Instuderingsfrågor Lösningar 2005

Transkript

1 Instuderingsfrågor Lösningar ÅNGPANNOR WESTER 1. Ange fem krav som styr en eldstads utformning, eller alt. Varför är det viktigt att eldstaden är tillräckligt stor? - Ge utrymme för bränslets slutförbränning - De olika brännarna inte stör varandra eller ger stora slaggpåslag vid väggarna - Vid askrika bränslen måste rökgaserna hinna kylas under askans smältpunkt för att minska kladdiga beläggningar. - Kyla rökgasen till en temperaturnivå som är lämplig för ångans överhettning. - Ge plats åt tillräcklig vattenförsörjning så risken för panntubshaverier minskar. 2. Varför bör man ej elda askrika fasta bränslen i panna med fast rost? Det finns stor risk att askan sintrar ihop och bildar stora kakor som kan blockera delar av rosten och orsaka problem vid utmatningen m.m. Vid fast rost är det bara rostens lutning och möjligtvis bränsleinmatningen som transporterar bränslebädden genom pannan. 3. Varför bör man ha murade eldstäder för bränslen med hög fukthalt? Man bör ha murade eldstäder för bränslen med hög fukthalt för att underlätta torkningen. Dessa murade väggar reflekterar värme från förbränningen till rostens början. 4. Blir kokytorna större eller mindre med ökande panntryck? De blir mindre se sidan Vad är en dom, vilka funktioner har en dom, var är den placerad? Domen är en del i ångpannor som har till uppgift att vara ett balanskärl för kokningen i ångtuberna. Ånga och vätska ska här separeras innan ångan tas till överhettare. Domen är placerad högst upp i pannan. Se figur 3.15 s Vad innebär en pannas cirkulationstal, vad är lämpligt intervall för cirkulationstal? Eftersom kokytorna (eldstadsväggarna) hör till de högst värmebelastade ytorna i pannan är kylning av dessa också mycket viktig. Genom den kokning son sker där blir också kylningen effektiv genom att värmeövergångs talet vid kokning är mycket hög. Vid cirkulationssystem är det en liten (mass)andel av den cirkulerande vattnet som kokar, mellan 5 och 30% vilket innebär att 1 kg vatten statistiskt ska cirkulera mellan 20 och 3 gånger innan det blivir helt förångat. Man säger att pannans cirkulationstal är mellan 20 och Vad händer vid sk. burn out, och hur undviker man detta? När hastigheten i en tub blir för låg kan den bildande ångan samlas som en film närmast tubväggen. Ångfilmen blir då som en isolering och tuben förlorar sin kylning med sönderbränning som följd. Detta fenomen kallas burn out. 8. Varför finns det ej några självcirkulerande dompannor med arbetstryck över 170 bar? Då trycket överstiger bar blir densitetsskillnaden mellan vatten i vätske- och gasfas så liten att en tillräcklig cirkulation inte kan säkerställas. Dessa tryck kräver alltså att cirkulationspumpar installeras. 9. Varför är det svårare att uppnå en bra kvalitet på ånga från en dom om panntrycket är högt? En bra kvalitet innebär lite vätska i ångan. Separationen i domen bygger på densitetsskillnad, och denna är mindre vid högre tryck.

2 10. Vad händer om nivån i en dom är för låg eller för hög? Vattennivån i ångdomen får varken bli för hög eller för låg. Vid för hög nivå finns det stor risk för att vatten ska följa med till överhettaren. Problemet med detta är att vattnet innehåller salter som inte är bra för överhettaren samt att vattenmängderna kan leda till temperatutshoker. För låg vattennivå medför risk för att kylningen i tuberna blir otillräcklig pga torkokning. 11. Vilka två typer av överhettare finns det? Var och hur är de placerade? De typer av överhettare som finns är strålnings- och konvektionsöverhettare. Strålningsöverhettare är placerade så att de utsätts för värmestrålningen från flammorna. Konvektionsöverhettare placeras istället så att de värms upp av de heta rökgaserna. 12. Hur säkerställar man att man har önskad temperatur i överhettarna? Dels anpassas placeringen av överhettarna i pannan vid konstruktionstillfället till önskad ångtemperatur och graden av kylning. Huvudsakligen säkerställs önskad temperatur genom att överhettaren i regel delas upp i flera steg med en mellankylning mellan varje steg. Denna kan vara mellankylning av ånga i domen, matarvatteninsprutning eller dy. Var i pannan de olika stegen är placerade är anpassat till erfoderligt värmeutbyte samt önskad ångtemperatur. 13. Beskriv funktionen för en ångkylare I botten på domen ligger två värmeväxlarpaket som kallas ångkylare. Dessa används för att kyla ånga mellan två överhettarsteg. Den kylda ångan blandas sedan med okyld ånga från det första överhettarsteg och därmed kan överhettningstemperaturen regleras. 14. Varför måste man bottenblåsa pannor och domar? Man bottenblåser för att tappa av pannvatten där föroreningar anrikats. Vattnet i pannan är renat men innehåller alltid lite salt. När vattnet förångas stannar saltet kvar i vätskefasen vilket gör att salt halten ökar hela tiden. Därför bottenblåser man för att ta bort och ersätta det salthaltiga vattnet så man håller salt halten under kontroll. 15. Vad är economisernas uppgift, var sitter den på rökgas resp. vattensidan? En ekonomiser är en hjälpyta som tar tillvara avgasvärmen. Matarvattnet värms upp av avgaserna från förbränningen innan det går till pannans ångdom. Rökgaserna å andra sidan passerar först överhettaren, därefter passeras konvektionsdelen och till sist passeras ekonomisern då matarvattnet värms upp innan ångdomen. 16. Varför är gjutjärn att föredra i economisern? Fördelen med att ha gjutjärn i economisern är dess korrosionsbeständighet vid svavelhaltiga bränslen. Vid höga tryck krävs dock ståltuber. 17. Vad är en compoundeconomiser och varför används sådan? En ekonomiser uppbyggd av ståltuber med gjutjärnsflänsar. Se sid 93. Ståltuberna klarar högre tryck och gjutjärnet klarar korrosion bättre än stålet I vilken ordning passerar rökgaserna panntuber, economiser, stålningsöverhettare, konvektionsöverhettare och luftförvärmare? 1. panntuber 2. strålningsöverhettare 3. konvektionsöverhättare 4. ekonomiser 5. luftförvärmare 19. I vilken ordning passerar vattnet (ångan) economiser, överhettare och panntuber? eko panntuber överhettare

3 20. Vad är skillnaderna mellan genomströmningspannor och dompannor Den största skillnaden mellan genomströmningspannor och dompannor är att genomströmningspannor saknar vätskemagasin i form av en ångdom. I dompannorna är det mest vanligt att vattnet cirkulerar genom självcirkulation medan man i genomströmningspannorna har påtvingad genomströmning, och ingen cirkulation Hur skall kondenseringstrycket hållas för att få så bra verkningsgrad som möjligt? Om man kyler kondensorn med fjärrvärme så bör man inte hålla kondenseringstrycket alltför lågt. Då blir värmeutbytet för dåligt. Men om man istället vill ha ett högt alfavärde, alltså hög elproduktion, så skall kondenseringstrycket hållas så lågt som möjligt. Detta för att så mycket effekt som möjligt skall kunna tas ut ur ångan genom turbinen innan den kondenseras. 22. Varför är det fördelaktigt att ha matarvattenförvärmning i flera steg Ångcykelns verkningsgrad förbättras se även Thermal eng kap Nämn minst två funktioner som matarvattenpumpen har? En matarvattenpump har som uppgift att pressa mediet framåt i cirkuleringen och dessutom höja dess tryck till panntrycket plus tryckfallet i rören. 24. Vad är den markanta skillnaden mellan ett vanligt roster och en "kastmatare"? (förutom att man kastar in bränslet i en "kastmatare" 25. I en "kastmatare" med biobränslen finns det vissa nackdelar. Nämn minst en? 26. Beskriv de olika fluidiserande bäddarna med avseende på tryckfall, gashastighet och fluidiseringshastighet. Rita gärna av figur 3-55, sida 141 i avsnittet Ångpannor och beskriv fluidiseringen utifrån denna. 27. Varför är det viktigt att bränslet tillsätts på rätt sätt till en bubblande fluidiserande bädd 28. Hur sker regleringen av en fluidiserad bädd 29. Vilka typer av fluidiserande bäddar finns 1. Stationär bubblande bädd, FB (Fluidiserad Bädd) 2. Cirkulerande bädd, CFB (Cirkulerande Fluidiserad Bädd) 3. Flerstegsbädd, MBC (Multi Bed Combustion) I den stationära fluidiserande bädden har man en bubblande bädd, medan man i den cirkulerande har en cirkulerande bädd (med högre gasflöde, sk. snabb bädd). Den cirkulerande bädden är mer oberoende av bränslets egenskaper eftersom omblandningen blir betydligt bättre, vilket medför bättre förbränning. Flerstegsbädden är egentligen en vidareutveckling av den bubblande bädden, och förbränningen sker här igenom två fluidiserande bäddar. I den första (undre) bädden sker förbränningen vid temperaturen grader medan sekundärförbränningen sker vid den (andra) övre bädden. 30. Man eftersträvar alltid en bra pannverkningsgrad vid drift av en panna. Hur kan man påverka: a. Rökgasförlusten (effektiv kylning) Det viktiga vad gäller minimering av rökgasförlust är att inte ha för stort luftöverskott, samt att man håller kylytorna rena. b. Förbränningsverkningsgraden (minimal oförbränt i aska och rökgaser)) Generellt gäller här att balansera luftöverskottet. Vad gäller fastbränsleeldade pannor så kan man reglera rosterhastigheter och primärluftfördelning. 31. Förklara varför underhåll är av största vikt ur ekonomiskt, miljömässigt och säkerhetsmässigt perspektiv

4 Om det uppstår ett fel i pannan kan man bli tvunget att göra ett oplanerat driftstopp som leder till ett produktionsbortfall som måste kompenseras av andra pannor som kan eldas med andra dyrare bränslen. Dessutom kan det bidra till extra personalkostnader att åtgärda felet vid ett oplanerat driftstopp. För att kunna köra pannan med hög verkningsgrad är det viktigt att pannans värmeöverföringsytor hålls rena från sot och andra beläggningar som leder till försämrad pannverkningsgrad och alltså på lång sikt mer emissioner. Ur ett säkerhetsperspektiv är det viktigt med underhåll för att i tid upptäcka skador på pannan som kan leda till haverier och bränder i pannhallen. 32. Varför tar det ganska lång tid att starta en ångpanna? Man måste värma långsamt för att undvika temperaturspänningar etc. Man måste ju även starta succesivt, dvs. först producera ånga, sedan börja överhetta den och först därefter kan kan börja rulla turbinen. Det är även mycket vatten som ska värmas (dompannor) 33. Hur och varför uppkommer sk. stötkokning Stötkokning kan ske i förångaren och kan uppkomma i överhettade vätskor som, trots att de har temperaturer över mättnadstemperatur vid aktuellt tryck ej ännu kokar.. Detta kan ske om ytorna är släta. Om det, trots allt, skulle uppstå en ångblåsa i dessa vätskor, till följd av en störning, leder detta till en explosionsartad kokning p.g.a. den magasinerade energin i vätskan. 34. Varför ökar värmeövergångstalet med ökande ånghalt vid kokning? Flödet strax intill väggen är vanligtvis laminärt och därför sker värmetransporten genom detta skikt huvudsakligen genom ledning. Då kokning uppträder medför ångblåsorna en värmetransport vinkelrätt mot väggen och ju högre frekvens på dessa, ju högre blir värmeövergångstalet. 35. Beskriv de olika kokförloppen vid flödeskokning. Flödeskokning är kokning i strömmande vätska och kan sägas bestå av följande steg; Först har vi bubbelflöde där små ångbubblor bildas och existerar tillsammans med en stor mängd vätska (aktuellt vid låg ångvolymshalt). Därefter kommer plugflow och slugflow alternerat vilket orsakar pulsationer i flödet (sker vid låg flödeshastighet och måttligt värmeflöde). Sedan har vi ringflöde, vilket innebär att ångfasen är koncentrerad till rörets mittparti medans vätskefasen strömmar längs väggarna. Ångfasen bär även med sig mindre vätskedroppar (aktuell vid höga hastigeheter och höga ångvolymshalter). Slutligen har vi dimmflöde och då är ångfasen jämt spriden i flödet. 36. Vad innebär filmkokning och torrkokning? Om t ex hastigheten av vattnet i panntuberna blir för låg kan den bildade ångan samlas som en film närmast tubväggen. Ångfilmen kommer att tjäna som en isolering och tuben förlorar sin kylning med sönderbränning som följd. Med torrkokning menas nästan samma sak, det finns ingen vätska närmast tubväggen som kan kyla och tuben kan överhettas. 37. Varför är det väsentligt att man får en jämn vätskefördelning mellan olika parallella koktuber? Hur löses detta i pannor med självcirkulation resp. pannor med cirkulationspump? Om flödet blir för litet i panntuberna blir mer vatten till ånga och då kyls panntuberna mindre och risk för att de smälter finns. I självcirkulerande pannor regleras flödet till viss del av sig själv eftersom cirkulationen beror av ånghalten så då får de tuber med högre värmebelastning mer flöde.i ångpannor med tvångscirkulation fördelas vatten mellan tuberna efter hur stort strömningsmotståndet är. Strömningsmotståndet i

5 tuberna ökar med ånghalten. Det betyder att där ånghalten är störst matas minsta vatten in. Detta är alltså inte bra och strömningsmotståndet måste ökas. Detta kan man göra genom att strypa flödet. 38. Hur bestäms driftpunkten för självcirkulation Driftpunkten för självcirkulation uppstår då pdriv = pfrikt, där pfrikt är den sammanlagda tryckförlusten i kretsen från fallrör till stigrör och pdriv är självcirkulationens drivtryck. p driv = g h ( F S ), där h är stigrörets höjd, F är medeldensiteten i fallröret och S är medeldensiteten i stigröret. 39. Vad är relativ ångvolym och hur beror den av trycket? Den relativa ångvolymen uttryckes som förhållamdet mellan ångvolymflödet vid stigrörets utlopp och den cirkulerande ång-vattenblandningens volymflöde på samma ställe. Se figur a sid 835 flik tre för den reltiva ångvolymens beroende av trycket. 40. Varför eftersträvas att hålla fallrören rel. kalla och med minimala strömningsförluster. För att ej få kokning i fallrören (bakåt i systemet). Då upphör densitetsskillnaden mellan stig och fallrör och man får torrkokning i ångtuberna. 41. Vad är ett typiskt förhållande mellan flöde i tuber och ångproduktion i anläggningar med cirkulationspump? Varför är det så stort? Cirkulationstal Anledningen till att förhållandet mellan flödet i tuberna och ångproduktionen är så stort är att allt vatten inte förångas på en gång. 42. Varför går uppstart avsevärt mycket snabbare i en genomströmningspanna än i en dompanna? Mindre mängd vatten att värma 43. Hur fungerar självregrleringen av kylning av ångtuber i självcirkulerande pannor. Självregleringen av kylning av ångtuber i självcirkulerande pannor fungerar enligt följande. Vattnet cirkulerar snabbare då densitetskillnaden på vattnet i ångtuberna ökar (pga den så kallade Bouyancy -kraften). När ånghalten i ångtuberna ökar ökar alltså också densitetskillnaden och därmed hastigheten på den i ångtuben stigande fasen och mer vatten cirkulerar därmed i tuberna. 44. Varför har man mindre tubdiameter, mer tryckfall i genomströmningspannor än i dompannor? Den huvudsakliga anledningen är att man säkerstäler att man får en jämn fördelning av pannvatten på alla tuber. Tryckfallet ökar vid kokning. Har man litet tryckfall i tuberna kommer därför mindre vatten att fylla på i de tuber där det kokar mest Detta skulle leda till torrkokning och för höga temperaturer i tubmaterial. För att skapa detta tryckfall används mindre tuber samt en strypfläns.. (se även 37) 45. Regleringen av en panna är rel. komplicerad. Den innehåller flera olika reglerkretsar. Lista dessa kretsar, vad som regleras, hur det görs och varför! Ångtrycksreglering Avser att hålla ett konstant ångtryck i domen alternativt vid överhettarens utlopp.

6 Förbränningsreglering Varför? Reglera så att förbränningen sker med minsta möjliga förluster Hur? Kvotreglering Bränsleflödet regleras utifrån syrehalten i rökgaserna. Regleringen sker automatiskt genom signaler från en O2-mätare i rökgaskanalen. Överlagring av signal från belastningsregulatorn Lufttillförseln regleras efter ångflödet, lämpligt när det är svårt att göra en noggrann bestämning av bränsleflödet. Ångtrycksreglering i ångpannor med rostereldning Regulatorn styr förbränningsluftflödet istället för bränsleflödet. Vid rostereldning påverkas ångflödet långsamt av en ändring i bränsleinmatningen då det alltid finns mycket glödande bränsle på rosten, däremot reagerar ångflödet snabbt på luftflödet då större tillgång på syre får bränslet att brinna snabbare. Detsamma gäller även fluidpanno, dock kan man bara styra sekundärluften i dessa, eftersom primärluften behövs för att skapa själva fluidiseringen. Vattenståndsreglering Vad regleras? Vattennivån i domen. Varför? Vattennivån i domen måste hållas inom snäva gränser. För hög nivå kan leda till att vatten följer med ångan och anslutna komponenter (överhettare) utsätts för vattenslag. För låg nivå kan störa vattencirkulationen och skada tuberna p.g.a. överhettning, Hur? Vattennivån i domen regleras mha styrning av matarvattenpunmpen Trekomponentreglering Skillnaden mellan ång- och matarvattenflödet är huvudstörstorhet. När någon av dessa ändras griper regulatorn in. Ångtemperaturreglering Vad regleras? Ångtemperaturen i överhettarutloppet.

7 Varför? Hur? Konstant ångtemperatur är viktig för livslängden av överhettaren, turbinen och andra ångförbrukare. Insprutningskylare Insprutningskylaren kyler ångsidan genom tillsats av ångkondensat eller matarvatten Insprutningskylaren reglerar ångtemperaturen mellan primär- och sekundäröverhettaren, Ångtemperaturen efter sekundäröverhettaren är huvudreglerstorhet. Ångkylare Ångkylaren är placerad i ångdomen och kyler den överhettade ångan Ångkylaren reglerar ångtemperaturen mellan primär- och sekundäröverhettaren, som ovan Tryckreglering i eldstaden Vad regleras? Undertrycket i eldstaden. Varför? För att uppnå önskat undertryck i eldstaden. Hur? Dragreglering Dragregulatorn anpassar undertrycket som rökgasfläkten åstadkommer i eldstaden till det tryck med vilket luftfläkten blåser in förbränningsluften så att önskat undertryck uppnås i eldstaden. I större anläggningar styrs varvtalet hos rökgasfläkten eller inställningarna av rökgasfläktens löpskovlar, I mindre anläggningar styrs ofta rökgasspjället. 46. Ångtrycket regleras genom att styra förbränningen. Hur regleras detta i a. Oljeeldad panna (reglerar bränsletillförseln.) b. Biobränsleeldad panna (Vid snabba förlopp regleras ångtrycket primärt med hjälp av förbränningsluftflöderna in i pannan. 47. Vad menas med trekomponentreglering av vattennivå i domen? se Hur mäts salthalten i pannvatten on-line Mha. konduktivimeter - mätare av ledningsförmågan 49. Jonbytare byter antingen kat (Me + )-joner eller an (X - ) joner. Hur fungerar ett sk. blandfilter, och hur regenereras dessa filter? i blandfilter finns både an- och katjunbytare blandade, vilket gör det till ett effektivt jonbytarfilter. Man regenererar filtret genom att först separera an och katjonbytarna genom att dessa har olika densitet. Därefter tvättar man katjunbytaren med syra och anjunbytarna med lut.

8 50. Beskriv kort principen för omvänd osmos. Man pressar vätskan genom ett semipermeabelt membran. Rent vatten går igenom medan salt ej går igenom. 51. Hur får man bort olja ur pannvatten (måttliga mängder) Olja som har hamnat i pannvattnet separeras vanligen mekaniskt med flocculation. Man kan även använda aktivt kol för att adsorbera oljan. FLUIDISERING 1. Beskriv hur porositeten påverkas av flödeshastigheten inom fluidisering Porositeten minskar med ökande flödeshastighet 2. Vad är skillnaden mellan homogen och heterogen fluidisering? 3. Hur kan man öka gaskapaciteten hos fluidbädden? I så kallade expanderade bäddar kan gaskapaciteten ökas genom att gashastigheten också ökas. På så vis följer partiklarna med gasflödet till en högre grad. Partiklarna kan sedan återföras till bädden efter att de skiljts ut från gaserna i en cyklon.