Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

During the past 30 years the fuels for energy production in heating and power plants
have changed. Fossil fuels have decreased in usage whereas bio fuels in Sweden
have increased with 60% since the 1970's. Different fuels affects combustion and the
release of various substances and particles into the flue gas. This is caused by the
diverse components and chemical structures of fossil fuels and bio fuels. When the
flue gas leave the combustion chamber and enters the path to the chimney particles
in the gas are being transported out of the combustion chamber. When particles
encounter surfaces either a reaction between the particles and the materials of the
surface takes place or a new layer builds on top of the surface. These layers of
particles decrease the efficiency of the boiler. In order to remove the particles from
the surfaces through witch heat is being transferred different soot methods are used.
One of the common soot methods is soot blowing, where hot steam is blown through
a nozzle causing the layers to crack and remove from the surfaces.

The purpose of this work was to optimise the soot blower frequency in boiler 5,
Mälarenergi AB, in Västerås, Sweden. Boiler 5 is a CFB-boiler with bio fuel
combustion. Today different soot intervals are used. The interval frequency is of
importance to the growth rate of the layer on the surfaces.

Data from a period of six moths were studied in order to conclude when and where in
the boiler the soot blowers were active and cleaning. The results were analyzed and
compared to measurements of heat transfer through the surfaces. In the supra
heaters the most commonly used interval was intervals of 24 hours, and in
economiser and in the air pre heater intervals of 8 hours was more common.
Calculations and comparisons show that an increase of soot frequency from 24 hour
intervals to 8 hour intervals in the supra heaters is profitable. The results from the
economiser and the air pre heater have not been conclusive since there is lot of
fluctuations in the measurement that affect the results. In order to conclude the
optimal cleaning interval for economiser and air pre heater more studies are
acquired.

Bränsleanvändningen i energiproduktion i Sverige har förändrats sedan 1970-talet,
användningen av biobränslen har ökat med nära 60 % vilket medfört att de traditionella
fossila bränslena såsom olja och kol minskat i användning. Fossila bränslen och biobränslen
skiljer sig åt i uppbyggnad och kemisk sammansättning. Detta medför bland annat att andra
föreningar och partiklar frigörs vid förbränning av fossila bränslen jämfört med förbränning
av biobränslen.
Vid förbränningen frigörs partiklar och ämnen ur bränslet och förs med rökgaserna ut ur
eldstaden, på ytor där kan partiklar och ämnen bilda beläggningar. Beläggningarna bildar ett
lager på ytorna och minskar därmed värmeöverföringen genom ytorna, hur stor minskningen
är beror på beläggningens egenskaper och tjocklek. I pannan finns tubrör genom tubrörens
väggar sker värmeöverföring från de heta rökgaserna utanför till mediet som strömmar inne i
tubrören. Beroende på var i pannan tubrören är placerade är mediet vatten, luft eller ånga.
God värmeöverföring genom väggarna till tubrören är viktigt för att hög verkningsgrad ska
kunna nås. För att rengöra tubrörens ytor då pannan är i drift används olika typer av
sotningsmetoder. För effektiv rengöring är det viktigt att sotningsutrustning och metod är
anpassad till de beläggningar som uppstår på ytorna. Vid förbränning av biobränslen bildas
andra typer av beläggningar än vid förbränning av fossila bränslen. Sotningsmetodens
effektivitet beror på hur väl den är anpassad till de bränslen som används och de beläggningar
som uppstår i pannan. Genom att optimera rengöringen av de ytor där värmeutbyte sker kan
verkningsgraden på pannan bli bättre.
Sotningens intervall är av betydelse för hur mycket beläggningar som hinner bildas på ytorna
mellan rengöringstillfällena. Syftet är att optimera sotningsintervallen för Mälarenergi panna
5 i Västerås. Panna 5 är en biobränsleeldad CFB-panna. Panna 5 togs i drift år 2001 och är
den nyaste pannan på kraftvärmeverket. Sotningssystemet som används i panna 5 är
ångsotning, 32 stycken sotblåsare är placerade ovanför de värmeöverförande ytorna.
Driftdata för en period på 6 månader studeras för att analysera hur värmeöverföringen
påverkas av tiden mellan sotningarna studeras, samt jämföra detta med rengöringseffekten vid
olika sotningsintervall. Tyngdpunkten i arbetet har lagts på att studera när, hur och var
sotningen sker i pannan, vilka sotningsintervall som använts samt förbrukningen av
sotningsånga vid sotningstillfällena, då kunskap om detta behövs för att vidare analys av
påverkan från sotningen och sotningsintervallen på värmeöverföring och effekt i pannans
olika delar ska kunna göras.
I överhettarna har de vanligaste sotningsintervallen varit 24 timmars intervall, både mer och
mindre täta sotningsintervall förekommer. I luftförvärmare och ekonomiser var de vanligaste
sotningsintervallen under perioden 8 timmars intervall. De trender som har kunnat ses är att
täta sotningsintervall medför en ökning av värmeöverföringen i överhettarna, en ökning av
sotningsfrekvensen är lönsam i överhettarna. Resultaten för luftförvärmare och ekonomiser är
inte lika tydliga, under perioden har sotningsintervallen varit tätare och jämförelser med
längre sotningsintervall har varit svåra att genomföra.
För att avgöra hur täta sotningsintervall som kan användas måste en avvägning mellan ökning
i värmeöverföring, kostnad för sotningsånga samt ökningen av påfrestningen för materialet i
tubrören göras. I överhettarna visar analyserna på att en ökad sotningsfrekvens är lönsam, den ökade kostnaden för sotningsånga är betydligt lägre än den möjliga vinst som kan fås vid
tätare sotningsintervall.
Slutsatsen är att det är lönsamt med ett tätare sotningsintervall i överhettarna såvida det inte
leder till ökat slitage av ytorna i pannan. I och med att effektuttaget och värmeöverföringen
kan hållas på en högre nivå under en längre tidsperiod.
Som förslag på fortsättning föreslås följande: