LKAB:s värmesystem i Kiruna

Transkript

1 LKAB:s värmesystem i Kiruna Nulägesbeskrivning & framtidsvisioner Stefan Lahti Civilingenjörsprogrammet i energiteknik vid Umeå universitets tekniska högskola. (löpnr. som tilldelas)

2 Sammanfattning Luossavaara Kirunavaara AB (LKAB) i Kiruna använder spillvärme från produktionen av pellets till uppvärmning av byggnader, gruvventilation samt försäljning till Tekniska Verken AB (TVAB). De två avgaspannorna som tar till vara på värmen från pelletsugnens rökgaser klarar av att maximalt leverera ca 16 respektive 1MW värme till LKAB: s fjärrvärmenät. Som spets och reservkraft har LKAB 7 stycken oljepannor på totalt 5MW fördelade i tre stycken panncentraler. Syftet med detta arbete är att LKAB ska få en bättre överblick över sitt värmesystem, dvs. var värmen produceras och används samt var systemet har sina begränsningar. Detta för att kunna förutse framtida problem när nya anläggningar byggs och för att kommande överskottsvärme ska kunna användas på ett effektivt sätt samt att den egna uppvärmningen ska tryggas även för tillkommande förbrukare. Den sammanlagda maximala spillvärmen är tillräcklig för att tillgodose LKAB: s behov ner till en utomhustemperatur på ca -17ºC. Men pga. att mängden värme som kan transporteras till panncentral PC5 begränsas av distributionssystemets kapacitet, måste det dock spetseldas i PC5 med olja redan vid en utomhustemperatur på ca -ºC. Med ett nytt kulsinterverk 4 (KK4) kommer mängden användbar spillvärme att öka med ca -5MW vilket medför att det kommer att kunnas säljas betydligt mycket mer värme till TVAB. I nulägets säljs det maximalt ca 1MW. Med den framtida spillvärmetillskottet från avgaspanna 4 skulle det gå att sälja 1MW vid en utomhustemperatur på ca -5ºC. För att det ska gå att transportera ner mer värmen från avgaspannorna till PC5 för försäljning krävs det att nya ledningar anläggs mellan avgaspannorna och PC5.

3 Abstract Luossavaara Kirunavaara AB (LKAB) in Kiruna uses the remaining heat from the production of pellets to warm the buildings, mine ventilation and selling heat to Tekniska Verken AB (TVAB). Two exhaust boilers that are reusing the heat from the pellets oven can maximum deliver about 16 and 1MW to heat the system. LKAB have seven oil boilers that together have a power at 5MW and these oil boilers are spread out in three boiler rooms. The purpose whit this degree project is to give LKAB a better overview over the heat system where the heat is produced/used, how much produces/uses depending on the outside temperature and the systems limits. With this knowledge it is easier to foresee the problems that can occur when new constructions are made, and it is easier for LKAB to in an efficient way use the future surplus of heat and to secure its own heating even if new consumers construct. Today the excess heat is enough to supplies LKABs need of heat down to an outdoor temperature of 17 degrees below zero. Because of the finites quantity of heat that can be moved from the exhaust boiler to boiler room PC5, the oil boilers starts in PC5 even for outdoors temperatures at degrees below zero. With a new pellets facility 4 (KK4) the quantity of useful remaining heat will become enlarged with about to 5MW. Due to this increase LKAB can sell more heat to TVAB than before. Today LKAB sells approximately 1MW. With the future remaining heat it might be possible for LKAB to sell about 1 MW when it is 5 degrees below zero, if LKAB install some new district heating pipes between PC 5 and the exhaust boilers. 3

4 SAMMANFATTNING... ABSTRACT...3 INLEDNING...6 Bakgrund... 6 Syfte... 6 Mål... 6 Förutsättningar... 7 Begränsningar... 7 Värmesystemets uppbyggnad... 7 Panncentraler...9 Gruvventilation...9 Begränsningar i systemet...9 Avgaspannorna...1 Avgaspannorna...1 Metod...11 TEORI...13 Värmeöverföringsteori...13 Tryckförluster...14 Pumpar...16 R värdet...16 RESULTAT...17 Ledningarna mellan avgaspannorna och PC Ledningarna mellan avgaspannorna och KK17... Värmeproducenter...4 Avgaspanna (AP)...4 Avgaspanna 3 (AP3)...7 Avgaspanna 3 (AP3)...7 Värmeproduktion från oljepannorna...31 Totala värmeproduktionen...3 Värmekonsumenter...35 Värmekonsumenter...35 NIO...35 KV/Däckia...35 KV1/ Kända NIO

5 Förluster och okänt värmebehov...39 SAK-området...41 Sovringen...41 Finkrossen...41 Anriktningen...4 KK...4 Gruvventilation 51/ Det totala värmebehovet för SAK-området...43 Totala konsumtionen...44 Reserv- och spetskraft...46 Framtida Processförändringar...48 Framtida producenter...48 Effektivisering av avgaspanna Kulsinterverk 4 (KK4)...5 Framtida konsumenter...51 Gruvventilation KV Ny lastnings- och lossningsstation...54 Ny lastnings- och lossningsstation...54 Framtida mängd spillvärme...55 Ny ledning mellan avgaspannorna och PC Framtida värmeförbrukare...59 KV5...6 KK4...6 Ny lastnings- och lossningsstation...6 SLUTSATS...61 REFERENSER...6 BILAGOR...63 Bilaga 1: Pumpkurvor...63 Bilaga : Värden för effektuttaget ur av oljepannorna...65 Sovringen...68 Finkrossen...69 Anriktningen...7 KK...71 Gruvventilation 51/

6 Inledning Bakgrund LKAB är en internationell högteknologisk mineralkoncern som har två stora järnmalmsgruvor i Kiruna och i Malmberget och två hamnar i Narvik och i Luleå. LKAB utvinner järnmalmsmineralerna hematit och magnetit. Järnmalmen förädlas till Fines eller pellets innan försäljning. Ca 7 procent av LKAB: s malmförsäljning består av pellets (kulsinter). Pellets är ca 1mm stora malmkulor med hög järnhalt och jämn kvalitet, Fines är finmalen malm. I Kiruna bränns pelletsen i en stor roterande ugn som kallas kiln, temperaturen i kilnen är ca ºC. Kilnen kan antingen värmas med olja eller kol. Rökgaserna från kilnen går till en avgaspanna där rökgaserna kyls ner innan de kan filtreras, renas och släpps ut genom skorstenen, [1]. LKAB i Kiruna är självförsörjande vad det gäller uppvärmning av byggnader och gruvventilationsluften. Största delen av värmebehovet täcks med spillvärme från de två avgaspannor som är anslutna till varsitt kullsinterverk. Utöver spillvärmen finns det el- och oljepannor som spets- och reservkapacitet. LKAB: s fjärrvärmenät är sammankopplat med Kiruna kommuns fjärrvärmenät vilket möjliggör både försäljning och köp av värme. Ökande krav på miljöhänsyn och effektivt utnyttjade av energi samt krav på kostnadseffektivitet gör att det är viktigt att ha bra kontroll över värmesystemet och planer och beredskap vid förändringar. Syfte Syftet med arbetet är att LKAB i Kiruna ska få en bättre överblick över sitt värmesystem, dvs. var värmen produceras och används. LKAB i Kiruna vill även kartlägga systemets begränsningar, för att kunna förutse framtida problem som kan uppstå vid tillkommande konsumerande byggnader och gruvventilationer, samt problem vid levererande av värme från framtida värmeproducerande enheter. Mål - Nulägesbeskrivning och modell över värmesystemet på LKAB i Kiruna. Ta fram en karta över fjärrvärmenätet, pannanläggningar och användare m.m. Modellen ska visa värmebehov och behovsfördelning vid olika utomhustemperaturer. - Utifrån nulägesbeskrivningen undersöka vilka konsekvenser möjliga framtida processförändringar har på värmesystemet. Visa hur värmebalansen kommer att se ut vid ett eller flera tänkta framtidsperspektiv. - Ge förslag på hur eventuell ökad mängd spillvärme kan användas optimalt, exempelvis ökad försäljning till Tekniska Verken i Kiruna, värmelagring eller elproduktion. 6

7 Förutsättningar Mätvärden som har använts kommer från värmesystemets styrsystem, värdena samlas och presenteras i programmet Aspen Process Explorer. De mätare som inte är kopplade till Aspen-Explorer har avlästs manuellt från befintliga flödes- och värmemängdsmätare. Begränsningar En av modellens begränsningar är att de mätvärden som har avlästs manuellt och används till modellen är framtagna under en kortare period från första september 5 till 1 november 5. Mätvärden som täcker upp hela årets variation i utomhustemperatur har ej kunnat samlas eftersom att de insamlade värdena gäller för dygnsmedel utomhustemperaturer mellan ca 13ºC och -1ºC. Värmesystemets uppbyggnad Värmesystemet består av tre stycken panncentraler, två avgaspannor och olika förbrukare på NIO (Nya Industri Området), SAK (Sovring, Anrikning och Kulsinter) och 61 områdena. NIO försörjs med värme av panncentral PC5 antingen genom PC5s fjärrvärmeväxlare eller av dess oljepannor. PC5s fjärrvärmeväxlare är sammankopplad med avgasspannorna med en 18m lång fram och retur ledning, []. SAK området försörjs med värme från panncentral KK17s fjärrvärmeväxlare eller dess oljepannor. KK17s fjärrvärmeväxlare är sammankopplad med avgasspannorna med en fram och retur ledning som är ca m lång, [3]. Mellan panncentral KK17 och Panncentral 61 så finns det en ca 35 lång fram och retur ledning för att det ska gå att skicka värme från KK17 till panncentral 61, [4]. Ledningarna mellan avgaspannorna och panncentralerna PC5 och KK17 är av dimensionen DN5: vilket även är fallet med ledningen mellan KK17 och panncentral 61. Från 61 går det i sin tur en fram och returledning till gruvventilationsstationerna 61, KV33/36 och KV4/44 ledningen går från 61 till en delningsstation den sträckan är 63m, sträckan mellan delningsstationen och KV33/36 är 476m och sträckan mellan delningsstationen och KV4/44 är m dessa ledningar har en dimension på DN, [5]. Samtliga av ovanstående ledningar klarar ett tryck på 16 Bar. Värmedistributionssystemet på LKAB i Kiruna är uppdelat i ett flertal olika fjärrvärmekretsar. Det man kan kalla huvudkretsen är förbindelsen mellan AP, AP3, KK17 och PC5. Det är här spillvärmen levereras från avgasspannorna. Fjärrvärmekretsen på NIO levererar värme från PC5 till konsumenterna på NIO området. Försäljningskretsen levererar värme till försäljning till KVAB och gruvventilationerna KV1/1. Det finns en fjärrvärmekrets som levererar värme från KK17 till SAK området och en som levererar värme från KK17 till 61. Från 61 går det en fjärrvärmekrets som levererar värme till gruvventilationerna 61, KV33/36 och KV4/44. 7

8 Värmeförbrukarna på NIO är: Försäljningsvärmeväxlaren som förser Tekniska Verken AB (TVAB) och gruvventilationsstationen KV1/1. Gruvventilationsstationen KV/ och Däckia. VVX 7: Förser Manskapshusen, Laboratoriet och Maskinverkstaden med värme. VVX 1: Förser Truckverkstaden med värme. VVX 11: Förser Förvaltningskontoret med värme. VVX 1: Förser Restaurangen med värme. VVX 13: Förser Läkeriet med värme. VVX : Förser Bussgaraget med värme. VVX 16: Förser Centralförrådet, Borrkärneförrådet och en del av Maskinverkstaden med värme. VVX 18: Förser Panncentral (PC5) och Provberedningsverken med värme. Övriga NIO: är resten av användarna och förlusterna på NIO. Värmeförbrukarna på SAK-området är: KK: KKs värmebehov KF: Finkrossens värmebehov KA: Anriktningens värmebehov KS: Sovringen värmebehov 513: Gruvventilation 51/513s värmebehov Övriga SAK: Är resten av användarna och förlusterna för SAK-området Värmeförbrukarna på 61-området: Gruvventilationsstationerna 61, KV33/36 och KV4/44. Figur 1: Schematisk bild över de olika delarna i LKAB: s fjärrvärmenät 8

9 Panncentraler I Panncentral PC5 finns det en 17MW spillvärmeväxlare som för över spillvärme från fjärrvärmesystemet mellan avgaspannorna och PC5 till NIO. Ifall det inte finns tillräckligt med spillvärme har PC5 två stycken oljepannor en på 8MW samt en på 1MW som används som spetslast och reservkraft. I Panncentral KK17 finns det en MW spillvärmeväxlare som för över spillvärme från avgaspannorna till SAK-området och till panncentral 61. Ifall det inte finns tillräckligt med spillvärme har KK17 två oljepannor på vardera 7MW och en elpanna på 7MW som används som spets och reservkraft. I Panncentral 61 finns det en MW värmeväxlare som för över värme från ledningen som kommer från KK17 till Gruvventilationerna 61, KV33/36 och KV4/44. Ifall värmen från KK17 inte täcker hela behovet har 61 tre stycken oljepannor: två på 5MW och en på 8MW samt en elpanna på 3,6 MW, [6]. Gruvventilation Med gruvventilationsstationerna blåser man ner friskluft i gruvan. Det skulle gå att blåsa ner utomhusluften när den är lägre än ºC, utan temperaturen nere i gruvan sjunker. Problemet med att trycka ner luft som har en lägre temperatur än ºC är att det finns risk för att fukten på schaktväggarna fryser och att de spricker. Isbildning på väggarna i schaktet kan även minska schaktets area och en ispropp kan bildas. Därför värmer man upp luften genom att dra den genom värmeelement innan den blåses ner i schakten. Friskluften värms till ca 1ºC. Gruvventilationen har bara värmebehov när utomhustemperaturen är under 1ºC. Är det problem med avgaspannornas kylare kan värme dumpas ner i gruvan genom gruvventilationen. Begränsningar i systemet En flaskhals i systemet är överföringen av värme mellan avgaspannorna och PC5. Det är några saker som kan vara begränsande, för hur mycket värme som kan överföras. Det som begränsas är vattenflödet genom ledningarna. Flödets kan begränsas av vattnets hastighet eftersom för höga hastigheter orsakar bl.a. buller och ökad korrosion på ledningarna. Systemets maximala tryck får inte överstiga vad ledningarna är tillverkade för att klara. Systempumparnas kapacitet kan också vara en begränsning. 9

10 Avgaspannorna Avgaspannorna kyler avgaserna från pelletsugnen kilnen i vilken förbränning av kol eller olja bränner pelletsen. Avgaspanna 3 (AP3) är uppdelade i två sektioner för att det inte ska bli någon driftsstörning i kulsinterverket ifall ena pannsektionen går sönder t.ex. om ett tubbrott skulle ske. I sådana fall körs avgaserna igenom den andra pannsektionen, [7]. Avgaspannorna har två typer värmeväxlare för att kyla ner avgaspannas interna vattensystem, fjärrvärmeväxlaren värmer upp fjärrvärmevattnet med värmen från pannan och kylvärmeväxlaren kyler ner pannan när det inte finns något värmebehov. I kylvärmeväxlaren pumpas kallvatten som värms upp för att sedan spolas ut på dammen. Avgasspanna (AP) är dimensionerad för 17 MW men den ger ut ca 16 MW vid full produktion. AP3 är dimensionerad för 8 MW men den ger ut ca 1 MW vid full produktion. Det som först och främst styr mängden värme som tas ut ur avgaspannorna genom fjärrvärmeväxlaren är, hur hög produktionen i kulsinterverken är och hur stort värmebehovet är. Figur Schematiskbi ld över hur AP och AP3 samkörs Tidigare var det separata system mellan AP, PC5 och AP3, KK17. Detta medförde att det kunde vara ett underskott på värme i värmecentral KK17 samtidigt som man hade ett överskott på värme i värmecentral PC5. Vilket medförde att man eldade olja i KK17 samtidigt som man sålde värme till Tekniska Verken AB från PC5. Nu är de två olika system sammanlänkade som det ser ut i figur ovan. Detta medför att det går att styra värmen dit den behövs på ett effektivt sätt. Om t.ex. Kulsinterverk (KK) stannar kommer ingen värme från avgaspanna (AP). Då tar man om möjligt ut mer värme från avgaspanna 3 (AP3) och tvärtom. Detta medför att vid en och samma utomhustemperatur kan det tas ut olika stor värmemängd från avgaspannorna. På ett år är det ca 5-7 kortare eller längre stopp i båda 1

11 kulsinterverken, [8]. Hur mycket värme som säljs till Tekniska Verken AB påverkar också hur mycket som tas ut ur avgaspannorna. Utöver detta har även storleken och riktningen på vinden betydelse för hur stort behov av värme som finns. För att försöka få en bra modell över avgaspannornas värmemängd beroende på utomhustemperaturen så har avvikande värden som troligtvis beror på bl.a. korta eller långa stopp tagits bort. Metod För att få en uppfattning över hur värmesystemet är uppbyggt, har jag studerat ritningar över värmesystemets olika områden och fjärrvärmeledningarna. Värdena som har använts till att göra modellen och nulägesbeskrivningen av värmesystemet kommer från: databehandlingssystemet Aspen Explorer, egna avläsningar av befintliga flödes- och värmemängds mätare samt tidigare insamlade mätvärden. Mätvärdena som kommer från Aspen-Explorer är dygnsmedelvärden under ett års period från till 5-9-1, för mätvärden från försäljningsväxlaren och gruvventilationsstationen KV1/1 är mätvärdena från perioden till eftersom aktuella givare inte var kopplade till systemet tidigare. Utomhustemperaturen är dygnsmedeltemperaturen från en givare placerad vid panncentral PC5. Jag har tagit fram linjära samband mellan vattenflödet och utomhustemperaturen, samt effektbehov/effektproduktionen och utomhustemperaturen. I vissa av mätserierna har mätpunkterna delats upp i två grupper för att tydligare kunna beskriva beroendet med utomhustemperaturen t.ex. när avgaspanna har sin maximala uttagbara effekt ökar inte effekten något mer även om utomhustemperaturen sjunker därför har mätvärdena delats upp i en grupp av mätvärdena framtill att det maximala effektuttaget och en grupp efter. Värmeförbrukarna på SAK-området flödes- och värmemängdsmätare är inte kopplade till något system vilket medför att dessa mätare måste läsas av på plats. Avläsningen har gjorts med ca 1-3 dagars intervall. Vid avläsningstillfällen har även tidpunkten skrivits upp för att momentana vattenflödet och effektmedelvärdet mellan två mätningar ska kunna räknas ut. I Aspen-Explorer har medeltemperaturen tagits fram för de specifika mätperioderna för att kunna ta fram ett linjärt samband mellan vattenflöde och utomhustemperaturen samt effektbehov/effektproduktionen och utomhustemperaturen. Mätdata för KV/, KV1/1 och försäljningsväxlaren har Aspen-Explorer använts för att ta fram mätdata. Mätdata till övriga värmeförbrukarna på NIO kommer från ett tidigare examensarbete. Dessa mätvärden är upplagda i diagram och trendkurvor är framtagna som är månadsvärden på värmemängden samt månadsmedel utomhustemperaturen från Ekvationerna för dessa trendkurvor har använts till att beskriva värmebehovet för delar av NIO [9]. För att få fram det maximala uttaget från avgaspannornas fjärrvärmeväxlare har jag först tittat på hela tidsintervallet till 5-9-1, för att sedan öka upplösningen där en tydlig topperiod är, för att tydligare se vad som är det maximala uttaget från avgaspannorna under åtminstone några timmar. 11

12 Analyserna av värmeproduktion och värmebehovet är gjorda med avseende på värmeeffekten och inte på värmeenergin därför att mätdata som har använts från Aspen-Explorer var värmeeffekter. När tids intervallet har varierat för de manuellt avlästa värdena har ett momentant värmeeffekts värde räknats ut. För att kunna räkna ut tryckförlusterna på ledningarna mellan PC5 och AP, AP3 har avståndet och höjdskillnaden lästs av från ritningar över fjärrvärmeledningar mellan dessa anläggningar. Eftersom avgaspannornas systempumpar är parallellkopplade har jag lagt ihop dess pumpkurvor till en kurva för att kunna se vid vilket flöde som belastningskurvan korsar den sammanlagda kurvan. Systemkurvan består av motståndet i ledningarna och motståndet genom PC5s spillvärmeväxlare beroende på utomhustemperaturen. Motståndet i ledningarna har tagits fram genom att räkna ut tryckfallet beroende på vattenflödet. Motståndet genom PC5s spillvärmeväxlare har tagits fram genom att ta fram tryckfallet över fjärrvärmeväxlaren beroende på vattenflödet med dygnsmedelmätvärden från Aspen-Explorer från till För att se vilka konsekvenser framtida värmeförbrukare och värmeproducenter kommer att ha på värmesystemet har jag tittat på en ny planerad gruvventilationsstation KV och antagit att den nya stationen kommer att ha halva värmebehovet som KV 1/1 har. En annan stor värmeförbrukare är en ny planerad lossnings- och lastningsstation för tågset. Det som enskilt kommer att påverka värmesystemet mest är det planerade bygget av ett nytt kulsinterverk (KK4). Under byggnationen kommer det att behövas värme och när byggnationen är klar kommer det att produceras mycket värme i KK4s avgaspanna som effektivt ska användas. 1

13 Teori Värmeöverföringsteori Det är värmeväxlarna som för över värmen mellan de olika slutna fjärrvärmesystemen och konsumenternas värmesystem. De flesta värmeväxlarna i LKAB: s värmesystem är av typen motsrömsvärmeväxlare. Motströmsvärmeväxlarna fungerar så att flödena möter varandra i värmeväxlaren Där den kalla sidan på primärflödet går ut går den kalla sidan på sekundärflödet in och vars den varma primärsidan går in vars den varma på sekundärsidan går ut. Figur 3: Beskriver funktionen hos en motströms värmeväxlare. Effekten som överförs genom värmeväxlaren och värmeeffekter som överförs från en punkt till en annan genom ledningar räknas ut med ekvation (1). Q = mc T p [ MW ] för primärsidan T = T för sekundärsidan T = T Prim,var m Sek,var m T Prim, kall T Sek, kall (1) Enligt värmebalansen gäller Q = Q + Q Tillförd Uttag Förlust Där Q förlust är värmen som avges från värmeväxlaren till omgivningen. 13

14 Förluster och begränsningar i fjärrvärmenätet Tryckförluster Tryckförlusterna i ett fjärrvärmenät beror på motståndet i ledningarna, engångsmotstånd som ventiler samt motståndet i värmeväxlarna. Motstånden i ventiler har inte tagits med då tryckförlusterna har beräknats. Systempumparna måste höja trycket i ledningarna lika mycket som tryckförlusterna motverkar trycket. För att räkna ut flödeshastigheten divideras volymflödet med ledningens tvärsnitsarea ekvation (). V ν = () A Genom att räkna ut Reynoldstal ekvation (3) kan man se om det är laminär eller turbulent strömning i ledningarna. νd Re = (3) υ Friktionskoefficienten för turbulent flöde räknas ut med ekvation (4), [1]. 1 f = (4) 1,11 6,9 ε 1,8 log + D Re 3,7 När man har friktionskoefficienten för ledningarna kan man räkna ut strömningsförlusterna med ekvation (5), [11]. L ρν P f = f (5) D där P f = tryckförlusten pga. friktionmotrörväggen ρ = densiteten kg 3 m L = ledningenslängd flödeshastighet υ = vattnetsviskositet [ m] D = ledningens innerdiameter ε = ledningens ytråhet ν = V = volymsflöde [ m] [ m ] [ m s ] 3 [ m ] s s [ m] [ Pa] 14

15 Mängden värme som kan transporteras från en plats till en annan genom en ledning beror på två saker: Hur stort massflödet är och hur stor temperaturskillnaden är mellan framledningen och returledningen. Massflödet storlek beror på pumparna och ledningarnas kapacitet. Ledningarnas kapacitet begränsas av trycket i ledningen och hastigheten på vattnet. Blir vattenhastigheten för hög bildas buller och mer korrosion på ledningarna. Bernoulisekvation ekvation (6) används när trycket ska räknas ut på olika platser i en ledning, [1]. P c + ρ + ρgh = Konstant (6) c1 c P1 + ρ + ρgh1 = P + ρ + ρgh P = statiskttryck ρ = densitet c = strömningshastighet h = höjd överutvald horisontalhöjd P f = tryckförluster + P f Trycket efter avgaspannorna fjärrvärmeväxlare ligger på ca 5bar. För att kunna räkna ut trycket vid PC5s spillvärmeväxlare använder jag mig av bernoulisekvation (6). Bernoulisekvation skrivs om så att tryckskillnaden mellan PC5 jämfört och avgaspannorna som beror på höjdskillnaden som kan räknas ut. P P PC5, AP/ AP3 PC5 Q P = P där P AP, AP3 PC5, AP/ AP3 = P + PC5, AP/ AP3 PC5 AP, AP3 ( ρgh ρgh ) = ρgh P AP, AP3 AP, AP3 ρgh PC5 PC5 = tryckhöjningenvid PC5 (7) (8) (9) När tryckskillnaden mellan AP, AP3 och PC5 samt tryckförlusterna har räknats ut, så kan trycket efter systempumparna och nere vid PC5 beräknas. P P där P P pump, AP, AP3 PC5 = P, AP, AP3 pump, AP, AP3 = P, AP, AP3 pump, AP, AP3 + P + P PC5 f Pf = trycket innan APochAP3s systempumpar = trycket i ledningen från AP och AP3 till PC5 eftersystempumparna (1) (11)

16 Pumpar För pumpar som är parallellkopplade ökar flödet. Den pump som har lägsta tryckhöjden styr hur högt tryck som det parallellkopplade system kan leverera. Tryckhöjden kan inte ökas genom parallellkoppling utan endast genom att serie koppla. När pumpkurvorna för de parallellkopplade pumparna har lagts ihop har jag använt mig av ekvation (1). Total = m A+ m B (1) m Figur 4: Visar det totala flödet för parallellkopplade pumpar [13]. R värdet Linjära ekvationer har använts för att beskriva hur värmeeffekterna och volymflödet beror på utomhustemperaturen. R värdet visar hur väl den linjära ekvationen beskriver mätvärdenas linjära beroende. R värdet varierar mellan och 1, ju närmare 1 R värdet är desto bättre passar den linjära ekvationen till mätvärdena. 16

17 Resultat Flöden i systemet Ledningarna mellan avgaspannorna och PC5 För att kunna uppskatta hur stor värmeeffekt som kan överföras genom ledningar från en plats till en annan, så är det två faktorer som styr: massflödet och temperaturdifferensen. För att kunna se till vilken effekt, som ledningen mellan avgaspannorna och PC5 är begränsad, har mätvärden från Aspen Explorer över det tidigare året analyserats för att hitta det maximala volymflödet som systemet mellan avgaspannorna och PC5 klarar. För att förtydliga toppen vars det maximala volymflödet är, har upplösningen ökats till en period på 7 dagar vilket kan ses i figur 5 nedan. I figuren framgår det tydligt att det maximala flödet mellan PC5 och avgaspannorna ligger på ca 33m 3 /h. Figur 5: Visar det maximala volymflödet mellan avgaspannorna och PC5. 17

18 För att kunna räkna ut tryckfallet genom en ledning, behövs ett värde för ytråheten på fjärrvärmeledningarnas innerväggar. Värdet som använts för ytråheten är ett ungefärligt som svenska fjärrvärmebyrån använder: e=, 1 mm, [14]. Tryckförlusterna beroende på strömningshastigheten från AP, AP3 till PC5 och tillbaka kan ses i figur 6 nedan. Tryckförluster beror på strömningshastigheten i kvadrat vilket syns tydligt i figur 6. Tryckförlust [mvp] Tryckförlust i ledningarna från AP,AP3 till PC5 med tryckförlusten över vvx y =,377x +,11693x +,66 R = 1, 4 6 FlVolymflöde [m 3 /h] Tryckförlust till PC5 Poly. (Tryckförlust till PC5) Figur 6: Visar tryckförlusterna i ledningarna mellan avgaspannorna och PC5 beroende på flödet. Det är inte bara i rören som det uppstår tryckförluster, utan även när vattnet ska igenom värmeväxlarna. I figur 7 nedan kan tryckförlusterna beroende på flödet över värmeväxlaren i PC5 ses. Mätvärdena är tagna från Aspen-Explorer och avvikande värden har förkastats. De avvikande värden som jag har förkastat är värden på tryckfallet som inte ökar med flödet genom värmeväxlaren t.ex. om reglerventilen efter PC5s spillvärmeväxlare är Ttryckfall över PC5s värmeväxlare Tryckfall [bar],5,4,3,, PC5 tryckfall Linjär (PC5 tryckfall) y =,9x +,1 R =,7145 Volymflöde [m 3 /h] Figur 7: Visar Tryckförlusterna över PC5s spillvärmeväxlare beroende på volymflödet. 18

19 Strömningshastigheten kan vara en begränsning på hur stort flöde man kan ha i en ledning. Figur 8 nedan visar strömningshastigheten för en ledning med en inre diameter på 5mm. Vid ett volymflöde på ca 35m 3 /h är strömningshastigheten m/s och vid ett flöde på 45m 3 /h är strömningshastigheten ca,5m/s. Om den maximalt rekommenderade strömningshastighet ligger någonstans kring och,5m/s så är inte strömningshastigheten någon begränsning för volymflöden kring 33m 3 /h för systemet mellan avgaspannorna och PC5. Strömningshastigheten Strömningshastighet [m/s] 3,5 3,,5, 1,5 1,,5, Volymflöde [m 3 /h] Figur 8: Visar strömningshastigheten beroende på flödesmängden. I figur 9 nedan kan man se hur högt tryck som bildas i ledningarna efter systempumparna och nere vid PC5 beroende på hur stort flödet är. En intressant sak med figur 9 nedan är att trycket efter pumparna ökar snabbare än trycket nere vid PC5. Detta beror på att tryckökningen efter pumparna ska motverka trycksänkningen genom hela ledningen, både ner till PC5 och tillbacka till avgaspannorna, tryckökningen vid PC5 blir bara hälften jämfört med trycket efter systempumparna eftersom att trycksänkningen pga. ledningsmotståndet sänker trycket på vattnet på väg till PC5. Tryck efter systempumparna och vid PC5 Tryck [bar] Volymflöde [m 3 /h] Tryck efter system pumparna tryck nere vid PC5 Maximalt tryck för ledningarna Figur 9: Visar trycket efter systempumparna och nere vid PC5 beroende på flödet. 19

20 I figur 1 nedan kan man se den sammanlagda pumpkurvan och systemkurvan, där kurvorna bryter varandra ligger driftpunkten. Driftpunkten ligger vid ca 33m 3 /h, för att kunna pumpa ett större flöde mellan avgaspannorna och PC5 måste antingen varvtalet på pumparna höjas eller pumpbladen bytas. Höjd/Tryck [mvp] Pump- och och belastningskurva för systemet AP,AP3 till PC Sammanlagd pumpkurva Tryckfallskurva Volymflöde [m 3 /h] Figur 1: Visar den sammanlagda pumpkurvan för avgaspannornas systempumpar och tryckfallskurvan för ledningen ner till PC5. Figur 11 nedan visar hur delta T över PC5s spillvärmeväxlares primärsida varierar med utomhustemperaturen. Delta T går från ca 5 när det är ca ºC utomhus till ca 55 som högst när det är kallt utomhus. Delta T PC5 Primär sida korrigerade värden 6 5 Delta T 4 3 Delta T Prim PC5 Linjär (Delta T Prim PC5) 1 y = -,6696x + 4,583 R =, Utomhustemperatur Figur 11: Delta T över primär sidan vid PC5 värmeväxlare.

21 Systemets kapacitet att överföra värme till PC5 beroende på utomhustemperaturen plottas i figur 1 nedan. Delta T är kopplad till utomhustemperaturen vilket kan ses i figur 58 ovan. Figur 1 nedan visar även hur mycket värme som skickas i nuläget till PC5 beroende på utomhustemperaturen. Kapacitet för värmeöverföring PC Max effekt till PC5 Idag till PC Figur 1: Visar den maximalt överföringsbara värmeeffekten och värmeeffekten som överförs i dagsläget beroende på utomhustemperaturen. 1

22 Ledningarna mellan avgaspannorna och KK17 Avståndet mellan avgaspannorna och KK17 är cirka m. Det korta lednings avstånd medför att ledningsförlusterna kommer att bli låga och ingen begränsning för överförbar mängd energi mellan avgaspannorna, vilket man kan se i figur 13 nedan skulle pumparna klara av att överföra över 6m 3 /h utan problem. Höjd/Tryck [mvp] Pump- och och belastningskurva för systemet AP,AP3 till KK Volymflöde [m 3 /h] Sammanlagd pumpkurva Tryckfallskurva Figur 13: Visar belastning och pumpkurva för systemet mellan avgaspannorna och KK17. Det är nästan ingen höjdskillnad mellan avgaspannorna och KK17 vilket medför att det inte är någon risk att trycket i ledningarna närmar sig gränsen på 16bar. Det som troligtvis är begränsningen för hur stort flöde som kan pumpas till KK17 är hastigheten på vattnet. I figur 8 kan man se att vid ett flöde på ca 35m 3 /h har vattnet en hastighet på ca m/s och vid ett flöde på 45m 3 /h har vattnet en hastighet på.5m/s. Hur stort delta T är över KK17 fjärrvärmeväxlares primärsida avgör hur stor värmemängd som kan skickas till KK17. I figur 14 nedan kan delta T över KK17 s fjärrvärmeväxlares primärsida ses Delta T KK17 Prim Delta T Utomhustemperaturen [ o C] Figur 14: Visar delta T över KK17s spillvärmeväxlares primärsida.

23 I figur 14 kan man se att delta T ligger maximalt kring ca 5-55 ºC. I figur nedan kan man se hur stor effekt som kan överföras till KK17 beroende på vattnets flödeshastighet för ett delta T på 5 och 55ºC. Vid en strömningshastighet på ca m/s kan det föras över ca 1 respektive ca 3MW om delta T är 5 eller 55. Vid en strömningshastighet på ca,5m/s kan det föras över ca 5 respektive ca 8MW om delta T är 5 eller 55. Detta är vad ledningarna klarar av att föra över mellan avgaspannorna och KK17 oberoende på hur mycket värme som finns tillgängligt. Överföringsbar värmemängd vid olika Delta T 35 Värmemängd [MW] Delta T=5 Delta T=55,6,7,9 1,1 1, 1,4 1,6 1,8 1,9,1,3,4 Flödeshstighet [m/s] Figur : Visar värmeeffekten till KK17 beroende på delta T och strömningshastigheten. Figur 16 nedan visar hus stor mängd värme som kan föras över till antingen PC5 eller KK17 beroende på flöde och delta T över värmecentralernas värmeväxlares sekundärsida. Det maximala flödet till PC5 är ca 33m 3 /h är delta T ca 4 grader över PC5s värmeväxlares sekundärsida kan en effekt på ca 16MW överföras ner till PC5. Figuren gäller för ledningar med dimensionen DN5 som är mellan KK17, PC5 och avgaspannorna. Överföringsbar värmemängd vid olika Delta T 3 Värmemängd [MW] Delta T =1 Delta T= Delta T=3 Delta T=4 Delta T=5 Delta T=55 Flödesmängd [m 3 /h] Figur 16: Visar hur storvärmemängd som kan föras över till PC5 eller KK17 beroende på flödesmängden och delta T. 3

24 Värmeproducenter Avgaspanna (AP) Avgaspanna har en dimensionerad effekt på 17MW. För att se hur mycket LKAB får ut ur avgaspanna s fjärrvärmeväxlare har mätdata från Aspen Explorer över det tidigare året analyserats för att finna en tydlig topp. För att förtydliga toppen har upplösningen ökats till ett tidsintervall på dagar och 16 timmar. Figur 17 nedan ser tydligt att man får maximalt ut ca 16MW och kan få ut det under en längre period. I modellen har 16MW använts som en övre begränsning för AP. Figur 17: Visar maximala effektuttaget efter avgaspanna s fjärrvärmeväxlare. 4

25 I figur 18 nedan kan man se hur värmeeffektuttaget från avgaspanna s fjärrvärmeväxlare beror på dygnsmedel utomhustemperaturen. Man kan här se att det är en ganska kraftig spridning på värdena. Värdena som ligger på noll, är stopp som är längre än ett dygn och avvikande låga värden är troligtvis kortare stopp. Det är stor spridning på värdena när det är varmare än noll gradigt. Detta beror sannolikt på om Tekniska Verken AB vill köpa värme eller inte. I figuren kan man se att högsta dygnsmedelvärdet för uttagen effekt från avgaspannans värmeväxlare ligger kring 16MW. Värmeeffektuttag ur avgaspanna s värmeväxlare Figur 18 Visar uttagen värmeeffekt från avgaspanna s fjärrvärmeväxlare. I figur 19 nedan har jag tagit bort tydligt avvikande värden för att kunna ta fram en trolig trendkurva som beskriver effektuttaget från AP beroende på utomhustemperaturen. När det varit varmgrader har jag tagit bort värden då KVAB inte har köpt någon värme för att få mindre spridning av värdena. Även när AP3 har haft tydligt avvikande värden, har värden för AP tagits bort eftersom AP måste kompensera för AP3s bortfallna effekt. Har valt att dela upp mätvärdena i två grupper för att kunna beskriva effektökningen linjärt beroende på utomhustemperaturen fram tills att effekten slutat öka fast utomhustemperaturen fortsätter att sjunka. R -värdet är ca,7 vilket visar att det linjära sambandet mellan uttagen effekt ur avgaspannans fjärrvärmeväxlare stämmer ganska bra överens med mätvärdena. Värmeeffektuttag ur avgaspanna s värmeväxlare AP AP Linjär (AP ) y = -,873x + 11,683 R =,761 Figur 19 Korrigerade värden för värmemängden från avgaspanna s värmeväxlare. 5

26 Figur nedan visar volymflödet efter avgaspanna s fjärrvärmeväxlare beroende på utomhustemperaturen. Liksom för mätvärdena för värmeeffekten så är det stor spridning bland värdena för volymflödet. Volymsflödet genom avgasspanna s fjärrvärmeväxlares sekundärsida. Volymflöde [m 3 /h] Figur Visar volymflödet genom sekundärsidan på avgaspanna s fjärrvärmeväxlare. Figur 1 nedan visar volymflödet efter avgaspanna s fjärrvärmeväxlare efter att avvikande värden har tagits bort. De dagar som hos värmeeffekten hade avvikande värden och togs bort. Har samma dagar med värden för volymflödet avlägsnats. R -värdet är ca,3 vilket visar att det fortfarande är ganska stor spridning på mätvärdena, vilket kan bero att värmesystemet styr med hjälp av flödet hur mycket effekt som ska tas ut ur avgaspanna s fjärrvärmeväxlare och att framledningstemperaturen följer en fast kurva beroende på utomhustemperaturen Volymsflödet genom avgasspanna s fjärrvärmeväxlares sekundärsida. Volymflöde [m 3 /h] AP Linjär (AP ) y = -1,781x + 39,8 R =,3111 Figur 1 Korrigerade värden för volymflödet genom sekundärsidan på avgaspanna s fjärrvärmevärmeväxlare. 6

27 Avgaspanna 3 (AP3) Avgaspanna 3 har en dimensionerad effekt på 8MW. För att se hur mycket LKAB får ut ur avgaspanna 3s fjärrvärmeväxlare har mätdata från Aspen Explorer över det tidigare året analyserats för att finna en tydlig effekttopp. För att förtydliga toppen har upplösningen ökats till ett tidsintervall på 1 dygn i figur nedan där man tydligt ser att det går att få ut maximalt ca 1MW från avgaspannas 3s fjärrvärmeväxlare under några timmars tid. I modellen har jag använt 1MW som en övre begränsning för AP3. Anledningen till att effektuttaget ur avgasspanna3s fjärrvärmeväxlare inte är lika stabil som för effektuttaget ur avgaspanna s fjärrvärmeväxlare kan bero på att avgaspanna var låst vid topp tillfället samtidigt som avgaspanna 3 styrdes mot förändringarna i värmenätet eller pga. instabil pelletsproduktion. Figur : Visar maximalt uttagbara effekten det senaste året efter avgaspanna 3s fjärrvärmeväxlare. 7

28 Figur 3 nedan kan man se hur värmeeffektuttaget från avgaspanna 3s fjärrvärmeväxlare beror på utomhustemperaturen. Man kan se i figuren att det finns tydligt avvikande värden. De värden som ligger på noll eller är avvikande låga beror troligtvis på längre och kortare stopp i KK3 och vars det är avvikande höga värden kan bero på att det varit stopp i KK och AP3 har fått kompensera för bortfallet av värme från AP. Maximala dygnsmedelvärdet på uttagen effekt från avgaspanna 3s värmeväxlare ligger på drygt MW. 5 Värmeeffektuttag ur avgaspanna 3s värmeväxlare Figur 3: Visar värmeeffektuttaget från avgaspanna 3s fjärrvärmeväxlare. Figur 4 nedan visar värmeeffektuttaget från AP3s värmeväxlare efter att jag tagit bort tydligt avvikande värden. Har även tagit bort värden från de dagar då AP haft tydligt avvikande värden. I de kvarvarande värdena för AP3 urskilde sig två grupper med olika stora förändring av effektuttaget beroende på utomhustemperaturen från mätvärdena. Valde därför att dela upp mätvärdena i två olika grupper för att på ett bättre sätt kunna linjärt beskriva effektuttaget beroende på utomhustemperaturen. Den linjära ekvationen som beskriver den grupp av värden som gäller för utomhustemperaturer lägre än 5ºC har ett R värde på ca,7 vilket är en ganska bra beskrivning av mätvärdena. Den andra gruppen av mätvärden som beskriver mätvärden som gäller för utomhustemperaturer på 5ºC och varmare har ett något sämre R värde på ca,5. Värmeeffektuttag ur avgaspanna 3s värmeväxlare 5 y = -,5144x + 1,33 R =,6844 AP 3 AP 3 1 Linjär (AP 3) Linjär (AP 3) 5 y = -,1651x + 7,8738 R =, Figur 4: Korrigerade värden för värmemängden från avgaspanna 3s värmeväxlare. 8

29 Figur 5 nedan visar volymflödet genom sekundärsidan på avgaspanna 3s fjärrvärmeväxlare beroende på utomhustemperaturen. Liksom för tidigare värmeeffektvärden för avgaspanna 3 så är det stor spridning på mätvärdena med många tydliga avvikande värden. Volymflöde [m 3 /h] Volymsflödet genom avgasspanna 3s fjärrvärmeväxlares sekundärsida Figur 5: Visar volymflödet genom sekundär sidan på avgaspanna3:s fjärrvärmeväxlare. Figur 6 nedan visar volymflödet genom AP3s fjärrvärmeväxlares sekundärsida efter att avvikande värden har tagits bort. Det är samma grupp indelning av värdena för flödet som för effekten. Den linjära ekvationen som beskriver värdena som gäller för en utomhustemperatur under 5ºC har ett R värde på ca,55 vilket är ganska överensstämmande med aktuella mätvärden. Men den linjära ekvationen som beskriver mätvärdena som gäller för utomhustemperaturer på 5ºC och högre har R värde på ca,5 vilket är en mycket osäker anpassning till aktuella mätvärdena. Volymsflödet genom avgaspanna 3s fjärrvärmeväxlares sekundärsida. Volymflöde [m 3 /h] y = -5,417x +,4 R =,548 y = 1,456x + 7,88 R =, AP 3 AP 3 Linjär (AP 3) Linjär (AP 3) Figur 6 korrigerade värden för volymflödet genom sekundärsidan på avgaspanna 3s fjärrvärmeväxlare. 9

30 För att se varför flödet minskar genom sekundärsidan på AP3s fjärrvärmeväxlare när utomhustemperaturen sjunker från temperaturer kring ºC till några plus grader, för att sedan öka igen vid ännu lägre temperaturer. Har jag tagit fram ett diagram figur 7 nedan som visar delta T över AP3s fjärrvärmeväxlares sekundärsida. Vid utomhustemperaturer på ca ºC så är delta T knappt 1 vilket är ett mycket lågt delta T. Detta medför att värmeeffektbehovet på ca 5MW behöver ett högt flöde relativt effekten. Eftersom delta T ökar snabbare än värmeeffektbehovet relativt utomhustemperaturen kommer volymflödet att sjunka relativt utomhustemperaturen fram till en utomhustemperatur kring 5ºC där värmeeffektbehovet ökning blir kraftigare förhållande till utomhustemperaturen samtidigt som delta T ökningen är ungefär lika stor som tidigare. Detta medför att volymflödet måste börja öka igen förhållande till en lägre utomhustemperatur. Liksom för avgaspanna fjärrvärmeväxlare så styrs effekt uttaget också här med volymflödet. 6 Delta T avgaspanna 3 5 Delta T 4 3 AP Figur 7: Visar delta T över avgaspanna3: s värmeväxlare. 3

31 Värmeproduktion från oljepannorna Oljepannorna har som uppgift att vara reserv- och spetsvärmeproducenter, vilket gör det svårt att göra en riktig modell av användningen av oljepannorna gentemot utomhustemperaturen. När de linjära ekvationerna som beskriver värmeeffektuttaget ur oljepannorna beroende på utomhustemperaturen togs fram förkastades värden då ingen spillvärme kom till panncentralernas spillvärmeväxlare, för att försöka få fram ett normalt användande av oljepannorna. Värdena som beskriver värmeeffektuttaget från oljepannorna i panncentralerna finns i Bilaga. De värden som beskriver värmeeffektuttaget ur oljepannorna i panncentral KK17 kan ses i figur 63 Bilaga. Den linjära ekvation som beskriver värmeeffektuttaget från oljepannorna i panncentral KK17 beroende av utomhustemperaturen R -värde är nästa,1 vilket inte är någon bra anpassning av värdena. Värdena för effektuttaget från panncentral 61 kan ses i figur 64 Bilaga. Den linjära ekvation som beskriver värmeeffektuttaget från oljepannorna i panncentral 61 beroende av utomhustemperaturen R -värde är drygt,1 vilket inte någon bra anpassning av värdena. De värden som beskriver värmeeffektuttaget från oljepannorna i PC5 finns i figur 65 Bilaga. Här är det framtaget två olika linjära funktioner för att beskriva effektuttaget för temperaturer under ºC samt för temperaturer vid ºC och varmare. R -värdet för respektive linjärekvation är ca,3 och, vilket är bättre än för de linjära ekvationerna so beskriver effektuttaget i panncentral KK17 och

32 Totala värmeproduktionen Den totala dygnsmedel värmeeffektuttaget från avgaspannorna och de tre värmecentralernas oljepannor tillsammans är den totala värmeproduktionen. Den totala värmeproduktionen är det som ska täcka LKAB:s interna behov och om möjlighet finns så säljs överskottet till TVAB. I Figur 8 nedan kan man se den totala värmeproduktionen beroende på utomhustemperaturen. Maximala värmeeffektuttag från avgasspannorna tillsammans är ca 37MW. När utomhustemperaturen är från ºC och varmare så är den totala värmeproduktionen mellan 1 och MW, alltså som mest så kyls det under detta temperaturintervall bort 5 till MW. Det är ganska mycket värme som det skulle gå att ta reda på om det finns någon ekonomisk lönsam lösning. Vid en utomhustemperatur på ca ºC så tas det ut maximalt med värme från avgaspannorna. Avgaspanna tas det maximalt ur redan vid ca -ºC. 5 Total värmeproduktion tot olja PC5 tot olja KK17Tot olja AP3 AP Figur 8: Visar den totala värmeproduktionen från avgaspannorna och oljepannorna beroende på utomhustemperaturen. 3

33 Fördelning av spillvärmen från avgasspannorna Figur 9 nedan visar hur den totala värmemängden fördelas mellan värmecentral PC5 och KK17. Värmemängden till KK17 är låg vid högre temperaturer för att sedan börja stiga kraftigt vid några plusgrader, vilket beror på att gruvventilationerna börjar behöva värme. PC5s kurva ökar lite med utomhustemperaturen och detta beror på överskottet av effekten som kommer ner till PC5 säljs till TVAB. Spillvärmefördelning mellan PC5 och KK Total Spillvärme till KK17 till PC Figur 9: Visar fördelningen av spillvärme mellan värmecentralerna PC5 och KK17. Figur 3 nedan visar fördelningen av spillvärme mellan KK17 och PC5 efter att den värme som säljs till TVAB har tagits bort och det som är kvar är fjärrvärmen som används till LKAB: s egna behov samt förluster. Man kan se att fram till och med att gruvventilationen börjar behöva värme så är värmebehovet ungefär lika stort på NIO och SAK-området. När gruvventilationerna börjar behöva värme blir behovet mycket större på SAK-området jämfört med NIO. Detta beror på att eftersom att gruvventilationerna på 61-området får sin värme från KK17 så förser KK17 fler gruvventilationsstationer jämfört med PC5 därav den större ökningen av värmebehovet. Spillvärmefördelning mellan PC5 och KK Total Spillvärme till KK17 till PC5-TVAB Figur 3: Visar fördelningen av spillvärme mellan KK17 och PC5 utan värmen som går till försäljning. 33

34 Figur 31 nedan visar mätvärden på spillvärmen till KK17 från Aspen-Explorer och mina modellerade värden. Jag har satt begränsningen till 4MW värmeeffekt till KK17 i modellen, i Figuren kan man se att det är kring 4MW som är det största dygnsmedelvärdet för värmeeffekten till KK17. För varmare utomhustemperaturer från ca till ºC avviker modellens värmeeffektvärden jämfört med dem uppmäta värdena. Enligt modellens värden så finns det inget värmebehov vid ca ºC utomhustemperatur. Fast det egentligen finns ett litet uppvärmningsbehov av varmvatten. Spillvärme till KK Spillvärme till KK17 modell till KK17 Figur 31: Visar mätvärden och modellens värmeeffekt till KK17 beroende på utomhustemperaturen. Figur 3 nedan visar mätvärden på spillvärmen till PC5 och min modellerade fördelning av värme till PC5. De blå markeringarna visar hur stor värmemängd som har kommit ner till PC5 när TVAB har köpt värme och de rosa markeringarna då TVAB inte köpt värme. Det röda sträcket är en trendkurva av de blå markeringarna och den gula linjen visar den modellerade värmemängden till PC5. Värmemängden till PC Q när värme går till KVAB Q när ingen värme går till KVAB Modell till PC5 Expon. (Q när ingen värme går till KVAB) Linjär (Q när värme går till KVAB) Figur 3: Visar värmemängden till PC5. 34

35 Värmekonsumenter NIO KV/Däckia KV /Däckia växlaren förser gruvventilation KV och Däckia med värme och varmvatten. Mätvärdena för värmemängd och flödesmängd har tagits från Aspen Explorer och det är dygnsmedelvärden under ett år från till Både för värmemängden och flödesmängden har jag delat upp mätvärdena i två grupper: dygnsmedel utomhustemperaturen på ºC och högre, samt för mindre än ºC, för att kunna få fram två trendkurvor som stämmer bra överens med mätvärdena. I figur 33 kan man se att det är när dygnsmedeltemperaturen är ca ºC som gruvventilationen börjar värma upp luften som pressas ner i gruvan. När dygnsmedeltemperaturen är varmare än ca ºC är det bara Däckia som har ett behov av värme och varmvatten. Anledningen till att värmemängdsbehovet börjar öka kraftigt vid dygnsmedeltemperaturer under ca ºC beror på att gruvventilationsluften värms upp till en 1ºC. Detta görs för att förhindra frysningar i schakten då schaktväggarna kan ta skada. värmeeffekt KV/Däckia 3,5 3,5 1,5 1,5 y = -,196x +,3569 R =, KV/17 T>= KV/17 T>= Linjär (KV/17 T>=) Linjär (KV/17 T>=) y = -,5x +,18 R =, Figur 33: Visar värmemängden som KV/Däckia värmeväxlaren har tagit ut beroende på utomhustemperaturen. 35

36 Figur 34 visar volymflödet till värmeväxlaren som ger värme till gruvventilationsstationen KV och Däckia. Även som för värmebehovets beroende till utomhustemperaturen så syns det tydligt att volymflödet har samma tydliga beroende. Värdena vid de kallaste temperaturerna är lite mer sprida för volymflödet jämfört med för värmeeffekten, detta beror på att värmeeffekten regleras med volymflödet. Volymflöde [m 3 /h] Volymflöde KV/Däckia y = -,64x + 4,938 R =, KV/17 T>= KV/17 T>= Linjär (KV/17 T>=) Linjär (KV/17 T>=) y = -,598x + 3,149 R =,54 Figur 34: Visar volymflödet till KV/Däckia 36

37 KV1/1 Värmen går efter försäljningsväxlaren antingen till gruvventilationen KV1/1 eller försäljning till TVAB. Figur 35 visar värmemängden som går till gruvventilationsstationerna KV1/1. Här syns ett tydligt förhållande mellan utomhustemperaturen och värmebehovet. Vid ett par plus grader så börjar gruvventilationsluften att värmas. Det är ett tydligt linjärt förhållande mellan uppvärmningen av gruvventilationsluften och utomhustemperaturen. Värmeeffekt KV1/1 3,5 KV1/1 1,5 KV1/1 1 Linjär (KV1/1),5 y = -,886x +,5475 R =, Figur 35: Visar värmebehovet för KV1/1 beroende på utomhustemperaturen. Figur 36 visar flödet till gruvventilationsstationen KV1/1s värmeväxlare. Det syns tydligt att gruvventilationsstation KV 1/1 börjar värma upp luften vid ett par plus grader och det är först då som det börjar bli något flöde genom fjärrvärmeväxlaren. Volymflöde KV1/1 Volymflöde [m 3 /h] KV1/1 KV1/1 Linjär (KV1/1) y = -1,445x + 7,7 R =,8384 Figur 36: Visar volymflödet till KV1/1 beroende på utomhustemperaturen. 37

38 Kända NIO Förutom mätvärdena till KV1/1 och till KV/Däckia som är tagna från Aspen-Explorer så har tidigare insamlade och sammanställda mätvärden använts för att beskriva värmebehovet på NIO beroende på utomhustemperaturen. Ekvationerna för det linjära sambandet för värmebehovet beroende på utomhustemperaturen för de sedan tidigare insamlade mätvärdena kan ses i Bilaga 3. I figur 37 nedan illustreras det totala kända värmebehovet på NIO beroende på utomhustemperaturen. Man kan se att vid ett par grader Celsius ökar värmebehovet mera och det beror på att då börjar gruvventilationsstationerna på NIO kräva uppvärmning. NIO KV1/1 17/KV PC5 ch provborningsverket MCV1 Bussgarage Läkeriet Resturang FK TEV MCV Figur 37: Visar NIO:s kända värmebehov beroende på utomhustemperaturen. 38