Effektivare värmeåtervinning från våta gaser

Transkript

1 Effektivare värmeåtervinning från våta gaser Maria Gustafsson 1

2 Energieffektivisering inom skogsindustrin genom värmeåtervinning från våtluft Förprojektering och lönsamhetsbedömning av anläggningsalternativ Projektgrupp: Maria Gustafsson, Daniel Ingman, Nykomb Synergetics AB Prof. Mats Westermark, KTH Kemiteknik/Energiprocesser 2

3 Referensgrupp Arnold Älmqvist, Stora Enso Torsten Svenland, Stora Enso Håkan Yderling, Korsnäs Tage Sundblom, Holmen Paper Mårten Jarl, Holmen Paper Staffan Andersson, Billerud Stig Lindkvist, Skellefteå Kraft 3

4 Disposition Nyttan av projektet Bakgrund, befintlig teknik Förprojektering Resultat och diskussion Fortsatt arbete 4

5 Nyttan av projektet Övergripande mål och nytta för projektet Energibesparingspotential/ekonomisk nytta Jämförelse med befintlig teknik Ny teknik Hygroskopisk kondensering = öppen absorptionsvärmepump 5

6 Projektets mål Undersöka potential för hygroskopisk kondensering Utvärdera användningsområde inom skogsindustrin Teknisk dimensionering av anläggning Ekonomisk bedömning av anläggning 6

7 Teknisk potential Tillgång på spillvärme Avsättning för återvunnen och uppgraderad värme Tekniska prestanda för hygroskopiska kondensorn 7

8 Värmebalans i svensk skogsindustri Massa- och papperstorkar 15 TWh/år Virkestorkar 8 TWh/år Massabruk Pappersbruk Sågverk Spillvärme Våt gas C TWh/år 8

9 Avsättning för uppgraderad värme Intern användning för att ersätta prima energi Extern försäljning till industri eller fjärrvärmenät Temperaturkrav är avgörande!!! 9

10 Temperaturkrav på uppgraderad värme Antal < Temperaturintervall, C 10

11 Användningsområde inom skogsindustrin Pappersmaskin Virkestork Sodapanna Mesaugn Barkpanna Den fuktiga gasens energiinnehåll och förekomst av föroreningar avgör 11

12 Hur återvinna lågvärdig värme? Kondensering av vattenånga Konventionell rökgaskondensering Konventionella värmepumpar Hygroskopisk kondensering 12

13 Konventionell rökgaskondensering Installerad på de flesta kommunala värmeverk Totalt 3 TWh/år Förutsättningar Rökgas 150 C, daggpunkt C Fjärrvärmeretur C Anläggningsalternativ Fyllkroppsskrubber + plattvärmeväxlare Indirekt kondensering i lamell-vvx eller tub-vvx 13

14 Konventionella värmepumpar Kompressorvärmepump (mekanisk) Absorbtionsvärmepump (LiBr) Arbetar vid övertryck eller nära vakuum Hög investeringskostnad 14

15 Hygroskopisk kondensering Ny teknik Kombinerar välbeprövad utrustning för rökgaskondensering med värmepumpens fördelar 15

16 16

17 Hygroskopisk kondensering med ångdriven regenerering 17

18 Processutformning Hygroskopisk kondensor Hygroskopiskt media Kaliumformiat Natriumhydroxid Fosforsyra Regenereringsmetod Mottrycksregenerering Spillvärmedriven 18

19 Projektets mål Undersöka potential för hygroskopisk kondensering Utvärdera användningsområde inom skogsindustrin Teknisk dimensionering av anläggning Ekonomisk bedömning av anläggning Mkt stor tillgång till spillvärme Stor avsättningsmöjlighet för uppgraderad värme Teknisk prestanda finns Många användningsområde 19

20 Förprojektering Holmen Paper Braviken Korsnäs Frövi Pappersmaskin Sodapanna Malå Sågverk Setra Group Virkestork 20

21 Braviken Tekniska Data Pappersmaskin PM53 Spillvärme Fuktig luft 78 C Daggpunkt 60 C Temperaturkrav 85 C Minskar ångförbrukning för spetsning av VVG och därmed minskas oljeförbrukningen 21

22 Braviken Hygroskopisk kondensor Hygroskopiskt media Regenereringsmetod Kaliumformiat Mottryck, ånga 13 bara Ånga 13 bara 6,4 MW Hygroskopisk kondensor 5,8 MW Ånga 3,5 bara Spillvärme 5,0 MW 5,3 MW Varmvatten 85 C 22

23 Frövi Tekniska Data Sodapanna 120 MW Spillvärme Rökgas efter skrubber 68 C Daggpunkt 64 C Temperaturkrav 75 C resp 110 C Minskar ångförbrukning för spetsning av FJV och därmed minskas inköpt biobränsle 23

24 Frövi Hygroskopisk kondensor Alt 1 Hygroskopiskt media Regenereringsmetod Kaliumformiat Spillvärmedriven Spillvärme 15,0 MW Hygroskopisk kondensor 5,0 MW Fjärrvärme 75 C 24

25 Frövi Hygroskopisk kondensor Alt 2 Hygroskopiskt media Regenereringsmetod Natriumhydroxid Mottryck, ånga 12 bara, samt ångkompression Ånga 12 bara 7,1 MW Spillvärme 5,0 MW Hygroskopisk kondensor 14,4 MW Ånga 3,0 bara El för ångkompr 2,7 MW 25

26 Malå Sågverk Tekniska Data Virkestorkar (5 st kontinuerliga kanaltorkar) Spillvärme Fuktig luft ca 60 C Daggpunkt ca 50 C Temperaturkrav 80 C Ersätter olja och biobränsle för fjärrvärmeproduktion 26

27 Malå Sågverk Hygroskopisk kondensor Hygroskopiskt media Regenereringsmetod Kaliumformiat Mottryck, ånga 10 bara Ånga 10 bara 5,7 MW Hygroskopisk kondensor 9,7 MW Hetvatten till torkarna Fjärrvärme ca 80 C Spillvärme 4,7 MW 27

28 Resultat och diskussion Presentation av resultat Investeringskostnad Lönsamhet Ekonomiska slutsatser Fortsatt arbete 28

29 Beräkning av investeringskostnad Kostnader för komplett anläggning inkluderar Projektering och design Processutrustning t ex Fyllkroppskolonn Värmeväxlare Pumpar, ventiler Rördragning, elinstallation, instrument, isolering Montage och installation 29

30 Ekonomiska antaganden Finansiell bas Q Kalkylräntefot 8 % Ekonomisk livslängd Drifttimmar Pris el-certifikat 15 år 8000 h/år resp 5000 h/år 200 kr/mwh Pris utsläppsrätt CO kr/ton CO 2 Bränslekostnad GROT 140 kr/mwh Bränslekostnad Eo1 Bränslekostnad el Fjärrvärme, försäljn.pris 400 kr/mwh 400 kr/mwh 250 kr/mwh 30

31 Investeringskostnad 6,4 5,0 5,8 5,3 15,0 5,0 Braviken 15,4 MSEK (3090 kr/kw) Frövi Alt 1 18,7 MSEK (3740 kr/kw) 7,1 5,7 9,7 5,0 14,4 4,7 Malå Sågverk 13,5 MSEK (2700 kr/kw) 2,7 Frövi Alt 2 17,3 MSEK (3450 kr/kw) 31

32 Lönsamhet ksek/år Braviken Frövi Alt 1 Frövi Alt 2 Malå Intäkter Fjärrvärme Ersatt bränsle Kostnader Kapitalkostnad Elkostnad El-certifikat Drift & underhåll Årlig vinst [ksek/år] Payback [år] 1,2 1,2 NA 1,6 32

33 Ekonomiska slutsatser Ångproduktion genom ångkompression ej lönsam (Frövi Alt 2) Övriga varianter har återbetalningstid <2 år Energipriserna avgörande Avsättning för uppgraderad värme finns för kvalité C! 33

34 Fortsatt arbete Praktiska tester i pilotskala Hygroskopiska media Spillvärmekällor Föroreningar i den våta gasen Typ och mängd Gasrening före hygroskopisk kondensor Partikelrening av hygroskopiskt media Fördjupad förståelse av pappersmaskin för optimal tillämpning av hygroskopisk kondensor 34

35 NYKOMB SYNERGETICS 35