Framtagande av alternativ metod för kontinuerlig

Uppsala unive rsitet s log otyp

UPTEC ES 21013

Examensarbete 30 hp Juni 2021

Framtagande av alternativ metod för kontinuerlig

beräkning av

pannverkningsgrad i

förbränningsanläggningar

Utredande studie av tillförlitligheten vid kontinuerlig beräkning av pannverkningsgrad med den indirekta metoden på Säbyverkets pannor 11 - 13

Marcus Segelsjö Duvernoy

Civilingenjö rspr ogr am met i ene rgisyst em

Teknisk-naturvetenskapliga fakulteten Uppsala universitet, Utgivningsort Uppsala/Visby

Handledare: Peter Butros Ämnesgranskare: Mikael Höök

Uppsala unive rsitet s log otyp

Alternative method for continuous calculation of boiler efficiency at incineration plants

Marcus Segelsjö Duvernoy

Abstract

This thesis studied a new method for continuous calculation of boiler efficiency at Säbyverket:s boiler 11, 12 and 13 located in Jakobsberg, Sweden. Säbyverket three boilers are supplying peak power to Stockholms “Nordvästra nät” with district heat during lack of power in the district heating grid. The plant was originally designed to run on oil, but new regulations and environmental knowledge caused E.on who own the plant to convert boiler 12 to a multifuel boiler burning wood powder mainly and bio-oil secondary. Boiler 11 and 13 changed to be operated with bio-oil.

Recent data on the boiler efficiency after the conversion showed boiler efficiencies not in line with the expected efficiency. Therefore, a study was conducted to forward a different method of calculating boiler efficiency at Säbyverket. The requirement of the new method was that it should be calculated in a way that avoided existing uncertainties.

Today’s method was based on the direct method for calculating boiler efficiency for boiler 11 and 13. Due to difficulties in calculating mass flow for solid-state fuel, boiler 12 had a method based partly on the indirect method, and partly based on the direct method. A new method for the three boilers based on the indirect method was produced. Comparing results showed that the current method for boiler 11 resulted in a way to low calculated boiler efficiency compared to the new indirect method. While boiler 12 method was confirmed giving the same results with the two methods. Boiler 13 had a double-calculated density when calculating the delivered power from the oil fuel. This caused a calculated boiler efficiency over 100 %. When compensating for this factor the two different methods gave the same mean result. However, the new method based on the indirect method was significantly more stable when calculating boiler efficiency with a sampling time of mean-minute values.

Results from the calculations show that the method for calculating boiler efficiency for boiler 11 and 13 should be changed to the new method described in the report. However, no improvements could be achieved by changing the method for boiler 12. Therefore, it is recommended to keep the existing method for calculating boiler efficiency for boiler 12.

Teknisk -na turv eten skaplig a fak ultet en, U ppsal a univ ersit et. Utgiv nings ort U pps ala/Visby. H andl eda re: Pe ter Bu tros , Ämn esgr ansk are: Mika el Höök , Exami nato r: Pet ra J önsso n

Sammanfattning

S¨abyverket tre pannor byggdes mellan 1977 - 1982 och bestod ursprungligen av tre stycken fossiloljeeldade fartygspannor om 47 MW var. P˚a grund av h˚ardare milj¨okrav samt ett h˚ardare milj¨oarbete av E.on, konverterades panna 11 och 13 till bioolja 2006 respektive 2016. Panna 12 konverterades till en tv˚abr¨ansleeldad panna med tr¨apulver som prim¨arbr¨ansle och bioolja som sekund¨arbr¨ansle ˚ar 2003. Ber¨akningen av pannverknignsgrad var efter konvertering op˚alitlig framf¨orallt f¨or panna 11 och 13, den ber¨aknade pannverknigsraden visade p˚a pannverknignsgrader som inte var

¨overensst¨amde med det f¨orv¨antade resultatet. P˚a grund av os¨akerheten som fanns i ber¨akningarna ¨amnade examensarbetet att reda ut om en alternativ metod f¨or ber¨akning av pannverknignsgrad skulle ge en p˚alitligare ber¨akning av pannverknings- dgraden.

En ny metod togs d¨arf¨or fram f¨or ber¨akning av pannverknigsrad baserat p˚a den indi- rekta metoden. Metoden ber¨aknar pannverkningsgraden genom f¨orluster, ist¨allet f¨or kvoten mellan levererad och tillf¨ord effekt vilket dagens metod baseras p˚a. En stor f¨ordel med den indirekta metoden ¨ar att den kan ber¨aknas relativt. Detta betyder s˚aledes att tillf¨ord br¨anslem¨angd inte beh¨over vara k¨and indata vid ber¨akning. Ef- tersom fastbr¨anslefl¨oden ¨ar sv˚ara att m¨ata ¨ar detta en f¨ordel f¨or framf¨orallt panna 12. Eftersom panna 12 eldar tv˚a br¨anslen itererades respektive massandel br¨ansle fram f¨or ber¨akning av pannverkningsgraden. Den nya metoden ber¨aknar f¨oljande f¨orlustfaktorer: R¨okgasf¨orluster, of¨orbr¨ant i fast rest (askf¨orluster), of¨orbr¨ant i gas- fas och str˚alning och ledningsf¨orlsuter.

Resultatet fr˚an de tv˚a olika metoderna visade att nuvarande metod f¨or panna 11 ber¨aknade en f¨or l˚ag pannverkningsgrad i j¨amf¨orelse med den nya metoden. Panna 12 visade samma resultat vid ber¨aknad pannverkningsgrad med de tv˚a olika meto- derna. Dagens metod f¨or Panna 13 dubbelr¨aknade densiteten vid ber¨akning av mass- br¨anslefl¨odet, detta resulterade i en ber¨aknad pannverkningsgrad ¨over 100 % d˚a den tillf¨orda effekten minskade med en faktor om 0,9. Vid kompensering av den dub- belr¨aknade densiteten var den ber¨aknade medelverkningsgraden samma f¨or de tv˚a metoderna. Den nya metoden resulterade dock i ett stabilare resultat vid ber¨akning av pannverkningsgrad med mindre sv¨angningar i j¨amf¨orelse med dagens metod.

E.on rekommenderas att byta metod f¨or ber¨akning av pannverkningsgrad f¨or panna 11 och 13. Den nya framtagna metoden resulterar i en f¨orb¨attrad och stabilare ber¨akning av pannverkningsgraden j¨amf¨ort med dagens metod. Panna 12:s metod bed¨oms vara lika nogrann som den nya metoden, s˚aledes rekommenderas det att beh˚alla dagens metod f¨or panna 12. En korrigering i ber¨akningssystemet f¨or ber¨akning av mass- br¨anslefl¨odet fr˚an huvudoljeledningen b¨or g¨oras f¨or panna 13. Detta genom att ta bort termen Olja.dens vid ber¨akning av P 13 M olja f¨or korrekt m¨atning. Detta b¨or g¨oras ¨aven om ny metod appliceras. Metoden ska ¨aven vara applicerbar p˚a andra av E.on:s anl¨aggningar. Kravet ¨ar att br¨anslet ska vara homogent och den m¨atutrustning som ¨ar beskriven i rapporten ska vara installerad i anl¨aggningen.

Exekutiv sammanfattning

Ber¨akningar med den nya metoden framtagen i rapporten visar att pannverknings- graden f¨or panna 11 och 13 kan f¨orb¨attras med den nya metoden. Dels ber¨aknades en pannverkningsgrad som var n¨armre det f¨orv¨antade v¨ardet, samt var stabilteten i ber¨akningarna f¨orb¨attrad med den nya metoden.

B˚ade ny och befintlig metod gav samma resultat f¨or panna 12:s pannverkningsrgad och massfl¨ode, s˚aledes ¨ar b˚ada metoderna validerade f¨or denna panna och byta av metod anses d¨arf¨or inte n¨odv¨andigt.

Resultaten visar att den nya metoden ska vara applicerbar p˚a andra av E.on:s pannor.

F¨or en h¨og noggrannhet i ber¨akningarna kr¨avs det att br¨anslet ¨ar homogent och r¨att m¨atutrustning finns installerad i pannan.

F¨ orord

Detta examensarbete omfattar 30 h¨ogskolepo¨ang och ¨ar den sista delen av Civilin- genj¨orsprogrammet i energisystem p˚a Uppsala universitet och Sveriges lantbruksuni- versitet.

Jag vill tacka Ramboll och E.on som gett mig m¨ojlighet att f˚a avsluta mina studier med ett examensarbete hos dem. Framf¨orallt vill jag tacka Peter Butros p˚a Ramboll som varit handledare och hj¨alp till i st¨ottning och v¨agledning n¨ar jag beh¨ovt. Vill ¨aven tacka Johan Wiman p˚a E.on f¨or hj¨alp med data och engagemang i mitt arbete.

Sist vill jag ¨aven tacka min ¨amnesgranskare Mikael H¨o¨ok p˚a Uppsala universitet f¨or den granskning och hj¨alp med nya infallsvinklar till rapporten.

Uppsala, juni 2021

Marcus Segeljs¨o Duvernoy

Ordlista

Anl¨aggningsverkningsgrad - Totala verkningsgraden f¨or hela anl¨aggningen med- r¨aknat r¨okgaskonensering.

ATSM - The American Society of Mechanical Engineers, Amerikansk organisation f¨or standarder.

Basverkningsgrad - Medelverkningsgraden f¨or alla ber¨aknade pannverkningsgrader mellan perioden 1 januari 2017 - 13.e maj 2019.

BAT-slutsatser - Best Available Techniques, EU best¨ammelser om industriers ut- sl¨app.

Economizer - Utrustning som ˚atervinner v¨arme genom att kyla r¨okgaserna med f¨orbr¨anningsluft eller matarvatten vilket h¨ojer pannans verkningsgrad.

EO5 - Eldningsolja 5, bet¨ackning av fossil eldningsolja av en viss kvalit´e.

Pannverkningsgrad - Verkningsgrad p˚a pannan exklusive r¨okgaskondensering.

PI & D - Piping and Instrumentation Diagram, ritning ¨over var verkets r¨or, ventiler och instrument finns.

MRS - Milj¨oredovisningssystem, Kontrollsystemets ber¨akningsgystem f¨or ¨overvaka viktiga parametrar f¨or utsl¨app och drift. Samt loggning av driftdata. Designat av Ent- ric AB.

R¨okgaskondensator - Energi˚atervinning ur r¨okgaserna likt economizern. J¨amf¨ort med economizer kyls r¨okgaserna ner till en l¨agre temperatur d¨ar vatten˚angan konden- seras. Detta leder till att r¨okgaskondensatorn kan ˚atervinna mer energi ur r¨okgaserna i j¨amf¨orelse med economizern och ge en h¨ogre verkningsgrad.

SIS - Svenska institutet f¨or standarder, Regeringens utsedda standardorginistation i Sverige.

St¨okiometrisk - F¨orh˚allande d˚a luftm¨angden ¨ar exakt den som kr¨avs f¨or fullst¨andig f¨orbr¨anning.

Inneh˚ all

1 Inledning 1

1.1 Bakgrund . . . 2

1.2 M˚al och syfte . . . 3

2 Litteraturstudie 4 2.1 Tidigare arbeten . . . 4

2.1.1 Verkningsgrad och f¨orlustfaktorer . . . 4

2.1.2 Os¨akerheter med metoder . . . 5

2.2 Lagringens p˚averkan p˚a br¨anslet . . . 5

2.3 Standarder . . . 6

3 Teori 8 3.1 V¨armev¨arde . . . 8

3.2 Ber¨akningsmetoder . . . 9

3.2.1 Direkta metoden . . . 9

3.2.2 Indirekt metod . . . 10

3.2.3 Massbr¨anslefl¨ode . . . 14

4 Metodik 15 4.1 Nuvarande metod . . . 15

4.1.1 Systemgr¨ans f¨or dagens metod . . . 16

4.2 Ny metod . . . 17

4.2.1 Avgr¨ansningar . . . 17

4.2.2 Systemgr¨ans f¨or ny metod . . . 18

4.2.3 Panna 11 och 13 . . . 18

4.2.4 Panna 12 . . . 19

4.2.5 M¨atutrustning . . . 20

4.3 Validering av ny metod . . . 21

4.3.1 MATLAB modell . . . 21

4.3.2 Avgr¨ansningar i valideringsmodell . . . 21

4.3.3 K¨anslighetsanalys . . . 23

4.3.4 Br¨ansleanalyser . . . 23

4.3.5 Askf¨orluster . . . 25

4.3.6 Tidsampling panna 12 . . . 26

4.3.7 Densitet panna 13 . . . 26

5 Resultat 28 5.1 Pannverkningsgrad . . . 28

5.1.1 Panna 11 . . . 28

5.1.2 Panna 12 . . . 29

5.1.3 Pulvermassfl¨ode panna 12 . . . 29

5.1.4 Panna 13 . . . 30

5.2 Panna 12 samplad med minutmedelv¨arden . . . 32

5.3 Br¨ansleanalyser . . . 32

5.4 Askanalyser . . . 32

5.5 K¨anslighetsanalys . . . 34

5.5.1 Panna 11 . . . 34

5.5.2 Panna 12 . . . 36

5.6 Ny indata i MRS . . . 37

6 Diskussion 38 6.1 Pannverkningsgrad . . . 38

6.1.1 Panna 11 . . . 38

6.1.2 Panna 12 . . . 39

6.1.3 Panna 13 . . . 40

6.2 Felk¨allor . . . 41

6.3 F¨orb¨attring- och framtida arbeten . . . 42

6.4 Ej ber¨orda delar . . . 43

6.5 Nya metoden i andra anl¨aggningar . . . 44

6.6 Br¨ansleanv¨anding . . . 45

7 Slutsatser 46

Litteratur 48

Bilaga A Fl¨odeschema f¨or ber¨akning av ny metod f¨or panna 12 51

Bilaga B Konstanter vid ber¨akning med ny metod 52

Bilaga C 53

Bilaga D Parametrar fr˚an MRS 55

Bilaga E Lathund f¨or ber¨akning av pannverkningsgrad med ny metod

f¨or panna 11 och 13 58

Bilaga F Lathund f¨or ber¨akning av pannverkningsgrad med ny metod

f¨or panna 12 59

Bilaga G Analysrapport fr˚an prover 14:e april 2021 61

1 Inledning

Stockholms fj¨arrv¨armen¨at ¨ar ett stort komplext system som f¨orser storstadsregionen med v¨arme. Det best˚ar av fyra st¨orre fj¨arrv¨armen¨at (S¨odra systemet, Centrala syste- met, Nordv¨astra systemet och Syd¨ostra systemet). Systemen ¨ar i sin tur ihopkopplade direkt eller indirekt med varandra och kan p˚a s˚a s¨att samverka f¨or att effektivisera v¨armef¨ors¨orjningen i Stockholmsregionen. Totalt producerade alla n¨aten tillsammans 12 TWh v¨arme ˚ar 2008 (Djuric Ilic, Henriksson och Magnusson 2009). I figur 1.1 ses en ¨overblicksbild ¨over Stockholms norra och centrala fj¨arrv¨armen¨at med S¨abyverket markerat.

Figur 1.1: ¨Oversk˚aende karta fr˚an E.on ¨over deras fj¨arrv¨armen¨at, S¨abyverket ligger i Jakobsberg markerat som en cirkel i mitten v¨anster av bilden l¨angst med E18.

R¨odmarkerade omr˚aden ¨ar fj¨arrv¨armen¨at ¨agda av E.on. M¨orkgr˚amarkerade omr˚aden ¨ar fj¨arrv¨armen¨at ¨agda av andra akt¨orer.

S¨abyverket ligger i Jakobsberg i J¨arf¨alla kommun och ¨ar en del av det nordv¨astra n¨atet, verket byggdes mellan 19977 - 1982 och best˚ar av tre pannor (panna 11, 12 och 13). Ursprungligen var pannorna designade som fartygspannor och eldades under l˚ang tid med EO5 br¨ansle. I och med nya krav och E.on:s egna str¨avan mot ett b¨attre milj¨ofokus har pannorna konverterats till biobr¨anslebaserade pannor. Panna 11 och 13

¨ar fortsatt oljeeldade, men den fossila EO5 oljan ¨ar idag utbytt till biooolja. Panna 12 d¨aremot genomgick en st¨orre konvertering till att eldas med tr¨apulver som prim¨ar¨ansle.

D˚a pannan ursprungligen inte var designad f¨or tr¨apulver stabiliseras pannan med en viss m¨angd bioolja under drift. I tabell 1.1 visas specifikationen f¨or respektive panna.

Alla tre pannor ¨ar enbart till f¨or att producera v¨arme, och ¨ar s˚aledes inte kopplade till n˚agon turbin f¨or elproduktion.

Tabell 1.1: Specifikationer f¨or panna 11, 12 och 13 p˚a S¨abyverket (Wennberg 2019)

Panna 11 12 13

Typ Maskinverken (1977) Maskinverken (1977) H¨ogfors (1982)

br¨ansle Bioolja Tr¨apulver / Biooolja Bioolja

Maxeffekt [MW] 47 45 47

Lastomr˚ade [MW] 7-47 tr¨apulver: 17-28 Bioolja + tr¨apulver 10-45 7-47

D˚a S¨abyverket idag ¨ar ihopkopplat med b˚ade H¨ogbytorp kraftv¨armeverk samt slam- mertorps v¨armepumpstation har verkets roll i n¨atet f¨or¨andras fr˚an basproduktion till spets- och reservkraft. D˚a pulverbr¨ansle ¨ar avsev¨art mycket billigare i j¨amf¨orelse med bioolja st˚ar panna 12 f¨or basproduktionen n¨ar verket ¨ar i drift. Panna 11 st˚ar f¨or spetslast, medan panna 13 endast ¨ar reservkraftverk vid produktionsbortfall. Ver- kets driftperiod ¨ar mellan oktober - april, d¨ar den dimensionerade drifttiden ¨ar 1500 h/˚ar och panna. D˚a verket fungerar som spets och reservkraft v¨arms pannorna av fj¨arrv¨armevattnets returvatten n¨ar dem inte ¨ar i bruk. Detta f¨or att minska tiden f¨or drifts¨attning vid uppstart.

S¨abyverket position g¨or ¨aven den till en knutpunkt f¨or nordv¨astra n¨atet. En pump- station p˚a verket st˚ar f¨or tryckh˚allningen i fj¨arrv¨armen¨atet. Samtidigt som stationen m¨ojligg¨or export v¨arme till centrala systemet f¨or att bist˚a Stockholms innerstad med v¨arme vid behov (Wennberg 2019).

1.1 Bakgrund

Sveriges klimatm˚al och klimatpolitiska ramverk som antogs 2017 har som l˚angsiktigt m˚al att Sverige som land inte ska ha n˚agra nettoutsl¨app av v¨axthusgaser till 2045.

M˚alet genomsyrar idag regler och lagar f¨or att l˚angsiktigt p˚averka akt¨orer till att mins- ka sina utsl¨app av v¨axthusgaser, detta f¨or att vara i linje med klimatlagen d¨ar dessa m˚al ¨ar angivna. S¨abyverket som ¨ar en stor f¨orbr¨anningsanl¨aggning enligt SFS 2013:252 Riksdagsf¨orvaltningen (2021) m˚aste de f¨olja de utsl¨appskrav som ¨ar st¨allda. Detta g¨aller inte endast utsl¨app av v¨axthusgaser, utan ¨aven andra ¨amnen som ¨ar skadliga f¨or naturen och m¨anniskans h¨alsa och regleras ¨aven p˚a EU-niv˚a med BAT-slutsatserna (Europeiska unionen 2017). F¨or att ligga i linje med de nya best¨ammelserna har S¨abyverket tidigare konverterat sina pannor fr˚an att elda fossil eldnigsolja till f¨ornybara br¨anslen i form av bioolja och tr¨apulver. Konverteringen ¨ar ett i ledet f¨or att E.on ska arbeta mot en f¨ornybar framtid och minska sina utsl¨app av v¨axthusgaser (Bengtson 2020).

Pannorna har idag redan en implementerad metod f¨or kontinuerlig ber¨akning av pann- verkningsgraden under drift. Denna ber¨akning ¨ar dock inte tillf¨orlitlig och visar v¨arden som inte antas vara korrekta av E.on sj¨alva. Att ha en korrekt ber¨aknad pannverknings- grad ¨ar viktig i flera avseenden. Med en fungerade ber¨akning av pannverkningsgraden kan E.on f˚a en bra ¨overblick hur pannornas effektivitet p˚averkas ¨over tid och vid olika driftsituationer. Detta kan ¨aven anv¨andas av operat¨oren f¨or realtidsoptimering av pannan, samt anv¨andas som en del av underlaget f¨or l˚angsiktiga driftoptimeri- meringar och investeringsplaner. Genom att studera olika scenarier kan ogynnsamma

driftf¨orh˚allanden som s¨anker pannans verkningsgrad identifieras och minimeras. N˚agot som leder till ett minskat br¨anslebehov f¨or samma m¨angd levererad energi. Minskad br¨ansleanv¨andning leder i sin tur till ¨okad vinst och minskade utsl¨app av v¨axthusgaser och andra milj¨ofarliga ¨amnen som ¨ar oundvikliga under drift. Vidare kan f¨ornybara br¨anslen vara en ¨andlig produkt om det inte f¨orvaltas varsamt. B˚ade tr¨apulver och bio- olja ¨ar produkter som bygger p˚a en h˚allbart skogsbruk och odling/˚atervinning d¨ar det finns en l˚angt g˚angen debatt ¨over var gr¨ansen g˚ar mellan h˚allbart och ¨overexploatering.

Sveriges milj¨om˚al om ett fossilfritt Sverige bygger ¨aven att vi blir b¨attre med att hush˚alla med v˚ara resurser. D¨ar en korrekt ber¨aknad pannverkningsgrad ¨ar en av alla sm˚a steg och hj¨alpmedel p˚a v¨agen mot de svenska och globala milj¨om˚alen, f¨or ett minskat resursanv¨andande och utsl¨app enligt agenda 2030 (Regeringskansliet 2018).

1.2 M˚ al och syfte

Syftet med examensarbetet ¨ar att unders¨oka hur en kontinuerlig pannverkningsgrad kan ber¨aknas f¨or S¨abyverkets tre pannor. Den framtagna metoden ska vara baserad p˚a kontinuerlig m¨atdata fr˚an pannan vid drift i s˚a h¨og m˚an som m¨ojligt. Om utrustning saknas ska de i f¨orsta hand f¨oresl˚as att denna ska installeras. Om det inte anses m¨ojligt ska ist¨allet underlag tas fram f¨or att uppskatta denna indata. Slutligen ska den nya alternativa metoden j¨amf¨oras med dagens metod f¨or bed¨omning av vilket metod som ger korrektast reslutat.

I korthet ska f¨oljande fr˚agest¨allningar besvaras av examensarbetet:

• Inspektera var och vilken m¨atutrustning som finns tillg¨anglig.

• G˚a igenom dagens metod f¨or att f¨orst˚a dess tillv¨agag˚angs¨att.

• Ta fram en alternativ metod som ber¨aknar pannverkningsgraden med annan indata j¨amf¨ort med dagens metod.

• J¨amf¨ora de tv˚aolika metoderna med varanda och visa och diskutera vilken metod som ger det korrekta svaret.

• F¨oresl˚a ny m¨atutrustning f¨or f¨orb¨attring av resultat.

• Diskutera hur den nya metoden kan anv¨andas f¨or kontinuerlig ber¨akning av pannverkningsgraden i andra av E.on:s pannor.

2 Litteraturstudie

2.1 Tidigare arbeten

F¨oljande kapitel ¨amnar att redovisa vad tidigare examensarbeten inom liknande omr-

˚ade redovisat f¨or resultat och metod f¨or ber¨akning av pannverkningsgrad. Samt att identifiera vilken indata som haft h¨ogst m¨atos¨akerhet och stor p˚averkan p˚a pannverk- ningsgraden. Detta f¨or att f˚a en inblick i vilken indata som ¨ar mest kritisk f¨or att ber¨akna en kontinuerlig verkningsrad med h¨og s¨akerhet.

2.1.1 Verkningsgrad och f¨ orlustfaktorer

Ett antal tidigare examensarbeten finns d¨ar m˚alet varit att med ett prestandaprov best¨amma pannverkningsgraden f¨or f¨orbr¨anningsanl¨aggningar. Arbetena har utf¨orts enligt standarderna ASME PTC-4 Fired steam generators. (2014) och SS-EN 12952- 15 Swedish standard institute (SIS) (2003). Tv˚a arbeten har utf¨orts ˚at Ume˚a energi AB d¨ar S¨oderlund (2015) hade till uppgift att best¨amma pannverkningsgraden p˚a

˚Alidhems v¨armeverk panna 6 och 7 samt j¨amf¨ora den direkta och indirekta metoden med varandra ( de olika metoderna beskrivs i kapitel 3). Det andra arbetet utf¨ort ˚at Ume˚a energi AB var p˚a D˚AVA kraftv¨armeverk, d¨ar pannverkningsgraden utv¨arderades genom ett prestandaprov enligt den indirekta metoden. Denna metod j¨amf¨ordes sedan med den befintliga direkta metod f¨or kontinuerlig ber¨akning av pannverkningsgrad (R¨onnberg 2014).

Den indirekta metodens f¨orlustfaktorer samt pannverkningsgrad f¨or de tidigare arbe- tenena redovisas i tabell 2.1. Ber¨akningarna utf¨ordes med det effektiva v¨armev¨ardet d¨ar pannverkningsgraden p˚a D˚AVA kraftv¨armeverk best¨amdes till 90,2 % under h¨og last samt 89,9 % under l˚ag last. Den dominerande f¨orlustfaktorn som identifierades i arbetet var fr˚an r¨okgaserna (ibid.). S¨oderlund (2015) ber¨aknade den direkta pann- verkningsgraden f¨or panna 6 till 83,4 % medan den indirekta pannverkningsgraden ber¨aknades till 89,3 % f¨or samma panna. F¨or panna 7 var den motsvarande direkta pannverkningsgrad 68,4 %, medan den indirekta verkningsgraden best¨amdes till 82,8

%. S¨oderlund (ibid.) ber¨aknade ¨aven h¨ar r¨okgasf¨orlusterna som den enskilt st¨orsta f¨orlusten (se tabell 2.1). Differensen till varf¨or de olika metoderna skiljer sig ˚at var d¨aremot inte klarlagt i rapporten. D¨aremot trodde dem att att det troligtvis berodde p˚a sv˚arigheter i att m¨ata br¨anslefl¨odet f¨or fasta br¨anslen. Vilket ¨aven enligt Soleimani- Mohseni, B¨ackstr¨om och Eklund (2018) ¨ar en av anledningarna till att den indirek- ta metoden anv¨ands vid best¨amning av pannverkningsgrad vid f¨orbr¨anning av fasta br¨anslen.

Ett annat examensarbete inom samma omr˚ade ¨ar Johnsson (2018) vilket var en energi- systemanalys utf¨ord vid Tekniska verkens kraftv¨armeverk (KV1 och KV3) i Link¨oping.

I arbetet ber¨aknades den direkta pannverkningsgraden till 97,8 % f¨or panna 1, samt

96,9 % f¨or panna 3 med samma metod ber¨aknat med det effektiva v¨armev¨ardet.

Den indirekta pannverkningsgraden i rapporten tog h¨ansyn till energin utvunnen fr˚an r¨okgaskondensering. D˚a S¨abyverket saknar r¨okgaskondensering ¨ar dessa resultat inte direkt j¨amf¨orbara med S¨abyverkets och redovisas d¨arf¨or inte i denna rapport. Detta d˚a det bed¨oms ge en missvisande bild mellan pannverkningsgraderna.

Tabell 2.1: F¨orlustfaktorer och pannverkningsgrad identifierade i S¨oderlund (2015) examensarbete p˚a ˚Alidens v¨armeverk i Ume˚a. Ber¨aknat med det effektiva v¨armev¨ardet.

F¨orlustfaktor S¨oderlund (2015) panna 6 S¨oderlund (2015) panna 7

R¨okgasf¨orlust [%] 9,5 16,3

Of¨orbr¨ant i aska [%] 0,8 0,3

Str˚alning och konvektionsf¨olust [%] 0,3 0,5

Icke fullst¨andigt f¨orbr¨ant (CO) [%] 0 0,1

Summa pannverkningsgrad indirekt metod [%] 89,3 82,8

Pannverkningsgrad direkt metod [%] 83,4 68,4

Tabell 2.2: F¨orlustfaktorer och pannverkningsgrad identifierade i S¨oderlund (2015) examensarbete p˚a D˚AVA verket i Ume˚a. Ber¨aknat med det effektiva v¨armev¨ardet.

F¨orlustfaktor R¨onnberg (2014) h¨oglast R¨onnberg (2014) l˚aglast

R¨okgasf¨orlust [%] 8,4 8,4

Of¨orbr¨ant i aska [%] 0 0

Str˚alning och konvektionsf¨olust [%] 0,5 0,9

Icke fullst¨andigt f¨orbr¨ant (CO) [%] 0 0

Ovriga f¨¨ orluster fr˚an luftf¨ororeningar [%] 0,9 0,8 Summa pannverkningsgrad indirekt metod [%] 90,2 89,9

Pannverkningsgrad direkt metod [%] 62-90 62-90

2.1.2 Os¨ akerheter med metoder

Fr˚an tidigare arbeten kan ¨aven k¨anslighetsanalyserna ge en indikation ¨over k¨anslig in- data som anv¨ands vid ber¨akning med den indirekta metoden. R¨onnberg (2014) iden- tifierade r¨okgastemperaturen och fukthalten i br¨anslet som den indata med h¨ogst k¨anslighet. Indatan identifierades genom att respektive indata varierades med ± 10

% i k¨anslighetsanalysen. S¨oderlund (2015) identifierade andel of¨orbr¨ant material i as- ka som den indata med h¨ogst k¨anslighet vid samma k¨anslighetsanalys. I Johnsson (2018) utf¨ordes ingen k¨anslighetsanalys varvid ingen slutsats kunde dras utifr˚an dessa parametrar.

2.2 Lagringens p˚ averkan p˚ a br¨ anslet

Vid lagring kan v¨armev¨ardet i fasta br¨anslen (tr¨apulver) f¨or¨andras fr˚an det som var specificerat av tillverkaren vid leverans. Det undre v¨armev¨ardet kan p˚averkas av f¨or¨andringar i br¨anslets fukthalt vid lagring. Samt f¨or f¨or¨andringar i br¨anslets kemiska struktur under lagringstiden.

I Lee m. fl. (2015) studerades det hur v¨armev¨ardet f¨or¨andras vid lagring av tr¨apellets under en l¨angre period. Studien unders¨okte tv˚a fall av lagring, ¨oppen samt st¨angd.

De tv˚a lagringsmetoderna representerade tv˚a extremfall av lagring. D¨ar den ¨oppna lagringen skedde helt utsatt f¨or atmosf¨arens luft. Medan st¨angd lagring skedde helt isolerad utan n˚agot luftutbyte med atmosf¨aren (ibid.).

Tv˚a typer av pellets anv¨andes vid testning. Den ena var en homogen blandning av tall, den andra bestod av en blandning av olika tr¨aslag. Pelletsen lagrades vid fyra olika temperaturer, 25 ^◦C, 35 ^◦C samt 45 ^◦C. B˚ada blandningarna och metoderna testades p˚a alla temperaturer. Resultat fr˚an studien visade att vid ¨oppen lagring hade lagringstemperaturen stark p˚averkan p˚a fukthalten. Studien visade att en h¨ogre lag- ringstemperatur vid ¨oppen lagring gav en signifikant l¨agre fukthalt i j¨amf¨orelse med l¨agre lagringstemperaturer. V¨art att notera fr˚an studien var att ¨oppen lagring vid 25

◦C n˚addes en j¨amvikt i fukthalten i br¨anslet som var h¨ogre j¨amf¨ort med fukthalten vid leverans. D¨arefter var fukthalten j¨amn under de f¨orsta 100 dagar av lagring f¨or alla temperaturer vid ¨oppen lagring. Vid helt st¨angd lagring skedde ingen st¨orre f¨or¨andring av fukthalten vid n˚agon lagringstemperaturna (ibid.).

Temperaturerna som lagringen analyserades vid var alla h¨ogre i j¨amf¨orelse med den medellagrignstemperatur vid S¨abyverket d¨ar lagring sker i en separat silo fr¨amst under vinterhalv˚aret. Studien visar d¨aremot att de f¨orsta lagringsdagarna hade betydelse f¨or hur fukten p˚averkade v¨armev¨ardet i br¨anslet.

Askhalten i br¨anslet f¨or¨andrades inte n˚agot signifikant under lagringsperioden, obero- ende lagringsmetod eller temperatur. de sm˚a f¨or¨andringarna som skedde under studiens g˚ang ans˚ags inte vara p˚a grund av lagringen utan variationer i br¨ansleproven.

Studien visade p˚a en viss skillnad i det effektiva v¨armev¨ardet p˚a grund av f¨or¨andrad fukthalt och skillnad i kemisk struktur. Denna f¨or¨andring var studiens syfte att f¨ors¨oka f¨oruts¨aga, detta syfte misslyckades d¨aremot och ingen statistisk s¨akerst¨alld metod kun- de tas fram f¨or att f¨orutse hur v¨armev¨ardet f¨or¨andras ¨over tid (ibid.). En annan studie utf¨ord av Casal m. fl. (2010) visade att lagring i ¨over ett ˚ar hade en viss p˚averkan p˚a det effektiva v¨armev¨ardet i br¨anslet i form av ett minskat kolinneh˚all. En annan studie fr˚an Barontini m. fl. (2014) unders¨okte f¨or¨andringen av det effektiva v¨armev¨ardet vid lagring av Poppel. Studien visade ¨aven h¨ar p˚a f¨or¨andringar av torrsubstansen i form av fukt och kolm¨angd. Likt studierna fr˚an Casal m. fl. (2010) och Lee m. fl. (2015) hade lagringstemperaturen en betydelse f¨or f¨or framf¨orallt m¨angden fukt i br¨anslet vid l¨angre lagring.

2.3 Standarder

Det finns olika standarder vid ber¨akning av pannverkningsgrad. Dessa standarder ¨ar framtagna av olika institutioner och myndigheter i v¨arlden f¨or ber¨akning av pann- verkningsgrad f¨or prestandaprov av pannor. De vanligaste metoderna som anv¨ands i Sverige ¨ar Svensk-Europeisk standard SS-EN 12952-15 Swedish standard institute (SIS) (2003) samt den amerikanske standarden ASME PTC-4 Fired steam generators.

(2014). Den st¨orsta skillanden mellan metoderna ¨ar att Swedish standard institute

(SIS) (2003) anv¨ander sig av det effektiva v¨armev¨ardet, medan Fired steam genera- tors. (2014) anv¨ander sig av det kallorimetiska v¨armev¨ardet vid ber¨akning av pann- verkningsgrad. Gemensamt f¨or standarderna ¨ar att de anv¨ander den indirekta metoden f¨or best¨amning av pannveknignsgrad och anv¨ander en referenstemperatur p˚a 25^◦C vid ber¨akning.

D˚a standarderna ¨ar framtagna f¨or att g¨ora ett prestandaprov f¨or en panna ¨ar dem inte helt applicerbar vid ber¨akning av kontinuerlig pannverkningsgrad. F¨or att f¨olja standarden ska br¨ansle samt askrpover tas kontinuerligt under provtagningsperioden.

Samt att pannan ska vara i ett steady-state drift (±5%) under provperioden. D˚a metoden ska tas fram f¨or kontinuerlig ber¨akning av pannverkningsgrad kommer ett antal avsteg att beh¨ova g¨oras fr˚an standarden. Avstegen kan komma att leda till en viss ¨okad m¨atos¨akerhet, n˚agot som beskrivs mer utf¨orligt i kapitel 4.2.1.

3 Teori

Vid f¨orbr¨anning av br¨anslen inneh˚allandes kol (C), v¨ate (H) och syre (O) i luft vid st¨okiometriska f¨orh˚allanden sker en kemisk reaktion d¨ar br¨anslet oxiderar och bildar CO2 och H2O. M¨angderna CO2 och H2O som bildas ¨ar beroende p˚a br¨anslet sam- mans¨attning enligt ekvation 3.1 (Jernkontoret 2021).

CαHβOγ+ (α +β 4−γ

4)(O2+ 3, 78N2) −→ αCO2+β

2H2O + (α +β 4−γ

2)(3, 78N2) (3.1) D¨ar α, β och γ avser antalet atomer av respektive ¨amne per kolkedja. Vid f¨orbr¨anning i luft ¨ar volymprocenten kv¨avgas (N₂) faktorn 3,78 g˚anger st¨orre ¨an luft.

Vid f¨orbr¨anning av br¨ansle enligt ekvation 3.1 frig¨ors kemisk energi. M¨angden energi som frig¨ors vid f¨orbr¨anning beror p˚a br¨anslets sammans¨attning. F¨or br¨anslen som pellets och bioolja vilka f¨orbr¨anns vid S¨abyverket ¨ar de ”energib¨arande” atomerna i br¨anslet C, S och H. Vilket enligt Alvarez (2006) frig¨or ungef¨arliga energim¨angder.

C + O₂ −→ CO₂ + 33 913 kJ/kmol

S + O2 −→ SO2 + 10 467 kJ/kmol (3.2)

H₂ +1

2O₂ −→ H₂O + 142 770 kJ/kmol

3.1 V¨ armev¨ arde

Vid ber¨akning av pannverkningsgraden kan tv˚a olika v¨armev¨arden anv¨andas. Det v¨armev¨arde som anv¨ands beror oftast p˚a vilken standard som anv¨ands vid ber¨akning.

F¨or Swedish standard institute (SIS) (2003) anv¨ands det effektiva v¨armev¨ardet medan f¨or Fired steam generators. (2014) anv¨ands det kalorimetiska v¨armev¨ardet. Skillnaden mellan dessa v¨armev¨arden ¨ar hur eventuell fukt i br¨anslet hanteras. Det kalorimetiska v¨armev¨ardet (Hs) anger v¨armem¨angden per viktenhet br¨ansle n¨ar fukten i br¨anslet befinner sig i flytande form. Medan det effektiva v¨armev¨ardet (H_i) anger v¨armev¨ardet per m¨angdenhet br¨ansle n¨ar fukten i br¨anslet befinner sig i gasform. Skillnaden mellan dessa v¨armev¨arden ¨ar allts˚a att det kalorimetiska v¨armev¨ardet tar h¨ansyn till f¨orluster i br¨anslet n¨ar fukten f¨or˚angas. Det effektiva v¨armev¨ardet ¨ar s˚aledes l¨agre ¨an det kalo- metriska enligt ekvation 3.3 (Alvarez 2006).

Anledningen till att det undre v¨armev¨ardet anv¨ands ist¨allet f¨or det ¨ovre i Swedish standard institute (SIS) (2003) ¨ar d˚a vatten˚angan som bildas under f¨orbr¨anningen ofta avges i gasform efter reningsstegen. Denna energi g˚ar d¨arf¨or inte att utnyttja i anl¨aggningen och anses d¨arf¨or inte som en f¨orlust som p˚averkar pannverkningsgraden.

H¨ar uppst˚ar det dock en konflikt d˚a nyare pannor och ¨aldre uppdaterade pannor i h¨ogre utstr¨ackning har installerade r¨okgaskondensatorer. Dessa kan ta tillvara p˚a den annars f¨orlorade energin genom att kyla r¨okgaserna. N¨ar det effektiva v¨armev¨ardet anv¨ands f¨or ber¨akning enligt Swedish standard institute (SIS) (2003), kan detta ge upphov till en anl¨aggningsverkningsgrad som ¨overstiger 100 %. Fired steam generators. (2014) ger i detta avseende en mer helt¨ackande bild genom att utnyttja det ¨ovre v¨armev¨ardet vid ber¨akning anl¨aggningsverkningsgrad (ibid.).

Det ¨ovre v¨armev¨ardet (kallometriska v¨armev¨arde) H_s f¨orh˚aller till det undre v¨armev-

¨ardet (effektiva v¨armev¨ardet) H_i enligt f¨oljande ekvation.

H_i = H_s− 2, 5

1000 · (9h + F ) [MJ/kg] (3.3) D¨ar Hs¨ar det ¨ovre v¨armev¨ardet, Hi ¨ar det undre v¨armev¨ardet, F och h ¨ar massandelen fukt respektive v¨ate i br¨anslet. Faktorn ₁₀₀₀^2,5 avser faktorn f¨or vattnets ˚angbildning- sv¨arme, medan 9 ¨ar m¨angden vatten˚anga som bildas per f¨orbr¨and v¨atgasmolekyl.

3.2 Ber¨ akningsmetoder

Vid ber¨akning av pannverkningsgrad ¨ar det generellt tv˚a metoder som anv¨ands. Den ena ¨ar den direkta metoden vilket ¨ar den ber¨akningsmetod som anv¨ands idag. Den andra ¨ar den indirekta metoden vilket den ber¨aknigsmetod som beskrivs i Swedish standard institute (SIS) (2003) och Fired steam generators. (2014), och ¨ar den metod som den nya alternativa metoden ¨ar baserad p˚a. Nedan kommer en f¨orklaring ¨over hur de tv˚a olika metoderna ber¨aknar pannverkningsgragden.

3.2.1 Direkta metoden

Nuvarande metod f¨or ber¨akning av pannverknigsgrad ¨ar baserad p˚a den direkta me- toden och ¨ar ber¨akningsm¨assigt simpel med ett f˚atal indata. Den direkta metoden (η_direkt) ber¨aknas genom kvoten mellan levererad effekt och tillf¨ord effekt. F¨ordelen med denna metod ¨ar just de f˚a indatan som kr¨avs, samt f¨orh˚allandevis enkel m¨atutru- stning och f˚a uppskattningar av m¨atdata. Metodens enkelhet leder d¨aremot till ett antal begr¨ansningar n˚agot som g¨or metoden mindre l¨amplig i vissa fall. Framf¨orallt ger metoden endast en systembild vilket g¨or den ol¨amplig f¨or identifiera var f¨orluster uppst˚ar. Metoden kr¨aver ¨aven en h¨og noggrannhet av de uppm¨atta v¨ardena i metoden (ibid.).

η_direkt = P_ut− P_matar

P_in [MW] (3.4)

D¨ar P_ut ¨ar fj¨arrvattnets v¨armeeffekt ur v¨armev¨axlaren [M W ], P_matar ¨ar fj¨arrv¨arme- vattnets v¨armeeffekt innan f¨orv¨armning i economizer [M W ] och P_in ¨ar den tillf¨orda effekten [M W ] (C¸ engel och Boles 2015).

Den tillf¨orda effekten p˚averkas av br¨anslets fukthalt d˚a ber¨akningarna sker p˚a br¨anslets torrsubstans. Den verkliga tillf¨orda effekten justeras d¨arf¨or f¨or m¨angden fukt i br¨anslet.

Pin = ˙mf uel· (Hf uel− F

1 − F · r) [MW] (3.5)

D¨ar H_{f uel} ¨ar br¨anslets v¨armev¨arde [MJ/kg torrt br¨ansle] och r ¨ar ˚angbildnigsv¨armen f¨or vatten vid 0 ^◦C [kJ/kg].

F¨or ber¨akning av direkta metoden beh¨over s˚aledes f¨oljande indata h¨amtas in f¨or att ber¨akna pannverkningsgraden:

• Fj¨arrv¨armevattnets massfl¨ode [kg/s]

• Fj¨arrv¨armevattnets temperatur innan economizer[^◦C]

• Fj¨arrv¨armevattnets temperatur efter v¨armev¨axlaren [^◦C]

• Br¨anslets v¨armev¨arde [MJ/ kg torrt br¨ansle]

• Br¨anslefl¨ode [kg/s]

3.2.2 Indirekt metod

Den indirekta metoden kr¨aver i motsats till den direkta metoden m˚anga m¨atparam- etrar f¨or ber¨akning av pannverkningsgrad. Metoden ber¨aknar pannverkningsgraden (η_indirect) genom ber¨akning av f¨orluster i pannan, snarare ¨an kvoten mellan tillf¨ord och levererad effekt. Summan av f¨orlusterna i pannan summeras sedan och pannverknings- graden kan d¨arefter best¨ammas. D˚a metoden ber¨aknar pannverkningsgraden genom summering av pannans f¨orluster, kr¨avs det att s˚a m˚anga f¨orluster fr˚an pannan kan identifieras och kvantifieras f¨or att metoden ska vara tillf¨orlitlig. Metoden ¨ar s˚aledes breonde av mycket m¨atdata d¨ar vissa av dem kan vara sv˚ara eller om¨ojliga att m¨ata kontinuerligt. Metoden ¨ar d¨armot f¨ordelaktig vid ber¨akning av pannverkningsgraden vid fastbr¨anslepannor. Detta d˚a metoden inte bygger p˚a br¨anslefl¨ode utan ber¨aknas per kg torrt br¨ansle. Detta ¨ar en f¨ordel f¨or framf¨orallt panna 12 d˚a pulverfl¨odet i pannan ¨ar sv˚art att m¨ata och m˚aste uppskattas (Soleimani-Mohseni, B¨ackstr¨om och Eklund 2018). Med metoden kan ¨aven specifika f¨orlustfaktorer i pannan identifieras vilket inte ¨ar m¨ojligt med den direkta metoden. Detta ger en b¨attre ¨overblick var f¨orlusterna sker och ett b¨attre underlag vid optimerings˚atg¨arder.

η_indirect = 1 − frg − ff r− fco

1 + ^P_P^rad

ut

[-] (3.6)

D¨ar f_rg ¨ar de relativa r¨okgasf¨orulsterna, f_{f r} ¨ar de relativa f¨orluster fr˚an of¨orbr¨ant br¨ansle i aska (askf¨orlust), f_co ¨ar de relativa f¨orlusterna i icke fullst¨andigt f¨orb¨ant br¨ansle i gasfas och P_rad ¨ar v¨armeledning och str˚alningsf¨orluster [W ].

Relativa r¨okgasf¨orluster (f_rg)

R¨okgasf¨orluster uppst˚ar d˚a varma r¨okgaser l¨amnar skorstenen. Tidigare arbeten ut- f¨orda av R¨onnberg (2014) och S¨oderlund (2015) identifierade b˚ada r¨okgasf¨orlusterna som den st¨orsta f¨orlustk¨allan i deras arbeten. D¨ar r¨okgasf¨orlusterna varierade mellan 8 – 10 % beroende p˚a last och panntyp. N˚agot som beskrivs i kapitel 2.1.

F¨or att ber¨akna r¨okgasf¨orlusterna beh¨over f¨orst den teoretiska r¨okgasm¨angden ber¨a- knas. F¨orbr¨anningsluften best˚ar av cirka 21 % anv¨andbart syre samt 79 % inerta gaser.

Vid f¨orbr¨anning av syret v¨arms de inerta gaserna upp utan att reagera med br¨anslet.

Denna uppv¨arming av r¨okgaserna leder i sin tur till en f¨orlust. Tillr¨ackligt mycket syre beh¨over ¨aven tills¨attas i pannan f¨or st¨okiometrisk f¨orbr¨anning. D¨ar de inerta gaserna f¨oljer med i f¨orbr¨anningsprocessen och leder till en ¨okad r¨okgasm¨angd. Den m¨angd luft som beh¨over tills¨attas per m¨angd syre kallas luftfaktorn och kan ber¨aknas fr˚an SMHI (2017) uppm¨atta luftsammans¨attning:

• 78,1 % Kv¨ave

• 20,9 % Syre

• 0,9 % Argon

• 0,04 % Koldioxid

• 0,06 % ¨Ovriga gaser

Vilket i sin tur ger en luftfaktor p˚a 4,78.

Luftm¨angd

Med luftsammans¨attningen ber¨aknad kan sedan den st¨okiometriska torra luftm¨angden lttorr ber¨aknas. Detta genom att multiplicera syrebehovet som kr¨avs f¨or fullst¨andig f¨orbr¨anning med den tidigare ber¨aknade luftfakatorn.

lttorr = 4, 78 · ( c

12, 01 + h

4, 04 + s

32, 1 − o

32) [mol/kg torrt br¨ansle] (3.7) D¨ar c ¨ar massandelen kol [g/ kg torrt br¨ansle], h ¨ar massandelen v¨ate [g/ kg torrt br¨ansle], s ¨ar massandelen svavel [g/ kg torrt br¨ansle] och o ¨ar massandelen syre [g/

kg torrt br¨ansle].

Den inkommande luften inneh˚aller i praktiken en viss m¨angd fukt som f¨oljer med f¨orbr¨anningsluften. l0 ber¨aknas genom multiplikation med luftens partialtryck och ¨ar s˚aledes den fuktiga st¨okiometriska luftm¨angden.

l0 = 101, 3 · l_ttorr

101, 3 − p_a [mol/kg torrt br¨ansle] (3.8) D¨ar p_a ¨ar vatten˚angans partialtryck innan f¨orbr¨anning. Vilket betecknar m¨angden vatten˚anga i ing˚aende f¨orbr¨anningsluft [kPa · m³ /mol].

R¨okgasm¨angd

Den teoretiska torra r¨okgasm¨angden g_t ¨ar den torra st¨okiometriska r¨okgasm¨angd som bildas vid f¨orbr¨anning av kol och svavel i luft. g_t betecknar s˚aledes den r¨okgasm¨ang som bildas vid f¨orbr¨anning av br¨anslet med l_ttorr.

g_t= c

12, 01 + s

32, 1 + n

28+ l_ttorr · (3, 78

4, 78) [mol/kg torrt br¨ansle] (3.9) D¨ar n ¨ar m¨angden kv¨ave i br¨anslet [g/kg torrt br¨ansle].

Den teoretiska fukta r¨okgasm¨angden g₀ [mol/kg br¨ansle] ber¨aknas genom att ekvation 3.9 adderas med fukt fr˚an br¨anslet och luft och ¨ar dem v˚ata st¨okiometriska r¨okgaserna.

g₀ = g_t+ F

18, 02 + p_a· l_ttorr

101, 3 − p_a [mol/kg torrt br¨ansle] (3.10) F¨or att n˚a fullst¨andig f¨orbr¨anning kr¨avs det dock i verkligheten alltid ett visst luft¨over- skott. Luft¨overskottet m ber¨aknas utifr˚an andelen syre i r¨okgaserna enligt ekvation 3.11. eller genom andelen koldioxid i r¨okgasen enligt ekvation 3.12

m = 1 + ( g_t

l_ttorr · [O₂]_torr

20, 95 − [O₂]_torr) [-] (3.11) D¨ar [O2]torr ¨ar andelen syre i de torra r¨okgaserna [mol/ kg torra r¨okgaser].

m = 1 + ( g_t

l_ttorr · [[CO₂]_0t

[CO₂]_t − 1]) [-] (3.12) D¨ar [CO₂]_0t ¨ar den teoretiska koldioxidhalten i torr r¨okgas vid st¨okiometrisk f¨orbr¨an- ning [mol/ kg torra r¨okgaser] och [CO₂]_t¨ar den uppm¨atta koldioxodhalten i torr r¨okgas [mol/ kg torra r¨okgaser].

D˚a ber¨akning av pannverkningsgraden genom den indirekta metoden ¨ar relativa br¨ans- lets torrsubstans, ber¨aknas den totala torra r¨okgasm¨angden g_tsvilket betecknar r¨okgas- m¨angden som bildas vid per viktenhet torrt br¨ansle.

g_ts = 100 · (g₀+ l₀· (m − 1))

100 − F [mol/kg torrt br¨ansle] (3.13) Med data och br¨ansleanalyser kan sedan de relativa r¨okgasf¨orlusterna ber¨aknas. Det- ta genom kvoten mellan entalpin i r¨okgaserna och summan av den totala entalpin i br¨anslet samt f¨orbr¨anningsluften mot en referenstemperatur.

f_rg = gts · Cprg· (Trg − Tref)

(H_{f uel}− _1−F^F · r) + l_ttorr · C_{pluf t}· (T_{luf t}− T_ref) [-] (3.14)

D¨ar C_prg ¨ar r¨okgasernas specifika v¨armekapacitet i [kJ/kmol · K], T_ref ¨ar referenstem- peraturen i [^◦C]

F¨orbr¨anningsf¨orluster i fast form (ff r)

Of¨orbr¨ant material i askan ber¨aknas som m¨angden c, h och s som inte f¨orbr¨ants i pannan. Utan fastnat i botten av pannan eller, i elfiltret utan att f¨orbr¨annas. Denna f¨orlust ¨ar ett resultat av att br¨anslet antingen har f¨or kort uppeh˚alls tid i eldstaden.

Eller som resultat av en process d¨ar askan ”omsluter” det br¨annbara materialet. Vilket leder till att syret inte kan reagera med det br¨annbara materialet. F¨orulstfaktorn ber¨aknas genom kvoten mellan entalpin i det of¨orbr¨anda materialet och totala entalpin i br¨anslet samt f¨orbr¨anningsluften.

f_{f r} =

mA

1−[bb] · [bb] · H_[bb]

(H_{f uel}− _1−F^F · r) + l_ttorr · C_{pluf t}· (T_{luf t}− T_ref) [-] (3.15) D¨ar mA ¨ar den relativa m¨angden aska [kg/kg torrt br¨ansle], [bb] andelen of¨orbr¨ant

¨amne i askan [-] och H_[bb] ¨ar det of¨orbr¨anda materialets v¨armev¨arde.

F¨orbr¨anningsf¨orluster i gasform (ofullst¨andig f¨orbr¨anning) (f_CO)

F¨orluster fr˚an ofullst¨andig f¨orbr¨anning i gasform ¨ar ett resultat av icke fullst¨andig f¨orbr¨anning vilket bildar kolmonoxid (CO). CO bildas fr¨amst av d˚alig turbulens, kort uppeh˚allstid i eldstaden och l˚ag luftfaktor Denna f¨orlust ¨ar ofta mycket liten och kan i m˚anga fall f¨orsummas om m¨atutrustning saknas (Soleimani-Mohseni, B¨ackstr¨om och Eklund 2018).

f_CO= g_ts· [CO] · 10⁻⁶· H_CO

(H_{f uel} −_1−F^F · r) + l_ttorr · C_{pluf t}· (T_{luf t}− T_ref) [-] (3.16) D¨ar [CO] ¨ar kolmonoxidhalten i ppm och H_CO¨ar f¨orbr¨anningsentalpin f¨or kolmonoxid vid 25 ^◦C [kJ/kmol]

Str˚alning-, ledning- och ¨ovriga f¨orluster (P_rad)

V¨armel¨ackage sker genom tv˚a s¨att fr˚an pannan. Dels som str˚alningsf¨orluster och dels som ledningsf¨orluster. F¨orlusterna beror p˚a vilken temperatur och emissivitet pannans yta har. D˚a temperaturen ¨ar den drivande faktorn i f¨orlusterna minimeras dessa enklast genom att minska temperaturen p˚a v¨armeledande ytor.

P_rad ¨ar ofta sv˚ar att ber¨akna d˚a det kr¨aver en nogrann m¨atning av pannans geometri och manteltemperatur. D¨arf¨or har en uppskattning av ledning och str˚alningsf¨orluster tagits fram f¨or ber¨akning av str˚alning av ledningsf¨orlusterna (Swedish standard insti- tute (SIS) 2003).

P_rad = 0, 315Q^0,7_pellets+ 0, 0113Q^0,7_olja [MW] (3.17) D¨ar Q_pellets ¨ar maximal levererad effekt fr˚an pelletsbr¨anslet [M W ] och Q_olja maximal levererad effekt f˚an biooljan [M W ]

3.2.3 Massbr¨ anslefl¨ ode

N¨ar en indirekt verkningsgrad best¨amts kan sedan massbr¨anslefl¨odet torrsubstans av pulver best¨ammas ( ˙mb). Denna uppskattning kan sedan anv¨andas vid ber¨akning av pulverbr¨anslefl¨odets torrsubstans f¨or panna 12 p˚a S¨abyverket.

˙

m_b = P_out− P_olja

ηindirekt · (Hf uel− _1−F^F · r + lttorr · Cp_{luf t}· [tluf t− Tref])

[kg torrt br¨ansle/s] (3.18) Med ovanst˚aende ekvationer kan den indirekta metoden ber¨aknas. F¨oljande ¨ar en sammanfattning av de indata som kr¨avs vid ber¨akning av pannverkningsgraden med denna metod.

• Br¨anslets sammans¨attning per kg torrsubstans [-].

• Absolutfuktighet i luft [-].

• Ing˚aende lufttemperatur i pannan [^◦C].

• R¨okgastemperatur efter pannan [^◦C].

• Andelen aska per kg torrt br¨ansle [kg/ kg torrt br¨ansle].

• Andelen of¨orbr¨ant material i askan [-].

• Fukthalten i br¨anslet [-].

• Andelen of¨orbr¨ant CO i r¨okgaserna [ppm].

• Ing˚aende lufttemperatur [^◦C].

• Uppskattning av Str˚alning-, ledning- och ¨ovriga f¨orluster [MW].

• Levererad effekt fr˚an pannan [MW].

• Luftfaktorn [-].

4 Metodik

4.1 Nuvarande metod

Panna 11 och 13

Fr˚an den tillhandah˚allna MRS kunde den nuvarande metoden f¨or ber¨akning av pann- verkningsgrad studeras och kommer h¨adanefter refererad som ”dagens metod” f¨or panna 11 och 13. Dagens metod visade att panna 11 och 13 som endast anv¨ander bioolja som br¨ansle anv¨ander sig av den direkta metoden vilket beskrivs n¨armre i ka- pitel 3.2.1. Formlerna som anv¨ands vid ber¨akning av pannverkningsgrad finns ¨aven beskrivna som ett formeluttrag av MRS i bilaga C. Fr˚an denna kan f¨oljande indata identifieras f¨or ber¨akning av pannverkninsgrad f¨or panna 11 och 13.

• V¨armev¨arde p˚a br¨ansle [MJ/kg torrt br¨ansle].

• Oljemassfl¨ode [kg/s].

• Levererad effekt till fj¨arrv¨armen¨atets f¨or panna 11 respektive 13 [MW].

• Temperatur samt matarvattenfl¨ode av fj¨arrv¨armevattnet innan f¨orv¨armning i economizer [MW].

• Br¨anslets fukthalt [-].

Panna 12

Nuvarande metod f¨or panna 12 h¨adanefter refererad som ”Entric:s metod” skiljer sig fr˚an metoden f¨or ber¨akning mot panna 11 och 13. Detta d˚a massbr¨anslefl¨odet av pulver inte m¨ats direkt. Ist¨allet ber¨aknas pulvermassfl¨odet enligt ekvationerna P 12 P bnet och P 12 M pulver i bilaga C. I ber¨akningarna uppskattas pulvermassfl¨odet genom att f¨orst uppskatta r¨okgasf¨orlusterna samt str˚alning- och ledningsf¨orlusterna, dessa adderas med den levererade effekten. Sedan subtraheras den tillf¨orda effekten fr˚an oljan vilket teoretiskt ger den tillf¨orda effekten fr˚an pulverbr¨anslet som beteck- nas P 12 P bnet i MRS. Sedan kan pulvermassfl¨odet ber¨aknas genom division med tr¨apulvrets v¨armev¨arde kompenserat f¨or r¨okgasf¨orlsuterna f¨or pulverbr¨anslet. Detta ger sedan det uppskattade pulverbr¨anslefl¨odet som anv¨ands enligt den direkta meto- den p˚a samma s¨att vilket ¨ar beskrivet f¨or panna 11 och 13.

F¨or ber¨akning av pannverkningsgrad med Entric:s metod f¨or panna 12 kr¨avs s˚aledes f¨oljande indata:

• V¨armev¨arde p˚a pulver- och biooljebr¨anslet [MJ/ kg torrt br¨ansle].

• Biooljans massfl¨ode [kg/s].

• Levererad effekt [MW].

• Br¨anslesammans¨attning f¨or b˚ade bioolja och tr¨apulver [-].

• R¨okgastemperatur [^◦C].

• Str˚alnings- och ledningsf¨orluster [MW].

4.1.1 Systemgr¨ ans f¨ or dagens metod

Dagens- och Entric:s metod f¨or ber¨akning av pannverkningsgrad inkluderar effekt- f¨orlusterna i v¨arme-v¨axlaren. I systemgr¨ansen som visas i figur 4.1 m¨ats levererad effekt (P_ut−P_matar) p˚a fj¨arrv¨armen¨atets sida av v¨armev¨axlaren. D˚a en v¨armev¨axlare inte har en verkningsgrad p˚a 100 %, leder valet av m¨atplats till en ber¨aknad pannverkningsgrad som ¨ar l¨agre i j¨amf¨orelse om effektm¨atning hade skett p˚a pannsidan av v¨armev¨axlaren.

Valet att placera effektm¨atningen p˚a fj¨arrv¨armesidan av v¨armev¨axlaren ¨ar dock n¨odv-

¨andig f¨or att inkludera economizer i ber¨akningarna. N˚agot som ¨ar ¨onskv¨art d˚a den ¨ar en ”del” av pannan. F¨orluster fr˚an elfilteret i panna 11 och 12 tas inte till h¨ansyn vid ber¨akning av pannverkningsgrad med dagens metod.

Panna Pin

Bränsle

Pförvärmning Put

Pmatar Economizer

Figur 4.1: Systemgr¨ans f¨or dagens och Entric:s metod samt var m¨atutrustningen (Pmatar

och Put) ¨ar placerade. Komponenter innanf¨or det markerade omr˚adet ¨ar dem som ing˚ar i dagens metods systemgr¨ans

4.2 Ny metod

D˚a tidigare metoder beskrivna i kapitel 4.1 ej haft p˚alitliga resultat vid ber¨akning av pannverkningsgrad, togs en ny metod fram f¨or ber¨akning av pannverkningsgad.

Denna metod ¨ar baserad p˚a den indirekta metoden beskriven i kapitel 3 och refereras h¨adanefter som ”nya metoden” i rapporten. F¨oljande kapitel f¨orklarar hur metoden ska implementeras p˚a S¨abyverkets respektive pannor.

4.2.1 Avgr¨ ansningar

Standarder

De standarder som ¨ar beskrivna i kapitel 2.3 kommer f¨oljas i den m˚an som ¨ar m¨ojligt.

D¨aremot kommer vissa avgr¨ansningar och f¨orenklingar kr¨avas vid en kontinuerlig ber¨akning av pannverkningsgraden. Dels ska pannorna vara i ett steady-state l¨age un- der prov enligt standarderna. I verkligheten m˚aste pannorna regleras efter fj¨arrv¨arme- n¨atets last. Det ¨ar s˚aledes inte m¨ojligt att k¨ora dem i det steady-state l¨age vilket standarderna kr¨aver f¨or m¨atning.

Askanalysen ¨ar en annan viktig del vid ber¨akning av pannverkningsgraden genom den indirekta metoden. Att g¨ora en kontinuerlig askanalys i den utstr¨ackning som kr¨avs enligt Swedish standard institute (SIS) (2003) ¨ar inte m¨ojlig vid kontinuerlig ber¨akning.

F¨or panna 11 och 13 ¨ar denna f¨orlust l˚ag d˚a f¨orbr¨anningen i dessa pannor ¨ar god, samt d˚a askinneh˚allet i biooljan ¨ar l˚ag. D¨aremot ger f¨orbr¨anning av tr¨apulvret i panna 12 en mer oj¨amn f¨orbr¨anning med mer of¨orbr¨ant material i askan som resultat. F¨or att f˚a ett acceptabelt resultat f¨or denna f¨orulstfaktor kommer medelv¨ardet av de tidigare utf¨orda askanalyserna anv¨andas. Denna f¨orlust kommer s˚aledes vara konstant oavsett driftf¨orh˚allande, men anses vara det s¨att som representerar den verkliga askf¨orlusten mest korrekt vid kontinuerlig ber¨akning.

Br¨anslenas v¨armev¨arde uppdateras ungef¨ar en g˚ang per ˚ar i MRS. Detta g¨or att det alltid kommer finnas en viss felmarginal och os¨akerhet d˚a denna indata skiljer sig n˚agot mellan varje leverans. Hur pelletsen lagras har ¨aven en viss betydelse, vilket beskrivs i kapitel 2.2. Vidare blandas nya inkommande br¨anslen med det br¨ansle som redan ¨ar lagrat. Detta g¨or det sv˚art att veta den exakta br¨anslesammans¨attningen och v¨armev¨ardet vid f¨orbr¨anning. D¨arf¨or kommer ¨aven h¨ar medelv¨ardet av tidigare utf¨orda br¨ansleanalyser ligga till grund vid ber¨akning.

Tills¨attning av svavel

Vid eldning av svavelfattiga Br¨anslen uppst˚ar korrosion i r¨okgaskanalerna av klor och andra fr¨atande ¨amnen som finns i br¨anslet. F¨or att undvika detta tills¨atts en viss m¨angd svavel i pannan f¨or att motverka korrosionen (Str¨omberg och Sv¨ard Herstad 2012). F¨orbr¨anning av svavel ger ett visst effekttilskott enligt ekvation 3.2. Tillsatsen av svavel ¨ar dock relativt l˚ag i f¨orh˚allande till den totala m¨angd br¨ansle som tills¨atts

i pannan. D¨arf¨or kommer den eventuella energitillf¨orsel och r¨okgasm¨angd som bildas vid tills¨attning f¨orsummas vid ber¨akning av pannverkningsgraden.

4.2.2 Systemgr¨ ans f¨ or ny metod

D˚a den indirekta metoden inte ber¨aknar pannverkningsgradeen genom kvoten av leve- rerad samt tillf¨ord effekt som dagens metod. Utan, genom summering av f¨orluster kan v¨armev¨axlarens p˚averkan p˚a pannverkningsgraden exkluderas, samtidigt som economi- zerns bidrag till verkningsgraden inkluderas. Detta d˚a r¨okgastemperaturen m¨ats efter economizer vilket kan ses i figur 4.2. Samtidigt som br¨anslefl¨odet inte ¨ar n¨odv¨andigt f¨or ber¨akning av pannverkningsgrad, utan endast br¨anslesammans¨attningen. N˚agot som reducerar tv˚a felk¨allor kopplade till dagens metoder f¨or panna 11, 12 och 13.

Panna

Bränsleenergi

Economizer frg

ffr

Elfilter fCO

Container

P_rad Luftenergi

Skorsten

Figur 4.2: Systemgr¨ans f¨or ny metod markerat innanf¨or streckade linjen, samt var befintlig m¨atutrustning f¨or ber¨akningar (Trg, [bb] och CO) ¨ar placerade.

Komponenter innanf¨or det markerade omr˚adet ¨ar dem som ing˚ar i den nya metodens systemgr¨ans

4.2.3 Panna 11 och 13

Den nya metoden f¨or panna 11 och 13 ¨ar relativt enkel d˚a de endast eldas med ett br¨ansle (bioolja). Detta g¨or att metoden kan appliceras enligt bilaga E. Utan n˚agra modifikationer fr˚an vad som ¨ar beskrivet om den indirekta metoden i kapitel 3. Resultat fr˚an pannverkningsgradsber¨akningarna med nya metoden kan ses i figur 5.1 f¨or panna 11 samt figur 5.4 f¨or panna 13.

4.2.4 Panna 12

Den nya metoden f¨or ber¨akning av pannverkningsgrad f¨or panna 12, skiljer sig fr˚an metoden f¨or panna 11 och 13 i och med att pannan eldar tv˚a br¨anslen. D˚a r¨okgas- sammans¨attningen skiljer sig mellan de tv˚a olika br¨anslena, modifierades metoden s˚a att massandelen av respektive br¨ansle kan ber¨aknas. Metoden baseras p˚a iterering, d¨ar massandelen pulver samt bioolja itereras fram genom nedanf¨or beskriven metod, samt schematiskt beskriven i bilaga A. Metoden antar en pannverkningsrad vilket sedan anv¨ands f¨or ber¨akning av tillf¨ord effekt enligt ekvationerna 4.1 till 4.5. Efter detta itereringssteg ber¨aknas f¨orlustfaktorerna och pannverkningsgraden med den nya metoden p˚a samma s¨att som beskrivet f¨or panna 11 och 13.

Den teoretiska tillf¨orda effekten P_teoretisk ¨ar den ber¨aknade tillf¨orda effekten enligt den ansatta pannverkningsgraden och ber¨aknas enligt f¨oljande.

P_teoretisk = P_in

η_ansatt [MW] (4.1)

D¨ar P_in ¨ar levererad effekt och η_ansatt ¨ar den ansatta verkningsgraden i itereringen.

Biooljans massfl¨ode h¨amtas ur MRS. Pulvrets antagna massfl¨ode M assa_p ber¨aknas genom att ber¨akna den genom kvoten mellan den tillf¨orda pulvereffekten och pulvrets v¨armev¨arde.

M assa_p = P_teoretisk− P_olja

H_pulver [kg torrt br¨ansle/s] (4.2) D¨ar P_olja ¨ar den loggade oljeeffekten fr˚an MRS [MW] och H_pulver ¨ar det effektiva v¨armev¨ardet f¨or pulver [MJ/kg].

Massandelen bioolja och pulver kan sedan ber¨aknas sedan genom kvoten mellan mass- fl¨odet av respektive br¨ansle och det totala massbr¨anslefl¨odet.

Andel = massa_br

massa_tot [-] (4.3)

D¨ar massa_br [kg/s] ¨ar massfl¨odet av respektive br¨ansle och massa_tot [kg/s] ¨ar det totala br¨anslefl¨odet tillf¨ort till pannan.

Med massandelarna br¨ansle ber¨aknade, kan sedan viktning av r¨okgaserna ske f¨or att ber¨akna r¨okgassammans¨attningen f¨or r˚adanade massandelsf¨orh˚allande.

g_tsviktad = andel_pulver· g_tspulver + andel_olja· g_tsolja [kg torrt br¨ansle/s] (4.4) D¨ar andel_pulver ¨ar massandelen pulver per kg tillf¨ort br¨ansle [-], g_tspulver ¨ar totala torra r¨okgas-m¨angden f¨or pulverbr¨anslet [mol/kg torrt br¨ansle], andel_olja ¨ar massandelen olja per kg tillf¨ort br¨ansle [-] och g_tspulver ¨ar totala torra r¨okgasm¨angden f¨or oljebr¨anslet [mol/kg torrt br¨ansle].

Vid ber¨akning av f¨orlustfaktorerna f¨or panna 12 kr¨avs ¨aven en viktad n¨amnare ber¨ak- nas N a_viktad. Detta eftersom de tv˚a br¨anslena skiljer sig i fukthalt och v¨armev¨arde.

N a_viktad=X

[andel_br·((H_br− F_br

1 − F_br·r)+l_ttorrbrC_{pluf t}(T_{luf t}−T_ref))]

[MJ] (4.5) D¨ar H_br ¨ar specifika br¨anslets v¨armev¨arde [MJ/kg], F_br ¨ar br¨anslets fukthalt [-] och l_ttorrbr ¨ar br¨anslets teoretiska torra luftbehov [mol/kg torrt br¨ansle]

Den framtagna metoden f¨or panna 12 beskrivs som en lathund i bilaga F. I bilaga D kan de parametrarna fr˚an MRS som anv¨ands vid ber¨akning av pannverkningsgrad med den nya metoden f¨or panna 12.

4.2.5 M¨ atutrustning

F¨or ber¨akning av en trov¨ardig pannverkningsgrad kr¨avs det att respektive m¨atutrus- tning ¨ar placerad p˚a r¨att st¨alle f¨or m¨atning. D¨arf¨or utf¨ordes en inspektion av instru- menteten den 2:a mars 2021. D¨ar kunde m¨atningen av r¨okgastemperaturen finnas i r¨okgaskanalen cirka 10 - 15 m efter pannornas utlopp. Placeringen av m¨ataren ses i figur 4.3, och ¨ar placerad i fl¨aktrummet efter pannan. CO m¨atningen skedde utomhus i r¨okgaskanalerna innan kanalen g˚ar ut i skorstenen.

Figur 4.3: M¨atpunkt f¨or temperaturm¨atning av r¨okgaserna. Bilden ¨ar tagen p˚a panna 12:s temperaturm¨atare. Placeringen av temperaturm¨atnig f¨or panna 11 och 13

¨ar p˚a samma st¨alle i respektive r¨okgaskanal. Pannan ¨ar placerad cirka 7 m bakom tegelv¨aggen som syns i bild.

F¨or panna 11 tas askprover fr˚an en container i botten av elfiltret placerad utomhus innan skorstenen. Panna 13 saknar d¨aremot elfilter och s˚aledes ¨aven m¨ojligheten att

ta prov p˚a flygaskan. D˚a dessa pannor ¨ar mycket lika i konstruktion och effekt trots olika tillverkare, bed¨omdes askanalyserna fr˚an panna 11 ¨aven vara applicerarbara f¨or panna 13. I bilaga D ˚aterfinns den indata fr˚an MRS som anv¨ands vid ber¨akning av pannverkningsgrad med den nya metoden f¨or panna 11 och 13.

4.3 Validering av ny metod

F¨or att s¨akerst¨alla och validera den nya metoden f¨or ber¨akning av pannverkningsgrad togs en modell fram i MATLAB f¨or validering av metoden. Ber¨akningarna gjordes p˚a tidigare m¨atdata given av E.on, samt data fr˚an de tv˚a tidigare proverna p˚a panna 12 (13 - 14:e april 2021) och 13 (30:e november - 1:a december 2020). resultatet fr˚an valideringen j¨amf¨ordes sedan med dagens metoder och presenteras i kapitel 5.

4.3.1 MATLAB modell

Med driftdata given av E.on mellan perioderna 1:a januari 2017 till 13:e maj 2019 kunde en modell byggas upp f¨or ber¨akning av pannverkningsgrden med timmedeldata f¨or den nya metoden. MATLAB-modellen unders¨okte ¨aven k¨ansligheten i respektive parameter i en k¨anslighetsanalys. Slutgiltligen testades modellen f¨or minutmedeldata given fr˚an proven p˚a panna 12 den 13 - 14:e april 2021, och panna 13 den 30:e november - 1:a december 2020. Detta f¨or att se hur metoden p˚averkades av kortare samplingsti- der. F¨or panna 13 anv¨andes endast testet den 30:e november - 1:a december 2020 f¨or validering. Detta d˚a denna panna ¨ar en reservpanna med korta drifttider. Driftiden var ofta endast ett par timmar ˚at g˚angen, vilket ledde till d˚alig data vid sampling av timmedeldata.

4.3.2 Avgr¨ ansningar i valideringsmodell

Fukt i f¨orbr¨aningsluft

Fukten i f¨orbr¨aningsluften ber¨aknas med hj¨alp av luftens partialtryck. Detta ¨ar n˚agot som tas ur ett molierdiagram. Diagrammet l¨ases av beroende p˚a f¨orbr¨aningsluftens re- lativa luftfuktighet samt temperatur som sedan med hj¨alp av ett diagram kan best¨amma luftens partialtryck. Detta ¨ar relativt enkelt att g¨ora med en datapunkt. Men d˚a form- lerna f¨or ber¨akning av partialtryck ¨ar mycket komplicerade och sv˚ara att implementera f¨or kontinuerlig ber¨akning antas fukten i luften vara 0 vid valideringen. Detta d˚a fukt- halten i luften ¨ar liten i normala fall och har endast en liten p˚averkan p˚a resultatet.

S˚aledes sattes P a till 101, 3 kPa i ekvationerna 3.8 och 3.10.

Datahantering

Den uppbyggda modellen laddade in data fr˚an ett EXCEL-dokument taget ur MRS- datorn placerad i S¨abyverkets kontrollrum. D˚a en del data fr˚an tidigare loggade v¨arden

antingen saknades eller var missvisande, utf¨ordes en utrensning av felaktig data s˚a att resultatet var presentabelt i en graf. Nedanst˚aende rubriker ¨ar f¨orklaringar och motiveringar av vilken data som valts att uteslutas fr˚an valideringen.

Verkningsgrad

En maximal pannverkningsgrad sattes f¨or dagens metods ber¨akning av pannverknings- grad p˚a 110 %. Detta d˚a vissa v¨arden saknades eller var felm¨atta lett till loggade verk- ningsgrader ¨over 10 000 %. Valet av en maximal pannverkningsgrad p˚a 110 % sattes efter att ha analyserat grafen och ansett att det var den gr¨ans innan m¨atdatan ans˚ags vara f¨or op˚alitlig. Samtidigt som det gav en repesentabel bild ¨over dagens metods k¨anslighet och felber¨akningar.

M¨atbrus och negativa v¨arden

Fysiska gr¨anser sattes ¨aven p˚a m¨atdata under 0,05. Detta d˚a m¨atbrus fr˚an datalogg- ningen orsakade en instabilitet vid ber¨akning med v¨arden n¨ara 0. Dessa v¨arden sattes till 0 f¨or att undvika eventuell instabiltet vid division med v¨arden n¨ara 0. Valet av att s¨atta gr¨ansen vid 0,05 var enbart d˚a inga accepterade v¨arden bed¨omdes vara l¨agre.

S¨atta dessa v¨arden till 0 f¨orenklade ¨aven ber¨akningsprocessen d˚a dessa v¨arden kunde exkluderas fr˚an ber¨akningarna om division med 0 skulle ske.

Driftstatus

Pannan loggar en digital driftstatus d¨ar 1 betyder att pannan ¨ar ig˚ang medan 0 betyder att pannan st˚ar still. N¨ar pannan inte k¨ord uppstod det mycket m¨atbrus i datalogg- ningen fr˚an levererad- och tillf¨ord effekt. F¨or att ta bort detta brus sattes levererad effekt till 0 W d˚a pannans driftstatus var 0. Tillf¨ord effekt sattes vid samma driftstatus till 0, 1 f¨or att undvika division med 0. Ber¨akning av pannverkningsgrden enligt den nya metoden ber¨aknades endast n¨ar respektive panna:s driftstatus var nollskild.

R¨okgastemperatur

R¨okgastemperaturens maxv¨arde i modellen sattes till 250 ^◦C. V¨ardet var satt s˚a att eventuella felaktiga v¨arden orsakade av m¨atfel inte skulle f˚a f¨or stor inverkan p˚a resul- tatet. Panna 11 och 12 har d¨aremot haft h¨ogra r¨okgastemperaturer d¨ar vissa timme- delv¨arden ¨overstigit 190 ^◦C under perioden. Valet av 250 ^◦C var en godtyckligt satt gr¨ans som aldrig ¨overskreds i ber¨akningarna.