Infraljudsotning på Ryaverket Funktionsutvärdering av ljudsotningen på Ryaverkets avfallspannor

(1)

Examensarbetet omfattar 15 högskolepoäng och ingår som ett obligatoriskt moment i Högskoleingenjörsexamen i Energiingenjörsprogrammet med allmän inriktning, 180 högskolepoäng

Nr 17/2013

Infraljudsotning på Ryaverket

Funktionsutvärdering av ljudsotningen på Ryaverkets

avfallspannor

Infrasound soot cleaning at

Ryaverket

Performance evaluation of the infrasound soot cleaning

system at the incineration boilers of Ryaverket

(2)

Infraljudsotning på Ryaverket

Infrasound soot cleaning at Ryaverket

Farzad Anoshepour, farzad.anoshepour@live.se

Examensarbete, 15 hp Ämneskategori: Teknik Högskolan i Borås Institutionen Ingenjörshögskolan 501 90 BORÅS Telefon 033-435 4640

Examinator: Robert Kjellstrand

Handledare, namn: Robert Kjellstrand

Handledare, adress: Göran Gustafsson/Borås Energi och Miljö

Stefan Hjärtstam/Borås Energi och Miljö 504 68, Borås

Uppdragsgivare: Borås Energi och Miljö, Ryaverket i Borås, Stefan Hjärtstam

Datum: 2014-11-15

(3)

Sammanfattning

Detta examensarbete presenterar en uppföljning av driftresultat från infraljudsotnings-anläggningen på Borås Energi och Miljös två avfallspannor på kraftvärmeverket Ryaverket. Perioden som studeras är begränsad till sommaren 2013. Dessutom genomförs en ekonomisk uppföljning av infraljudsotningsaffären.

Förbränningen av hushålls- och industriavfall i Ryaverkets två avfallspannor resulterar i mycket aska och askbeläggningar på värmeöverförande delar, vilket medför sämre

värmeöverföring mellan matarvatten och rökgaser. För att rengöra värmeöverförande delar används olika sotningsmetoder. Tidigare (fram till hösten 2011) användes uteslutande ångsotning och sprängsotning på Ryaverket. Dessa sotningsmetoder har en del nackdelar i form av bl.a. materialslitage och höga kostnader. Hösten 2011 installerades fyra

infraljudsotare på avfallspannornas ekonomisrar. Målet med installationen var att ge en ångsotningsreducering med 90 % för båda pannorna (PVA1 och PVA2) och att sprängsotning inte längre skulle vara nödvändig. Ångsotningsreduceringen beräknades genom ta antal ångsotningar över ekonomisern/antal ångsotningsdagar, för att därefter beräkna skillnaden då infraljudsotarna var i drift och när de var avstängda. Den här studien indikerar en

ångsotningreducering för PVA1 på 40 % och för PVA2 på 54 % under den studerade perioden. Dessutom är det fortfarande nödvändigt med sprängsotningar. Leverantören av infraljudsotningsanläggningen har i en egen utredning studerat en längre tidsperiod (oktober 2010-oktober 2012). Ångsotningsreduceringen för denna period uppskattades till ca 75 %. I det här examensarbetet analyserades och jämfördes mätdata från referensveckor då infraljudsotarna var i drift med veckor då infraljudsotarna var avställda. Den ekonomiska lönsamheten med investeringen uppskattades med annuitetsmetoden. Investeringen i infraljudsotarna visades sig lönsam då besparingen som infaller varje år är större än

annuiteten. PVA1 har ett årligt annuitetsöverskott på 133 734 SEK/år och PVA2 har ett högre annuitetsöverskott på 221 934 SEK/år. Avbetalningstiden är på 5,4 år för PVA1 och 3,9 år för PVA2. Vid en ångsotningsreducering på 90 % hade avbetalningstiden varit ca 2,5 år.

Orsaker till varför infraljudsotarna inte sotar mer effektivt kan vara kopplade till att avfallsbränslet innehåller bly, zink och alkali vilket ger askan vidhäftande egenskaper. I rökgasstråket sitter ekonomisern efter en cyklon som medför till att större askpartiklar fångas upp av cyklonen medan mindre askpartiklar flyger förbi cyklonen och fäster sig på tubpaketen och ekonomiserväggar. Genom tester av ljudtryck och omverifiering av beräkningsmodeller har det konstaterats att infraljudsotarna fungerar som de ska och att de jobbar med optimal frekvens. Borås Energi och Miljö har därför dragit slutsatsen att ljudsotningsfrekvensen är optimal och därför skulle ytterligare åtgärder förmodligen inte förbättra infraljudsotarnas effektivitet.

(4)

Abstract

This thesis evaluates the operational performance of the infrasound soot system installed at the two waste-fired combined heat and power boilers (PVA1 and PVA2) at Ryaverket of Borås Energi och Miljö AB. The time period selected for the evaluation was the summer of 2013. In addition an evaluation of the economic results, behind the investment in the infrasound soot system, is undertaken.

Incineration of industrial and domestic waste results in an amount of ash. The ash gives a coat on surfaces on the heat transfer units. The coat results in reduced heat transfer. In the autumn of 2011 four infrasound soot cleaners were installed at Ryaverket because of the negative sides of the existing steam soot blowers. The goal for the usage reduction of the soot blowers was 90 %. This study shows that the actual reduction was 40 % for PVA1 and 54 % for PVA2 during the investigated period. The supplier of the infrasound soot system has, in an internal investigation ranging from October 2010 to October 2012, calculated the actual reduction to 75 %.

In this thesis a comparison between two different time frames is carried out with help from a hardware that collects measurement data from the incineration boilers. The comparison is from when the infrasound soot cleaners were shut down and when they were in operation. The economic evaluation is done with a method called annuity where the economic model

indicates the annual payment for the investment. The conclusion is that the investment of the infrasound soot cleaners is profitable. PVA1 has an annual profit of 133 734 SEK and PVA2 has an even better annual profit of 221 934 SEK. The payoff time for the investment is 5,4 years for PVA1 and 3,9 years for PVA2. If the steam soot reduction would have resulted in 90 %, the payoff time would have been 2,5 years.

A possible reason for the difficulty to remove the ash coat is that the waste fuel contains lead, zinc and alkali. These substances might give the ash an adhesive ability. The infrasound soot cleaners are located downstream of the cyclone, where larger ash particles are removed from the flue gas. The remaining ash particles in the flue gas downstream of the cyclone are small, which might increase the adhesive behavior of the ash. Various tests, carried out prior to this investigation, show that the sound frequency is close to optimal and further optimization of the frequency would probably not improve the performance the infrasound soot cleaners.

(5)

Förord

Jag vill börja med att tacka Robert Kjellstrand på Högskolan i Borås samt Borås Energi och Miljö och dess personal för att givit mig chansen att få delta i det här mycket lärorika arbetet. Ett stort tack till mina handledare Stefan Hjärtstam och Göran Gustafsson på Ryaverket som givit mig värdefull handledning.

Jag vill även tacka Martin Ellebro och Andreas Fredriksson på Infrafone för att ha varit mycket behjälpliga med bakgrundsinformation till det här examensarbetet.

(6)

Innehåll

1. Introduktion ... 1

1.1 Bakgrund ... 1

1.1.1 Borås Energi och Miljö ... 1

1.1.2 Problemställning ... 1 1.2 Syfte ... 3 1.3 Avgränsningar ... 3 1.4 Metod ... 4 1.4.1 Driftanalys ... 4 1.4.2 Ekonomi ... 5 2. Teori... 6 2.1 Olika sotningsmetoder ... 6 2.2 Infraljudsotare ... 7

2.2.1 För- och nackdelar med infraljudsotning ... 10

2.3 Infraljudsotning på Ryaverket ... 11

2.3.1 Referensinstallation E.ON Norrköping P14 ... 17

3. Resultat ... 18 3.1 Driftanalys ... 18 3.1.1 PVA1 ... 19 3.1.2 PVA2 ... 21 3.1.3 Sammanfattning ... 23 3.2 Ekonomiska resultat ... 23 3.2.1 PVA1 ... 24 3.2.2 PVA2 ... 24

3.2.3 Ekonomisk sammanställning för PVA1 och PVA2 ... 25

3.2.4 Avbetalningstid ... 25

4. Diskussion ... 26

5. Slutsats... 27

Bilaga 1 PVA1 Med ljudsotare 3juni-10juni

Bilaga 7 PVA1 Med ljudsotare 24juni-01juli

Bilaga 8 PVA2 Med ljudsotare 24juni-01juli

Bilaga 9 PVA1 Med ljudsotare 01juli-08juli

Bilaga 17 PVA1 Med ljudsotare 29juli-05aug

Bilaga 18 PVA2 Med ljudsotare 29juni-05aug

Bilaga 19 PVA1 Med ljudsotare 05aug-12aug

(7)

Bilaga 25 PVA1 Med ljudsotare 26aug-02sep

Bilaga 26 PVA2 Med ljudsotare 26aug-02sep

Bilaga 27 PVA1 Med ljudsotare 02sep-06sep

Bilaga 28 PVA2 Med ljudsotare 02sep-06sep

Bilaga 29 PVA1 Utan ljudsotare 13sep-20sep

Bilaga 33 PVA2 Utan ljudsotare 27sep-04okt

(8)

1. Introduktion

I introduktionen presenteras bakgrunden, syftet med utvärderingen, avgränsningarna inom arbetet och metoderna för hur diverse delar i rapporten togs fram och studerades.

1.1 Bakgrund

Bakgrunden introducerar information om Borås Energi och Miljö i allmänhet. Fakta om Ryaverket och dess processer samt problemställningen redovisas då det är grunden till examensarbetet.

1.1.1 Borås Energi och Miljö

Borås Energi och Miljö AB (BEM) är ett kommunalt företag som erbjuder tjänster inom energi-, VA-, avfalls- och miljöområden. Det ägs av Borås Stad och ingår i Borås Stadshus AB. Personalstyrkan är på 217 stycken och omsättningen uppgår till nästan en miljard kronor per år.

BEM och Institutionen Ingenjörshögskolan (Högskolan i Borås) ingår i ett internationellt samarbete som går under namnet Waste Recovery. Målet är att nå ett hållbart samhälle genom handel av expertis och varor. Det här examensarbetet är kopplat till sammarbetet mellan Högskolan i Borås och BEM. Leverantören av den studerande infraljudsotningsanläggningen har inte deltagit i utredningen (examensarbetet), men leverantören har varit mycket behjälplig med bakgrundsinformation om teorin bakom ljudsotning.

Ryaverket i centrala Borås är den största producenten av fjärrvärme, el och fjärrkyla inom BEM. Anläggningen byggdes under mitten av 1960-talet. På Ryaverket finns fyra större ångpannor, två fliseldade rosterpannor och två avfallseldade bubblande fluidbäddpannor (BFB). I avfallspannorna förbränns både industri- och hushållsavfall, vilka har förbehandlats på avfallsanläggningen Sobacken. Ungefär 75 % av den producerade energin på Ryaverket blir fjärrvärme. Elproduktionen sker i två ångturbiner där elektricitet alstras i generatorerna. Askhantering utförs på både biobränslet och avfallet. Biobränslets aska återförs till naturen. Avfallsaskan kan kategoriseras i fyra askfraktioner: en bottenaska och tre flygaskfraktioner. Från bottenaskan återvinns först metallresterna medan den resterande delen används som täckmaterial på asbestdeponin på Sobacken. Flygaskan innehåller klorerade och bromerade dioxiner, klorfenoler, klorbensener, tungmetaller och andra farliga, långlivade och organiska giftutsläpp som är skadliga för naturen (Andreasson, 2000). Flygaskan klassificeras som farligt avfall och transporteras därför till Langöya, Norge där flygaskan tas om hand (Svensk författningssamling, 2011). (Borås Energi och Miljö, 2013).

1.1.2 Problemställning

Ryaverkets två avfallspannor är av typen bubblande fluidiserade bäddpannor. I slutet av respektive pannas rökgasstråk sitter en ekonomiser, en slags värmeväxlare, där rökgasvärme används för förvärmning av matarvatten. Figur 1 visar en schematisk bild av en ekonomisers funktion i en typisk ångpanneprocess.

(9)

Figur 1: Enkel schematisk bild över en ångpanna. Ekonomiserdelen är markerat med rött i figuren. (Alvarez, 2006)

Det finns en högre andel aska i avfall än i biogas eller olja. Askpartiklarna i rökgaserna från avfallsförbränningen bildar beläggningar på värmeöverförande delar som ekonomiser, överhettare och konvektionsdelen. Dessa beläggningar är korrosiva och försämrar dessutom värmeöverföringen. För att motverka dessa beläggningar så ångsotas värmeöverförande delar med jämna mellanrum. Vid en traditionell ångsotning sprutas det in ånga under högt tryck (10-30 bar) på dem värmeöverförande ytorna (Niklasson & Davidsson, 2009). Efter en ångsotning sänks rökgastemperaturen efter ekonomisern. Detta beror på att beläggningen tas bort och man får en bättre värmeöverföring mellan rökgaserna och matarvattnet. Med tiden ökar temperaturen efter ekonomisern eftersom beläggningen ökar och värmeöverföringen försämras. Detta illustreras i ett diagram som visar att rökgastemperaturkurvan blir sågtandad, (se bilaga 1). De sågtandade temperatursänkningarna som sker efter varje ångsotning vill undvikas genom att förebygga beläggningarna. Istället eftertraktas en lägre temperatur efter ekonomisern, för då är det optimal värmeöverföring från rökgaserna till matarvattnet vilket eftersträvas.

Som metod för att avlägsna beläggningar användes tidigare ångsotning (flera gånger per dygn) och sprängsotning (tre gånger per år). Nackdelarna med ångsotning och sprängsotning är:

 Högt slitage på delarna som ångsotas (överhettare, konvektionsdel och ekonomiser).

 Totalverkningsgraden på pannan sänks eftersom en del av den producerade ångan går

till ångsotning istället för produktion av el och fjärrvärme (Ellebro, 2013a). Rökgaser Luftfläkt Överhettad ånga Matarvattenpump Luft- förvärmare Ekonomiser Över- hettare Förångare Bränsle

(10)

 Kostnad för sprängsotningstjänster från företaget Sprängsotning AB (Sprängsotning, 2013a).

 Sprängsotning bidrar till utmattning och sprickor på väggar i murverk (Niklasson &

Davidsson, 2009).

För att minska de nämnda nackdelarna med ångsotning och sprängsotning samt för att förhindra bildandet av en askbeläggning på dem värmeöverförande delarna, installerades ljudsotare till varje avfallspanna hösten 2011. Ljudsotarnas placering i respektive pannas rökgasstråk visas i Figur 2 nedan. De fyra ljudsotarna är av typen infraljud och levererades av Infrafone AB (Infrafone, 2013a). En ljudsotare sitter högst upp på ekonomisern och en sitter längst ner på ekonomisern på varje panna.

Figur 2: Schematisk bild över en av BFB-pannorna. Ljudsotarnas placering är markerat med rött i figuren. (Niklasson & Davidsson, 2009).

Ljudsotarnas syfte är i grunden att det inte ska hinna bildas beläggningar på

värmeöverförande delar och att antalet ång- och sprängsotningar därmed kan reduceras. Förväntningarna på ljudsotningsinstallationen har inte helt uppnåtts, eftersom pannorna fortfarande behöver ångsotas med täta mellanrum.

1.2 Syfte

Det här examensarbetet på 15 högskolepoäng ingår som en obligatorisk del i

energiingenjörsprogrammet vid Högskolan i Borås. Syftet med examensarbetet är att göra en undersökning av ljudsotningsanläggningen vid Ryaverket i form av driftuppföljning samt att göra en uppföljning av investeringen.

1.3 Avgränsningar

Med avseende på examensarbetets omfattning har ljudtekniska analyser kopplade till

ljudsotarnas funktion utelämnats. Även askans kemiska och fysikaliska egenskaper, vilka i sig påverkar beläggningsproblematiken, har uteslutits. I de ekonomiska kalkylerna uteslöts

(11)

kostnaderna som uppstår när ångsotningar reducerar pannans totalverkningsgrad. Andra sotningsmetoder än infraljudsotning har inte studerats ingående.

1.4 Metod

Efter inledande informationssökning och tidsplanering kopplade till examensarbetet lades fokus på en driftanalys baserad på mätdata samt en ekonomisk analys baserad på

leverantörsavtal och faktiskt driftsutfall.

1.4.1 Driftanalys

En analys av driftdata utfördes i syfte att undersöka och jämföra mätdata från en period då ljudsotarna var aktiva (ca 3 månader) med mätdata från en period då ljudsotarna var

avstängda för revision (ca 3veckor). Leverantören av ljudsotningsanläggningen har i en egen utredning över en betydligt längre period (okt 2010-okt 2011 utan ljudsotning jämfört med okt 2011-okt 2012 med ljudsotning) uppskattat ångsotningsreduceringen till ca 75 %. Driftanalysen i detta examensarbete genomfördes för att få att få ett komplement till leverantörens utredning.

BEM mäter kontinuerligt en mängd driftsrelaterade data. Genom programvaran Cactus (Cactus, 2013) samlas mätdata till en central server. För den driftstekniska analysen har följande mätdata analyserats: Temperaturer före och efter ekonomisrarna, sotångflöde, differenstryck över ekonomisern och ljudtryck över respektive ljudsotare.

Driftsparametrarna sammanställs veckovis och redovisas i form av diagram där följande kan avläsas:

 Antal ångsotningar per dygn.

 Hur temperaturen före och efter ekonomisern ökar under en viss period.

 Typ av ångsotning. Det finns tre ångsotningsvarianter. 1. Överhettare, konvektionsdel

och ekonomiser (typ 1). 2. Överhettare och konvektionsdel (typ 2). 3. Ekonomiser (typ 3).

 Hur mycket en ångsotning sänker rökgastemperaturen.

I samtliga diagram så har temperatur- och ljudtrycksvariablerna högre värden jämfört med sotångflödet- och difftryck över ekonomiser-variablerna. Vid driftanalysen valdes

tidsperioder som inte har större påverkande driftstörningar som exempelvis driftstopp osv. Slutligen beräknas antal ångsotningar som förekommer när pannornas ljudsotare är aktiva och när dem är avstängda. Dessa medelångsotningar klargör hur mycket reducering av

ångsotningar som infaller när ljudsotarna är på gentemot när ljudsotarna är avstängda. Referensperioderna som granskas är följande.

PVA1, med ljudsotare: 2013-06-03 – 2013-09-06 PVA1, utan ljudsotare: 2013-09-13 – 2013-09-26 PVA2, med ljudsotare: 2013-06-03 – 2013-09-06 PVA2, utan ljudsotare: 2013-09-13 – 2013-10-10

Medelanvändningen av ångsotningarna beräknas genom att räkna antal ångsotningar över ekonomisern och dividera med antal ångsotningsdagar.

(12)

Dagar med driftstopp eller förbränning av olja uteslöts eftersom det påverkar statistiken då vid driftstopp ångsotas ej pannorna och förbränning av olja ger mindre askmängd.

1.4.2 Ekonomi

Den ekonomiska granskningen av affären baseras på ett ekonomiskt underlag som togs fram vid förhandlingarna mellan BEM och leverantören. Detta underlag identifierar potentiella besparingar som infaller vid installation av ljudsotare. Besparingarna omfattar faktorer såsom reducerat ekonomiserslitage, uteslutna sprängsotningar och ökad totalverkningsgrad för pannan.

Tidsperioden mellan 2013-06-03 och 2013-09-06 är en period då ljudsotarna var i drift. Perioden granskades för att uppskatta ljudsotningens aktuella effektivitet och för att få ett komplement till leverantörens utredning kring ångsotningsreduceringsgraden. Målsättningen för ljudsotningsinstallationen var en ångsotningsreducering med 90% vid köp av två

ljudsotare till samma ekonomiser. Det skall noteras att de dagar då det var driftstopp eller förbränning av olja ej räknades med i statistiken och kalkylerna eftersom sådana faktorer påverkar askmängd och ångsotningsfrekvens. Vid beräkning av antal ångsotningar per dag analyserades driftdata med hjälp av programvaran Cactus. Från mätdata kan exakt tidpunkt för ångsotningen och typ av ångsotning avläsas. Vid de ekonomiska beräkningarna och driftanalysen granskades endast ekonomisern.

För granskning av ekonomiska resultaten i ljudsotningsinvesteringen användes

annuitetsmetoden. Annuitet är en årlig kostnad för investeringen där den årliga avbetalningen är oförändrad genom avbetalningstiden. Enligt annuitetsmetoden är investeringen lönsam om besparingen som infaller varje år är större än annuiteten, det vill säga ett positivt

annuitetsöverskott. Annuitet beräknas enligt Ekvation 1. A = G * a Ekvation 1.

A = Annuitet [SEK/år]

G = Grundinvesteringen [SEK] a = annuitetsfaktorn [-]

För att beräkna annuitet så behövs annuitetsfaktorn a som fås genom Ekvation 2. a = Ekvation 2.

p = kalkylränta [%] n = Brukstid [år]

Enligt det ekonomiska underlaget från förhandlingarna infaller en del besparingar vid

investeringen i ljudsotningsanläggningen för kunden. Innan installationen av infraljudsotarna hade en ekonomiser en uppskattad livslängd på 10 år. Vid 100 % ångsotningsreducering uppskattas livslängden på en ekonomiser bli 14 år. Ökningen av livslängden beror på minskat materialslitage från ångsotningen. Den årliga besparingen blir enligt Ekvation 3:

Besparing från ångslitagereduceringen = (Ekonomiserkostnad/10år) – (Ekonomiserkostnad/14år) Ekvation 3.

En ytterligare besparing ligger i att sprängsotningarna utesluts. Sprängsotningen är en betalningstjänst som betalas årligen. Kostnadsbesparingen som följer vid helt utebliven sprängsotning ser ut som Ekvation 4:

(13)

Besparing vid utebliven sprängsotning på ekonomisern = Kostnad för sprängsotningsföretagets tjänst Ekvation 4.

Slutligen beräknas annuitetsöverskottet enligt Ekvation 5:

Annuitetsöverskott = Besparing från ångslitagereduceringen + Besparing från uteslutna sprängsotningar – Annuitet Ekvation 5.

Pay-off metoden användes för att se hur lång avbetalningstiden är för investeringen. Den här investeringskalkylen redovisar hur många år det tar för årliga besparingen att uppnå

investeringens totala kostnad. Ju kortare avbetalningstid en investering har, desto lönsammare anses investeringen. Med Ekvation 6 kan Avbetalningstiden beräknas som:

Avbetalningstiden = Ekvation 6.

En betalningsplan upprättades mellan BEM och leverantören för hur investeringen skall avbetalas. Vid avtalet bestämdes att BEM skall betala en summa efter ett utfört delmoment vid installationen utav leverantören. Investeringens storlek är därför ett sammanlagt belopp från tidsperioden då installationen påbörjades hösten 2011 fram till hösten 2013 då ekonomin granskades.

2. Teori

I den här studien undersöks infraljudsotning och därför följer ett förklarande avsnitt där den bakomliggande tekniken presenteras. Grundläggande akustik och dess begrepp introduceras. Även den undersökta ljudsotnings anläggningen på Ryaverket presenteras samt en

referensinstallation av ljudsotning (E.ON Norrköping P14).

Avsnittet behandlar även olika sotningsprinciper i allmänhet samt ger en mer ingående

beskrivning av infraljudsotningsprincipen. Avslutningsvis beskrivs Ryaverkets infraljudsotare och deras metoder samt referensverk.

2.1 Olika sotningsmetoder

 Ångsotning: Metoden går ut på att ånga sprutas in med 10-30 bars tryck, direkt på

värmeöverförande ytor. På detta vis reduceras de oönskade beläggningar genom blästring. Ångsotning kan användas på de flesta sotpåverkade komponenter i rökgastråket såsom överhettaren, konvektionsdelen och ekonomisern (Niklasson & Davidsson, 2009).

 Luftsotning: Istället för ånga blåses luft på rengöringsytan. Luftsotning ger lägre

sotningseffektivitet än exempelvis ångsotning men minskar erosionsskador då det inte finns vatten i luften (Niklasson & Davidsson, 2009).

 Vattensotning: Den här metoden går ut på att vatten under högt tryck sprutas direkt

mot ytan som behöver rengöras. Fördelen med vattensotning är att det ger effektiv sotning och därför används metoden främst till hårda beläggningar som bildats av förbränningens höga temperaturer. Metoden fungerar både i drift och vid stillestånd. Nackdelen med vattensotning är slitage på ytorna som rengörs. Utöver slitageskadorna som uppstår vid vattensotning finns även risk för materialskador och sprickor i

samband med temperaturchocken som bildas när pannan är i drift och vattensotning initieras (Niklasson & Davidsson, 2009), (Skaardal, 1984).

(14)

 Vattendusch: Fungerar på samma sätt som vattensotning men med lägre tryck. Vattnet underlättar upplösning av beläggningen genom att tränga in i hygroskopiska

sotbeläggningar. När vattnet i beläggningen förångas bildas expansionskraft från volymökningen som i sin tur bildar sprickor i beläggningen. Vattendusch passar endast för vissa typer av sotbeläggningar (Niklasson & Davidsson, 2009).

 Kulsotning: I konvektions- och ekonomiserdelen kan kulor eller clips av metall

släppas ner över sotbelagda ytorna. Metoden är främst lämplig om beläggningarna som ska avlägsnas är torra och hårda (spröda). Kulsotning ger upphov till slitage och skador på delarna som kulsotas (Niklasson & Davidsson, 2009), (Skaardal, 1984).

 Slagsotning: En slaghammare slår mot rengöringsobjektet och dem resulterande

vibrationerna i rengöringsobjektet leder till att askbeläggningarna släpper från sina fästytor. En fördel med metoden är att slagsotningsenheten sitter på utsidan av rökgasstråket. Principen är enkel och billig i drift (Eklund & Rodin, 2004). Vibrationerna som uppstår ifrån slagsotning kan orsaka utmattning och sprickor (Niklasson & Davidsson, 2009).

 Sprängsotning: Med sprängsotning knäcks askbeläggningar sönder genom upprepade

explosioner. En speciell säck som består utav plast och befuktat papper förs in i pannan/rökgaskanalen genom en lucka. Säcken fylls med knallgas som exploderar vid antändning utifrån pannan. Sprängsotning tas i bruk få gånger per år när man behöver eliminera svåra beläggningar. Mestadels använder man sprängsotningsprincipen som komplement till övriga sotningsprinciper. Fördelen med sprängsotning är att metoden kan utföras under drift (Sprängsotning, 2013b). Vibrationerna som uppstår ifrån sprängsotning kan orsaka utmattning och sprickor (Niklasson & Davidsson, 2009).

 Ljudsotning: Kan kategoriseras som hörbart- eller infraljud beroende på

ljudfrekvensen. Hörbar ljudsotning namnges ibland som tutsotning. Båda principerna har som metod att med hjälp av tryckluft få ett objekt att vibrera som i sin tur skapar

vibrationer i luften.Ljudsotning används ofta som komplement till andra

sotningsmetoder, som exempelvis ångsotning, men kan ersätta ångsotning fullständigt

med rätt förutsättningar (Eklund & Rodin, 2004).Infraljud som har lägre frekvens än

hörbart ljud, är bättre i det avseendet att låga frekvenser färdas längre distanser än höga frekvenser. Låga frekvenser ger även mer turbulens i luften som i sin tur ger bättre sotning (Ellebro, 2013b).

2.2 Infraljudsotare

Vid infraljudsotning används tryckluft för att skapa vibrationer i en så kallad pulsator.

Pulsatorns vibrationer sätter i sin tur rökgaserna i rörelse. Svängningarna i rökgasen utövar en fysisk kraft på omkringliggande material, vilket får beläggningar på tubpaket och väggar att lossna. Med andra ord är infraljudsotare en typ av ”luftvibrerare”. Vanligtvis brukar

frekvensen på ljudsotaren justeras in så den sammanträffar med pannväggens egenfrekvens, vilket görs i syfte att frambringa stående ljudvågor (Nyberg, 2011). Stående ljudvågor är vågor som bildas när ljudvågor reflekterar mot en barriär (yta) och studsar tillbaka i motsatt riktning (Persson, 2007). Stående ljudvågor finns i en- och flerdimensioner.

Infraljud är ljud som människan kan känna men inte höra. Infraljud färdas längre sträckor än hörbart ljud. Frekvenser mellan ungefär 0-20 Hz betraktas som infraljud. Frekvensintervallet mellan 20 och 20 000 Hz anges som hörbart ljud. Över 20 kHz är frekvensen återigen ej

(15)

Frekvens hörbar och benämns ultraljud (Viberg, 1990). Figur 3 nedan visar en schematisk bild över

ljudspektrum.

Figur 3: Schematisk bild över ljudspektrum.

Ljudintensitet är ett mått som beskriver ljudeffekt över en viss area och har enheten W/m2

(Jerkert, 2008). Ljudtryck anger tryckvariationen som bildas av ljudvåg och har enheten Pa (Mackenzie, 1969). Örat kan uppfatta ljudtryck redan vid låga tal som 0,00002 Pa. Tal med många decimaler är opraktiskt och därför används en enhetsomvandling för att få ett logaritmiskt mått kallat decibel (dB). Förutom att decimaler försvinner fungerar även ljudtrycksnivån som referensfall. Ett exempel kan vara att hörtröskeln sätts till 0 dB. Det är

därmed skillnad mellan ljudtryck och ljudintensitet som mäts i Pa respektive W/m2 medan

ljudtrycksnivå och ljudintensitetsnivå mäts i dB (Sundberg, 1989).

Människans uppfattning av ljud behöver inte börja exakt vid frekvensen 20 Hz. Det beror på ljudtrycket vid den frekvensen. Om ljudtrycket är tillräckligt högt kan även ljud med låga frekvenser höras. Infraljud som är icke hörbart kan även sträcka sig till frekvenser som exempelvis 30 Hz och fortfarande vara icke hörbara (Ellebro, 2013d). Figur 4 nedanför illusterar hörbarhetsområden vid en frekvens och ljudtryck.

Figur 4: Diagram på hörbarhetsområden (Ellebro, 2013d).

Ljudets våglängd λ är relaterat till ljudets frekvens f och hastighet c enligt Ekvation 7:

Ej hörbart Hörbart Ej hörbart

(16)

λ =

f c

Ekvation 7.

Ljudets hastighet är visserligen temperaturberoende, men kan ändå sättas som relativt

konstant (ca 340 m/s). Då blir våglängden direkt beroende av frekvensen, där en hög frekvens ger en kort våglängd och vice versa. När det svänger hastigt i gaser, vätskor eller fasta

material uttrycks det som att det vibrerar. Vibrationer sprider sig på liknande sätt som ringar sprider sig på vattnet när något fallit ner i vattnet (Lundgren, Norbelie & Bergström, 1974). Ljudsotarna sitter på en anslutningsfläns som svetsas fast vid rengöringsytan. Igenom ett hål mellan anslutningsflänsen och rengöringsytan transporteras infraljudsvibrationerna.

(Infrafone, 2013b).

En infraljudsotare är ett kvartsvågsrör där resonansrörets längd bestäms utav våglängden. En vanlig våglängd [λ] på ljudet för en infraljudsotare är 20 m, vilket motsvarar en ungefärlig frekvens på 17 Hz. Eftersom det är ett kvartsvågsrör divideras våglängden med fyra. Därför blir resonansrörets längd 5 m på en infraljudsotare (Ellebro, 2013c) enligt Ekvation 8: Resonansrörets längd =

4



Ekvation 8.

Våglängden ökar vid ökad längd på resonansrör. På så sätt påverkas även frekvensen av ökad längd av resonansröret. Eftersom frekvensen är direkt påverkad utav våglängden. Detta leder till att frekvensen minskar på infraljudsotaren vid ökad längd på resonansröret.

Med hjälp av Figur 5 förklaras tekniken i en infraljudsotare.

1. Pulsatorn: Skapar luftpuffar som skickas vidare till insonatorn. Luftpuffarna bildas med hjälp av tryckluft som kommer från en tryckluftstank. Pulsatorn är uppbyggd av bland annat en cylinder, kolv och en titanfjäder.

2. Insonatorn: Är delen som innehåller pulsatorn och en justerbar platta som kan ändra längd och därmed frekvensen.

3. Fjäderupphängningen: Hjälper till att avlasta infraljudsotaren. Annars skulle all viktbelastning ligga vid anslutningen till pannväggen.

4. Resonansröret: Här bildas de stående ljudvågorna utav luftpuffarna. Resonansrörets längd påverkar ljudets frekvens.

5. Vibrationsdämparen: När ljudet genereras skapar kraften vibrationer på själva ljudsotaren. Vibrationsdämparen minimerar dessa vibrationer.

6. Diffusorn: Har som syfte att ge diffraktion av ljudvibrationerna.

7. Anslutningsstoset: Delen på infraljudsotaren som svetsas fast på pannväggen. I andra änden monteras stoset med diffusorn med en fläns.

(17)

3. Fjäder-upphängning

Figur 5: Schematisk bild på en infraljudsotare (Infrafone, 2013).

Det finns en mängd industriella leverantörer av hörbara ljudsotare som exempelvis Nirafon, Quattrosonics och Hilsonic. När det gäller infraljudsotare är antal leverantörer mer begränsat. Det finns dock aktörer som till exempel Infrafone och Kockum.

2.2.1 För- och nackdelar med infraljudsotning

Fördelar:

 En fördel med infraljudsotning är att det är billigare i längden jämfört med exempelvis

ångsotning. Installationen av ljudsotare är kostsam i sig, men minskade underhållskostnaderna medför besparingar (Hjärtstam, 2013).

 Med lågfrekvent infraljudsotning uppnås ett högre ljudtryck (dB, Lp) än vid hörbar

ljudsotning, vilket medför bättre sotning. Eftersom ljudtrycket är proportionellt med turbulensen i rökgaserna. En låg ljudfrekvens ger med andra ord högre förflyttning av askpartiklar (Ellebro, 2013d).

 Infraljudsotning medför mer diffraktion än hörbar ljudsotning. Diffraktionen innebär

att infraljudvågorna är runtstrålande och kommer därmed bättre åt sotbeläggningen än hörbara ljudvågor som har en mer tydlig riktningsverkan (Ellebro, 2013d).

2. Insonator 1. Pulsator 6. Diffusrör 7. Anslutningsstos 5. Vibrationsdämpare 4. Resonansrör

(18)

 Infraljudvågor absorberas mindre av omgivande material än hörbara ljudvågor, vilket får till följd att infraljudvågor når längre från ljudkällan än hörbara ljudvågor (Ellebro, 2013d).

 I jämförelse med ångsotning ger infraljudsotning ett lägre materialslitage på

värmeöverförande delar och en ökning av pannans totalverkningsgrad (Ellebro, 2013a).

 Ljudsotning har inte de nackdelar som kulsotning har såsom ökat slitage, högre

underhållsbehov och sämre arbetsmiljö på grund av det höga underhållsbehovet (Ellebro, 2013e).

Nackdelar:

 Infraljudsotning är inte lika soteffektiv som ångsotning. Beläggningar som bildas vid

förbränning av avfall och små askpartiklar efter en cyklon som fastnar på ytor avlägsnas inte lika bra med infraljudsotning som med ångsotning (Ellebro, 2013f).

 Infraljudsotning har svårt att rengöra om askan har klibbiga, vidhäftande egenskaper

och ifall askpartiklarna är relativt små (Ellebro, 2013f).

2.3 Infraljudsotning på Ryaverket

Anläggningsdata för Ryaverkets avfallspannor

Anläggning Kraftvärmeverk, 2 avfallspannor

Kapacitet 2 x 20 MW

Panntillverkare Kvaerner Power (nuvarande Metso).

Panntyp BFB

Bränsle Industri- och hushållsavfall

Installations år av ljudsotarna 2011

Infraljudsgenerator Övre 2 x APX2000, nedre 2 x APL1000

Rengöringsområde 2 x Ekonomiser

Temperatur 350°C vid cyklonen, 150°C efter ekonomiser

Frekvens De övre ljudsotarna 25 Hz, nedre 28 Hz

På Ryaverket finns det totalt fyra infraljudsotare. Initiering av ljudsotningarna är tidsinställd och sotningsvibrationerna sker under fyra sekunder. Varje ljudsotare har en cykeltid på 360 sekunder innan den sätts igång på nytt. Frekvensen under ljudsotningen är konstant. För ljudsotarna gäller följande turordning: Övre panna 1  Nedre panna 1  Övre panna 2  Nedre panna 2. Det är 90 sekunder mellan varje ljudsotning. Ljudsotarnas turordning och tid

(19)

förklaras illustrativt i Figur 6 nedanför. Om en ljudsotare är tillfälligt avstängd ändras inte intervallet utan den ljudsotaren hoppas bara över.

Figur 6: Schematisk diagram över ljudsotarnas turordning och tidsföljd. PVA är namnet på Ryaverkets avfallspannor.

Ljudsotningen på Ryaverket fungerar som ett komplement till ett befintligt ångsotningssystem. Ångsotningarna sker med 10 bars ångtryck som hämtas från

ångpannornas producerade ånga. Styrningen sker manuellt ifrån kontrollrummet. Det finns tre ångsotningsprogram som operatören kan starta (se Metod).

0 0 90 180 270 360 L jud so tnin g sa k tiv it et Tid [s]

Övre ljudsotare PVA1 Nedre ljudsotare PVA1 Övre ljudsotare PVA2 Nedre ljudsotare PVA2

(20)

Figur 7: Schematisk bild på infraljudsotningen på Ryaverket. VA=Avstängningsventil, VM=Magnetventil, VSÄ=Säkerhetsventil, VAL=Avluftningsventil, DSC=Huvudstyrsystem, PLC=Programmerbart styrsystem.

Installationen av infraljudsotningen har en god driftsäkerhet. Ventiler och tryckförsörjningen kräver sällan underhåll.

Nedanför visas Bild 1-4 som är tagna på Ryaverket. Dessa bilder illustrerar hur infraljudsotarna ser ut.

VA VM VA VM VA VM VA DCS PLC PVA1 PLC PVA1 PLC PVA2 PLC PVA2 Övre ljudsotare, PVA1 Nedre ljudsotare, PVA1 Övre ljudsotare, PVA2 Nedre ljudsotare, PVA2 Tank 6-8 bar VM VA Arbetsluft (Tryckluft) VA VSÄ VAL

(21)

Bild 1: Övre infraljudsotarna vid Ryaverket. Pulsatorn syns på bilden. (Anoshepour, F (2013).

(22)

Bild 2: Övre infraljudsotarna vid Ryaverket i profil. Pulsatorn, insonatorn samt vibrationsdämparen syns. (Anoshepour, F (2013).

Bild 3: En av nedre infraljudsotarna vid Ryaverket. Hela infraljudsotaren med samtliga delar synliga såsom pulsatorn, insonatorn, vibrationsdämparen, fjäderupphängningen,

(23)

Bild 4: Tryckluftstanken till infraljudsotningsanläggningen vid Ryaverket. (Anoshepour, F (2013).

(24)

Vid en lyckad infraljudsotningsinstallation kan ångsotningsreduceringen bli hela 70-100 % (Fredriksson, 2013). Reduceringsgraden beror på flera faktorer som typ av bränsle som förbränns, asktemperaturer och askans vidhäftning till ytor. Förbränning av torv- och

biobränslen är enklare att sota eftersom dessa bränslen inte innehåller lika mycket askbildande ämnen och inte är lika heterogena såsom avfallsbränsle.

Det finns en mängd lyckade infraljudsotningsinstallationer där ångsotningarna uteslutits helt. Anläggningar som klarar sig med enbart infraljudsotning är bland annat (Infrafone, 2013c).

- Oulu 50MWth, torv- och biobränsle

- Göteborg 56 MWth, industriavfall

- Köping 12 MWth, hushåll- och industriavfall

- Knivsta 15 MWth, biobränsle

2.3.1 Referensinstallation E.ON Norrköping P14

En närmare granskning görs på P14 Norrköping då referensinstallationen är lik Ryaverkets installation. Likheterna mellan P14 Norrköping och Ryaverket är typen av bränsle som förbränns och rengöringsområde. Det finns dock olikheter som att Ryaverket har en cyklon placerad innan ekonomisern, typ av panna, rökgastemperaturer etc. Syftet med installationen och resultaten presenteras tillsammans med ett Figur 8 som visar minskningen av

ångsotningarna.

Anläggningsdata för E.ON Norrköping P14

Anläggning Kraftvärmeverk

Kapacitet 75 MWth

Panntillverkare Kvaerner Power (nuvarande Metso)

Panntyp CFB

Bränsle Industri- och hushållsavfall

Installations år av ljudsotarna 2006

Infraljudsgenerator 1 x APX5000

Rengöringsområde 1 x Ekonomiser

Temperatur 350 °C in, 175 °C ut i rökgaserna

Frekvens 25 Hz (E.ON, 2013)

Syfte

Innan installationen av infraljudsotarna ångsotades ekonomisern 3 gånger per dag. Anledningarna till installation av infraljudsotning var:

- Förlänga drifttiden på pannan. - Reducera ångsotningen.

- Minska slitage och underhållskostnader (Infrafone, 2013c). Resultat

(25)

- Ett tunt stoftlager på ekonomiserns yta ser till att värmeöverföringen försämrats med cirka 5 °C men asklagret hjälper till att skydda mot dem korrosiva gaserna samt ökar ekonomiserns livslängd.

- Ökad last, då ångsotning medför minskad pannlast (Infrafone, 2013c).

Figur 8: Diagram över rökgastemperatur samt ångsotningsintervall vid P14 Norrköping. Installationen av infraljudsotarna genomfördes 2006 och är markerad med grönt i diagrammet (Infrafone, 2013c).

3. Resultat

Det här avsnittet presenterar resultaten från driftanalysen samt den ekonomiska analysen. Diagrammen för driftanalysen visas för två separata veckor, en typisk vecka med ljudsotarna i drift samt en typisk vecka utan ljudsotarna. Diagrammen för övriga studerade veckor

presenteras under bilagor.

3.1 Driftanalys

Under det här avsnittet redovisas vad som kan avläsas ifrån Figur 9 – 12. Inledningsvis beskrivs hur diagrammen skall tolkas.

Förklarande avläsningsmetoder

De gröna staplarna visar sotångflödet vid ångsotningar över pannans värmeöverförande delar. De rosa och blå kurvorna är temperaturer före och efter ekonomisern. De röda och gula kurvorna är övre och nedre ljudtryck över infraljudsotarna.

När den turkosa kurvan med differenstryck över ekonomiser sjunker, sänks även temperaturen i pannan. Att differenstrycket över ekonomisern sänks beror på att pannan inte är i drift. Typ av ångsotning kan observeras genom att kontrollera i diagrammet vilken temperatur som sänks. Vid den stora ångsotningen (typ 1) sänks temperaturen efter konvektionsdelen och ekonomisern i diagrammen. Vid ångsotning över endast ekonomiser (typ 3) sänks

temperaturen endast efter ekonomisern. Ångsotning av typ 2 inträffade aldrig under den analyserade perioden.

(26)

3.1.1 PVA1

Aktiv ljudsotning – Figur 9 (2013-06-03 – 2013-06-10)

Efter en ångsotning av typ 1 sänks temperaturen efter konvektionsdelen med cirka 25 °C och temperaturen efter ekonomiserdelen sänks med cirka 17 °C.

Mellan ångsotningarna ökar rökgastemperaturen efter ekonomiserdelen eftersom en

askbeläggning bildas på tubpaketen, vilken ser till att det är värmeöverföring mellan rökgaser och matarvatten. Detta får till följd att temperaturkurvan får ett sågtandat utseende. Det är intressant att notera att värmeöverföringen är som störst direkt efter en ångsotning, för att därefter gradvis avta innan det slutligen är dags för en ny ångsotning.

Vid granskning av Figur 9 kan följande avläsas. Pannan ångsotades totalt 13 gånger. Utav dessa är 7 stycken så kallade stora ångsotningar (typ 1). De resterande 6 ångsotningarna under veckan är ångsotningar över ekonomiser (typ 3).

Ångsotning av typ 1 inträffar automatiskt en gång per dygn oavsett temperatur i rökgaserna. Ångsotning typ 3 startas manuellt ifrån kontrollrummet när rökgaserna efter ekonomisern når temperaturer på ca 185 °C. Efter en genomförd ångsotning sjunker rökgastemperaturen i ekonomisern till ca 165 °C.

En gransking av kurvan med differenstryck över ekonomiser visar att difftrycken sjunker den 3 juni och därmed sänks även temperaturen i pannan. Det är en period som inte är inräknad i reduceringsberäkningen eftersom datan inte är representativ.

Ingen ljudsotning – Figur 10 (2013-09-13 – 2013-09-20)

Vid analysering av diagrammet kan en tydlig skillnad observeras gällande antal ångsotningar. Veckan med ljudsotarna avstängda visar fler ångsotningar än när ljudsotarna var aktiva. Under veckan ångsotades pannan totalt 27 gånger. Av dessa 27 ångsotningar var 7

ångsotningar av typ 1. De övriga 20 ångsotningarna under veckan var av typ 3. Skillnaden mellan de två studerande exempelveckorna är 14 ångsotningar, vilket ger en

ångsotningsreducering som är ca 52 %.

Temperaturökningen i rökgaserna är större under perioden då ljudsotarna var avstängda. Det beror på infraljudsotarna var avstängda och kunde inte hjälpa till med att reducera

askbeläggningen. De snabba temperaturökningarna var orsaken till att ångsotningarna inträffade med jämnare intervall.

Jämförelse av sotångflöden mellan diagrammen visar att veckan då ljudsotarna var avstängda har något lägre sotångflöde vid ångsotningarna. Anledningen till detta är inte känt eftersom sotångflödet inte är något som styrs manuellt ifrån kontrollrummet.

(27)

Figur 9: Diagrammet visar mätdata från en referensvecka då infraljudsotarna var i drift. 2013-06-03 – 2013-06-10. Kurvor över ångsotningsflöden, temperatur före- och efter ekonomiser, differenstryck över ekonomisern och infraljudsotarnas ljudtryck visas i

diagrammet. Sotångflödet och differenstrycket multiplicerades med en faktor för läsbarheten.

Figur 10: Diagram över en referensvecka då infraljudsotarna var avstängda. 2013-09-13 – 2013-09-20. Difftrycket och sotångflödet multiplicerades med en faktor för läsbarheten.

PVA1 Med ljudsotare 3juni-10juni

0 50 100 150 200 250 300 350 400 2 0 1 3 -0 6 -0 3 2 0 1 3 -0 6 -0 4 2 0 1 3 -0 6 -0 5 2 0 1 3 -0 6 -0 6 2 0 1 3 -0 6 -0 7 2 0 1 3 -0 6 -0 8 2 0 1 3 -0 6 -0 9 2 0 1 3 -0 6 -1 0 Tid T e m p [ °C ], F lö d e [ to n /h ] 0 10 20 30 40 50 60 T ry c k [ k P a ]

Temp efter eko [°C] Temp efter konv [°C] Sotångflöde [ton/h] Difftryck över eko [kPa] Ljudtryck sotare 1 [kPa] Ljudtryck sotare 2 [kPa]

PVA1 Utan ljudsotare 13sep-20sep

(28)

Beräkning av medelångsotningarna över ekonomisern

En beräkning gjordes för att ta reda på hur många ångsotningar det utfördes i snitt över ekonomisern. Perioden när ljudsotarna var aktiva var mellan 2013-06-03 och 2013-09-06. Perioden då ljudsotarna var avstängda var mellan 2013-09-13 och 2013-09-26.

Med ljudsotare:

Totala ångsotningar: 185

Antal dagar med ångsotningar: 86 = 2,1 ångsotningar/dag Utan ljudsotare: = 3,5 ångsotningar/dag 3.1.2 PVA2

Aktiv ljudsotning – Figur 11 (2013-07-08 – 2013-07-15)

Temperaturkurvorna i Figur 11 visar också sågtandad temperaturföreteelse som PVA1. Temperaturen sänks med cirka 25 °C efter en ångsotning i konvektionsdelen. Temperaturen sänks med cirka 20 °C efter en ångsotning i ekonomiserdelen.

PVA2 ångsotades totalt 13 gånger. Utav dessa 13 ångsotningar var 7 stycken av typ 1.

Resterande 6 ångsotningarna under veckan var ångsotningar av typ 3. Diagrammet från PVA1 med ljudsotarna aktiva visar likadana siffror gällande antal ångsotningar.

Ingen ljudsotning - Figur 12 (2013-09-13 – 2013-09-20)

Vid granskning av PVA2 när ljudsotarna var aktiva och när de var avstängda kan en tydlig skillnad observeras. Skillnaden gäller antalet ångsotningar. Diagrammet med när ljudsotarna var avstängda visar fler ångsotningar än när ljudsotarna var aktiva. Diagrammet som illusterar mätdata när ljudsotarna var avstängda visar totalt 23 ångsotningar. Av totala ångsotningarna var 7 ångsotningar av typ 1. De övriga 16 ångsotningarna var av typ 3. Skillnaden mellan de två studerande exempelveckorna är 10 ångsotningar, vilket ger en ångsotningsreducering som är ca 43 %.

Den 13 september sjunker differenstrycket över ekonomisern och rökgastemperaturen under ett par timmars tid, vilket indikerar att pannan då var ur drift. Korta pannstopp likt detta har inte exkluderats ur beräkningen av ångsotningsberäkningen. Endast dygnslånga stopp (eller längre) har exkluderats ur beräkningarna.

(29)

Figur 11: Diagram över veckan då infraljudsotarna var i drift. 2013-07-08 – 2013-07-15. Sotångflödet och difftrycket multiplicerades med en faktor för läsbarheten.

Figur 12: Diagram över veckan då infraljudsotarna var avstängda. 13 – 2013-09-20. Sotångflödet och differenstrycket multiplicerades med en faktor för läsbarheten.

PVA2 Med ljudsotare 8juli-15juli

0 50 100 150 200 250 300 350 400 2 0 1 3 -0 7 -0 8 2 0 1 3 -0 7 -0 9 2 0 1 3 -0 7 -1 0 2 0 1 3 -0 7 -1 1 2 0 1 3 -0 7 -1 2 2 0 1 3 -0 7 -1 3 2 0 1 3 -0 7 -1 4 2 0 1 3 -0 7 -1 5 Tid T e m p [ °C ], F lö d e [ to n /h ] 0 10 20 30 40 50 60 T ry c k fa ll [k P a ]

PVA2 Utan ljudsotare 13sep-20sep

(30)

Beräkning av medelångsotningarna över ekonomisern

Perioden när ljudsotarna var aktiva var mellan 2013-06-03 och 2013-09-06. Perioden då ljudsotarna var avstängda var mellan 2013-09-13 och 2013-10-10.

Med ljudsotare:

Totala ångsotningar: 155

Antal dagar med ångsotningar: 89 = 1,7 ångsotningar/dag Utan ljudsotare: = 3,7 ångsotningar/dag 3.1.3 Sammanfattning

Jämförelse PVA1 med och utan ljudsotning

Antal ångsotningar av typ 1 var lika många. Betydligt fler ångsotningar av typ 3 när

ljudsotarna var avstängda. Ångsotningsreduceringen över ekonomiserna då infraljudsotningen är i drift beräknades enligt förfarandet i metoddelen till 40 % för PVA1.

Jämförelse PVA2 med och utan ljudsotning

Även för PVA2 var antal ångsotningar av typ 1 lika många. Ångsotningarna av typ 3 ökade när ljudsotarna var avstängda. Ångsotningsreduceringen över ekonomisern då

infraljudsotningen är i drift beräknades enligt förfarandet i metoddelen till 54 % för PVA2. PVA2 får högre reducering av ångsotningar över ekonomiser när ljudsotarna är aktiva, jämfört med PVA1. Anledningen till varför PVA2 har bättre utfall än PVA1 har tidigare granskats utan framgång utav ljudsotningsleverantören och BEM.

Ångsotningar/dag med infraljudsotning Ångsotningar/dag utan infraljudsotning Ångsotningsreducering PVA1 2,1 3,5 40 % PVA2 1,7 3,7 54 %

Tabell 1: Tabell över sammanlagda ångsotningsreduceringarna för pannorna. 3.2 Ekonomiska resultat

En ekonomisk analys av årliga besparingar utfördes baserat på det ekonomiska underlaget från investeringsförhandlingarna. I det ekonomiska underlaget redovisas besparingar som sker genom minskat materialslitage och uteslutna sprängsotningar.

Materialslitage

Ekonomiserbyte kostar ca 22 000 000 SEK. Vid 100 % ångreducering behöver man byta ekonomiser efter 14 år och inte 10 år.

En sådan besparing innebär:

–

(31)

Uteslutna sprängsotningar

Man sprängsotar pannorna tre gånger per år. Varje sprängsotning kostar 75 000 SEK per panna vilket blir 225 000 SEK/år och panna. Efter en fördelning av sprängsotningskostnaden tillskrivs ekonomisern 25 % av kostnaden (Ellebro, 2010). Besparingen som infaller vid uteslutna sprängsotningar:

225 000 * 0,25 = 56 000 SEK/år Faktorer:

- Brukstid för ljudsotarna = 20 år - Räntesats = 6 %

- Investeringens storlek för enskild panna baserade på resultaten från ångsotningsreduceringarna = 1 356 500 SEK

- Sammanlagda investeringskostnaden för enskild panna om alla kraven var uppfyllda = 1 550 000 SEK

3.2.1 PVA1

Här är resultaten från riktiga utfallen tillsammans med dess årliga besparingar. Utfallet som blev 40 % ångsotningsreducering ger besparingar från slitage- och sprängsotningsreducering: Slitagereducering: 630 000 * 0,4 = 252 000 SEK/år

Eftersom sprängsotningarna inte blev uteslutna, blev besparingen på sprängsotningarna 0.

Målsättning, 90 % Utfall, 40 %

Slitage 567 000 SEK/år 252 000 SEK/år

Sprängsotning 56 000 SEK/år 0

Totalt 623 000 SEK/år 252 000 SEK/år

Tabell 2: Besparingar för PVA1 om ångsotningsreduceringen hade varit 90 % gentemot riktiga utfallet som blev 40 %.

Annuitet för PVA1:

A = = 118 266 SEK/år Annuitetsöverskottet för PVA1:

252 000 + 0 – 118 266 = 133 734 SEK/år

3.2.2 PVA2

Här är årliga besparingarna som är baserade på PVA2s utfall. Utfallet som blev 54 % ångsotningsreducering ger mer besparingar från slitagereduceringen:

Slitagereducering: 630 000 * 0,54 = 340 200 SEK/år

(32)

Målsättning, 90 % Utfall, 54 %

Slitage 567 000 SEK/år 340 200 SEK/år

Sprängsotning 56 000 SEK/år 0

Totalt 623 000 SEK/år 340 200 SEK/år

Tabell 3: Årliga besparingar för PVA2 som hade infallit om ångsotningarna hade reducerats med 90 % och besparingarna ifrån riktiga utfallet som blev 54 %.

Annuitet för PVA2:

A = = 118 266 SEK/år

Annuitetsöverskottet för PVA2 är högre än PVA1: 340 200 + 0 – 118 266 = 221 934 SEK/år

3.2.3 Ekonomisk sammanställning för PVA1 och PVA2

Målsättning, 90 % PVA1 Utfall, 40 %

PVA2 Utfall, 54%

Investeringens storlek 1 550 000 SEK 1 356 500 SEK 1 356 500 SEK

Årlig besparing 623 000 SEK/år 252 000 SEK/år 340 200 SEK/år

Annuitetsöverskott 487 864 SEK/år 133 734 SEK/år 221 934 SEK/år

Tabell 4: Tabell med investeringens storlek, årliga besparingar och annuitetsöverskotten över pannorna vid 90 % ångsotningsreducering och pannornas utfall.

Även om annuitetsöverskotten inte nådde förväntningarna är investeringen ändå lönsam. För PVA1 blev det 133 734 SEK i årliga annuitetsöverskottet. För PVA2 blev det större

annuitetsöverskott på 221 934 SEK per år eftersom årliga besparingen är större för PVA2. Att PVA2 har mer besparing beror på att ångsotningsreduceringen är större för PVA2. Eftersom förväntningarna med ångsotningsreduceringen inte riktigt nådde alla delmålen så betalades inte hela investeringskostnaden till leverantören enligt förhandlingarna.

3.2.4 Avbetalningstid

Här redovisas hur lång avbetalningstiden är för respektive infraljudsinstallation. Dessutom redogörs hur lång avbetalningstiden vore om 90 % ångsotningsreducering hade uppnåtts. Om 90 % ångsotningsreducering uppnåtts = 2,5 år PVA1, 40 % ångsotningsreducering = 5,4 år

(33)

PVA2, 54 % ångsotningsreducering = 3,9 år Målsättning, 90% PVA1 Utfall, 40% PVA2 Utfall, 54% Avbetalningstid 2,5 år 5,4 år 3,9 år

Tabell 5: Tabell över avbetalningstiderna.

Att avbetalningstiden är kortare för PVA2 än för PVA1 är ett direkt resultat av att den årliga besparingen är högre för PVA2.

4. Diskussion

Varför Ryaverkets infraljudsotare inte har bättre sotningsverkan kan ha flera orsakande faktorer. Det kan vara att askbeläggningen på ekonomisern är vidhäftande, hastigheten i rökgasflödet eller storleken på askpartiklarna.

Askans vidhäftande egenskaper orsakas av höga rökgastemperaturer och mängden alkali i bränslet. Biobränslen som innehåller alkali bildar alkaliklorider vid förbränning.

Alkalikloriderna i askan medför till askbeläggningen på ytan. Det kan uttryckas som att desto mer alkali ett bränsle innehåller, desto mer fastnar askan på väggar och ytor. För torv- och biobränslen börjar alkalins klibbighet först vid 500 °C och uppåt. Vid förbränning av avfallsbränsle börjar askans vidhäftning redan vid 260 °C eftersom avfall innehåller Pb och Zn. Dessa ämnen som smälter vid relativt låga temperaturer bildar bly- och zinkklorider som i sin tur är vidhäftande.

Ryaverket har cyklonen placerad innan ekonomisern. Det leder till att stora askpartiklar fångas upp i cyklonen medan mindre askpartiklar fortsätter vidare i rökgasstråket. Mindre askpartiklar har större vihäftningsförmåga än större partiklar eftersom små partiklar har större kontaktyta (Ellebro, 2013f). De små askpartiklarna får större kontaktyta mellan varandra och gentemot ekonomisern.

En del diskussioner och tester har utförts tillsammans med leverantören av infraljudsotarna ifall det kan göras åtgärder för att öka infraljudsotarnas effektivitet. Några tester som utförts för att kontrollera att ljudsotarna fungerar som de ska, är att en mätning på generatorernas ljudtryck gjordes och en verifiering av den akustiska beräkningsmodellen som utfördes vid valet av frekvens genomfördes. Verifieringen innebar mätning av ljudtrycket innan, mellan och före tubpaketen inne i ekonomisern. Slutsatsen var att infraljudsotarna fungerade med optimal frekvens som de ska. Ändring av frekvens skulle heller inte ge någon förbättring. Konklusionen är att några ytterligare åtgärder kommer förmodligen inte att effektivisera infraljudsotningen nämnvärt. Ryaverket som förbränner industri- och hushållsavfall bildar vidhäftande aska och askpartiklarna som följer med till ekonomisern är relativt små och svåra att eliminera med enbart infraljudsotning (Ellebro, 2013f).

(34)

5. Slutsats

Under den studerade perioden (sommaren 2013) reducerades antalet ångsotningar kraftigt då infraljudsotarna var i drift. Dessa ångsotningsreduceringar ger minskat slitage på

värmeöverförande delar och därmed förlängs ekonomiserns livslängd.

Under den studerade perioden var ångsotningsreduceringen för PVA1 40 % och för PVA2 54 %. Pannorna nådde inte 90 % ångsotningsreducering vilket var investeringens målsättning, men affären är ändå lönsam för BEM. Besparingen som infaller varje år är större än

annuiteten och därför är investeringen lönsam. Annuitetsöverskottet hamnar på ungefär 134 000 SEK/år för PVA1 och 222 000 SEK/år för PVA2. Avbetalningstiden för investeringen blir givetvis längre än om en ångsotningsreducering på 90 % uppnåtts. Leverantören av ljudsotningsanläggningen har i en egen uppföljning (baserad på mätdata) jämfört antalet ångsotningar under perioden oktober 2010-oktober 2011 (utan ljudsotning) med perioden oktober 2011-oktober 2012 (med ljudsotning). Leverantören kom i denna längre jämförelse fram till en ångsotningsreducering för PVA1 på 65 % och för PVA2 på 85 %.

Ett övervägande mellan för- och nackdelar gällande infraljudsotningen respektive

ångsotningen resulterar i att infraljudsotningen är en bättre sotningsmetod än ångsotning. Ljudsotning ger inte lika mycket korrosion- och materialslitage såsom ångsotning och ljudsotning påverkar inte pannans totalverkningsgrad. Dock är ångsotningen bättre än ljudsotning i avseende på att beläggningen sotas bättre med ångsotning.

Efter diverse tester och granskningar utförda av leverantören och BEM så drogs slutsatsen att en ändring av ljudsotarnas frekvens eller andra åtgärder skulle förmodligen ej resultera i förbättrad infraljudsotning.

(35)

Referenser

Andreasson, K (2000). Sveriges Riksdag. Motion 2000/01Sk1020. Sopförbränning:

Stockholm.

http://www.riksdagen.se/sv/Dokument-Lagar/Forslag/Motioner/Sopforbranning_GO02Sk1020/?text=true [2013-10-08]

Borås Energi och Miljö (2013). Ryaverket i Borås.

http://www.borasem.se/vanstermeny/omforetaget/varaanlaggningar/ryaverket.4.7243a9a4125

d5ad4db1800015547.html [2013-09-10]

Cactus (2013) http://www.cactusuniview.se/ [2013-10-12]

Eklund, A & Rodin, Å (2004). Sotningsmetodernas effektivitet och konsekvenser på

förbränningsanläggningar för olika typer av bränslen: Stockholm. http://www.varmeforsk.se/

Rapportdatabas/ 878 [2013-09-13]

Ellebro, M (2010). Kostnadsbesparingsanalys för Borås Energi. Teknisk chef på Infrafone.

Tel. 0739 815 037, martin.ellebro@infrafone.se [2013-09-10]

Ellebro, M (2013a). Varför infraljud är effektivare än ångsotning för att förhindra

sotuppbyggnad i förbränningspannor. http://www.infrafone.se/ Kunskap/ Ångsotning versus infraljudsteknik [2013-09-10]

Ellebro, M (2013b). Teknisk chef på Infrafone. Tel. 0739 815 037 [Telefonintervju den 26 september 2013]

Ellebro, M (2013c). Teknisk chef på Infrafone. Tel. 0739 815 037, martin.ellebro@infrafone.se [Mailintervju den 17 oktober 2013]

Ellebro, M (2013d). Varför infraljud är effektivare än hörbart ljud för att förhindra

sotuppbyggnad i förbränningspannor. http://www.infrafone.se/ Kunskap/ Ljudsotning versus infraljudsteknik [2013-09-27]

Ellebro, M (2013e). Varför infraljud är effektivare än kulsotning för att förhindra

sotuppbyggnad i förbränningspannor. http://www.infrafone.se/ Kunskap/ Kulsotning versus infraljudsteknik [2013-09-27]

Ellebro, M (2013f). Teknisk chef på Infrafone. Tel. 0739 815 037, martin.ellebro@infrafone.se [Mailintervju den 8 oktober 2013]

E.ON (2013). Med värme från Händelö kraftvärmeverk.

http://www.eon.se/upload/eon-se-2-0/dokument/broschyrarkiv/privatkund/fjarrvarme/Faktafolder%20H%C3%A4ndel%C3%B6v erket.pdf [2013-10-19]

Fredriksson, A (2013). Business Area Manager på Infrafone. Tel. 0702 720 141 [Telefonintervju den 20 september 2013]

Hjärtstam, S (2013). Handledare, Borås Energi och Miljö [2013-10-07]

Infrafone, (2013a). http://www.infrafone.se/ [2013-10-09]

(36)

Infrafone (2013c). http://www.infrafone.se/kunskapsbas/ Case study/ [2013-10-20]

Jerkert, J (2008). Akustik från grunden, andra upplagan: Stockholm. Universitetsservice US-AB [2013-10-17]

Lindblad, S (2013). Infraljud. http://www.ne.se/lang/infraljud [2013-09-27]

Lundgren, S., Norbelie, B & Bergström, P (1974). Det handlar om ljud: Nacka. Esselte Herzogs [2013-09-27]

Mackenzie, G. W (1969). Akustik: Stockholm. P.A Norstedt & Söners förlag [2013-10-17] Niklasson, F & Davidsson, K (2009). Behovsstyrd sotblåsning i avfallspannor.

http://www.wasterefinery.se/SiteCollectionDocuments/Publikationer/Rapporter/Slutrapport_B ehovsstyrd_sotblasning.pdf [2013-09-10]

Nyberg, S (2011). Förbättring av sotblåsare i tertiäröverhettare: Vasa.

http://publications.theseus.fi/bitstream/handle/10024/28197/Nyberg_Sara.pdf?sequence=1

[2013-09-24]

Persson, J (2007). Vågrörelselära, akustik och optik: Polen. Pozkal [2013-10-16]

Skaardal, R (1984). Utvärdering av sotningsmetoder: Stockholm. http://www.varmeforsk.se/

Rapportdatabas/ 176 [2014-04-22]

Sprängsotning (2013a) http://www.sprangsotning.se/ [2013-10-10]

Sprängsotning (2013b). Metodbeskrivning. http://www.sprangsotning.se/metoder/bang-clean

[2013-10-15]

Sundberg, J (1989). Musikens ljudlära: Visby, books-on-demand.com [2013-10-16] Svensk författningssamling (2011). Avfallsförordning: Västerås. Thomson Reuters

Professional AB. http://rkrattsdb.gov.se/SFSdoc/11/110927.PDF [2013-10-08]

Svensson, A (2013). Värmeproduktion.

http://www.lidkoping.se/boendeochmiljo/energi/fjarrvarmeochavfallsforbranning/varmeprodu

ktion.4.d62f0912738006cfc8000515425.html [2013-09-11]

Viverg, M (1990). Statstjänstemannen: organ för centrala statsförvaltningens tjänstemannaförbund – CST. Ljudet som känns men inte hörs. [2013-10-16]

(37)

Bilagor

Bilaga 1

Bilaga 2

(38)

Bilaga 3

Bilaga 4

(39)

Bilaga 5

Bilaga 6

(40)

Bilaga 7

Bilaga 8

PVA1 Med ljudsotare 24juni-01juli

PVA2 Med ljudsotare 24juni-01juli