En undersökning av miljödatorns beräkningar på Nybro Energi AB

Driftteknikerprogrammet Självständigt arbete En undersökning av miljödatorns beräkningar på Nybro Energi AB Olle Blomgren Håkan Lagesson 2014-05- 14 Omfattning: 6hp Kurskod: 1SJ21E 1

Linnéuniversitetet Sjöfartshögskolan i Kalmar Utbildningsprogram: Arbetets omfattning: Titel: Författare: Handledare: Driftteknikerprogrammet Självständigt arbete om 6hp En undersökning av miljödatorns beräkningar på Nybro Energi AB Olle Blomgren & Håkan Lagesson Per Styrlin 2

Abstract Arbetets syfte har varit att klargöra hur Nybro Energi ABs miljödator utför sina beräkningar och om beräkningssättet den använder är korrekt. Genom att ha kritiskt analyserat hur miljödatorns beräkningar är strukturerade genomförde vi kontrollberäkningar och kunde med hjälp av DU- teknik skapa en laborationsmall för jämförelseberäkningar och övriga tester. I resultatet finns en jämförelse mellan laborationsmallens och miljödatorns uträknade pannverkningsgrad vid olika tidpunkter. Här framgår även miljödatorns formelstruktur och hur vardera formel hänger samman. Ur resultatet kan slutsatsen fastställas att miljödatorn utför korrekta beräkningar eftersom pannverkningsgraderna stämde överens. Eventuella felkällor så som mätfel gjorde dock att ett säkrare resultat hade uppnåtts om en mer grundlig och genomgående undersökning gjorts, där alla givare och enheter som förser miljödatorn med information kontrollerats. Avslutningsvis ges några förbättringsförslag som Nybro Energi AB kan göra för att säkerställa att miljödatorn utför noggrannare och mer verklighetstrogna beräkningar. 3

Abstract The purpose of the paper has been to verify how the environmental datasystem at Nybro Energi AB performs its calculations correctly and if the method is correct. An analysis of how the environmental datasystem's calculations are structured were checked. The calculations for errors and could, with the aid of DU- Teknik, create a template for comparison- calculations and other tests. The results compared the data values between the template and the environmental datasystem's calcualted boiler- efficiency at different intervals. It has also illustrated how each formula is structured for the environmental datasystem and how they are linked together. In conclusion, it can be determined that the environmental datasystem's calculations and the boiler efficiency calculations were consistent. Possible sources of error were measurement error, meaning that more accurate results would have been achieved by a more in- depth and thorough investigation, where all sensors and devices that provide environmental information to the computer could be checked. Finally, there is some improvement proposals for Nybro Energi AB to ensure that the environmental datasystem performs more accurate and realistic estimates. 4

Förord Arbetet har gett oss blivande drifttekniker en fördjupning i den automatiserade delen av förbränningsprocessen som en miljödator utför samt en god bild av vilka processer som berörs för en lyckad förbränning. Vi vill tacka Nybro Energi AB för arbetet i sig samt deras medverkan under arbetets gång, speciellt vill vi ta av hatten för Linus Martinsson, Driftingenjör på Nybro Energi AB och Torbjörn Walfridsson, Lärare inom förbränningsteknik samt konsult inom energi och processteknik på DU- Teknik som hjälp oss extra mycket genom arbetet. 5

Definitioner och förkortningar Nedan följer de definitioner och begrepp som har använts i undersökningen och laborationsmallen. 1 Effektiva värmevärdet, Hi Det effektiva värmevärdet [MJ/kg] (kallas även för undre värmevärde) är den värmemängd som frigörs per massenhet vid fullständig förbränning vid konstant tryck. Efter förbränningen befinner sig allt från bränslet härrörande vatten i ångform. Det effektiva värmevärdet är relaterat till en referenstemperatur av 25 C. Om värmebalansen upprättas för en annan temperatur måste värmevärdet korrigeras. Aktuella effektiva värmevärdet, Hi aktuell Total bränsleanalys Det aktuella effektiva värmevärdet tar även hänsyn till fukthalten i bränslet [kj/kg]. Bränslets värmevärde och elementaranalys. Vid en fullständig bränsleanalys bestäms halterna i viktprocent av kol (C), väte (H), syre (O), kväve (N) och svavel (S), aska (A) och fukt (F) samt kalorimetriskt värmevärde (Hkal, Hs). Det kalorimetriska värmevärdet räknas sedan om till effektivt värmevärde. Bränslets sammansättning Torrsubstans Avser de grundämnena som bränslet innehåller, [viktprocent]: kol (C), väte (H), syre (O), kväve (N) och svavel (S), aska (A) och fukt (F) Anger halten kol (C), väte (H), syre (O), kväve (N) och svavel (S) i bränslet. Xfukt A C H N S Torrsubstans med fukten inräknad [vikt- %] Bränslets askhalt [vikt- %, kg/kg bränsle]. Bränslets kolhalt [vikt- %, kg/kg bränsle]. Bränslets vätehalt [vikt- %, kg/kg bränsle]. Bränslets kvävehalt [vikt- %, kg/kg bränsle]. Bränslets svavelhalt [vikt- %, kg/kg bränsle]. 1 (Naturvårdsverket, 2006) 6

O F qb ηpanna Cprökgas Cprökgas Cpluft CpCO Bränslets syrehalt [vikt- %, kg/kg bränsle] Bränslets fukthalt [vikt- %, kg/kg bränsle]. Bränsleflöde [kg/s]. Pannans verkningsgrad (tar hänsyn till aktuellt värmevärde för bränslet, rökgasförlusterna samt den producerade effekten) [%]. Rökgasens värmekapacitet vid konstant tryck [kj/mn 3 C]. Rökgasens värmekapacitet vid konstant tryck [kj/kg C]. Luftens värmekapacitet vid konstant tryck [kj/kg C]. Kolmonoxids värmekapacitet vid konstant tryck [kj/kg C]. ρrökgas Densiteten för rökgas [kg/mn 3 ]. ρco Densiteten för Kolmonoxid [kg/mn 3 ]. Tluft Uteluftens temperatur [ C]. Tförbränningsluft Förbränningsluftens temperatur [ C]. Trökgas Temperatur hos rökgasen efter pannan [ C]. m Luftfaktorn, dvs. [verkligt luftbehov]/[teoretiskt luftbehov]; m 1. mn 3 g go got l lo lot pwl K (O2)tg (CO)tg Normalkubikmeter, dvs. gasens volym vid 101,3 kpa (1 atm; 760 mm Hg) och 273,1 K (0 o C). Verklig rökgasmängd [mn 3 /kg bränsle]. Teoretiskt fuktig rökgasmängd vid stökiometrisk förbränning [mn 3 /kg bränsle]. Teoretiskt torr rökgasmängd vid stökiometrisk förbränning [mn 3 /kg bränsle]. Verklig luftmängd[mn 3 /kg bränsle]. Teoretiskt fuktig luftmängd vid stökiometrisk förbränning [mn 3 /kg bränsle]. Teoretiskt torr luftmängd vid stökiometrisk förbränning [mn 3 /kg bränsle]. Vattenångans partialtryck i luft [kpa]. Faktor [Teoretiskt torr rökgasmängd/teoretiskt torr luftmängd]. Syrgashalten i torr rökgas [volymprocent]. Uppmätt koldioxidhalt i torr rökgas [ppm]. 7

H2O QLuft frökgas fcotg fövrig ftotal Ptillf Pprod Pstrål Phjälp Vattenångans volym i fuktig rökgas (go) vid stökiometrisk förbränning. [mn 3 /kg bränsle]. Energimängden i form av värme som förbränningsluften tillför processen [kj/kg bränsle]. Rökgasförlusten är den förlorade energin som rökgaserna innehåller när de lämnar skorstenen. (I laborationsmallen tar denna parameter också hänsyn till fcotg [%/kg bränsle]. Kolmonoxid förlusten är den förlorade energin som det oförbrända kolatomerna ger upphov till [%/kg bränsle]. Den energi som inte lämnar pannan i form av nyttiggjord energi eller rökgaser. Härtill räknas blanda annat strålnings- och ledningsförluster. Uppskattas vanligtvis till 1 % av den totala tillförda energin [%/kg bränsle]. Summan av frökgas,fcotg och fövrig [%/kg bränsle]. Tillförd effekt [kw]. Producerad effekt/nyttiggjord effekt [kw]. Strålningseffekt [kw]. Hjälpeffekt (är aktuell vid uppstart, antas annars vara 0kW) [kw]. 8

Innehållsförteckning 1. INTRODUKTION... 10 2. BAKGRUND... 11 2.1 MILJÖDATORN PÅ NYBRO ENERGI AB... 12 2.2 KONSTANTER... 12 2.3 MÄTVÄRDEN... 13 3. FRÅGESTÄLLNINGAR OCH SYFTE... 14 3.1 FRÅGESTÄLLNING 1... 14 3.2 FRÅGESTÄLLNING 2... 14 3.3 AVGRÄNSNINGAR... 14 4. METOD... 15 4.1 UNDERLAG... 15 4.2 TILLVÄGAGÅNGSSÄTT... 15 4.3 LABORATIONSSMALL... 17 5. RESULTAT... 19 5.1 MILJÖDATORNS BERÄKNINGSMETOD... 19 5.2 JÄMFÖRELSER AV PANNVERKNINGSGRAD... 22 6. DISKUSSION... 24 6.1 METODDISKUSSION... 24 6.2 RESULTATDISKUSSION... 25 6.3 FÖRSLAG TILL FÖRBÄTTRINGAR... 26 7. Referenslista... 27 8. BILAGOR... 28 9

1. INTRODUKTION Kraftvärmeverket i Nybro är en del av Nybro Energi AB och ägs helt av Nybro kommun. Deras huvudsakliga uppgift är att förse kommunen med fjärrvärme och om inte el- priserna är för låga nyttja energi till turbin för el- produktion. De tre biopannorna som Nybro Energi AB äger är sammankopplade med en miljödator som kontrollerar olika utsläpp, flöden och verkningsgrader med hjälp av standardiserade beräkningssätt. Nybro Energi AB fick intrycket att de eldade upp mer bränsle än vad de behövde och verkade ha någon form av problem med miljödatorns tillförda effekt- beräkningar. Linus Martinsson, Driftingenjör på Nybro Energi AB uppmärksammade att verkligt tillfört bränsle inte överensstämde med det teoretiska när han gjorde en kontrollberäkning. Vi har begränsat oss till att endast undersöka miljödatorns beräkningar och formler som berör panna 4 för att arbetet ska motsvara kursens poäng. Denna rapport kommer med hjälp av underlag från Nybro Energi AB och DU- Teknik att behandla vardera beräkning miljödatorn utför. 10

2. BAKGRUND Nybro Energi AB har ett kraftvärmeverk som ligger lokaliserat i Nybro i samband med Kährs. Verket har tre stycken biopannor som sammanlagt producerar 45 MW. Biobränslet består av en stor variation blandat bränsle såsom ekflis, spån, bark och restprodukter ifrån Kährs golvtillverkning. I dagsläget producerar bara verket energi i form av fjärrvärme då el- priserna är för låga. 2 De tre pannorna är sammankopplade med miljödatorn som kontrollerar olika utsläpp, flöden och verkningsgrader med hjälp av standardiserade beräkningssätt. Panna 4 är en biopanna och är Nybro Energis senaste investering som sattes i drift år 1995. 3 Nybro Energi expanderar och ett nytt projekt är i full gång där ett nytt kraftvärmeverk i form av en avfallspanna med turbin ska byggas. Panna 4 kommer då fortfarande vara i drift tillsammans med en av de äldre pannorna som kommer agera effektreserv vid stora laster. 4 Under en tid har Nybro Energi AB haft problem, då de har fått intrycket att de har eldat mer bränsle än vad de behövde. När Linus Martinsson gjorde en kontrollberäkning blev pannverkningsgraden orimligt hög på panna 4. Linus Martinsson tror att detta kan vara kopplat till miljödatorn då det är denna enhet som beräknar pannverkningsgraden. Eftersom miljödatorn inte bara beräknar pannverkningsgraden utan också utför en mängd andra beräkningar vill därför Linus att miljödatorns beräkningar ska undersökas. 2 (Martinsson, 2014) 3 (Martinsson, 2014) 4 (Nybro Energi AB) 11

2.1 MILJÖDATORN PÅ NYBRO ENERGI AB Miljödatorn använder sig av en mjukvara som heter CombiLab och är utvecklad av EnviLoop. CombiLab är ett kraftfullt och flexibelt verktyg för att mäta och övervaka förbränningsprocessen då vi idag har höga krav på kvalitet och spårbarhet. 5 CombiLab- systemet ställs in för att behandla en stor mängd data som både är mätvärden från givare och konstanter. CombiLab dokumenterar bland annat övervakning av emissioner såsom NOx och CO2- halten men även O2, CO- halten och temperaturer. Miljödatorn utför sina beräkningar från grunden utifrån bränslets sammansättning och avslutar med att beräkna pannans verkningsgrad. Däremellan beräknar den allt ifrån luftbehovet och bränslets aktuella värmevärde till rökgasförlusterna. Det miljödatorn inte beräknar och som faktiskt är en av de största parametrarna som påverkar den slutliga panverkningsgraden är den uppmätta producerade effekten. Denna effekt beräknas istället av Panna 4:s styrsystem SDM som sedan skickar en analog signal till en Wago- enhet vilket i sin tur omvandlar den till en digital signal till miljödatorn. 6 2.2 KONSTANTER De fasta konstanterna är i många fall uppskattade genomsnittskonstanter såsom utetemperatur, partialtryck hos vattenångan, rökgasens densitet och specifika värmekapacitet. Härtill räknas också strålningsförlusten som är väldigt svår att mäta och behöver därför uppskattas. Se Bilaga 1 Konstantrapport Bränslets sammansättning är inskrivna som konstanter men kan korrigeras efter hand. Sammansättningen korrigeras med hjälp av en total bränsleanalys som utfärdas 4 gånger årligen av BELAB AB. Den totala bränsleanalysen är ett sätt att värdera bränslets egenskaper och redogöra för bränslets fukthalt, naturlig askhalt, elementaranalys (C, H, N, O och S) samt värmevärde både kalorimetriskt och effektivt värde. 7 5 (EnviLoop, 2000) 6 (Eltox of Sweden AB, 1994) 7 (Bränsle & Energilaboratoriet AB, 2014) 12

2.3 MÄTVÄRDEN De uppmätta värdena är bland annat fukthalten i bränslet som uppdateras en gång i veckan i miljödatorn och utfärdas av Nybro Energi AB själva då denna faktor har stor inverkan på processen. Även temperaturen, CO- och O2- halten mäts i rökgaserna eftersom dessa faktorer också spelar roll för de beräkningar miljödatorn utför. Se Bilaga 2 Dygnsrapport 13

3. FRÅGESTÄLLNINGAR OCH SYFTE Syftet med undersökningen är att undersöka hur miljödatorn utför sina beräkningar och om beräkningssättet den använder är korrekt. 3.1 FRÅGESTÄLLNING 1 Hur räknar miljödatorn och vad använder den för formler? 3.2 FRÅGESTÄLLNING 2 Använder sig miljödatorn av ett korrekt beräkningssätt? 3.3 AVGRÄNSNINGAR Vi har valt att begränsat oss till att endast undersöka miljödatorns beräkningar och formler som berör panna 4. Vi har också avgränsat oss från att kontrollera givare och enheter som förser miljödatorn med information, vi förutsätter därför att alla givare och enheter ger korrekta mätvärden. 14

4. METOD 4.1 UNDERLAG Under utredningen har vi haft ett samarbete med Linus Martinsson, Driftingenjör på Nybro Energi AB och Torbjörn Walfridsson, Lärare inom förbränningsteknik samt konsult inom energi och processteknik på DU- Teknik. Linus har varit vår kontaktperson på Nybro Energi AB och försett oss med manualer, dokumentation, trendrapporter, konstantrapporter och bränsleanalyser m.m. Torbjörn har konsulterat oss i allmänna frågor inom förbränningsteknik samt låtit oss använda DU- Tekniks egna beräkningsprogram och underlag för att stödja vår undersökning. 4.2 TILLVÄGAGÅNGSSÄTT För att bättre förstå miljödatorns beräkningssätt inledde vi projektet med att fördjupa oss i manualen och utförde därefter datorns beräkningar i ett excel- dokument där vi kritiskt granskade all beräkning under en bestämd tidpunkt med hjälp av konstantrapporter och dygnsrapporter. Därefter genomförde vi beräkningstester under handledning av Torbjörn Walfridsson. Testerna gick ut på att med miljödatorns beräkningar göra en jämförelse gentemot DU- Tekniks beräkningsprogram för att kunna se om beräkningssättet var korrekt och uppdaterat. Vi kunde senare skapa oss en laborationsmall med formler och beräkningar. Mallen gav oss möjligheten att se hur de olika beräkningarna var sammankopplade och hur de påverkades vid ändringar av olika faktorer. För att vi skulle kunna få fram ett resultat ur laborationsmallen har vi lagt in aktuella parametrar för fyra olika veckor utifrån veckorapporter. Vi har då kunnat jämföra vår egna uträknade pannverkningsgrad med den som finns given på dygnsrapporten vid den bestämda tidpunkten. De här experimenten upprepades fyra gånger under en månad och fastställde på så vis om miljödatorns beräkningssätt var korrekt eller inte. 15

Vid ytterligare ett besök hos DU- Teknik hjälpte Torbjörn oss att analysera våran laborationsmall som vi hade skapat, vilket i sin tur säkerställde att det var en mall vi kunde använda oss av för att undersöka om miljödatorn gör korrekta beräkningar. 16

4.3 LABORATIONSSMALL Nedan följer formler som vi har använt oss av i vår laborationsmall.8 Se även Bilaga 3 Laborationsmall X!"#$ = (100 F) X!"#$!"#$ 100 Här räknas varje del om i bränslets sammansättning för att ta hänsyn till fukten i bränslet. l!" = (8,9 C) + (26,51 H) + (3,33 S) (3,33 O) 100 Den teoretiskt torra luftmängden. l! = (101,3 l!" ) 101,3 P!" Den teoretiskt fuktiga luftmängden. g!" = (8,9 C) + (20,95 H) + (3,33 S) + (0,8 N) (2,63 O) 100 Den teoretiskt torra rökgasmängden. H! O = (11,12 H) + (1,24 F) l!" P!" + 100 101,3 Pwl Vattenmängden i rökgaserna. g! = g!" + H! O Den teoretiskt fuktiga rökgasmängden. g = (g! + l! ) (m 1) Den verkliga rökgasmängden inklusive fukt. H!!"#$%&& = (H! (0,217 F)) 1000 8 (Naturvårdsverket, 2006), (Styrlin, 2013) 17

Det aktuella effektiva värmevärde räknas ut med en förenklad formel där fukten i bränslet är inräknat. 9 l = m l! Här beräknas det verkliga luftbehovet. Q!"#$ = l cp!"#$ (T!ö#$#ä&&'&()*+!, T!"#$ ) Energimängden som förbränningsluften tillför processen. Så länge förbränningsluften inte avviker alltför mycket ifrån 25 C kan denna faktor försummas. f!ö#$%& = (g cp!ö#$%& (T!ö#$%& T!"#$ )) + (g!" m CO!" 10! ρ!" cp!" ) 100 H!!"#$%&& + (l cp!"#$ (T!ö#$#ä&&'&()*+!, T!"#$ )) Här beräknas hur stor del av den tillförda energin (i form av bränsle och luft) som lämnar skorstenen med rökgaserna [%]. f ö"#$% = 1 Det finns alltid icke mätbara förluster, tex strålningsförluster, dessa tas inte till hänsyn i ovan formel och antas vara ca 1 %. 10 f!"!#$ = f! + f ö"#$% Här beräknas den totala förlusten som inte lämnar pannan i form av nyttig energi[%]. η!"##" = 100 f!"!#$ All annan energi måste då antas gå till att värma pannvattnet och därför fås pannans verkningsgrad ur denna formel. 9 (Walfridsson & Ericsson, 2014) 10 (Walfridsson) 18

5. RESULTAT 5.1 MILJÖDATORNS BERÄKNINGSMETOD Nedan följer samtliga formler som miljödatorn använder sig av och under varje enskild formel följer en förklaring.11 Korrigerings faktor fukt = 100 (100 F) Miljödatorn räknar ut en faktor som ska kompensera för fukten i bränslet, detta betyder att bränsleanalysen som finns i miljödatorn inte tar hänsyn till fukten eftersom indatan för bränslets sammansättning endast innehåller den torra substansen. l!" = (8,9 C) + (26,51 H) + (3,33 S) (3,33 O) 1 100 Korr. faktor fukt Den teoretiskt torra luftmängden räknas ut med hänsyn till korrigerings faktorn fukt. l! = (101,3 l!" ) 101,3 P!" Teoretiskt fuktig luftmängd där den atmosfäriska luftfuktigheten tas till hänsyn. g!" = (8,9 C) + (20,95 H) + (3,33 S) + (0,8 N) (2,63 O) 1 100 Korr. faktor fukt Teoretiskt torra rökgasmängden, men även här måste datorn ta hänsyn till korrigerings faktorn fukt. H! O = 11,12 H (Korr. faktor fukt) + (1,24 F) 100 + l!" P!" 101,3 Pwl För att kunna räkna ut den teoretiskt fuktiga rökgasmängden räknar miljödatorn här ut hur stor volym andel vatten det finns i rökgaserna [mn3 vatten/kg bränsle]. 11 (Eltox of Sweden AB, 1994) 19

g! = g!" + H! O Teoretiskt fuktig rökgasmängd fås genom att den teoretiskt torra rökgasmängden adderas med vattnet i rökgaserna. Hi!"#$%&& = ( C + H + S Korr faktor fukt ) F (C + H + S) Hi 100 2,45 Det aktuella effektiva värmevärdet är helt beroende av fukt- halten i bränslet. Här har miljödatorn också behövt ta hänsyn till att indatan för bränslets sammansättning endast är av torrsubstans. m = 1 + got lot (O! )!" 20,95 (O! )!" Luftfaktorn fås här genom att kontinuerligt mäta syrehalten efter pannan. g! = (g!" + l!" ) (m 1) För att räkna ut det torra verkliga rökgasflödet måste miljödatorn ta hänsyn till luftöverskottet. g = (g! + l! ) (m 1) Det fuktiga verkliga rökgasflödet fås på samma sätt som ovan men med de fuktiga gaserna inräknade. f!ö#$%& = g ρ!ö#$%& cp!ö#$%& (T!ö#$%& T!"#$ ) För att räkna ut rökgasförlusten mäts kontinuerligt temperaturen på rökgaserna efter pannan. Miljödatorn tar också hänsyn till rökgasens densitet eftersom rökgasernas specifika värmekapacitet (cprökgas) är uttryckt per volymenhet rökgas [kj/mn3] och förlusten måste uttryckas i [kj/kg bränsle]. f!"#$ = g!" m CO!" 10! ρ!" cp!" 20

Förlust i form av oförbrända kolatomer visar sig genom att mäta kolmonoxid- halten i rökgaserna. Även här måste miljödatorn ta hänsyn till densiteten på kolmonoxid eftersom den kolmonoxidens specifika värmekapacitet är uttryckt per volymenhet rökgas [kj/mn3]. q! = P!"#$ + P!"#å% P!"ä$% Hi!"#$%&& f!"#$ f!ö#$%& För att räkna ut bränslets massflöde använder sig miljödatorn av en omgjord [P!"#$ = q! Hi!"#$%&& ]men tar här också hänsyn till rökgasförlusten och förlusten i form av oförbrända kolatomer. I det här stadiet kommer den uppmätta producerade effekten in i beräkningarna. P!"##$ = q! Hi!"#$%&& Den tillförda effekten fås genom att massflödet multipliceras med bränslets aktuella effektiva värmevärde. η!"##" = P!"#$ P!"##$ + P!"ä$% 100 Pannans verkningsgrad fås till sist genom att miljödatorn dividerar den uppmätta producerade effekten med den uträknade tillförda effekten. Här har miljödatorn redan tagit hänsyn till den energi som lämnar skorstenen med rökgaserna och energin som de oförbrända kolatomerna hade gett upphov till. 21

5.2 JÄMFÖRELSER AV PANNVERKNINGSGRAD Nedan visas en jämförelse mellan miljödatorns uträknade pannverkningsgrad och laborationsmallens uträknade pannverkningsgrad. Verkningsgraderna är uträknade med hänsyn till de aktuella mätvärden och konstanter som påverkar pannverkningsgraden. Se Bilaga 3 Laborationsmall för fullständiga beräkningar. URKLIPP LABORATIONSMALL VECKA 1 LABORATIONSMALL Mätvärden 2014-03 Vecka 1 MILJÖDATORN 2014-03 Vecka 1 Fukt [vikt %] 38,20 Fukt [vikt %] 38,20 O2 tg [volym %] 5,04 O2 tg [volym %] 5,04 CO tg [ppm] 243,13 CO tg [ppm] 243,13 Temp. rökgaser [ C] 162,86 Temp. rökgaser [ C] 162,86 Förluster Förlust rökgaser [%] 8,55 Övrig förlust [%] 1,00 Total förlust [%] 9,55 Pannverkningsgrad [%] 90,45 Pannverkningsgrad [%] 90,23 Vecka 1 visar att verkningsgraden skiljer 0,22 %. URKLIPP LABORATIONSMALL VECKA 2 LABORATIONSMALL Mätvärden 2014-03 Vecka 2 MILJÖDATORN 2014-03 Vecka 2 Fukt [vikt %] 37,50 Fukt [vikt %] 37,50 O2 tg [volym %] 4,27 O2 tg [volym %] 4,27 CO tg [ppm] 267,86 CO tg [ppm] 267,86 Temp rökgaser [ C] 167,29 Temp. rökgaser [ C] 167,29 Förluster Förlust rökgaser [%] 8,45 Övrig förlust [%] 1,00 Total förlust [%] 9,45 Pannverkningsgrad [%] 90,55 Pannverkningsgrad [%] 90,73 Vecka 2 visar att verkningsgraden skiljer 0,18 %. 22

URKLIPP LABORATIONSMALL VECKA 3 LABORATIONSMALL Mätvärden 2014-03 Vecka 3 MILJÖDATORN 2014-03 Vecka 3 Fukt [vikt %] 34,30 Fukt [vikt %] 34,30 O2 tg [volym %] 4,10 O2 tg [volym %] 4,10 CO tg [ppm] 237,00 CO tg [ppm] 237,00 Temp. rökgaser [ C] 165,29 Temp. rökgaser [ C] 165,29 Förluster Förlust rökgaser [%] 8,01 Övrig förlust [%] 1,00 Total förlust [%] 9,01 Pannverkningsgrad [%] 90,99 Pannverkningsgrad [%] 91,09 Vecka 3 visar att verkningsgraden skiljer 0,10 %. URKLIPP LABORATIONSMALL VECKA 4 LABORATIONSMALL Mätvärden 2014-03 Vecka 4 MILJÖDATORN 2014-03 Vecka 4 Fukt [vikt %] 33,50 Fukt [vikt %] 33,50 O2 tg [volym %] 5,83 O2 tg [volym %] 5,83 CO tg [ppm] 280,29 CO tg [ppm] 280,29 Temp. rökgaser [ C] 159,43 Temp. rökgaser [ C] 159,43 Förluster Förlust rökgaser [%] 8,33 Övrig förlust [%] 1,00 Total förlust [%] 9,33 Pannverkningsgrad [%] 90,67 Pannverkningsgrad [%] 90,49 Vecka 4 visar att verkningsgraden skiljer 0,18 %. Av alla gjorda tester skiljer som mest verkningsgraden med 0,22 % och det inträffade i testet som gjordes för vecka 1. 23

6. DISKUSSION 6.1 METODDISKUSSION Då arbetet ska motsvara 6 högskolepoäng har vi blivit tvungna att avgränsa oss från att kontrollera miljödatorns givare och enheter som förser den med information. En undersökning av detta skulle vara mer tidskrävande och det skulle också krävas avancerad utrustning samt skulle ha kunnat störa driften. Vi valde också att begränsa till att endast kontrollera miljödatorns koppling till panna 4 då den kommer att vara i drift tillsammans med den nya anläggningen som ska byggas. Arbetets begränsade storlek har också lett till att vi bara har studerat miljödatorn inom ett kort tidsintervall, vilket har gjort att vi bara kunnat utföra testerna med laborationsmallen under ett specifikt tillfälle på året. Undersökningen hade istället behövt göras under en längre period för att få ett säkrare resultat eftersom pannan normalt sätt belastas olika och är beroende av säsong och värmebehov gentemot kund. Laborationsmallen vi skapade under arbetet har varit ett bra hjälpmedel och ger en bra blick över vilka parametrar som är de styrande i olika beräkningar. Mallen skulle också kunna användas till att kontrollera beräkningar för samtliga pannor som miljödatorn berör. Vi valde att vända oss till Torbjörn Walfridsson på DU- Teknik för att vi anser att ett företag som dagligen arbetar med förbränningstekniska beräkningar kan sin sak. Detta gav oss en trygghet när vi skapade vår laborationsmall och därmed kunde vi skapa ett säkrare resultat. 24

6.2 RESULTATDISKUSSION Testerna med hjälp av laborationsmallen visade att miljödatorns beräkningssätt är korrekt eftersom pannverkningsgraden inte skiljer sig nämnvärt mellan miljödatorns- och laborationsmallens uträkningar. Som mest skiljer verkningsgraden med 0,22 % vilket tyder på att det inte beror på beräkningssättet utan på små avvikelser i hur beräkningarna är utförda i laborationsmallen gentemot miljödatorns beräkningar. Eftersom Torbjörn Walfridsson har kontrollerat laborationsmallens beräkningar och konstaterat att de är uppdaterade med dagens beräkningsstandard kan vi med större säkerhet utgå ifrån att mallen är korrekt vilket leder till ett säkrare resultat. I laborationsmallen kunde det konstateras vilka faktorer som visat sig ha störst inverkan på beräkningarna med hänsyn till den slutliga pannverkningsgraden. De två faktorer som enligt vårt resultat visat sig ha störst inverkan på miljödatorns beräkningsresultat är bränslets fukthalt och den producerade effekten. Fukthalten har en direkt koppling till bränslets aktuella effektiva värmevärde vilket klargörs i beräkningsdelen. En hög fukthalt ger bränslet ett lägre värmevärde och därför behöver miljödatorn, i sina beräkningar, kompensera med ett större bränsleflöde för att kunna uppnå önskad effekt vilket i sin tur styr vilken verkningsgrad pannan får. Det är viktigt att ta i beaktande att bränslets sammansättning, vilket inkluderar fukt- halten, förändras vid blandning av olika bränslen då Nybro Energi AB använder sig av en mängd olika biobränslen som alla har en unik sammansättning och då denna blandning inte blir homogen uppstår en oförutsägbar förbränning. Bränsleblandningens sammansättning är ett uträknat medelvärde utifrån de olika bränslena och det kan därför vara svårt att få det att stämma överens med verkligheten. Dessa uträknade medelvärdena försämrar resultatet ytterligare eftersom undersökningen är gjord under ett kort tidsintervall. Om istället undersökningen gjorts under ett längre tidsintervall, exempelvis ett år, hade de uträknade medelvärdena jämnat ut sig och därmed förbättrat det slutliga resultatet. Som tidigare nämnt är den producerade effekten, som ges av Panna 4:s styrsystem, en direkt sammanhängande faktor till den beräknade pannverkningsgraden. Panna 4:s styrsystem i sig är inte undersökt i och med vår avgränsning och vi kan därför inte 25

konstatera att styrsystemet har beräknat den producerade effekten korrekt. Detta leder till att vårt resultat inte är fullt så säkert som det skulle kunnat vara. För att resultatet ska konstateras helt säkert måste en grundligare undersökning göras av alla faktorer som spelar in i miljödatorns beräkningar, därmed även givare och andra enheter som förser miljödatorn med information. 6.3 FÖRSLAG TILL FÖRBÄTTRINGAR Fukthalten i datorn uppdateras för närvarande veckovis och skulle kunna genom att införa en daglig rutin säkerställa att miljödatorn utför en noggrannare och mer verklighetstrogen beräkning. Utföra konditions kontroller av givare med jämna mellanrum för att säkerställa korrekta mätresultat och därmed noggrannare beräkningar med mindre felmarginaler. 26

7. REFERENSLISTA Bränsle & Energilaboratoriet AB. (2014). Utför bränsleanalyser, Swedac Ackrediterade. Analyscertifikat. Eltox of Sweden AB. (1994). Dokumentation för miljödatorn. EnviLoop. (den 01 01 2000). http://www.enviloop.se/om- enviloop- ab/. Hämtat från http://www.enviloop.se/: http://www.enviloop.se/combilab/ den 14 05 2014 Martinsson, L. (den 03 03 2014). Driftingenjör på Nybro Energi AB. (O. Blomgren, & H. Lagesson, Intervjuare) Naturvårdsverket. (den 1 12 2006). www.naturvardsverket.se. Hämtat från Beräkning av rökgasflöde: http://www.naturvardsverket.se/upload/stod- i- miljoarbetet/vagledning/energi/kvaveoxidavgiften/kvaveoxidavgift- berakning- rokgasflode.pdf den 14 05 2014 Nybro Energi AB. (u.d.). www.nybroenergi.se. Hämtat från www.nybroenergi.se/om- oss/nybro- energi: http://nybroenergi.se/om- oss/nybro- energi den 14 05 2014 Styrlin, P. (2013). Lärare på Sjöfartshögskolan i Kalmar. (O. Blomgren, & H. Lagesson, Intervjuare) Walfridsson, T. (den 12 05 2014). Lärare inom förbränningsteknik, Konsult inom energi och processteknik på DU- Teknik. (O. Blomgren, & H. Lagesson, Intervjuare) Walfridsson, T., & Ericsson, M. (2014). Förbränningstekniska beräkningar. Eksjö: DU- Teknik, Driftskolan. 27

8. BILAGOR BILAGA 1 Konstantrapport P4 Nybro EC, Nybro Energi AB Månad: mars 2014 Datum Bio Ask-halt vikt % ts Bio C-halt vikt % ts Bio H-halt vikt % ts Bio N-halt vikt % ts Bio O-halt vikt % ts Konstantrapport Bio S-halt vikt % ts Bio Fukt-halt vikt % Bio Eff v.värde MJ/kg ts NO2 andel % NOx medelv mg/mj Rökg cp kj/kg C Rökg densitet kg/m3(n) 2014-03-01 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 42,7 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-02 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 42,7 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-03 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 38,2 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-04 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 38,2 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-05 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 38,2 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-06 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 38,2 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-07 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 38,2 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-08 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 38,2 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-09 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 38,2 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-10 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 37,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-11 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 37,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-12 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 37,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-13 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 37,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-14 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 37,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-15 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 37,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-16 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 37,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-17 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 34,3 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-18 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 34,3 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-19 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 34,3 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-20 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 34,3 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-21 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 34,3 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-22 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 34,3 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-23 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 34,3 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-24 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 33,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-25 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 33,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-26 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 33,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-27 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 33,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-28 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 33,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-29 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 33,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-30 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 33,5 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 2014-03-31 1,0 49,4 5,7 0,40 41,3 0,01 31,6 19,2 1,0 84 1,14 1,22 300 Stråln förlust kw Utskriftsdatum: 2014-05-13 12:36 Designed by HÅCON Exempel på konstantrapport, just denna är giltig under mars 2014. 28

BILAGA 2 Dygnsrapport P4 Nybro EC, Nybro Energi AB Datum: 2014-03-01 Tid Drifttid Panna h Pann energi MWh Beräknat bränsle ton Tillförd energi, br MWh Dygnsrapport Verkn. grad % Skattat värde NOx miljö kg NOx miljö mg/mj CO mg/mj CO 6 %O2 mg/m3(n) Rökgas flöde m3(n)/h 00:00-01:00 1,0 14,9 6,0 16,5 90,0 0 3,6 60 30 81 21067 157 5,6 67 82,3 01:00-02:00 1,0 14,3 5,7 15,9 90,1 0 3,0 52 44 120 20091 155 5,5 99 71,3 02:00-03:00 1,0 14,8 6,0 16,5 89,9 0 3,8 64 30 82 21285 157 5,8 67 86,3 03:00-04:00 1,0 15,0 6,0 16,6 90,0 0 3,7 62 31 84 21108 158 5,5 69 84,7 04:00-05:00 1,0 15,1 6,1 16,8 89,8 0 3,8 62 30 81 21394 160 5,6 67 85,1 05:00-06:00 1,0 16,6 6,7 18,4 90,2 0 4,4 66 33 90 22220 163 4,7 78 95,2 06:00-07:00 1,0 16,4 6,6 18,1 90,2 0 3,9 60 50 136 21703 163 4,6 119 87,6 07:00-08:00 1,0 16,9 6,8 18,7 90,2 0 4,2 62 47 129 22347 165 4,5 113 90,2 08:00-09:00 1,0 21,0 8,4 23,2 90,2 0 7,0 83 27 74 26764 173 4,0 68 125,8 09:00-10:00 1,0 21,6 8,7 24,0 90,2 0 7,5 87 28 77 27260 176 3,7 71 133,6 10:00-11:00 1,0 22,2 8,9 24,6 90,2 0 7,7 87 33 91 27635 178 3,5 85 134,8 11:00-12:00 1,0 21,7 8,7 24,1 90,3 0 7,0 81 45 124 26701 177 3,3 117 126,5 12:00-13:00 1,0 20,6 8,3 22,8 90,3 0 6,4 77 67 185 25125 176 3,2 176 122,5 13:00-14:00 1,0 21,0 8,4 23,3 90,3 0 6,7 80 43 119 26099 175 3,5 111 124,5 14:00-15:00 1,0 20,3 8,2 22,6 90,0 0 7,3 90 14 38 26418 174 4,2 34 133,3 15:00-16:00 1,0 20,1 8,1 22,4 90,0 0 7,7 95 14 38 26241 174 4,3 34 141,1 16:00-17:00 1,0 20,7 8,3 23,0 90,0 0 8,5 102 20 55 27308 174 4,5 49 149,9 17:00-18:00 1,0 21,1 8,4 23,3 90,5 0 9,0 107 20 56 27853 165 4,5 49 155,8 18:00-19:00 1,0 20,8 8,3 23,0 90,6 0 8,9 107 19 53 27384 163 4,5 47 156,9 19:00-20:00 1,0 21,3 8,5 23,5 90,6 0 8,5 101 37 102 27488 165 4,2 92 150,1 20:00-21:00 1,0 19,6 7,9 21,8 90,2 0 7,6 97 19 51 26463 165 4,8 44 138,4 21:00-22:00 1,0 17,9 7,2 19,8 90,3 0 6,0 84 20 55 23805 163 4,6 48 122,3 22:00-23:00 1,0 16,1 6,5 17,9 90,2 0 4,8 75 22 62 21950 159 5,0 53 105,9 23:00-00:00 1,0 16,8 6,7 18,6 90,2 0 5,0 74 32 88 22370 163 4,6 76 107,8 Summa Medelvärde Max Min Summa mån. Medelv. mån. Riktvärde 24,0 24,0 446,9 446,9 179,2 179,2 Utförda automatkalibreringar Analysator 3 CO, NO, O2 4 Underkända kalibreringar 0 495,4 495,4 90,2 90,2 0 0 145,9 145,9 82 107 52 82 mm<100 31 31 86 185 38 86 dm<1000 Rökgas temp. C O2 tg vol % 24503 167 4,5 5,8 3,2 CO tg ppm 76 76 NO tg ppm 117,2 Utskriftsdatum: 2014-05-13 13:10 Designed by HÅCON Exempel på en dygnsrapport, just denna visar mätvärden den 1 mars 2014. 29

BILAGA 3 Laborationsmall (Bränslets sammansättning) Inkl. fukt Kol C [vikt %] X X Väte H [vikt %] X X Svavel S [vikt %] X X Kväve N [vikt %] X X Syre O [vikt %] X X Askhalt A [vikt %] X X Total [vikt %] X X Luft m (luftfaktor) [dimensionslös] X l (verklig luftmängd) [mn^3/kg br] X lo (teoretiskt fuktig luftmängd) [mn^3/kg br] X lot (teoretiskt torr luftmängd) [mn^3/kg br] X Rökgas H2O (i fuktiga rökgaser) [mn^3/kg br] X g (verklig rökgasmängd) [mn^3/kg br] X go (teoretisk fuktig rökgasmängd) [mn^3/kg br] X got (teoretisk torr rökgasmängd) [mn^3/kg br] X Konstanter cp rökgaser (kj/mn3) 1,39 cp rökgaser (kj/kg) 1,14 cp förbränningsluft (kj/kg) 1,30 cp CO (kj/kg) 10120,00 ρ rökgaser (kg/mn3) 1,22 ρ CO (kg/mn3) 1,25 Förbränningsluft [ C] 25,00 Luftens utetemperatur [ C] 25,00 Partialtryck Vattenånga [kpa] 1,10 K (got/lot) 0,99 Hi för rena träbränslen [MJ/kg br] 19,22 Hi aktuell [kj/kg br] X LABORATIONSMALL Mätvärden 2014-03 Vecka X MILJÖDATORN 2014-03 Vecka X Fukt [vikt %] X Fukt [vikt %] X O2 tg [volym %] X O2 tg [volym %] X CO tg [ppm] X CO tg [ppm] X Temp. rökgaser [ C] X Temp. rökgaser [ C] X Förluster Förlust rökgaser [%] X Övrig förlust [%] X Total förlust [%] X Pannverkningsgrad [%]? Pannverkningsgrad [%]? 30

391 82 Kalmar Tel 0772-28 80 00 sjo@lnu.se Lnu.se 31