. på uppdrag av Värmeforsk
(Rapport 1151). Olle Wennberg, Ola Thorson och Mikael
Berntsson
• Fallstudier av integrerad torkning för befintligt KVV samt för
modellerat och optimerat KVV.
• Studier avser hel driftsäsong.
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Förtorkning eller torkning?
• Befintlig KVV anläggning, förtorkning
urspr. 50% fukthalt torkas till 38-44 % delar av driftsäsong.
• Modellerat optimerat KVV, torkning
Urspr. 50 % fukthalt torkas till 10 % hela driftsäsongen.
• Opt. KVV även fallstudie av torkning ”off-site”
Urspr. 50 % fukthalt torkas till 10 % hela driftsäsongen.
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Ökning av värmeunderlag i
befintligt KVV
Effekt, MW
80
70
Spets/låglast värme
60
RGK värme
50
Värmeförbrukning Bränsletork
40
30
20
Turbinkondensor värme
Spets/låglast värme
10
0
1
-10
21
41
61
81
101
121
141
161
181
201
221
241
261
281
Elproduktion på Fjärrvärmeunderlag
301
321
341
361
dygn
-20
Elproduktion på Bränsletorkens värmeunderlag
-30
Ökat värmeunderlag medger ökad elproduktion med upp till
12% i befintligt KVV vid integrerad torkning.
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Fallstudie: Byggnation av nytt
KVV (referens)
Nytt KVV optimerat för elproduktion med eldning av fuktigt bränsle.
Rökgaskondensering utgör stor andel av värmeproduktion.
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Ökning av värmeunderlag vid
byggnation av nytt KVV
Vid nytt KVV optimerat för elproduktion beräknas integrerad
torkning kunna ge en ökning av elproduktion med 65%.
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Säsongslagring av torkat bränsle
Torkning och lagring av bränsle för eget bruk kan förlänga
driftsäsongen
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Konstant värmeunderlag och
torrt bränsle
Eldning av torrt bränsle (torkat off-site) ger ökning av
elproduktion på 28% jämfört med referensfall.
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Skogsindustriellt perspektiv
• Mottrycksånga (4-5 bar) utgör värmeunderlag för
elproduktion vid ett massabruk.
• Spillvärme från brukets processer kan nyttjas som
grundvärme för torkning av biobränsle.
• Mottrycksånga kan användas som spetsvärme, för att höja
torkens kapacitet.
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Exempel på spillvärmekällor
Pappers-/massabruk
•
•
•
•
Blekeriavlopp
Ånga/kondensat från indunstning
Rökgaser från sodapannan
Frånluft från pappers-/massatorkar
Sågverk
• Frånluft virkestorkar
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Påverkan på panna vid eldning
av torkat bränsle
• Rökgasmängden minskar jämfört med eldning av fuktigt
bränsle, vilket ökar pannans kapacitet.
• Pannans värmebalans blir mer gynnsam för högre ångdata.
• Specifik storlek på en ny panna kan minskas som en följd av
minskad rökgasmängd och ökad värmeövergång vid eldning
av torkat bränsle.
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Resultat
• Integrerad torkning kan ge en ökad elproduktion på 12% vid
ett befintligt KVV.
• Vid en optimerad anläggning med integrerad tork kan
elproduktionen ökas med 65%.
• Vid en optimerad anläggning som eldar torkat bränsle kan
elproduktionen ökas med 28%. (värmeunderlag konstant)
• Lagring av torkat bränsle medger ytterligare ökning av
elproduktionen.
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Resultat
Det effektiva värmevärdets beroende av fukthalten och följden
för priset på bränslets torrsubstans.
Fukthalt (a.r.)
Värmevärde
H0, TS
Hi TS, torrt
Hi TS, a.r.
Pris per ton TS
%
-
MJ/kg TS
MJ/kg TS
MJ/kg TS
20,66
0
10
20
30
40
50
19,07
18,73
18,29
17,71
16,90
984
939
19,34
Antaget bränslepris = 200 kr /MWh effektivt värmevärde
kr/ton TS
1074
1059
1041
1016
a.r. = as recieved, d.v.s. i levererat tillstånd
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Slutsatser
• Torkningen ger ett elutbyte på extra tillfört bränsle om
minst 55%.
• Vid anläggning optimerad för elproduktion stiger
betalningsförmågan med 20% för torkat bränsle.
• Kvoten mellan elpris och bränslepris bör överstiga 2 för
att ge lönsamhet vid investering i bäddtork.
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Anläggningskostnad Bäddtork
Utifrån leverantörers budgetpriser togs följande formel
fram för uppskattning av anläggningskostnaden:
Anläggningskostnad (inkl. projektering, mark, transportörer)
0,2 × (Torkluftsflöde i varmt tillstånd)0,8
1000
[Mkr]
(Torkluftflödet anges i m3/h)
(källa: Värmeforskrapport 881, S.E.P.)
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Integrerad torkning av
biobränsle
Ett kraftfullt verktyg för ökad elproduktion!
Värmeforskrapport 1051 – Ökat elutbyte i biobränsleeldade KVVanläggningar med hjälp av förtorkning
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Pågående arbete…
”Optimal råvaruinsats och utnyttjandegrad i
energikombinat för värme, el, biodrivmedel
och avsalubränsle”
Värmeforskprojekt
Klart sommaren 2011
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Pågående arbete… Fallstudier, olika energikombinat
Pelletsproduktion
Tork
Turbin
2
el
Turbin
el
bränsle
bränsle
Panna
värme
bränsle
Tork
pellets
Turbin
el
Panna
Panna
värme
1
värme
Pelletsproduktion
värme
5
bränsle
3
pellets
Förgasning
Drivmedelssyntes
drivmedel
Tork
Turbin
el
värme
Förgasning
Drivmedelssyntes
bränsle
biodrivmedel
Panna
värme
Tork
Turbin
bränsle
el
4
6
Panna
Massaprocess
Tork
torkat bränsle
för avsalu
värme
värme
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB
Pågående arbete… Drifterfarenheter från bäddtorkar
• Torktemperaturer, ytor, värmekällor,
tillgänglighet
Värö Bruk
Hallingdal pelletsfabrik
Rockhammars Bruk
S.E.P.
Scandinavian Energy Project AB