Bachelorprojekt - FMS Moodle - Fredericia Maskinmesterskole
Bachelorprojekt Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Forfattere: Jens Kristian Nebel Kristensen, G20111001 Stefan William Skjold Krog, E20121007 Antal normalsider: Til aflevering: Fredericia Maskinmesterskole 40 (95.942 anslag) d. 27.05 2015 Titelblad Titel: Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Problemformulering: Projektet vil undersøge, hvorvidt Nukissiorfiit kan reducere udgifterne til varmeproduktion på Varmeværk 1 ved at optimere effektoverførelsen i den til motorgenerator 7 tilhørende røggasveksler. Forfattere: Jens Kristian Nebel Kristensen, G20111001 Stefan William Skjold Krog, E20121007 Antal sider: 40 (95.942 anslag) Afleveringsdato: 27.05.2015 Uddannelsesinstitution: Fredericia Maskinmesterskole Opgave: Bachelorprojekt Jens Kristian Nebel Kristensen Stefan William Skjold Krog _________________________ ______________________ Projektskabelon Emne Energioptimering af varmegenvinding Skribent Projektvirksomhed Stefan William Skjold Krog, E20121007 Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Nukissiorfiit, Aasiaat Grønland Kontaktperson Mogens Nielsen, Distriktschef Disko Vejledere Ulla Jensen Klaus Kalmeyer På Nukissiorfiit’s kraftvarmeværk i Aasiaat udnyttes røggassens varmeenergi ikke optimalt i røggasvekslerne, dette resulterer i et forøget brændstofforbrug på virksomhedens Varmeværk 1. Problemstillinger Problemformulering Delopgaver Hypotese Projektet vil undersøge, hvorvidt Nukissiorfiit kan reducere udgifterne til varmeproduktion på Varmeværk 1 ved at optimere effektoverførelsen i den til motorgenerator 7 tilhørende røggasveksler. Projektet vil - Redegøre for og analysere varmeproduktionen på kraftvarmeværket - Med fokus på energioptimering, analyseres udnyttelsen af røggassens varmeenergi fra motorgenerator 7 til opvarmning af fjernvarmevand. - Ud fra denne analyse, findes årsagen til den ringe udnyttelse af røggassen. - Vurdere hvorvidt kontinuerlig rensning af røgrørene kan optimerer effektoverførelsen i røggasveksleren. - Udregne en økonomisk gevinst som følge af den bedre udnyttelse af røggassens varmeenergi såfremt der anvendes kontinuerlig røgrørsrensning. - - Det forventes at den ringe udnyttelse af røggassens varmeenergi skyldes et opbygget sodlag i røggasvekslernes røgrør. Det forventes at en kontinuerlig rensning af røgrørene under drift, vil resultere i en bedre udnyttelse af røggasvekslerne. Dette vil reducere brændstofforbruget på Varmeværk 1 da Kraftvarmeværkets fjernvarmeproduktion forøges. Virkningen af kontinuerlig sodrensning forventes at kunne eftervises ved sammenligning med kraftvarmeværket i Maniitsoq. Metode Til at skabe overblik over kraftvarmeværkets varmegenvinding og varmeproduktion konstrueres en samlet anlægstegning over kraftvarmeværket. Dette gøres ud fra observationer som sammenholdes med de eksisterende anlægstegninger som findes for motorgeneratorerne 5, 6 og 7. For at belyse en udvikling i varmeproduktionen over en given periode sammenlignes den producerede fjernvarmeeffekt med kraftvarmeværkets samlede brændstofforbrug. Data til dette indhentes fra driftsrapporter, som udarbejdes en gang i måneden af driftspersonalet, samt visninger i SRO-systemet. Til yderligere forståelse af varmegenvindingssystemet på motorgenerator 7 udarbejdes en redegørelse for dette systems opbygning samt virkemåde. Der indhentes driftsdata fra SRO-systemets log-funktion over en valgt periode mellem to manuelle rensninger af røggasveksleren. Herefter analyseres den udvikling der sker i røggastemperaturer, motorbelastning, retur- og fremløbstemperatur samt flow af fjernvarmevand for at vurdere, hvorvidt den ringe udnyttelse røggasveksleren skyldes en ophobning af sod i vekslerens røgrør. Til at vurdere om kontinuerlig rensning under drift kan nedbringe det ophobende sodlag, sammenlignes driften af røggasveksleren som tilhører motorgenerator 7 i Aasiaat, med et tilsvarende anlæg på Grønland. Anlægget som der sammenlignes med har monteret kontinuerlig sodrensning i form af trykluftsventiler. Den økonomiske besparelse der kan opnås ved kontinuerlig sodrensning, beregnes ud fra effekttabet i røggasveksleren som skyldes det ophobende sodlag og udgifterne til varmeproduktion på Varmeværk 1. Indhold Forord ............................................................................................................................................................................................................ 2 Indledning.................................................................................................................................................................................................... 4 Afgrænsning................................................................................................................................................................................................ 5 Problemstilling .......................................................................................................................................................................................... 6 Problemformulering............................................................................................................................................................................... 6 Metode ........................................................................................................................................................................................................... 7 Redegørelse af varmeproduktionen på KVV.............................................................................................................................. 8 Redegørelse af varmegenvindingssystemet for MG7......................................................................................................... 10 Tilgængeligt driftsdata for varmgenvindingssystemet ..................................................................................................... 15 Valg af periode ........................................................................................................................................................................................ 17 Behandling af udtaget data .............................................................................................................................................................. 18 Omsætning af VLT hastighed til massestrøm af fjernvarmevand ............................................................................... 20 Varmegenvindingssystemets effekt ............................................................................................................................................ 26 HT-vekslerens effekt ........................................................................................................................................................................... 27 Årsager til den faldende effektoverførsel i røggasveksleren ......................................................................................... 33 Delkonklusion – Årsag til høj røggastemperatur ................................................................................................................. 40 Det eksisterende sodblæsningssystem...................................................................................................................................... 41 Konsekvensen af manglende kontinuerlig røgrørsrensning .......................................................................................... 43 Sammenligning med kraftvarmeværket i Maniitsoq.......................................................................................................... 44 Nedgangen i overført effekt som årsag af ikke-fungerende sodblæsningssystem ............................................. 45 Merudgift til gasolie ved én måneds drift med tilsodede røgrør ................................................................................. 47 Løsning til optimering af varmetransmissionen i røggasveksleren ........................................................................... 48 Diskussion................................................................................................................................................................................................. 49 Kilder & kildekritik .............................................................................................................................................................................. 51 Konklusion................................................................................................................................................................................................ 52 Perspektivering...................................................................................................................................................................................... 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Forord Som afslutning på maskinmesteruddannelsen på Fredericia Maskinmesterskole er denne rapport udarbejdet som bachelorprojekt af Stefan William Skjold Krog og Jens Kristian Nebel Kristensen. Grundlaget for dette projekt bygger på et 12 ugers praktikforløb hos Grønlands energiforsyning, Nukissiorfiit, i Aasiaat fra januar til april 2015. Rapporten omhandler energioptimering på byens kraftvarmeværk og anvendes til den mundtlige eksamination af begge skribenter d. 19.06 2015. Side 2 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Særlig tak til En særlig tak skal lyde til de personer, som har stået til rådighed med viden og ikke mindst muliggjort vores rejse til Grønland for at bo og arbejde i tre måneder. Følgende personer fra Nukissiorfiit vil vi gerne give en særlig tak for hjælp til udarbejdelsen af denne rapport: Mogens Nielsen - Distriktschef, Nukissiorfiit, Aasiaat Kim Aardestrup - Teknisk konsulent, Nukissiorfiit, Nuuk Timo Schaedla - Teamleder, Nukissiorfiit, Aasiaat Abel Jeremiassen - Formand/værkfører på kraftvarmeværket, Nukissiorfiit, Aasiaat Erik W. Vecht - Elektronikteknikker, Nukissiorfiit Øvrigt drifts- og administrationspersonel fra Nukissiorfiits afdeling i Aasiaat Casper Clausen - Teamleder, Nukissiorfiit, Maniitsoq Der skal ligeledes rettes en tak til vores vejledere fra FMS Klaus Kalmeyer - Faglig vejleder Ulla Jensen - Metode vejleder Side 3 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Indledning Denne rapport omhandler udnyttelsen og optimeringen af det eksisterende varmegenvindingssystem i forbindelse med motorgenerator 7 på kraftvarmeværket i Aasiaat, Grønland. Tiltag til optimeringer, som kan medføre økonomiske besparelser, er relevante da Nukissiorfiit i 2016 har et mål om at være uafhængig af den økonomiske statsstøtte som tildeles virksomheden hvert år. På kraftvarmeværket bruges energien fra den indfyrede brændsel ikke blot til el-produktionen i værkets dieselgeneratorer, men også til opvarmning af fjernvarmevand igennem varmegenvindingssystemer. Det resterende varmebehov i byens fjernvarmenet dækkes af det der kaldes Varmeværk 1, hvor der anvendes gasoliefyrede kedler til opvarmning af fjernvarmevandet. Under praktikforløbet ved Nukissiorfiit i Aasiaat blev det observeret, at temperaturen på den røggas der ledtes ud i skorstenen fra motorgeneratorerne var meget høj. På baggrund af denne observation opstod formodningen om at systemet der overfører restvarme fra dieselgeneratorernes el-produktion ikke blev udnyttet til fulde. Den konkrete problemstilling med at udlede røggas ved høje temperaturer, er at denne røggas stadig indeholder en stor mængde varmeenergi, som ikke er blevet udnyttet. Formålet med denne rapport er derfor at undersøge årsagen til de høje røggastemperaturer, samt vurdere hvorvidt udnyttelse af røggassens varmeenergi igennem varmegenvindingssystemernes røggasvekslere kan optimeres, således at gasolieforbruget på Varmeværk 1 kan reduceres. Årsagen til de høje røggastemperaturer forventes, at være opstået som følge af ophobninger af sod, som reducerer vekslernes evne til at overføre varmenergi fra røggas til fjernvarmevand i røggasvekslernes røgrør. Det forventes ligeledes at denne ophobning af sod kan reduceres ved hjælp af kontinuerlig røgrørsrensning i form af sodblæsningsventiler. Dette vil medføre en forøget varmetransmission i røggasvekslerne som vil nedbringe behovet for drift af kedlerne på Varmeværk 1. For at konkludere om de høje røggastemperaturer er opstået som følge af ophobninger af sod, er temperaturene på røggassen og fjernvarmevandet indhentet fra kraftvarmeværkets SRO-system, hvorefter udviklingen af disse er analyseret over en periode fra d. 16.12 2014 til d. 05.02 2015. Temperaturerne er sammenholdt med flowet af fjernvarmevand igennem varmegenvindingssystemet for motorgenerator 7 for at illustrere udviklingen af den producerede varmeeffekt fra dette system. Der er, for at vurdere om en montering af sodblæsningsventiler på røggasveksleren har en gavnlig effekt på ophobningen af sod, fortaget en sammenligning med et andet af Nukissiorfiits kraftvarmeværker som benytter sig af denne form for kontinuerlig røgrørsrensning. Afslutningsvis er der i denne rapport udarbejdet et estimat over den økonomiske merudgift, til gasolie på Varmeværk 1, som er udregnet ud fra den reducerede effektoverførsel, der opstår som følge af sodbelægninger og de omkostninger som er forbundet med varmeproduktionen på Varmeværk 1. Kraftvarmeværket består af tre motorgeneratorsæt med hver deres varmegenvindingssystem, men grundet manglende muligheder for indhentning af driftsdata på værkets varmeproduktion som helhed, er denne rapport afgrænset til udelukkende at omhandle varmegenvindingssystemet for motorgenerator 7. Side 4 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Afgrænsning Nukissiorfiit producerer og distribuerer energi til forbrugerne i Aasiaat, hvor der ca. bor 3500 mennesker. Forbrugerne forsynes med energi fra et kraftvarmeværk, et reserveelværk samt to separate varmeværker. Energiforsyningen er opdelt i el-produktion og varmeproduktion og Nukissiorfiit forsyner langt den største del af byens fjernvarmeforbrugere og industri med både el og varme. Den resterende del af byens fjernvarmeforbrugere forsynes af byens affaldsforbrænding som ikke er en del af Nukissiorfiit. Fjernvarmedistributionen er delt i to uafhængige fjernvarmenet, hvoraf det ene forsynes af kraftvarmeværket og et varmeværk, herefter benævnt KVV og VV1. En mindre del af byen forsynes fra det der kaldes Varmeværk Øst som ingen tilknytning har til VV1 og KVV nettet. Før KVV blev opført blev byens elforbrug dækket alene fra det der i dag bliver kaldt Reserveelværket. Reserveelværket består af 4 dieselgeneratorsæt, men indgår ikke i den daglige produktion og bruges kun som nødforsyning i tilfælde af nedbrud på KVV. På KVV produceres el-effekten af tre dieselgeneratoranlæg, benævnt MG5, MG6 og MG7. MG5 er en 2146 kW dieselgenerator fra 1991, MG6 er en 1935 kW dieselgenerator fra 2006 og MG7 er en 1935 kW dieselgenerator fra 2011. For at udnytte brændstoffet bedst muligt er dieselgeneratoranlæggene forsynet med varmegenvindingssystemer, som blandt andet omfatter røggasvekslere for hver enkelt dieselgenerator til opvarmning af fjernvarmevand. VV1 består af to kedler på 930 kW og en på 465 kW. Ydermere er der placeret en ekstra kedel, benævnt AVC, i en container ved siden af VV1 som også er tilkoblet fjernvarmenettet. Ifølge Nukissiorfiits driftsrapporter var den samlede el-produktion for KVV i 2014 på 13.979 MWh, samt en produceret varmeenergi i varmegenvindingssystemerne på 7101 MWh. Herudover producerede VV1 6.541 MWh varmeenergi til fjernvarmenettet. Denne rapport beskæftiger sig udelukkende med varmeproduktionen på KVV og VV1. Da Varmeværk Øst og affaldsforbrændingen forsyner separate fjernvarmenet i byen, har disses varmeproduktion ingen indflydelse på KVV og VV1 og indgår derfor ikke yderligere i denne rapport. I og med at reserveelværket kun benyttes som backup i tilfælde af udfald på KVV, har dette ingen betydning for varmeproduktionen på KVV eller VV1 og indgår derfor heller ikke videre i rapporten. Da denne rapport beskæftiger sig med optimering af varmegenvindingssystemerne på KVV, vil selve VV1’s virkemåde og drift, herunder den tilkoblede AVC, ikke blive nærmere beskrevet. Årsagerne til den yderligere afgrænsning til kun at beskæftige sig med varmegenvindingssystemet for motorgenerator 7, MG7, fremgår af bilag 1 ”Årsagerne til den yderligere afgrænsning”. En forudsætning for produktet af denne rapport er at VV1 udelukkende fungerer som supplerende varmeproducent til fjernvarmenettet, og at forbrugerne i nettet kan aftage den af KVV’s varmegenvinding producerede varmeenergi. Denne forudsætning er fortaget på baggrund af at de to værker forsyner det samme fjernvarmenet og at dieselgeneratoranlæggene på KVV altid er i drift, da disse producerer strøm til byen. VV1 skal derfor kun producere varme i tilfælde af at aftaget i byen overstiger den producerede varmeenergi på KVV. Side 5 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Problemstilling Grundlaget for denne rapport blev dannet ud fra observationer som blev fortaget i starten af det 12 ugers praktik forløb hos Nukissiorfiit. Ved at betragte røggassernes differenstemperatur over røggasvekslerne på KVV, blev det konstateret at vekslerne ikke umiddelbart blev udnyttet tilstrækkeligt til restvarmeproduktionen. Røggastemperaturen efter røggasvekslerne, var i SROsystemet angivet til omkring 240 °C hvilket ansås for at være relativt højt i forhold til, hvad der måtte forventes. På KVV blev det ligeledes observeret er der ikke er planlagt vedligehold af røggasvekslerne. Røgrørene i vekslerne renses kun i tilfælde af at der er tid og såfremt at en motorgenerator står stille, så den tilhørende røggasveksler derved ikke bliver brugt. Disse observationer gav anledning til en undersøgelse af, hvorvidt røggasvekslerne på KVV bliver udnyttet optimalt, og om det er sodbelægninger i vekslerens røgrør som er årsag til den høje røggastemperatur. Problemet med en dårlig udnyttelse af kraftvarmeværkets røggasvekslere er at VV1, som leverer varme til samme fjernvarmenet som KVV, skal producere en tilsvarende større effekt. Omkostningerne til varmeproduktionen på VV1 består hovedsageligt i udgifterne til gasolie, som bruges til fyrring i værkets tre kedler. Dette betyder at såfremt varmeproduktionen på KVV forøges ved optimering af effektoverførelsen i røggasvekslerne, vil det være muligt at reducere produktionen af varme på VV1. Problemformulering Rapporten begrænser sig til udelukkende at beskæftige sig med en mere dybdegående analyse af varmegenvindingssystemet for MG7. Systemet for denne motorgenerator er det eneste af de tre systemer hvor omdrejningstallet på systemets produktionspumpe gemmes i SRO-systemets logfunktion. Derudover har dette system ud fra driftsrapporterne, haft en relativ stabil drift i løbet af december og januar. Den endelige problemformulering lyder grundet disse omstændigheder som følger. Projektet vil undersøge, hvorvidt Nukissiorfiit kan reducere udgifterne til varmeproduktion på Varmeværk 1 ved at optimere effektoverførelsen i den til motorgenerator 7 tilhørende røggasveksler. Side 6 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Metode Til at skabe overblik over kraftvarmeværkets varmegenvinding og varmeproduktion er der konstrueret en samlet anlægstegning over KVV. Dette er gjort ud fra observationer sammenholdt med de eksisterende anlægstegninger, som findes for motorgeneratorerne 5, 6 og 7. For at belyse en udvikling i varmeproduktionen over en given periode er den producerede fjernvarmeeffekt fra KVV sammenlignet med det samlede brændstofforbrug. Data til dette er indhentet fra driftsrapporter, som udarbejdes en gang i måneden af driftspersonalet, samt visninger i SROsystemet. Til yderligere forståelse af varmegenvindingssystemet på MG7 er der udarbejdet en redegørelse for dette systems opbygning samt virkemåde, og der er indhentet driftsdata fra SRO-systemets logfunktion over en valgt periode mellem to manuelle rensninger af røggasveksleren. Herefter er den udvikling der sker i røggastemperaturer, motorbelastning, retur- og fremløbstemperatur samt flow af fjernvarmevand analyseret for at vurdere, hvorvidt den ringe udnyttelse af røggasveksleren skyldes en ophobning af sod i vekslerens røgrør. Til vurdering af flowet igennem varmegenvindingssystemet er der anvendt fire forskellige metoder, da dette flow ikke direkte fremgår af SRO-systemet. Disse metoder omfatter, bestemmelse af flow ud fra observationer af differenstryk og effektoptag sammenlignet med pumpekarakteristikker ved forskellige pumpehastigheder, samt direkte målinger med clamp-on flowmåler. Disse observationer og målinger blev fortaget ved forsøg, hvor hastigheden på pumpen blev styret manuelt igennem den tilhørende frekvensomformer. Til beregning af den overførte effekt i varmegenvindingssystemet er der anvendt resultater fra ovenstående målinger samt indhentet driftsdata fra SRO-systemets log-funktion. For at vurdere om løsningen med sodblæsning under drift kan nedbringe det ophobende sodlag, er driften af røggasveksleren som tilhører MG7 i Aasiaat, sammenlignet med et tilsvarende anlæg på Grønland. Anlægget der her sammenlignes med har monteret kontinuerlig sodrensning i form af trykluftsventiler. Den økonomiske besparelse som kan opnås ved kontinuerlig sodrensning, er beregnet ud fra et estimeret effekttab i røggasveksleren som skyldes det ophobende sodlag og udgifterne til varmeproduktion på VV1. Der er i denne rapport gjort brug af udtalelser fra driftspersonalet i Aasiaat, til forklaring af problemstillinger der ikke umiddelbart kunne findes svar på i det tilrådehavende materiale. Anlægstegninger Til at lette forståelsen igennem denne rapport er der udarbejdet forsimplede anlægstegninger. Disse er vedlagt således de nemt og hurtigt kan foldes ud, hvorved læseren kan følge med på anlægstegningerne imens et afsnit læses. Anlægstegningerne er placeret bagerst i rapporten og er nummeret fra 1 til 4. Der vil løbende igennem rapporten henvises til disse tegninger. Foruden anlægstegninger, er der her også placeret en pumpekarakteristik som ligeledes kan foldes ud, denne er mærket nr. 5. Side 7 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Redegørelse af varmeproduktionen på KVV Opbygning Dette afsnit beskriver den overordnede opbygningen af varmegenvindingssystemerne på KVV og har til formål at give et overblik over, hvordan fjernvarmevandet får tilført energi på sin vej igennem KVV. En oversigt over KVV kan ses på anlægstegning nr. 1 ”Forsimplet anlægstegning over kraftvarmeværket”, som er lavet ud fra observationer på KVV, hvor det har været nødvendigt at gennemgå føringerne af fjernvarmerør, da Nukissiorfiit ikke ligger inde med en samlet anlægstegning. KVV består som tidligere beskrevet af tre dieselgeneratoranlæg med hvert deres varmegenvindingssystem. Varmegenvindingssystemerne er parallelt koblet og har alle tre tilgang fra byens returledning og afgang til byens fremløbsledning. Dieselgeneratoranlæggene er som tidligere nævnt installeret med flere års mellemrum, hvor det har været forskelige ingeniørfirmaer som har stået for design og virkemåde. Dette har medvirket til at systemerne ikke er opbygget ens med de samme komponenter og muligheder for regulering af driften. Overordnet set er der fra fjernvarmenettets returledning lagt et rør ind til KVV, hvor værkets samlede flow af fjernvarmevand registreres af en flowmåler. Der er på dette returrør også placeret to parallelle filtre som har til formål at fjerne urenheder i vandet inden det når varmegenvindingssystemerne. Efter varmegenvindingssystemerne føres fjernvarmevandet ud på et samlet fremløbsrør til fjernvarmenettet. Temperaturen på vandet måles før og efter varmegenvindingssystemerne i det samlede returrør og det samlede fremløbsrør. Disse temperaturer er forbundet med flowmåleren og den samlede producerede varmeeffekt angives ud fra disse parametre af en energimåler. Dette er den eneste energimåler i varmegenvindingssystemerne på KVV. MG5 Varmegenvindingssystemet for MG5 består af en HT-veksler, som overfører varmeeffekt fra motorens cylinderkøling til fjernvarmevandet. Efter denne veksler er systemets produktionspumpe placeret. Denne pumper fjernvarmevandet igennem en røggasveksler hvor der overføres varmeeffekt fra motorens udstødningsgas til vandet. Fjernvarmevandet ledes derefter ud på værkets samlede fremløbsrør. MG6 I varmegenvindingssystemet for MG6 er produktionspumpen placeret først i systemet. Denne pumper først fjernvarmevandet igennem en smøreoliekøler som overfører varmeffekt fra motorens smøreolie til fjernvarmevandet. Herefter ledes fjernvarmevandet igennem en HT-veksler med cylinderkølevand som det varme medie, og til sidst en røggasveksler, hvorefter det tilgår det samlede fremløbsrør. MG7 Tilgangen af fjernvarmevand til varmegenvindingssystemet for MG7 udgår fra samme rør som produktionspumpen for MG6 er monteret på. Herefter pumpes vandet af en produktionspumpe, igennem en HT-veksler som i de to andre systemer overfører varmeeffekt fra motorens højtemperaturskølevand til fjernvarmevandet. Efterfølgende ledes vandet, som i de to andre systemer, igennem en røggasveksler og videre ud på det samme fremløbsrør som systemet for MG6. Side 8 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 De tre varmegenvindingssystemer styres individuelt af hver sin PLC-styring, som er tilsluttet et SROsystem. I SRO-systemet kan driftspersonalet holde øje med driften og tildeles se tilbage på driften i systemets log-funktion. Dette uddybes senere i afsnittet ”Undersøgelse af driftsdata tilhørende varmegenvindingssystemet på MG7”. Mængden af gennemstrømmet fjernvarmevand i hvert system reguleres af produktionspumperne ud fra temperaturen på fremløbet efter hver røggasveksler. De tre individuelle PLC-styringer er ikke koblet sammen og systemerne er derfor uafhængige af hinanden. Yderligere forklaringer af varmegenvindingssystemerne for MG5 og MG6 indgår ikke videre i denne rapport. Side 9 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Redegørelse af varmegenvindingssystemet for MG7 Dele af den energi, der findes i gasolien som tilføres motorgenerator 7, vil under forbrændingen blive omsat til varme og derefter bortledt fra motoren med blandt andet kølevandet og røggassen. Det er her muligt, ved hjælp af varmevekslere, at overføre noget af den varmeenergi disse to medier indeholder til fjernvarmenettet. Der er udarbejdet en redegørelse for opbygningen, reguleringen og den tilgængelige data for anlægget for senere at kunne analysere de eksisterende driftsforhold. Redegørelsen af varmegenvindingssystemet bygger på baggrund af teknisk dokumentation som er indhentet fra Ingeniørfirmaet P.A. Pedersen der har opført anlægget, data fra producenterne af de forskellige anlægskomponenter samt egne observationer og målinger. Disse målinger og observationer er fortaget i løbet af vores 12 ugers praktikophold ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland. Det har dog været nødvendigt at udarbejde nye anlægstegninger, der giver et bedre overblik og som kun indeholder de komponenter der har relevans for denne rapport. De originale anlægstegninger fremgår af bilag 3 ”Originale anlægstegninger”. Anlægsbeskrivelse For at overskueliggøre varmegenvindingssystemet og dets komponenter er beskrivelsen heraf opdelt i to overordnede dele, en fjernvarmevandsdel og en røggasdel. Hver del beskriver henholdsvis fjernvarmevandets og røggassens vej igennem de forskellige anlægskomponenter, samt hvilken indflydelse disse har på de to mediers energiniveau. Der kan ses en illustration over varmegenvindingssystemet på anlægstegning nr. 2 ”Forsimplet anlægstegning over fjernvarmevandskredsen for MG7” Fjernvarmevandsdel Produktionspumpen(PU-RV-702) har til opgave at pumpe vand fra byens returvandsledning ind gennem de forskellige anlægskomponenter der sidder i forbindelse med MG7. Pumpen, der er en multistage centrifugalpumpe af mærket Grundfos, får dens fjernvarmevand fra en flangetilslutning der sidder som afgrening på den fjernvarmerørledning der også tilgår produktionspumpe 6. Produktionspumpen reguleres efter temperaturtransmitter TT-RV-710 og hastigheden hvormed pumpen drives afhænger dermed af temperaturen på fjernvarmevandet efter røggasveksleren. Setpunktstemperaturen som pumpen vil forsøge at overholde, fastsættes af en såkaldt vejrkompenseringsenhed der alt afhængig af udendørstemperatur kan antage en værdi imellem 80 og 100°C1. Mængden af fjernvarmevand som pumpen skal levere, afhænger dermed af hvor megen effekt der overføres i restvarmesystemet da en ændring i denne effektoverførsel vil påvirke temperaturen på fjernvarmevandet efter røggasveksleren. Efter produktionspumpen, pumpes vandet igennem en HT-varmeveksler. HT-vandet, der løber på vekslerens ene side, er motorens højtemperaturskølevand og vil under normal drift have en højere temperatur end fjernvarmevandet. Der kan i denne veksler således tilføres varmeenergi til fjernvarmvandet, en varmeenergi som ellers ville være gået tabt i motorens søvandsveksler. 1 Bilag 3 - Motorgenerator 7, Restvarmediagram nr. 288-760B Side 10 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Til opretholdelse af temperaturen i motorgeneratoren og dens tilhørende restvarmeanlæg når motoren ikke er i drift, er der monteret et stilstandsvarmesystem. Dette system gør det muligt for fjernvarmevandet at løbe udenom produktionspumpen og i stedet blive ledt igennem en motorventil. Herved kan den mængde fjernvarmevand der løber igennem anlægskomponenterne, når MG7 ikke er i drift, kontrolleres. Røgrørene i røggasveksleren og HT-kølevandet der cirkulerer i MG7 holdes da varmt af fjernvarmevandet der løber igennem disse komponenter. Således kan MG7 hurtigt startes op hvis der skulle være behov for det. Fjernvarmevandet vil efter HT-veksleren løbe ind i røggasveksleren, hvor det entrerer i bunden og løber ud i toppen. Efter udløbet i toppen af veksleren recirkuleres en delmængde gennem en shuntpumpe der drives kontinuerligt ved nominelt omdrejningstal. Dette flow er indreguleret med en balanceringsventil som vil sikre at massestrømmen af vand er konstant uanset, hvad differenstrykket er over denne. Således kan det sikres at temperaturen på vandet ved indløb til veksleren ikke er for lav set i forhold til temperaturen ved udløb af veksleren og de materialespændinger der måtte opstå som følge af temperaturforskelle minimeres. For at opretholde den ønskede temperatur i maskinsalen er denne udstyret med et ventilationsvarmesystem, hvor der cirkuleres en delstrøm af fjernvarmevand igennem en varmeveksler, hvorved indblæsningsluften opvarmes. Denne delstrøm udtages umiddelbart inden fjernvarmevandets afgang til byens fremløbsrør og ledes igennem varmeveksleren for ventilationsluft og ind på fjernvarmesystemet lige inden produktionspumpen. Ventilationsvarmesystemet vil der i den resterende del af rapporten blive set bort fra, da dette ikke har nogen betydning for varmeproduktionen eller driftskonditioner i det resterende anlæg. Når fjernvarmevandet har passeret røggasveksleren ledes det ud på fjernvarmenettets fælles fremløbsledning, hvor vand fra MG5 og MG6 også tilgår. Side 11 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Røggasdel Når MG7 er i drift vil den afgive en given mængde udstødsgas ved en given temperatur, og dermed også en effekt der afhænger af størrelsen på disse. Denne røggas ledes igennem røggasveksleren, hvorved noget af den varmeeffekt udstødsgassen indeholder afgives til fjernvarmevandet. Herved kan en del af den energi der ellers ville blive ledt ud af skorstenen udnyttes til opvarmning. Den energi røggassen indeholder, er fremkommet ved afbrænding af gasolie i MG7, og da denne kører kontinuerligt for at levere strøm til byen er det vigtigt at udnytte så meget af den energi, der under alle omstændigheder tilføres motoren for at opretholde el-produktionen, bedst muligt. Røggasveksleren er en lodretstående røgrørsveksler af mærket Danstoker med en mærkeeffekt på 855kW2. Den er opbygget som en dobbelt enhed med to rørtræk hvor den varme røggas føres fra motoren og ind i den øverste del af første rørtræk. Herefter strømmer røgen ned igennem det første træk i veksleren, og vender i bunden op igennem rørtræk nummer to, hvorefter det forlader veksleren og ledes til skorstenen. Inden i veksleren findes en mængde fjernvarmevand som røgrørene er ført tværs igennem, og disse vil derfor lede varmen fra røggassen ud i fjernvarmevandet ved konvektion. Illustration af røggasvekslerens opbygning Røggasveksleren er udstyret med spjæld i både top og bund således at det er muligt at by-passe udstødsgassen udenom røgrørene i veksleren hvormed røggassen ikke afgiver varme til fjernvarmevandet og derved ikke afkøles. Ved by-pass vil topspjældet åbne fuldt op medens bundspjældet vil lukkes helt, således vil røgen fortsætte hen over røgrørene, og ud i skorstenen, frem for at blive ledt igennem dem. Dette er nødvendigt ved opstart af motoren da man vil sikre at temperaturen i skorstenen hurtigst muligt stiger for derved at nedsætte risikoen for tæringer forårsaget af svovlsyredannelser. Disse spjæld fungerer også som en sikkerhedsforanstaltning imod overbelastning af veksleren, da de i tilfælde af for høj temperatur på fjernvarmevandet vil indstille sig således at røggassen ledes udenom røgrørene. Dette kan være nødvendigt i særligt varme perioder hvor aftaget af fjernvarme i byen ikke er tilstrækkeligt til at sikre en tilfredsstillende afkøling af fjernvarmevandet. 2 Bilag 4 - Mærkeplade DANSTOKER røggasveksler Side 12 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Kontinuerlig sodrensning Der er på røggasveksleren monteret et sodblæsningssystem fra Aerovit, som har til hensigt at reducere ophobningen af sod på indersiden af røgrørene. Sodblæsningen sker igennem en række membranventiler der er monteret i vekslerens topdæksler, som efter en forudbestemt cyklus blæser luft ned gennem røgrørene ved tryk på 8-10 bar. Denne pludselige forøgelse af luftmængden i veksleren vil generere en kraftig trykbølge der vil få noget af soden til at falde af, hvorefter en del af soden transporteres med udstødningsgassen ud gennem skorstenen medens andet vil falde til bunds i veksleren. Denne sodblæsning finder sted kontinuerligt hvorved tidsintervallerne mellem de manuelle rensninger af veksleren kan forlænges. Hvis den manuelle rensning af veksleren er skemalagt i faste intervaller vil sodblæsningen være med til at sikre en forbedret effektoverførsel i driftsperioder, da opbygningen af sodlaget hæmmes. Dette sodblæsningssystem er dog ikke i drift på nuværende tidspunkt, årsagen til dette samt uddybende forklaring omkring dette system vil fremgå senere i rapporten. Uoverensstemmelser mellem anlægstegninger og faktiske forhold Til grund for denne redegørelse af anlægget tilhørende MG7, er der blandt andet gjort brug af de originale anlægstegninger fra Ingeniørfirmaet P.A. Pedersen 3, som er firmaet bag opførelsen af MG7 og varmegenvindingssystemet hertil. Vi har dog i løbet af vores praktikperiode fundet flere uoverensstemmelser imellem hvordan anlægskomponenterne reguleres i virkeligheden og hvordan de fremgår reguleret af anlægstegningerne. Det vil derfor i det efterfølgende blive beskrevet hvilke konkrete fejl vi har fundet i anlægstegningerne som omfatter den del af anlægget rapporten omhandler. Redegørelsen af varmegenvindingssystemet er baseret på de faktiske forhold og stemmer derfor overens med de anlægstegninger vi selv har tegnet. I de efterfølgende beskrivelser af fejl vil der først være henvist til de originale anlægstegninger, hvor en rød markering indikerer hvilken regulering der er tale om. 3 Bilag 3 - Originale anlægstegninger Side 13 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Reguleringen af produktionspumpe 7 Ud fra den originale anlægstegning bilag 3 - motorgenerator 7, restvarmediagram nr. 288-760B, ses det at produktionspumpen bliver reguleret efter temperaturtransmitter TT-RV-711, der sidder i fjernvarmerøret umiddelbart inden tilslutningen til det samlede fremløbsrør. Denne temperaturtransmitter har dog i lange perioder været ude af drift og kommer, som følge af en løs forbindelse, kun med sporadiske udslag4. Der er derfor blevet taget kontakt til Per Skov Ibsen fra Ingeniørfirmaet P.A. Pedersen, for at få en uddybende forklaring på styringen af produktionspumpen, da en regulering efter denne transmitter ikke vil være mulig, grundet de mange udfald. Pers udsagn fremgår, af uddraget fra en mailkorrespondance på bilag 6 med rød skrift. Per Ibsen, bekræfter at der i dette tilfælde må forlægge en fejl i anlægstegningen da produktionspumpen ikke har været influeret af de sporadiske udfald af denne temperaturtransmitter. Per Ibsen påpeger, udover fejlen, at det mest sandsynlige er at pumpen er reguleret efter en temperaturtransmitter som befinder sig i røret inden shuntpumpen. Det konstateres at pumpen således er styret af temperaturtransmitter TT-RV-710, der sidder lige efter røggasveksleren og ikke af TT-RV-711 som det fremgår af den originale anlægstegning. Regulering af motoriserede by-pass spjæld i røggasveksleren Jævnfør den originale anlægstegning bilag 3 - Forbrændingsluft/udstødsdiagram nr. 288-780B reguleres de to by-pass spjæld efter signal fra temperaturtransmitteren, TT-RV-711, der er lokaliseret i fjernvarmevandrøret umiddelbart inden tilslutningen til det samlede fremløbsrør. Dette er den selvsamme transmitter der blev omtalt i forgående beskrivelse af fejl i reguleringen af produktionspumpen. Denne transmitter er som beskrevet fejlramt og en regulering af by-pass spjældene ud fra denne er derfor ikke sandsynlig. Der er derfor blevet taget kontakt til Lars Otto Kjær tidligere partner ved ingeniørfirmaet P.A. Pedersen for at få en forklaring på, hvordan reguleringen af by-pass spjældene er opbygget. Som det fremgår af mail korrespondensen bekræftes det her af Lars Otto Kjær at der er tale om endnu en fejl i anlægstegningen. Lars’ udsagn fremgår af mailkorrespondancen, på bilag 7 med rød skrift. Jf. Lars, modtager reguleringen til by-pass spjældene derimod signal fra en termostat, TS-RV-710, der er monteret i fjernvarmerøret efter røggasveksleren. En uddybende beskrivelse af denne regulering fremgår senere i rapporten under afsnittet ”By-pass af røggas” side 38. 4 Bilag 5 - Transmitterfejl, TT-RV-711, Rød kurve Side 14 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Tilgængeligt driftsdata for varmgenvindingssystemet I løbet af praktikforløbet blev det observeret at røggastemperaturen efter røggasveksleren var højere end, hvad veksleren er dimensioneret til og højere end hvad der måtte forventes at røggastemperaturen burde være efter en sådan veksler. Observationer viste at temperaturen i perioden fra praktikforløbets start d. 30.01 2015 til motorgeneratoren blev stoppet d. 05.02 2015 lå stabilt omkring 240⁰C. Temperaturen på røggassen før veksleren i samme periode lå stabilt omkring 350⁰C, hvilket medførte en differenstemperatur på røggassen på omkring 110⁰C. Ifølge DANSTOKER5 er røggasveksleren dimensioneret efter en differenstemperatur på omkring 200⁰C. Det var disse observationer som gav anledning til en yderligere undersøgelse af røggasvekslerens udnyttelse af motorgeneratorens udstødsgas. Driftsdata fra SRO-systemet For at analysere driften af røggasveksleren er det nødvendigt at undersøge udviklingen i temperaturer på røggassen og fjernvarmevandet under drift samt massestrømmen af disse to medier. Derfor er SROsystemets log-funktion anvendt til at aflæse data over en periode imellem to manuelle rensninger af røggasveksleren. Nedenstående billede er et udklip fra det skærmbillede som vises i SRO-systemet, hvor temperaturer og pumpehastighed, i varmegenvindingssystemet for MG7, gemmes og vises som kurver. Det fulde skærmbillede er vedlagt på bilag 9 ”SRO skærmbillede MG7 Restvarme”. ”HASTIGHED FRA VLT I PROCENT” angiver omdrejningstallet i procent for produktionspumpen PURV-702 som pumper fjernvarmevandet igennem varmegenvindingssystemet. ”FJVTEMP. AFG. RØGGASVEKSLER” angiver temperaturen på fjernvarmevandet ved afgangen fra røggasveksleren. Temperaturen måles af temperaturtransmitter TT-RV-710. ”FJVTEMP. FREMLØB” angiver temperaturen på fjernvarmevandet i fremløbsrøret. Temperaturen måles af temperaturtransmitter TT-RV-711. Som tidligere beskrevet er denne transmitter defekt og giver kun periodiske signaler. 5 Bilag 8 Datablad for DANSTOKER røggasveksler Side 15 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 ”FJVTEMP. TILG. RØGGASVEKSLER” angiver umiddelbart temperaturen på fjernvarmevandet ved tilgangen til røggasveksleren TT-RV-704. Dette er dog ikke rigtig, da denne visning er opsat til at vise værdien fra temperaturtransmitter TT-RV-703 som sidder ved tilgangen til HT-veksleren. Dette bevirker at temperaturstigningen alene over røggasveksleren ikke kan bestemmes ud fra data i SROsystemets log-funktion, da de to temperaturvisninger vil angive temperaturstigningen over både HTveksler og røggasveksler. ”RØGGASTEMP. FØR RØGGASVEKSLER” angiver temperaturen på røggassen før røggasveksleren og måles af temperaturtransmitter TT-US-701. ”RØGGASTEMP. EFTER RØGGASVEKSLER” angiver temperaturen på røggassen efter røggasveksleren og måles af temperaturtransmitter TT-US-702. Alle temperaturvisningerne på fjernvarmevandet er blevet kontrolleret med infrarødt termometer, og anses derfor som værende retvisende. Temperaturvisningerne på røggassen har ikke været mulige at kontrollere grundet manglende måleudstyr på stedet. Til bestemmelse af MG7’s belastningsgrad er det nødvendigt at anvende de månedlige driftsrapporter, da motorgeneratorens effektvisning i SRO-systemets log-funktion er defekt6. I driftsrapporterne er angivet driftstimer og den månedlige producerede el-effekt. Ud fra ovenstående redegørelse er den driftsdata, som er tilgængelig for varmeproduktionen i varmegenvindingssystemet som tilhører MG7, tilstrækkelig til at beregne den samlede producerede varmeeffekt såfremt flowet af fjernvarmevand omsættes fra procentvisningen til massestrøm. Da temperaturen imellem HT-veksleren og røggasveksleren ikke gemmes i SRO-systemets logfunktion kan effekten fra hver af de to varmeproducenter ikke umiddelbart beregnes. Effekten fra HTveksleren kan på grund af den manglende temperaturvisning heller ikke udregnes ved alene at anskue HT-vekslerens sekundærside altså fjernvarmesiden. Derfor vil det senere i denne rapport undersøges om HT-vekslerens leverede effekt kan beregnes ved at anskue vekslerens primærside, altså motorens HT-kølevandskreds. For at belyse den effekt som afsættes af røggassen igennem røggasveksleren, kunne effekten være udregnet såfremt der fremgik en massestrøm af røggas. Dette er dog ikke tilfældet og ligeledes angives gasolie forbruget for MG7 heller ikke i SRO-systemet. På grund af motorhavari under praktikforløbet var det heller ikke muligt at foretage manuelle aflæsninger af forbruget af gasolie, for herefter at udregne en massestrøm af røggas ud fra luftoverskudskoefficient og gasolieforbrug. 6 Bilag 10 SRO skærmbillede Effektkurve MG7 Side 16 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Valg af periode For at klarlægge hvorvidt den høje røggastemperatur efter røggasveksleren er forårsaget af sodbelægninger i vekslerens røgrør, analyseres den tilgængelige data over en periode hvor MG7 er i drift. Ved at se på en periode der ligger imellem to manuelle rensninger af røggasveksleren, kan den udvikling der måtte finde sted i de forskellige driftsparametre observeres i SRO-systemets logfunktion. Rapporten tager derfor udgangspunkt i perioden fra 16.12 2014 til d. 05.02 2015, da røggasveksleren her er nyligt renset og idriftsat 05.12 2014. Da der er observeret en betydelig forskel i temperaturen på det returvand der løber til varmegenvindingssystemet for MG7, alt efter om denne er i drift sammen med MG5 eller MG6, er der valgt en periode hvor de samme to motorer er i drift. Fra d. 05.12 2014 til d. 16.12 2014, er det skiftevis MG5 og MG6 der er i drift med MG7, hvilket resulterer i skiftende temperaturer på tilgangen til varmegenvindingssystemet for MG7. Fra d. 16.12 2014 til d. 05.02 2015 er det udelukkende MG6, der er i drift sammen med MG7, hvorved at temperaturen på det returvand der tilgår MG7 ligger stabilt. Udtag af data Alt tilgængeligt data i SRO-systemets log-funktion er for den valgte periode udlæst således at der haves en middelværdi for hver enkelt dag. Som det ses på nedenstående skærmbillede, har dette været nødvendigt da der i lange perioder forekommer stående pendlinger i varmegenvindingssystemet og den mest retvisende værdi vil derfor ligge et sted midt imellem bølgetop og bølgedal. Disse data kan efterfølgende bruges til at illustrere den udvikling der har været i fjernvarme- og røggastemperaturer samt massestrøm af fjernvarmevand igennem perioden. Det er også disse data der vil danne grundlag for beregningen af varmegenvindingssystemets producerede effekt da denne ikke kan aflæses i SRO-systemet. Alt udtaget data fra SRO-systemets log-funktion fremgår af bilag 11. Side 17 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Behandling af udtaget data For at anskueliggøre den udvikling der sker i røggasveksleren i takt med stigende antal driftstimer er der ud fra de data der er udlæst i loggen, konstrueret en graf som viser sammenhængen imellem forskellige driftsparametre over tid. Denne graf vises nedenfor. Den blå kurve viser den procentvise hastighed af produktionspumpen. Den grønne kurve viser fjernvarmevandets differenstemperatur over HT-veksler og røggasveksler tilsammen. Den røde kurve viser udviklingen i temperatur på røggassen fra indgang til udgang af veksleren, altså røggassens differenstemperatur over røggasveksleren. Der er for alle tre kurver også indtegnet lineære tendenslinjer. Det ses ud fra den blå kurve at den procentvise hastighed hvormed produktionspumpen drives, falder i løbet af perioden. Denne procentvisning er proportional med den mængde fjernvarmevand der pumpes igennem varmegenvindingssystemet, altså er massestrømmen nedadgående. Da pumpen vil forsøge at opretholde en konstant temperatur på fjernvarmevandet efter røggasveksleren, vil den således nedjustere den vandmængde der gennemstrømmer varmegenvindingssystemet når effektoverførelsen fra røggassen og HT-vandet ikke er tilstrækkelig til at opretholde den ønskede fremløbstemperatur. Som det ses ud fra den grønne kurve, der viser differenstemperaturen på fjernvarmevandet over varmegenvindingssystemet, er der ikke store udsving i løbet af perioden. Dette betyder at stigningen i Side 18 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 fjernvarmevandets temperatur over varmegenvindingssystemet(HT-veksler og røggasveksler) ikke ændrer sig nævneværdigt på trods af den formindskede massestrøm af fjernvarmevand. Dette, sammenholdt med den faldene massestrøm af fjernvarmevand igennem varmegenvindingssystemet, indikerer at der sker en nedgang i den effekt der overføres til fjernvarmevandet. Som det ses på nedenstående graf over røggastemperaturerne, opstår den nedadgående tendens for differenstemperaturen på røggassen som følge af stigende røggastemperaturer ved røggasvekslerens afgang. Den sorte kurve på denne graf viser røggastemperaturen ved tilgangen til røggasveksleren og den orange kurve viser røggastemperaturen efter røggasveksleren. Det konkluderes at temperaturen efter røggasveksleren er stigende igennem perioden fra d. 16.12 2014 til d. 05.02 2015. Da røggassens differenstemperatur over veksleren mindskes som følge af denne stigning, indikerer dette at den afsatte effekt fra røggas til fjernvarmevand ligeledes mindskes i løbet af perioden. Det fald der ses i differenstemperaturen fra periodens start til slutning er udregnet til 61 °C. Dette tal fremkommer da differenstemperaturen på røggassen i periodens start fra d. 16.12 2014 til og med d. 19.12 2014 i gennemsnit var 169 °C og i periodens slutning fra d. 02.02 2015 til og med d. 05.02 2015 var 108 °C. Faldet ses som differensen imellem disse to tal. For at vurdere nedgangen i den effekt der overføres til fjernvarmevandet, konstrueres en graf der viser den samlede producerede fjernvarmeeffekt som overføres i varmegenvindingssystemet for MG7 igennem perioden. For at konstruere en sådan graf er det nødvendigt, at omsætte den hastighed, hvormed produktionspumpen drives og som fremgår i SRO-systemet som VLT hastighed %, til en massestrøm. Side 19 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Omsætning af VLT hastighed til massestrøm af fjernvarmevand Som det fremgår af afsnittet ”Varmeproduktionen på KVV” er der ikke monteret en flowmåler for hvert af de tre varmegenvindingssystemer. Derfor har det været nødvendigt at bestemme flowet igennem varmegenvindingssystemet for MG7 på anden vis, ud fra det procentvise omdrejningstal for produktionspumpen som vises i SRO-systemet. Da det tog syv uger at anskaffe en transportabel flowmåler til Nukissiorfiits afdeling i Aasiaat, besluttede vi i mellemtiden, ved hjælp af andre metoder, at finde frem til det område som flowet af fjernvarmevand vil ligge indenfor ved forskellige hastigheder. Vi forsøgte med forskellige metoder til bestemmelse af flowet, hvor resultaterne fra disse er indtegnet på en pumpekarakteristik for denne pumpetype. Pumpekarakteristikken som fremgår bagerst i rapporten er mærket nr. 5, og kan med fordel foldes ud under læsningen af efterfølgende afsnit. Side 20 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Metode 1 - Differenstrykket over pumpen Flowet som pumpen leverer, vil være afhængig af løbehjulets omdrejningstal samt differenstrykket over pumpen. Det er derfor ud fra den tilhørende pumpekurve muligt at bestemme massestrømmen igennem pumpen såfremt disse to parametre kendes. Da der ikke er monteret manometre direkte på begge sider af pumpen, er denne metode dog behæftet med en vis usikkerhed. Til at bestemme trykket på pumpens trykside anvendes manometeret PI-RV-703. Manometeret sidder efter ca. 2 meter rør samt tre bøjninger og en ventil. Trykket på pumpens tilgangsside bestemmes af manometeret PI-FV-601, som sidder umiddelbart før produktionspumpen i MG6’s varmegenvindingssystem. Begge manometre er indtegnet på anlægstegning nr. 1 ”Forsimplet anlægstegning over kraftvarmeværket”. Placeringen af disse manometre bevirker at den differenstrykmåling som fremkommer ved denne metode vil være mindre end, hvis trykket kunne måles direkte over pumpen, grundet det ekstra tryktab der er i rørledningen mellem de to manometre. Ved manuelt at styre omdrejningstallet på produktionspumpen og observere visningen på de to manometre kunne værdierne noteres og føres ind i pumpekurven, hvor flowet kan aflæses ved det gældende omdrejningstal og differenstryk. De observerede værdier samt aflæste flow ses i nedenstående tabel. På pumpekarakteristikken er driftspunkterne ved denne metode, samt flow, markeret med grøn. Frekvens [Hz] 20 25 30 35 40 PI-RV-703 4,95 5,11 5,43 5,6 5,9 4,4 4,2 4,1 4,0 3,9 Differenstryk [Bar] 0,55 0,91 1.33 1,6 2,0 Aflæst flow [m3/h] 24 30 37 49,9 51 Afgang [Bar] PI-FV-601 Tilgang [Bar] Det flow som fremkommer ved denne metode er, grundet manometrenes placering, højere end det ville være hvis differenstrykmålingen var fortaget på produktionspumpens flangetilslutninger. Det ses ydermere på pumpekarakteristikken at disse punkter ligger uden for det driftsområde, som pumpen er konstrueret til. Det var ikke muligt at montere nye manometre ved pumpen, da driftspersonalet på KVV var imod dette indgreb i installationen. Side 21 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Metode 2 - Pumpens effekt Den effekt som pumpen optager ved et givent omdrejningstal kan ligeledes bruges som et udtryk for det leverede flow. Ved at anføre pumpemotorens optagede effekt, som vises på frekvensomformerens display ved forskellige pumpehastigheder, på pumpekarakteristikken, kan flowet igennem pumpen bestemmes. De aflæste effekter er indtegnet på effektkurverne for pumpen ved forskelligt omdrejningstal, og ført op til aksen hvor flowet er angivet. De driftspunkter der fremkommer ved denne metode er indtegnet på pumpekarakteristikken, og markeret med rød. I nedenstående tabel er de aflæste effektværdier fra frekvensomformeren, samt det på pumpekarakteristikken aflæste flow, anført. Frekvens [Hz] 20 25 30 35 40 Elmotor effekt 0,26 1,06 1,91 3,08 4,64 2 9 15 21 27,5 PU-RV-702 [kW] Aflæst flow på kurve [m3/h] Det ses at driftspunkterne for denne metode afviger væsentligt fra de driftspunkter der fremkom ved brug af differenstrykket over pumpen(den grønne kurve). Efter dette forsøg var der dog tvivl om, hvorvidt effektvisningen på frekvensomformeren kunne verificeres. Derfor var det nødvendigt at anvende en mere nøjagtig metode til bestemmelse af flowet. Side 22 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Metode 3 - Energimåleren Energimåleren som er monteret i forbindelse med flowmåleren på det samlede returrør der indløber til KVV kan som nævnt tidligere7 vise en øjebliksværdi af flowet. Visningen på energimåleren viser dog det samlede flow til hele KVV og ikke kun til varmegenvindingssystemet for MG7. På det tidspunkt hvor dette forsøg blev fortaget var det alene MG5 som var i drift, hvilket betyder at den ændring som blev observeret i flowvisningen på energimåleren ville være forsaget af MG7’s produktionspumpe såfremt denne pumpe blev startet. Stigningen i flowvisningen var altså et udtryk for den mængde som MG7’s produktionspumpe leverede ved forskellige hastigheder. Ændringen i flowvisningen som blev observeret er angivet i nedenstående tabel. Frekvens [Hz] 20 25 30 35 40 Aflæst ændring af flow på energimåler [m3/h] 0 18,15 24,95 31,45 31,45 Det ses ud fra denne tabel at det viste flow på energimåleren ligger imellem flowet som blev bestemt ud fra de to førnævnte metoder. Ligeledes ses det at flowmåleren som er fastmonteret på returrøret og som er forbundet med energimåleren har en øvre målegrænse. Denne grænse blev observeret til 72,03𝑚 3 /ℎ, hvilket forårsagede den stagnation som optræder i måleresultaterne fra 35 til 40Hz. Ud fra denne betragtning blev det konstateret, at det for at få en mere nøjagtig værdi af flowet ved de højere hastighedstrin, var nødvendigt at montere en transportabel flowmåler på tilgangen til MG7’s produktionspumpe. 7 Bilag 1 ”Årsagerne til den yderligere afgrænsning” Side 23 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Metode 4 - Clamp-on flowmåler Flowmåleren som blev brugt er af typen TDS-100H og anvender ultralyd til bestemmelse af flowet. Måleren blev placeret på returrøret før produktionspumpen, under gulvet i maskinhallen hvor rørisoleringen blev fjernet på målestedet, så måleren kunne monteres direkte på røret. Transportabel flowmåler monteret på rørledning før produktionspumpen Der er i nedenstående tabel anført de målte værdier som flowmåleren viste under forsøget med denne metode, og disse driftspunkter er indsat med blå på pumpekarakteristikken. Frekvens [Hz] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Målt flow [m3/h] 2,7 7 13,1 14,2 15,7 16,9 18,5 20,3 21,3 Frekvens [Hz] 29 30 31 32 33 34 35 36 37 Målt flow 22,6 23,7 25,6 26,5 27,9 29,1 30,5 31,6 33,0 38 39 40 33,9 35,1 36,2 [m3/h] Frekvens [Hz] Målt flow [m3/h] Det ses at ovenstående målinger er tæt på sammenfaldende med visningen på energimåleren, indtil denne når sin øvre målegrænse, og anses pga. dette for at være retvisende. Side 24 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Som det fremgår af pumpekarakteristikken er driftspunkterne ikke sammenfaldene med resultaterne som forekommer ved at bruge effektvisningen fra frekvensomformerens display. Det konkluderes derfor at effektvisningen på frekvensomformeren ikke er retvisende. Værdierne i det ovenstående skema er overført til en graf som er vist nedenfor. Det ses tydeligt at der er en lineær sammenhæng imellem flow og omdrejningstal, og der opstilles derfor en ligning til at beskrive sammenhængen mellem disse to værdier. Ud fra kurven i afsnittet ”Behandling af data” side 17, ses det at middelhastigheden på pumpen i løbet af perioden ligger i området mellem 44 % og 60 %. Ligningen er derfor opstillet for værdierne mellem 44 % og 60 % svarende til henholdsvis 22Hz og 30Hz. 𝑎= 𝑑𝑦 Δ𝑓𝑙𝑜𝑤 𝑖 𝑚 3 /ℎ 23,7 − 13,1 = = = 0,6625 𝑑𝑥 Δℎ𝑎𝑠𝑡𝑖𝑔ℎ𝑒𝑑 𝑖 % 60 − 44 𝑏 = 𝑦1 − 𝑎 · 𝑥1 = 13,1 − 0,6625 · 44 ≈ −16,05 𝑓𝑙𝑜𝑤 𝑖 𝑚 3 /ℎ = 0,6625 · ℎ𝑎𝑠𝑡𝑖𝑔ℎ𝑒𝑑 𝑖 % − 16,05 Denne ligning er lavet så der nemt og hurtigt kan udregnes et flow som passer til de middelværdier af hastigheden som er observeret i perioden. Omsætningen fra den procentvise hastighed i løbet af perioden til flow og massestrøm fremgår af værdierne på bilag 12. Massestrømmen kan herefter bruges til beregning af den producerede varmeeffekt i varmegenvindingssystemet for MG7. Side 25 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Varmegenvindingssystemets effekt Den effekt der overføres til fjernvarmevandet i varmegenvindingssystemet for MG7, kan beskrives ud fra følgende formel. 𝑃𝐹𝐽𝑉 𝑜𝑣𝑒𝑟𝑓ø𝑟𝑡 = 𝑚𝐹𝐽𝑉 · 𝑐𝑣𝑎𝑛𝑑 · Δt 𝐹𝐽𝑉−𝑣𝑎𝑛𝑑 Massestrømmen af fjernvarmevand, 𝑚𝐹𝐽𝑉 , fremgår af tabellen som ses på bilag 12, hvor VLT hastigheden er omsat til massestrøm. Da den præcise værdi af varmefylden på fjernvarmevandet ikke vurderes at være af afgørende 𝑘𝐽 betydning for effektberegningen i denne rapport, er varmefylden, 𝑐𝑣𝑎𝑛𝑑 , valgt til 4,19 𝑘𝑔·𝑜 𝐶. Differenstemperaturen på fjernvarmevandet fremgår af kurven i afsnittet ”Behandling af data” side 17. Med disse værdier er effekten, som varmegenvindingssystemet har produceret, beregnet for hver dag i perioden fra d. 16.12 2014 til d. 05.02 2015 og indsat i nedestående kurve. Ud fra denne kurve ses det at den effekt der produceres i varmegenvindingssystemet for MG7 samlet set er faldet med omkring 240kW fra periodens start til periodens slutning. Dette betyder at forholdende i varmegenvindingssystemet har ændret sig, hvilket kan være forsaget af en ophobning af sod i røggasvekslerens røgrør. Yderligere behandling af denne kurve fremgår senere i rapporten. Denne kurver viser dog ikke kun røggasvekslerens effekt, men både den producerede effekt fra HTveksleren og røggasveksleren tilsammen. Da temperaturen på fjernvarmevandet mellem HTvekslerens afgang og røggasvekslerens tilgang ikke gemmes i SRO-systemets log-funktion, er det ikke muligt at beregne den leverede effekt alene fra røggasveksleren da differenstemperaturen på fjernvarmevandet over røggasveksleren ikke kendes. Side 26 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Det er derfor i den efterfølgende del af rapporten, forsøgt at bestemme den effekt HT-veksleren bidrager med for senere at kunne fratrække denne fra den samlede producerede effekt i varmgenvindings-systemet for MG7. HT-vekslerens effekt Grundet den manglende temperatur ved afgangen fra HT-veksleren er det heller ikke muligt at beregne den leverede effekt fra denne veksler ved hjælp af differenstemperaturen på fjernvarmevandet. I stedet for, er det forsøgt at bestemme den effekt, som overføres igennem HTveksleren, ved at anskue vekslerens kølevandsside. For at gøre dette er formål, opbygning og regulering af motorgeneratorens HT-kølevandssystem beskrevet i det følgende. HT-kølevandssystemet Kølevandssystemets primære opgave er at køle motorgeneratorens cylindere og ladeluft, og i den forbindelse udnyttes varmeffekten herfra til opvarmning af fjernvarmevandet i HT-veksleren som en del af varmegenvindingssystemet for MG7 Der kan ses en illustration over HT-kølevandskredsen på anlægstegning nr. 3 ”Forsimplet anlægstegning over HT-kølekredsen for MG7” Komponenter Kølevandssystemet består af følgende komponenter Frekvensstyret pumpe, benævnt PU-HW-701 HT-veksler, benævnt FVV-HW-702 Søvandsveksler, benævnt CWHWV-SW-703 Tvungentrukket kølevandspumpe i motoren samt ladeluft- og cylinderkølingen. Trykekspansionsbeholder Stilstandsvarmesystem Virkemåde Under drift pumpes kølevandet igennem systemet af henholdsvis den frekvensstyrede pumpe samt den tvungentrukne kølevandspumpe i motoren. Kølevandet ledes fra motoren igennem HT-veksleren, efterfulgt af søvandsveksleren og herefter tilbage til motoren. I modsætning til HT-veksleren er der i forbindelse med søvandsveksleren monteret en trevejsventil(3V-HW-702) som regulerer mængden af kølevand igennem søvandsveksleren. HTveksleren gennemløbes derimod altid af den fulde mængde kølevand som cirkuleres i systemet grundet den lukkede ventil i forbindelse med denne veksler. Dette er gjort med henblik på at udnytte systemets fulde massestrøm af kølevand i HT-veksleren og kun bruge søvandskøleren som ekstra kølekapacitet. Side 27 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Regulering På den forsimplede tegning er der anført de reguleringslinjer som også fremgår af den originale anlægstegning over motorgeneratorens kølevandssystem fra Ingeniørfirmaet P.A. Pedersen i bilag 3. Beskrivelsen af reguleringen er lavet ud fra denne tegning samt forklaringer fra Per Skov Ibsen fra Ingeniørfirmaet P.A. Pedersen, da Nukissiorfiit’s personale ikke selv har haft kendskab til den nøjagtige regulering. Pers udsagn fremgår, af uddraget fra en mailkorrespondance på bilag 13 med rød skrift. Omdrejningstallet på den frekvensstyrede pumpe reguleres af trykket efter motoren(PT-HW-701). Denne regulering får sit setpunkt fra trykket efter søvandsveksleren(PT-HW-702) og derved holdes samme tryk på kølevandet før og efter motoren. Dette sikrer at trykket er tilstrækkeligt til at kølevandet kan pumpes igennem systemets to vekslere, rør, ventiler osv. I HT-systemet er der to kølevandstemperaturer som indgår i reguleringen af de to trevejsventiler. Den ene er temperaturen ved afgang fra motoren(TE-HW-712), den anden er temperaturen efter HTveksleren(TT-HW-701). Temperaturen efter motoren bestemmer hvor meget kølevand der skal ledes igennem søvandsveksleren ved at indgå som procesværdi for reguleringen af trevejsventilen i forbindelse med søvandsveksleren(3V-HW-702). Setpunktet for denne regulering er angivet til 83 °C i SRO-systemets parameterliste8. Temperaturen efter HT-veksleren reguleres af trevejsventilen på fjernvarmevandet(3V-RV-704). Ved at regulere mængden af fjernvarmevand igennem HT-veksleren, kan kølingen igennem veksleren kontrolleres, så der ikke opstår en underkøling af kølevandet. Setpunktet for denne regulering er angivet til 80°C i SRO-systemets sætpunkter for MG79. Ligeledes skal trevejsventilen sikre at der ikke overføres effekt fra fjernvarmevand til kølevand under drift såfremt temperaturen på fjernvarmevandet er højere end kølevandstemperaturen. Dette gøres ved at sammenligne temperaturen på henholdsvis fjernvarmevandet ved tilgangen til HTveksleren(TT-RV-703) og temperaturen på kølevandet ved afgangen fra HT-veksleren. For at undgå underkøling af kølevandet er der i parameterlisten angivet en minimumstemperatur på 75 °C for kølevandet efter HT-veksleren 10. Såfremt temperaturen på kølevandet kommer under 75 °C lukker trevejsventilen for tilgangen af fjernvarmevand til HT-veksleren 100 % og leder dette udenom veksleren. Bilag 14 MG7 Reguleringsparametre Bilag 15 MG7 Sætpunkter 10 Bilag 15 MG7 Sætpunkter 8 9 Side 28 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Driftsdata fra SRO-systemet Nedenstående billede er et udklip fra det skærmbillede som vises i SRO-systemet, hvor temperaturer og tryk gemmes for HT-kølevandet og vises som kurver. Det fulde skærmbillede fremgår af bilag 16. ”HT-KØLEVANDSTRYK EKS. TRYK” angiver ekspansionstrykket efter søvandsveksleren og måles af tryktransmitter PT-HW-702. ”HT-KØLEVANDSTRYK” angiver kølevandstrykket efter motoren og måles af tryktransmitter PT-HW701. ”TEMP. EFTER RESTVARMEVEKSLER” angiver temperaturen på kølevandet efter HT-veksleren og måles af TT-HW-701. ”TEMP. EFTER SØVANDSVEKSLER” angiver temperaturen på kølevandet efter søvandsveksleren og måles af TT-HW-702. Det ses at det kun er kølevandstrykket før og efter motoren(PT-HW-702 & PT-HW-701) samt temperaturen før og efter søvandsveksleren(TT-HW-701 & TT-HW-702) som vises og gemmes som kurver i SRO-systemet. Dette bevirker at der heller ikke umiddelbart på kølevandssiden af HTveksleren haves en differenstemperatur og massestrøm, som kan benyttes til beregning af den overførte effekt til fjernvarmevandet. Som det fremgår af efterfølgende beskrivelse, blev det ligeledes konstateret, som følge af en kontrolmåling, at temperaturtransmitteren(TT-HW-701) efter HT-veksleren var defekt. Side 29 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Defekt temperaturtransmitter Under en kontrolmåling af temperaturtransmitteren efter HT-veksleren (TT-HW-701) viste det sig, at denne udsendte et forkert signal, i forhold til den faktiske temperatur i følerlommen. Føleren som måler temperaturen er en PT-100 føler med måleinterval mellem -50⁰C og 120⁰C. I SROsystemets opsætning fremgår det, at visningen af temperaturen er programmeret til disse temperaturer, hvilket betyder at et 4 mA signal fra transmitteren giver en visning på -50⁰C og et 20 mA signal giver en visning på 120⁰C. Sammenhængen mellem temperaturen og signalet fra transmitteren følger derfor en lineær funktion som beskrives ud fra nedenstående beregning og illustration, hvor y er udgangssignalet fra transmitteren og x er temperaturen. 𝑦 = 𝑎·𝑥+𝑏 𝑎= Δ𝑦𝑢𝑑𝑔𝑎𝑛𝑔𝑠𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑙 20 − 4 = ≈ 0,094118 Δ𝑥𝑚å𝑙𝑒𝑜𝑚𝑟å𝑑𝑒 120 − −50 𝑏 = 𝑦1 − 𝑎 · 𝑥1 = 4 − 0,094118 · −50 = 8,7059 Under kontrolmålingen blev det observeret at den viste temperatur i SRO-systemet var 69 ⁰C men den målte temperatur i følerlommen var 63 ⁰C. Denne måling blev fortaget med et termometer som blev sænket ned i følerlommen, som det fremgår af billedet på næste side. Side 30 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Kontrolmåling af TT-HW-701 - termometer nedsænket i følerlomme Udgangssignalet som temperaturtransmitteren burde have udsendt ved 63 ⁰C kan bestemmes til 14,6mA igennem nedenstående beregning. 𝑦63°𝐶 = 𝑎 · 63 + 𝑏 = 0,094118 · 63 + 8,7059 ≈ 14,6 𝑚𝐴 Som det fremgår af strømmålingen på udgangssignalet som blev foretaget med et tangamperemeter kunne det konstateres at udgangssignalet ikke stemte overens med denne værdi. Nedenstående billeder viser strømmålingen på udgangssignalet. Måling af udgangssignal fra TT-HW-701 - 15mA Udgangssignalet på 15,16mA resulterede altså i 69⁰C, som blev vist i SRO-systemet. 𝑥15,16 𝑚𝐴 = 𝑦 − 𝑏 15,16 − 8,7059 = ≈ 69 °𝐶 𝑎 0,094118 Side 31 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Dette betyder at den visning, som fremkommer i SRO-systemets log-funktion, af temperaturen efter HT-veksleren (TT-HW-701) ikke kan anses for værende retvisende, da signalet fra temperaturtransmitteren ikke stemmer overens med den faktiske temperatur. Fejlen viste sig dog at være periodisk da temperaturtransmitteren under en ny kontrolmåling, fortaget på ved same metode en anden dag, udsendte det korrekte signal. Usikkerhed Som det fremgår gemmes der, i SRO-systemets log-funktion, ikke data som kan anvendes til bestemmelse af massestrømmen af kølevand igennem HT-veksleren. Ydermere er temperaturtransmitteren efter HT-veksleren (TT-HW-701), hvis temperatur indgår som procesværdi til reguleringen af trevejsventilen (3V-RV-704), periodiskvis defekt, hvilket bevirker at overførelsen af effekt igennem HT-veksleren ikke anses for at være stabil eller korrekt reguleret. Det vurderes derfor at den effekt som overføres til fjernvarmevandet igennem HT-veksleren ikke kan fastlægges til en retvisende værdi igennem perioden som denne rapport belyser. Dette bevirker at denne effekt heller ikke kan fratrækkes den samlede effekt som er vist på kurven i afsnittet ”Varmegenvindingssystemets effekt” side 25, for herefter kun at have den producerede effekt fra røggasveksleren tilbage. Nedgangen som ses i den samlede producerede effekt anses alene for at være forårsaget af en dårligere udnyttelse af røggasveksleren, da HT-veksleren som udgangspunkt burde leverer en større effekt igennem perioden rapporten belyser, grundet den højere motorbelastning. Udregningen af motorbelastningen frem i afsnittet ”Motorbelastning” side 33. Side 32 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Årsager til den faldende effektoverførsel i røggasveksleren De mulige årsager til den udvikling der ses i grafen for effektoverførelsen i varmegenvindingssystemet, side 25, er i det efterfølgende forsøgt overskueliggjort ud fra en betragtning om ændringer i forholdene på henholdsvis vandsiden og røggassiden af veksleren. Røggasvekslerens vandside Kedelsten Overførelsen af effekt fra røggassen til fjernvarmevandet igennem røggasveksleren kan påvirkes af belægninger udvendigt på røgrørene, altså på vekslerens vandside. Disse belægninger kan opstå såfremt vandet har et højt indhold af forskellige salte så som calcium- og magnesiumioner. Koncentrationen af disse ioner vil give sig til udtryk i vandets hårdhed, som ønskes så lav som muligt i fjernvarmeanlæg, da kedelsten hæmmer varmetransmissionen i varmevekslere. Nukissiorfiit foretager løbende vandprøver af fjernvarmevandet i Aasiaat, som sendes til undersøgelse ved Scandinavian Research. Der fortages prøver fra begge varmeværker, og det er derfor kun vandprøven for VV1 som er relevant i forbindelse med denne rapport. Hos Scandinavian research udarbejdes en vandanalyse som indeholder målte værdier og kommentarer. Vandprøven som er taget fra VV1, indeholder samme vand som der pumpes igennem KVV’s varmegenvindingssystemer og derfor foretages der ikke separate vandprøver på KVV. Den seneste vandanalyse som er foretaget d. 25.07 2014 viser at vandets totale hårdhed er 0,8dH og der ingen negative bemærkninger er omkring denne i analysen. 11 Varmetransmissionen på røggasvekslerens vandside vil derfor ikke analyseres yderligere i denne rapport, da årsagen til den nedadgående effekt, vurderes til at skulle findes på røggassiden af veksleren. Røggasvekslerens røggasside Motorbelastning Da elforbruget kan svinge, er det nødvendigt at fastlægge, hvordan belastningen af motorgeneratoren, har set ud i perioden da både temperaturen og mængden af røggas nøje afhænger heraf. Forandringer i motorbelastningen forårsaget af fald eller stigninger i elforbruget vil således have en indflydelse på den varmeenergi der kan overføres i røggasveksleren. Der kan dog ikke konstrueres en graf, som viser hvorledes belastningen af MG7 udvikler sig i perioden, da den producerede el-effekt ikke logges i SRO-systemet. Til at fastslå motorbelastningen i den valgte periode, bruges derfor driftsrapporter der er udfyldt for KVV af dets personale for december 2014 og januar 201512. Ved at bruge de driftsdata der står i disse rapporter kan en gennemsnitlig generatoreffekt for MG7 i henholdsvis december og januar findes. 11 12 Bilag 17 vandanalyse Scandinavian Research Bilag 2 KVV Driftsrapporter side 12-15 Side 33 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Den gennemsnitlige generatoreffekt kan, når den er udregnet, ses i forhold til generatorens nominelle effekt ved 100 % belastning af MG7, hvorved en belastning i procent findes. Generatorens nominelle effekt ved fuldlast er 1879kW13 Til bestemmelse af generatoreffekten skal der i driftsrapporterne for de to måneder bruges værdier for den producerede energi og antal driftstimer for MG7. Gennemsnitlig generatorbelastning for december 2014 𝐷𝑟𝑖𝑓𝑡𝑠𝑡𝑖𝑚𝑒𝑟𝑑𝑒𝑐𝑒𝑚𝑏𝑒𝑟 = 819 𝑡𝑖𝑚𝑒𝑟 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑒𝑟𝑒𝑡 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑑𝑒𝑐𝑒𝑚𝑏𝑒𝑟 = 795150 𝑘𝑊ℎ 𝐺𝑒𝑛𝑛𝑒𝑚𝑠𝑛𝑖𝑡𝑙𝑖𝑔 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡𝑑𝑒𝑐𝑒𝑚𝑏𝑒𝑟 = 795150 ≈ 970,88 𝑘𝑊 819 𝐺𝑒𝑛𝑛𝑒𝑚𝑠𝑛𝑖𝑡𝑙𝑖𝑔 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟𝑏𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔𝑑𝑒𝑐𝑒𝑚𝑏𝑒𝑟 = 970,88 · 100 ≈ 51,7 % 1879 Gennemsnitlig generatorbelastning for januar 2015 𝐷𝑟𝑖𝑓𝑡𝑠𝑡𝑖𝑚𝑒𝑟𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟 = 647 𝑡𝑖𝑚𝑒𝑟 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑒𝑟𝑒𝑡 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟 = 742361 𝑘𝑊ℎ 𝐺𝑒𝑛𝑛𝑒𝑚𝑠𝑛𝑖𝑡𝑙𝑖𝑔 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟 = 742361 ≈ 1147,4 𝑘𝑊 647 𝐺𝑒𝑛𝑛𝑒𝑚𝑠𝑛𝑖𝑡𝑙𝑖𝑔 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟 = 1147,4 · 100 ≈ 61,1 % 1879 Den beregnede generatorbelastning kan uden omregning bruges som udtryk for den gennemsnitlige motorbelastning i de to måneder da disse to er ligefrem proportionale med hinanden. Som det ses på de to beregninger er motorbelastningen i januar måned steget i forhold til december med 9,4 %. 13 Bilag 18, Operating results, MAN Diesel Side 34 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 For at finde ud af hvilken indflydelse denne stigning i motorbelastning vil have for røggasveksleren skal der opstilles et regnestykke der viser ændringen i den effekt, røggassen indeholder. Da der ikke er udført en performance test på MG7 da den blev sat op, findes der ingen målte data for røggasmængde for netop MG7 i Aasiaat. I dette tilfælde bruges derfor den performance test der er lavet af MAN Diesel ved opsætning af en lignende motor i byen Maniitsoq, Grønland. Ud fra denne performance test, som der vises et udklip fra herunder, er det muligt at se hvor mange kg røggas der produceres pr. time ved henholdsvis 50 % og 75 % motorlast. Antages det nu at stigningen i motorbelastning og røggasmængde stiger proportionalt med hinanden, kan der interpoleres imellem værdierne for dermed at finde røggasmængden ved 51,7 % og 61,1 % last, som var den gennemsnitlige motorbelastning for henholdsvis december og januar. 𝑚𝑅𝐺.51,7% = 𝑚𝑅𝐺.61,1% = (51,7 − 50) · (12100 − 8450) 75 − 50 + 8450 = 8698,2 𝑘𝑔 ℎ (61,1 − 50) · (12100 − 8450) 𝑘𝑔 + 8450 = 10070,6 75 − 50 ℎ Den procentvise stigning i massestrøm af røggas som følge af en 9,4 % forøgelse i motorbelastning bliver således: 𝑆𝑡𝑖𝑔𝑛𝑖𝑛𝑔 𝑚𝑅𝐺 % = 10070,6 − 8698,2 · 100 = 15,8% 8698,2 Da mængden af røggas stiger som følge at den øgede belastning, betyder det at den samlede effekt der er til rådighed i røggassen og dermed også i røggasveksleren stiger i perioden. I og med at røggasveksleren gennemstrømmes af en forøget effektmængde burde hastigheden af produktionspumpen ligeledes stige, da denne skal holde temperaturen på fjernvarmevandet efter veksleren konstant. Side 35 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Da hastigheden på pumpen ikke stiger og temperaturen på fjernvarmevandet efter røggasveksleren heller ikke stiger nævneværdigt, på trods af dette, må det betyde at der er sket en reduktion i den effekt som kan overføres i røggasveksleren. Det konstateres at der må foregå en forringelse af varmetransmissionen på røggassiden som følge af sodbelægninger eller en omdirigering af røggassen udenom veksleren via by-pass spjældene i løbet af perioden. Sodbelægninger Der vil i forbindelse med afbrændingen af et hvert brændstof altid være en del uforbrændte partikler som føres med røggassen ud i skorstenen. En del af disse vil sætte sig som belægninger i udstødningssystemet og i særdeleshed i røggasvekslerens røgrør. Her vil de forringe den effekt der kan overføres fra røggassen til fjernvarmevandet da der dannes et sodgrænselag med dårlig varmeledningsevne. Dette grænselag vil blive opbygget over tid og varmetransmissionen i veksleren bliver således dårligere og dårligere. Ophobningen af et sådan sodlag vil medføre, at temperaturen på røggassen efter veksleren gradvist bliver højere og differenstemperaturen over vekslerens røgside bliver derfor mindsket. Den manuelle rensning der blev foretaget efter at MG7 blev stoppet ned, grundet havari i februar måned, viste da også at der havde ophobet sig sod belægninger på indersiden af røgrørene. Nedenfor ses et billede der viser en tydelig ophobning af sod i røgrørene i røggasveksleren. Denne ophobning af sod er opstået i løbet af perioden fra december 2014 til februar 2015, ca. 1680 driftstimer. Røgrør i røggasveksler tilhørende MG7, under rensning, efter 1680 driftstimer Det fremgår tydeligt af dette billede, at der er sket en ophobning af sod i røgrørene over perioden, røggasveksleren har været i drift. Der er en klar forskel i lysningen på de røgrør der lige er blevet renset, som ses nederst i billedet, og de røgrør der endnu ikke er blevet renset. Det er dette sodlag der hæmmer transmissionen af varme mellem røggas og fjernvarmevand. Derudover vil ophobningen af sod skabe et forøget modtryk der ikke er gavnlig for driften af motoren. Modtrykket opstår som følge af den reducerede lysning i røgrørene. Side 36 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Den gennemsnitlige differenstemperatur, som fremgår i afsnittet ”Behandling af data” side 18, på røggassen var, i periodens sidste fire dage, før denne rensning, 108 °C. Det har ikke været muligt at observere virkningen af denne rensning da motorgeneratoren ikke blev opstartet i den resterende del af praktikforløbet, grundet havari. Virkningen af en sådan rensning er derfor undersøgt ud fra driftsdata i SRO-systemet som viser temperaturforskellen før og efter den rensning der blev foretaget før periodens start. Virkningen af manuel rensning november – december 2014 Mistanken om at det er interne sodbelægninger der er skyld i de stigende røggastemperaturer ved afgangen af veksleren, bestyrkes idet der umiddelbart inden den valgte periode også er blevet fortaget en manuel sodrensning af røgrørene i røggasveksleren. Inden denne rensning lå røggastemperaturen efter veksleren på ca. 277 °C, hvor den efter den manuelle rensning af røgrørene er faldet til ca. 150°C. Begge temperaturer fremgår i bilag 19 som den brune kurve i både det øverste og nederste skærmbillede, der henholdsvis er før og efter rensning. Der skal dog tages højde for en lidt forøget røggastemperatur før veksleren, inden den blev renset. Jf. samme bilag (bilag 19), ses det ud fra den lyserøde kurve at temperaturen før veksleren er faldet fra 374 °C til 331 °C. Forskellen i differenstemperatur før og efter rensning fremgår i nedenstående beregning. 𝐷𝑖𝑓𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑠𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 𝑓ø𝑟 𝑓𝑜𝑟𝑟𝑖𝑔𝑒 𝑟𝑒𝑛𝑠𝑛𝑖𝑛𝑔 (13.11 2014) = 374 − 277 = 97°𝐶 𝐷𝑖𝑓𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑠𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟 𝑓𝑜𝑟𝑟𝑖𝑔𝑒 𝑟𝑒𝑛𝑠𝑛𝑖𝑛𝑔 (05.12 2015) = 331 − 150 = 181°𝐶 𝐹𝑜𝑟ø𝑔𝑒𝑙𝑠𝑒 𝑎𝑓 𝑑𝑖𝑓𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑠𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 𝑓ø𝑟 𝑜𝑔 𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟 𝑓𝑜𝑟𝑟𝑖𝑔𝑒 𝑟𝑒𝑛𝑠𝑛𝑖𝑛𝑔 = 181 − 97 = 84°𝐶 𝐹𝑜𝑟ø𝑔𝑒𝑙𝑠𝑒 𝑎𝑓 𝑑𝑖𝑓𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑠𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 𝑖 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑛𝑡 𝑠𝑜𝑚 𝑓ø𝑙𝑔𝑒 𝑎𝑓 𝑟𝑒𝑛𝑠𝑛𝑖𝑛𝑔 = (181 − 97) · 100 = 87 % 97 Som det ses sker der en forøgelse af differenstemperaturen over røggasveksleren på 87 % som følge af denne rensning. Dette betyder at der, under forudsætning af at røggasmængden er uændret, også sker en forøgelse af den effekt røggasen afgiver i veksleren på 87 % når røgrørene er nyrenset. Det er vigtigt at understrege at denne beregning er lavet med temperaturer fra forrige rensning inden veksleren blev sat i drift i december måned 2014. Side 37 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 By-pass af røggas Det er dog også nødvendigt at undersøge om by-pass spjældene har ledt en delmængde røggas udenom veksleren, for endeligt at kunne konkludere om det er sodbelægninger i røgrørene der ligger til grund for de stigende røggastemperaturer og dermed det fald der ses i effektoverførelsen i kurven på side 25. Som tidligere omtalt er veksleren udstyret med by-pass spjæld i både top og bund til omdirigering af røggas. I tilfælde af by-pass ville temperaturen på røggassen efter veksleren stige alt efter hvor meget og hvor hurtigt der reguleres på disse spjæld. Det er derfor nødvendigt at undersøge reguleringen af røggasspjældene for at kunne fastslå hvorvidt ændringer i temperaturer efter veksleren kan være forårsaget heraf. Der er til forklaringen af røggasvekslerens regulering, udarbejdet en forsimplet anlægstegning ud fra den originale tegning over udstødssystemet for MG7, lavet af Ingeniørfirmaet P. A. Pedersen, bilag 3. Anlægstegning nr. 4 ”Forsimplet anlægstegning over røggasveksleren tilhørende MG7”, kan med fordel foldes ud under læsningen af efterfølgende afsnit. Spjældreguleringen Da driftspersonalet ikke havde tilstrækkelig kendskab til reguleringen af by-pass spjældene var det nødvendigt at tage kontakt til Lars Otto Kjær fra Ingeniørfirmaet P.A. Pedersen, som har stået for opbygningen af denne regulering. Forklaringer fra Lars Otto Kjær omkring denne regulering fremgår af uddraget fra mailkorrespondancen, hvor hans svar er skrevet med rød, bilag 7. Ifølge med Lars Otto Kjær, reguleres der ikke løbende på mængden af røggas som passerer igennem veksleren. Røggasspjældene vil enten lede alt røgen igennem veksleren eller by-passe alt røgen udenom veksleren. I situationer hvor røgen by-passes, fx ved opstart af motoren, vil bundspjældet være lukket medens topspjældet vil stå fuldt åbent. For at spjældene ændrer stilling så røgen ledes igennem veksleren kræves det at der er gået 10 minutter fra motorens omdrejningstal har passeret 850 𝑜𝑚𝑑𝑟/𝑚𝑖𝑛 samt signal fra driftstermostaten TS-RV-710 der er monteret i fjernvarmerøret umiddelbart efter veksleren. Udover driftstermostaten sidder der også en overkogssikring, TSH-RV710, der udelukkende vil give en alarm når dennes indstillede værdi på 109 °C overstiges, og den har derfor ingen indflydelse på selve spjældreguleringen. De to termostater er vist nedenfor. Side 38 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Signalet fra driftstermostaten vil være til stede så længe temperaturen på fjernvarmevandet efter veksleren ikke overstiger den på termostaten indstillede værdi, 98 °C. Røggasspjældene skulle således by-passe røgen når temperaturen på fjernvarmevandet overstiger 98 °C, idet signalet fra driftstermostaten vil forsvinde. I en sådan situation vil røggasspjældene indlede en by-pass sekvens hvorved den fulde røggasmængde ledes udenom veksleren. Når temperaturen på fjernvarmevandet atter er under 98 °C vil der igen være signal fra driftstermostaten, og der går herefter 10 minutter før spjældene begynder at lede røggas igennem vekslerens røgrør. I perioden hvor værdierne for varmegenvindingssystemet er blevet analyseret forekommer der til tider pendlinger som forårsager at temperaturen på fjernvarmevandet efter veksleren kortvarigt overstiger 98 °C og endda 100 °C i nogle tilfælde. Røggasspjældene burde derfor, i henhold til ovenstående reguleringsbeskrivelse, indlede en by-pass sekvens for at nedbringe temperaturen på fjernvarmevandet. På nedenstående skærmbillede fra d. 25.12 2014 vises en sådan situation. Her overstiger temperaturen på fjernvarmevandet efter veksleren 98 °C, hvilket burde resultere i at spjældene skulle begynde at by-passe røggassen, da signalet fra driftstermostaten forsvinder og betingelsen for gennemgang af veksleren dermed ikke er opfyldt. Det ses dog også på dette skærmbillede at røggastemperaturen efter veksleren ligger stabilt omkring 179 °C og røggasspjældene kan derfor ikke have indledt en by-pass sekvens da dette, som før nævnt, ville resultere i en markant stigning af røggastemperaturen efter veksleren. Såfremt røggasspjældene havde omdirigeret røggassen udenom vekslerens røgrør, ville røggassens temperatur være tilnærmelsesvis konstant før og efter røggasveksleren. Side 39 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Delkonklusion – Årsag til høj røggastemperatur Efter grundig gennemgang af røggastemperaturerne i løbet af perioden, konstateres det at temperaturerne på røggassen efter veksleren ikke på noget tidspunkt fortager store udsving som en by-pass ellers ville medføre, hvorfor det må konkluderes at røggasspjældene ikke har ledt røggassen udenom veksleren i denne periode. Den gradvise stigning i røggastemperatur efter veksleren igennem perioden må således være forårsaget af sodbelægninger på indersiden af vekslerens røgrør. Side 40 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Det eksisterende sodblæsningssystem På nedenstående billede ses de membranventiler der er monteret i røggasvekslerens topdæksler, som har til opgave at holde røggasvekslerens røgrør rene ved hjælp af trykluft. Veksleren er fra Danstokers side leveret med dette system, som blandt andet består af de i alt 28 membranventiler af mærket Aerovit, og en 150 liters trykluftbeholder. Røggasveksleren, udstyret med 28 membranventiler Dette system skal forsynes med trykluft fra en kompressor, men Nukissiorfiit har i samarbejde med Ingeniørfirmaet P.A. Pedersen i projekteringsfasen valgt at udelade en separat kompressor til sodblæsningen. I stedet blev sodblæsningssystemet ved monteringen tilsluttet de to eksisterende luftkompressorer der forsynede startluftsystemet. Den oprindelige luftinstallation fremgår af den originale anlægstegning ”Motorgenerator 7 start- og manøvreluftssystemet” bilag 3. Ifølge udtalelser fra formanden på kraftvarmeværket, Abel Jeremiassen, som er ansvarlig for den daglige drift af motorgeneratorerne, opstod der hurtigt problemer med startluftforsyningen til de tre dieselgeneratorer på grund af denne tilslutning14. Problemet bestod i, at når sodblæsningssystemet var i drift kunne startluftskompressorerne i visse tilfælde ikke levere tilstrækkelig luft til at opretholde trykket i startluftstankene. Dette medførte gentagende gange alarmer for lavt startluftstryk og systemet blev derfor frakoblet efter få måneders drift. Det har dog ikke været muligt at få en fyldestgørende forklaring, fra driftspersonalet, på årsagen til det til tider lave startlufttryk. For at afdække den konkrete årsag som førte til disse problemer med startluftforsyningen undersøges startluftsystemet for at kunne sammenligne dettes kapacitet med kravene til sodblæsningssystemets luftforsyning. 14 Bilag 20 - Bekræftelse af udtalelser fra driftspersonalet Side 41 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Det oprindelige startluftsystem som er opført sammen med MG5 i 1991, bestod af to 500 liters tryklufttanke og to kompressorer der hver havde en kapacitet på 305 𝑙/𝑚𝑖𝑛15. Den samlede kapacitet såfremt begge kompressorer er i drift samtidig, udregnes til følgende: 𝑆𝑡𝑎𝑟𝑡𝑙𝑢𝑓𝑡𝑠𝑘𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑜𝑟𝑒𝑟𝑛𝑒𝑠 𝑘𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑒𝑡 = 2 · 305 · 60 = 36,6 𝑚 3 /ℎ 1000 Denne kapacitet skal sammenholdes med sodblæsningsventilernes luftforbrug pr. time. Ud fra producentens datablad, er det alene antallet af skud pr. time der afgører den indblæste luftmængde og ikke antallet af ventiler16. Ud fra Aerovit’s egne beregninger ses det at trykket i en 150 liters trykluftbeholder normalvis falder 3 bar under blæsning med en enkelt ventil, hvorved der genereres: 3 · 150 = 450 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑓𝑟𝑖 𝑙𝑢𝑓𝑡 For at regne den totale mængde luft dette system bruger i timen er det nødvendigt at kende pausetiden imellem hver aktivering. På nedenstående udklip fra SRO-systemet, ses det at den valgte pausetid mellem hver ventilåbning er 1 minut, altså 60 skud i timen. Da luftforbruget pr. aktivering er udregnet til 450 liter og der forekommer 60 aktiveringer pr. time, kan det totale luftforbrug udregnes som vist nedenfor. 𝑙𝑢𝑓𝑡𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑔 𝑓𝑜𝑟 𝑠𝑜𝑑𝑏𝑙æ𝑠𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚𝑒𝑡 𝑝𝑟. 𝑡𝑖𝑚𝑒 = 60 · 450 = 27 𝑚 3 /ℎ 1000 Ud fra overstående regnestykke som viser luftforbruget pr. time, sammenholdt med udregningen af de to kompressorers kapacitet, ses det at de to startluftkompressorer burde være i stand til at levere nok luft til at opretholde tryk i startluftstankene. Under uddybende samtale med teamleder Timo Schaedla omkring resultaterne af denne beregning, fastslog han at styringen til de to startluftskompressorer er opbygget således at kun én kompressor kan være i drift ad gangen. Kapaciteten er derfor ikke 36,6𝑚 3 /ℎ, men derimod 18,3𝑚 3 /ℎ. Da sodblæsningssystemet som før udregnet bruger 27𝑚 3 /ℎ medfører dette følgende underkapacitet: 𝑈𝑛𝑑𝑒𝑟𝑘𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑒𝑡 𝑖 𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡𝑙𝑢𝑓𝑡𝑠𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚𝑒𝑡 = 18,3 − 27 = −8,7 𝑚 3 /ℎ Dette betyder at luftforbruget på timebasis er 8,7𝑚 3 højere end det en enkelt kompressor kan levere. Dette har bevirket at startluftstankene er blevet tømt over tid, hvilket har genereret alarmerne for lavt startlufttryk. 15 16 Bilag 21 - Mærkeplade Espholin kompressor Bilag 22 - Uddrag af Aerovit datablad Side 42 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Sodblæsningssystemet blev som nævnt frakoblet startluftsystemet efter få måneders drift og i stedet koblet sammen med den trykluftsinstallation der forsyner luftværktøj på KVV, arbejdsluftanlægget. Kompressoren der forsyner arbejdsluftanlægget har en ydelse på 30𝑚 3 /ℎ og var derfor i stand til at levere den fornødne luftmængde der kræves til sodblæsning. Dette viste sig dog problematisk da der, når sodblæsningen var i gang, til tider ikke var tilstrækkelig tryk på arbejdsluften til at trykluftværkøjet fungerede optimalt. Sodblæsningssystemet blev da helt frakoblet og har siden stået ubenyttet og trykløst. Røggasveksleren har grundet disse årsager derfor ikke haft nogen form for kontinuerlig rensning af røgrørene i de seneste år og derfor heller ikke i den periode rapporten omhandler. Konsekvensen af manglende kontinuerlig røgrørsrensning Som det fremgår af rapportens delkonklusion side 39, konkluderes det at nedgangen i den samlede producerede varmeeffekt udelukkende skyldes en forringelse af varmetransmissionen igennem røggasvekslerens røgrør grundet sodbelægninger. Den stigning i effekt der fremkommer i løbet af januar måned antages at være forårsaget af den stigende motorbelastning i denne periode. Det er dog ikke muligt at udregne en nøjagtig værdi for hvor meget mere effekt røggasveksleren kunne have produceret, som følge af kontinuerlig sodrensning, da det ikke var muligt at idriftsætte det eksisterende sodblæsningssystem, og derved registrere dettes virkning over tid. For at vurdere om kontinuerlig sodblæsning har en positiv effekt på røggasvekslerens udnyttelse, er der derfor skabt kontakt til et andet af Nukissiorfiit’s kraftvarmeværker, som ligger i Maniitsoq. Samme effektkurve som den vist på side 25 Side 43 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Sammenligning med kraftvarmeværket i Maniitsoq Dette værk anvender samme motortype og røggasveksler og har i denne forbindelse monteret kontinuerlig sodblæsning af røgrørene på deres røggasvekslere. Til forskel for værket i Aasiaat anvendes der i Maniitsoq economizere, til forvarmning af fjernvarmevandet som led i varmegenvindingen. En oversigt over varmebalancen ved 50 % motorbelastning for dette varmegenvindingssystem fremgår af nedenstående billede. Røggassen ledes efter deres primære røggasveksler (HT-røggas) igennem en economizer(LT-røggas) inden gassen ledes til skorstenen. Den primære røggasveksler (HT-røggas) er samme type, som den der står på KVV i Aasiaat, og disse vekslere kan derfor sammenlignes. Ifølge Casper Clausen som er teamleder på kraftvarmeværket i Maniitsoq, stiger røggastemperaturen efter deres economizer med omkring 15 °C i løbet af 2000 timers drift17 på grund af sodbelægninger, og røgrørene i begge vekslere renses manuelt som følge af dette. Sodbelægningen forårsager et højere modtryk i røggasvejen, da røgrørenes lysning bliver mindre, hvilket også er den primære årsag til at deres røggasvekslere renses. Som det fremgår af temperaturudviklingen i røggastemperaturen før og efter veksleren side 18, stiger røggastemperauren efter røggasveksleren fra 165 °C (16.12 2014) til 246 °C (05.02 215), hvilket er en stigning på 81 °C efter 1100 timers drift på KVV i Aasiaat. Der er altså en stor forskel på driften over tid, på de to kraftvarmeværker, og det vurderes derfor også at et fungerende sodblæsningssystem, har en positiv indvirkning på udviklingen af røggassens differenstemperatur igennem røggasvekslere af den type som er placeret på KVV i Aasiaat. 17 Bilag 23 - Uddrag af mailkorrespondance med Casper Clausen, Teamleder Maniitsoq Side 44 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Nedgangen i overført effekt som årsag af ikke-fungerende sodblæsningssystem Da det ikke har været muligt at beregne den nøjagtige effekt som kun røggasveksleren producerer i løbet af perioden, er det alene den nedadgående tendens i samlet effekt som anvendes til bestemmelse af den økonomiske merudgift til gasolie på VV1. Det er kedlerne på dette varmeværk som skal producere den resterende varme til byen, som KVV ikke leverer. Derfor betyder en nedgang af den i varmegenvindingssystemet, produceret effekt på KVV også en stigning i den effekt der skal produceres på VV1. Ud fra kurven, på side 42, over den samlede producerede varmeeffekt i varmegenvindingssystemet for MG7 i løbet af december og januar, udregnes nedgangen i overført effekt, som følge af det ikkefungerende sodblæsningssystem, til 247 kW. Dette tal fremkommer da varmegenvindingssystemet i periodens start fra d. 16.12 2014 til og med d. 19.12 2014 i gennemsnit yder 728 kW og i periodens slutning fra d. 02.02 2015 til og med d. 05.02 2015 yder 481 kW. Nedgangen ses som differensen imellem disse to tal. Dette tal er dog et estimeret tal, ud fra forudsætningen om at effektstigningen i løbet af januar skyldes den højere motorbelastning, og tallet kunne derfor have været endnu større såfremt motorbelastningen havde været konstant i perioden. I og med at reduktionen af overført effekt er en estimeret værdi, er nøjagtigheden af denne derfor også tvivlsom. Dog vurderes det, at den nedadgående tendens i effekt er retvisende og den producerede varmeeffekt fra varmegenvindingssystemet for MG7, sammenholdt med udviklingen i røggastemperaturer, viser at varmetransmissionen i røggasveksleren forringes betydeligt i løbet af kort tid, i forhold til det tilsvarende værk i Maniitsoq. For at give et billede af hvad det ikke-fungerende sodblæsningssystem giver af økonomiske merudgifter til gasolie på VV1, er prisen pr. producerede MWh på VV1, bestemt i efterfølgende afsnit. Side 45 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Omkostninger til gasolie på VV1 Af driftsrapporterne for VV1 fremgår den producerede varmemængde samt forbruget af gasolie pr. måned. Driftsrapporterne for december 2014 og januar 2015 anvendes til at bestemme hvor mange liter gasolie der forbruges pr. produceret MWh varme. Driftspersonalet aflæser energimåleren og oliemåleren på VV1 en gang i måneden hvor disse værdier anføres i driftsrapporterne. Varmeproduktion Ud fra de i driftsrapporterne anførte aflæsninger udregnes varmeproduktionen på VV1 for december 201418 og januar 201519. 𝑃𝑉𝑉1 𝑑𝑒𝑐𝑒𝑚𝑏𝑒𝑟 = 8381 − 7590 = 791 𝑀𝑊ℎ 𝑃𝑉𝑉1 𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟 = 9355 − 8381 = 974 𝑀𝑊ℎ Gasolieforbrug Ud fra de anførte aflæsninger udregnes forbruget af gasolie for december 2014 20 og januar 201521. 𝐺𝑎𝑠𝑜𝑙𝑖𝑒𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑔𝑉𝑉1 𝑑𝑒𝑐𝑒𝑚𝑏𝑒𝑟 = 980565 − 895390 = 85.175 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 Oliemåleren har en maksimal værdi på 999.999 liter før denne nulstiller sig selv. Denne værdi nåede måleren i januar 2015, og de anførte værdier i driftsrapporten skal derfor behandles på nedenstående måde. 𝐺𝑎𝑠𝑜𝑙𝑖𝑒𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑔𝑉𝑉1 𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟 = (999999 − 980565) + 85759 ≈ 105.190 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 Gasoliepris Prisen pr. liter gasolie fremgår af fakturaen fra Aasiaat Olie ApS22. 𝐺𝑎𝑠𝑜𝑙𝑖𝑒 𝑝𝑟𝑖𝑠 = 6,41 𝑘𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 Bilag 24 - VV1Driftsrapport december 2014 varmeproduktion Bilag 24 - VV1 Driftsrapport januar 2015 varmeproduktion 20 Bilag 24 - VV1 Driftsrapport december 2014 gasolieforbrug 21 Bilag 24 - VV1 Driftsrapport januar 2015 gasolieforbrug 22 Bilag 25 - Faktura Aasiaat Olie ApS 18 19 Side 46 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Pris pr. MWh Omkostninger til at producere en MWh på VV1 udregnes som et gennemsnit for december 2014 og januar 2015. ( 𝐺𝑎𝑠𝑜𝑙𝑖𝑒𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑔𝑉𝑉1𝑑𝑒𝑐𝑒𝑚𝑏𝑒𝑟 · Gasolie pris 𝐺𝑎𝑠𝑜𝑙𝑖𝑒𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑔𝑉𝑉1𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟 · 𝐺𝑎𝑠𝑜𝑖𝑙𝑖𝑒 𝑝𝑟𝑖𝑠 1 + )· PVV1december 𝑃𝑉𝑉1𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟 2 𝑃𝑟𝑖𝑠 𝑝𝑟. 𝑀𝑊ℎ = ( 85175 · 6,41 105190 · 6,41 1 𝑘𝑟 + ) · = 691,25 791 974 2 𝑀𝑊ℎ Merudgift til gasolie ved én måneds drift med tilsodede røgrør Denne beregning viser den økonomiske merudgift, der vil være forbundet med driften af røggasveksleren med et ikke-fungerende sodblæsningssystem, ud fra forgående beregning af reduktionen i den overførte effekt. Udregningen er lavet ud fra en situation, hvor veksleren drives med tilsodede røgrør i én måned. 𝑀𝑒𝑟𝑢𝑑𝑔𝑖𝑓𝑡 = 𝑁𝑒𝑑𝑔𝑎𝑛𝑔𝑒𝑛 𝑖 𝑜𝑣𝑒𝑟𝑓ø𝑟𝑡 𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡 · 𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑡𝑖𝑚𝑒𝑟 · 𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑎𝑔𝑒 · 𝑃𝑟𝑖𝑠 𝑝𝑟. 𝑀𝑊ℎ 𝑀𝑒𝑟𝑢𝑑𝑔𝑖𝑓𝑡 = 247 · 24 · 30 · 691,25 = 122.932 𝑘𝑟 1000 Beløbet for denne merudgift, er dog behæftet med en vis mængde usikkerhed da nedgangen i den overførte effekt er en estimeret værdi, beregnet ud fra gennemsnitsværdier. Side 47 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Løsning til optimering af varmetransmissionen i røggasveksleren Et muligt optimeringstiltag for at forbedre varmetransmissionen i røggasveksleren vil være at investere i et nyt sodblæsningssystem Efter kontakt med, teknisk konsulent, Ivan Nielsen fra Danstoker, er der indhentet et tilbud på et nyt sodblæsningssystem bestående af nye toplåger til røggasveksleren, med monteret trykluftsventiler, luftrampe, luftslanger, manometre, trykregulering mm. Samt en ny PLC enhed til automatisk styring. Det fulde indhold og pris på tilbuddet fremgår af bilag 26. Alle priser er excl. moms. Prisen for 1 sæt DANSTOKER tryklufts-sodrensnings-system type DANBLAST DKK 60.000 Prisen for 1 stk. DANSTOKER PLC type S750-x DKK 17.500 Samlet pris DKK 77.500 Med i dette tilbud indgår dog ikke kompressorenhed samt opstart og indregulering af systemet, og priser på dette er ikke indhentet andet steds. Prisen på kompressorenheden til dette system har ikke været mulig at indhente, da DANSTOKER ikke er vendt tilbage med svar på vores forespørgsel omkring, hvilken type kompressor der anbefales. Prisen på opstart og indregulering af DANSTOKER er heller ikke medtaget da dette må være op til den driftsansvarlige på kraftvarmeværket hvorvidt dette er nødvendigt eller ej. Vores anbefaling er dog at opstarten og indreguleringen overlades til fagfolk fra DANSTOKER, så chancen for fejl forbundet med dette reduceres. Tilbagebetalingstid Tilbagebetalingstiden vil være afhængig af flere forskellige faktorer såsom antal driftstimer for MG7 og intervallet mellem manuelle rensninger. En udregning af den præcise tilbagebetalingstid kan derfor ikke umiddelbart fremlægges, da disse faktorer afhænger af driften af MG7. Det ses dog på tilbuddet fra DANSTOKER, sammenholdt med den merudgift der optræder ved drift med tilsodede røgrør, at dette sodblæsningssystem vil være tilbagebetalt inden for 30 dage. Det vurderes på bagrund af besparelsens omfang ikke er relevant at udregne en præcis tilbagebetalingstid. Side 48 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Diskussion løsningsforslag Som løsning på problemet med den hurtigt faldende udnyttelse af røggassen er der alene kigget på anvendelsen af kontinuerlig røgrørsrensning i form af sodblæsning med trykluft i vekslerens topdæksler. Foruden dette system findes der andre metoder til rensning af røgrør under drift, fx sonisk sodblæsning som anvender kraftige lydbølger til at løsne sodbelægningerne. En implementering af et sådant system er dog ikke undersøgt, da det vurderes at installationen af trykluftsventiler fra DANSTOKER, vil være bedre da dette system er udviklet specielt til deres egne røgrørsvekslere. Ligeledes er der i forvejen trukket de nødvendige rør til trykluftsforsyningen, hvilket letter arbejdet med montering og installation. Kompressorenheden, som skal forsyne sodblæsningssystemet med trykluft, er ej heller medtaget i løsningsforslaget da der på KVV er snakket om at installere større startluftskompressorer, da de gamle alligevel snart skal udskiftes. Det kan i denne sammenhæng, vurderes om de nye startluftskompressorer, skal være store nok til at forsyne både startluft- og sodblæsningssystem, eller om der skal indkøbes en separat kompressor udelukkende til forsyning af sodblæsningsventilerne. Der er i rapporten heller ikke lavet et løsningsforslag som indbefatter de eksisterende trykluftsventiler fra Aerovit, som er monteret på røggasveksleren. Dette er undladt da der i databladet for dette system står ”Af hensyn til køling af ventilmembraner skal anlægget trykluftforsynes før opstart af kedel samt holdes på tryk under al drift af kedlen.”23 Som nævnt har dette system ikke været i drift i flere år, og har stået uden trykluftforsyning. Det antages derfor at ventilmembranerne har taget skade og ikke fungerer. Der er i denne rapport undladt at medtage et løsningsforslag som indbefatter planlagt vedligehold i form af manuel røgrørsrensning på røggasveksleren. Dette er undladt da det vurderes at det på nuværende tidspunkt ikke er muligt for Nukissiorfiit at implementere skemalagt vedligehold af deres røggasvekslere på KVV i Aasiaat. Denne vurdering er ikke alene fortaget på baggrund af de hyppige motorhaverier som forekom under praktikforløbet, men også igennem udtalelser fra stedets driftspersonale. Grundet den ustabile drift af alle tre motorgeneratorer, drives disse ikke i et fastlagt tidsinterval, men kører derimod indtil motorerne rammes af havari eller fejl og en vedligeholdelsesplan baseret på driftstimer vurderes derfor ikke at kunne overholdes. Det blev konstateret ved gennemgang af SROsystemet at det forrige interval mellem manuel rensning af røggasveksleren tilhørende MG7 var omkring 12 måneder. Da der på røggasveksleren ej heller er monteret udstyr til måling af differenstryk over vekslerens røgrør er det heller ikke muligt at udføre tilstandsbaseret vedligehold som der gøres på kraftvarmeværket i Maniitsoq. 23 Bilag 22- Uddrag af Aerovit datablad Side 49 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Metodevalg Rapportens indhold bygger hovedsageligt på egne observationer og data indhentet fra KVV’s SROsystem da det ikke var muligt at foretage faktiske målinger under drift af MG7 fordi denne havarerede kort efter ankomst til Aasiaat. I den sammenhæng har det derfor været nødvendigt at anvende driftsdata, fra tiden før vores praktikforløb, hvilket giver visse begrænsninger. Det kunne blandt andet have været ønskværdigt at temperaturen på fjernvarmevandet mellem HTveksleren og røggasveksleren kunne være blevet målt og registreret under drift, så denne kunne være anvendt til bestemmelse af den overførte effekt i røggasveksleren. Derudover ville emnet som denne rapport omhandler muligvis være et andet, såfremt det var vidst på forhånd at MG7 ikke kom i drift igen inden praktikforløbets afslutning. Virkningen af kontinuerlig røgrørsrensning, er udelukkende vurderet ud fra sammenligning med tilsendt driftsdata fra kraftvarmeværket i Maniitsoq og ikke egne observationer og faktiske målinger på dette anlæg. Dette kunne være gjort såfremt en rejse dertil havde været mulig og ville have givet et bedre sammenligningsgrundlag til vurdering af hvor meget effektoverførelsen i røggasveksleren stiger som følge af kontinuerlig røgrørsrensning med sodblæsningsventiler. Der er til udregning af den merudgift som opstår til gasolie på VV1, som følge af sodbelægninger i røggasveksleren, anvendt gennemsnitsværdier for nedgangen af overført effekt i hele varmegenvindingssystemet for MG7 over en enkelt periode. For at verificere denne nedgang, kunne andre perioder være analyseret, men da der i SRO-systemet kun gemmes data fra et år tilbage i tiden, var det ikke muligt at bruge en anden periode da der det sidste år kun er foretaget de to rensninger som nævnes i denne rapport. Side 50 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Kilder & kildekritik Til udfærdigelsen af denne rapport er der gjort brug af udtalelser fra driftspersonalet ved Nukissiorfiit, samt forklaringer fra fagfolk ved Ingeniørfirmaet P.A. Pedersen. Nukissiorfiit Timo Schaedla, teamleder på kraftvarmeværket i Aasiaat. Timo har bistået med viden omkring uoverensstemmelserne i driftsrapporterne for kraftvarmværket samt styringen af styringen af startluftsanlægget. De udtalelser der fra Timo’s side er brugt i rapporten anses for at være valide da han med hans faglige baggrund som maskinmester samt flerårige ansættelse ved Nukissiorfiit har et indgående kendskab til den daglige drift. Abel Jeremiassen, formand og værkfører på kraftvarmværket i Aasiaat. Abel’s udtalelser vedrørende årsagen til frakoblingen af sodblæsningssystemet anses for at være korrekte, da han på daværende tidspunkt ligeledes var værkfører og derfor ansvarlig for planlægningen af det daglige arbejde. Abel’s faglige baggrund er maskinarbejder og maskinist. Casper Clausen, teamleder på kraftvarmeværket i Maniitsoq. Casper har leveret materiale til sammenligningen af de to kraftvarmeværker i Aasiaat og Maniitsoq. Det har dog ikke været muligt at besøge kraftvarmeværket i Maniitsoq for at verificere det tilsendte data samt udføre egne observationer og målinger på dette værk. Men det tilsendte materiale samt hans udtalelser anses for at være valide da han som uddannet maskinmester og teamleder ved kraftvarmeværket i Maniitsoq er ansvarlig for den daglige drift. Ingeniørfirmaet P.A. Pedersen Grundet manglende kendskab fra driftspersonalets side til den nøjagtige regulering af dele i varmegenvindingssystemet, samt manglende skriftlig dokumentation over systemets regulering, har det været nødvendigt at kontakte ingeniørfirmaet bag anlægget. Lars Otto Kjær, tidl. Partner i Ingeniørfirmaet P.A. Pedersen Lars har været behjælpelig med supplerende forklaringer til reguleringen af røggasvekslerens by-pass spjæld. Da Lars var ansvarlig for programmeringen af anlægget tilhørende motorgenerator 7, har Lars et omfattende kendskab til by-pass spjældenes regulering. Lars er dog i mellemtiden gået på pension og har ikke selv været på kraftvarmeværket i de senere år, men Ingeniørfirmaet P.A. Pedersen henviser stadig til Lars som den person som har størst kendskab til reguleringens opbygning. Hans udtalelser anses derfor som valide. Per Skov Ibsen, Maskinmester, Ingeniørfirmaet P.A. Pedersen Per har tilsendt forklaringer til reguleringen af bla. produktionspumpen, og HT-kølesystemet for motorgenerator 7. Da Per er den i Ingeniørfirmaet P.A. Pedersen som står for den primære kontakt til Nukissiorfiit’s afdeling i Aasiaat, og da alle større ændringer i reguleringer går igennem ham, har han et indgående kendskab til reguleringen af varmegenvindingssystemet. Forklaringerne fra Per anses derfor som værende valide. Side 51 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Konklusion Forventningen om at de høje røggastemperaturer, der blev observeret ved afgangen af røggasvekslerne, var forårsaget af et ophobet sodlag på indersiden af vekslerens røgrør, blev igennem analysen af røggastemperaturernes udvikling over en periode imellem to manuelle rensninger bekræftet. Som konsekvens af et ophobende sodlag faldt differenstemperaturen over røggasveksleren med 61 °C i løbet af perioden fra d. 16.12 2014 til d. 05.02 2015. Virkningen af den rensning som blev foretaget efter d. 05.02 2015 kunne dog ikke undersøges da motorgenerator 7 var ramt af havari. Virkningen af den forrige rensning i november-december, viste dog at forskellen på differenstemperaturen på røggassen ved henholdsvis tilsodede og nyrenset røgrør, var 84 °C. Dette bekræfter yderligere antagelsen om, at det var sodbelægninger som var skyld i de høje røggastemperaturer efter vekslerne. Sammenligningen med kraftvarmværket i Maniitsoq viste, at der sker en betydelig mindre ændring i røggastemperaturen efter deres røggasvekslere i forhold til den ændring som ses på kraftvarmværket i Aasiaat. På røggasvekslerne i Maniitsoq anvendes der kontinuerlig røgrørsrensning med sodblæsningsventiler, hvilket bevirker at temperaturen efter vekslerne stiger 15 °C efter 2000 timers drift. Til sammenligning stiger temperaturen efter røggasveksleren tilhørende motorgenerator 7 i Aasiaat hvor der ikke anvendes kontinuerlig røgrørsrensning, 81 °C efter blot 1100 timers drift. Ud fra denne betragtning konkluderes det at ophobningen af sod i røgrørene kan reduceres ved brug af kontinuerlig røgrørsrensning med sodblæsningsventiler på røggasveksleren tilhørende motorgenerator 7 i Aasiaat. Som følge af drift uden kontinuerlig røgrørsrensning er den månedlige merudgift til gasolie på Varmeværk 1, udregnet til 122.932 kr. Dette beløb er udregnet ud fra en beregnet reduktion af overført effekt til fjernvarmevandet igennem varmegenvindingssystemet for motorgenerator 7 på 247 kW, forårsaget af ophobning af sod i røggasvekslerens røgrør. Derfor konkluderes det at udgifterne til varmeproduktionen på Varmeværk 1 kan reduceres da kontinuerlig røgrørsrensning medfører at effektoverførelsen i røggasveksleren tilhørende motorgenerator 7 optimeres. Side 52 af 53 Optimering af varmegenvindingen ved Nukissiorfiit i Aasiaat, Grønland Jens Kristian Nebel Kristensen G20111001 Stefan William Skjold Krog E20121007 Perspektivering Da der på kraftvarmeværket i Aasiaat er to varmegenvindingssystemer med tilhørende røggasvekslere foruden det på motorgenerator 7, som indgår i denne rapport, er det nærliggende at anvende de resultater som er fremkommet på disse to systemer. Problemet med dårlig effektoverførsel forekommer både på røggasveksleren som tilhører motorgenerator 5 og røggasveksleren som tilhører motorgenerator 6 da ingen af disse to vekslere er udstyret med fungerende kontinuerlig røgrørsrensning. Såfremt der blev monteret sodblæsningsventiler på alle tre røggasvekslere, ville der opnås en betydelig større besparelse end den som er udregnet i rapporten, da der altid er to motorgeneratorer i drift ad gangen for at opretholde en tilstrækkelig el-produktion til byen. Ligeledes er der belæg for at arbejde videre med en mere dybdegående analyse af vedligeholdelsesstrategier på kraftvarmeværket, da det vurderes at der også i denne sammenhæng kan foretages forbedringer. Da der igennem arbejdet med udarbejdelsen af denne rapport har været store problemer med indsamling af data som kan bruges til analysering af produktionen af fjernvarme på kraftvarmeværket, vil en gennemgang af SRO-systemets funktioner og visninger kunne danne grundlag for yderligere optimeringer af dette system. En forbedring af SRO-systemet vil samtidig give driftspersonalet et bedre overblik over driften i varmegenvindingssystemerne og dermed øge mulighederne for at forbedre driften da de forskellige driftsparametre kan overvåges løbende. Varmegenvindingssystemet, tilhørende motorgenerator 7, er ramt af store svingninger som følge af forkert indregulering og defekt/utilstrækkeligt materiel, hvilket kan korrigeres så driften af dette system vil blive mere stabil. En sådan korrektion af indregulering og udskiftning af visse komponenter vurderes ikke at være behæftet med nævneværdige omkostninger, men kan bidrage med anselige forbedringer. Side 53 af 53
![Michaëlsen Nicolai [1306]](http://cdn3.abcdocz.com/store/data/003307020_1-74437d24c9a2ca3a790060db71ccc995-250x500.png)
© Copyright 2024