En undersökning av miljödatorns beräkningar på Nybro Energi AB

(1)

Driftteknikerprogrammet Självständigt arbete

En undersökning av miljödatorns beräkningar på Nybro Energi AB

Olle Blomgren

Håkan Lagesson 2014-‐05-‐14 Omfattning: 6hp Kurskod: 1SJ21E

(2)

Linnéuniversitetet

Sjöfartshögskolan i Kalmar

Utbildningsprogram: Driftteknikerprogrammet

Arbetets omfattning: Självständigt arbete om 6hp

Titel: En undersökning av miljödatorns

beräkningar på Nybro Energi AB

Författare: Olle Blomgren & Håkan Lagesson

Handledare: Per Styrlin

(3)

Abstract

Arbetets syfte har varit att klargöra hur Nybro Energi ABs miljödator utför sina beräkningar och om beräkningssättet den använder är korrekt.

Genom att ha kritiskt analyserat hur miljödatorns beräkningar är strukturerade genomförde vi kontrollberäkningar och kunde med hjälp av DU-‐teknik skapa en laborationsmall för jämförelseberäkningar och övriga tester.

I resultatet finns en jämförelse mellan laborationsmallens och miljödatorns uträknade pannverkningsgrad vid olika tidpunkter. Här framgår även miljödatorns formelstruktur och hur vardera formel hänger samman.

Ur resultatet kan slutsatsen fastställas att miljödatorn utför korrekta beräkningar eftersom pannverkningsgraderna stämde överens. Eventuella felkällor så som mätfel gjorde dock att ett säkrare resultat hade uppnåtts om en mer grundlig och genomgående undersökning gjorts, där alla givare och enheter som förser miljödatorn med

information kontrollerats.

Avslutningsvis ges några förbättringsförslag som Nybro Energi AB kan göra för att säkerställa att miljödatorn utför noggrannare och mer verklighetstrogna beräkningar.

(4)

Abstract

The purpose of the paper has been to verify how the environmental datasystem at Nybro Energi AB performs its calculations correctly and if the method is correct.

An analysis of how the environmental datasystem's calculations are structured were checked. The calculations for errors and could, with the aid of DU-‐Teknik, create a template for comparison-‐calculations and other tests.

The results compared the data values between the template and the environmental datasystem's calcualted boiler-‐efficiency at different intervals. It has also illustrated how each formula is structured for the environmental datasystem and how they are linked together.

In conclusion, it can be determined that the environmental datasystem's calculations and the boiler efficiency calculations were consistent. Possible sources of error were measurement error, meaning that more accurate results would have been achieved by a more in-‐depth and thorough investigation, where all sensors and devices that provide environmental information to the computer could be checked.

Finally, there is some improvement proposals for Nybro Energi AB to ensure that the environmental datasystem performs more accurate and realistic estimates.

(5)

Förord

Arbetet har gett oss blivande drifttekniker en fördjupning i den automatiserade delen av förbränningsprocessen som en miljödator utför samt en god bild av vilka processer som berörs för en lyckad förbränning.

Vi vill tacka Nybro Energi AB för arbetet i sig samt deras medverkan under arbetets gång, speciellt vill vi ta av hatten för Linus Martinsson, Driftingenjör på Nybro Energi AB och Torbjörn Walfridsson, Lärare inom förbränningsteknik samt konsult inom energi och processteknik på DU-‐ Teknik som hjälp oss extra mycket genom arbetet.

(6)

Definitioner och förkortningar

Nedan följer de definitioner och begrepp som har använts i undersökningen och laborationsmallen.¹

Effektiva värmevärdet, Hi

Det effektiva värmevärdet [MJ/kg] (kallas även för undre värmevärde) är den värmemängd som frigörs per massenhet vid fullständig förbränning vid konstant tryck. Efter förbränningen befinner sig allt från bränslet härrörande vatten i ångform. Det effektiva värmevärdet är relaterat till en referenstemperatur av 25 °C. Om värmebalansen upprättas för en annan temperatur måste värmevärdet korrigeras.

Aktuella effektiva värmevärdet, Hi aktuell

Det aktuella effektiva värmevärdet tar även hänsyn till fukthalten i bränslet [kJ/kg].

Total bränsleanalys

Bränslets värmevärde och elementaranalys. Vid en fullständig

bränsleanalys bestäms halterna i viktprocent av kol (C), väte (H), syre (O), kväve (N) och svavel (S), aska (A) och fukt (F) samt kalorimetriskt

värmevärde (Hkal, Hs). Det kalorimetriska värmevärdet räknas sedan om till effektivt värmevärde.

Bränslets sammansättning

Avser de grundämnena som bränslet innehåller, [viktprocent]:

kol (C), väte (H), syre (O), kväve (N) och svavel (S), aska (A) och fukt (F) Torrsubstans

Anger halten kol (C), väte (H), syre (O), kväve (N) och svavel (S) i bränslet.

Xfukt Torrsubstans med fukten inräknad [vikt-‐%]

A Bränslets askhalt [vikt-‐%, kg/kg bränsle].

C Bränslets kolhalt [vikt-‐%, kg/kg bränsle].

H Bränslets vätehalt [vikt-‐%, kg/kg bränsle].

N Bränslets kvävehalt [vikt-‐%, kg/kg bränsle].

S Bränslets svavelhalt [vikt-‐%, kg/kg bränsle].

1 (Naturvårdsverket, 2006)

(7)

O Bränslets syrehalt [vikt-‐%, kg/kg bränsle]

F Bränslets fukthalt [vikt-‐%, kg/kg bränsle].

qb Bränsleflöde [kg/s].

ηPanna Pannans verkningsgrad (tar hänsyn till aktuellt värmevärde för bränslet,

rökgasförlusterna samt den producerade effekten) [%].

Cprökgas Rökgasens värmekapacitet vid konstant tryck [kJ/mn³ °C].

Cprökgas Rökgasens värmekapacitet vid konstant tryck [kJ/kg °C].

Cpluft Luftens värmekapacitet vid konstant tryck [kJ/kg °C].

CpCO Kolmonoxids värmekapacitet vid konstant tryck [kJ/kg °C].

ρrökgas Densiteten för rökgas [kg/mn³].

ρCO Densiteten för Kolmonoxid [kg/mn³].

Tluft Uteluftens temperatur [°C].

Tförbränningsluft Förbränningsluftens temperatur [°C].

Trökgas Temperatur hos rökgasen efter pannan [°C].

m Luftfaktorn, dvs. [verkligt luftbehov]/[teoretiskt luftbehov]; m ≥ 1.

mn³ Normalkubikmeter, dvs. gasens volym vid 101,3 kPa (1 atm; 760 mm Hg) och 273,1 K (0 ^oC).

g Verklig rökgasmängd [mn³/kg bränsle].

go Teoretiskt fuktig rökgasmängd vid stökiometrisk förbränning [mn³/kg bränsle].

got Teoretiskt torr rökgasmängd vid stökiometrisk förbränning [mn³/kg bränsle].

l Verklig luftmängd[mn³/kg bränsle].

lo Teoretiskt fuktig luftmängd vid stökiometrisk förbränning [mn³/kg bränsle].

lot Teoretiskt torr luftmängd vid stökiometrisk förbränning [mn³/kg bränsle].

pwl Vattenångans partialtryck i luft [kPa].

K Faktor [Teoretiskt torr rökgasmängd/Teoretiskt torr luftmängd].

(O2)tg Syrgashalten i torr rökgas [volymprocent].

(CO)tg Uppmätt koldioxidhalt i torr rökgas [ppm].

(8)

H2O Vattenångans volym i fuktig rökgas (go) vid stökiometrisk förbränning.

[mn³/kg bränsle].

QLuft Energimängden i form av värme som förbränningsluften tillför processen

[kJ/kg bränsle].

frökgas Rökgasförlusten är den förlorade energin som rökgaserna innehåller när

de lämnar skorstenen. (I laborationsmallen tar denna parameter också hänsyn till fCOtg [%/kg bränsle].

fCOtg Kolmonoxid förlusten är den förlorade energin som det oförbrända kolatomerna ger upphov till [%/kg bränsle].

fövrig Den energi som inte lämnar pannan i form av nyttiggjord energi eller rökgaser. Härtill räknas blanda annat strålnings-‐ och ledningsförluster.

Uppskattas vanligtvis till 1 % av den totala tillförda energin [%/kg bränsle].

ftotal Summan av frökgas ,fCOtg och fövrig [%/kg bränsle].

Ptillf Tillförd effekt [kW].

Pprod Producerad effekt/Nyttiggjord effekt [kW].

Pstrål Strålningseffekt [kW].

Phjälp Hjälpeffekt (är aktuell vid uppstart, antas annars vara 0kW) [kW].

(9)

Innehållsförteckning

1. INTRODUKTION ... 10

2. BAKGRUND ... 11

2.1 MILJÖDATORN PÅ NYBRO ENERGI AB ... 12

2.2 KONSTANTER ... 12

2.3 MÄTVÄRDEN ... 13

3. FRÅGESTÄLLNINGAR OCH SYFTE ... 14

3.1 FRÅGESTÄLLNING1 ... 14

3.2 FRÅGESTÄLLNING 2 ... 14

3.3 AVGRÄNSNINGAR ... 14

4. METOD ... 15

4.1 UNDERLAG ... 15

4.2 TILLVÄGAGÅNGSSÄTT ... 15

4.3 LABORATIONSSMALL ... 17

5. RESULTAT ... 19

5.1 MILJÖDATORNS BERÄKNINGSMETOD ... 19

5.2 JÄMFÖRELSER AV PANNVERKNINGSGRAD ... 22

6. DISKUSSION ... 24

6.1 METODDISKUSSION ... 24

6.2 RESULTATDISKUSSION ... 25

6.3 FÖRSLAG TILL FÖRBÄTTRINGAR ... 26

7. Referenslista ... 27

8. BILAGOR ... 28

(10)

1. INTRODUKTION

Kraftvärmeverket i Nybro är en del av Nybro Energi AB och ägs helt av Nybro kommun.

Deras huvudsakliga uppgift är att förse kommunen med fjärrvärme och om inte el-‐

priserna är för låga nyttja energi till turbin för el-‐produktion.

De tre biopannorna som Nybro Energi AB äger är sammankopplade med en miljödator som kontrollerar olika utsläpp, flöden och verkningsgrader med hjälp av

standardiserade beräkningssätt.

Nybro Energi AB fick intrycket att de eldade upp mer bränsle än vad de behövde och verkade ha någon form av problem med miljödatorns tillförda effekt-‐beräkningar. Linus Martinsson, Driftingenjör på Nybro Energi AB uppmärksammade att verkligt tillfört bränsle inte överensstämde med det teoretiska när han gjorde en kontrollberäkning.

Vi har begränsat oss till att endast undersöka miljödatorns beräkningar och formler som berör panna 4 för att arbetet ska motsvara kursens poäng.

Denna rapport kommer med hjälp av underlag från Nybro Energi AB och DU-‐Teknik att behandla vardera beräkning miljödatorn utför.

(11)

2. BAKGRUND

Nybro Energi AB har ett kraftvärmeverk som ligger lokaliserat i Nybro i samband med Kährs. Verket har tre stycken biopannor som sammanlagt producerar 45 MW.

Biobränslet består av en stor variation blandat bränsle såsom ekflis, spån, bark och restprodukter ifrån Kährs golvtillverkning. I dagsläget producerar bara verket energi i form av fjärrvärme då el-‐priserna är för låga.²

De tre pannorna är sammankopplade med miljödatorn som kontrollerar olika utsläpp, flöden och verkningsgrader med hjälp av standardiserade beräkningssätt. Panna 4 är en biopanna och är Nybro Energis senaste investering som sattes i drift år 1995.³

Nybro Energi expanderar och ett nytt projekt är i full gång där ett nytt kraftvärmeverk i form av en avfallspanna med turbin ska byggas. Panna 4 kommer då fortfarande vara i drift tillsammans med en av de äldre pannorna som kommer agera effektreserv vid stora laster.⁴

Under en tid har Nybro Energi AB haft problem, då de har fått intrycket att de har eldat mer bränsle än vad de behövde. När Linus Martinsson gjorde en kontrollberäkning blev pannverkningsgraden orimligt hög på panna 4. Linus Martinsson tror att detta kan vara kopplat till miljödatorn då det är denna enhet som beräknar pannverkningsgraden.

Eftersom miljödatorn inte bara beräknar pannverkningsgraden utan också utför en mängd andra beräkningar vill därför Linus att miljödatorns beräkningar ska undersökas.

2 (Martinsson, 2014)

3 (Martinsson, 2014)

4 (Nybro Energi AB)

(12)

2.1 MILJÖDATORN PÅ NYBRO ENERGI AB

Miljödatorn använder sig av en mjukvara som heter CombiLab och är utvecklad av EnviLoop. CombiLab är ett kraftfullt och flexibelt verktyg för att mäta och övervaka förbränningsprocessen då vi idag har höga krav på kvalitet och spårbarhet.⁵

CombiLab-‐systemet ställs in för att behandla en stor mängd data som både är mätvärden från givare och konstanter. CombiLab dokumenterar bland annat övervakning av

emissioner såsom NOx och CO2-‐halten men även O2, CO-‐halten och temperaturer.

Miljödatorn utför sina beräkningar från grunden utifrån bränslets sammansättning och avslutar med att beräkna pannans verkningsgrad. Däremellan beräknar den allt ifrån luftbehovet och bränslets aktuella värmevärde till rökgasförlusterna. Det miljödatorn inte beräknar och som faktiskt är en av de största parametrarna som påverkar den slutliga panverkningsgraden är den uppmätta producerade effekten.

Denna effekt beräknas istället av Panna 4:s styrsystem SDM som sedan skickar en analog signal till en Wago-‐enhet vilket i sin tur omvandlar den till en digital signal till

miljödatorn.⁶

2.2 KONSTANTER

De fasta konstanterna är i många fall uppskattade genomsnittskonstanter såsom utetemperatur, partialtryck hos vattenångan, rökgasens densitet och specifika

värmekapacitet. Härtill räknas också strålningsförlusten som är väldigt svår att mäta och behöver därför uppskattas. Se Bilaga 1 ”Konstantrapport”

Bränslets sammansättning är inskrivna som konstanter men kan korrigeras efter hand.

Sammansättningen korrigeras med hjälp av en total bränsleanalys som utfärdas 4 gånger årligen av BELAB AB. Den totala bränsleanalysen är ett sätt att värdera bränslets egenskaper och redogöra för bränslets fukthalt, naturlig askhalt, elementaranalys (C, H, N, O och S) samt värmevärde både kalorimetriskt och effektivt värde.⁷

5 (EnviLoop, 2000)

6 (Eltox of Sweden AB, 1994)

7 (Bränsle & Energilaboratoriet AB, 2014)

(13)

2.3 MÄTVÄRDEN

De uppmätta värdena är bland annat fukthalten i bränslet som uppdateras en gång i veckan i miljödatorn och utfärdas av Nybro Energi AB själva då denna faktor har stor inverkan på processen. Även temperaturen, CO-‐ och O2-‐halten mäts i rökgaserna

eftersom dessa faktorer också spelar roll för de beräkningar miljödatorn utför. Se Bilaga 2 ”Dygnsrapport”

(14)

3. FRÅGESTÄLLNINGAR OCH SYFTE

Syftet med undersökningen är att undersöka hur miljödatorn utför sina beräkningar och om beräkningssättet den använder är korrekt.

3.1 FRÅGESTÄLLNING

1

Hur räknar miljödatorn och vad använder den för formler?

3.2 FRÅGESTÄLLNING

2

Använder sig miljödatorn av ett korrekt beräkningssätt?

3.3 AVGRÄNSNINGAR

Vi har valt att begränsat oss till att endast undersöka miljödatorns beräkningar och formler som berör panna 4. Vi har också avgränsat oss från att kontrollera givare och enheter som förser miljödatorn med information, vi förutsätter därför att alla givare och enheter ger korrekta mätvärden.

(15)

4. METOD

4.1 UNDERLAG

Under utredningen har vi haft ett samarbete med Linus Martinsson, Driftingenjör på Nybro Energi AB och Torbjörn Walfridsson, Lärare inom förbränningsteknik samt

konsult inom energi och processteknik på DU-‐Teknik. Linus har varit vår kontaktperson på Nybro Energi AB och försett oss med manualer, dokumentation, trendrapporter, konstantrapporter och bränsleanalyser m.m. Torbjörn har konsulterat oss i allmänna frågor inom förbränningsteknik samt låtit oss använda DU-‐Tekniks egna

beräkningsprogram och underlag för att stödja vår undersökning.

4.2 TILLVÄGAGÅNGSSÄTT

För att bättre förstå miljödatorns beräkningssätt inledde vi projektet med att fördjupa oss i manualen och utförde därefter datorns beräkningar i ett excel-‐dokument där vi kritiskt granskade all beräkning under en bestämd tidpunkt med hjälp av

konstantrapporter och dygnsrapporter.

Därefter genomförde vi beräkningstester under handledning av Torbjörn Walfridsson.

Testerna gick ut på att med miljödatorns beräkningar göra en jämförelse gentemot DU-‐

Tekniks beräkningsprogram för att kunna se om beräkningssättet var korrekt och uppdaterat.

Vi kunde senare skapa oss en laborationsmall med formler och beräkningar. Mallen gav oss möjligheten att se hur de olika beräkningarna var sammankopplade och hur de påverkades vid ändringar av olika faktorer. För att vi skulle kunna få fram ett resultat ur laborationsmallen har vi lagt in aktuella parametrar för fyra olika veckor utifrån

veckorapporter. Vi har då kunnat jämföra vår egna uträknade pannverkningsgrad med den som finns given på dygnsrapporten vid den bestämda tidpunkten. De här

experimenten upprepades fyra gånger under en månad och fastställde på så vis om miljödatorns beräkningssätt var korrekt eller inte.

(16)

Vid ytterligare ett besök hos DU-‐Teknik hjälpte Torbjörn oss att analysera våran laborationsmall som vi hade skapat, vilket i sin tur säkerställde att det var en mall vi kunde använda oss av för att undersöka om miljödatorn gör korrekta beräkningar.

(17)

4.3 LABORATIONSSMALL

Nedan följer formler som vi har använt oss av i vår laborationsmall.⁸ Se även Bilaga 3

”Laborationsmall”

X_!"#$ = (100 − F)

100 ∗ X!"#$ !"#$

Här räknas varje del om i bränslets sammansättning för att ta hänsyn till fukten i bränslet.

l_!"= (8,9 ∗ C) + (26,51 ∗ H) + (3,33 ∗ S) − (3,33 ∗ O)

100

Den teoretiskt torra luftmängden.

l_! = (101,3 ∗ l_!") 101,3 − P_!"

Den teoretiskt fuktiga luftmängden.

g_!"= (8,9 ∗ C) + (20,95 ∗ H) + (3,33 ∗ S) + (0,8 ∗ N) − (2,63 ∗ O)

100

Den teoretiskt torra rökgasmängden.

H_!O =(11,12 ∗ H) + (1,24 ∗ F)

100 + l_!"∗ P_!"

101,3 − Pwl Vattenmängden i rökgaserna.

g_!= g_!"+ H_!O Den teoretiskt fuktiga rökgasmängden.

g = (g_!+ l_!) ∗ (m − 1) Den verkliga rökgasmängden inklusive fukt.

H! !"#$%&& = (H_!− (0,217 ∗ F)) ∗ 1000

8 (Naturvårdsverket, 2006), (Styrlin, 2013)

(18)

Det aktuella effektiva värmevärde räknas ut med en förenklad formel där fukten i bränslet är inräknat.⁹

l = m ∗ l_! Här beräknas det verkliga luftbehovet.

Q_!"#$ = l ∗ cp_!"#$∗ (T!ö#$#ä&&'&()*+!,− T_!"#$)

Energimängden som förbränningsluften tillför processen. Så länge förbränningsluften inte avviker alltför mycket ifrån 25 °C kan denna faktor försummas.

f_!ö#$%& =(g ∗ cp_!ö#$%&∗ (T_!ö#$%&− T_!"#$)) + (g_!"∗ m ∗CO_!"

10^! ∗ ρ_!"∗ cp_!")

H! !"#$%&&+ (l ∗ cp_!"#$∗ (T!ö#$#ä&&'&()*+!,− T_!"#$)) ∗ 100 Här beräknas hur stor del av den tillförda energin (i form av bränsle och luft) som lämnar skorstenen med rökgaserna [%].

f_ö"#$% = 1

Det finns alltid icke mätbara förluster, tex strålningsförluster, dessa tas inte till hänsyn i ovan formel och antas vara ca 1 %.¹⁰

f_!"!#$ = f_!+ f_ö"#$%

Här beräknas den totala förlusten som inte lämnar pannan i form av “nyttig” energi[%].

η!"##" = 100 − f_!"!#$

All annan energi måste då antas gå till att värma pannvattnet och därför fås pannans verkningsgrad ur denna formel.

9 (Walfridsson & Ericsson, 2014)

10 (Walfridsson)

(19)

5. RESULTAT

5.1 MILJÖDATORNS BERÄKNINGSMETOD

Nedan följer samtliga formler som miljödatorn använder sig av och under varje enskild formel följer en förklaring.¹¹

Korrigerings faktor fukt = 100

(100 − F)

Miljödatorn räknar ut en faktor som ska kompensera för fukten i bränslet, detta betyder att bränsleanalysen som finns i miljödatorn inte tar hänsyn till fukten eftersom indatan för bränslets sammansättning endast innehåller den torra substansen.

l_!"=(8,9 ∗ C) + (26,51 ∗ H) + (3,33 ∗ S) − (3,33 ∗ O)

100 ∗ 1

Korr. faktor fukt Den teoretiskt torra luftmängden räknas ut med hänsyn till korrigerings faktorn fukt.

l_! = (101,3 ∗ l_!") 101,3 − P_!"

Teoretiskt fuktig luftmängd där den atmosfäriska luftfuktigheten tas till hänsyn.

g_!" =(8,9 ∗ C) + (20,95 ∗ H) + (3,33 ∗ S) + (0,8 ∗ N) − (2,63 ∗ O)

100 ∗ 1

Korr. faktor fukt Teoretiskt torra rökgasmängden, men även här måste datorn ta hänsyn till korrigerings faktorn fukt.

H_!O = ( 11,12 ∗ H

Korr. faktor fukt) + (1,24 ∗ F)

100 + l_!"∗ P_!"

101,3 − Pwl

För att kunna räkna ut den teoretiskt fuktiga rökgasmängden räknar miljödatorn här ut hur stor volym andel vatten det finns i rökgaserna [mn³ vatten/kg bränsle].

11 (Eltox of Sweden AB, 1994)

(20)

g_!= g_!"+ H_!O

Teoretiskt fuktig rökgasmängd fås genom att den teoretiskt torra rökgasmängden adderas med vattnet i rökgaserna.

Hi!"#$%&& = ( C + H + S

Korr faktor fukt)

(C + H + S) ∗ Hi − F

100 ∗ 2,45

Det aktuella effektiva värmevärdet är helt beroende av fukt-‐halten i bränslet. Här har miljödatorn också behövt ta hänsyn till att indatan för bränslets sammansättning endast är av torrsubstans.

m = 1 +got

lot ∗ (𝑂_!)_!"

20,95 − (𝑂_!)_!"

Luftfaktorn fås här genom att kontinuerligt mäta syrehalten efter pannan.

g_! = (g_!"+ 𝑙_!") ∗ (m − 1)

För att räkna ut det torra verkliga rökgasflödet måste miljödatorn ta hänsyn till luftöverskottet.

g = (g_!+ l_!) ∗ (m − 1)

Det fuktiga verkliga rökgasflödet fås på samma sätt som ovan men med de fuktiga gaserna inräknade.

f_!ö#$%&= g ∗ ρ_!ö#$%&∗ cp_!ö#$%&∗ (T_!ö#$%&− T_!"#$)

För att räkna ut rökgasförlusten mäts kontinuerligt temperaturen på rökgaserna efter pannan. Miljödatorn tar också hänsyn till rökgasens densitet eftersom rökgasernas specifika värmekapacitet (cprökgas) är uttryckt per volymenhet rökgas [kJ/mn3] och förlusten måste uttryckas i [kJ/kg bränsle].

f_!"#$ = g_!"∗ m ∗CO_!"

10^! ∗ ρ_!" ∗ cp_!"

(21)

Förlust i form av oförbrända kolatomer visar sig genom att mäta kolmonoxid-‐halten i rökgaserna. Även här måste miljödatorn ta hänsyn till densiteten på kolmonoxid eftersom den kolmonoxidens specifika värmekapacitet är uttryckt per volymenhet rökgas [kJ/mn3].

q_! = P_!"#$+ P_!"#å%− P_!"ä$%

Hi!"#$%&&− f_!"#$− f_!ö#$%&

För att räkna ut bränslets massflöde använder sig miljödatorn av en omgjord [𝑃_!"#$ = 𝑞_!∗ 𝐻𝑖!"#$%&&]men tar här också hänsyn till rökgasförlusten och förlusten i form av oförbrända kolatomer. I det här stadiet kommer den uppmätta producerade effekten in i beräkningarna.

P_!"##$= q_!∗ Hi!"#$%&&

Den tillförda effekten fås genom att massflödet multipliceras med bränslets aktuella effektiva värmevärde.

η!"##" = P_!"#$

P_!"##$+ P_!"ä$%∗ 100

Pannans verkningsgrad fås till sist genom att miljödatorn dividerar den uppmätta producerade effekten med den uträknade tillförda effekten. Här har miljödatorn redan tagit hänsyn till den energi som lämnar skorstenen med rökgaserna och energin som de oförbrända kolatomerna hade gett upphov till.

(22)

5.2 JÄMFÖRELSER AV PANNVERKNINGSGRAD

Nedan visas en jämförelse mellan miljödatorns uträknade pannverkningsgrad och laborationsmallens uträknade pannverkningsgrad. Verkningsgraderna är uträknade med hänsyn till de aktuella mätvärden och konstanter som påverkar

pannverkningsgraden. Se Bilaga 3 ”Laborationsmall” för fullständiga beräkningar.

U

RKLIPP LABORATIONSMALL

V

ECKA

1

LABORATIONSMALL Mätvärden 2014-‐03 Vecka 1 MILJÖDATORN 2014-‐03 Vecka 1

Fukt [vikt %] 38,20 Fukt [vikt %] 38,20

O2 tg [volym %] 5,04 O2 tg [volym %] 5,04

CO tg [ppm] 243,13 CO tg [ppm] 243,13

Temp. rökgaser [°C] 162,86 Temp. rökgaser [°C] 162,86

Förluster

Förlust rökgaser [%] 8,55

Övrig förlust [%] 1,00

Total förlust [%] 9,55

Pannverkningsgrad [%] 90,45 Pannverkningsgrad [%] 90,23

Vecka 1 visar att verkningsgraden skiljer 0,22 %.

U

V

ECKA

2

CO tg [ppm] 267,86 CO tg [ppm] 267,86

Temp rökgaser [°C] 167,29 Temp. rökgaser [°C] 167,29

Förluster

(23)

U

V

ECKA

3

CO tg [ppm] 237,00 CO tg [ppm] 237,00

Förluster

U

V

ECKA

4

CO tg [ppm] 280,29 CO tg [ppm] 280,29

Förluster

Av alla gjorda tester skiljer som mest verkningsgraden med 0,22 % och det inträffade i testet som gjordes för vecka 1.

(24)

6. DISKUSSION

6.1 METODDISKUSSION

Då arbetet ska motsvara 6 högskolepoäng har vi blivit tvungna att avgränsa oss från att kontrollera miljödatorns givare och enheter som förser den med information. En undersökning av detta skulle vara mer tidskrävande och det skulle också krävas avancerad utrustning samt skulle ha kunnat störa driften.

Vi valde också att begränsa till att endast kontrollera miljödatorns koppling till panna 4 då den kommer att vara i drift tillsammans med den nya anläggningen som ska byggas.

Arbetets begränsade storlek har också lett till att vi bara har studerat miljödatorn inom ett kort tidsintervall, vilket har gjort att vi bara kunnat utföra testerna med

laborationsmallen under ett specifikt tillfälle på året. Undersökningen hade istället behövt göras under en längre period för att få ett säkrare resultat eftersom pannan normalt sätt belastas olika och är beroende av säsong och värmebehov gentemot kund.

Laborationsmallen vi skapade under arbetet har varit ett bra hjälpmedel och ger en bra blick över vilka parametrar som är de styrande i olika beräkningar. Mallen skulle också kunna användas till att kontrollera beräkningar för samtliga pannor som miljödatorn berör.

Vi valde att vända oss till Torbjörn Walfridsson på DU-‐Teknik för att vi anser att ett företag som dagligen arbetar med förbränningstekniska beräkningar kan sin sak. Detta gav oss en trygghet när vi skapade vår laborationsmall och därmed kunde vi skapa ett säkrare resultat.

(25)

6.2 RESULTATDISKUSSION

Testerna med hjälp av laborationsmallen visade att miljödatorns beräkningssätt är korrekt eftersom pannverkningsgraden inte skiljer sig nämnvärt mellan miljödatorns-‐

och laborationsmallens uträkningar. Som mest skiljer verkningsgraden med 0,22 % vilket tyder på att det inte beror på beräkningssättet utan på små avvikelser i hur beräkningarna är utförda i laborationsmallen gentemot miljödatorns beräkningar.

Eftersom Torbjörn Walfridsson har kontrollerat laborationsmallens beräkningar och konstaterat att de är uppdaterade med dagens beräkningsstandard kan vi med större säkerhet utgå ifrån att mallen är korrekt vilket leder till ett säkrare resultat.

I laborationsmallen kunde det konstateras vilka faktorer som visat sig ha störst inverkan på beräkningarna med hänsyn till den slutliga pannverkningsgraden. De två faktorer som enligt vårt resultat visat sig ha störst inverkan på miljödatorns beräkningsresultat är bränslets fukthalt och den producerade effekten.

Fukthalten har en direkt koppling till bränslets aktuella effektiva värmevärde vilket klargörs i beräkningsdelen. En hög fukthalt ger bränslet ett lägre värmevärde och därför behöver miljödatorn, i sina beräkningar, kompensera med ett större bränsleflöde för att kunna uppnå önskad effekt vilket i sin tur styr vilken verkningsgrad pannan får.

Det är viktigt att ta i beaktande att bränslets sammansättning, vilket inkluderar fukt-‐

halten, förändras vid blandning av olika bränslen då Nybro Energi AB använder sig av en mängd olika biobränslen som alla har en unik sammansättning och då denna blandning inte blir homogen uppstår en oförutsägbar förbränning. Bränsleblandningens

sammansättning är ett uträknat medelvärde utifrån de olika bränslena och det kan därför vara svårt att få det att stämma överens med verkligheten. Dessa uträknade medelvärdena försämrar resultatet ytterligare eftersom undersökningen är gjord under ett kort tidsintervall. Om istället undersökningen gjorts under ett längre tidsintervall, exempelvis ett år, hade de uträknade medelvärdena jämnat ut sig och därmed förbättrat det slutliga resultatet.

Som tidigare nämnt är den producerade effekten, som ges av Panna 4:s styrsystem, en direkt sammanhängande faktor till den beräknade pannverkningsgraden. Panna 4:s styrsystem i sig är inte undersökt i och med vår avgränsning och vi kan därför inte

(26)

konstatera att styrsystemet har beräknat den producerade effekten korrekt. Detta leder till att vårt resultat inte är fullt så säkert som det skulle kunnat vara. För att resultatet ska konstateras helt säkert måste en grundligare undersökning göras av alla faktorer som spelar in i miljödatorns beräkningar, därmed även givare och andra enheter som förser miljödatorn med information.

6.3 FÖRSLAG TILL FÖRBÄTTRINGAR

● Fukthalten i datorn uppdateras för närvarande veckovis och skulle kunna genom att införa en daglig rutin säkerställa att miljödatorn utför en noggrannare och mer verklighetstrogen beräkning.

● Utföra konditions kontroller av givare med jämna mellanrum för att säkerställa korrekta mätresultat och därmed noggrannare beräkningar med mindre

felmarginaler.

(27)

7. R EFERENSLISTA

Bränsle & Energilaboratoriet AB. (2014). Utför bränsleanalyser, Swedac Ackrediterade.

Analyscertifikat .

Eltox of Sweden AB. (1994). Dokumentation för miljödatorn.

EnviLoop. (den 01 01 2000). http://www.enviloop.se/om-‐enviloop-‐ab/. Hämtat från http://www.enviloop.se/: http://www.enviloop.se/combilab/ den 14 05 2014

Martinsson, L. (den 03 03 2014). Driftingenjör på Nybro Energi AB. (O. Blomgren, & H.

Lagesson, Intervjuare)

Naturvårdsverket. (den 1 12 2006). www.naturvardsverket.se. Hämtat från Beräkning av

rökgasflöde: http://www.naturvardsverket.se/upload/stod-‐i-‐

miljoarbetet/vagledning/energi/kvaveoxidavgiften/kvaveoxidavgift-‐berakning-‐

rokgasflode.pdf den 14 05 2014

Nybro Energi AB. (u.d.). www.nybroenergi.se. Hämtat från www.nybroenergi.se/om-‐

oss/nybro-‐energi: http://nybroenergi.se/om-‐oss/nybro-‐energi den 14 05 2014

Styrlin, P. (2013). Lärare på Sjöfartshögskolan i Kalmar. (O. Blomgren, & H. Lagesson, Intervjuare)

Walfridsson, T. (den 12 05 2014). Lärare inom förbränningsteknik, Konsult inom energi och processteknik på DU-‐Teknik. (O. Blomgren, & H. Lagesson, Intervjuare)

Walfridsson, T., & Ericsson, M. (2014). Förbränningstekniska beräkningar. Eksjö: DU-‐

Teknik, Driftskolan.

(28)

8. BILAGOR

BILAGA 1 ”Konstantrapport”

Exempel på konstantrapport, just denna är giltig under mars 2014.

Konstantrapport

P4 Nybro EC, Nybro Energi AB

Månad: mars 2014

Datum Bio

Ask-halt vikt % ts

Bio C-halt vikt % ts

Bio H-halt vikt % ts

Bio N-halt vikt % ts

Bio O-halt vikt % ts

Bio S-halt vikt % ts

Bio Fukt-halt

vikt % Bio Eff v.värde MJ/kg ts

NO2 andel

% NOx medelv mg/MJ

Rökg cp kJ/kg°C

Rökg densitet kg/m3(n)

Stråln förlust kW

2014-03-01 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 42,7 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-02 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 42,7 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-03 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 38,2 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-04 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 38,2 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-05 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 38,2 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-06 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 38,2 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-07 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 38,2 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-08 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 38,2 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-09 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 38,2 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-10 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 37,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-11 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 37,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-12 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 37,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-13 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 37,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-14 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 37,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-15 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 37,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-16 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 37,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-17 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 34,3 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-18 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 34,3 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-19 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 34,3 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-20 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 34,3 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-21 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 34,3 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-22 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 34,3 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-23 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 34,3 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-24 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 33,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-25 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 33,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-26 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 33,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-27 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 33,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-28 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 33,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-29 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 33,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-30 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 33,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

2014-03-31 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 31,6 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300

Utskriftsdatum: 2014-05-13 12:36 Designed by HÅCON