Byte av befintliga br¨annare i OK3

F¨or att unders¨oka om f¨or¨andringen med ett byte av de befintliga br¨annarna genom- f¨ors simuleringar. Vid simuleringen inf¨ors en v¨axling av koksverkets ugnsbatterier. Regulatorparametrarna som anv¨ands vid simuleringen ¨ar K = 5 och Ti = 100 s.

Resultatet av simuleringen redovisas i figur 13.8.

Figur 13.7.Fl¨odet till OK3 visas t.v och gasklockans niv˚a t.h. Samtidigt som 50 000 Nm3

/h LD-gas f¨orbrukas i OK3. Koksverkets v¨axling av ugnsbatteri inf¨or dessutom efter 2 200 s.

Figur 13.8.Fl¨odet till OK3 visas t.v och gasklockans niv˚a t.h. Koksverkets v¨axling inf¨ors efter 1 200 s.

13.3

Resultat

Regleringen av facklorna kan f¨orb¨attras genom att tabellen som styr f¨ordelningen av fl¨odet mellan facklorna modifieras. M¨angden f¨orbr¨and gas i facklorna minskas och elproduktionen i kraftverket kan ¨oka med samma m¨angd. Dessutom min- skas st¨alldonens r¨orelse. Resultaten fr˚an simuleringarna har en god validitet mot hyttgasn¨atet. F¨or¨andringarna av f¨ordelningen mellan facklorna och niv˚aregulatorns parametrar ¨ar ¨overf¨orbara till hyttgasn¨atet.

Modifieringen av regulatorparametrarna till reglerspj¨allet vid OK3 ¨ar l¨amplig att genomf¨ora. Driften av hyttgasn¨atet f¨orb¨attras genom att gasklockan f˚ar ett min- dre oscillativt uppf¨orande. F¨or¨andringarna medf¨or att m¨angden facklad gas min- skas. Resultatet av simuleringarna b¨or ses som en v¨agledning om hur hyttgsn¨atet p˚averkas av de inf¨orda f¨or¨andringarna. Vid simuleringen med inf¨orandet av LD- gasen till kraftverket ¨ar os¨akerheten i simuleringen st¨orre och resultatet b¨or d¨arf¨or ses som en grov uppskattning f¨or potentialen i investeringen.

Kapitel 14

Slutsatser

Modellens implementering i Modelica med komponenter ur Thermofluid ¨ar ett bra val f¨or modelleringen av hyttgasn¨atet. Den presenterade fluiddynamiken som anv¨ands i modellen tillsammans med de intrimmade parametrarna valideras b˚ade statiskt och dynamiskt. Den statiska valideringen av arbetspunkterna visar att modellen har en god ¨overensst¨ammelse n¨ar reglerspj¨allet vid OK3 ¨ar helt ¨oppet. N¨ar arbetspunkten f¨or ett l¨agre bl¨asterfl¨ode studeras ¨ar ¨overensst¨ammelsen i tryck- en s¨amre. ¨Overensst¨ammelsen i massfl¨ode ¨ar fortfarande god.

Hyttgasmodell Statisk kan anv¨andas f¨or simuleringar d¨ar reglerspj¨allets ¨oppnings- grad ¨ar mellan 100 % och 45 %. Begr¨ansningen i modellens omr˚ade beror p˚a re- glerventilens implementering. Vid vissa simuleringar ¨ar det ¨onskv¨art med ett st¨orre regleromr˚ade f¨or spj¨allet. D¨arf¨or har tv˚a modeller implementerats Hyttgasmod- ell dynamisk och Hyttgasmodell dynamisk niva.

Infl¨odet till OK3 ¨ar begr¨ansat av hyttgasn¨atets konstruktion. Vid normala bl¨aster- fl¨oden till masugnarna f˚as ett infl¨ode till gasklockan. Trots att reglerspj¨alet vid OK3 ¨ar helt ¨oppet. Detta medf¨or att facklorna m˚aste f¨orbr¨anna hyttgas ¨aven vid normal drift. F¨or att minska den facklade m¨angden gas m˚aste allts˚a n˚agon fysisk f¨or¨andring av hyttgasn¨atet genomf¨oras f¨or att ¨oka konsumtionen i OK3.

De f¨or¨andringar av hyttgasn¨atet som ger st¨orst ¨okning av infl¨odet till OK3 ¨ar: • Inf¨orandet av tv˚a extra br¨annare i OK3

• _{Byte av de befintliga br¨annarna i OK3} • Inf¨orandet av en tryckstegringsfl¨akt

Den kontinuerliga driften av n¨atet simuleras med tv˚a extra br¨annare i OK3 samt med byte av de befintliga br¨annarna i OK3. B˚ada f¨or¨andringarna medf¨or att kraftverket klarar att balansera gasklockans niv˚a utan att facklorna anv¨ands. Simu- lering av inf¨orandet av tryckstegringsfl¨akten kr¨aver en omfattande f¨or¨andring av

modellen. Simuleringar av kontinuerlig drift kan d¨arf¨or inte genomf¨oras. Simu- leringarna b¨or ses som v¨agledande eftersom det inte ¨ar m¨ojligt att verifiera resul- taten d˚a f¨or¨andringarna inf¨orts.

Simuleringar av inf¨orandet av LD-gasen till OK3 har studerats i kombination med inf¨orandet av tv˚a extra br¨annare. Resultaten visar att 50 000 Nm3

/h LD-gas kan f¨orbr¨annas om OK2:s konsumtion ¨okas eller br¨annarna ansluts efter DO-ventilen vid OK3. Resultatet b¨or ses som en grov uppskattning av potentialen f¨or investerin- gen.

De simuleringar som genomf¨orts i kapitel 12 studerar uppf¨orandet i modellen un- der tre olika driftsfall. Simuleringen av snabbstopp i OK3 visar att en tryckstegring i n¨atet f˚as. F¨orslag p˚a l¨ampliga ˚atg¨arder ¨ar inf¨orande av en tryckreglerad fackla eller en ¨okad diameter p˚a r¨oret mellan M4:s utlopp och gasklockan. Simuleringar genomf¨ors ¨aven n¨ar facklorna ¨ar ur funktion. N¨ar gasklockan fyllts helt stiger tryck- et i hyttgasn¨atet. Om OK3 ¨ar i drift f˚as ett ¨okat infl¨ode till OK3, detta orsakas av det h¨ogre trycket. En ny j¨amviktsniv˚a uppn˚as och klockans niv˚a stabiliseras.

F¨or att s¨akerst¨alla masugnarnas produktion ¨aven n¨ar kraftverket inte ¨ar i drift, kr¨avs en ¨okad fackelkapacitet. Om en ny fackla inf¨orskaffas b¨or den ha en ka- pacitet p˚a minst 104 000 Nm3

/h. Storleken p˚a facklan anpassas till en ¨okning av bl¨asterfl¨odena. I ber¨akningen ans¨atts bl¨asterfl¨odet 125 000 Nm3

/h till M4 och 90 000 Nm3

/h till M2. Om facklan inf¨orskaffas av SSAB b¨or den regleras mot trycket i hyttgasn¨atet. St¨alldonets snabbhet ¨ar avg¨orande f¨or tryckstegringens storlek vid ett snabbstopp i OK3.

14.1

F¨orslag p˚a fortsatt arbete

Modellen kan g¨oras mer detaljerad f¨or konsumenter och producenter. Masugnarnas modellering kr¨aver information om utbytesfaktorerna. Modellen kan f¨orb¨attras om en fysikalisk modell av masugnen implementeras. Vid en eventuell modellering av masugnarna b¨or dessutom bl¨astersidan modelleras mer utf¨orligt.

Modelleringen av OK2 och koksverket kan f¨orb¨attras f¨or att efterlikna konsument- erna b¨attre. Submodellerna kan f¨orb¨attras genom att tryckm¨atningar genomf¨ors och att r¨orsystemet modelleras fysikaliskt. Regleringen av konsumenterna kan d˚a studeras p˚a samma s¨att som facklans reglering studeras i kapitel 13.

Panna 4 kan modelleras med komponenter fr˚an programpaketet Thermofluid. Modellen ¨over panna 4 kan anslutas till modellen ¨over hyttgasn¨atet.

LD-gasens inf¨orande till OK3 kan studeras n¨armare i modellen. Genom att kon- struera en modell f¨or hela systemet fr˚an st˚alverk till OK3 kan olika konstruktioner j¨amf¨oras och LD-gasens p˚averkan p˚a hyttgasn¨atet studeras.

Litteraturf¨orteckning

[1] Kersti Ahlberg. AGA Gas Handbook. AGA AB, Liding¨o, Sverige, 1984. [2] Aspentech. ’http://www.aspentech.com/brochures/Custom Modeler US.pdf’

’http://www.aspentech.com/includes/product.cfm?IndustryID=0 &ProductID=299’

’http://www.aspentech.com/brochures/HYSYS Dynamics.pdf, oktober 2003. [3] Modelica Association. ’www.modelica.org’, ’www.dynasim.se’, oktober 2003. [4] Modelica Association. ’http://www.modelica.org/libraries.shtml’, januari

2004.

[5] Modelica Association. ’http://www.modelica.org/library/contrib/ ThermoFluid/help/ ThermoFluid BaseClasses CommonFunctions.html #ThermoFluid.BaseClasses. CommonFunctions.ThermoRoot’, januari 2004. [6] Modelica Association. ’http://www.modelica.org/library/contrib/

ThermoFluid/help/ThermoFluid Interfaces SingleStatic.html#ThermoFluid.Interfaces. SingleStatic’, januari 2004.

[7] Modelica Association. ’http://www.modelica.org/library/Modelica/docu/ Modelica Blocks Interfaces.html#Modelica.Blocks.Interfaces’, januari 2004. [8] Gunnar Blom. Sannolikhetsteori och statistikteori med till¨ampningar. Stu-

dentlitteratur, 1998.

[9] Donald Young et al. A brief introduction to fluid mechanics. John Wiley & Sons, Iowa, USA, 2001.

[10] Donald Young et al. Fundamentals of fluid mechanics. John Wiley & Sons, Iowa, USA, 2nd edition, 2001.

[11] Joseph Schetz et al. Handbook of fluid dynamics and fluid machinery, appli- cations of fluid dynamics, volume three. John Wiley & Sons, 1996.

[12] Karl Storck et al. Formelsamling i termo- och fluiddynamik. Instutitionen f¨or konstruktions- och produktionsteknik, Link¨opings Universitet, Link¨oping, Sverige, 2001.

[13] Torkel Glad et al. Kurskompendium Digital styrning. Instutitionen f¨or Sys- temteknik, Link¨opings Universitet, Link¨oping, Sverige, 2003.

[14] Flowmaster. ’http://www.flowmaster.com/oil gas/index.html’, oktober 2003. [15] Fluent. ’http://www.fluent.com/software/fluent/modeling capabilities.htm’,

oktober 2003.

[16] FluidFlow. ’http://www.fluidflowinfo.com/FluidFlow/DesignExample.asp’, oktober 2003.

[17] Erik Hasselstrand. Koksverket, lia period 1. Bredviksskolan, 2000. [18] Mathworks Inc. ’http://www.mathworks.com/products/tech computing/

modsim.shtml’, oktober 2003.

[19] Mscsoftware Inc. ’http://www.mscsoftware.com/assets/2761 MSC.EASY5 Product Family Overview.pdf’, oktober 2003.

[20] Link¨opings Universitet Instutionen f¨or Konstruktions-och Produktionsteknik. ’http://www.flumes.ikp.liu.se/Users Guide.pdf’, oktober 2003.

[21] INTAB, V¨astra Fr¨olunda, Sverige. Intab manual PC-logger, 1997.

[22] Sate Italy. ’http://www.sate-italy.com/flyers/Pneuma.pdf’, oktober 2003. [23] Bengt Lennartsson. Reglerteknikens grunder, formelsamling.

’www.s2.chalmers.se/undergraduate/courses0203/ere080/docs/rt formsaml.pdf’, januari 2004.

[24] LKAB. ’www.lkab.se’, januari 2004.

[25] Jonas Malmqvist. Utbildningsmaterial VBC/MEM. SSAB Oxel¨osund, Ox- el¨osund, Sverige, 1998.

[26] SSAB Oxel¨osund, Oxel¨osund, Sverige. OK-2000 : steg 3, 1997.

[27] Per ¨Ostlund. Internt utbildningsmeterial. SSAB Oxel¨osund, Oxel¨osund, Sverige, 1997. Internt dokumentnummer: PR97720 P5.

[28] Hubertus Tummescheit. Design and Implementation of Object-Oriented Model Libraries using Modelica. Phd thesis 261, Lund, Sverige, 2002.

[29] Hubertus Tummescheit. ’http://www.control.lth.se/ hubertus/Thermofluid/ Thermofluid-Dymola4.1c.zip’, Januari 2004.

[30] Mirja Windhamn. Differential algebraic systems theory – some finiteness prob- lems. Master’s thesis , Department of metallurgy, KTH, Stockholm, Sverige, 1998.

[31] Yokogava. ’http://www.us.yokogawa.com/IA/fieldinstruments/transmitters/ default.htm’, februari 2004.

Bilaga A

Bilder

A.1

Hyttgasn¨atets konstruktion

Bilaga B

Kravspecifikation f¨or

modelleringsverktyg

I denna bilaga presenteras en utf¨orligare beskrivning av kravspecifikationen i kapitel 5.

B.1

Kategori 1, krav p˚a systemuppbyggnad

En helt¨ackande modell ¨over hyttgasn¨atet kr¨aver att alla komponenter som ing˚ar i det fysiska systemet m˚aste kunna skapas i modelleringsverktyget. Den lista som f¨oljer nedan ¨ar en sammanst¨allning av de komponenter som kommer att beh¨ova anv¨andas i modellen.

1. R¨ordelar kommer att ing˚a i modellen. Gasen som str¨ommar i hyttgasn¨atet ska kunna ses som b˚ade inkompressibel och kompressibel. F¨or att unders¨oka hur stora de kompressibla p˚averkningarna ¨ar m˚aste det finnas m¨ojlighet att med modelleringsverktyget r¨akna b˚ade kompressibelt och inkompressibelt. 2. Gasklockan har en avg¨orande betydelse i gasn¨atet betr¨affande trycket. An-

talet aktiva sektioner best¨ammer vilket tryck som r˚ader i n¨atet. F¨or att mod- ellera gasklockan kr¨avs att modelleringsverktyget kan hantera en reservoar med variabel volym. Reservoaren ska dessutom stegvis variera trycket p˚a gasen, f¨or att ˚aterskapa sektionernas inverkan.

3. B˚ade producenter och konsumenter ska till˚atas ha en variabel produktion eller konsumtion. F¨or att se de dynamiska f¨orloppen m˚aste det finnas m¨ojlighet att excitera modellen. Genom att styra komponenterna i modellen skapas f¨oruts¨attningar f¨or att j¨amf¨ora modellen med verkliga driftsfall. De kon- sumenter och producenter i hyttgasn¨atet som ska modelleras ¨ar bl˚asmaskiner, koksverk, kraftverk och varmapparater.

4. Vissa konsumenter i systemet har en konsumtion som ¨ar villkorlig. Ett exem- pel ¨ar facklorna, vars konsumtion ¨ar beroende av gasklockans niv˚a. Villkoren f¨or dessa komponenters egenskaper ska kunna inf¨oras i modellen. Den villko- rliga konsumtionen kan inf¨oras med regulatorer i modellen.

5. N˚agra av komponenterna anslutna till hyttgasn¨atet tillf¨or systemet dynamik. F¨or att ˚aterskapa dynamiken i modellen kr¨avs att de dynamiska komponen- terna kan modelleras i modelleringsverktyget. Dessa komponenter ska inf¨oras i modellen genom att processmodeller tas fram med identifieringsf¨ors¨ok eller genom modelleringsverktygets f¨ardiga komponenter. De olika processmod- ellerna som beskrivs i kapitel 4.3 ska vara m¨ojliga att implementera. N˚agra av de komponenter som ¨ar aktuella f¨or identifieringsf¨ors¨ok ¨ar masugnar och varmapparater.

6. F¨or att modellera vissa av komponenterna i hyttgasn¨atet kr¨avs matematiska ber¨akningar. Ber¨akningar ska anv¨andas f¨or att f¨or¨andra komponenternas eller gasens egenskaper. Exempelvis kr¨avs ber¨akningar d˚a gasutbytet genom de kemiska reaktionerna i masugnarna.

7. Friktionsf¨orluster och eng˚angsf¨orluster ska kunna modelleras. Dessa ska dess- utom till˚atas vara variabla. Ett exempel p˚a variabla f¨orluster ¨ar ventiler vars f¨orluster varierar med ¨oppningsgraden. ¨Aven friktionsf¨orlusterna ska vara m¨ojliga att variera eftersom de ¨ar beroende p˚a hur mycket bel¨aggningar som finns i r¨oret.

8. Modellen ska beakta h¨ojdskillnader som orsakar tryckf¨orluster.

9. Egenskaperna hos hyttgasen ska ˚aterges i modellen. Om modelleringsverk- tyget inneh˚aller f¨ardiga funktioner f¨or hantering av gaser ska hyttgasen kunna representeras p˚a ett enkelt och korrekt s¨att.

B.2

Kategori 2, krav p˚a simuleringsm¨ojligheter

Resultaten fr˚an simuleringarna m˚aste l¨att kunna analyseras och j¨amf¨oras med uppm¨atta data. F¨or att modelleringsverktyget ska vara l¨ampligt f¨or analysen av systemet m˚aste f¨oljande krav uppfyllas:

1. Anv¨andaren ska ha m¨ojlighet att best¨amma hur stor produktion/konsumtion komponenter som bl˚asmaskiner, koksverk, kraftverk och varmapparater har vid olika tidpunkter i modellen. Genom att ¨andra k¨orplanerna f¨or komponen- terna i hyttgasn¨atet kan olika driftsfall simuleras och j¨amf¨oras med uppm¨att data. N¨ar k¨orplanerna ¨andras skapas f¨oruts¨attningar att generera b˚ade snabb och l˚angsam dynamik i modellen.

2. Simuleringens tidsomfattning ska kunna styras. Anv¨andaren ska ges m¨ojlighet att studera b˚ade korta och l˚anga simuleringssekvenser.

B.3 Kategori 3, krav p˚a system och licens 119

3. Resultatet fr˚an simuleringarna ska redovisas p˚a ett s¨att som ¨ar enkelt att analysera. Resultaten ska utan on¨odigt arbete presenteras grafiskt, antingen direkt i programmet eller genom en enkel export av m¨atv¨arden.

4. L¨osningsmetoden ska vara effektiv s˚a att simuleringstiden blir s˚a kort som m¨ojligt utan att noggrannheten f¨ors¨amras.

5. Vid simuleringen ska det finnas m¨ojlighet att v¨alja olika simuleringsalternativ. Detta f¨or att b¨attre utnyttja datorkraften och undvika l˚anga simuleringstider.

B.3

Kategori 3, krav p˚a system och licens

Hyttgasn¨atet ¨ar ett k¨ansligt system vilket dessutom st¨aller h¨oga krav p˚a trov¨ardig- het hos modellen. F¨or att kunna anv¨anda modelleringsverktyget med befintliga resurser p˚a SSAB ¨ar n˚agra krav uppst¨allda nedan.

1. Modelleringsverktygen ska vara anpassade till PC och Windows, eftersom det ¨ar den maskin- och programvara som finns tillg¨anglig p˚a SSAB.

2. Modelleringsverktyget ska kunna anv¨andas utan eller till en ringa kostnad, under hela examensarbetet.

3. Trov¨ardigheten i simuleringarna ska kunna styrkas. Programmets ber¨aknings- metoder ska vara v¨al dokumenterade och tillg¨angliga. Det ska finnas redovisat vilka f¨orenklingar och idealiseringar som g¨ors av modelleringsverktyget. 4. Om modelleringsverktyget inneh˚aller f¨ardiga funktioner f¨or att bygga fysik-

aliska objekt i utvecklingsmilj¨on m˚aste dessa funktioner vara v¨aldokumenter- ade och st¨odjas i en anv¨andarhandledning. Handledningen ska vara utformad p˚a ett s¨att s˚a att den ¨ar l¨attf¨orst˚alig.