Rapport_196[1]

STIFTELSEN FÖR VÄRMETEKNISK FORSKNING Avgasning av matarvatten vidtermisk jämnvikt

Göran DahlénBo JacobssonHans Åkesson

ENERGITENIK 196

Avgasning av matarvattenvid termisk jämnvikt

Göran Dahlen, AF-Energikonsult ABBo Jacobsson, AF-Energikonsult ABHans Åkesson. AF-Energikonsult AB

STIFTELSEN FÖR VÄRMETEKNISK FORSKNINGBOX6405 . 11382 STOCKHOLM' TEL. 08/340980

Augusti 1985ISSN 0282-3772

•

I1AF-ENERGIKONSULT

Avgasning av matarvattenvid termisk jämnvikt

Stockholm 1985-04-01

ÄF-ENERGIKONSULT ABAvd Energiteknik, Stockholm

Göran Dahl enBo JacobssonHans Äkesson

1

INNEHÅLL Sid

SAMANFATTNING 2

1. BAKGRUND 3

2. METODIK/INRIKTNING 4

3. BEGRANSNINGAR 7

4. VAD INNEBAR AVGASNING AV MATARVATTEN? 8

5. BEGREPPET TERMISK BALANS I MATARVATTENTANKEN 10

5.1 Begreppet "termisk balans" 10

5.2 Syrets löslighet i vatten 14

5.3 Slutsats för kap 6 15

6. REFERENSFALLET: pappers och massaindustrin 16

6.1 Beskrivning av processen 16

6.2 Principen för beräkning av verkningsgradsförändring vid 17högre matarvattentemperatur

6.3 Beräkningar av päverkan p§ ekonomiser vid matarvatten- 20temperatur mellan 100°C och 170°C

6.4 Konsekvenser av ett 15% högre kondensatflöde till 29matarvattentank

6.5 Allmänt om luftförvärmare 31

6.6 Mängden luft vid eldning av olika typer av bränslen 32

6.7 Luftförvärmning för att sänka kondensattemperatur i 34befintlig anläggning

7. NÄGRA PROCESSTEKNISKA LÖSNINGAR MED KOMMENTARER 38

8. KONSTRUKTIONSFORBATTRINGAR 41

2

SAMMANFATTNING

pä uppdrag av Stiftelsen för Värmeteknisk forskning harÄF-Energikonsult AB genomfört en studie rörande avgasning vidtermisk jämnvikt i matarvattentanken.

pä senare tid har intresset ökat för kondensatåtervinning,främst i energisparande syfte. I vissa fall kan detta ge negativaeffekter pä matarvattensystemen dä de är dimensionerade förursprungliga driftsförhållanden. Denna utredning pekar pä tvåtänkbara konsekvenser av återvinning av kondensat med såväl högretemperatur som flöde.

l. Avgasningsproblem (för hög syrehalt i matarvattnet).

2~ Verkningsgradsförsämringar (pga effekter pä befintlig ekonomi­ser).

För att klarlägga punkt l belyses inledningsvis de fysikaliskaförhållandena som råder vid avgasning följt av ett kapitel somförklarar begreppet termisk jämnvikt.

För att knyta beräkningarna till ett verkligt fall har enpappers- och en massaindustri valts ut för beräkningar vilkaredovisas under avsnitt 6.

Genom att återföra kondensat med högre temperatur och flöde görman en energibesparing. Vanligen får man emellertid negativaföljdverkningar genom t ex höga matarvattentemperaturer tillekonomisern. Ekonomiska beräkningar visar att åtgärder pä ekono­misern för att eliminera förlusterna och höja total verkningsgrad­en ger payofftider på 2-5 år.

Uppstår problem med avgasningen vid återföring av hett kondensatär det mycket lämpligt att kyla kondensatet genom värmeväxlingmed inkommande luft till pannan. Beräkningar visar pS payofftiderpä några månader för sådana installationer.

Studien avslutas med kapitel som behandlar konstruktionsförbätt­ringar samt systemskisser som visar pä metoder att sänka konden­sattemperaturer så att total verkningsgraden för processen bibe­hålls.

..

3

1. BAKGRUND

I många processindustrier bl a cellulosaindustrin har man påsenare år börjat återvinna större mängd kondensat än tidigare.Dessutom har intresset ökat för att placera energi från lågvärdigsekundärvärme i spädvattnet. Att detta är en potential förenergiåtervinning i sig är helt klart men det kan också föra medsig en del icke önskvärda effekter a i matarvattentanken.

Normalt avgasas matarvattnet genom llsats av ånga till matar­vattentanken. Vattnet värms till koktemperatur och en mindremängd ånga avgår från tanken, ca 0,5% räknat på spädvattenflödet.Denna ånga värmeväxlas ofta mot spädvattnet som tillförs matar­vattentanken.

Genom att det till matarvattentanken återförda kondensatet ökari mängd och temperatur, minskar av spädvatten och till­satsånga. Avgasningen av kondensatet kan därmed bli sämre vilketmedför att syrehalten ger i matarvattnet med korrosionsproblemsom följd.

I rapporten användes utt~cket "termisk balans" som avser attbeskriva förhållandet i matarvattentanken då man på grund av ökadåtervinning av kondensat med hög temperatur ej kan tillsättaytterligare energi, t ex i av ånga för avgasning, utan atttrycket höjs i tanken kons ans överskrids.

Många gånger är temperaturen kondensat högre än imatarvattentanken vilket starkt 11 att "termisk balans"uppnås. En lösning vore i princip lägga matarvattentanken påhögre tryck med detta får den icke önskade effekten att pannverk­ningsgraden sänks eftersom matarvattnet skall kyla rökgaserna iekonomisern. För övrigt är det na igtvis önskvärt att finnalösningar som inte kräver installation av nya matarvattentankar.

Det är inte möjligt att kvantifiera hur mycket energi som totaltskulle kunna sparas om ovanstående problem fick en lösning. En­sådan beräkning skulle kräva en separat utredning. Man kan dockkonstatera att problemet är välbekant inom flera processindustri­er bl a inom cellulosaindustrin, boardindustrin och wellpappin­dustrin. Avgasningsproblemet resulterar i ett minskat intresseför ytterligare kondensatåterföring respektive värme~tervinnigdär återvunnen värme skall placeras i spädvattnet. Ibland spännerman t ex av heta kondensat bara för att f~ ner kondensattempera­turen och därigenom undvika problem i matarvattentanken.

..

4

2. METODIK-INRIKTNING

Rapporten riktar sig till de flesta processindustrier med ångan­läggning inkluderande panna. ång- och kondensatsystem. Dennarapport belyser särskilt förhållandena kring matarvattentanken.Typiska processindustrier är t ex ;

- massa- och pappersindustrin

- boardindustrin

Processerna skiljer sig mycket från fall till fall och i utred­ningar av den här typen är det svårt att göra anspråk på gene­rella lösningar. Om man däremot betraktar en enskild typindustriblir bedömningarna mer välgrundade. Data kan hämtas från verkligaanläggningar och olika lösningar inom samma typindustri tål attjämföras.

I utredningen har en massa- och pappersindustri valts som typ­industri. Förutsättningarna för t ex en boardindustri är interiktigt desamma, men flera av de principiella resonemangen kanändå ti 11 ämpas ,

I följande figurer 1-3 visas några parametrar som kännetecknartypindustrin och motsvarande parametrar för en boardindustri.

Det bör påpekas att figurerna utgör exempel från två industrieroch givetvis kan variationer förekomma från fall till fall.

~ Olja

MoP

~ Fo s tblZ2.Zl Lut

Ängproduktion/BränsleförbrukningFor mossa-papper somt boa rdindustri

1.4-

1.3

1.2

1.1

0.9,......... 0.8... '0'oc"",o

0.7.c'"3=::::lo,g 0.6t;.

0.5

0.4-

0.3

0.2

0.1

O

[Z2) Ån9a [s::sJ Ånga

Figur 1 Ängproduktion/ bränsleförbrukning

Utfallet av ekonomiska kalkyler vid energiåtervinning berormycket av vilken typ av bränsle som sparas. Massa- och pappers­industrier med barköverskott (internt bränsle) skapar begräns-ningar för investeringstunga bränsl paringsåtgärder.

-

5

Temperatur p~ återfört kondensat150

140

130

120

110

100 95

90uL- 80..

1:l70e

C>60

50

40

30

20

10

O

MoP

130

Board

Figur 2 Temperatur på återfört kondensat

Återfört kondensat (procent av å n gprod)100..-------- ----,

9083

MoP Board

Figur 3 Återfört kondensat uttryckt i procent av ångproduk­tionen.

Speciellt mängden och temperaturen på återfört kondensat tillmatarvattentank är viktiga parametrar för beräkningar.

-

6

I de inledande kapitlen i rapporten förklaras vad avgasning avmatarvatten innebär samt belyses med exempel begreppet "termiskbalans".

Därefter följer ett avsnitt som behandlar referensfallet pappersoch massaindustrin. Inledningsvis beskrivs processen med enfigur. Därefter utförs beräkningar pä tvä antagna kondensatäter­vinningsgfall:

1.' Kondensat av högre temperatur Itervinns.

2. Kondensatflödet ökar 15%.

Beräkningarna under punkt 1 görs för flera olika temperaturniväeroc.h inverkan pI ekonomisern och därmed verkningsgraden belyses.Ekonomiska kalkyler redovisas i form av payoff för olika tempera­turnivåer.

Beräkningarna under punkt 2 utförs för en ökad kondensatäterför­ing pä 15% vilken bedömnts vara rimlig.

Slutligen belyses i tre avsnitt möjligheterna att placera värmefrän hett kondensat i luftförvärmning. Redovisning av de luft­flöden som är aktuella både vid träbränsle och oljeeldning ingår.Aven här redovisas ekonomiska kalkyler.

Rapporten avslutas med dels ett avsnitt som behandlar tvä styckenprocesstekniska kopplingar vilka klarar att hantera högre konden­sattemperaturer, och dels ett avsnitt som tar upp några konstruk­tionsförbättringar som kan vidtas för att förbättra avgasningen.

Denna rap~ort behandlar såleds konsekvensen av kondensatätervinn­ing ur tva synvinklar.

1. Avgasningsas~ekter.

Återverkan på syrehalten och förhållandena i matarvattentanken(behandlas i avsnitt 4, 5 och 8).

2. Systemaspekter som t ex återverkan på pann och total verk­ningsgrader (behandlas i avsnitt 6 och 7).

..

7

-3. BEGRANSNINGAR

I studien förutsätts att återvunnen värme från kondensat ej kananvändas för uppvärmning. I processindustrier som boardindustrinoch pappers- och massaindustrin finns i allmänhet större mängderav lågvärdig spillvärme, varför det torde vara möjligt att istäl­let tillvarata denna för uppvärmningsändamål.

Det förutsetts också att inga omfattande konstruktionsförbätt­ringar av matarvattentank genomförs men i det avslutande kapitletredovisas några praktiska fall där man genomfört sådana medmYcket gott resultat främst med avseende på avgasningen.

Frågan varifrån i processen det återvunna kondensatet kommerdiskuteras ej, men följande bör påpekas:

- vid fastläggandet av processen har kondensat med mycket högtemperatur med stor sannolikhet redan återvunnits

- svårt nedsmutsade kondensat fordrar omfattande reningsutrust­ning och förutsetts ej återvinnas i första hand.

..

8

4. VAD INNEBAR AVGASNING AV MATARVATTEN?

Avgasning av matarvatten sker för att avlägsna det i vattnetlösta syret samt kolsyran och därmed förhindra korrosion.

Det finns två principiella metoder för avgasning:

1. Fysikalisk avgasning

2. Kemisk avgasning

Den fysikaliska avgasningen utförs vanligen under samtidig upp­värmning av vattnet och kallas därför oftast för termisk avgas-ning. Kemisk avgasning sker llsättande av kemikalier,främst hydrazin. Det är mycket vanli att man först bortför syregenom termisk avgasning och sedan efterbehandlar på kemisk vägför att avlägsna eventuella restsy r.

att nå det läge där~nn~~e i jämvikt med

landet mellan gas­d jämvikt.

Lösligheten hos en gas i vatten ~nr\n~T'onell mot gasenspartialtryck i ~ngfasen över "~'~T~'O id avgasning bringas ~nga

som är syrgasfri eller har myck syrgashalt i kontakt medsyrehaltigt vatten.

Syre överg~r då i ångfas ochsyrehalterna i respektivevarandra. Denna balanspunkt bestämshalten i ångfas och gashalten i

Gasblåsor uppstår när summan av et för alla löstagaser samt vattenånga uppnår eller ger vattentrycket.Detta kan uppnås genom trycksänkning eller temperaturhöjning.Om inte förr så bildas gasblåsor när vattnets temperatur når kok­punkten då ångtrycket uppnår vätsketrycket.

I en matarvattentank förgasas vatten först i avgasaren där kon­densat och spädvatten får rinna på ett antal plåtar och där mötauppströmmande ångmängd. Vattnet slutavgasas vid kokningen isjälva tanken där ånga tillförs genom s k tystkokarrör. Efterdenna behandling är restsyrehalten 0,01 mg 02/kg.

..

9

Avgasare

Kond.nt.lI!Jg temperatur

Kondrnut hÖ9temperatur

y y V \1

Anga

Sp3<!vlllen

Matarvatten

Figur 4 Principen för en matarvattentank med termisk avgasare(sk kaskadavgasare)

Andra typer av termiska avgasare förekommer men den ovan be­skrivna är den vanligaste typen.

En annan konstruktionsprincip kan nämnas vid vilken inkommandevatten finfördelas i en fjäderbelastad sprayventil, formad som encylnder och sprutas ut i ängfasen. Ju större flöde och tryckdesto mer öppnar sig ventilen varför denna konstruktion ärrelativt okänslig för flödesvariationer.

Tystkokarrör är däremot ej lämpade för stora variationer iflöden. Agärder för att bibebehälla avgasningen vid skiftandeflöden omnämns i kapitlet "Konstruktionsförbättringar".

-

10

5. BEGREPPET TERMISK BALANS I MATARVATTENTANK

5.1 ~ggrgQQgt_:tgrIDi~~_QglgD~:

I följande avsnitt redogöres för de förhällanden som räder i enmatarvattentank dessutom diskuteras hur man kan nä "termiskbalans" i tanken, om nägra energiflöden ändras. För att klargöradiskussionen sä hänvisar vi till nedansäende figur (figur 5).

Spädvatten

Avdragen ånga

_________~------~t--Kondensat

Anga Matarvatten

Figur 5 Matarvattentank

•

11

Förhållandet mellan energierna på de ingående och utgående flöd­ena i matarvattentanken visas i nedanstående Sankey-diagram överprocessen. Data är hämtade från ett referensfall men förhållan­dena kan givetvis vara annorlunda från fall till fall.

Transmissions­förluster

Kondensat Anga

Energiomsättningmatarvattentank

Späd­~atten

Avdragenånga

Figur 6 Sankey-diagram för matarvattentanken som visar propor­tion mellan in- och utgående energiflöden för typindu­strin (massa- och pappersindustrin)

Matarvattentankar är generellt sett mycket väl isolerade varförtransmissionsförlusterna vid aktuella temperaturer är små. Ener­gtn i avdragen ånga är också liten (flödet är i storleksordningen0,5% av spädvattenflödet).

Som framgår av figur 6, utgör återfört kondensat i detta exempeldet största energiflödet in till tanken. Okar man mängden konden­sat minskar spädvattenmängden i motsvarande grad. Vid varje givendriftsituation kommer man att kunna mäta ett tryck och en temp­eratur i matarvattentanken som ligger mycket nära mättnadskurvanför vatten därför att avgasningen sker vid kokning i tanken.Trycket i tanken regleras genom ångflödet via tystkokarrören.

Matarvattentankar är normalt dimensionerade för 1 bars undertryckvilket hållfastighetsmässigt motsvarar 4 bars övertryck, ellerkokpunkten 152°C.

12

Vanligtvis ligger driftdata för tanken på ca 0,2 till 3 barsövertryck sk tryckavgasning.

Sambandet mellan tryck och temperatur i matarvattentanken vidmättnadsdata är ej linjärt (figur 7). Vid ökad mängd ~tervunnet

kondensat av hög temp måste börvärdet för trycket ökas för atttillförlitlig avgasning skall upprätthållas. Det finns såledesi de flesta fall en marginal att öka arbetstrycket med 1 till3 bar vid förhöjda kondensattemperaturer.

TRYCK(i bar, absolut)

5..,.-----------#--Normalt konstruktionstryck

4

3

2

1

I " l ( I100 110 120 130 140 150 160 170 180

TempC·C)

Figur 7 Mättnadsdata för vatten

I ett normalt ång och kondensatsystem förekommer givetvis till­fälliga och lokala flödessvängningar vilka bl a kondensatcistern­er tillsammans med samlingslådor skall klara av att utjämna.

Bortsett från dessa svängningar gäller det att klarlägga de sta­tionära förhållanden som kommer att råda vid ökad kondensatåter­föring vilket i sin tur ger underlag för styrning av tryck ochtemperatur i matarvattentanken.

-

13

Bäde erforderlig mängd spädvatten och änga till tanken minskarvid ökande flöde och temperatur pä kondensatet. Spädvattnet somkan stä för en relativt stor del (enligt figur 6) minskar ochbyts mot vatten av högre entalpi i form av kondensat. Sankey­diagrammet kan förändras enligt nedan vid ökad ~tervinning avhett kondensat. (Bäde flöde och temperaturen antas öka med 20%,jfr figur 6).

Kondensat

Energiomsättning i

Transmissions­förluster

Matarvatten Avdragenånga

Figur 8 Sankey-diagram för matarvattentanken efter det att mass-flöde och temperatur p~ kondensatet b~da ökat 20%

Ökas flöde och temperatur ytterligare blir följden till slut attden punkt n~s d~ ytterligare energi i form av ~nga ej kan till­sättas pga att temperaturstegringen kräver att man g~r upp pä etticke tillätet tryck i tanken. En "termisk balans" har uppnätts.

Tillsätter man mindre ånga kan avgasnigen försämras. Tystkokar­rören är dessutom, tillsammans med tanken, dimensionerade förgivna driftfall och minskas ångflödet blir konsekvensen försämradfördelning av ångan.

-

14

Diagrammet nedan visar att den teoretiska mängden syre löst ivatten varierar med temperaturen vid atmosfärstryck, och är nollvid mättnadsdata, 100 °c.

. 14,3

la

mg 02. per 1i ter

Temp.

Figur 9 Läslighetskurva för O2 i vatten vid olika temperaturer(atmosfärtryck)

Syrehalten i vattnet är låg så länge man ligger på mättnadsdataäven vid högre tryck än atmosfärstryck.

Om kondensatet har ett tryck högre än motsvarande mättnadstemp­eratur dvs är underkylt kan det innehålla syre. Syre kan läcka ini t ex packboxar i pumpar. Läckande ventiler är inte samma pro­blem då kondensatet genast förångs mot omgivningen.

Har kondensatet låg syrehalt (~0,01 mg O2 per kg) kan det förasdirekt in i matarvattentanken. Eftersom trycket där är lägrekommer kondensat att förångas. Förfarandet kallas även att"spänna av" e11 er IIf1 asha av" kondensatet och bidrar också ti 11avgasningen.

15

"Termisk balans" kan mycket väl uppnås då kondensat med störreflöde och högre temperatur återförs till matarvattentanken.Givare och ventiler för tystkokarrör samt matarvattentanken ärkonstruerade för vissa driftdata och därmed minskar tillfördmängd färskånga pga tryck ..och temperaturökni ngen. Resul tatet kanbli försämrad avgasning. Ar bara det tillvaratagna kondensatetrelativt syrefritt uppstår inga problem då kondensatet kanspännas av direkt under vätskenivån i tanken. Begränsande faktor­er är dock tillåtet tryck i tanken som normalt ligger på ca 5 barabsol ut.

Syrefritt kondensat av högt tryckt och hög temperatur bör manöv.erväga att leda tillbaka till pannan direkt utan avgasningvilket dock ställer höga krav på matarvattenpumparna.

Ett annat alternativ är att ångflödet till tanken hålls konstantoch tryck och tepmperatur får öka upp till konstruktionsdatagenom justering av börvärdena.

Att tillåta temperaturer på matarvattnet på 140-150°C är alltsåmöjligt vid normalt konstruktionstryck.

Återverkan på pann- och totalverkningsgrader vid matarvattentemp­eraturer frän 110-170°C beskrivs iansnitt 6.3.

-

16

6. REFERENSFALLET PAPPERS OCH MASSAINDUSTRIN

6.1 ~~~~ri~ning_~~_QrQ~~~~~D

Typprocessen som studerats framgär av figur 10. Här har valts attstudera driftförhållandena kring fastbränslepannan till vänsterpå figuren. Denna eldas med bark och flis till 95% resten, ca 5%,utgörs av olja. Vid normaldriftfallet produceras 10-15 ton ångaper timme. Temperaturnivåer och flöden framgår av figuren. Detbör påpekas vid senare driftfall har utgående matarvattentempera­tur legat ca 10°C högre än angivna 109°C.

Rökgaser

t

5

EKO SODAPANNA

BARKPANNA

Cirk.- .vatten

4

3

Ma ta rvat ten

Matarvatten

~------~~ Spädvatten

Kond. 1

~-Kond. 2

Matarvattentank

Anga

IE-- Kond. 3

.....-Kond.4

Figur 10. Principschema över del av processen

-

17

6.2 Principen för beräkning av verkningsgradsförändring vidbQgrg_IDgtgr~gttgotgIDQgrgtyr _

Genom att återvinna kondensat dvs att öka kondensatflödet tillmatarvattentanken kommer som tidigare nämnts tryck och temperaturi tanken normalt inte att stiga eftersom ångflödet till tanken iallmänhet styr dessa parametrar. Om tryck och temperatur ökarmomentant t ex på grund av högre andel kondensat stryps ångtill­satsen varvid de i inledningen beskrivna problemen kan uppkomma.

Matarvattentankar har ofta ett konstruktionstryck om ca 5 barvarför en möjlig väg är att hålla ångflödet till matarvattentank­en konstant och därmed tillåta tryck och temperaturökning förut­satt att konstruktionsdata ej överskrids. Beräkningarna ikapitel 6.2 och 6.3 är gjorda med temperaturer upp till 170°C mensom nämnts i kapitel 5 ligger gränsen kring 150°C. Verknings­gradens påverkan av att matarvattentemperaturen stiger belyses idet följande exemplet.

Som framgår av processchemat i figur 10 blandas matarvattnet medcirkulationsvattnet varvid man uppnår tillståndet 4 före ekono­misern. Låt oss nu anta att temperaturen hos matarvattnet urtanken stiger från 109°C till 120°C!

t3 = 120°C

~~r~~OiOg_t4

h3 = 507,9 kJ/kg

m . h + m h = m . h2 2 334 4

9,4 . 557,6 + 30,2 507,9 = 39,6 • h4

h4 = 519,7 kJ/kg

t = 120 + 519,7 - 507,9 = 122,8°C4 550,3 - 507,9

Indices hänförs till de i figur 10 markerade tillstånden.

..

°431 = t5 - 122,8,383 - 122,8

18

Genom att notera de temperaturer som råder i ekonomisern i ref­erensdriftfallet kan konstateras att temperaturverkningsgradenför matarvattnet är

?t = t s - t 4 = 230,6 - 114,4 = 0,431t g1- t 4 384 - 114,4

Temperaturverkningsgraden kan fortsättningsvis antas vara kon­stant inom de temperaturintervaller som här förekommer. Tempera­turen efter ekonomisern ts kan då beräknas enligt

t = 235 4°Ch~ = 1014,0 kJ/kg

Effektökningen före ekonomisern blir d~

m4 • ~ h4p = 39,6 (519,7 - 480,9) . 10-3 = 0,43 MW4 36,

Minskning av effekttillskott från ekonomisern Pekofås då genomföljande beräkningar:

före:

.m4 (hS - h4)

PekoI = 39,6(993,8 - 480,9) • 10- 3 = 5.64 MW3,6

efter:

p = 39,6 (1014,0 - 519,7) . 10-3 = 5,43 MWekoII 3,6

Peko = 0,21 MW mindre

-

19

Okningen av den till pannan tillförda effekten blir

P5 = m. A h5

p = 39,6 (1014 O - 993,8) • 103 = 0,22 MW5 3,6 '

Vi kan här konstatera att av ökningen av effekten tillekonomisern pä 0,43 MW bortfaller 0,21 MW i ökade rökgasförluster.Nettoökningen är säledes 0,22 MW

I referensdriftfallet hade pannan en verkningsgrad enligt följan­de:

w - P2 - 23,95 __'(tot- _d_ -

Pb 27,690,865

Om kondensat återvinns som ger matarvattentemperaturen 120°C blirtotala verkningsgraden:

W = 23,95 + 0,22 = O 8731 tot 27 69 ',

Pannverkningsgraden sjunker däremot till

~p = 23,95 - 0,21 = O 857{ 27,69 '

-

temperaturer över 150°C svåra

20

6.3 Beräkningar av påverkan på ekonomiser vid matarvattentemp-ergtur_IDell lQQo Q~b_1ZQ:C _

Detta avsnitt behandlar ekonomiserns förluster, total verknings­grad, temperaturförhållanden samt ekonomi vid ökande temperaturpå matarvatten för referensfallet enligt avsnitt 6.2.

Vi tar ej ställning 11 hur temperaturhöjningen sker och ommatarvattnet går till matarvattentanken eller föres förbi dennaför att sedan blandas med avgasat matarvatten och bilda tempera­turnivåer från 109°C till 170°C.

Som nämnts i tidigare avsniatt uppnå från

I detta typfall blandas 30,2 ton/tim matarvatten med 9,4 ton/timcirkulationsvatten n panna enligt nedanstående figur.

BARKPANNA

Cirk.­vatten

4

3

Matarvatten

Figur 11 Cirkulationskrets

21

Efter inblandningen i cirkulationskretsen uppnås temperaturerenligt nedanstående tabell.

CIRKULATIONSKRETS (Inblandning av mava)------------------------------------------------

Flöde cirk krets:Flöde mavaTemp cirk.krets :

9.403LJl.20

132.00

ton/timmeton/timmegrad C

Temp Tempmava mava e.

inblandn

Reterenstall 109.LJl0120.00130.00140.0015171.1710160.00170.017l

114.46122.85131Z1 . l~-;

138. Hl145.73153.3516LJl.9B

•

Tabell 1 Cirkulationskrets

Genom att utföra motsvarande beräkningar som i avsnitt 6.2 förmatarvattentemperaturer upp till 170°C erhålls effekter, pann­verkningsgrader och värdet av bränslebesparing enligt tabell 2.Observera att ingående temperaturer till ekonomiser är de temp­eraturer som uppstår efter inblandning av cirkulationskretsenligt tabell l, men att matarvattentemperaturen är referens ialla diagram som följer .

-

22

LNING AV DATA:----------------------------------------------------------------------

Mava Effekt Brutto Netto Pann- Total Olje Oljebesp.temp t~rlust ti l I f ö r d tillf~rd VG VG bespar gnm ~tert

i eko effekt effekt netto av kond.------ -------- -------- -------- -------- -------- -------- --------

11219 .l2Il2I l2I.l2Il2I l2I.00 0.865 l2I.865 0 {(I

12121 -0.21 l2I.43 0.22 0.857 0.873 302378 59352613121 -121.32 121.78 121.46 0.854 l2I.882 62917121 11218231214121 -0.44 1. 14 0.70 0. 8l~9 0.890 946120 1582736150 -0.57 1. 512l 0.93 0.844 0.899 1242833 212l8316l2116121 -1i'I.7l21 1.86 1. 16 0.84l21 0.907 1534141 258358417121 -0.83 2.22 1. 39 l2I.835 l2I.915 182121191 3084l21l218

Tabell 2

Förklaring till tabell 2:

Effektförlust i eko:

Brutto tillförd effekt:

Netto tillförd effekt:

Pann VG:

Total VG:

Oljebespar netto:

Oljebesp gnm återf

Minskad effekt som tas upp ur rök­gaser relativt 10g0e. (MW)

Den effekt som en höjning av matar­vattentemperaturen representerar.(MW) .

Skillnaden mellan de båda ovanstÄen­de posterna dvs den effekt somkommer pannan tillgodo. (MW)

Pannverkningsgradens sänkning vidökade rökgasförluster.

Totalverkningsgradens ökning pganetto tillförd effekt.

Värdet (i kronor/år) av att nettotillförd effekt ökar med ökandematarvattentemperatur vid ojepriset200 kr/MWh och utnyttjningstid6000 h.

Beräknat enligt ovan men baserat påden återvunna kondensatmängden utanrökgasförluster.

-

23

För att jämföra rökgasförlusterna med netto tillförd effekt kanfigur 12 studeras. Den negativa stapeln representerar ökade rök­gasförluster jämfört med matarvattentemperaturen 1090C. Den posi­tiva stapel visar netto tillförd effekt. Genom att investera i enny ekonomiser med större värmeupptagning skulle man kunna till­godogöra sig all effekt, dvs förluster plus netto tillfört.

2 ..,.----------------------~

1 ..391.5

0.5

~~'-J'

->J o..xd>

4-

'-hJ-0.5

-1

-1.5

-2109 120 130 14-0 150

-0.83

160 170

[Z2] Forluster i EKOMatarvattentissfroturNetto tillfart

Figur 12 Total tillförd effekt

-

24

Verkningsgrader enligt tabell 2 har plottats i nedanståendefi qur ,

VERKNINGSGRADER

0.94-

0.93

0.92

0.91

0.9

0.89C>>

0.88

0.87

0.86

0.85

0.84-

0.83109 120 130 140 150 160 170

o Ponnverkni ngsgradMalorvoltenlemp~ralur

+ Tololverkni ngsgrod

Figur 13 Verkningsgrader

Genom antagande om kostanta flöden på både rökgas och matar­vattensidan antas k-värdet vara konstant och därmedtemperaturverkningsgraden.

Samtliga temperaturer kring ekonomisern kan därför beräknas en­ligt figur 14 och tabell 3.

-

25

Rökgas utur eko

Mava in i eko...~...-~~

Mava ut ur eko-~"""" EKO

~ökgas in1 eRo

Figur 14 Ekonomisern

EKONOMISER- Temperaturer och tempverkningsgrader-------------------------------~~---------~----------~-----------~----

Temp Temp Temp Temp Temp Tempverk-Tempverk-

kond mava in mava ut rökg. in rökg. ut grad grad

i eko ur eko i eko ur eko mava rök. gas-------- -------- ...... ------- -------- -------- -------- ---------

Re t . f a I I 11219.12l12l 114 230 384 166 12l.43 13.81120 123 235 384 172 0.43 13.8113~ 130 239 384 179 121.43 12l.81140 138 244 384 185 0,43 0,8115121 146 2/18 38'1 191 tL43 12l.8116121 153 253 384 197 121.43 13.8117~ 161 257 384 203 17.l.43 0.81

Tabe11 3

För att ej förlora effekt genom en h~gre rökgast~mperatur än1660C efter ekonomisern m~ste ekonomlsern~ area okas. Totalaekonomiserytan som erfordras framgår av flgur i5a.

AREA VID NYINSTALLATION AV EKO5.00.....----------------------·

4.00

1.00

1701601501+01030120

0.00 ~_--_,_---..,-----..----,------r-----;

109

Molorvollenlemperolur

Figur 15a Area vid nyinstallation av EKO

26

Bildas skillnaden mellan ovanst~ende area och den som redan finnsinstallerad (1352m2) erhälls den area som mäste kompletteras föratt erh~lla konstant utgäende rökgastemperatur för olikamatarvattentemperaturer (figur 15b).

AREA VrD KOMPLETTERING AV EKO3.00......-------------------...

2.BO

2.60

2.40

2.20

2.00

120 1:50 140 150 160 170

Matarvattentemperatur

Figur 15b Area vid komplettering av EKO

Det bör p~pekas att k-värdet i detta typfall är s~ högt som45 W/m2 grad för ekonomisern. I normala fall ligger k-värden p~30-40 W/m2 grad C allt beroende på rökgasflöden och vatten­flöden.

Antas ett samband för investeringskostnaden för ekonomiser somfunktion av arean enligt figur 16 kan pay-off tiden vid olikamatarvattentemperaturer beräknas. Priserna är uttryckta i niv~:december 1984 och innefattas av hela ekonomisern inklusive sot­ningsutrustning.

-

27

Dessa priser har uppräknats med en faktor som avser att speglainstalltion och monteringskostnad. Som överslagsvärde är faktorn50% av investeringen för stora ekonomisers och 100% vid mindre.Kurvorna är inte representativa för riktigt små ekonoisers«100m2) varför detta intervall angränsas med en streckad linje.

4-

<,

35 ~

'-,

.3

25NfilE"U,e'--0 2ome:::l0 0,--.c~1-

-....J' 15

05

o 200 4-00 600 800 1lOO 1200 14-0016001800 2000 220024002600

o in kl. montageArea

+ exkl. mcntoqe

Figur 16 Kostnader, ekonomiser

28

Med de redogjorda förutsättningarna erhålls pay-off tider, förnyinvestering respektive komplettering av ekonomiseryta medytterligare ekonomiser enligt nedanstaende figurer. Energispar­vinsten beräknas med ett oljepris på 200 kr/MWh och utnyttjnings­tid på 6000 h. Kurvan kan skalas upp och ned beroende på det"topplastbränsle" resp den utnyttjningstid som antas. Beräkning­arna i detta exempel förutsätter att det är just olja som ersättsmen som nämnts tidigare kan det vara frågan om träbränsle medbetydligt längre pay-off tider som följd.

9

8

7

e

'I:'~ 5

(;>. 4-oo-

.3

2

17016015011-01.300-+----.-----,-----,-----,------.;

120

Matarvat le nternperctur

Figur 17 Pay-off tid vid nyinstallation av EKO

9.,---------------------,

8

7

e

.3

17016015011-01.300+----.----.----,-----.-----1

120

l4atalVattentemperatu r

Figur 18 Pay-off tid vid komplettering av EKO

-

29

6.4 Konsekvenser av ett 15% högre kondensatflöde tillIDgtgrygtt§otgO~----------------------------------

Med utgängspunkt frän den problematik som beskrivits tidigare harkonsekvenserna av att det till matarvattentanken äterförda kon­densatflödet ökar med 15% studerats. Procentsiffran är antagenmen har som genomsnitt bedömts som rimlig.

Vi räknar pä referensdriftfall

Tillständsdata matarvattentank

vars data framgär av figur 10.

änga 4,5 b ::: 2745,2 kJ/kg145°C

spädvatten 11 b :;:: .0 kJ/kg60°C

kondensat 1 b hk ::: 398 kJ/kg95°C

matarvatten 2,2b hmava ::::: kJ/kg125

Anta säledes att vi 15% mer kondensat dvs flödet ökar med15% jämfört med referensdriftfall . Värmebalansen för matar­vattentanken blir dä följ

mkond . hkond + må . hå . hspäd

1,15 • 89 . 398 + 6,3 . ,2 + (45 - 0.15 . 89) . 252 :::

h :: 471,5 kJ/kg140 • h mava

mava 111 °ct :::

mava

(Spädvattenflödet minskar således med samma belopp som kondensat­fl ödet ökar).

Matarvattentemperaturen ökar därmed från 10g0e till 111°e.

I det här fallet inverkar inte det ökade kondensatflödet i sä höggrad eftersom kondensatet och spädvattnet ligger tämligen näravarandra temperaturmässigt.

Vi får dock en högre totalverkningsgrad i systemet vilket förut­sätter att vår antagna ökning av återfört kondensat (15%) annarshade gått förlorat.

30

Vad är d~ denna verkningsgradsökning värd? Enligt diagrammet Lfigur 13 innebär en ökning av tmava fr~n 109°C till 111°C enverkningsgradsökning av

0,866 - 0,865 = 0,001 0,1%

dvs ganska ringa

0,1% förändring av totalverkningsgraden ger ett ~rligt energi­ti 11 skott av

0,001 • 23,95 . 7000 = 1,70 • 102 MWh

0,1% förändring samt ett oljepris av 200 kr/MWh ger

1,7 . 102 . 200 = 39,3 kkr

0,866i ~rlig besparing. Alternativet hade varit att tillföra merbränsle till exempel olja till ett värde av 39,3 kkr, för att f~ut motsvarande årliga "mer-energi".

Slutsatsen för detta exempel är att om vi återför mer kondensattill matarvattentanken på bekostnad av spädvattnet ökar därigenomutg~ende matarvattentemperatur. Detta medför en sämre pannverk­ningsgrad, i och med att rökgasförlusterna ökar, men änd~ enhögre total verkningsgrad.

Här är förutsatt att tillförd ångflöde till matarvattentanken ärkonstant. Förutsatt är också att återfört kondensatflöde inte ärså högt eller har så hög temperatur att man överskrider tankenskonstruktionsdata. Att tryck och temperatur i tanken ökar accep-teras dock.

Beräkningarna visar att en rimlig ökning av mängden kondensat idenna typindustri ej ger några dramatiska förändringar av verk­ningsgraden om man inte antar högre temperatur på det återfördakondensatet.

-

31

6.5 ~llID~Dt_QID_bYftfQry~rIDgr~

Ett mycket lämpligt sätt att spara energi i ånganläggningar äratt tillföra spillvärme eller annan energi till förbränningsluft­en med så kallad luftförvärmare.

Energi som placeras i förbränningsluften utgör netto tillfördenergi till pannan och innebär att bränsleåtgången för t ex ång­produktion kommer att reduceras.

Luftförvärmare kan kopplas in på många olika sätt där det värme­avgivande mediet kan vara:

-rökagaser

- matarvatten

- cirkulationsvatten

- kondensat

- ånga

återvunnen processenergi av annat slag, sekundärvärme m m

Begränsade faktorer för den värmekälla som skall utnyttjas är detemperaturnivåer som står till buds och vad de medger för typ avvärmeväxling.

Det är vanligt att luften värms från den temperatur som råder iomgivningen O-20°C, till temperaturnivåer upp mot 200°C, innanden förs in i pannan.

Det rör sig om en relativt stor temperaturhöjning vilket medföratt det på större anläggningar förekommer luftvärme i flera stegSom exempel kan nämnas att man höjer temperaturen i ett förstasteg från 20°C till 100°C med hjälp av ånga varefter 200°C nåsgenom värmeväxling med cirkulationskrets i pannan. Lösningen kanvid första anblicken te sig något underligt ur energisparsynpunktmed anledningen är att cirkulationsvattnet från pannan därmedkyls före inblandning av matarvatten. Följden blir bättre ut­nyttjande av ekonomisern då det värmeupptagande matarvattnet harlägre temperatur.

..

31

6.5 811ID~Dt_QID_LuftfQryärmgr~

Ett mycket lämpligt sätt att spara energi i ånganläggningar äratt tillföra spillvärme eller annan energi till förbränningsluft­en med så kallad luftförvärmare.

Energi som placeras i förbränningsluften utgör netto tillfördenergi till pannan och innebär att bränsleåtgången för t ex ång­produktion kommer att reduceras.

Luftförvärmare kan kopplas in på många olika sätt där det värme­avgivande mediet kan vara:

-rökagaser

- matarvatten

- cirkulationsvatten

- kondensat

- ånga

återvunnen processenergi av annat slag, sekundärvärme m m

Begränsade faktorer för den värmekälla som skall utnyttjas är detemperaturnivåer som står till buds och vad de medger för typ avvärmeväxling.

Det är vanligt att luften värms från den temperatur som råder iomgivningen 0-200 e, till temperaturnivåer upp mot 200 0 e, innanden förs in i pannan.

Det rör sig om en relativt stor temperaturhöjning vilket medföratt det på större anläggningar förekommer luftvärme i flera stegSom exempel kan nämnas att man höjer temperaturen i ett förstasteg från 20 0 e tilll00 0 e med hjälp av ånga varefter 200 0 e nåsgenom värmeväxling med cirkulationskrets i pannan. Lösningen kanvid första anblicken te sig något underligt ur energisparsynpunktmed anledningen är att cirkulationsvattnet från pannan därmedkyls före inblandning av matarvatten. Följden blir bättre ut­nyttjande av ekonomisern då det värmeupptagande matarvattnet harlägre temperatur.

..

32

6.6

För att kunna beräkna den energi som är möjlig att tillföra luft­en bör man klarlägga det stökiometriska luftbehovet för de olikabränslen som eldas. Dessutom bör aktuellt luftöverskott varkänt.

Tabell 4 nedan visar under kolumnen "stökiometrisk luftbehov"den mängd luft som behövs vid förbränningen.

"Förbränni ngsvolym" beskri ver den mängd rökgaser som bil das vidförbränning.

Bränsle

Kol

Olja

Koks

Ved (25% fuk t)

Ved (50% fukt)

Stökiometrisktluftbehov (nm3/kg)

7,6

11,2

8,0

3,4

3,3

Förbränningsvolym(nm3/kg)

8,0

12,0

8,1

4,2

4,0

ingsvolym räknatTabell 4 Stökiometriskt luftbehovper kg bränsle

För att belysa hur man använder tabellen ges ett exempel:

Hur stor mängd luft måste tillsättas respektive hur stor mängdrökgaser får man per kilo förbränd olja?

Vid oljeförbränning används ofta luftöverskott på n=50%.

Luftflödet blir därmed ej 11,2 utan 1,5 x 11,2 = 16,8 nm3/kg.

Flödet har ökat med 5,6 m3 vilka återfinns iförbränningsgasernasom uppgår till totalt: 12,0 + 5,6 = 17,6 nm3/kg.

på samma sätt kan man för eldning av träbränsle med 50% fukthalträkna fram ett luftflöde på ca 5,3 nm3/kg vid luftöverskottet60%.

Beräkningarna påverkas naturligtvis av vilket antagande man görför luftfaktorn.

Jämför man eldning av olja med eldning av träbränsle ser man attupp mot 3 ggr så stor energi kan placeras i luftflödet in tilloljepannan räknat per kilo bränsle. För att kunna göra en riktigjämförelse bör man räkna om luftflödet baserat på levereradenergi.

-

32

För att kunna beräkna den energi som är möjlig att tillföra luft­en bör man klarlägga det stökiometriska luftbehovet för de olikabränslen som eldas. Dessutom bör ak lt luftöverskott varkänt.

Tabell 4 nedan visar under kolumnen listökiometrisk luftbehoy"den mängd luft som behövs vid förbränningen.

"Förbränningsvolym" beskriver den mängd rökgaser som bildas vidförbränning.

Bränsle

Kol

Olja

Koks

Ved (25% fukt)

Ved (50% fukt)

Stökiometrisktluftbehoy (nm3/kg)

7,6

11,2

8,0

3

3,3

Förbränningsvolym(nm3/kg)

8,0

12,0

8,1

4,2

4,0

Tabell 4 Stökiometriskt luftbehovper kg bränsle

nningsvolym räknat

För att belysa hur man använder tabellen ett exempel:

Hur stor mängd luft mäste tillsättas respektive hur stor mängdrökgaser får man per kilo förbränd olja?

Vid oljeförbränning används ofta ett luftöverskott på n=50%.

Luftflödet blir därmed ej 11,2 utan 1,5 x 11,2 = 16,8 nm3/kg.

Flödet har ökat med 5,6 m3 vilka äterfinns iförbränningsgasernasom uppgår till totalt: 12,0 + 5,6 = 17,6 nm3/kg.

på samma sätt kan man för eldning av träbränsle med 50% fukthalträkna fram ett luftflöde på ca 5,3 nm3/kg vid luftöverskottet60%.

Beräkningarna påverkas naturligtvis av vilket antagande man görför luftfaktorn.

Jämför man eldning av olja med eldning av träbränsle ser man attupp mot 3 ggr så stor energi kan placeras i luftflödet in tilloljepannan räknat per kilo bränsle. För att kunna göra en riktigjämförelse bör man räkna om luftflödet baserat på levereradenergi.

33

Effektiva värmevärdet (Hu) för ved kan något förenklat beskrivasmed formeln:

Hu = 19200 - 215 . f

där f är fukthalten

kJ/kg

Fukthalten 50% på ved ger värmevärdet 8450 kJ/kg.

Värmevärdet för olja E03 är 41400 kJ/kg.

Verkningsgraden för fastbränsleeldning i större anläggningar kanöverslagsmässigt sägas vara ca 80% och för oljeeldning 90%.

Mängden tillförd luft per levererad energi enhet genom förbränningav ved och olja kan beräknas enligt:

Ved: 5,3 ~ 0,78 nm3/MJ8.450 x 0,8

Olja: 17,6 = 0,47 nm3/MJ41.450 x 0,9

Som framgår av beräkningarna i detta exempel behövs vid trä­bränsleeldning 60-70% större mängd lu än vid oljeeldning ochpotentialen för att placera värme från t ex återvunnet kondensati luften är således större i fastbränsleanläggningar än i olje­eldade anläggningar om man jämför dessa vid samma mängd produ­cerad energi. Äandra sidan är intresset för besparing av bränslebetydligt mindre i t ex barkpannor i pappers- och massaindustrindär bränslet normalt är gratis så när som hanteringskostnader.

6.7

34

kondensattemperaturen i

I referensfallet pappers massaindustrin ser den befintligaluftförvärmningen ut som r 19 nedan visar (hänvisning ocksätill figur 10 ti re i ~~r,nn~+L~n).

5

Cirk.­vatten

4

3

Figur 19 Luftförvärmni siffror anger temperaturer)

Uppvärmning av luft ikondenseras vid 148°C.

steget sker i dag med änga som

Ponera att kondensat av temperaturen 150°C och flödet 7 ton/timme(dvs ca 5% av totalt matarvattenflöde) ätervinns. Lämplig avsätt­ning för detta värme nns i luftförvärmningens första steg.

Den överförda effekten i enräknas:

ntliga ängvärmeväxlaren kan be-

P = (2742,9 - 623,2) 2200 = 1,3 MW3600

35

Anta att en ny värmeväxlare placeras före den befintliga som medhjälp av 150 gradigt kondensat klarar att höja lufttemperaturenfrän 20°C till 70°C.

Övertagsmässigt blir överförd effekt d~:

70 - 20 1,3 = 0,74 MW108 - 20

Uppvärmningen av luften fr~n 70°C till 108°C antas även fortsätt­ningen ske med ~nga.

Temperatur på kondensat efter värmeväxling blir:

te = tf - -.p-m cp

te = 150 740

70003600

• 4,18

Antag att k-värdet på den nya värmeväxlaren ligger p~ 30 W/m2 °cvarför nödvändig area kommer att vara

A =_P_ = 740. 103

k t1'm 30 (58-20)-(150-70)

(58- 20 )

Ln 150-70

A = 437 m2

-

36

Investeringskostnaden för luftförvärmare i prisnivå dec 1984följer generellt nedanstående kurvor.

Kostnader.-.:l uftfärvärmare

450

400

350

300

NE 250~oc

200e·~

150

100

50

O

O 500 100015002000250030003500~000450050005500600065007000

D inkl. rnonto qeArea

+ exkl. montage

Figur 19 Investeringskostnad för luftförvärmare

Kostnaden för luftförvärmare på 437 m2 kommer att uppgå till437 x 405 = 108 1 kr.

Anser vi att man ej kan utnyttja den genom kondensatet återvunnaenergin på annat sätt och dessutom får problem med avgasningen omden återföres till matarvattentanken, i enligthet med resonemangi tidigare kapitel, kan den anses utgöra netto tillförd energi.

Pay-off tiden för denna installtion kan beräknas med antagande omnedanstående förutsättningar.

- kostnaden för att tillvarata själva kondensatet ej beaktad

- utnyttjningstid 6000 h

- sparad effekt 740 kW

- oljepris 200 kr/MWh

- verkningsgrad 90%

-

37

Pay-off = 180000 =0,2 Ar = 2,5 mAnader.O, 740x6000x200

Äterbetalningstiden kan synas mycket kort och en kostnad förledningar för att transportera kondensatet bör beaktas vid nog­grannare beräkningar.

Studier av verkliga ~rojekt med installationer av luftförvärmareger vid handen att sä korta ~terbetalningstider som 2-4 mänadermycket väl kan uppn~s om det är olja som sparas.

...

38

7. N~gra processtekniska lösningar med kommentarer

I detta avsnitt beskrivs tvä processtekniska lösningar som kananvändas för att hantera problemen vid återvinning av hett kon­densat.

Varje systemlösning inleds med en figur som sedan kommenteras iden efterföljande texten.

~ys:tgIDIQSDiD9_l

Ätervinning av hett kondensat.

HET KOND.

HAVA TillPANNA

SPÄDV.

ÅNGA

lUFÖ

°Figur 20 Atervinning av kondensat med hög temperatur

Systemlösningen enligt figur 20 klarar mycket hett kondensat samtmedger ett bibeh~llet lågt arbetstryck i matarvattentanken. Mat­arvattnet från tanken pumpas igenom en luftförvärmare där värmeavges till inkommande luft till pannan. Det kylda matarvattnettillförs värme i nästa värmeväxlare genom kylning av hett kon­densat. Denna koppling har Nissa fördelar jämfört med att värme­växla luften direkt mot inkommande kondensat. Förutom kyl effektenfrån inkommande luft så medger kopplingen även kylning av konden­satet med matarvatten. Hela konceptet fordrar höga temperatur­nivåer pä kondensatet (150-180°C) samt matarvattentemperaturerfrån tanken pä ca 120-125°C.

Matarvattenpumpen som sitter efter pannan måste vara dimensio­nerad för de höga panntryck som räder. Detta gäller även luft­förvärmaren. För att slippa dimensionera Lufö för sä höga tryckanvänds ofta en s k boosterpump, varmed man pumpar matarvatten ien separat slinga genom Lufö.

~zz

..~-ICDZUJ..­..­Oco

~~~:tg[llQsning_~

Figur 21 Ätervinning av kondensat av olika temperaturer.

ZUJ

0"­,«..-'«Bi>

o::;«ozUJ::::>L:~ o:: __+-....;a,UJ:«Vl>

39

..­:«Z

..­~

t--..,:«Z

I..­-I

d--.... >--e--... >-

t-dt-zUJ o:J:~

:0LL::::>-I

40

Denna systemskiss behandlar processen i ett vidare perspektiv.Förutsättningarna är att ~ngnätet både består av ett lågtrycks­och ett mellantrycksnät. Typiska trycknivåer för t ex en massaoch pappersindustri är 0,5 MPa resp 1,0 MPa. Inkommande kondensatkan indelas i kallt 50-100°C varmt 75-125°C samt hett 130°C.Det kalla samt varma kondensatet leds direkt in till matarvatten­tankens kaskadavgasare. Det heta kondensatet leds först in tillen flashtank där det sker en trycksänkning varvid ~nga spänns av.Denna ånga kan nyttiggöras i lågtrycksnätet. Förutsättningen ärnaturligtvis att det finns ett ängbehov, alternativt att bränsle­kostnader kan minskas genom att sänka ångproduktionen i motsvar­ande grad. Det kondensat som ej avgår i form av ånga kyls genomtrycksänkningen och förångningen i flashtanken och förs sedanvjdare till en värmeväxlare där ytterligare kylning sker genomvärmeväxling mot matarvatten.

Bottenblåsningen från pannan som i pappers- och massaindustrinvanligen har temperaturer kring 250°C kan också nyttiggöras iprocessen. Detta sker vanligtvis genom ånggenerering i flash­tankar. Enligt figuren sker avflashning i två steg så att bådeånga till mellantrycks- och lågtrycksnätet produceras. Det åter­stående vätskefasen värmeväxlas mot inkommande spädvatten tillmatarvattentanken. Då spädvattnet har låg temperatur (5-10°C)finns också avsättning för sekundärvärme med lägre temperaturföre värmeväxling mot bottenblåsning.

Frågan om avdragsångan eller bottenbl~sningen ska värmeväxlasförst mot spädvattnet bör också beaktas. Eventuellt kan ordningeni figuren kastas om då avdragsångan har högre entalpi.

41

8. Konstruktionsförändringar av matarvattentank för attförbättra avgasningen

I det följande kapitlet behandlas översiktligt några av deåtgärder som kan vidtas för att förbättra avgasningen. Enbartkonstruktionsförändringar av själva matarvattentanken ochdärtill hörande avgasare behandlas.

Den allra vanligaste typen av avgasare är den s k kaskadav­gasaren. Avgasaren som vanligen är placerad ovanpå matar­vattencisternen innehåller ett antal ovanför varandra liggandeperforerade plåtar. Plåtarna har en uppvikt kant. Perforer­ingen utgörs av hål som exempelvis kan vara 5 mm i diameter.Antalet hål är så avpassat att allt vatten ska passera genomhålen istället för att rinna över plåtkanten och utgöra enII vat t engardi nll som försvårar avgasningen (se nedanståendefi qur l ,

AVDRAGSÄNGA

SPÄD­VATTEN ---.---

t--------..J

KQNDENSAT----r-............ LAG TEMP

Figur 22 Kaskadavgasare

Kaskadavgasaren är således dimensionerad för bestämda flödenpå kondensat, ånga och råvatten. Om processen förändras så attt ex mera kondensat återvinns finns det stor anledning att seöver avgasarens konstruktionsdata.

•

42

Det saknas fortfarande tillräckliga kunskaper för att manteoretiskt skall kunna beräkna avgasningseffekten hos kaskad­avgasare. Tack vare omfattande dri rfarenheter kan man dockdimensionera och konstruera avgasare och tystkokarsystem, somarbetar tillfredsställande.

Det finns även andra typer av avgasare. En speciell typ kannämnas, vid vilken inkommande nfördelas genom ensprayventil och i form aven dimma tas ut i ängfasen.Denna typ kan emellertid vara li läglastdrift,eftersom spridningseffekten är av tryckfall ochdärmed också av flödet.

En vanlig ätgärd som visat mycket i vt resultat på syre-halten i matarvattnet är komplettering av tystkokarrören. Omerforderlig mängd ånga till tanken minskar genom att man t exåtervinner hetare och syrefriare kondensat kan de dimensione-rade hälen i tystkokarrören bli stora. Resultatet blir attängan bara passerar ut genom ler några av de förstahälen på varje tystkokarrör. ngen av den mindre mängd-en ånga blir därvid otillfredss lande.

I ett konkret projekt som genomförts i ett pappersbruk har mankompletterat ordinarie tystkokarrör med rör som är dimension-erade för små ängflöden (se nedans förenklade figur).Tillsammans med reglerutrustning man kan styra ~nga

till valfritt rör har man nått gott resultat vad detbeträffar syrehalten i matarvattnet. Mätningar visar på attsyrehalten genom denna enkla och kapitalkrävande åtgärdhar sänkts till 10% av den som rådde före ombyggnaden.

•ANGA

Figur 23 Komplettering av tystkokarrör

-

43

Om den tillförda mängden änga till tanken minskar blir dennaturliga omröringen i tanken dessutom sämre. För att erhällas! stort utbyte mellan !nga och vatten som möjligt och därmedgod slutavgasning bör alltid sugstudsen för matarvatten sittap! motsatt sida om avgasaren (se nedanstående figur). Dessutomkan tanken förses med s k styrplätar sä att man styr intensiv­kokzonen till området under själva avgasaren.

Figur 24 Sugstutsens placering

..

Bil aga l

uo

oo...

occ

or-;

oN

o

LO o

-

Bilaga 2

B E R Ä K N l N G A R P A E K O N O M l S E R*********************************************************

lNG AV DATA:----------------------------------------------------------------------

Mava Effekt Brutto Netto Pann- Total OI je Oljebesp.

temp iörlust tillförd tilliörd VG VG bespar gnm ~terf

i eko effekt effekt netto av kand.

------- -------- -------- -------- -------- -------- -------- --------

Ul9 .~~ ~.~~ ~.~~ ~.865 ~.865 ~ 0

12~ -0.21 ~.43 121.22 121.857 121.873 3137746 593526

13~ -121.32 ~.78 ~.46 ~.854 ~.882 b43931 1~82312

14~ -Pl. 44 1.14 121.70 121.849 121.89121 976493 1582736

15~ -~.57 1.5~ 121.93 ~.844 ~.899 1293796 212183160

16~ -0.7121 1.86 1.16 0.84121 ~.91Zl7 161112198 2583584

17121 -121.83 2.22 1.39 ~.835 ~.915 1928401 30840L18

3~4926

öKADE FöRLUSTER l RöKGASERNA---------------------------------------_._-----------------

TEMP ENTALPl- UPPT EFFEKTKaND DIFF EFFEKT FöRLUST

EKO EKOUl9 . 00 513.0~ 5.64 .IZlPJ

121Zl.~0 49l~.IZl~ 5.43 ~.21

13121.121121 484.00 5.32 0.3214~.~~ 473.1Zl~ 5.2rlJ 121 .c«151Zl.~1Zl 461.121121 5.1217 PI.57160.0~ 449.~12I 4.94 rlJ.7121170.121"0 437.1210 h.81 121.83

-

EKONOMISER- Temperaturer och tempverkningsgrader----------------------------------------------------------------------

Temp Temp Temp Temp Temp lempverk-Tempverk-

kand mava in mava ut r~kg. in r~kg. lit gracl grad

i eko ur eko i eko ur eko mava rökgas

-------- -------- -------- -------- -------- -------- --------

':;1 e t . t a I I 109.0L1 114 23V'1 384 1bb 0.43 0.81

120 123 235 381~ 172 0.43 0.81

13L1 13'1 239 384 179 li'I.43 ~.81

14~ 138 21~4 3A4 185 ~.43 ~.81

15~ 14b 248 384 191 0.43 0.81

1b V'! 153 753 384 197 0.43 0.81

170 1b1 257 384 203 0.43 ~.81

CIRKULATIONSKRETS <Inblandning av mava)---------------------------------------------------------------------

FIMde cirk krets:Flöde mavaTemp cirk.krets :

9.4V'!3Vl.2Vl

132.V'lV'!

'ton/timmeton/timme91' ad C

Temp Tempmava mava e.

inbJandn

ReterensfaJ I 109.0~

120.0013~.0~

14li'1.V'!li'I150.0~

1bli'l.(lJ(lJ17~.~1i'I

111~ . I~b122.8513~.47

138. HI145.73153.351bli'l.98

---------------------------------------------------------------------DATA FöR TEMPERATUR OCH TRYCK

tryck temp entalpi temp entalpi temp entalpi

-------- -------- -------- -------- -------- -------- --------

62.1710 H'!9.~!7.I 1~57 .liH1 11".1~6 481.0~ 23171 994.17I171

62.'1'" 120.17I'" 5~8.\7j'1 122.85 52'1.'10 235 1"'14."'0

62.00 13~.17It1 55~.L'lt1 13L'l." "7 552.t:'l17l 239 H136.17I171

62.llJt:'l 14llJ.t:'l0 593.llJ'1 138.1 \7j 584.~13 244 1e157. '10

62.1710 15~.~0 636.l7Ifd 145.73 617.l2l17l 2llB l~78.1110

62.0111 16111.1110 679.111111 153.35 650.00 253 11.199.00

62.~1II 17vL ~III 772.00 lM'!.98 6B~.12l17l 257 1120.00

bQH{H'I tim/Ar2k:H1 k r IMWh

Ars priser med 1.31

utnyttjningstid=oljepris =uppr~kning av 1981

förutsättningar:

--------------------------------------------------------------------

Beräkningar av ertoderlig area på ekonomiser tör attkompensera rökg~st~rluster dA mavatemp. stiger

Antag att vi ersätter ekon med en ny som klararatt sänka rökgastemp. ti II 165 grader tf"\r 01 ika matarvattentemperaturer

för en helt ny eko

-------------------------------------------Förutsättningar: Rökgastemp in i eko: 384 grader

(vid a I I a mava- RUkgastemp ut ur eko: 165 grader

temperaturer) Upptagen effekt 5.64 MW

K-värde tl~ r eko: 44.9 W/m7,grad C

Temp Temp .. Area lnvest. invest invest Olje Pay-ott

mava in mava ut på ~kon kr/m2 krim? bespar. olja

eko ur eko

114.46 23121 1353 V'1 lSvH1 21212913tJl VI riLI2I

122.85 238 1655 "1 15tJlI2I 248312174 28S78tJl 8.7

13121.47 7/~6 18b2 121 15tJlVl 2793119 438382 6.4

138.1I/J 254 2138 tJl 15"1121 32tJl7231 612162'~3 5.3

lh5.73 261 2533 Vl 15121Vl 38121!IJtJl75 7B936/~ 4.8

153.35 21::>9 3171::> 121 15tJltJl 4763944 977486 4.9

16121.98 277 4653 121 15121121 697933-/ 115S6V17 6.121

Antag att vi ersätter ekan med en ny sam klararatt s ä nk a r~kgastemp. ti Il lb5 gl'ac12r tör 01 ika mt:ltarvattentemperaturerSedan b i I dar v i sk i I I naden me l I an yta i den bet i nt I i ga ekon och d e nnya. Dv n na yta m~ste investet'as f ö r att undvika ytterligarE? rtlkgasttlrl.

FUrutsl:lttningar: RökgBstemp in i eko: 384 grader

<vid a I I a mava- Rökgastemp ut ur F.!ko; 11.,5 grader

temperaturer) Upptagen effekt 5.64 MW

K-värde för eko: '~4. 9 W/rr.2Jgrad C

Temp Temp Ytter I. lnvest. invest. invest O I _:e Pay-oft

mava i n mava ut area kr/m2 kr/m2 nF.!spar. olja

eko LIr eko p~ eko

11.4.46 23V1 k'l 4vWI1 VI 0 0 0.0

122.85 238 152 362~ V1 55t1682 285780 1 .9

13~.47 246 329 3178 0 l Ql/~5349 438382 2.4

138. Hl 254 563 2592 V'l 1'~59680 606243 2.4

145.73 261 895 1763 k'l 15-I7S~4 789364 2.0

153.35 269 1428 0 150~ 21421349 972486 2.2

160.98 277 2637 V'l 151i'lV1 3954971 11556137 3.4

-------------------------------------------

Kostnader tör en akanomiserinst,1 latinn uttryckt som kr/m2inklusive. mon t e s e och satningsLJtrustni n 9 .m2 k o s t n l (kr/rn2) kattn2 (kr/I'l17.) Tn t ko s t n ~rtm"2)

~

2V1040121bl2lV'l8V'l12J

HWI131211101/~ VI V1

lMH118V'lV12111L'l1t127V1t'124l2l026e10

413lHl35111r.13t1liH12Sl2lVl2V'lliHi115t'1k'l

t.1l2lV1t'IH121HIZI

-.-------------lZl

o121

Ii'lL1121

15V'l015li11i'l1S~1i1

lS121V'l15VJV'l151llV'l15V'l~

15VJV1

40liH1350Ql31tlV'lV'l25V'l02li1V'lV'l15Ql015V'lH15V'lV'l15V'l12l15li1V'lt51tlV'l15V'lV1t5liH1lSk'lV1

-

Värmeforsk är ett organ för industrisamverkan inom värmeteknisk Forskning och utveckling. Stiftelsens forskningsprogram är tillämpningsinriktat och fokuseras på energi- och processindustriernas behov och problem. Bakom Värmeforsk står följande huvudmän:

• Kraftverksföreningens utvecklingsstiftelse, VAST • Statens Vattenfallsverk • Studsvik Energiteknik AB • Svenska Cellulosa- och Pappersbruksföreningen/Ångpanneföreningen • Svenska Gasföreningen • Svenska Värmeverksföreningen • Tillverkande Industri

Värmeforsk samarbetar med Statens Råd för Byggnadsforskning (BFR), Statens Energiverk och Styrelsen för Teknisk Utveckling.

STIFTELSEN FÖR VÄRMETEKNISK FORSKNING BOX 6495 · 113 82 STOCKHOLM · TEL: 08 / 34 09 80