Värmeåtervinning av gruvventilationsluft

Transkript

1 UMEÅ UNIVERSITET 3 februari 2011 Institutionen för tillämpad fysik och elektronik Examensarbete 30 hp Värmeåtervinning av gruvventilationsluft -LKAB i Kiruna Kristofer Linder Handledare Stefan Lahti, LKAB Ronny Östin, Umeå Universitet

2 Förord Detta examensarbete utgör den avslutande delen i civilingenjörsutbildningen i Energiteknik vid Umeå Universitet.Arbetet har utförts under hösten 2010 på LKAB i Kiruna, på sektionen Energiteknik & Emissioner. Uppdragsgivare var Stefan Lahti, LKAB. Jag vill framför allt tacka min handledare, Stefan Lahti, för hans tips och råd, samt nya infallsvinklar då jag stött på problem. Tack också till min handledare på Umeå Universitet Ronny Östin för hans kommentarer och tips. Jag vill även tacka Lars Norberg på Coiltech för hans engagemang och tid till att lägga ihop ett batterisystem som uppfyllde de krav jag ställde. Tack även till Magnus Törnman för hjälp med besök på stationerna samt kontakter. Kiruna 2010 Kristofer Linder

3 Sammanfattning För att brytning under jord ska vara möjlig måste stora mängder frisk luft pressas ned till brytningsnivån, vilket görs från olika gruvventilationsstationer. För att undvika nedisning i schakten värms tilluften upp till 1 innan luften transporteras ned i berget. Idag sker denna uppvärmning av värmebatterier som nyttjar spillvärme från kulsinterverken. Finns ett extra värmebehov spetseldas det med olja. Frånluften är fuktig och varm. Det är därför intressant att undersöka om det skulle kunna vara möjligt att installera värmeväxling på gruvventilationsstationerna och nyttja värmen i frånluften från gruvan till att värma tilluften. Värmeväxlarsystem som undersökningen grundar sig på är av typen batterivärmeväxlare. Batteritillverkaren skickade ett förslag på batterityp som skulle klara de krav som ställts och en offert för detta system. Det system som valdes hade 4 tilluftsbatterier av storleken 4500x2000 mm och 3 frånluftsbatterier av storleken 8000x2200 mm. Varje tilluftsbatteri hade en dimensionerad effekt av 661 kw och varje frånluftsbatteri var dimensionerat till 882 kw. Beräkningar på energibesparingen i olja som värmeväxlingen kunde medföra gjordes. Dessutom räknades det också på hur mycket spillvärmesenergi som kunde sparas genom att installera värmeväxling. Beräkningarna genomfördes på sammanlagt 9 gruvventilationsstationer, dels varje station för sig, dels om flera stationer installerades. Den energi som station 1 årligen kunde bespara i olja var ungefär 4,7 GWh per år. Skulle värmeväxling installeras på 9 stationer skulle energimängden insparad olja bli ungefär 29 GWh per år. Den energi som kunde sparas in i station 1 i form av spillvärme var 0,6 GWh per år. Skulle värmeväxling installeras på 9 stationer skulle den ersättningsbara spillvärmen vara ungefär 18 GWh per år. De ekonomiska beräkningarna gjordes i två fall. Ett då beräkningarna endast byggde på förtjänsten av insparad olja och ett fall då det även beräknades att den insparade spillvärmen kunde säljas till TVAB. Den totala installationskostnaden per station beräknades till cirka 4,3 miljoner kr och vid beräkning på bara förtjänst av olja skulle återbetalningstiden för 1 station bli ungefär 1,4 år. Med 9 stationer skulle återbetalningstiden bli 3,6 år. Tas försäljning av spillvärme med i beaktning och adderas till förtjänsten av olja så blir återbetalningstiden för 1 station ändå 1,4 år, men för installation på 9 stationer blir återbetalningstiden 2,4 år. De problem som skulle kunna uppstå är problem med nedsmutsning, något som skulle kunna förebyggas genom större lamelldelning i batterivärmeväxlarna samt skyddsmålning med Heresite på frånluftsbatterierna. Utbyggnad av frånluftskanalen måste också göras då frånluftsbatterierna är för stora för att få plats i den kanal som finns idag. Beräkningarna bygger i alla stationer på en frånluftstemperarur på 8 och en relativ fuktighet på 100 procent. Samma sorts batterivärmeväxlare har alltså använts i beräkning av de olika stationerna. Vid en ytterligare projektering föreslås att exakta värden för varje station skickas in till batteritillverkaren så att stationsprecisa batteriprestandakurvor kan beräknas fram. Rekommendation är att en första installation av värmeväxlarsystem genomförs på KV10 då där finns gott om plats finns för installation av tilluftsbatterier samtidigt som den har näst högst frånluftstemperatur.

4 Abstract In order to make underground mining production, large amounts of outdoor air must be pushed down to the mining level. At the LKAB facility in Kiruna this is done by a number of mining ventilations stations. The air has to be heated before it is transported down to the mining levels. This is done in order to prevent icing in the shaft. Today, the heating of the air is done by using waste heat from the pellet mills and if extra heating is needed, due to lower outdoor air temperatures, oil is used. The exhaust air from the underground is moist and warm. It is therefore interesting to investigate if it is possible to install a heat exchanger in the mine ventilation stations and use the heat in the exhaust air to heat the supply air. The heat recovery system which has been investigated in this study is a type of coil heat exchanger. Heat exchanger manufacturer has submitted a proposal on the type of coil heat exchanger that could withstand the specific demands and offer a price for the system. The chosen heat recovery system has four supply exchangers with the size 4500x2000 mm and 3 exhaust exchangers with size 8000x2200 mm. Each Supply air coil had a power of 661 kw and each exhaust exchanger was sized at 882 kw. Analyses were made to estimate reductions in the use of oil by implementing the heat recovery system. In addition, also the amount of waste heat energy that could be saved by installing the heat exchangers was calculated. The calculations were carried out on a total of 9 mining ventilation stations. The energy that the first installed station could save in form of oil during a year has been estimated to 4,7 GWh. If heat exchangers were installed in all the 9 stations the energy reduction would be approximately 29 GWh per year. The energy that could be saved at station 1 in the form of waste heat was 0.6 GWh per year. If heat exchangers were installed at all the 9 stations, the recoverable waste heat was calculated to be approximately 18 GWh per year. The financial analyses were made for two cases. One that was based only on profits from the saved oil and, the other also by selling of the saved waste heat to TVAB. The total installation cost per station was estimated at to around 4.3 million skr. Considering the saved amount of oil the payback time for a single station was found to be approximately 1.4 years. For all the 9 stations the payback time was estimated to be 3.6 years. If sale of waste heat is included and added to the analysis, the payback time for a single ventilation station is 1,4 years and for an installation in all the stations the payback time is 2,4 years. The problems that could arise are due to contamination, which could be prevented by greater spacing of the battery heat exchangers and protective coating with Heresite. Expansion of the exhaust duct must also be made when the exhaust air coils are too big to fit in the available channel. The calculations are based on the assumptions that the temperature of the exhaust air is 8 and the relative humidity is 100 % in all stations. The same kind of coil heat exchanger has therefore been used in the calculation of the different stations. In the next design step it is proposed that more accurate values for each station are provided to the heat exchanger manufacturer to improve design performance of the recovery system. A futher recommendation is that the first installation of the heat exchange system should be implemented in ventilation station KV10 where there is plenty of space available for a heat exchanger system, and KV10 also has the second highest exhaust air temperature.

5 Innehåll 1 Inledning Syfte Mål Avgränsningar Hjälpverktyg Disposition Teori Systemöversikt LKAB i Kiruna Avgaspannor Panncentraler Spillvärme Olja Fjärrvärme Gruvventilation Systemöversikt Fläktsystem Nuvarande uppvärmning Tilluft och frånluft Värmeväxling Batterivärmeväxlare Energi i fuktig luft Cirkulationspump Tryckfall i batterisystemet Expansionskärl Fläktprestanda Korrigering mot normalår Normalårskorrigering av utomhustemperaturen Normalårskorrigering av energiförbrukningen Ekonomi med Pay-Off metoden Genomförande Temperaturmätning frånluft Mätning av relativa fuktigheten i frånluften Normalårskorrigering Uteluft Temperatur Luftfuktighet Effektbehov för uppvämning av uteluft Oljeförbrukning Energiberäkning för fuktig luft Tryckfallsberäkning och dimensionering av rör Material-/ och installationskostnad för rör Batterivärmeväxlaren Val av batterivärmeväxlare Batteriprestanda Smutsig frånluft Flödesschema Placering av batterier Kostnadsförslag Utbyggnad av frånluftskanal Cirkulation av systemvätska

6 3.12 Expansionskärl Driftkostnad Extra utgifter Resultat Fläktprestanda Återvinning som ersätter olja Återvinning som ersätter spillvärme och olja Ekonomiska beräkningar Resultat exkl. Spillvärme Resultat inkl. Spillvärme Diskussion 49 6 Slutsats 51 7 Rekommendationer 52 8 Referenser 53 BILAGOR Bilaga A - Luftfuktighetsmätning Bilaga B - Tryckfallsdiagram Bilaga C - Rörkostnad Bilaga D - Flödesschema Bilaga E - Återvinning av olja Bilaga F - Tillgänglig Spillvärme Bilaga G - Fläktdata Bilaga H - Batteridata Coiltech Bilaga I - Kostnadsförslag batteri Bilaga J - Kostnadsförslag pump Bilaga K - Kostnadsförslag expansionskärl

7 1 INLEDNING 1 1 Inledning Luossavaara-Kiirunavaara AB, allmänt mer känt som LKAB, är en världsledande producent av järnmalmsprodukter för ståltillverkning samt en mindre leverantör av mineralprodukter till industribranch. LKAB utvinner malm i tre järnmalmsgruvor, i Malmberget, Svappavaara och Kiruna. Malm utvinns och förädlas till Fines eller pellets innan den transporteras till Narvik eller Luleå för vidare transport. Den största marknaden finns i Europa men även Mellanöstern, Nordafrika och Sydostasien är stora marknader för järnmalmsprodukterna. Försäljning av mineralprodukterna sker främst till Europa men marknaden i Asien och USA är på uppgång. För att brytning under jord ska vara möjlig måste stora mängder med frisk luft transporteras ner till brytningsnivån. På LKAB finns därför ett antal gruvventilationsstationer som arbetar med detta. Förutom att arbetarna ska kunna få frisk luft har gruvventilationen bland annat till uppgift att vädra ut avgaser från dieseldrivna fordon samt skjutgaser som är biprodukter från sprängning. Vintertid måste luften som blåses ner i gruvan värmas till minst 1 för att undvika kondens och isbildning på schaktväggarna [6]. Värmningen av ventilationsluften görs inte för att arbetstemperaturen nere på brytningsnivå ska vara varm, luften värms upp av sig själv genom autokompression [10] när luften blåser ner genom schaktet. Uppvärmningen av gruvventilationsluft utgör en stor del av LKAB s totala uppvärmningsbehov. Spillvärme från kulsinterprocessen täcker cirka procent av det totala värmebehovet, resterande värme produceras med el och oljepannor. Idag finns ingen återvinning mellan frånluften och tilluften på gruvventilationsstationerna i Kiruna. 1.1 Syfte LKAB har krav från miljömyndigheterna att energieffektivisera sin verksamhet och jobbar hårt med att få bort användningen av el- och oljepannor samt finna sätt att bättre utnyttja spillvärmen från verken. Återvinning av gruvventilation är ett steg i riktning mot en bättre miljö. Det ska därför undersökas om det är ekonomiskt hållbart att genomföra en värmeväxling på gruvventilationen och om det ger en minsking av oljeanvändandet.

8 1 INLEDNING Mål De mål som eftersträvas är att utifrån genomförd analys kunna fastställa om värmeväxling av gruvventilationen är ett realiserbart alternativ och i så fall vilken sorts värmeväxling som är intressant. Kostnader för inköp och installation av vvx skall bestämmas samt den förtjänst som blir vid eventuell installation. Därefter ska det undersökas vilka gruvventilationsstationer som det är ekonomiskt lönsamt att installera återvinning på, och vid fler stationer ska rangordning av gruvventilationsstationerna göras. Återbetalningstiden för en eventuell installation är det fundamentala. En återbetalningstid på runt och under 3 år brukar ses som en god investering på LKAB. Är det dessutom en miljöförbättrande investering kan återbetalningstiden vara längre och investeringen ändå ses som god. 1.3 Avgränsningar För att inte projektet ska bli alltför omfattande kommer ett val av värmeväxlingssytem att ske som vidare beräkningar kommer bygga på. Vidare kommer mätningar av mått att göras på en gruvventilationsstation. Dygnsmedeltemperatur från september 2009 till september 2010 kommer att temperaturkorrigeras för att stämma överens med ett normalår i Kiruna. Dessa temperaturer används sedan för vidare beräkningar. Energiberäkningar och ekonomiska beräkningar är beräknade på alla ventialtionsstationer utom på de två äldsta stationerna. Vid beräkningar antas att frånluftstemperaturen är 8 på varje station. Beräkningar av rörlängder har gjorts på en station, och det har antagits samma rörlängder på de andra stationerna vid beräkning av återbetalningstid. 1.4 Hjälpverktyg Mätvärden som finns att tillgå i LKAB s systemprogram AspenTech process explorer kommer användas, dessa ger data över oljeförbruklningen på LKAB samt temperaturdata. Övriga mätvärden är från MEDIA:s styrsystem. De värden som inte finns på något av dessa system måste mätas separat. Beräkningar av energi i luft, ekonomiska beräkningar samt sammanställning av oljeanvändandet och temperaturdata kommer göras i Excel. Utifrån ritningar över ventilationssystemen kan avstånd för eventuella rördragningar mellan tilluft och frånluft beräknas.

9 1 INLEDNING Disposition Rapporten har lagts upp enligt följande: en teoridel där allmän information om LKAB och de olika systemen inom industriområdet förklaras. I teoridelen finns också en del där allmän termodynamisk teori tagits upp med ekvationer som är nödvändiga för analysen. Därefter följer en metoddel där mätningar och kontakt med leverantör beskrivs. I slutet följer en resultatdel där resultaten av beräningarna presenteras, samt en diskussionsdel där tankar om resultaten tas upp.

10 2 TEORI 4 2 Teori I detta kapitel prestenteras den teori som är grunden till studien. Kapitlet redogör för uppbyggnaden av systemen på LKAB, gruvventilationen, värmeväxlingsmetoder och tillhörande teori till dessa. 2.1 Systemöversikt LKAB i Kiruna För att få en överblick av hur gruvventilationen på LKAB idag blir uppvärmd är det nödvändigt att kort gå igenom hur värmesystemet på LKAB fungerar samt energianvändningen för gruvan. I enkla drag kan produktkedjan på LKAB förklaras enligt följande: Malm bryts och grovkrossas nere på brytningsnivå 1045 m och hissas sen upp till sovringsverket där malmen finkrossas, siktas och magnetsepareras. Efter sovringsverket transporteras malmen vidare till anrikningen där malning och magnetseparering görs. Till sist hamnar malmen i kulsinterverket där slurryn avvattnas och blandas med olika tillsatsmedel. Sligen transporteras in i stora rulltunnor där kulor tillverkas, råkulorna åker vidare till en stor ugn där de bränns till pellets. Pelletsen lastas på tåg och transporteras till hamnen i Narvik alternativt Luleå för vidare transport. LKAB:s värmesystem består idag av tre avgaspannor och tre panncentraler. Dessa är kopplade till en fjärrvärmekrets som levererar värme till SAK (Sovring-Anrikning-Kulsinter), TVAB (Tekniska Verken i Kiruna AB), NIO (Nya Industri Området) samt till gruvventilationsstationerna. Figur 1 visar en översiktsbild över det interna fjärrvärmenätet och dess koppling mot oljepannor.

11 2 TEORI 5 Figur 1: Flödesschema för det interna fjärrvärmenätet. Tre avgaspannor, tre pancentraler samt en extra oljepanna i KK4 levererar värme för uppvärmning samt försäljning till TVAB Avgaspannor Processen vid kulsinterverken levererar stora mängder spillvärme i form av rökgaser. Dessa tas tillvara av avgaspannorna där värmen överförs till det interna fjärrvärmenätet. Framledningstemperaturen är130 och returtemperaturen är 80. Alla kulsinterverk har varsin avgaspanna där rökgasvärmen tas tillvara. Dessa tre benämns AP2, AP3 och AP4, där den sist nämnda är den senaste i raden och kom till då det nya kulsinterverket KK4 byggdes. AP2 har en maxeffekt på 15 MW, AP3 har maxeffekten 23 MW och AP4 har en maxeffekt på 25 MW. Från avgaspannorna leds värmen till olika panncentraler där värmen fördelas till sekundära fjärrvärmekretsar. Se figur 1.

12 2 TEORI Panncentraler De tre panncentralerna är benämnda till PC5, KK17 och 2610 vilka alla är kopplade till avgaspannorna med fjärrvärmeväxlare. Från panncentralerna levereras värme vidare till byggnader och anläggningar på LKAB men också till TVAB:s fjärrvärmenät i Kiruna samt uppvärmning av gruvventilationen. Alla tre panncentraler har dessutom spetseldningspannor, antingen el- eller oljepanna eller både och. En oljepanna finns också installerad i KK4. Den sammanlagda oljepanneffekten för dessa, inklusive pannan i KK4 är cirka 69 MW. Den sammanlagda effekten för elpannorna är cirka 11 MW. Dessa är avställda i dagsläget Spillvärme LKAB i Kiruna producerar vid maximal körning cirka 500 GWh spillvärme. Spillvärmen produceras vid kulsinterverken där hetgaser tas tillvara i tre avgaspannor gick exempelvis 199 GWh till värme i LKAB s anläggningar samt uppvärmning av gruvventilationen, drygt 28 GWh till TVAB och resterande värme tillfördes i processvattensystemet[5]. LKAB i Kiruna hade 2008 ett värmebehov som uppgick till cirka 220 GWh. 19 GWh av dessa täcktes med oljeeldning, alltså cirka 10 procent Olja Olja är ett fossilt bränsle, ej förnybart och alltså inte ett miljövänligt alternativ. Dessutom har priset för olja stigit kraftigt under de senaste åren vilket har gjort det allt viktigare för industrin att minska användandet av olja på ett eller annat sätt. I projektet har förenkling gjorts så att 1 kubikmeter olja motsvarar ungefär 10 MWh energi och verkningsgraden för oljepannorna har antagits till 85 procent [7]. Priser för inköp av olja är 630 kr/mwh [7] Fjärrvärme Tekniska Verken i Kiruna AB (TVAB) ansvarar för fjärrvärmenätet i Kiruna stad. Årligen köper TVAB spillvärme från LKAB. Kulverten i vilken fjärrvärme levereras till TVAB från LKAB har en maximal kapacitet på 24 MW [5]

13 2 TEORI Gruvventilation Uppvärmning av gruvventilationen utgör en stor del av LKAB:s totala värmebehov, nära 40 procent [5] går åt till detta ändamål. Luften värms för att förhindra isbildning i tilluftsschakten. Byggs is på i schakten leder det till ökat tryckfall och fläktarna får jobba mer för att förflytta samma luftmängd. Dessutom finns risk att isen som byggs upp på väggarna till slut faller ner genom schaktet vilket skulle orsaka stora skador på fläktar och i värsta fall leda till produktionsstopp i hela gruvan Systemöversikt Malmkroppen i Kiruna har delats in i tio produktionsblock där varje block har sitt eget ventilationssystem. LKAB har idag 11 stycken ventilationsstationer, fem block med vardera två stationer, samt ett block som har en station. En ny station planeras att stå färdig år Benämningen av ventilationsstationerna är en förkortning av Kiruna Ventilation (KV) följt av en siffra som anger vilket produktionsblock den levererar ventilation till. Blocken är uppdelade längs den 4 kilometer långa malmkroppen, se figur 2. KV40/44 är de äldsta ventilationstationerna och ligger högst upp på malmkroppen. Efterföljande ventilationsstationer ligger placerade efter malmkroppen i den riktning brytningen sker. I riktning följer KV33/36, KV25/29, KV22, KV15/20 och KV10/12. KV522, även kallad KV22, ligger ensam vid ett block. Figur 2: Översikt av gruvventilationsstationerna

14 2 TEORI Fläktsystem För att kunna pressa ner ventilationsluften till gruvan, samt suga upp den från gruvan, är väl dimensionerade fläktar ett måste. Fläktarna som används är axialfläktar och har kapaciteten att leverera flöden på upp till 150 m 3 /s. Märkeffekten för motorerna till fläktarna är 720 kw. Skovelvinklarna kan ändras och det är då möjligt att öka flödet en bit över 150 m 3 /s Nuvarande uppvärmning Vid varje gruvventilationsstation sitter vid tilluftskanalen ett antal värmebatterier som värmer upp tilluften. De nuvarande värmebatterierna får sin värme levererad från panncentraler via det interna fjärrvärmenätet. Fjärrvärmenätet är i sin tur kopplat till avgaspannorna via värmeväxling. Vid panncentralerna finns även oljepannor som kan generera extra värme om behov finns. På KV10 finns det fyra värmebatterier som är kopplade till värmecentralen PC5 via fjärrvärmeledning. I PC5 överförs värme via värmeväxling från fjärrvärmeledningen kopplad mot avgaspannorna, se figur 3. Figur 3: Översikt av nuvarande uppvärmning av gruvventilationen. PC5 är kopplad till de befintliga batterierna via fjärrvärmledning Tilluft och frånluft Frisk luft pressas ned till brytningsnivån i gruvan genom schakt i bergen, den benämns tilluft. För att isbildning i schaktet inte ska ske har det bestämts att det börvärde som ska eftersträvas vid uppvärmning av ventilationsluften ska vara 1 [10]. Det är önskvärt att öka temperaturen precis så mycket att is i schaktet kan undvikas men inte mer då detta ger en kraftig ökning i energiåtgång.

15 2 TEORI 9 Energia tga ngen fo r att va rma tilluften a r direkt kopplad till utetemperaturen, ju kallare det a r desto mer ma ste tillluften va rmas. Fra nluft kallas den luft som sugs upp fra n gruvan. Luften a r varm, fuktig samt har ett stort volymflo de. Mycket energi ga r da rfo r att utvinna ur den. Fra nluften a r smutsig, den inneha ller avgaser fra n bilar och skjutgaser, och det kan da rfo r uppsta problem om det finns risk fo r luftla ckage i det va rmeva xlarsystem som valts. Tilluften sugs in genom va rmebatterier och pressas ned i gruvan. Fra nluften kommer ut genom en skortsten. Vid varje gruvventilationsstation, fo rutom KV22, finns det tva tilluftskanaler samt tva fra nluftskanaler. Figur 4 visar gruvventialtionsstationen KV10/12 fra n ett sidoperspektiv. Figur 4: Ventilationsstation KV10/12 i sidoperspektiv. Insug av tilluft och utbla s av fra nluft a r utma rkta.

16 2 TEORI Värmeväxling En värmeväxlare har till uppgift att föra över värme från ett varmare till ett kallare medium. Det finns ett flertal olika typer av värmeväxlare. Det som skiljer dessa åt är främst verkningsgrader och kostnader. Dessutom är vissa typer av värmeväxlare inte att föredra om frånluften är smutsig då det kan bli ett visst läckage mellan till- och frånluft. I detta projekt valdes att göra beräkningar på batterivärmeväxlare. Dels för att inget läckage sker mellan till- och frånluften, dels för att från- och tilluftskanalen inte behöver finnas på samma ställe. Dessutom är detta projekt främst tänkt som en förprojektering av värmeväxling på befintliga gruvventilationsstationer Batterivärmeväxlare En värmeväxlare placeras vid tilluftskanalen och i frånluftskanalen. Dessa är sammankopplade via en vätskekrets, antingen vatten eller en glykolblandning, som fungerar som transportör av värme. Vattnet tar upp värme vid frånluftskanalen och lämnar av värmen vid tilluftskanalen, se figur 5. En pump får vattnet att cirkulera i systemet. Problem som kan uppstå är om värmeväxlaren sänker frånluftens temperatur till under noll grader. Det finns då risk för frostbildnig om frånluften innehåller mycket fukt. Figur 5: Illustration av hur en värmeväxlare av batterityp fungerar.

17 2 TEORI Energi i fuktig luft Luft består av en blandning av kväve, syre och små mängder av andra gaser. Innhåller luften inget vatten brukar det kallas torr luft, men normalt finns det en del vatten i luften och den kallas då fuktig luft. För att det ska vara ekonomiskt hållbart att installera ett värmeväxlarsystem är det viktigt att känna till hur mycket energi som går att utvinna från luften. Detta beräknas med ekvation 1 Q = ṁ C p T (1) Q= Effekt [kw] ṁ= Luftens massflöde [kg/s] C p = Den torra luftens specifika värmekapacitet [kj/(kg K)] T = Temperaturskillnad [K] Istället för att använda sig av ovan nämda ekvation valdes att räkna på entalpiskillnader istället. Den ekvation som kommer användas vid beräkning av energi i fuktig luft kommer då att vara ekvation 2. Q = V ρ h (2) V = Volymflöde [m 3 /s] ρ= Densitet [kg/m 3 ] h= Entalpiskillnad [kj/kg] Volymflödet är känt. Värden för densitet och entalpi måste däremot räknas fram. Entalpin för den fuktiga luften bestäms med ekvation 3 h f = h a + x h g (3) h f = Totala specifika entalpin för fuktig luft h a = Specifika entalpin för torr luft [kj/kg] h g = Specifik entalpi för vattenånga [kj/kg, K] x = Mängd vattenånga per kg torr luft [kg/kg]

18 2 TEORI 12 Entalpin för torr luft räknas fram med: h a = C p T (4) Entalpin för mättad vattenånga kan tas ut från tabell eller räknas fram med h g = 2501, 3 + 1, 82 T (5) För att beräkna den totala entalpin måste den absoluta fuktigheten bestämmas, vilket görs med ekvation 6 x = 0, 622 x = Mängd vattenånga per kg torr luft [kg/kg] Θ = Relativa fuktigheten P = Normaltrycket för luft vid marknivå P sat = Ångans mättnadstryck Θ P sat P Θ P sat (6) Relativa fuktigheten är ett mått för att beskriva tillståndet av luften och det vanligaste sättet att mäta luftfuktighet. Den uttrycks som en kvot mellan aktuellt tryck för vattenångan och dess mättnadstryck. Θ = P v P sat@t (7) där Θ bestäms genom mätning och P v är partialtrycket för den fuktiga luften och fås fram genom P v = P sat@t Θ (8) För att räkna ut det mättade trycket vid en specifik temperatur används ekvation 9 som är en anpassning efter tabellvärden. P sat@t = 6, ( 7,5 T 237,7+T ) 0, 1 (9)

19 2 TEORI 13 Kvar att bestämma för att beräkna energin i den fuktiga luften är densiteten för luften. Denna bestäms med ekvation 10 ρ = P a R a T + P v R v T (10) P a = Torra luftens partialtryck [Pa] R a = allmänna gaskonstanten för torr luft [J/(kg K)] R v = allmänna gaskonstanten för vattenånga [J/(kg K)] T = Temperaturen [ ] Då luft kyls ned utan att kondensering inträffar kommer lufttillståndet följa en vertikal linje i mollierdiagrammet. Vattenångans tryck kommer vara konstant, däremot kommer vattenångans mättnadstryck att sjunka eftersom temperaturen sjunker, vilket också leder till en högre relativ fuktighet. Till slut nås en punkt där mättnadstrycket är lika stort som det verkliga trycket för vattenångan och vatten fälls ut från luften. Denna punkt kallas daggpunkt. Daggpunkten kan approximeras fram med ekvation 11. T d = , 64 ln P v 235 (11) 2.5 Cirkulationspump För att pumpa mediat mellan tilluftsbatteriet och frånluftsbatteriet behövs en cirkulationspump. Den nyttiga effekten för pumpen beräknas med ekvation 12. P n = ρ Q g H (12) ρ = Densiteten för systemvätskan [kg/m 3 ] V = Volymflöde [m 3 /s] g = Tyngdaccelerationen [N/kg] H = Uppfodringshöjden [mvp] Uppfodringshöjden mäts i enheten mvp (meter vattenpelare) där 1 mvp är ekvivalent med 9,81 kpa.

20 2 TEORI 14 Uppfodringshöjden för systemet kan delas upp i två delar. En statisk del som är oberoende av volymströmmen och en dynamisk del som varierar med volymströmmens storlek. Se ekvation 13. H = P 2 P 1 + h 2 h 1 + c 2 2 c h f ρg 2g } {{ } } {{ } H stat H dyn (13) P 2 P 1 = Tryckskillnad [Pa] c 1 = flödeshastighet [m/s] c 2 = flödeshastighet [m/s] h 1 = lägesnivå [mvp] h 2 = lägesnivå [mvp] h f = totala strömningsförlusterna [mvp] Då vätska cirkulerar i ett slutet system kommer den statiska uppfodringshöjden H stat att bli 0 och den termen kan förkortas bort ur ekvation 13. Dessutom är flödeshastigheten densamma genom systemet och termen innehållande flödeshastigheten kan förkortas bort. Kvar är att H = h f (14) För att beräkna den nyttiga effekten för cirkulationspumpen kommer ekvationen alltså vara P n = ρ Q g h f (15) För beräkning av h f summeras tryckfallen över batterierna, rören, ventilerna och krökarna. Detta sker med tryckfallsdiagram för det flöde som behövs genom batterisystemet enligt kapitel 2.6. Tryckfallet fås i enheten Pa/m och måste göras om till mvp för att passa in i ekvation 15 ovan. 2.6 Tryckfall i batterisystemet Beräkning av tryckfallet för systemet görs för att kunna dimensionera cirkulationspumpens storlek. Tryckfall är det motstånd som finns i systemet och som pumpen måste övervinna för att få vätskan att cirkulera. Det totala

21 2 TEORI 15 tryckfallet beräknas som summan av flera mindre tryckfall och beskrivs i ekvation 16. P tot = P F B + P T B + P rör + P ventil + P krökar (16) P tot = Totalt tryckfall över systemet P F B = Tryckfall över frånluftsbatteri P T B = Tryckfall över tilluftsbatteri P rör = Tryckfall i rör P ventil = Tryckfall i ventil P krökar = Tryckfall i krökar P F B och P T B är kända från batteritillverkaren. Däremot måste P rör, P ventil och P krökar beräknas. För att beräkna P rör tas hjälp från ett tryckfallsdiagram, se bilaga B. Tryckfall som påverkas av krökar och ventiler är relativt små i jämförelse med tryckfallet över batterierna och antas vara lika stort som tryckfallet i rören. 2.7 Expansionskärl När en vätska värms så utvidgas det och ju högre temperaturen blir desto större volym krävs i systemet. En tryckskillnad uppstår då vätska utvidgas och för att inte vätskan ska spränga systemet krävs att den extra volymökningen tas upp någonstans. Detta görs i ett expansionskärl, även kallat tryckhållningskärl. Kärlet har till uppgift att ta upp den volymökning som sker men den ska även motverka att det blir undertryck i systemet, man vill inte att luft ska läcka in i systemet. Tryckhållningen kan ske antingen med en kompressor kopplad till expansionskärlet eller genom att expansionskärlet har ett så kallat förtryck vilket medför att trycket i systemet hela tiden kommer att vara högre än atmosfärstrycket. På grund av de låga temperaturerna i vätskesystemet behövs egentligen inte expansionskärlet av den anledningen. Men vätskepåfyllning måste i vilket fall göras och då priset för ett expansionskärl är litet i jämförelse med andra investeringar installeras ett expansionskärl i alla fall.

22 2 TEORI Fläktprestanda Fläkten som idag blåser luft ned i gruvan samt den fläkt som suger upp luften ur gruvan är av typen PFSX Beräkningar på tryckfallet för luften genom batteriet måste genomföras då det är av största intresse att veta om den nuvarande fläkten orkar blåsa igenom ännu ett batteri eller om en ny fläkt måste installeras. Den nuvarande fläkten är dimensionerad för 720 kw men effektbehovet idag ligger på 658 kw. Ytterligare effekt finns alltså att tillgå om så krävs. Totala tryckökningen för fläkten idag är 3993 Pa, se bilaga G samt figur 6. Figur 6: Fläktkurva för fläktarna i gruvventilationsstationerna. Nuvarande driftpunkt utritad. För att beräkna effekten som fläktmotorn kräver används ekvation 17. P axel = V P η (17) P axel = Axeleffekt för fläktmotor [kw] V =Volymflöde [m 3 /s] P =Total tryckökning [Pa]

23 2 TEORI 17 η = Verkningsgrad för fläktmotorn [%] 2.9 Korrigering mot normalår Normalårskorrigering av utomhustemperaturen Då mätvärdena för utomhustemperaturen är tagna för september 2009 till september 2010 måste en korrigering av temperaturen göras med avseende på normalårstemperaturen för den orten, i detta fall Kiruna. Normaltemperaturen för LKAB i Kiruna fanns sparad på LKABs datasystem som månadsmedelvärden. För beräkning av antalet graddagar används ekvation 18. GD aktuellt = i (t balans,i t ute,i i = 1, 2,..., Ndagar) (18) t balans,i = Balanstemperaturen 1 t ute,i = Utetemperaturen [ ] Graddagar då temperaturen är högre än balanstemperaturen räknas inte med i det totala graddagarna. En förenkling gjordes där en årskorrigeringsfaktor valdes att räknas ut istället för en graddagskorrigeringsfaktor Normalårskorrigering av energiförbrukningen För att göra en normalårskorrigering av energianvändandet för uppvärmning användes ekvation 19 Q korrigerad = Q aktuellt GD normalar GD aktuellt (19) Q korrigerad = Korrigerad energianvändning [kwh] Q aktuellt = Energianvändning aktuellt år [kwh] GD normalar = Graddagar normalår [ dagar]

24 2 TEORI 18 GD normalar = Graddagar aktuellt år [ dagar] 2.10 Ekonomi med Pay-Off metoden För att kunna räkna fram om investeringen i ett värmeväxlarsystem på LKAB är lönsamt används Pay-Off metoden. Det är en enkel modell som jämför investeringskostnader mot förtjänster och räknar fram återbetalningstiden. Internränta är bestämd till 11 procent. Genom att hänsyn tas till räntesats måste alla belopp omräknas till nuvärden. Beräknas det sen att beloppen är konstanta blir ekvationen för återbetalningstid T = ln(1 G a P ) ln (1 + P ) (20) G= Grundinvestering [kr] P = internränta [%] a = årligt inbetalningsöverskott [kr]

25 3 GENOMFÖRANDE 19 3 Genomförande 3.1 Temperaturmätning frånluft Data för temperaturer i frånluftskanalerna fanns bara för oktober 2010 då ett backupsystem på MEDIAs datasystem havererat och tidigare data försvunnit. Data för temperaturer i frånluftskanalerna KV10 och KV12 saknades även för oktober De data som istället användes för dessa stationer är dygnsdata uppmätta samtidigt som luftfuktighetsmätningen genomfördes. Den högsta temperaturen vid utblåset fanns vid KV22 och var 12,8. Frånluftstemperaturerna för de olika stationerna kan ses i tabell 1. Tabell 1: Frånluftstemperaturer för de olika gruvventilationsstationerna. 3.2 Mätning av relativa fuktigheten i frånluften Data på luftfuktigheten i frånluftskanalerna fanns inte så en mätning genomfördes. Mätare installerades via serviceluckan på utblåsskorstenen. Mätningarna gick inte att genomföra på alla stationer då servicelucka inte stod att finna i alla stationer. Det gjordes därför mätningar på enbart KV10/12 och KV33/36. KV40/44 var inte intressant att göra mätningar på då det är den äldsta ventilationsstationen och den som först kommer stängas ned när gruvbrytningen flyttar efter malmkroppen. KV15/20 samt KV25/29 saknade servicelucka och KV22 hade ingen fullt utbyggd frånluftskanal.

26 3 GENOMFÖRANDE 20 För mätning av relativa fuktigheten användes en datalogger av typen Tinytag Plus2, se figur 7. Den placerades vid utblåset av frånluften och fick göra mätning av frånluften under 2 dagar per station. Figur 7: Tinytag Plus2 logger som användes för luftfuktighetsmätning Luftfuktigheten varierar väldigt mycket på KV12 enligt mätningen, se bilaga A. Värden över 100 procent luftfuktighet men även värden under 0 procent luftfuktighet loggades. Kontakt togs med leverantören Intab som förklarade att dessa utfall kunde vara resultatet av kondens på mätaren. Men då luftfuktigheten mestadels ligger runt 100 procent och sen faller ned till under 0 procent så kan det antas att luftfuktigheten fortfarande ligger kvar vid 100 procent men att det är mätaren som felar. Att luftfuktigheten skulle kunna vara så pass hög bekräftas av att det droppar kraftigt av vatten från frånluftskanalen. För mätningarna på KV 10 och KV36, se bilaga A, blev resultaten något tydligare då luftfuktigheten ligger runt 100 procent i början för att sen sjunka till runt och under noll procent. Luftfuktigheten ligger med andra ord fortfarande kvar på 100 procent men kondens har bildats på mätaren. 3.3 Normalårskorrigering Temperatur och oljeanvändningen togs fram från september 2009 till september För att kunna justera dessa till att stämma för ett normalår gjordes en normalårskorrigering med hjälp av ekvation 18. Då LKAB tillhandahöll månadsmedelvärden för ett normalår användes dessa i en gradmånadsberäkning istället för en graddagsberäkning. Månadsmedelvärden av temperaturen för det aktuella året togs fram och jämfördes mot balanstemperaturen 1 som är den temperatur som luften behövde värmas upp till. Skillnaden mellan månadsmedeltemperaturen och balanstemperaturen

27 3 GENOMFÖRANDE 21 summerades under året. Gradmånaderna för aktuellt år och normalt år jämfördes och en faktor kunde bestämmas. Denna faktor användes sedan till att normalårskorrigera dygnsmedelutetemperaturen för det aktuella året till dygnsmedelutetemperaturer för ett normalår. Se tabell 2. Tabell 2: Data för beräkning av normalårskorrigeringsfaktor. Faktorn som användes för normalårskorrigeringen bestämdes enligt ekvation 21 till 1,1. Normalkorrigeringsfaktor = 66, 7 = 1, 1 (21) 60, Uteluft Temperatur För att kunna göra beräkningar på hur oljeåtgången påverkades av utetemperaturen var data för utetemperaturen nödvändiga att finna. Data från september 2009 till september 2010 togs fram från Aspen Explorer [14] och kunde plottas i Excel. Efter normalårskorrigering kunde temperaturen räknas om till att stämma för ett normalår, se figur 8

28 3 GENOMFÖRANDE 22 Figur 8: Korrigerad dygnsmedeltemperatur över ett år. Det kunde konstateras att temperaturen under september 2009 till september 2010 var något varmare än ett normalår i Kiruna Luftfuktighet Luftfuktigheten för utomhustemperaturen var intressant eftersom uppvärmning av fuktigare luft kräver mer energi. Den luftfuktighet för utomhustemperaturen som var intressant är den då det är kallare än 1. Ett medelvärde för de dagar som temperaturen var lägre än 1 beräknades fram. Medelvärdet för den relativa fuktigheten under året då det var kallare än 1 bestämdes till 84 procent [9] Effektbehov för uppvämning av uteluft Vid renodlad värmning av luft kommer temperaturen att ändras men inte vatteninnehållet, den absoluta fuktigheten. Tillståndsförändringen kan ritas upp som ett vertikalt streck i Mollierdiagrammet.

29 3 GENOMFÖRANDE 23 Figur 9: Tillståndsförändringen vid uppvärmning av luft från -10 till 1 utritat i ett Mollierdiagram. Då fuktigheten i uteluften bestäms till 84 procent kan energibehovet vid olika utetemperaturer räknas fram. I tabell 3 visas effektbehoven för uppvärmning till 1 vid några olika utomhustemperaturer. Vid värmning av luft från -31 till 1 går det exempelvis åt 7009 kw.

30 3 GENOMFÖRANDE 24 Tabell 3: Effektbehov för uppvärmning av luft till 1 vid olika utomhustemperaturer Temperaturen plottades mot effektbehovet och en kurva skapades, se figur 10. En linjärisering gjordes och ekvationen för kurvan kunde bestämmas. R 2 - värdet är nära 100 procent och det kan konstateras att ekvationen speglar verkligheten på ett bra sätt. Figur 10: Effektbehov för uppvärmning av tilluften vid olika utomhustemperaturer.

31 3 GENOMFÖRANDE Oljeförbrukning Oljeförbrukningen från september 2009 till september 2010 korrigerades med hjälp av normalkorrigeringsfaktorn för att stämma överens med ett normalår. Oljeförbrukningen hämtades från AspenTech Process Explorer [13] och var uppmätt i liter per timme. Omräkningsfaktorn där en kubik olja motsvarar 10 MWh användes för att omvandla till energi. Den totala oljeförbrukningen för ovan nämnda år var liter vilket motsvarar ungefär MWh/år. För ett normalår beräknades oljeförbrukningen till cirka MWh. Figur 11: Oljeförbrukningen på LKAB i Kiruna ett normalår. För att beräkna hur mycket pengar som kan tjänas in vid en eventuell installation av värmeväxling på gruvventilationsstationerna är det av största intresse att se hur mycket oljeanvändandet sjunker. I figur 11 visas det beräknade oljeanvändandet över året och i figur 8 visas hur den beräknade dygnsmedeltemperaturen i Kiruna varierar över samma period. Kombineras diagrammen blir det enklare att jämföra hur förbrukningen av olja beror på utetemperaturen. Ju lägre temperaturen blir desto mer ökar oljeanvändningen. Ju kallare det blir desto mer olja går det åt per dygn. Vid skiftet april-maj börjar utomhustemperaturen att ligga en bit in på plussidan och ingen oljeanvändning behövs för att värma upp ventilationsluften, se figur 12.

32 3 GENOMFÖRANDE 26 Figur 12: Visar hur oljeförbrukningen på LKAB beror på utetemperaturen. Den blå linjen visar oljeförbrukningen i MWh/dygn och går efter den vänstra y-axeln. Den röda linjen visar temperaturen under året enligt den högra y-axeln. 3.6 Energiberäkning för fuktig luft För energiberäkning av fuktig luft i frånluften gjordes en beräkningsrutin i Excel där indata var den relativa fuktigheten för frånluften, temperaturen på frånluften samt volymflödet. Temperatur och flöden fanns loggade på MEDIAs datasystem och data för föregående år togs fram ur datasystemet. Dock fanns inga värden för den relativa fuktigheten på frånluften, så mätning på dessa genomfördes. Då beräkning av energi i luft kunde göras på två sätt, dels på torr luft och dels på fuktig luft, var det intressant att se hur mycket de två metoderna skilde sig från varandra. En testberäkning genomfördes där temperaturen sänktes från 8 grader till 1 grad och ett volymflöde på 150 m 3 /s. Beräkningen för torr luft jämfördes med beräkningar för fuktig luft. Det visar sig att vid en luftfuktighet på 100 procent så kan drygt 2.6 MW utvinnas ur fuktig luft mot bara 1.3 MW för torr luft, se figur 13.

33 3 GENOMFÖRANDE 27 Figur 13: Energiinehåll i fuktig resp. torr luft. Beräkning gjord vid 150 m 3 /s och lufttemperaturen Tryckfallsberäkning och dimensionering av rör Då vätskeflödet genom batterisystemet var känt från leverantör kunde tryckfall för rör och dimensionering av rör göras med hjälp av ett tryckfallsdiagram, se bilaga B. Flödet var bestämt till 64,8 l/s. Tryckfallet för röret kunde då räknas till 65 Pa/m och dimension av röret bestämdes till 273 mm. 3.8 Material-/ och installationskostnad för rör För att kunna göra en trovärdig kostnadsanalys för rör och rördragning användes Wikells sektionsfakta - vvs [1]. Det är en teknisk-ekonomisk sammanställning av vvs-installationer. Val av dimension, typ av rör och installationssätt görs och pris på material och arbete kan utläsas. Arbetskostnaden är bestämd i timlön á 137 kr/timme. Extra kostnader som transport, försäkringar, verktyg osv. finns inräknade i det pris som kunde utläsas. Det totala priset per meter rör var kr, se Bilaga C. För beräkning av totala antalet meter rör räknades avstånd fram utifrån ritningar samt att en extra procentsats adderades för extra rördragningar. Beräkningar från ritningar gjordes enbart på station KV10. För ytterligare nogrannhet vid de andra stationerna måste ritningar för dessa tas fram och beräkningar genomföras.

34 3 GENOMFÖRANDE Batterivärmeväxlaren Val av batterivärmeväxlare För att kunna göra en kostnadskalkyl för värmeväxlarsystemet togs kontakt med Coiltech som levererar batterier för värmeväxling. De fick i uppdrag att sätta ihop ett system som skulle kunna hantera de temperaturer och luftflöden som krävdes. Se bilaga H. Det system de presenterade var ett batterisystem med 4 tilluftsbatterier med dimensionen 4500x2200 mm, i stort sett samma storlek som de befintliga värmebatterierna på KV10/12 har. Däremot var det inte möjligt att leverera ett frånluftbatteri i sådan storlek att det skulle kunna ta hand om det stora flöde som levereras ur frånluftskanalen och samtidigt få plats i kanalen. Det fick istället bli 3 st frånluftsbatterier med storleken 8000x2200 mm. För att få plats med dessa måste en ombyggnation av frånluftskanalen göras. Varje tilluftsvärmeväxlare är dimensionerat till 661 kw och varje frånluftsvärmeväxlare till 882 kw. Cirkulationsvätskan som används i systemet är en vattenblandning med 35 % etylenglykol. Vätskeflödet är 64,8 l/s. Prestandan för batterierna varierade efter utomhustemperaturen. Vid -31 kunde ett batteri överföra drygt 2,7 MW och hade en verkningsgrad på 38 procent. Vid -5 var den överförda effekten drygt 1,2 MW och verkningsgraden 50 procent och vid en utomhustemperatur på 0 var den överförda effekten drygt 0,9 MW med en verkningsgrad på batterier på 59 procent, se tabell 4. Tabell 4: Prestanda för batteriet vid tre olika utomhustemperaturer

35 3 GENOMFÖRANDE Batteriprestanda För att kunna göra beräkningar på hur stor effekt batteriet maximalt kan leverera vid olika utomhustemperaturer plottades datan från batterileverantören och en linjär regression gjordes för värdena. Se blå linje i figur 14. För att undvika frostbildning på frånluftsbatteri hålls värmeeffekten konstant medans verkningsgraden tillåts minska vid utomhustemepraturer lägre än -10,2. Den överförda effekten kommer vid temperaturer lägre än detta följa prestandakurvan tills frostskyddskurvan nås. Då behålls effekten konstant på 1620 kw, se röd linje i figur 14. Detta bör programmeras i styr/reglersystemet. Den maximala effekten som kan tas ut från batteriet kommer alltså följa den blå kurvan tills utomhustempraturen blir lägre än -10,2 då den börjar följa den röda effektkurvan. Figur 14: Linjärisering av den maximala effekten från batteriet beroende på utomhustemperaturen Blå kurva i figur 14 speglar vad som maximalt går att ta ut från batteriet utan att frostbildning sker. Vid högre utomhustemperaturer kan inte den maximala effekten tas ut och för dessa temperaturer går inte ekvationen att använda. För att kunna bestämma hur mycket effekt som tas ut från batte-

36 3 GENOMFÖRANDE 30 rierna under årets olika temperaturer måste kurvorna i figur 14 kombineras med behovskurvan, figur 10. Kurvorna plottade i samma diagram kan ses i figur 14. Vid temperaturer högre än 1 stängs värmeväxlingen av. Figur 15: Maximal effekt ur batteriet plottat mot behovskurvan för uppvärmning Behovskurvan jämfördes med effektkurvan och det konstaterades att vid kallare temperaturer än ungefär -4,8 kan batteri-vvx börja leverera maximal effekt, se figur 15. Mellan -4,8 och -10,2 kommer batteriet kunna leverera efter sitt max, effekten följer blå linje. Men vid kallare temperatur än -10,2 kommer verkningsgraden sänkas för att undvika frostbildning, och effekten hålls konstant på 1620 kw, effekten följer röd linje. Då det är varmare än -4,8 behöver batteriet bara leverera efter effektbehovet, grön linje. Då effektbehovet är större än den effekt batteri-vvx levererar kommer spillvärme från verken att användas för extra uppvärmning, och om ytterligare värme behövs kopplas spetseldning av olja in.

37 3 GENOMFÖRANDE Smutsig frånluft Frånluften som ska värmeväxlas är smutsig. Problem som kan uppstå är att en beläggning av smuts lägger sig på batterilamellerna och batteriet tappar i verkningsgrad. För att minimera de problem som kan uppstå pågrund av smuts i frånluften har lamelldelningen ökats till 4 mm, se figur 16. Lamelldelningen är avståndet mellan lamellerna på värmeväxlarbatteriet. Med ökat avstånd mellan lamellerna minskar risken för att smuts fastnar. Verkningsgraden på värmeväxlaren sjunker något vid ökad lamelldelning. Figur 16: Avståndet mellan lamellerna på ett värmeväxlarbatteri kallas lamelldelning. Dessutom fanns möjlighet till skyddsmålning, en sorts sprutlackering som gör att smuts får svårare att sätta sig på batteriet. Skyddsmålning med Heresite valdes och ett kostnadsförslag för lackeringen togs fram av Coiltech. Fördelen med Heresite är den endast påverkar värmeöverföringen med 2 % och kan användas på de flesta lamelldelningar [12] Flödesschema De tre frånluftsbatterierna parallellkopplas ihop med en vätskekrets som i sin tur är kopplad mot de fyra tilluftsbatterierna som också parallellkopplats. Mellan tilluftsbatterierna och frånluftsbatterierna sitter ett expansionskärl.

38 3 GENOMFÖRANDE 32 Två pumpar är tänkt att installeras, där varje pump har två avstängningsventiler och en backventil vardera. Vid varje inlopp till batterierna kommer det att sitta en strypventil. Flödesschema, figur 17 samt bilaga D visar hur systemet är tänkt att kopplas ihop och var pumpar och expansionskärl ska placeras. Figur 17: Flödesschema för inkoppling av till- och frånluftsbatterier, expansionskärl, pumpar och olika sorters ventiler. Två pumpar har parallellkopplats med tillhörande avstängningsventiler och backventiler. Två pumpar används för att säkerställa drift av systemet även om en pump havererar. Det förenklar även underhållningsarbete då inte hela värmeväxlarsystemet behöver stängas ned vid service Placering av batterier Placering av tilluftsbatterierna är enkel i KV10/12. Dessa har i stort sett samma storlek som befintliga värmebatterier och det finns gott om plats på utsidan av dessa. De andra gruvventilationsstationerna är inte uppbyggda med möjlighet att enkelt placera extra batterier så ytterligare utbyggnad

39 3 GENOMFO RANDE 33 ma ste ske vid tilluftsstationerana. Fra nluftskanalerna ser alla likadana ut: en fra nluftskanal med tillho rande skorsten. Tanken a r att placera fra nluftsbatterierna i kanalen efter utbyggnad av denna da batterierna inte fa r plats i dagsla get. I figur 18 visas var ta nkt utbyggnad och placering av fra nluftsbatterierna ska vara. Figur 18: KV10/12 i sidoperspektiv med ta nkt placering av fra nluftsbatterier utritad Kostnadsfo rslag Ett kostnadsfo rslag fo r batterierna la mnades ut av Coiltech. Pris fo r varje tilluftsbatteri samt fo r varje fra nluftsbatteri. Dessutom la mnades ett prisfo rslag da r skyddsma lning med Heresite ingick. Se bilaga I. Da det endast a r fra nluften som a r smutsig a r det bara fra nluftsbatterierna som a r intressanta att installera skyddsma lning pa. Utan skyddsma lning landar priset fo r hela batterisystemet pa kr och inklusive skyddsma lning blir kostnaden kr. I tabell 5 visas priserna fo r varje batterityp, med skyddsma lning och utan.

40 3 GENOMFÖRANDE 34 Tabell 5: Kostnadsförslag av Coiltech för tilluftsbatterier och frånluftsbatterier. Typ Tilluftsbatteri Frånluftsbatteri Antal 4 st 3 st Kostnad exkl. Skyddsmålning / styck kr kr Kostnad inkl. Skyddsmålning / styck kr kr Total kostnad exkl. Heresite på FB kr Total kostnad inkl. Heresite på FB kr 3.10 Utbyggnad av frånluftskanal De batterier som Coiltech föreslog för att kunna ta vara på de flöden som varje ventilationsstation har var av måtten 8000x2400 mm. Då varje frånluftskanal behöver tre sådana frånluftsbatterier och det antas att de ställs på varandra kommer ytan som de täcker att vara 8000x6600 mm. Frånluftskanalen har idag ett mått av 4000x4000, så en utbyggnad av kanalen måste göras för att få plats med batterierna. Då utbyggnad av frånluftskanalen på KV22 är under utredning fanns färska prisuppgifter att tillgå. Inklusive material och installation skulle priset landa på kr [8]. Det kan därför antas att priset för en utbyggnad kan ligga på samma nivå, därför antogs priset för utbyggnad till kr Cirkulation av systemvätska Kostnadsförslag på cirkulationspump som klarar de krav som ställts levererades av Axflow. I priset ingick pump, motor och koppling färdigmonterat på stålbottenplatta. Priset landade på kr, se bilaga J. Till detta behövs en frekvensomriktare (FRO), en växelomriktare. Priset för en sådan antogs till kr. Beräkningar sker på två pumpsystem per gruvventilationsstation Expansionskärl Expansionskärl används i värmesystemet för att ta upp den expansion av vätskan som sker vid temperaturförändringen. Armatec levererade en offert på ett expansionskärl som skulle fungera med de krav som ställdes.

41 3 GENOMFÖRANDE 35 Två kostnadsförlag lämnades. Det ena med ett förtryckt expansionskärl med tillbehör och det andra ett expansionskärl med kompressor. Priset för ett expansionskärl med kompressor var kr och priset för ett förtryckt expansionskärl var kr, se bilaga K. Då ett expansionskärl med kompressor ger bättre kontroll av trycket och priset för den inte var jämförelsevis högt valdes detta alternativ. Dessutom kräver ett förtryckt expansionskärl kontinuerlig besiktning Driftkostnad Den årliga driftkostnaden kommer att avse eldriften av pumpmotorn. Axflow levererar en pumpmotor på 22 kw. Drifttiden för pumpen kommer bli 4728 timmar per normalår då drift endast sker vid kallare utomhustemperatur än 1. Maj till september kommer pumpen i stort sett stå still. Med ett pris på 50 öre/ kwh [7] kommer driftkostnaden att landa på ungefär kr Extra utgifter Projekteringskostnaden antogs till kr, kostnad för ventiler antogs till kr och kostnaden för styr- och reglerutrustning antogs till kr.

42 4 RESULTAT 36 4 Resultat Detta avsnitt tar upp beräkningar som gjorts på om de befintliga fläktarna kommer att räcka till med det ökade tryckfallet som tillkommer med installation av värmeväxlingsbatterier. Därefter följer de besparingar i energi som kan göras samt vad detta betyder ur en ekonomisk synvinkel. Resultaten för två fall redovisas. Ett fall där förtjänsten bara är beräknad mot olja och ett fall där förtjänsten räknas fram mot både olja och spillvärme. Beräkningarna som är gjorda mot förtjänst av olja har gjorts på 9 stycken stationer. Resultaten visar hur mycket olja varje station kan ersätta om station 1 installeras först och station 2 installeras därefter osv. Dessutom finns resultat på hur mycket olja som totalt kan ersättas om det installeras värmeväxling på ett visst antal stationer. Beräkningar bygger på att drifttiden för värmeväxlarsystemet är 24 timmar per dygn året om som temperaturen är lägre än Fläktprestanda Eftersom ett extra tryckfall tillkommer vid installation av batterier måste det undersökas om den nuvarande fläkten klarar av detta eller måste bytas ut. Tryckfallet genom tilluftsbatteriet var känt från leverantör till 268 Pa och för frånluftsbatteriet till 241 Pa. Då inga extra avstånd tillkommer så är dessa de enda tryckfallsändringar som fläktarna måste arbeta extra för. Genom att addera det extra tryckfallet för fläkten till den totala tryckökningen för fläkten idag, samt hålla skovelvinkeln konstant, kan en ny driftpunkt plottas i nuvarande fläktkurva. Den nya verkningsgraden för fläkten utlästes till 89 procent, se figur 6.

43 4 RESULTAT 37 Figur 19: Fläktkurva för fläktarna i gruvventilationsstationerna. Nuvarande driftpunkt samt driftpunkt efter inkoppling av värmeväxlingsbatteri finns utritat. För att beräkna hur mycket fläkten måste vara dimensionerad till vid den extra tryckfallshöjningen användes ekvation 16. Vid ett volymflöde på 150 m 3 /s och ett totaltryckfall på ( ) Pa samt verkningsgraden 89 procent behöver den dimensionerade motoreffekten för tilluftsfläkten vara 718 kw. För frånluftsfläkten vid samma verkningsgrad och samma volymflöde med ett totaltryckfall på ( ) Pa, behöver den dimensionerade motoreffekten vara 714 kw. Då fläktarna har en dimensionerande effekt på 720 kw borde de klara av det extra tryckfallet. 4.2 Återvinning som ersätter olja För beräkning av ekonomisk förtjänst på ett energibesparande system, t.ex. ett värmeväxlarsystem, sker beräkningarna mot kostnaden av den tidigare uppvärmningen av systemet. Gruvventilationen på LKAB Kiruna värms idag av spillvärme från verken i form av fjärrvärmevatten och när denna inte är tillräcklig spetseldas det med olja. Då spillvärmen i första hand är gratis är det av intresse att istället jämföra energibesparingen mot oljeförbrukningen.

44 4 RESULTAT 38 Ett flertal beräkningar genomfördes. En då bara återvinning installerades på en station. En då installation genomfördes på 2 stationer osv. De resultat som räknades fram var att en station kunde ersätta olja motsvarande 4690 MWh per år. Då värmväxling bara installerades på en station kunde den bara ersätta så mycket effekt i motsvarande olja som maxeffekten på batteriet kunde leverera. Värmeväxlingen minskar oljeanvändandet lite hela tiden men klipper bara en del av toppen då oljeanvändandet är högt, se figur 20. Ju fler stationer som värmeväxlingen installerades på desto större toppar kunde klippas, medan den olja som varje station kunde ersätta i sig blev mindre. Tabell 6 visar den årliga energibesparingen i olja beroende på hur många stationer installation görs på. För att se när under året spillvärmen är tillgänglig se bilaga F. Skulle installation av värmeväxling göras på 9 stationer, alltså alla stationer förutom KV40/44 så skulle den årliga mängden ersättningsbar olja vara MWh. Oljeanvändningstopparna förminskas mycket, exempelvis så skulle oljetoppen under december där den maximala oljeanvändningen per dygn var 1047 MWh kunna minskas ned till 697 MWh, se figur 21. Tabell 6: Ersättningsbar olja i MWh/år beroende på hur många stationer värmeväxling installeras på.

45 4 RESULTAT 39 Figur 20: Ersättningsbar olja om värmeväxling installeras på 1 station.. Figur 21: Ersättningsbar olja om återvinning sker på 9 stationer. Ju fler stationer som värmeåtervinning installeras på ger alltså en större

46 4 RESULTAT 40 minskning av oljeanvändandet. Därmot kommer installationskostnaden också att öka. Den station där värmeväxling först installeras kommer att ersätta mest olja, 4690 MWh. Den ersättningsbara oljan per station minskar efter installationsordning, se figur 22. Figur 22: Energibesparing av olja per station, om stationerna installeras i följd.

47 4 RESULTAT Återvinning som ersätter spillvärme och olja Värmeåtervinningen kommer att ersätta en stor del oljeanvändning men under delar av året kommer den också att ersätta en stor del spillvärme. På så sätt kommer det att finnas extra spillvärme i LKAB:s system som antingen måste kylas bort eller säljas. I motsats till oljeanvändandet, där en senare installerad station kunde ersätta en mindre del olja, kommer en senare installerad värmeväxling att ersätta mer spillvärme än en tidigare installerad. Den första stationen ersätter så mycket olja den kan och överbliven värme ersätter spillvärme. Den andra stationen kommer inte att kunna ersätta lika mycket olja, och då varje värmeväxlingsstation är lika stor kommer den att ersätta mer spillvärme än den första stationen. Hur mycket spillvärme varje station ersätter kan ses i figur 23. Figur 23: Energibesparing av spillvärme per station, om de installeras i följd. Istället för att titta på hur mycket spillvärme varje station sparar för sig redogörs hur mycket stationerna sparar in tillsammans. Ju fler stationer som värmväxling installeras på desto mer spillvärme kan sparas in. Se figur 24. I tablell 7 finns värden för ersättningsbar olja, ersättningsbar spillvärme samt den totala ersättningsbara energimängden sammanställd.

48 4 RESULTAT 42 Figur 24: Energibesparing av spillvärme beroende på hur många stationer som värmeväxling totalt installeras på. Tabell 7: Sammanställning av hur mycket olja, spillvärme samt total energimängd som kan ersättas beroende på hur många stationer värmeväxling installeras på. TVAB köper in spillvärme under vinterhalvåret från LKAB, men det är bara under en viss tid som TVAB har mer behov av spillvärme än LKAB kan leverera. Därför är det intressant att veta när på året som energi i form av spillvärme lösgörs vid installation av värmeåtervinningen, se bilaga F. Installeras värmeväxling på 1 station kommer som sagt 586 MWh spillvärme att ersättas. Denna ersättningsbara energimängd finns att tillgå under perioden oktober till april. Övrig del av året är det inte möjligt att ersätta spillvärme. Figur 25 visar hur mycket spillvärme som sparas in månadsvis för den första stationen med installerad värmeväxling.

49 4 RESULTAT 43 Figur 25: Energibesparing av spillvärme för den första installerade stationen, månadsvis. Installeras värmeväxling på nio stationer kommer spillvärme motsvarande ungefär 18,2 GWh att kunna ersättas. Energin finns bara tillgänglig under oktober till april, även här med mest ersättbar spillvärme under mars. Figur 26 visar hur mycket energi som kan sparas in månadsvis om installation görs på 9 stationer.

50 4 RESULTAT 44 Figur 26: Energibesparing av spillvärme för 9 stationer, månadsvis Den maximala energimängden spillvärme som per månad kan ersättas med 9 installerade värmeväxlare är 4123 MWh under mars. TVABs fjärrvärmeledning från LKAB har en maxkapacitet på 24 MW vilket räcker för att leverera spillvärme upp till cirka MWh under en månad. TVAB har med andra ord möjlighet att köpa all extra spillvärme som LKAB har tillgänglig efter värmeväxling. 4.4 Ekonomiska beräkningar För att räkna på om det är ekonomiskt hållbart att installera värmeåtervinning på ventilationsstationerna används Pay-Off metoden där återbetalningstiden beräknades fram. Beräkningarna har gjorts på olika fall. Ett fall där förtjänsten bara räknas i intjänad oljekostnad och ett fall där hänsyn har tagits till intjänad spillvärme som då istället kan säljas till TVAB. Kostnader som räknats fram för det nya värmeväxlarsystemet är kr för batteri-vvx. Inköp av pump kr, frekvensomriktare kr, expansionskärl kr, styr- och regleringssytem kr. Priset för installation och material för 100 meter rör landar på kr, tillbyggnation har antagtits till kr och dessutom tillkommer kostnad för tillbyggnation och ventiler som vardera antagits till kr. Se tabell 8.

51 4 RESULTAT 45 En årlig driftskostnad på kr tillkommer också vid beräknadet av återbetalningstid. Tabell 8: Enkångskostnader för investering per station. Engångskostnader Inköp batteri Installationskostnad och material för rör Inköp pump & motor (räknat på 2 st) Inköp ventiler Inköp FRO Inköp expansionskärl Inköp styr/regleringssytem Kostnad tillbygnation Projekteringskostnader Total Kostnad Kostnad kr kr kr kr kr kr kr kr kr kr Resultat exkl. Spillvärme Då förtjänsten endast beräknas på den andel olja som kan tjänas in vid installation av batterivärmeväxlare kommer den årliga förtjänsten för station 1 att vara störst, ungefär 3,5 miljoner kr. Station 9 kommer ha lägst årlig förtjänst, cirka 1,5 miljoner kr. Se tabell 9. Tabell 9: Återbetalningstid för de olika stationerna Beräkning av återbetalningstid gjordes med Pay-off metoden, se ekvation 20. Återbetalningstiden beräknades per station och återbetalningstiden för stationerna kan ses i tabell 10.

52 4 RESULTAT 46 Tabell 10: Återbetalningstiden per station exklusive förtjänst av såld spillvärme. En undersökning genomfördes på hur mycket varje station tjänar in under 7 år. Med en grundinvestering på cirka 4,3 miljoner kronor och en årlig driftkostnad per station på kr kommer station 1 efter 7 år att ha tjänat in runt 25,3 miljoner kr. Station 9 som är den station som ersätter minst olja kommer efter 7 år att ha tjänat in cirka 6,2 miljoner kr. Se figur 27. Figur 27: Kassaflöde för de olika stationerna utritade i samma diagram.

53 4 RESULTAT Resultat inkl. Spillvärme Om det finns ett behov av extra värme hos TVAB kan den spillvärme som inte behöver användas till uppvärmning av gruvventilationen säljas. Är detta möjligt ger det en extra inkomst till LKAB och energieffektiviseringen i form av värmeväxlingen blir ännu mer lönsam. Det försäljningspris som spillvärmen har räknats mot är 200 kr/mwh [7]. Då den årliga förtjänsten räknas på både försäljning av spillvärme till TVAB samt förtjänsten av insparad olja kommer den totala förtjänsten per station minskas beroende på vilken ordning de är installerade i. Station 1 kommer ha störst årlig förtjänst på 3,6 miljoner kr per år och station 9 kommer generera minst förtjänst, ungefär 2,2 miljoner per år. Se tabell 11. Tabell 11: Årliga förtjänsten per station med både förtjänst av spillvärme och olja inräknad. Vid undersökning av återbetalningstiden för varje station för sig så är den kortaste återbetalningstiden 1.4 år och återbetalningstiden som är längst är för station 9 där den är 2.4 år. Återbetalningstiden för varje station inklusive försäljning av spillvärme samt förtjänst av olja kan ses i tabell 12.

54 4 RESULTAT 48 Tabell 12: Återbetalningstiden per station inklusive förtjänst av såld spillvärme.

55 5 DISKUSSION 49 5 Diskussion Det finns alltid problem som kan uppstå under installationer av större system. Vid värmeväxling av gruvventilation blir smutsen i frånluften en betydande faktor. Beläggningar av smuts på värmeväxlarsystemet ger lägre verkningsgrader och sämre effekt. För att lösa detta har lamellbredden i batteriet ökats och en skyddsmålning av batteriet använts. Huruvida detta är tillräckligt är svårt att säga förrän en riktig installation genomförts och installationen utvärderats. På grund av den smutsiga luften väljs det dyrare alternativet med skyddsmålning. Inköpskostnaden blir högre men med bättre verkningsgrad samt mindre service blir detta ändå ett lönsammare alternativ. Ett annat problem som kan uppstå är nedisning i frånluftskanalen. Eftersom frånluftens temperatur sänks rejält kommer den fuktiga luften att kylas ned och kondensera. Då frånluftskanalen i dagsläget är oisolerad kommer isbildning att ske och igentäppning av kanalen blir ett problem. Detta föreslås lösas med antingen en dräneringskanal där det kondenserade vattnet kan rinna av eller med hjälp av elslingor eller isolation i frånluftskanalen som hindrar vattnet från att frysa till is. Den ekonomiska förtjänsten beräknades i ett fall som energi av sparad olja samt ett fall där även sparad spillvärme räknades med. I beräkningen med spillvärme antas att all extra spillvärme som sparas säljs till TVAB. För att se huruvida det är möjligt måste en undersökning om när TVAB har behov av extra spillvärme från LKAB göras och jämföras med när under året som den extra spillvärmen av värmeväxlingen är tillgänglig. Ett annat sätt att beräkna priset av spillvärmen hade varit att bara beräkna hur mycket det kostar LKAB att pumpa ner fjärrvärmevatten från verken ned till KV10/12 och KV15/20. Det blir inte samma ekonomiska förtjänst som att sälja till TVAB men en kortare återbetalningstid kan uppnås än vid alternativet med enbart intjänad olja. Återbetalningstiden beräknad bara för förtjänst av olja var redan såpass kort att det skulle vara en god investering även utan eventuell såld spillvärme till TVAB. Vid installation på station 1 var återbetalningstiden med enbart förtjänst av olja medräknat 1,4 år. Med spillvärme inkluderat blev återbetalningstiden för 1 station något kortare men fortfarande cirka 1,4 år. Skillnaden blir något större då återbetalningstiden på station 9 jämförs. Där är återbetalningstiden med bara förtjänst av olja inräknat 3,6 år och inkluderas spillvärme blir återbetalningstiden 2.4 år. Problem uppstod vid mätning av luftfuktigheten då kondens i mätaren gav

56 5 DISKUSSION 50 orealistiska värden och väldig variation under kort tid. Antagande om 100 procent fukighet i frånluften gjordes då det droppar kraftigt med vatten ur kanalen och mätarna gav ett högt luftfuktighetsvärde innan mätaren fick spel. Tidigare mätningar, gjorda under 90-talet [11], visar också på en hög luftfuktighet i frånluftskanalerna vilket också styrker att ett anatagande om 100 procents luftfuktighet är rimligt. Men exaktare mätning med ännu bättre mätare föreslås, bara för att fastställa att luftfuktigheten är hög. Mätning av rörlängder blev relativt inexakta. Detta då det är omöjligt att beräkna precis hur mycket krökar som måste göras och olika maskiners precisa placering. Ett antagande om 100 meter grovt rör per station gjordes. Mätning från ritningar, höjder och längder, summerades och en procentsats adderades för säkerhets skull. Så mycket grovt rör kommer antagligen inte att behövas, men det ger en god approximation då rör av mindre dimension istället kommer att användas. Mätningen genomfördes bara på KV10 och samma längd antogs på alla stationer. Det kommer till exempel behövas mer rör på stationer som KV25/29 då avståndet mellan till- och frånluftskanalen är längre, så noggrannare mätning föreslås för exaktare pris av rör. Batteriprestandakurvan som beräkningar är utförda efter kommer från leverantör efter beräkning på en frånluftstemperatur på 8. Denna kurva har sedan använts på alla stationer oavsett den riktiga frånluftstemperaturen. I en förprojektering är det för mycket begärt att leverantören ska ta fram precisa data för alla stationer, något som de måste göra vid en riktig projektering. Hade en beräkning gjorts av leverantör på ett värmeväxlarsystem till KV22, där frånluftstemperaturen var hela 12.8, skulle prestandakurvan sett annorlunda ut och resultaten blivit än mer gynsamma.

57 6 SLUTSATS 51 6 Slutsats Syftet med detta examensabete var att undersöka möjligheterna att installera värmeåtervinning av gruvventilationen på LKAB i Kiruna. En teoretisk undersökning skulle göras för att se om det fanns tillräckligt med energi i frånluften för att en installation över huvudtaget var möjlig. Därefter skulle en ekonomisk kalkyl sammanställas med realistiska priser för att kunna få fram en återbetalningstid, dels för en station, dels för installation på flera stationer. Efter undersökning av temperaturen i frånluften och det faktum att frånluften var väldigt fuktig, med en relativ fuktighet på runt 100 procent, gav detta bra underlag för att en installation av värmeväxlare skulle vara lönsam. Den teoretiska mängden energi som kunde utvinnas var hög, och även med en relativt låg verkningsgrad på valt värmebatteri skulle det finnas energi att nyttja. Värmeväxlare i form av ett batterivärmeväxlarsystem valdes på grund av dess möjlighet till nollprocentigt luftläckage samt att avstånd mellan tilluftskanalen och frånluftskanalen inte hade någon större betydelse. De återbetalningstider som räknades fram var, i beräkning bara mot förtjänsten av olja, 1,4 år för station 1 och 3,6 år för station 9. Återbetalningstiden, i förtjänst av olja samt spillvärme, blev 1,4 år för station 1 och 2,4 år för station 9.

58 7 REKOMMENDATIONER 52 7 Rekommendationer Då återbetalningstiden för en station är ungefär 1,4 år och den station som har längst återbetalningstid är ungefär 3.6 år så är detta en investering som kommer ge en bra förtjänst ekonomiskt samt att det indirekt bidrar till en bättre miljö. Detta är också återbetalningstider som är beräknade endast mot förtjänsten av olja. Antas sedan försäljning av extra spillvärme så kommer detta bli en än mer lönsam affär. Investeringstiden för station 1 kommer då vara 1,4 år och den station med längst återbetalningstid är 2,4 år. Det rekommenderas att installation först och främst bör genomföras på ventilationsstationen KV22. KV22 är den senast byggda ventilationsstationen och den station som är byggd för att ventilera den nya brytningsnivån. Den kommer med andra ord vara i bruk lång tid framöver. KV22 har heller inte en fullt utbyggd frånluftskanal i dagsläget, det finns därför möjlighet att bygga den tillräckligt stor för installation av frånluftsbatterier redan idag. Det är också relativt korta avstånd mellan till- och frånluftskanalen. Genom att göra installation på KV22 kan en utvärdering genomföras efteråt för att se om de teoretiska resultaten kunde nås i praktiken och om nedsmutsning av batterierna utgjorde ett problem trots de förebyggande åtgärder som föreslås. Visar det sig att det är lönsamt på den stationen och oljeförbrukningen minskar så är rekommendationen att installera nästa värmeväxling på KV10/12 samt KV15/20. Även här är avstånden mellan tillufts- och frånluftskanalen korta. Därefter rekommenderas att installation görs på KV25/29 före installation på KV33/36, dels på grund av de högre frånluftstemperaturerna men också på grund av stationeringsläget efter malmådran. KV33/36 är den station som ligger näst högst upp på berget och den station som efter nedstängning av KV40/44 står på tur att stängas ned. Vid ytterligare projektering föreslås ytterligare undersökning om fläktkapaciteten räcker till. Kanske måste nya fläktar köpas in som klarar av det extra tryckfall som batterierna åstadkommer. Teoretiskt borde fläktarna precis klara av det extra tryckfallet, men vid utbyggnad kan det hända att extra tryckfall tillkommer som måste medräknas. Ytterligare mätning av frånluftstemperaturerna bör genomföras då MEDIAs styrsystem har fått igång möjligheten att lagra trender. Det är viktigt för att se om frånluftstemperaturen varierar efter tid på året.

59 REFERENSER 53 Referenser [1] Wiksells sektionsfakta - VVS 09/10, Wiksells Byggberäkningar AB, Mölnlycke, Elanders, 2009 [2] Warfvinge, Catarina, Installationsteknik AK för V, Holmbergs Malmö AB, 2010 [3] Bror-Arne Gustafson, Kompendium i TURRBOMASKINTEKNIK, Göteborg, 1999 [4] Yunus A Cengel Michael A Boles, Thermodynamics an engineering approach, New York, Mc Graw Hill, Fourth Edition, 2002 [5] Uppdatering Energikartläggning Kiruna malmförädling, Stefan Lahti, 2009 [6] Mukka, Lennart, Extension of the main ventilation system at LKABs Kiruna Mine for the new main haulage level 1365 m, North American Mine Ventilation Symposium, 2009, Wallace (ed). [7] Lahti, Stefan, Research Engineer, Energy/Environment, LKAB, Kiruna, 2010 [8] Isaksson, Sven, LKAB, Kiruna, 2010 [9] SMHI, Sveriges meteorologiska och hydrologiska institut [10] Kjaer Henrik & Palmqvist Maria, Optimal tilluftstemperatur för gruvan, Examensarbete, LKAB, 2008 [11] Stålnacke, Mikael, Uppvärmning med värmeväxling av frånluft, Utredning, LKAB, 1996 [12] [13] Tagg: KMTOTAL OLJEFÖRBRUKNING + KMOPKK4 Bränsleflöde [14] Tagg: KM01GT001 T AIS

60 Bilaga A - Luftfuktighetsmätning Luftfuktighetsmätning KV12 KV10

61 KV36 Bilaga A - Luftfuktighetsmätning

62 Bilaga B - Tryckfallsdiagram Tryckfallsdiagram

63 Rörkostnad Bilaga C - Rörkostnad

64 Flödesschema Bilaga D - Flödesschema

65 Bilaga E - återvinning av olja Återvinning av olja Återvinning av olja, 2 stationer Återvinning av olja, 3 stationer

66 Bilaga E - återvinning av olja Återvinning av olja, 4 stationer Återvinning av olja, 5 stationer

67 Bilaga E - återvinning av olja Återvinning av olja, 6 stationer Återvinning av olja, 7 stationer

68 Återvinning av olja, 8 stationer Bilaga E - återvinning av olja