Utvärdering av drift och miljö med hjälp av kamerabaserad flamfrontsstyrning i rosterpannor. Vattenfall Research and Development AB

Transkript

1 Utvärdering av drift och miljö med hjälp av kamerabaserad flamfrontsstyrning i rosterpannor Daniel Nordgren Åse Myringer Monika Bubholz 1

2 Projektets referensgrupp Elisabet Blom Harald Svensson Tobias Söderlund Mats Åbjörnsson Kristian Möller Paulsen ÅF Fortum Skellefteå Kraft E.ON DONG Energy 2

3 Mål / Nyttan av projektet Övergripande mål 1. Kvantifiera hur mycket flamfrontsstyrning/stabil flamfront påverkar olika processparametrar 2. Indikera storleken av förändringar i anläggningens bränsleflexibilitet m.a.p. fukt 3

4 Energibesparingspotential/ekonomisk nytta Ökad bränsleflexibilitet (fukt) Minskade utsläpp Förbättrad askkvalitet 4

5 Exempel på eventuell praktisk tillämpning En bränsletillförsel som varierar kraftigt i både fukthalt och kg/s ger upphov till svängningar i processen, vilket ofta syns på flamfrontens position Ett system som hela tiden ligger och parerar flamfrontens förflyttning, utan att direkt påverka lufttillförseln, har potential att ge en jämnare förbränningsprocess 5

6 Nyhetsvärde Utvärdera effekterna av att parera flamfrontsförlyttningar med hjälp mekanisk förflyttning av bränslebädden Pareringen åstadkoms med ökade/minskade rostoch pusherrörelser Tyngdpunkten ligger på föreslagen reglerstrategi kameraplacering och 6

7 Fullskaletester och försöksupplägg (1) Fullskaleförsök genom fördes i E.ON Värmes biobränsleeldade anläggning Hammargården i Kungsbacka KMW-ugn på 12 MW Rostyta på 8x3 m 2 med 8 individuellt styrbara roststeg 5 ~lika stora luftzoner täcker upp hela rosten Designad för fukthaltsspann: 35 60% 7

8 Tvärsnitt av ugnen med kamarapositioner utmarkerade 45 -kamera och 22 -kamera 70 -kamera 8

9 Fullskaletester och försöksupplägg (2) Fuktiga (~40% TS) och torra (~60% TS) bränslepulser på ca 10m 3 introducerades som störningar på rosten När förflyttning av flamfronten observerats ändrades hastighet på rost- och bränsleinmatningssystemet Fuktiga pulser: systemet matas fram saktare Torra pulser: systemet matas fram snabbare Primärluften lämnas oförändrad 9

10 Blockschema huvudreglering Endast bränsleinmatningen styrdes semi-manuellt under testerna - + Lastregulator u 2 = primärluftsflöde Process y 1 = domtryck u 1 = bränsleinmatning + - O2-regulator y 2 = O 2 -halt u 3 = sekundärluftsflöde 10

11 Resultat och slutsatser (1) Resultatet baseras på ett fåtal tester, och en försiktighet i dess tolkning bör därför göras Askkvalitet förbättrades vid parering av fuktiga pulser Parering av torra pulser förhindrar oönskade bränder nära bränsleinmatningsväggen 11

12 Resultat och slutsatser (2) När flamfronten visar tendens att flytta på sig är en snabb respons viktig för att kunna parera den på bra sätt Information om flamfrontens position bör kompletteras med t.ex. temperatur och styrsignal till primärluftsflöde vid denna typ av reglering 12

13 Resultat och slutsatser (3) Mekanisk parering av flamfronten ger endast marginella fördelar jämfört med om pannans eget reglersystem tar hand om störningen Inga entydiga förbättringar på NOx och CO kunde ses Ökning av bränsleflexibiliteten anses vara försumbar 13

14 Jämförelse av instabila bränslepulsers miljövärden i förhållande till normal drift Medelvärde för torra bränslepulser Dygnsmedelvärde för mätvecka 1 och 2 Medelvärde för fuktiga bränslepulser Medelvärde för april och maj NOx [mg/mj] CO [mg/mj] NOx vid 6 % O2 (medelvärde) CO vid 6 % O2 (medelvärde) 14

15 Utvecklingsmöjligheter Alternativa detektionsprinciper bedöms som intressant, t.ex. kombinationen av temperaturoch kamerainformation Mekanisk reglering kan eventuellt kompletteras med styrning av primärluften 15