Simulering och optimering av energisystem - Övningar reviderad.doc, Sida 1 av 5 Integrerad etanol- och kraftvärmeanläggning Övningsuppgift 1 En kraftvärmeanläggning med en maximal värmeeffekt på 76 MW och en maximal eleffekt på 38 MW integreras med en etanolanläggning som har ett ångbehov motsvarande omkring 35-40 MW. Kraftvärmeanläggningen består av en högtrycks- och en lågtrycksturbin, två matarvattentankar, två matarvattenförvärmare, tre pumpar samt en fjärrvärmekondensor enligt figur på sidan 5. Vid 25 bars tryck avtappas 18,6 ton/h ånga till förbehandlingssteget i etanolanläggningen och vid 4 bars tryck avtappas ånga till destillations- respektive indunstningssteget. Kondensatet från förbehandlingen blandas med råmaterialet, vilket gör att det inte kan återcirkuleras som matarvatten utan måste ersättas med färskt. Däremot kan kondensaten från destillations- och indunstningsstegen återanvändas som matarvatten. Effektbehovet för indunstningen är 10,9 MW och 12,5 MW för destillationen. Tabell 1 nedan visar de temperaturer som bör eftersträvas för det matarvatten som går tillbaka till ångpannan. Tabell 1: Matarvattenflöden och deras temperaturer Matarvattenflöde, kg/s Temperatur, C 30 200 35 210 40 220 Uppgiften är att bygga upp modellen samt ta reda på fjärrvärme- respektive eleffekten när matarvattenflödet är 40 kg/s. De enhetsoperationer som ingår i modellen samt inkommande strömmar specificeras i tabell 2 och 3 nedan.
Simulering och optimering av energisystem - Övningar reviderad.doc, Sida 2 av 5 Tabell 2: för enhetsoperationer DEST Destillation av etanol Pressure: 4 bar FJVKOND Varmvattenkondensor för fjärrvärme Hot stream outlet vapor fraction: 0 FV1 Matarvattenförvärmare Hot stream outlet vapor fraction: 0 FV2 Matarvattenförvärmare Hot stream outlet vapor fraction: 0 FÖRB Förbehandling av råmaterial till etanolprocessen Pressure: 25 bar INDUNST Indunstning av fast återstod från etanolprocessen Pressure: 4 bar MATA1 Matarvattentank Outlet pressure: 7 bar MATA2 Matarvattentank Outlet pressure: 4 bar P1 Matarvattenpump Pressure: 175 bar P2 Matarvattenpump P3 Matarvattenpump Pressure: 10 bar TURB1 Högtrycksturbin Outlet pressure: 25 bar Isentropic efficiency: 0,9 TURB2 Högtrycksturbin Outlet pressure: 7 bar Isentropic efficiency: 0,94 TURB3 Högtrycksturbin Outlet pressure: 4 bar Isentropic efficiency: 0,38 TURB4 Högtrycksturbin Outlet pressure: 0,45 bar Isentropic efficiency: 0,33 Tabell 3: för inkommande strömmar FJVIN Returflöde från fjärrvärmenätet Temperature: 47 C MAVANY Färskt matarvatten för att ersätta ånga som förlorats i förbehandlingen Temperature: 5 C ÅNGAIN Inkommande ånga till turbincykeln Temperature: 540 C Pressure: 140 bar
Simulering och optimering av energisystem - Övningar reviderad.doc, Sida 3 av 5 Övningsuppgift 2 Denna uppgift gäller fortfarande samma bioenergikombinat, men med ett förändrat ång-/matarvattenflöde. I tabell 4 nedan ges data för de förändrade förutsättningarna. Tabell 4: för matarvattenflöde respektive utloppstryck för hög- respektive lågtrycksturbinen Matarvattenflöde Tryck, TURB2 Tryck, TURB4 35 kg/s 6 bar 0,5 bar 30 kg/s 5 bar 0,55 bar Sannolikheten är att ni får ett fel när ni kör ovanstående simulering. Uppgiften är att ta reda på felet och åtgärda detta samt ta reda på fjärrvärme- respektive eleffekten för ovanstående matarvattenflöden. Grupp A tittar på ett flöde av 35 kg/s och grupp B tittar på 30 kg/s. Tänk på att trycket i MATA1 skall anpassa till utloppstrycket i TURB2.
Simulering och optimering av energisystem - Övningar reviderad.doc, Sida 4 av 5 Övningsuppgift 3 = Inlämningsuppgift Aspen 2 Som framgår av figuren på sidan 5 ingår även en ångtork i systemet, där den fasta ligninåterstoden från etanolproduktionsprocessen torkas. Vid 25 bars tryck tappas ånga av till torken. Effektbehovet i torken är 11,4 MW. Kondensatet efter torken tryckreduceras ner till 4 bar. Ångfasen går direkt till en lågtrycksturbin. En viss del av vätskefasen går till en ångomvandlare. Med hjälp av den avdunstade ångan från det fuktiga bränslet som värmande medium omvandlas vätskan till ånga som i sin tur går vidare till lågtrycksturbinen. Bränsleångan motsvarar 10,5 MW. Den del av vätskefasen som inte kan ombildas till ånga går till MATA1. Ångan från lågtrycksturbinen kyls i en kallvattenkondensor, där temperaturdifferens på kallvattensidan inte bör överstiga 6 C. Efter tryckhöjning i en pump förvärms matarvattnet med hjälp av resterande energi från bränsleångan och fortsätter sedan till förvärmare 2. Uppgiften är att bygga upp torken, ångomvandlaren etc och koppla ihop dessa enheter med resten av modellen. Precis som för förbehandling, destillation och indunstning representeras torken av en HEATER med en inkommande och utgående ström. Den avdunstade ångan från det fuktiga bränslet antas därför vara en inkommande ström, se tabell 6. Bygg upp modellen och redovisa resultat, inmatningar i Aspen samt eventuella beräkningar i ett Word-dokument. Redovisa producerad el och fjärrvärme, samt gör en energibalans för hela systemet där ingående strömmar/enhetsblock redovisas. De enhetsoperationer som ingår samt inkommande strömmar specificeras i tabell 5 och 6 nedan. Tabell 5: för enhetsoperationer FV3 Matarvattenförvärmare Hot stream outlet temperature: 19 C KVK Kallvattenkondensor Hot stream outlet vapor fraction: 0 P4 Matarvattenpump Pressure: 10 bar TORK Torkning av ligninåterstod Pressure: 25 bar TURB5 Lågtrycksturbin Outlet pressure: 0,02 bar Isentropic efficiency: 0,31 ÅNGOMV Ångomvandlare Cold stream outlet vapor fraction: 1 Tabell 6: för inkommande strömmar BRÅNGA Avdunstad ånga från det torkade bränslet Temperature: 150 C Pressure: 4,5 bar VATIN Kylarvatten till kallvattenkondensor Temperature: 5 C
Simulering och optimering av energisystem - Övningar reviderad.doc, Sida 5 av 5 FÖRB TORK ÅNGOMV DEST IN- DUNST ÅNG- PANNA TURB12 TURB34 TURB5 MATA1 FJV- KOND KVK P2 FV1 P1 MATA2 FV3 P4 FV2 P3