26.07.2013 Views

Energianalyse av et forbrenningsanlegg

Energianalyse av et forbrenningsanlegg

Energianalyse av et forbrenningsanlegg

SHOW MORE
SHOW LESS

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

<strong>Energianalyse</strong> <strong>av</strong> <strong>et</strong> <strong>forbrenningsanlegg</strong><br />

1


1 INNLEDNING<br />

D<strong>et</strong>te notat<strong>et</strong> gir en relativt generell beskrivelse <strong>av</strong> <strong>et</strong> <strong>forbrenningsanlegg</strong> og omtaler<br />

virkningsgraden og dens b<strong>et</strong>ydning for driftsøkonomien for anlegg<strong>et</strong>.<br />

Et <strong>forbrenningsanlegg</strong> har i de aller fleste tilfellene en b<strong>et</strong>ydelig investeringskostnad. Denne<br />

investeringen er også mye større for <strong>et</strong> fast brensel anlegg enn for <strong>et</strong> konvensjonelt oljefyrt<br />

anlegg. Den større investeringen forsvares videre ut i fra reduserte brenselkostnader. Andel<br />

reduserte brenselkostnader er videre en funksjon <strong>av</strong> driftstid og driftsforhold på anlegg.<br />

Maksimal driftstid bestemmes ut fra anlegg<strong>et</strong>s funksjon, dvs. den tiden hvor energileveranse<br />

er mulig.<br />

For å dra mest mulig nytte <strong>av</strong> de reduserte brenselkostnader bør driftstiden ligge opp mot<br />

maksimal driftstid. D<strong>et</strong>te b<strong>et</strong>inger videre at driftssikkerh<strong>et</strong>en på anlegg<strong>et</strong> er god slik at<br />

risikoen for uønskede stopp på anlegg minimaliseres. Under drift <strong>av</strong> anlegg er d<strong>et</strong> dessuten<br />

viktig at driftsforholdene er lagt slik til r<strong>et</strong>te at anlegg<strong>et</strong> til enhver tid gir optimal utnyttelse.<br />

Med andre ord menes d<strong>et</strong> at anlegg<strong>et</strong> skal opereres med høyest mulig virkningsgrad og at<br />

energileveransen i den grad d<strong>et</strong> er mulig tilpasses <strong>forbrenningsanlegg</strong><strong>et</strong>s gunstigste<br />

driftsform.<br />

I forbindelse med <strong>forbrenningsanlegg</strong><strong>et</strong>s virkningsgrad er d<strong>et</strong> vanlig å benytte<br />

kjelvirkningsgraden. Denne oppgis nesten alltid <strong>av</strong> kjelleverandør og er videre kundens<br />

garanti for at <strong>forbrenningsanlegg</strong><strong>et</strong> fungerer tilfredsstillende. D<strong>et</strong> er imidlertid viktig å være<br />

oppmerksom på at den garanterte kjelvirkningsgraden gjelder for <strong>et</strong> nytt anlegg. Etter en tids<br />

drift vil normalt kjelvirkningsgraden være noe l<strong>av</strong>ere enn oppgitt på grunn <strong>av</strong> beleggdannelse<br />

på h<strong>et</strong>eflater og en ofte manglende finjustering <strong>av</strong> luft/brensel forhold. Beleggdannelse på<br />

h<strong>et</strong>eflaten medfører dårligere varmeovergang og dermed høyere røykgasstemperatur. En<br />

temperaturøkning lik 25 ºC på røykgassen medfører at kjelvirkningsgraden reduseres med<br />

omlag 1,0 %, d<strong>et</strong> vil si at brensel kostnadene øker med 1,0 %. Røykgasstemperaturen<br />

benyttes vanligvis som indikator for rengjøring/feiing <strong>av</strong> kjel.<br />

De forskjellige typer <strong>forbrenningsanlegg</strong> har meg<strong>et</strong> stor variasjon i investeringskostnader og<br />

driftskostnader. D<strong>et</strong>te medfører at valg <strong>av</strong> forbrenningssystem og brenseltype bør bli utsatt<br />

for en grundig vurdering før en <strong>av</strong>gjørelse tas. Denne vurderingen bør inneholde følgende<br />

momenter:<br />

• Definering <strong>av</strong> effekt- og energibehov samt kvalit<strong>et</strong> på produsert energi (f.eks. trykk og<br />

temperatur på vann/damp).<br />

• Driftsforhold ved anlegg, d<strong>et</strong>te inkluderer driftstid, lastvariasjon på anlegg, plassering<br />

og plassbehov, b<strong>et</strong>jening, service og miljøforhold ved anlegg.<br />

• Eventuelle lokale energiressurser og dermed eventuell lokal syssels<strong>et</strong>ting.<br />

• Driftssikkerh<strong>et</strong> på anlegg og tilgjengeligh<strong>et</strong> på brensel. Herunder inngår mulige<br />

konsekvenser ved uønsk<strong>et</strong> driftstans.<br />

• Økonomiske vurderinger <strong>av</strong> aktuelle systemløsninger. Investeringsbehov og<br />

driftskostnader. Vurdering <strong>av</strong> framtidig brenseltilgang og priser.<br />

Omfang<strong>et</strong> <strong>av</strong> disse vurderingene bør selvsagt være i <strong>et</strong> visst forhold til investeringene. D<strong>et</strong><br />

2


kan indikeres at kostnadene ved en slik vurdering bør ligge i områd<strong>et</strong> 1% <strong>av</strong><br />

investeringsbehov ved mellomstore og større anlegg (>8 MW) og opp mot 5% ved mindre<br />

anlegg.<br />

3


2 FORBRENNINGSANLEGGETS HOVEOKOMPONENTER<br />

Et <strong>forbrenningsanlegg</strong> kan inndeles i følgende hovedkomponenter:<br />

• brensellager, - transport og - innmatingssystem (1)<br />

• forbrenningsenh<strong>et</strong> - kjel system (2)<br />

• luft- og røykgassystem (3)<br />

• regulerings- og alarmsystem<br />

I tillegg til hovedkomponentene inngår bygning og system for utnyttelse <strong>av</strong> produsert energi.<br />

Disse forhold blir ikke behandl<strong>et</strong> i denne sammenheng. I figur 1 er vist en prinsippskisse <strong>av</strong><br />

<strong>et</strong> <strong>forbrenningsanlegg</strong> (<strong>av</strong>falls<strong>forbrenningsanlegg</strong>).<br />

(3)<br />

(1)<br />

(2)<br />

Figur 1: Prinsippskisse <strong>av</strong> <strong>et</strong> <strong>forbrenningsanlegg</strong> (<strong>av</strong>fallsforbrenning).<br />

2.1 Brensellager, - transport og innmatingssystem<br />

Lagersystem<strong>et</strong>s utforming er primært <strong>av</strong>hengig <strong>av</strong> brenseltype og kan variere fra lagring<br />

under åpen himmel (f.eks. kullhauger) til nedgr<strong>av</strong>d tank (f.eks. olj<strong>et</strong>ank). Felles for alle<br />

lagersystemene er at de må kunne dekke brenselbehov<strong>et</strong> over <strong>et</strong> gitt tidsrom. D<strong>et</strong>te<br />

tidsromm<strong>et</strong> bestemmes ut fra en vurdering <strong>av</strong> tilgjengeligh<strong>et</strong> på brenseltransport til<br />

<strong>forbrenningsanlegg</strong><strong>et</strong>. Ofte dimensjoneres lager<strong>et</strong> slik at d<strong>et</strong> har en kapasit<strong>et</strong> på minimum 100<br />

timers drift <strong>av</strong> anlegg ved fullast.<br />

Ved forbrenning <strong>av</strong> fast brensel benyttes vanligvis en båndtransportør eller skru<strong>et</strong>ransportør<br />

for brenseltransport. Innmating til forbrenningssonen foregår ofte gjennom en sluse. Flytende<br />

brensel kan pumpes direkte fra lagertank til brennerenh<strong>et</strong>. Ved fast brenselforbrenning må<br />

man være meg<strong>et</strong> kritisk med utforming <strong>av</strong> brensellager, - transport og - innmatingssystem, da<br />

uønsk<strong>et</strong> driftsstans <strong>av</strong> <strong>et</strong> anlegg ofte skyldes problemer i disse systemene.<br />

4


2.2 Forbrenningsenh<strong>et</strong><br />

Forbrenningsenh<strong>et</strong>ens (brennkammer) oppg<strong>av</strong>e er å gi en tilfredsstillende forbrenning.<br />

Forbrenningen er primært <strong>av</strong>hengig <strong>av</strong> 3 faktorer:<br />

• temperaturen som forbrenningen foregår ved<br />

• blandingen (miksing eller turbulens) mellom luft (oksygen) og brensel<br />

• oppholdstiden i varm forbrenningssone for luft og brensel<br />

Generelt kan man si at en økning <strong>av</strong> en eller flere <strong>av</strong> disse faktorene medfører en forbedring<br />

<strong>av</strong> forbrenningsresultat<strong>et</strong>. Brensel<strong>et</strong>s forbrenningstekniske egenskaper er bestemmende for<br />

forbrenningsenh<strong>et</strong>ens utforming.<br />

2.3 Kjelsystem<br />

Kjelsystem<strong>et</strong>s oppg<strong>av</strong>e er å nyttiggjøre seg røykgassens energiinnhold (varmeinnhold),<br />

vanligvis i form <strong>av</strong> h<strong>et</strong>tvann (varmt vann) eller damp. D<strong>et</strong> finnes to prinsipielt forskjellige<br />

kjeltyper:<br />

• Røykrørskjeler<br />

• Vannrørskjeler<br />

I figur 2 er vist prinsipp<strong>et</strong> for en røykrørskjel. Røykrørskjeler benyttes vanligvis ved mindre<br />

<strong>forbrenningsanlegg</strong> og følgende faktorer er karakteristisk for denne kjeltypen:<br />

• kompakt anlegg<br />

• b<strong>et</strong>raktelig billigere i innkjøp enn vannrørskjeler<br />

• store vannvolumer gir relativt lang oppkjøringstid<br />

• manuell rengjøring<br />

• begrensninger i trykk og kapasit<strong>et</strong> pga stort vannvolum<br />

Røykrørskjeler leveres vanligvis i størrelser opp til 20 MW og med trykk inntil 10 bar.<br />

Figur 2: Røykrørskjel<br />

5


Vannrørskjelen benyttes vanligvis ved større <strong>forbrenningsanlegg</strong> hvor man ønsker høyere<br />

trykk og raskere igangkjøring. Figur 3 viser en vandrerist vannrørskjel.<br />

2.4 Luft- og røykgass system<br />

Figur 3: Vannrørskjel<br />

Forbrenningsluften kan tilføres forbrenningsenh<strong>et</strong>en enten sammen med brensel og eller<br />

separat gjennom <strong>et</strong> eg<strong>et</strong> system. Tilførsel system<strong>et</strong> må være slik utform<strong>et</strong> at luft-/<br />

brenselblandingen blir tilfredsstillende. For å oppnå en god blanding (turbulens) kreves d<strong>et</strong><br />

ofte at forbenningsluften tilføres via høytrykksvifter (> 500 mmVS overtrykk) til <strong>et</strong> egn<strong>et</strong><br />

dys<strong>et</strong>ilførselssystem.<br />

Røykgassystem<strong>et</strong> består <strong>av</strong> røykgasskanaler, røykgassrenseutstyr, vifte og skorstein.<br />

Myndigh<strong>et</strong>enes kr<strong>av</strong> til støvutslipp medfører at alle <strong>forbrenningsanlegg</strong> må utstyres med en<br />

eller annen form for renseutstyr. Generelt kan man si at flytende brensel kan oppnå<br />

tilfredsstillende støv<strong>av</strong>skilling ved mekaniske utskillere (sykloner), mens fast brenselfyrte<br />

kjeler oftere vil ha behov for mer effektive røykgassrensesystemer (tekstilfiltre, elektrofiltre,<br />

våtutskillere).<br />

2.5 Regulerings-, alarm- og overvåkingssystem<br />

Et <strong>forbrenningsanlegg</strong> er alltid utstyrt med <strong>et</strong> regulerings-, alarm- og overvåkingssystem for å<br />

forenkle samt øke sikkerh<strong>et</strong>en <strong>av</strong> anlegg<strong>et</strong>s drift. Samtidig skal disse systemene i best mulig<br />

grad påse at anlegg<strong>et</strong> opereres i <strong>et</strong> optimalt driftsområde. Omfang og funksjon <strong>av</strong> de<br />

forskjellige systemene varierer <strong>et</strong>ter kjeltype og brensel. Felles for alle er at de må oppfylle<br />

6


de kr<strong>av</strong> som arbeidstilsyn<strong>et</strong> stiller (kjelforskrifter). Større <strong>forbrenningsanlegg</strong> kan være<br />

utstyrt med datastyrt tilstandsovervåking <strong>av</strong> driften for å gi optimal drift <strong>av</strong> anlegg<strong>et</strong> i alle<br />

lastområder samt forebygge driftsuhell. Slike systemer vil ofte være kostbare i anskaffelse,<br />

men d<strong>et</strong> kan med dagens høye brensel priser allikevel være økonomisk lønnsomt å installere<br />

slikt utstyr.<br />

7


3 ENERGIANALYSE AV ET FORBRENNINGSANLEGG<br />

Med energianalyse menes analyse eller beskrivelse <strong>av</strong> de enkelte energistrømmer i <strong>et</strong><br />

<strong>forbrenningsanlegg</strong>. Energiflyten eller strømmene kan med fordel presenteres i <strong>et</strong> diagram<br />

(Sankey-diagram).<br />

Figur 4: Sankey- diagram<br />

Et Sankey-diagram gir en god og illustrativ oversikt <strong>av</strong> energiflyten og dens størrelse i <strong>et</strong><br />

<strong>forbrenningsanlegg</strong>. De enkelte energistrømmer eller r<strong>et</strong>tere sagt forhold<strong>et</strong> mellom dem blir<br />

ofte videre benytt<strong>et</strong> i diverse virkningsgrader. D<strong>et</strong> er prinsipielt tre forskjellige<br />

virkningsgrader som benyttes:<br />

• forbrenningsvirkningsgrad<br />

• kjelvirkningsgrad<br />

• anleggsvirkningsgrad<br />

I tillegg ser man ofte benytt<strong>et</strong> en b<strong>et</strong>egnelse som årsvirkningsgrad. Årsvirkningsgrad er i<br />

prinsipp<strong>et</strong> d<strong>et</strong> samme som kjelvirkningsgrad, men regn<strong>et</strong> ut fra en midlere kjelvirkningsgrad<br />

over <strong>et</strong> helt år. I årsvirkningsgraden vil da inkluderes alle periodene med ugunstig drift, f.eks.<br />

oppstart/nedkjøring og l<strong>av</strong> last på anlegg. D<strong>et</strong>te medfører at årsvirkningsgraden vil ligge en<br />

god del l<strong>av</strong>ere enn kjelvirkningsgraden. Avhengig <strong>av</strong> driftsforhold kan d<strong>et</strong> antas at<br />

årsvirkningsgraden vil være omlag 5-15 % l<strong>av</strong>ere enn kjelvirkningsgraden.<br />

3.1 Forbrenningsvirkningsgrad<br />

Forbrenningsvirkningsgraden defineres som tilført energi med brensel fratrukk<strong>et</strong> summen <strong>av</strong><br />

tap på grunn <strong>av</strong> uforbrente bestanddeler i fast eller i gassform.<br />

8


η<br />

forbr<br />

∑<br />

= 100%<br />

− tap på grunn <strong>av</strong> uforbrent<br />

Tap på grunn <strong>av</strong> uforbrent kan hensiktsmessig inndeles i følgende tap:<br />

• ufullstendig forbrente gass komponenter i røykgass<br />

• ufullstendig forbrente partikler<br />

3.1.1 Ufullstendig forbrente gasskomponenter<br />

Tap på grunn <strong>av</strong> gassformige uforbrente bestanddeler i røykgassen består <strong>av</strong> en lang rekke<br />

forbindelser som inneholder hydrogen og karbon (hydrokarbonforbindelser). De fleste <strong>av</strong><br />

disse forbindelsene opptrer i så små mengder at de blir neglisjert i beregning <strong>av</strong><br />

forbrenningsvirkningsgraden. Et unntak her kan være vedfyring. Den komponenten som i de<br />

fleste forbrenningstilfellene har størst b<strong>et</strong>ydning er innhold <strong>av</strong> CO i røykgassen. I figur 5 er<br />

d<strong>et</strong>te tap<strong>et</strong> vist for forbrenning <strong>av</strong> tungolje. Tilsvarende tap ved bruk <strong>av</strong> andre brensler vil<br />

være i samme størrelsesorden ved samme CO- innhold.<br />

Figur 5 Tap i forbrenningsvirkningsgraden på grunn <strong>av</strong> CO-innhold<strong>et</strong> i røykgassen<br />

3.1.2 Ufullstendig uforbrente partikler:<br />

D<strong>et</strong>te tap<strong>et</strong> skyldes at brenselpartikler transporteres ut <strong>av</strong> varm forbrenningssone før de er<br />

fullstendig utbrent. Denne transporten foregår enten ved medriving <strong>av</strong> røykgassen eller ved<br />

<strong>av</strong>tapping <strong>av</strong> aske fra forbrenningskammer. Ved olje eller gassfyring er d<strong>et</strong>te tap<strong>et</strong> vanligvis<br />

så lite, at d<strong>et</strong> blir neglisjert i beregning <strong>av</strong> forbrenningsvirkningsgraden. Ved fast<br />

brenselfyring kan imidlertid d<strong>et</strong>te tap<strong>et</strong> være d<strong>et</strong> tap<strong>et</strong> som har størst b<strong>et</strong>ydning for<br />

<strong>forbrenningsanlegg</strong><strong>et</strong>s virkningsgrad. I figur 6 er tap på grunn <strong>av</strong> ufullstendig forbrente<br />

partikler skissert. Diagramm<strong>et</strong> er basert på at de uforbrente partiklene består <strong>av</strong> karbon.<br />

Hydrogen har en b<strong>et</strong>raktelig større forbrenningshastigh<strong>et</strong> enn karbon og erfaringsmessig vil<br />

uforbrente partikler bestå <strong>av</strong> karbon (kokspartikler). Hvis <strong>forbrenningsanlegg</strong><strong>et</strong> har <strong>av</strong>tapping<br />

<strong>av</strong> faste partikler (støv/aske/slagg) flere steder i system<strong>et</strong> bestemmes tap<strong>et</strong> ved å summere tap<br />

fra de enkelte <strong>av</strong>tappinger ifra figur 6.<br />

9


3.2 Kjelvirkningsgrad<br />

Figur 6 Tap på grunn <strong>av</strong> uforbrente partikler i aske og slag<br />

Kjelvirkningsgraden er den mest benyttede virkningsgrad i forbindelse med<br />

<strong>forbrenningsanlegg</strong>. Den oppgis <strong>av</strong> kjelleverandør og er kundens garanti for at<br />

<strong>forbrenningsanlegg</strong><strong>et</strong> fungerer tilfredsstillende. Kjelvirkningsgraden defineres som forhold<strong>et</strong><br />

mellom produsert og tilført energi. Med tilført energi menes brensel<strong>et</strong>s brennverdi samt<br />

følbar varme i tilført luft og brensel. Følbar varme i luft og brensel blir ofte neglisjert da den<br />

relativt s<strong>et</strong>t er liten, i områd<strong>et</strong> 0,5 - 1.0 % <strong>av</strong> brensel<strong>et</strong>s brennverdi. Kjelvirkningsgraden kan<br />

fastlegges på to prinsipielt forskjellige m<strong>et</strong>oder:<br />

3.2.1 1. Direkte m<strong>et</strong>ode.<br />

Kjelvirkni ngsgrad :<br />

PN<br />

η kjel =<br />

PB<br />

Hvor P N = kjelens overførte effekt (mottatt <strong>av</strong> vann/damp)<br />

P B = tilført effekt med luft/brensel.<br />

3.2.2 2. Indirekte m<strong>et</strong>ode:<br />

Kjelvirkni kjel<br />

∑<br />

ngsgrad : η = 100%<br />

− tap i %<br />

hvor tapene er summen <strong>av</strong> følgende:<br />

• røykgasstap<br />

• tap på grunn <strong>av</strong> ufullstendig forbrenning<br />

• tap p.g.a. følbar varme i støv, aske og slagg .<br />

• varm<strong>et</strong>ap til omgivelsene<br />

Røykgasstap<strong>et</strong> skyldes at røykgassen forlater kjelen med en temperatur som er høyere enn<br />

referans<strong>et</strong>emperatur (f.eks. omgivelsestemperatur). D<strong>et</strong>te tap er primært <strong>av</strong>hengig <strong>av</strong><br />

røykgasstemperatur og luftoverskudd. Type brensel og dermed røykgassammens<strong>et</strong>ning har<br />

mindre b<strong>et</strong>ydning for røykgasstap<strong>et</strong>. Figur 7 gjelder forbrenning <strong>av</strong> tungolje med nedre<br />

brennverdi, HN=41 MJ/kg.<br />

10


Figur 7 Røykgasstap som funksjon <strong>av</strong> røykgass temperatur og luftoverskudd<br />

Tap på grunn <strong>av</strong> ufullstendig forbrenning er summen <strong>av</strong> tapene som er beskrev<strong>et</strong> under<br />

forbrenningsvirkningsgrad.<br />

Tap på grunn <strong>av</strong> følbar varme i støv, aske og slagg har bare b<strong>et</strong>ydning ved fyring <strong>av</strong> fast<br />

brensel anlegg. Selv i denne sammenheng er tap<strong>et</strong> relativt lite, i størrelsesområd<strong>et</strong> 0.1 %, og<br />

blir vanligvis neglisjert. I figur 8 er d<strong>et</strong>te tap<strong>et</strong> tegn<strong>et</strong> opp som funksjon <strong>av</strong> <strong>av</strong>tapp<strong>et</strong> mengde,<br />

temperatur og innfyrt effekt. Figuren er basert på en spesifikk varmekapasit<strong>et</strong> lik 1.0 kJ/kgK<br />

for aske, støv og slagg.<br />

Figur 8: Tap på grunn <strong>av</strong> følsom varme i støv og aske. Ved flere <strong>av</strong>tappingspunkter i system<strong>et</strong> må tapene<br />

summeres.<br />

Varm<strong>et</strong>ap til omgivelsene består <strong>av</strong> strålings- og ledningsvarme overført fra anlegg<strong>et</strong> til<br />

omgivelsene. D<strong>et</strong>te tap<strong>et</strong> er først og fremst <strong>av</strong>hengig <strong>av</strong> anlegg<strong>et</strong>s størrelse, d.v.s. overflate og<br />

anlegg<strong>et</strong>s isolasjon. Varm<strong>et</strong>ap<strong>et</strong> er relativt større ved mindre anlegg på grunn <strong>av</strong> <strong>et</strong> lite anlegg<br />

11


har større overflate i forhold til produsert effekt enn <strong>et</strong> stort anlegg. D<strong>et</strong>te varm<strong>et</strong>ap blir ofte<br />

registrert som oppvarming <strong>av</strong> d<strong>et</strong> lokal<strong>et</strong> hvor anlegg<strong>et</strong> er plassert og eventuelt som<br />

forvarming <strong>av</strong> forbrenningsluften. I beregning <strong>av</strong> kjelvirkningsgrad blir allikevel denne<br />

varme<strong>av</strong>givelsen behandl<strong>et</strong> som <strong>et</strong> tap i kjelvirkningsgrad. D<strong>et</strong> finnes flere forskjellige diagrammer<br />

i litteraturen for d<strong>et</strong>te tap<strong>et</strong>, <strong>av</strong>hengig <strong>av</strong> anleggstype og driftsforhold. H. N<strong>et</strong>z [H.<br />

N<strong>et</strong>z: Dampfkessel B. G. Teubner, Stuttgart 1967] oppgir at d<strong>et</strong>te tap<strong>et</strong> kan variere mellom 1<br />

og 10 % <strong>av</strong>hengig <strong>av</strong> anleggstype, anleggsstørrelse og driftsforhold. Figur 9 viser varm<strong>et</strong>ap<br />

til omgivelsene og er basert på DIN 1942.<br />

3.3 Anleggsvirkningsgrad<br />

Figur 9: Varm<strong>et</strong>ap til omgivelsene.<br />

Med anleggsvirkningsgrad menes forhold<strong>et</strong> mellom totalt tilført energi og utnytt<strong>et</strong> produsert<br />

energi. Totalt tilført energi er summen <strong>av</strong> tilført energi med brensel/luft og hjelpeenergi.<br />

Hjelpeenergi eller tilleggsenergi består <strong>av</strong> tilført elektrisk energi for å drive pumper, vifter<br />

<strong>et</strong>c, og er i størrelsesområd<strong>et</strong> 0,5-2,5 % <strong>av</strong> tilført energi med brensel. Varm<strong>et</strong>ap<strong>et</strong> til<br />

omgivelsene fra anlegg<strong>et</strong>s overflate vil vanligvis helt eller delvis benyttes til oppvarming <strong>av</strong><br />

forbrenningssentralens bygninger og er meg<strong>et</strong> vanskelig å beregne. D<strong>et</strong>te medfører at d<strong>et</strong> er<br />

vanskelig å angi mengden <strong>av</strong> utnytt<strong>et</strong> produsert energi og dermed tallfeste en<br />

anleggsvirkningsgrad.<br />

12


4 GASSMÅLINGER<br />

4.1 Innledning<br />

For å kunne oppnå gode og pålitelige målinger <strong>av</strong> utslipp til luft, er d<strong>et</strong> <strong>av</strong> største b<strong>et</strong>ydning å<br />

ha gode og pålitelige måleinstrumenter. D<strong>et</strong> er disse som skal registrere status i en prosess, og<br />

ofte sende <strong>et</strong> signal til en styringsenh<strong>et</strong>.<br />

Ved drift <strong>av</strong> forbrennings- og prosessanlegg (høytemperaturprosesser, renseanlegg i<br />

prosesser), er d<strong>et</strong> <strong>av</strong> <strong>av</strong>gjørende b<strong>et</strong>ydning at måleinstrumentene er tilstrekkelig raske og<br />

nøyaktige, slik at de kan gi rask og pålitelig tilbakemelding til reguleringssystem<strong>et</strong>.<br />

Dersom hensikten kun er å registrere totalt utslipp, er rask respons <strong>av</strong> mindre b<strong>et</strong>ydning.<br />

Gjennomsnittsverdiene vil likevel gi <strong>et</strong> godt bilde <strong>av</strong> utslippssituasjonen.<br />

Kontinuerlig måling <strong>av</strong> gasskomponenter kan gjøres på to prinsipielt ulike m<strong>et</strong>oder:<br />

Ekstraktiv m<strong>et</strong>ode innebærer at en liten delstrøm suges ut <strong>av</strong> kanalen og at analysen skjer i <strong>et</strong><br />

frittstående instrument.<br />

In situ m<strong>et</strong>oder innebærer at gassen analyseres i kanalen, uten at en gassprøve tas ut. Normalt<br />

innebærer d<strong>et</strong>te målinger over <strong>et</strong> sjikt i kanalen, for eksempel over kanaltverrsnitt<strong>et</strong>.<br />

Dominerende i dag er de ekstraktive systemene, som også er de eneste mobile løsningene<br />

med rimelig arbeidsinnsats.<br />

4.2 Hvilke komponenter skal analyseres.<br />

Hvilke komponenter som måles/dokumenteres med kontinuerlige måleinstrumenter styres<br />

delvis <strong>av</strong> myndigh<strong>et</strong>enes kr<strong>av</strong> til industrianlegg, samtidig som mange anlegg på eg<strong>et</strong> initiativ<br />

installerer målere for prosesskontroll eller egendokumentasjon.<br />

Oppsummert kan man si at følgende momenter er bestemmende:<br />

• Myndigh<strong>et</strong>enes kr<strong>av</strong> gitt i utslippstillatelsen.<br />

• Generelle kr<strong>av</strong> til <strong>forbrenningsanlegg</strong>.<br />

• Ønskede målinger fra driftspersonal<strong>et</strong> på komponenter som benyttes som<br />

styringsparam<strong>et</strong>ere for optimalisering <strong>av</strong> forbrennings-/ prosessanlegg<strong>et</strong>.<br />

Når nødvendige komponenter er bestemt, må d<strong>et</strong> velges måleprinsipp og måleinstrument.<br />

Noen <strong>av</strong> momentene som er styrende for d<strong>et</strong>te er:<br />

• Er d<strong>et</strong> fare for interferens mellom komponenter<br />

• Kr<strong>av</strong> til nøyaktigh<strong>et</strong>.<br />

• Konsentrasjonsområd<strong>et</strong> for gassene som skal måles (min/maks)<br />

• Kan man måle flere komponenter med samme måleinstrument?<br />

13


• Kan man benytte samme gassbehandlingssystem?<br />

De vanligste komponentene som i dag måles med kontinuerlige målere er:<br />

O2, CO, CO2, NO, NOx, TOC og SO2.<br />

D<strong>et</strong> finnes imidlertid også kontinuerlige målere for:<br />

H2S, HCl, HF og NH3, med flere.<br />

4.3 Gassbehandlingssystemer<br />

D<strong>et</strong>te er system<strong>et</strong> som bearbeider måleprøven til en slik kvalit<strong>et</strong> at analysatoren kan<br />

håndtere/analysere prøven. De fleste analysatorer krever en tørr og støvfri måleprøve, med <strong>et</strong><br />

svakt overtrykk og en mengde rundt 1 liter pr. minutt. Måleprøven må gjerne også være<br />

kaldere enn analysatorens målecelle temperatur.<br />

Hva må gjøres med prøven?<br />

• Er den varm og fuktig, må den tørkes, enten med nedkjøling (kondensering til 1-2 o C)<br />

eller indirekte med tørr instrumentluft (semipermeable slanger, med tørr<br />

instrumentluft i motstrøm).<br />

• Er den kald og tørr, er d<strong>et</strong> ingen problem.<br />

• Inneholder måleprøven "tyngre kondenserbare komponenter" må disse filtreres bort,<br />

enten ved nedkjøling, absorpsjon eller binding til andre materialer.<br />

• Ved filtrering anbefales alltid serieprinsipp<strong>et</strong>, dvs. grov-middels-fin filtrering.<br />

• Ved filtrering må man passe på at ikke filter<strong>et</strong> har absorpsjonseffekter, som gir feil<br />

analyseresultat<strong>et</strong>.<br />

• Er gasskomponenten stabil og upåvirk<strong>et</strong> <strong>av</strong> trykkstøt, filtrering igjennom m<strong>et</strong>allsinter<br />

<strong>et</strong>c.<br />

For de kalde målecellene må røykgassen som slippes inn i målekammer<strong>et</strong> normalt<br />

forbehandles.<br />

Gassen må være:<br />

• Fri for vanndamp<br />

• Fri for støv<br />

• Nedkjølt til < 5°C.<br />

D<strong>et</strong>te medfører blant ann<strong>et</strong> at instrument<strong>et</strong> måler konsentrasjoner <strong>av</strong> forurensning i tørr<br />

røykgass.<br />

14


Figur 10: Komponenter i måleoppstilling for gassmålinger.<br />

1. Utsugningssonde 6. 5-veis ventil<br />

2. Oppvarm<strong>et</strong> filter 7. Membranpumpe<br />

3. Oppvarm<strong>et</strong> slange 8. Membranfilter<br />

4. Gasskjøler 9. Mengdemåler<br />

5. Konverter, vaskeflaske 10. Analysator<br />

4.4 Analysatorens kr<strong>av</strong>/spesifikasjoner<br />

D<strong>et</strong> må være analysatoren, og dens kr<strong>av</strong> og spesifikasjoner, som skal bestemme<br />

spesifikasjonene til gassbehandling system<strong>et</strong>, når d<strong>et</strong> gjelder kapasit<strong>et</strong>/mengde, filterfinh<strong>et</strong>,<br />

trykk og temperatur.<br />

Benytt alltid minimumsbehov<strong>et</strong> til analysatoren, når d<strong>et</strong> gjelder gassmengde, trykk og<br />

temperatur. D<strong>et</strong>te gir deg <strong>et</strong> enklere gassbehandling system, mindre vedlikehold.<br />

• minimum gassmengde gir behov for små dimensjoner og l<strong>av</strong>t indre volum.<br />

• mindre dimensjoner gir enklere og rimeligere montasje.<br />

• mindre dimensjoner gir l<strong>av</strong>ere energibehov.<br />

• valg <strong>av</strong> filterkvalit<strong>et</strong> <strong>av</strong>gjør hvor ofte du må rense/vedlikeholde analysatoren.<br />

• bruk serieprinsipp<strong>et</strong> for filtrene, og øk finh<strong>et</strong>en på d<strong>et</strong> siste, inntil du har en akseptabel<br />

driftstid og kvalit<strong>et</strong> på prøva.<br />

15


5 BEREGNINGER<br />

De fleste instrumenter gir gasskonsentrasjonen i ppm, hvor 0- 20 mA, 0-1V, alternative andre<br />

analoge signal, tilsvarer for eksempel: 0-10, 0-100, 0-1000, 0-10000 ppm, <strong>av</strong>hengig <strong>av</strong><br />

instrument og valgt måleområde. Avhengig <strong>av</strong> instrument<strong>et</strong>, måles d<strong>et</strong> videre på fuktig eller<br />

tørr røykgass.<br />

Gasskonsentrasjonene ønsker vi ofte å presentere på formen mg/Nm 3 , tørr røykgass. D<strong>et</strong>te er<br />

en form som myndigh<strong>et</strong>ene benytter i sine utslippskonsesjoner og direktiver, og d<strong>et</strong> gir en<br />

felles referanse. Nm 3 , er normalkubikkm<strong>et</strong>er, ved tilstanden 0°C og 1,013 bar.<br />

Konsentrasjonen regnes videre ofte om til en gitt O2 konsentrasjon.<br />

Utslippskonsentrasjon C [mg/Nm 3 ], omregn<strong>et</strong> fra ppm er gitt ved:<br />

C C<br />

3<br />

3<br />

( mg / Nm ) = C(<br />

ppm)<br />

⋅ ρ ( kg / Nm )<br />

ρ ( kg / Nm<br />

C<br />

3 )<br />

M<br />

=<br />

v<br />

0<br />

c<br />

ρC = Gasst<strong>et</strong>th<strong>et</strong>en ved Normaltilstand [kg/Nm 3 ]<br />

MC = Molvekten til C [kg/kmol]<br />

v0 = Molvolum ved normaltilstand [22,4 Nm 3 /kmol]<br />

Enkelte instrumenter måler komponenter på våt gass (d<strong>et</strong>te gjelder i første rekke TOC), og da<br />

er d<strong>et</strong> nødvendig å regne om konsentrasjonen til tørr gass.<br />

Utslippskonsentrasjonen C [mg/Nm 3 ], målt ved fuktig gass omregn<strong>et</strong> til tørr gass er gitt ved:<br />

C<br />

vf<br />

C 3<br />

( mg / Nm ) =<br />

fuktig gass<br />

tørk gass<br />

v f<br />

( mg / Nm<br />

1−<br />

100<br />

= vol% fuktigh<strong>et</strong> i røykgassen<br />

5.1.1 Beregningseksempler<br />

Eksempel 1: Omregning fra ppm til mg/Nm 3 og korrigering for O2 %<br />

3<br />

)<br />

100 ppm CO, målt ved tørr gass, og 6 % O2, skal regnes om til mg/Nm 3 , ved 11% O2.<br />

ρ<br />

CO , N<br />

28kg<br />

/ kmol<br />

3<br />

=<br />

= 1,<br />

25kg<br />

/ Nm<br />

3<br />

22,<br />

4Nm<br />

/ kmol<br />

3<br />

3<br />

3<br />

CCO ( mg / Nm ) =<br />

100 ppm⋅1,<br />

25kg<br />

/ Nm = 125mg<br />

/ Nm tørr gass,<br />

6%<br />

O2<br />

16


Korrigert til 11% O2, blir d<strong>et</strong>te:<br />

( 21−11)<br />

( 21−<br />

6)<br />

3<br />

3<br />

3<br />

CCO ( mg / Nm ) = 125mg<br />

/ Nm ⋅ = 83mg<br />

/ Nm tørr gass,<br />

11%<br />

O2<br />

Eksempel 2: Omregning <strong>av</strong> konsentrasjon fra fuktig til tørr røykgass:<br />

50 mg/Nm 3 , TOC (som m<strong>et</strong>an) fuktig gass, skal regnes om til tørr gass. Fuktigh<strong>et</strong>en i røykgassen<br />

er 8%.<br />

50(<br />

mg / Nm )<br />

8<br />

( 1−<br />

)<br />

100<br />

3<br />

3<br />

3<br />

CTOC ( mg / Nm ) =<br />

= 54mg<br />

/ Nm<br />

tørk gass<br />

17

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!