EXAMENSARBETE
Energiteknisk utredning vid Boliden Rönnskär
Temperaturökning på svavelsyraverkets fjärrvärmeproduktion
Daniel Eriksson 2015
Högskoleingenjörsexamen Energiteknik
Luleå tekniska universitet
Institutionen för teknikvetenskap och matematik
HÖGSKOLEINGENJÖRSPROGRAMMET Energiteknik 2015-11-13
Skellefteå
Energiteknisk utredning vid Boliden Rönnskär –
Temperaturökning på svavelsyraverkets fjärrvärmeproduktion
Av: Daniel Eriksson
EXAMENSARBETE
FÖRORD
Det här arbetet har utförts på uppdrag från avdelningen för forskning och utveckling (RFU) på Rönnskärsverken som ingår i Boliden AB.
Jag skulle vilja tacka min handledare Andreas Johansson samt personal på RFU och energicentralen som svarat på frågor och på övrigt vis hjälpt till. Ett tack även till min familj som har ordnat med fordon under examensarbetet.
/Daniel Eriksson, 2015
SAMMANFATTNING
Rönnskärverken är en del av Boliden Mineral AB och ligger vid kusten utanför Skellefteå. Rönnskär tar emot råvaror från gruvor samt elektronikskrot för att producera främst koppar men även guld, silver, zink och bly. Utöver detta produceras biprodukterna svaveldioxid samt svavelsyra ur metalframställningen.
Förutom detta tas spillvärmen från processerna tillvara på för produktion av ånga och fjärrvärme. Ångan används till varmhållning av bl.a. pannor samt i vissa processer och till framställning av fjärrvärme för lokaluppvärmning på Rönnskärsverken samt konsumenter i Skelleftehamn och Ursviken.
I dagsläget nyttjas spillvärme från vissa processer och utöver dessa finns det ytterligare värmekällor som går att dra fördel av. Bland dessa är spillvärmen i en skorsten som är ansluten till svavelsyratillverkningen samt en kylare kopplad mot havsvattnet.
Denna rapport avhandlar en utredning av de effekter på Rönnskärsverkets ång- och fjärrvärmenät som en temperaturhöjning på den producerade fjärrvärmen ger.
Effekterna av två förslag på tillvaratagande av spillvärmen ur en skorsten knuten till svavelsyraframställningen samt ett förslag med användandet av vattenånga från ångnätet utreddes och jämfördes ekonomiskt.
Utredningen visade att ett av förslagen, där man använder spillvärmen ur skorstenen och en minskning i bortkylning av värme mot havsvatten, är av de undersökta förslagen mer fördelaktig ur ekonomiskt perspektiv. Detta förslag motsvarar en besparing på ca 681m3 olja av typen eldningsolja 5 under året och beräknas på så vis betala tillbaka sin investeringskostnad inom 6 månader.
ABSTRACT
Rönnskärverken is part of Boliden Mineral AB and is located on the coast outside of Skellefteå. Rönnskär receives raw materials from mines and electronic scrap to produce mainly copper, but also gold, silver, zinc and lead. In addition byproducts of sulfur dioxide and sulfuric acid are produced from the metal production.
Besides this waste heat from processes is collected and produces steam and district heating. The steam is used to keeping boilers warm and in certain
processes and production of district heating for local heating at Rönnskärsverken and consumers in Skelleftehamn and Ursviken. In the current situation waste heat from some processes is used and in addition to these, there are additional sources of heat that can be taken advantage of. Among these are the waste heat in a chimney connected to the sulfuric acid production and a cooler linked to the sea.
This report deals with an investigation of the effect on Rönnskär’s steam- and district heating grid that a temperature increase on the produced district heating provides. The effects of two proposals on the utilization of the waste heat from a chimney tied to the sulfuric acid production and a proposal with the use of water vapor from the steam grid were investigated and compared economically.
The investigation showed that one of the proposals, which uses waste heat from the chimney and a reduction in thermal cooling of heat with sea water, is of the examined proposals more advantageous from a financial perspective. This
proposal corresponds to a saving of approximately 681 m3 oil of the type fuel oil 5 per year and is calculated to repay its investment cost within 6 months.
Innehållsförteckning
1 INLEDNING ... 1
1.1 Bakgrund... 1
1.2 Syfte ... 1
1.3 Mål ... 1
1.4 Avgränsningar ... 1
2 RÖNNSKÄRSVERKENS PROCESSER ... 2
2.1.1 Torkar ... 2
2.1.2 Rostugn... 2
2.1.3 Elektrisk smältugn /”Hyttan” ... 2
2.1.4 Flashugn ... 3
2.1.5 Blykaldo ... 3
2.1.6 Raffineringsverk ... 3
2.1.7 E-kaldo ... 3
2.1.8 Fumingverket ... 3
2.1.9 Konvertrarna ... 3
2.1.10Anodgjuteriet ... 4
2.1.11Elektrolysverket ... 4
2.1.12Ädelmetallverket ... 4
2.1.13Svavelverken ... 4
2.1.14Energicentralen ... 4
2.2 Ångsystemet ... 5
2.2.1 Oljepanna 1 och 3 ... 5
2.2.2 Fumingverket ... 5
2.2.3 Turbin ... 6
2.2.4 Blykaldo och E-kaldo ... 6
2.2.5 Flashugn ... 6
2.2.6 Konverterhallen ... 6
2.2.7 Ångackumulatortank ... 6
2.2.8 Ädelmetallverket ... 6
2.2.9 Elektrolysen ... 6
2.2.10Matarvatten ... 6
2.2.11SD5/Svaveldioxidverket ... 7
2.2.12Kondensorerna 816, 851 och 852 ... 7
2.2.13Friblåsning ... 7
2.2.14Slamtorken ... 7
2.3 Fjärrvärmenätet ... 7
2.3.1 Kondensorerna 816, 851 och 852 ... 8
2.3.2 Fumingverket ... 8
2.3.3 Fjärrvärmeackumulatortank ... 8
2.3.4 Kylare 857 och 858 ... 8
2.3.5 SD5/svavelsyran ... 8
2.3.5.1 Ångdom 053,värmeväxlare 088 och 089 ... 9
2.3.5.2 Värmeväxlare 822A och 822B ... 9
2.3.5.3 Värmeväxlare 249A och 249B ... 9
2.3.5.4 Nödkylare ... 9
2.3.6 Rönnskär öst och syd samt kondens och spädvatten förvärmning . 9 2.3.7 Rönnskär väst samt Skelleftehamn och Ursviken ... 9
3 TEORI – TIDIGARE ARBETEN ... 10
4 METOD ... 12
4.1 Beräkningar ... 13
4.1.1 Beräkningar för hämtad data ... 13
4.1.1.1 Ånga ... 13
4.1.1.2 Fjärrvärme ... 13
4.1.1.3 Olja ... 14
4.1.1.4 Panna 1... 14
4.1.1.5 Panna 3... 14
4.1.2 Spetsning innan värmeväxlare 822A och B ... 15
4.1.2.1 Mellankrets svavel innan värmeväxlare 822A och B ... 15
4.1.2.2 Värmeväxlare 822A och B ... 16
4.1.3 Flöden genom ångkondensor ... 16
4.1.4 Minskat oljeanvändande ... 16
4.1.5 Ekonomi ... 17
5 RESULTAT ... 18
5.1 Värden i Normalt tillstånd 2014 ... 18
5.1.1 Utetemperatur ... 18
5.1.2 Ånga ... 18
5.1.3 Fjärrvärme ... 19
5.1.4 SD5/svavelsyrans mellankrets ... 20
5.1.4.1 Värmeväxlare 249A och 249B ... 20
5.1.4.2 Värmeväxlare 822A och 822B ... 21
5.1.4.3 Värmeväxlare 088 och 089 ... 21
5.1.4.4 Nödkylare ... 22
5.1.5 Olja ... 22
5.1.5.1 Panna 1... 22
5.1.5.2 Panna 3... 23
5.1.5.3 Total olja panna 1 och 3 ... 23
5.1.6 Pumpar ... 24
5.1.6.1 Pump 812 och 813 ... 24
5.1.6.2 Pump 818A och 818B ... 26
5.2 Effekter av spetsning ... 28
5.2.1 Förslag 1 och 2: Spets med skorstensvärme ... 28
5.2.1.1 Förslag 1: Spetsning efter 822A och 822B ... 28
5.2.1.2 Förslag 2: Spetsning före 822A och B... 30
5.2.2 Förslag 3: Spets av fjärrvärmevattnet med ångkondensor ... 32
5.3 Ekonomi ... 33
5.3.1 Förslag 1 och 2: Spets med skorstensvärme ... 33
5.3.1.1 Förslag 1 ... 33
5.3.1.2 Förslag 2 ... 33
5.3.2 Förslag 3: Spets med ångkondensor ... 34
5.3.3 Ekonomisk jämförelse ... 34
6 SLUTSATS/ANALYS OCH DISKUSSION ... 35
6.1 Förslag 1: Spets efter 822A och 822B med hjälp av skorstensvärme ... 35
6.2 Förslag 2: Spets före 822A och 822B med skorstensvärme ... 35
6.3 Förslag 3: Spets med Ångkondensor efter 822A och 822B. ... 35
6.4 Övrigt ... 36
7 REFERENSER ... 37
7.1 Tryckta källor ... 37
7.2 Muntliga källor ... 37
7.3 Intranätet, Internt boliden ... 37
7.4 Övriga källor ... 37 8 BILAGOR ...
1
1 INLEDNING
Vid kusten utanför staden Skellefteå i Västerbotten ligger Rönnskärsverken som är ett smältverk vilket är en del av Boliden Mineral AB. Smältverket tar idag emot råvaror från gruvor för att producera främst koppar men även guld, silver, zink och bly. År 2010 blev Rönnskärsverken världsledande när det gäller återvinning av elektronikskrot då E-kaldo byggdes. Utöver detta produceras biprodukterna svaveldioxid samt svavelsyra ur
metalframställningen.
Förutom detta tas spillvärmen från processerna tillvara på för produktion av ånga och fjärrvärme. Ångan används i vissa processer, för varmhållning av bl.a. pannor, samt till framställning av fjärrvärme som värmer upp Rönnskärsverkens byggnader, processer samt konsumenter i Skelleftehamn och Ursviken.
Förutom detta finns det möjligheter att ta vara på andra flöden av spillvärme. Till dessa processer hör en skorsten, som avger stora mängder värme ut i luften, som är ansluten till svavelsyratillverkningen samt en nödkylare kopplad mot havsvattnet.
1.1 BAKGRUND
Under årets kallare perioder kan inte fjärrvärmepumparna tillgodose värmebehovet på fjärrvärmenätet. Detta betyder att fjärrvärmevattnet behöver ha en högre temperatur då pumparna inte kan leverera något högre tryck och massflöde. Denna temperaturökning sker i dagsläget bl.a. med hjälp av ånga som produceras av oljeeldade pannor vid de kallare
perioderna. Denna oljeeldade ångproduktion är något som Rönnskärsverken vill reducera.
Ett tidigare arbete utfört av studenter vid LTU Skellefteå har resulterat i ett förslag om att ta tillvara på spillvärmen i frånluften från en skorsten vid ett kylningssteg hos
svavelsyratillverkningen. Detta förslag är uppbyggd av en värmeväxlare som med hjälp av frånluften värmer upp vatten i en mellankrets som pumpas till en annan värmeväxlare vilken har två olika potentiella kopplingar mot fjärrvärmeledningen.
1.2 SYFTE
Syftet med examensarbetet är att utreda om det finns ekonomiska och hållbara alternativ till dagens oljeeldade ångproducering under de kallare perioderna genom att använda spillvärme som finns i kylare knutna till svavelsyratillverkningen.
1.3 MÅL
Målet med examensarbetet är att utreda de effekter som en höjd fjärrvärmetemperatur från svavelsyrakylarna eller en ångkondensor, utifrån tidigare LTU arbete, ger på ång- och fjärrvärmenätet samt att jämföra alternativen ekonomiskt.
1.4 AVGRÄNSNINGAR
Inga reglertekniska eller hållfasthetsberäkningar utförs.
Övrig produktion får inte störas av förslagen.
Två mindre oljeeldade pannor på energicentralen tas ej med då dessa knappt används.
Vid bristfällig data görs uppskattningar.
2
2 RÖNNSKÄRSVERKENS PROCESSER
För att underlätta förståelsen för arbetet behövs en överskådlig bild där man lätt kan följa de olika materialens flöden genom verket, se figur 1 (New Boliden, 2015).
Figur 1: Processbild av de tre centrala flödena (gas, koppar och bly) på rönnskärsverken.
2.1.1 Torkar
Torkarnas uppgift är att torka de råmaterial som tas in i produktionen med varm luft. Detta gör man för att förhindra ångexplosioner som senare i produktionen kan resultera i att varmt (över 1000°C) material sprättar okontrollerat mot maskin eller personal.
2.1.2 Rostugn
Rostningen utförs genom att material matas in från toppen av en virvelbäddsugn för att med hjälp av lufttillförsel genom dysor i ugnens botten avdriva arsenik, kvicksilver samt svavel från materialet. Denna process sker vid ca 660°C. Det rostade materialet transporteras sedan till efterföljande processteg och svavlet förs till svavelverket.
2.1.3 Elektrisk smältugn /”Hyttan”
”Hyttan” är en motståndsugn med en kapacitet på 24 MW. I ugnen finns sex elektroder nerdoppade i slaggbadet. Smältan värms upp av elströmmarnas väg genom smältan, som har en hög resistans. Smältan skiktas i ett övre slagglager och ett undre skärstenslager.
Skärstenen fraktas sedan till konverterhallen och slaggen till fumingverket. Temperaturen på
3 slaggen är ca 1280°C och ca 1180°C för skärstenen. Under processen förbränns också
kvarvarande svavel med syre som sedan skickas till svavelverket.
2.1.4 Flashugn
I flashugnen matas torkat material ner genom en sligbrännare där det antänds och reagerar med syrgasanrikad luft. Materialet lägger sig sedan i skikt med slagg ovanpå och skärsten under. Skärstenen tappas sedan ut, med en koppar halt på ca 65 %, och skickas till
konverterhallen med en temperatur på 1250°C. Slaggen som har en temperatur på 1340°C krossas och skickas sedan till orten Boliden för anrikning. Svavel avdrivs också som efter rening och kylning skickas till svavelverket.
2.1.5 Blykaldo
Vid blykaldo smälts blyhaltiga material samt ibland även elektronikskrot. Ur detta skapas råbly som skickas till raffineringsverket, svartkoppar som skickas till konverterhallen samt svavel som skickas till svavelverket.
2.1.6 Raffineringsverk
Raffineringsverket tar emot råbly från blykaldo. Här renas råblyet från tenn, silver, zink samt andra ämnen. Slutligen så gjuts tackor på 42kg styck med en renhet på 99,97 %.
2.1.7 E-kaldo
På E-kaldo smälts elektronikskrot ner för att framförallt återvinna den koppar och ädelmetaller som finns i materialet.
2.1.8 Fumingverket
Fumingverkets uppgift är att reducera bort zink och bly från slagg levererad från ”Hyttan”.
När dessa material är reducerade tappas återstående slagg till en elektriskugn där man likt tidigare ugnar skiktar smältan i slagg och skärsten. Slaggen tappas för produktion av järnsand och skärstenen skickas till ”hyttan” eller konverterhallen.
De reducerade ämnena skickas därefter till klinkerugnen där man minskar halten arsenik, bly sam halogener i zinkstoftet.
2.1.9 Konvertrarna
Konvertrarnas uppgift är att rena den skärsten som levererats från ”hyttan” och flashugnen.
Smältan förädlas här till ca 97 % koppar. Under förädlingsprocessen får man också slagg som skickas tillbaka till ”hyttan”. Den kopparrika smältan skickas sedan vidare till anodgjuteriet.
4 2.1.10 Anodgjuteriet
Anodgjuteriets uppgift är att först minska mängden syre i smältan för att sedan gjuta kopparanoder på 345kg styck. Dessa transporteras sedan till elektrolysverket.
2.1.11 Elektrolysverket
Här renas kopparanoderna ytterligare genom att sättas i elektrolysbad med katoder mellan varje anod. Sedan tillför man likspänning så att kopparjoner vandrar från anod till katod.
Efter denna process så har man kopparkatoder med 99,998% koppar. I elektrolysbadet faller också ädelmetaller ut som man sedan tömmer och skickar vidare till ädelmetallverket.
2.1.12 Ädelmetallverket
På ädelmetallverket utvinner man flertalet olika ämnen ur det slam som levererat från
elektrolysverket. Processen i detta verk innehåller nästan samtliga tidigare nämnda processer och de främsta produkterna är råselen, platina, palladium med 85 % renhet, silver till 99,99 % renhet samt guld med en renhet av 99,995 %.
2.1.13 Svavelverken
Svavelverket tar emot de processgaser som är rika på svavel för att sedan tillverka svavelsyra och flytande svaveldioxid i svavelsyraverket och svaveldioxidverket. I svavelverket blandar, kyler samt tvättar man processgasen för att sedan transportera denna vidare till
svavelsyraverket eller svaveldioxidverket.
I svavelsyraverket framställs H2SO4(l) genom torkning, oxidering samt absorption. Gasen leds efter torkning genom en kontaktapparat där SO2(g) bli SO3(g). Den optimala
temperaturen för reaktionen är 400°C och vilket gör att gastemperaturen måste regleras med värmeväxlare mellan kontaktapparatens olika delar. Därefter tillförs SO3(g) vatten för framställning av svavelsyra med 96 % renhet.
På svaveldioxidverket produceras flytande SO2(l). Man börjar med att rena SO2(l) från kvicksilver för att sedan absorberas i kylvatten. Därefter använder man sig av ånga för att avdriva SO2(l) från vattnet. Därefter torkas och kondenseras svaveldioxiden.
2.1.14 Energicentralen
Energicentralen är den enhet som tar hand om och distribuerar vidare de olika processernas produktionsmedier. Förutom detta så finns en kondensturbin samt två stycken oljeeldade ångpannor som producerar 40 bars överhettad ånga. Även 2 stycken mindre pannor som levererar 3 bar mättad ånga finns, men dessa används endast vid extrema fall. Dessa tas ej hänsyn till i denna rapport då produktionen av ånga här är nog liten för att förbi ses.
5 2.2 ÅNGSYSTEMET
Rönnskärsverket har ett stort ångsystem för den ånga som skapas i de olika processerna samt för användandet av denna ånga. Systemet består primärt av tre större system med olika tryck vardera. Trycken i dessa är 3 bar, 20 bar och 40 bar. 40 bars systemet finns i en överhettad och en mättad version medan övriga system är mättade. Förutom dessa finns produktion av även 60 bars ånga samt användande av lägre tryck bl.a. 7 bar. För en förenklad översikt av ångsystemet se figur 2. När det gäller användare av ånga så finns det dock fler än illustrerat.
De flesta är små och dessa beräknas i detta arbete ihop till ett ”övrigt användande”.
Figur 2: Översikt av ångsystemet med producenter och användare.
2.2.1 Oljepanna 1 och 3
Oljepannornas primära syfte är att bistå ångnätet med 40 bars överhettad ånga när det råder brist på producerad ånga från andra producenter. Ånga framställas även för att stödja
fjärrvärmesystemet genom att kondenseras vid värmeöverföring till fjärrvärmevattnet via tre stycken kondensorer.Den olja som förbränns är Eldningsolja 5, Eo5.
2.2.2 Fumingverket
Här produceras 40 bars överhettad ånga när man kyler ner de gaser som uppstår vid verket.
Fumingverket använder också 20 barsånga till sin sotblåsare.
6 2.2.3 Turbin
I energicentralen finns en kondensturbin som Skellefteå kraft äger. Syftet med denna är att tillverka el med hjälp av överhettad 40 bars ånga. Denna tillverkning sker dock enbart vid vissa tillfällen då det råder ett överskott på den överhettade ångan.
2.2.4 Blykaldo och E-kaldo
Här produceras som tidigare nämnt ånga till 40 bars mättat tryck. Man använder ånga för bl.a.
torkar, filter och varmhållning
2.2.5 Flashugn
Producerar 60 bars ånga som flashugnen själv använder till viss del. Övrig produktion levereras till energicentralen för vidare användning.
2.2.6 Konverterhallen
Konverterhallens tre konvertrar producerar 20 bars ånga under vanlig produktion.
2.2.7 Ångackumulatortank
Ångackumulatortanken fungerar som en reglerenhet för ångflödena. Vid överflöd av 40bars mättad och överhettad ånga samt 60 bars ånga dysas dessa flöden in i ackumulatortanken för att skapa ett lager av ånga som i sin tur kan dysas ut som 3-och 20 bars mättad ånga. Detta betyder att man då kan minska de svängningar som kan uppstå i efterfrågan och utbudet av ånga från övriga enheter.
2.2.8 Ädelmetallverket
Vid produktionen på ädelmetallverket använder man sig av 7 bars ånga som man låtit dysa från 20 bar.
2.2.9 Elektrolysen
På E-lysen används ånga till 20 bars tryck till indunstare och varmhållning av elektrolyt.
2.2.10 Matarvatten
Matarvattnets användande av ånga finns inte med på figur 2. Men dess användande är vitalt för att kunna skapa vatten för bruk i både fjärrvärmen och ångsystemet.
7 2.2.11 SD5/Svaveldioxidverket
SD5 eller svaveldioxidverket använder till viss del ånga från ångnätet. Detta sker dock vanligtvis när den egna produktionen inte går fullt.
2.2.12 Kondensorerna 816, 851 och 852
Dessa kondensorer växlar värmen i 3 bars ånga från ångnätet för att värma upp fjärrvärmenätets vatten då det finns ett överskott av ånga.
2.2.13 Friblåsning
Vid de tillfällen då ångnätets samt fjärrvärmenätets behov av ånga är mättat friblåses ångan ut i den fria luften.
2.2.14 Slamtorken
Slamtorken finns inte med i figur 2. Men då dess ånganvändande för torkning av material är så pass stort bör det nämnas. Slamtorken togs i bruk i juni 2014.
2.3 FJÄRRVÄRMENÄTET
Nätets uppgift är att se till att Rönnskärsverket, Skelleftehamn samt Ursviken hålls uppvärmt under kallare perioder men även resten av året. Distributionen av fjärrvärme är indelat i två system, det ena levererar till Rönnskär öst-syd och kondensat- och spädvattenanläggningen genom pumparna 818A och B och den andre till Rönnskär väst och Skelleftehamn och Ursviken genom pumparna 812 och 813. För en förenklad och överskådlig bild av fjärrvärmenätet se figur 3.
Figur 3: Förenklad bild av flödena i fjärrvärmenätet.
8 2.3.1 Kondensorerna 816, 851 och 852
Se rubrik 2.2.12.
2.3.2 Fumingverket
Under den vanliga produktionen på fumingverket produceras även fjärrvärme då man låter kylvatten kretsa kring ugnen.
2.3.3 Fjärrvärmeackumulatortank
När ett överflöd av värme finns i fjärrvärmenätet utnyttjas denna ackumulatortank för att lagra på energi och använda den efter behov på liknande sätt som tidigare nämnda ångackumulatortank. Ackumulatortanken har en kapacitet på 50 MW.
2.3.4 Kylare 857 och 858
När ett överflöd av värme uppstår i fjärrvärmenätet och det inte går att fylla
fjärrvärmeackumulatortanken mer så utnyttjas dessa två kylare. I dessa kylare låter man havsvatten kretsa för att kyla ner fjärrvärmevattnet.
2.3.5 SD5/svavelsyran
Den effekt som hämtas ut här är ett resultat av kylningen vid svavelsyraproduktionen. För en överskådlig bild av denna kylkrets se figur 4.
Figur 4: Svavelsyrans mellankrets vars uppgift är att kyla ner svavelsyran samt tillföra värme till fjärrvärmenätet.
9 2.3.5.1 Ångdom 053,värmeväxlare 088 och 089
Denna ångdom är del i svaveldioxidprocessen där man använder sig av lågtrycksånga för att avdriva SO2 från vatten. Vid behov tas energi från 3bars ångnätet samt att kylning av
mellankretsens vatten via värmeväxlarna 088 och 089 också sker här.
2.3.5.2 Värmeväxlare 822A och 822B
Dessa värmeväxlare tillför värme till fjärrvärmenätet genom kylning av mellankretsvattnet.
2.3.5.3 Värmeväxlare 249A och 249B
Dessa värmeväxlare kyler ner svavelsyran till önskad temperatur med hjälp av mellankretsvattnet.
2.3.5.4 Nödkylare
För att svavelsyraflödet i 249A och B ska kunna kylas till rätt temperatur så behöver bland annat temperaturen på vattnet i mellankretsen har nog låg temperatur. Om 822A och B samt 088 och 089 inte lyckas kyla ner vattnet nog mycket används nödkylaren. Här låter man havsvatten kyla ner det alltför varma vattnet.
2.3.6 Rönnskär öst och syd samt kondens och spädvatten förvärmning Dessa är fjärrvärmeanvändare öst och syd på Rönnskärsverket. De får sin fjärrvärme levererade av pump 818A och B.
2.3.7 Rönnskär väst samt Skelleftehamn och Ursviken
Dessa är fjärrvärmeanvändare till väst på Rönnskärsverket samt samhällena Skelleftehamn och Ursviken. De får sin fjärrvärme levererade av pump 812A och 813A.
10
3 TEORI – TIDIGARE ARBETEN
Innan detta arbete startade gjordes en utredning om man kunde ta tillvara på spillvärmen i svavelsyraverkets skorsten för att sedan öka temperaturen på fjärrvärmevattnet (Sundin et al.
2015). Det finns två förslag på var i processerna denna temperaturökning sker. Ett alternativ, förslag 1, är att öka temperaturen efter värmeväxlarna 822A och 822B, se figur 7. Det andra alternativet, förslag 2, är att göra detta strax innan samma värmeväxlare. Observera att denna koppling sker innan en korsning där svavelsyrans mellankrets delar sig.
Tillämpningen av dessa förslag utförs genom att koppla en tubvärmeväxlare mot skorstenens luftflöde och mot en mellankrets med vatten. Denna mellankrets kopplas sedan mot en plattvärmeväxlare. Även en pump i denna mellankrets bör installeras som hanterar ett beräknat massflöde på 54m3/h. För en förenklad bild av hur kopplingen ser ut se figur 5.
Figur 5: Förenklad bild av kopplingarna för förslag 1 och 2.
Deras arbete resulterar i ett effektuttag mot fjärrvärmenätet enligt figur 6 och ekvation 1, som är framtagen genom linjär regression av effektuttaget beroende av rådande
utomhustemperatur ur figur 6. Observera att denna figur bara är sann för växlaren efter 822A och B, alternativ 1 se figur 7. Den totala kopplingsvägen från skorstenen till kopplingen i alternativ 1 är 720m.
Figur 6: Effektuttaget till följd av rådande utetemperatur.
11
𝐸𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡 = 1,4869 − 0,1503 ∗ 𝑇𝑢𝑡𝑒 (1)
Figur 7: Översiktsbild på var i systemet förslagen ska monteras.
För alternativ 2 gjordes inga fullständiga beräkningar, men en medeleffekt under året på 2,3MW är given och utetemperaturspannet när detta gäller rör -18ºC och +10ºC vilket motsvarar 5923 timmar av året.
Den totala kopplingsvägen från skorstenen till kopplingen i alternativ 2 är 320m.
12
4 METOD
Projektet inleds med att analysera och förstå de olika processerna och de tillhörande flöden av ånga, fjärrvärme, vatten samt olja genom användning av verkets ABB-program vilket styr och håller koll på samtliga processer. Utöver detta hålls samtal med processoperatörer och ansvariga processingenjörer för ökad förståelse om de relevanta flödena. Även en
litteraturstudie i form av information ur tidigare energikartläggningar samt tidigare LTU- studenters förslag utförs. Utredningen innefattar de genomsnittliga dygnsvärdena för år 2014.
Ur ABB-programmet hämtas de signaler som gäller för varje relevant flöde. Sedan hämtas data från respektive signal hem från Bolidens egen ”IM dump”(New Boliden, 2014), vilket är en databas som loggar och sparar verkens samtliga värden i upp till ett år.
De aktuella värden som hämtas hem är främst temperaturer, tryck, mass- och volymflöden, effekter för varje process samt oljepannornas förbrukning av olja under året. Även data för hur utetemperaturen förändras över året hämtas hem. Vid ofullständig data t.ex. där effekten inte är given beräknas denna fram genom värmeflödesekvationer (Alvarez, 2012).
Vid de fall där dygnsvärden inte kan tas fram med ABB:n och ”IM dump”:en används Rönnskärs officiella Energi-och mediarapport (Rönnskär, 2014) där månadsvärden för processerna finns. Dessa månadsvärden antas då vara jämt fördelade under dessa perioder oberoende av utetemperatur eller de olika processernas pendlande flöden.
Samtlig data samlas ihop i ett Excel dokument där ”Xsteam”, vilket är ett Excelprogram med de termodynamiska egenskaperna för ånga och vatten, används för att underlätta och
påskynda de termodynamiska beräkningarna som görs för ång- och vattenflöden.
Med de tillgängliga data som inhämtats plottas effekterna för att få en klarare bild om hur flödena svänger under året.
Därefter tillämpas de förslag som tidigare LTU-studenter föreslagit med verkliga flöden, effekter och övriga värden, vilka tidigare hämtats från Bolidens databas, för att analysera vilka effekter detta genererar på ång- och fjärrvärmenätet samt användningen av oljan.
Fortsatta beräkningar på alternativ 2 behövs dock göras för att se värmeutbytet med fjärrvärmenätet.
För förslag 3 används en tänkbar ångkondensor, som installeras fast bara för en av kopplingspunkterna, se figur 7 samt figur 8 för en förenklad bild av kopplingen.
Figur 8: Översiktsbild av koppling för förslag 3.
Mellankretsen här består av en ångledning från ångnätet och en fjärrvärmeledning efter kondensorn. Kondensatet transporteras sedan vidare till energicentralen för återanvändning.
Till detta används förändrade flöden i svavelsyrans mellankrets, se figur 4, på sådant sätt att
13 nödkylaren i den kretsen minskar sitt nödkylande samt att mer energi kommer ut på
fjärrvärmenätet. Värden på minskad nödkylning är beräknade av Andreas Johansson och med dessa beräknas motsvarigheten i oljeanvändande. För förslag 1 utförs liknande beräkningar för att sedan adderas till dess vanliga beräkningar.
Med detta gjort upprättas kontakt med tillverkare av värmeväxlare för en ungefärlig prisbild på inköpskostnaden för sådana växlare samt att kontakt med kunnig personal på
Rönnskärsverket tas för kostnader för ledningar och pumpar. Därefter jämförs de olika förslagen med varandra ekonomiskt.
4.1 BERÄKNINGAR
I detta avsnitt tas beräkningar och ekvationer som under arbetet använts upp.
4.1.1 Beräkningar för hämtad data
Denna del tar upp insamlandet och användandet av data hämtat ur ABB-programmet.
Majoriteten av data som har samlats in är hämtade från Bolidens intranät (New Boliden, 2015)
4.1.1.1 Ånga
För ångan mäts massflödet i ton/h, trycket i Bar och temperaturen i Celsius. För att få rätt dimensioner omvandlas ton/h till kg/s. Genom användning av ”Xsteam” tas tillhörande effekter, (P), fram för varje ångflöde med tillhörande tryck och temperatur. Detta görs för att underlätta arbetet då väldigt stora mängder data används. Det programmet gör kan t.ex. vara att beräkna entalpin för ångan och multiplicera det med flödet, se ekvation 2.
𝑄̇ = 𝑚̇ ∗ ℎ (2)
Där 𝑄̇ är värmeflödet, 𝑚̇ är massflödet av ånga och ℎ är entalpin i ångan vid rådande tryck och temperatur.
I vissa fall finns dock värmeflödet redan loggat och beräkningar för dessa behövs inte göras annat än för kontrollerande av korrekthet. Med effekten (MW) kan sedan energimängden (MWh) beräknas.
4.1.1.2 Fjärrvärme
Fjärrvärmevattnets flöde mäts lite annorlunda då volymflödet övervakas i m3/h tillsammans med temperaturen och trycket. Volymflödet omvandlas nu till m3/s. Beräkningarna utförs även här med ”Xsteam” men nu baserat på ekvation 3.
𝑄̇ = 𝜌 ∗ 𝑉̇ ∗ 𝑐 ∗ 𝛥𝑇 (3)
Där 𝑄̇ är värmeflödet, 𝜌 är densiteten på vattnet, 𝑉̇ är volymflödet, c är värmekapaciteten för vattnet och 𝛥𝑇 är temperaturskillnaden.
14 I vissa fall finns dock värmeflödet redan loggat och beräkningar för dessa behövs inte göras annat än för kontrollerande av korrekthet.
4.1.1.3 Olja
När det gäller oljeförbrukningen vid produktion av ånga skiljer sig framtagandet av flödena i oljepanna 1 och 3.
4.1.1.4 Panna 1
För panna 1 beräknas den direkta effekttillförseln, 𝑄̇, som oljan skapar genom ekvation 4.
𝑚̇å𝑛𝑔𝑎 𝑢𝑡 ∗ ℎå𝑛𝑔𝑎 𝑢𝑡 − 𝑚̇𝑚𝑎𝑡𝑎𝑟𝑣𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛 𝑖𝑛 ∗ ℎ𝑚𝑎𝑡𝑎𝑟𝑣𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛 𝑖𝑛 = 𝑄̇ (4)
Där 𝑚̇å𝑛𝑔𝑎 𝑢𝑡 är massflödet ut ur ångpannan, ℎå𝑛𝑔𝑎 𝑢𝑡 är entalpin beräknat av ångans tryck och temperatur vid samma ögonblick, 𝑚̇𝑚𝑎𝑡𝑎𝑟𝑣𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛 𝑖𝑛 är flödet matarvatten in i pannan och ℎ𝑚𝑎𝑡𝑎𝑟𝑣𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛 𝑖𝑛 är entalpin beräknat av vattnets tryck och temperatur vid samma ögonblick.
Därefter hämtas värmevärdet, H, för eldningsolja 5 från kursmaterial (Alvarez, 2012) och pannans verkningsgrad, 𝜂, fås genom personlig kontakt med handledare (Johansson, 2015).
Dessa värden kombinerat med ekvation 4 används i ekvation 5 för att få den volym olja som förbrukas vid aktiv ångproduktion.
𝑄̇
η∗H= 𝑉𝑜𝑙𝑗𝑎 (5)
Observera att 𝑉𝑜𝑙𝑗𝑎 är volymen vid den aktiva ångproduktionen och när ingen direkt ångproduktion sker använder man olja för varmhållning pannan. Den totala mängden olja som panna 1 använder hämtas ur rapport (Rönnskär Energi- och mediarapport, 2014).
För att få fram en ungefärlig oljeförbrukning vid varmhållning subtraheras den totala oljemängden med den beräknade mängden olja. Denna summa divideras sedan för ett medelvärde som får gälla för varje dag med bara varmhållning.
4.1.1.5 Panna 3
I panna 3 hämtas flödesvärden i liter/h direkt från ”IM dump”-databasen som omvandlas till m3/s. Multipliceras användningen sedan med värmevärdet för Eldningsolja 5(Alvarez, 2012) fås den totala effekt som oljan innehåller.
Därefter kan pannans verkningsgrad beräknas med hjälp av tidigare beräknad ångproduktion i pannan enligt ekvation 6. Observera att detta är totala oljeanvändningen och verkningsgraden för panna 3 d.v.s. varmhållning och ångproduktion inte den aktiva förbrukningen av olja vid direkt ångproduktion.
𝐸𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡 å𝑛𝑔𝑎 𝑢𝑡
𝐸𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡 𝑜𝑙𝑗𝑎 𝑖𝑛 = 𝜂, 𝑣𝑒𝑟𝑘𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑔𝑟𝑎𝑑 (6)
15 4.1.2 Spetsning innan värmeväxlare 822A och B
Detta avsnitt fortsätter beräkningarna på tidigare arbetes förslag nr 2, se rubrik 3, med
användandet av skorstenens spillvärme för att få fram dess effekttillförsel på fjärrvärmenätet.
4.1.2.1 Mellankrets svavel innan värmeväxlare 822A och B
Vid förslag 2 d.v.s. koppling mot mellankretsledningen innan värmeväxlare 822A och 822B, se figur 9, saknas temperaturökningsberäkningar som denna energitillförsel skapar i
mellankretsen. En medeleffekt under året på 2,3MW och utetemperaturspann på -18ºC till +10ºC används i beräkningarna.
Samma temperaturspann gäller för 2,3MW som för förslag 1 d.v.s. 2MW. 2,3MW uppnås då vid mitten på temperaturspannet, -4ºC. Detta ger en maxeffekt på 4,6 MW vid minsta
utetemperatur, -18ºC, och en lägsta på 0MW vid +10ºC. Resultatet av antagandet visas i figur 9 och en ekvation för hur den tillförda effekten ändras mot utetemperaturen ansätts med hjälp av data i figuren enligt ekvation 7.
Figur 9: Antagande om effekten mot utetemperaturen för mellankretskoppling innan värmeväxlare 822A och B, d.v.s. alternativ 2.
𝐸𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡 = 1,6429 − 0,1643 ∗ 𝑢𝑡𝑒𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 (7)
Men denna ekvation kan nu den nya temperaturen, 𝑇𝐸𝑓𝑡𝑒𝑟, i mellankretsen beräknas enligt ekvation 8.
𝐸𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡ö𝑘𝑛𝑖𝑛𝑔 = 𝑉̇ ∗ 𝜌 ∗ 𝑐 ∗ (𝑇𝐸𝑓𝑡𝑒𝑟− 𝑇𝑓ö𝑟𝑒) ( 8) Där effektökningen motsvarar effekten från spetsningen, 𝑉̇ volymflödet, 𝜌 densiteten, 𝑐 värmekapaciteten och 𝑇𝑓ö𝑟𝑒 temperaturen före spetsning på vattnet i mellankretsen.
16 4.1.2.2 Värmeväxlare 822A och B
Temperaturökningen på fjärrvärmevattnet i växlingen mot mellankretsvattnet efter spetsning beräknas genom att ta fram medelvärdet för temperaturskillnaden på temperaturen in för mellankretsens vatten och ut för fjärrvärmevattnet under 2014 då ingen spetsning sker. Detta ger figur 10. Denna temperaturskillnad subtraheras sedan mot den nya temperaturen i
mellankretsen för att få den nya temperaturen ut för fjärrvärmen ur värmeväxlare 822A och 822B.
Figur 10: Temperaturskillnaden på inflödet från mellankrets och utflöde från fjärrvärme i värmeväxlare 822A och B.
4.1.3 Flöden genom ångkondensor
Vid användandet av en ångkondensor antas en maxkapacitet på 10MW, 𝑄̇, då man låter 3 bars mättad ånga kylas till ca 70ºC vatten. För beräkning av ångflöde, 𝑚̇å𝑛𝑔𝑎, före och kondensatflöde, 𝑉̇𝑣𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛, efter se ekvation 9 och 10.
𝑚̇å𝑛𝑔𝑎 =ℎ 𝑄̇
𝑚ä𝑡𝑡𝑎𝑑 å𝑛𝑔𝑎−ℎ70º𝐶 𝑣𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛 (9)
𝑉̇𝑣𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛= (ℎ 𝑄̇
𝑚ä𝑡𝑡𝑎𝑑 å𝑛𝑔𝑎−ℎ70º𝐶 𝑣𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛)∗𝜌 (10)
Där 𝜌 är densiteten för vatten vid 3bars tryck och 70ºC.
4.1.4 Minskat oljeanvändande
Vid beräkningar av minskat oljeanvändande används den oljepanna med högre verkningsgrad. Beräkningar utförs enligt ekvation 11.
𝑉̇𝑜𝑙𝑗𝑎 =𝐸𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡𝜂∗ℎ å𝑛𝑔𝑎
𝑜𝑙𝑗𝑎 (11)
17 Där 𝑉̇𝑜𝑙𝑗𝑎är volymen olja, 𝐸𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡å𝑛𝑔𝑎är effekten som behövs i ångan, 𝜂 är pannans
verkningsgrad och ℎ𝑜𝑙𝑗𝑎 är värmevärdet för eldningsolja 5 i kWh per m3. Den beräknat minskade oljemängden innefattar dock endast tillgänglig förbrukning och maxersättning dvs.
förbrukas ingen olja så kan ingen ersättas och det går heller ej ersätta mer olja än vad förslagen har kapacitet till.
Med den beräknade volymen olja kan man sedan med inköpskostnaden, efter skatt och avgifter, per m3 olja beräkna den förändrade oljekostnaden som de olika förslagen ger.
4.1.5 Ekonomi
Ekonomin för förslagen beräknas genom att summera de totala rörliga kostnaderna och besparingarna per år, t.ex. ändring i oljeförbrukning samt driftkostnader. Därefter summeras de totala fasta kostnaderna och besparingarna för förslagen, t.ex. inköpspris för material och maskiner.
Med dessa två olika värden kan återbetalningstiden för förslagen beräknas fram genom att dividera den de fasta värdena med de rörliga.
18
5 RESULTAT
I detta avsnitt presenteras värden för hur produktionen såg ut 2014 samt förslagens energimängder på dessa värden. Även en ekonomisk jämförelse utreds.
5.1 VÄRDEN I NORMALT TILLSTÅND 2014
Här tas de primära producenterna och användarna av ånga, fjärrvärme och olja upp.
Majoriteten av diagrammen beskriver energimängderna under varje dygn på året d.v.s. totala energin under dygnet har adderats. I vissa fall beskriver diagrammen dock energimängderna per timme under dygnet.
Observera att under maj månad så beter sig energimängderna och flöden annorlunda, detta beror på att Rönnskärsverket har inplanerade driftstopp för bl.a. underhåll under denna period.
5.1.1 Utetemperatur
För översiktlig bild av hur den genomsnittliga dygnstemperaturen utomhus skiftar under året se figur 11.
Figur 11: Dagstemperaturen utomhus under 2014.
5.1.2 Ånga
För en överblick av ångproduktionen, i MWh, se figur 12. Den totala ångproduktionen 2014 uppgick till 482531 MWh.
19 Figur 12: Den totala ångproduktionen för Rönnskärsverket 2014.
För en överblick av ånganvändandet, i MWh, se figur 13. Det totala ånganvändandet 2014 uppgick till 482531 MWh.
Figur 13: Det totala ånganvändandet för Rönnskärsverket 2014.
För detaljerade dygnsvärden för producenter och användare av ånga se bilagor.
5.1.3 Fjärrvärme
För en överblick av fjärrvärmeproduktionen, i MWh, se figur 14. Den totala fjärrvärmeproduktionen 2014 uppgick till 198288 MWh.
20 Figur 14: Den totala fjärrvärmeproduktionen för rönnskärsverken 2014.
För en överblick av fjärrvärmeanvändandet, i MWh, se figur 15. Det totala fjärrvärmeanvändandet 2014 uppgick till 198288 MWh.
Figur 15: Det totala fjärrvärmeanvändandet för rönnskärsverken 2014.
För detaljerade dygnsvärden för producenter och användare av fjärrvärme se bilagor.
5.1.4 SD5/svavelsyrans mellankrets
Detta avsnitt presenterar förändringarna av energimängderna i mellankretsen för svavelsyran 5.1.4.1 Värmeväxlare 249A och 249B
Värmeväxlare 249A och 249B i mellankretsen agerar som en kylare av svavelsyran. För förändringarna av energimängden, i MWh per dygn, som tas upp av mellankretsens vatten se figur 16. Den totala energimängden under året uppgick till 245866MWh.
21 Figur 16: Energiöverföringen per dygn från svavelsyra till mellankrets.
5.1.4.2 Värmeväxlare 822A och 822B
Dessa värmeväxlare är de som nämns i resultatet för fjärrvärmen. För diagram se figur 62 i bilagor. Dessa kyler ner mellankretsens vatten för fjärrvärmeproduktion.
5.1.4.3 Värmeväxlare 088 och 089
Värmeväxlare 088 och 089 kyler ner mellankretsens vatten ytterligare för att värma vatten till en mellankrets tillhörande ångdom 053. Den totala energimängden för kylningen under året uppgick till 81394MWh och en överblick av energimängden, i MWh per dygn, ses i figur 17.
Figur 17: Energimängden för kylningen per dygn av mellankretsens vatten för växlare 088 och 089.
22 5.1.4.4 Nödkylare
Energimängden som nödkylaren kyler bort, i MWh per dygn, under året ses i figur 18. Den totala energimängden för kylningen under året uppgick till 129228MWh
Figur 18: Energimängden för kylningen per dygn av mellankretsens vatten för nödkylaren.
5.1.5 Olja
Värmevärdet för eldningsolja 5 är 10720 kWh/m3(Alvarez, 2012).
5.1.5.1 Panna 1
Verkningsgraden för panna 1 är ca 80 % (Andreas Johansson, Personlig kommunikation).
Den totala aktiva användningen för året blev 374m3 och 290 m3 för varmhållning vilket gav en total användning på 664m3. Se figur 19 för totala användningen, i m3 per dygn, i panna 1.
Figur 19: Totala oljeförbrukningen per dygn för panna 1 under året.
23 5.1.5.2 Panna 3
För oljeförbrukningen, i m3/dygn, i panna 3 under året se figur 20. Den totala förbrukningen under året uppgick till 1650m3 olja. Den genomsnittliga verkningsgraden på pannan är ca 84
%.
Figur 20: Oljeförbrukningen per dygn i panna 3 under året.
5.1.5.3 Total olja panna 1 och 3
Den totala oljeförbrukningen i panna 1 och 3 uppgick till 2314 m3 dock bara 2024m3 för direkt ångproduktion. För dygnsförbrukning under året för aktiv- och totalförbrukning se figur 21 och figur 22.
Figur 21: Total oljeförbrukning per dygn för panna 1 och 3 vid aktiv ångproduktion.
24 Figur 22: Total oljeförbrukning per dygn för panna 1 och 3 med varmhållning inräknat.
5.1.6 Pumpar
Detta avsnitt presenterar volymflöden och kapacitetanvändningen av fjärrvärmepumparna.
5.1.6.1 Pump 812 och 813
Volymflödet, i m3 per timme, genom dessa pumpar ses i figur 23.
Figur 23: Volymflödet per dygn genom pumparna under året.
För användandet av pumparna i form av procent av maxvarvet se figur 24 och 25.
25 Figur 24: Pumpanvändandet i procent av maxvarv för pump 812.
Figur 25: Pumpanvändandet i procent av maxvarv för pump 813.
Dessa pumpar är av typen HPK 200-500 och har en diameter på 504mm och ett maxvarv på ca 1500 varv per minut. Enligt figur 26 ses pumpens verkningsgrad mot volymflödet och för effektanvändningen mot volymflödet se figur 27.
26 Figur 26: Pumpkurva med verkningsgrad vid olika volymflöden.
Figur 27: Effektanvändningen för pumpen vid olika volymflöden.
5.1.6.2 Pump 818A och 818B
Volymflödet, i m3 per timme och liter per sekund, genom dessa pumpar ses i figur 28 och 29.
27 Figur 28: Volymflödet genom pumparna, i m3 per timme, under året.
Figur 29: Volymflödet genom pumparna, i liter per sekund, under året.
Dessa pumpar är av typen APP 44-200 och har en diameter på 410 mm och maxvarv på 1500varv per minut. Enligt figur 30 ses pumpens verkningsgrad och effektanvändning mot volymflödet. Det optimala flödet sett till effektivitet uppstår vid 1500 varv per minut är ca 220L/s eller 792m3/h.
28 Figur 30: Effektanvändningen och verkningsgraden vid olika volymflöden.
5.2 EFFEKTER AV SPETSNING
Detta avsnitt tar upp de effekter som uppstår vid spetsning i form av temperaturhöjning på fjärrvärmen.
5.2.1 Förslag 1 och 2: Spets med skorstensvärme Här tas temperaturökningen med spillvärmen från skorstenen upp.
5.2.1.1 Förslag 1: Spetsning efter 822A och 822B
Temperaturökningen efter dessa värmeväxlare resulterar i en energiökning, i MWh per dygn, på fjärrvärmen ut enligt figur 31 och den totala energitillförseln uppgår till 3197 MWh.
Energimängden, i MWh per dygn, ut från 822A och 822B i vanligt läge utan förslag plus spetsningen ses i figur 32 och den totala energitillförseln uppgår till 43289MWh.
29 Figur 31: Spetsningens energiökning på fjärrvärmevattnet enligt förslag 1.
Till detta adderas utifrån beräkningar, gjorda av Andreas Johansson, där flödena i
svavelsyrans mellankrets ändrats så kan nödkylarens kylning minskas med ett snitt på ca 1 MW vilket motsvarar 2935 MWh under ett år. Den sammanlagda effektiva energiökningen blir 6132 MWh.
Figur 32: Den nya effekten d.v.s. vanligt läge innan spetsning adderat med spetsningen.
För en jämförelse av energimängderna läget innan och efter spetsning se figur 33.
30 Figur 33: Jämförelse av originalenergin och den nyade spetsade.
5.2.1.2 Förslag 2: Spetsning före 822A och B
Temperaturökningen före dessa värmeväxlare resulterar i en energiökning, i MWh per dygn, på fjärrvärmen ut enligt figur 34 och den totala energitillförseln uppgår till 4071MWh. Den nya energimängden, i MWh per dygn, ut på fjärrvärmen ses i figur 35 och den totala energitillförseln uppgår till 38741MWh.
Figur 34: Spetsningens energiökning per dygn på fjärrvärmevattnet enligt förslag 2.
31 Figur 35: Den nya energimängden ut per dygn från värmeväxlarna.
För en jämförelse av energimängderna ut från värmeväxlarna för läget innan och efter spetsning se figur 36.
Figur 36: Jämförelse av originalenergimängden och den förhöjda enligt förslag 2.
5.2.1.2.1 Jämförelse av temperaturer efter 822A och 822B i SD5/svavelsyras mellankrets enligt förslag 2
För temperaturen på vattnet i mellankretsen efter värmeväxlare 822A och 822B innan en spetsning se figur 37.
32 Figur 37: Temperaturnivåerna efter värmeväxlare 822Aoch 822B innan spetsning enligt förslag 2.
För temperaturen på vattnet i mellankretsen efter värmeväxlare 822A och B efter en spetsning se figur 38.
Figur 38: Temperaturnivåerna efter värmeväxlare 822A och 822B efter spetsning enligt förslag 2.
5.2.2 Förslag 3: Spets av fjärrvärmevattnet med ångkondensor
Utifrån beräkningar, gjorda av Andreas Johansson, där flödena i svavelsyrans mellankrets ändrats så kan nödkylarens kylning minskas med ett snitt på ca 2 MW vilket motsvarar 4950 MWh under ett år.
33 5.3 EKONOMI
Värdena som presenteras här är grova uppskattningar framtagna i samråd med tillverkare (C A MÖRCK AB) (Lars-Arne Eliasson, Personlig kommunikation) och personal på
rönnskärsverket, de verkliga kostnaderna kan komma att skilja sig. Inga räntekostnader eller driftkostnader har beräknats.
Kostnaden för eldningsolja 5 är ca 8200kr per m3 (maj 2015) med skatt inräknat baserat på marknadspris (Peter Olsson, Personlig kommunikation). Det verkliga inköpspriset för företaget skiljer sig dock.
5.3.1 Förslag 1 och 2: Spets med skorstensvärme
Vid dessa alternativ används en tubvärmeväxlare, en plattvärmeväxlare samt en pump. Det som skiljer alternativen åt när det gäller materialkostnad är längden på rördragningen.
Kostnaden för rören som ska användas här är uppskattad till 2500kr/meter och är av fjärrvärmetyp (Andreas Johansson, Personlig kommunikation).
Kostnaden för en tubvärmeväxlare på 10 MW är uppskattad till ca 510 000kr och för en plattvärmeväxlare med samma effekt till ca 280 000kr.
Kostnaden för en pump med en flödeskapacitet på 75m3/h är framtagen utifrån kontakt med personal (Stig-Olov Lundström, Personlig kommunikation) baserat på tidigare inköp.
Inköpskostnaden för en sådan pump med tillhörande elmotor inräknad uppgår till ca 98 000kr.
5.3.1.1 Förslag 1
Rördragningen för koppling efter värmeväxlare 822A och 822B uppskattas till totalt 720m.
Detta innebär en totalkostnad på 1 800 000kr.
Den tillförda effekten av spetsningen omvandlat till oljeförbrukning, se ekvation 11, i panna 3, som har den högre verkningsgraden på ca 84 %, motsvarar en minskad kostnad på ca 5 584 000 kr/år d.v.s. ca 681 m3/år.
Detta ger en total engångskostnad på 2 690 000kr och en årlig besparing på 5 584 000 kr/år.
Det ger en beräknad återbetalningstid i form av minskad oljeanvändning på ca 6 månader.
5.3.1.2 Förslag 2
Rörlängden för kopplingen före värmeväxlare 822A och 822B är uppskattad till totalt 320m.
Detta innebär en rörkostnad på totalt 800 000kr.
Den tillförda effekten av spetsningen omvandlat till oljeförbrukning i panna 3, som har den högre verkningsgraden på ca 84 %, motsvarar en minskad kostnad på ca 3 710 000 kr/år d.v.s. ca 452 m3/år.
Detta ger en total engångskostnad på 1 690 000kr och en årlig besparing på 3 710 000kr/år.
Det betyder en återbetalningstid i form av minskad oljeanvändning på ca 6 månader.
34 5.3.2 Förslag 3: Spets med ångkondensor
Vid detta förslag så används antingen en tub- eller plattkondensor. Här antas samma
maximala effektuttag d.v.s. 10MW och kostnaderna uppskattas på samma sätt till 510 000kr för en tubkondensor och 280 000kr en plattkondensor. En tubkondensor kan vara att föredra då denna är mindre känslig för läckage jämfört med en plattkondensor.
Rördragningen här är uppskattad till totalt 260m varav 130m är av fjärrvärmetyp och 130m är ångledningar. Kostnaden för en isolerad ångledning är uppskattad till 2000kr/meter(Stig-Olov Lundström, Personlig kommunikation). Totala kostanden för detta blir ca 585 000kr.
Kostnaden för en pump för bortförsel av kondens har inte kunnat tas fram.
Minskningen av kylning i svavelsyrakretsens nödkylare motsvarar sett till oljeanvändning en minskad kostnad på ca 4 508 000 kr/år d.v.s. ca 550 m3/år.
Detta ger en engångskostnad på ca 1 100 000kr plus kostnaden för pump och en årlig besparing på ca 4 508 000 kr/år plus energikostnad för pump. Det ger en beräknad återbetalningstid i form av minskad oljeanvändning på ca 3 månader.
5.3.3 Ekonomisk jämförelse
För en sammanställning av de ekonomiska aspekterna som tagits fram se tabell 1.
Tabell 1: Ekonomisk jämförelse för förslagen.
Förslag 1 2 3
Pump 98 tkr 98 tkr - tkr
Värmeväxlare 790 tkr 790 tkr 510 tkr
Ledning/rör 1 800 tkr 800 tkr 585 tkr
Summa fast kostnad 2 688 tkr 1 688 tkr 1 095tkr Sparande av olja/år 5 584 tkr/år 3 710 tkr/år 4 508 tkr/år
Driftkostnad/år - tkr/år - tkr/år - tkr/år Återbetalningstid Ca 6mån Ca 6mån Ca 3mån
