Konvertering av hetvattenpannor till kraftvärmeproduktion RAPPORT F2007:01 ISSN 1103-4092

Konvertering av hetvattenpannor till kraftvärmeproduktion RAPPORT F2007:01 ISSN 1103-4092

Förord Den förste juli 2006 infördes skatt på förbränning av hushållsavfallet i Sverige. Utformningen av skatten är sådan att det är det fossila kol innehållet i hushållsavfallet som beskattas schablonmässigt. Lättnader från skatten kan erhållas om anläggningen producerar el och storleken på lättnaden beror på elverkningsgraden. Eftersom Sverige är ett av få länder där det finns avfallseldade hetvattenanläggningar förändrade skatten kraftigt förutsättningarna för olika aktörer på den svenska marknaden. Samtidigt kan skatten ses som ett incitament för att konvertera hetvattenpannor till kraftvärmeproduktion. Denna rapport visar på två tekniska möjligheter för konvertering och försöker också avspegla de ekonomiska förutsättningarna för dessa möjligheter. Resultaten visar på stora skillnader i lönsamhet mellan olika anläggningar och olika förutsättningar och det går inte att generellt säga att det lönar sig att konvertera pannorna. Undersökningen har gjorts av Anders Norin och Marianne Gyllenhammar på S.E.P. Scandinavian Energy Project AB. Malmö juni 2007 Avfall Sverige Weine Wiqvist VD Avfall Sverige Håkan Rylander Ordf. i arbetsgruppen Avfallsförbränning 1

Sammanfattning Från den 1 juli 2006 har förbränningsskatt på hushållsavfall införts. Vid samproduktion av både värme och el erhålls en högst väsentlig rabattering av skatten jämfört med endast värmeproduktion. I denna rapport har två olika kommersiella tekniska lösningar för konvertering av avfallseldade hetvattenpannor till kraftvärmeproduktion studerats. Två anläggningar av olika storlek har studerats med avseende på möjlighet att konvertera med respektive teknik, men även vilken prestanda och vilka investeringskostnader en konvertering med respektive teknik skulle medföra. De två olika kommersiella tekniska lösningarna för konvertering som har studerats är: Ombyggnad till Vaporel, dvs. vattenströmmen trycksänks varvid en del av vattnet förångas, ånga- /vattenblandningen leds till en flashbox där ångan separeras och leds till en turbin. Ombyggnad till helångpanna, dvs. genom att pannans tryckkärl modifieras för att klara kokning alternativt överhettning. Hela panneffekten kan då gå till elproduktion i en turbin. De anläggningar som har studerats i denna rapport är: Norsaverken i Köping 12 MW, ÅPS-panna (ugn med avgaspanna) SYSAV i Malmö 2x30 MW, Avfallspannor uppförda av Martin GmbH, nyligen ombyggda för att klara avfallsdirektivet. För att rapporten skall representera de flesta anläggningar som finns i Sverige idag har även en av SYSAVs pannor (30 MW) studerats fristående utan att vara ihopkopplad med den andra pannan. Investeringskostnaderna har tagits fram baserat på tidigare utredningar, ombyggnadsprojekt samt offerter från leverantörer. Priserna i rapporten är ungefärliga värden (budgetpriser) och kan komma att ändras vid ett eventuellt konverteringsprojekt. Resultaten skall bara användas som riktvärden. Investeringskostnader för de olika teknikerna på respektive anläggning blev: Ca 15,5 MSEK för ombyggnad till Vaporel vid Norsaverken i Köping. Genererad effekt 0,79 MW och elverkningsgrad 4,9 %. Ca 26 MSEK för ombyggnad till ångpanna vid Norsaverken i Köping. Genererad effekt 1,2 MW och elverkningsgrad 7,8 %. Ca 50 MSEK för ombyggnad till Vaporel vid SYSAV 2x30 MW i Malmö. Genererad effekt 5,3 MW och elverkningsgrad 6,6 %. Ca 92 MSEK för ombyggnad till ångpanna vid SYSAV 2x30 MW i Malmö Genererad effekt 9,2 MW och elverkningsgrad 12 %. Ca 31 MSEK för ombyggnad till Vaporel vid SYSAV 30 MW i Malmö. Genererad effekt 2,6 MW och elverkningsgrad 6,6 %. 2

Ca 53 MSEK för ombyggnad till ångpanna vid SYSAV 30 MW i Malmö. Genererad effekt 4,6 MW och elverkningsgrad 12,8 %. Faktorer som påverkar elproduktionen vid konvertering av hetvattenpannor såsom panntryck, ångtemperaturer, mottryck och cirkulationsflöde behandlas i denna rapport. I rapporten beskrivs vilken effekt faktorerna har på elproduktionen samt hur de skall beaktas vid konvertering av hetvattenpannor. Förbränningsskattens inverkan på om en konvertering är lönsam eller inte är stor. Denna utredning visar att SY- SAVs anläggning är lönsam på kort tid (ca 4 år) att bygga om till någon av de studerade koncepten enbart genom den skattebesparing som erhålls genom lägre förbränningsskatt. Köpings anläggning visar längre avskrivningstid, så i det fallet måste andra parametrar vägas in om ombyggnad skall vara lönsamt. 3

Innehållsförteckning 1. Inledning...5 1.1 Bakgrund...5 1.2 Syfte och mål...6 1.3 Utförande...6 2. Litteraturstudie...7 2.1 Val av teknik och anläggningar...7 2.2 Bakgrund för investeringskostnader...8 3. Teknik...8 3.1 Ångpanna med ångturbin...8 3.2 Vaporel konceptet...9 4. Faktorer som påverkar elproduktionen...12 4.1 Ångtryck...13 4.2 Ångtemperatur...13 4.3 Sänkt mottryck...15 4.4 Ökat cirkulationsflöde i hetvattenpannan...17 4.5 Pannans utformning...18 5. Anläggningar...19 5.1 Köping Vafab Miljö AB...19 5.2 Malmö Sysav...28 5.3 Sammanfattning av resultat ifrån anläggningsstudie...41 6. Förbränningsskattens inverkan på lönsamheten...42 7. Slutsatser och diskussion...45 8. Referenser...47 Bilaga 1 Prestanda och investeringskostnader för respektive anläggning 48 4

1. Inledning 1.1 Bakgrund Från den 1 juli 2006 har förbränningsskatt på hushållsavfall införts. Hushållsavfall anses utgöra 12,6 viktprocent fossilt kol och enligt lagen om skatt på energi så skall energiskatt betalas med 152 kr/ton fossilt kol och koldioxidskatt med 3374 kr/ton fossilt kol. [1][2] Viss befrielse från dessa skatter kan erhållas, bl.a. [1]: Vid produktion av skattepliktig el: Det ges befrielse från 100 % av energiskatten och 100 % av koldioxidskatten för den del av bränslet som förbrukas för framställning av skattepliktig el. Vid samtidig produktion av värme och skattepliktig el när den värme som uppkommer nyttiggörs (kraftvärmeproduktion): Det ges befrielse från 100 % av energiskatten, även för den del av bränslet som förbrukas för framställning av värme, om elverkningsgraden uppgår till 5% eller mer. För den del av bränslet som förbrukas för framställning av värme ges det befrielse med 19% av koldioxidskatten om elverkningsgraden uppgår till 5%. Om elverkningsgraden är högre än 5 %, ökar den procentuella befrielsen från koldioxidskatt med sex gånger det antal procentenheter som verkningsgraden överstiger 5 % till dess den uppgår till 15%. Om elverkningsgraden är 15% eller högre medges befrielse från 79% av koldioxidskatten. Vid samproduktion av både värme och el erhålls alltså en högst väsentlig rabattering av skatten jämfört med endast värmeproduktion. I figur 1 visas hur mycket skatten förändras per ton hushållsavfall ju högre elverkningsgraden är för anläggningen. Notera att även under 5% elverkningsgrad förändras skattesatsen, då det bränsle som förbrukats för elproduktion är skattebefriat. Därför minskar skatten redan från 0 % och på samma sätt fortsätter skatten per ton att minska även efter 15 % elverkningsgrad. Elverkningsgrad definieras som elproduktion dividerat med tillförd bränsleeffekt (räknat på det effektiva värmevärdet). Det är den tillförda bränsleeffekten för kraftvärmeproduktion som anses, dvs. görs ångavdrag före turbin (till t.ex. industrileverans) så räknas den bränsleeffekt bort som krävs för denna produktion. 5

500 450 Förbränningsskatt (kr/ton hushållsavfall) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0% 5% 10% 15% 20% 25% Elverkningsgrad Figur 1 Förbränningsskatt på hushållsavfall som funktion av elverkningsgrad Eftersom många avfallspannor som finns i Sverige endast producerar värme, dvs. de är oftast hetvattenpannor, så finns det ett intresse av att få reda på hur en sådan hetvattenanläggning kan konverteras till kraftvärmeproduktion och då till vilken kostnad. I sammanhanget är det viktigt att också se på olika möjligheter att om möjligt producera minst 15 % el för att maximera skattelättnaden. 1.2 Syfte och mål Syftet med denna rapport var att välja ut två olika kommersiella tekniska lösningar för konvertering av hetvattenpannor till kraftvärmeproduktion samt studera dessa koncept i två olika stora anläggningar. Studien ger en översikt över hur olika typer av pannor kan konverteras med avseende på tekniska förutsättningar och hur vissa tekniska hinder kan lösas. Den belyser också hur olika anläggnings- samt pannrelaterade förutsättningar påverkar elutbytet vid en eventuell konvertering. Studien ger en överblick över hur stora investeringskostnader en konvertering kan uppgå till. Rapporten kan vara vägledande i samband med eventuella projekteringar. 1.3 Utförande Uppdraget började med en litteraturstudie för att ta redan på ett antal exempel på genomförda konverteringar av hetvattenanläggningar i olika storlekar. Gemensamt inom referensgruppen valdes två av dessa tekniker ut för att sedan studeras i två befintliga svenska anläggningar. Kostnader uppskattades och prestanda beräknades för de olika konverteringskoncepten på de båda utvalda svenska anläggningarna. 6

2. Litteraturstudie I det första skedet i litteraturstudien koncentrerades studien på att finna de tekniker som finns tillgängliga på marknaden för konvertering av hetvattenpannor till ångproduktion. Vad som framkom av detta var i huvudsak tre tekniska lösningar: Konvertering till helångpanna Konvertering till halvångpanna. Konvertering med Vaporel konceptet Även en fjärde teknik framkom, vilket är konvertering till ORC (Organisk Rankine Cykel). Denna teknik har ännu inte använts vid någon konvertering men skulle teoretiskt sett kunna fungera. Med anledning av att den är oprövad som konverteringskoncept så behandlas inte detta ytterligare. [4][10][11] För respektive teknisk lösning kontaktades en anläggning där motsvarande konvertering blivit utförd och kunde studerades lite mera i detalj: Helångpanna med turbin Ex. Lidköpings Energi AB Halvångpanna med turbin Ex. Sandviken Energi AB Hetvattenpanna med Vaporel och turbin Ex. Kungälv Energi AB och Eksjö Energi AB De tekniker som finns representerade utanför Sverige och då i synnerhet i Danmark är konvertering till ångpanna där helt nya tryckkärl installerats. [9] I övrigt utfördes viss litteratursökning på Internet med hjälp av fri sökning efter pannleverantörer och andra branschföretag som kan ha varit delaktiga i konverteringar av hetvattenpannor. Detta gav resultatet att hetvattenpannor inte har producerats i någon större utsträckning på kontinenten varför det inte heller finns några konverteringar att redovisa. 2.1 Val av teknik och anläggningar För Avfall Sverige (f.d. RVF Renhållningsverksföreningen) och dess medlemmar så är helångpanna, halvångpanna och Vaporel intressant. I denna utredning valdes helångpanna och Vaporel ut för mera detaljerade studier. De olika teknikerna studerades på två olika anläggningar i Sverige. Dessa anläggningar representerar de anläggningar som finns i Sverige idag. De anläggningarna som de båda koncepten studerades på var: Köping Vafab Miljö AB, Norsaverket 12 MW, ÅPS-panna (murad ugn med avgaspanna) SYSAV (Sydskånes Avfallsaktiebolag) 2 x 30 MW, Avfallspannor med tryckkärl från Wherlewerke och rost från Martin GmbH, nyligen ombyggda för att klara avfallsdirektivet. 7

2.2 Bakgrund för investeringskostnader Investeringskostnader uppskattades genom erfarenhet från tidigare projekt och i förekommande fall nya förfrågningar till leverantörer på komponenter. Nya förfrågningar för respektive turbin, kondensor och matarvattensystem har samlats in från leverantörer. De angivna priserna är givna i budgetofferter och kan avvika ifrån det slutgiltiga priset. Priser på ombyggnader av pannorna i fallen konvertering till ångpanna är uppskattningar av pannleverantörer gjorda i samband med diskussioner om huruvida det är möjligt att konvertera respektive panna till ångpanna. För den utrustnings- och de arbetskostnader som inte har förfrågats specifikt för detta projekt har skalats ifrån tidigare utförda projekt. Detta kan vara kostnader såsom elinstallationer, pumpar, flashbox mm. Skalningen är gjord utifrån panneffekt i vissa fall och turbineffekt i andra fall. [6][7][8] 3. Teknik Som tidigare nämnts så finns det olika tekniker som kan användas för kraftvärmeproduktion. Denna utredning kommer endast att behandla och jämföra två olika typer, där metoden för bildande av ånga är den huvudsakliga skillnaden. De tekniker som jämförs är ångpanna med ångturbin samt ett annat koncept som går under namnet Vaporel 3.1 Ångpanna med ångturbin Ångpanna med ångturbin är den vanligaste tekniken som används för kraftvärme. Den utgår från den så kallade Rankine cykeln. Tekniskt sker kraftvärmeproduktionen genom att ånga produceras i en ångpanna. Ångdata beror på behov och förutsättningar, men överhettning ger cykeln bättre prestanda. Ångan leds från pannan direkt in i en mottrycksturbin där den får expandera till det mottryck som bestäms av kondensortrycket som i sin tur nästan helt bestäms av utloppstemperaturen hos kylvattnet. Den mekaniska energi som utvecklas vid expansionen i turbinen tas till vara av en generator som genererar elektricitet. I denna studie gäller enbart mottryckskraft då samtliga anläggningar i Sverige har ett värmebehov att täcka varför kondenskraft inte är intressant att studera. Ångan lämnar turbinens utlopp för att kondenseras i en värmekondensor. Kondensationsvärmen används för uppvärmning genom till exempel fjärrvärmenätet. Kondensatet pumpas därefter till en matarvattentank och sedan åter till ångpannan för att genomgå samma cykliska process igen. Se figur 2. En viss del av ångan från pannan leds direkt ner till matarvattentanken för uppvärmning till en bestämd temperatur på vattnet in till pannan. Denna temperatur är beroende av trycket eftersom mättnadstillstånd råder. Matarvattentanken är nödvändig dels för avgasning av vattnet men också för att temperaturen på vattnet in till pannan inte ska vara för låg. Låg temperatur kan medföra korrosion i pannan. Det finns också möjligheten att använda en avtappningsturbin för att höja matarvattentemperaturen samtidigt som man kan tillgodogöra sig mer av ångans 8

energi till el-generering. Vid ett sådant fall passerar en del av ångan delvis turbinen som då kan tillgodogöra sig mer energi. Andelen ånga som leds från panna direkt till matarvattentanken minskas och på detta sätt kan man höja cykelns verkningsgrad. [3][4] Figur 2 Ångpanna med ångturbin i mottrycksdrift De främsta fördelar som kan nämnas i samband med en konvertering från hetvattenpanna till ångpanna är: Stor elproduktion Flexibelt koncept och kan anpassas till stora och små anläggningar Och nackdelarna är: Stora ingrepp i panna Många nya komponenter 3.2 Vaporel konceptet Vaporelkonceptet är en alternativ metod för ångbaserad kraftvärme, som utgår från en värmeproduktionscykel med hetvattenpanna, se figur 4. Fördelen med denna teknik är att hetvattenpannor kan konverteras till ångproduktion utan att något ingrepp i tryckkärlet behöver göras. Ångproduktion i Vaporel -konceptet sker genom trycksänkning av vatten vid eller nära mättnadstillstånd. 9

Flashboxen med reglerventiler är en ånggenerator av direkt typ som får mättat vatten från hetvattenpannan. Genom att trycket sänks i en reglerventil vid konstant entalpi, omvandlas en del av vattenflödet till ånga. I flashboxen separeras ånga från vatten och leds via en fuktavskiljare vidare till turbinen medan det mättade vattnet leds ut för att blandas med kondensatet från kondensorn, se figur 3. Figur 3 Flashbox[12] Den ånga som bildats leds vidare till en ångturbin för elproduktion på samma sätt som nämnts tidigare. Efter turbinen kondenseras ångan i en kondensor vid värmeväxling mot vatten till fjärrvärme eller processändamål. Kondensatet pumpas sedan tillbaka och blandas med vattnet från flash-boxen. Detta pumpas därefter in till pannan för att sluta cykeln. Se figur 4. Vid fulldrift ska allt värmebehov täckas av den energi som kondenseringen i kondensorn ger, men i vissa fall kan framledningstemperaturen till fjärrvärmenätet höjas ytterligare ifrån den temperatur som åstadkoms i turbinkondensorn. Detta sker då i en efterföljande värmeväxlare som är kvar från den ursprungliga värmecykeln. Denna spetshöjning av framledningstemperaturen får som konsekvens att mindre effekt finns tillgänglig för elproduktion. 10

Figur 4 Vaporel Eftersom det sker en trycksänkning i reglerventilen före flashboxen är det en förutsättning att pannans tillåtna driftstryck är någorlunda högt, för att kunna uppvisa tillfredställande alfavärde och elverkningsgrad. De främsta fördelar som kan nämnas i samband med en konvertering är: Ingen ombyggnad av hetvattenpannan är nödvändig Det behövs endast två nya huvudkomponenter - flashbox med pump och turbin med kondensor och generator. Hela panneffekten kan tas ut som ånga. Ingen dyr ombyggnad av trycksatta kärl eller kringutrustning behövs. Och nackdelarna är: Relativt låg elverkningsgrad och alfavärde. Relativt stor del, ca 10 % av producerad el går till flash-pumpen. Endast produktion av mättad ånga. 11

4. Faktorer som påverkar elproduktionen Det finns ett antal faktorer som styr hur stor andel elektricitet som kan fås ur en kraftvärmeprocess efter konvertering från hetvattenproduktion. Dessa faktorer kan vara intressanta att studera i ett tidigt stadium för att ta reda på potentialen i anläggningen. För att beskriva hur mycket el som produceras används kvoten elverkningsgrad och denna kvot definieras: Elverkningsgrad = Producerad eleffekt / Tillförd bränsleeffekt Det är givetvis svårt att generalisera pannor då alla pannor har olika egenskaper och förutsättningar för konvertering. De faktorer som kommer att beskrivas i detta avsnitt är vägledande och kan ge en fingervisning om vilken typ av konvertering man skulle kunna satsa på, samt om konverteringen kommer att ge ett gott elutbyte. I följande avsnitt kommer diagram användas för att man skall urskilja trender vid förändringar av förutsättningarna. De förutsättningar som har använts för att utföra processberäkningarna är följande: Driftstryck: 15 bar (g) Framledningstemperatur: 90ºC Temperaturskillnad mellan varm och kall sida i kondensorn: 4ºC Matarvattentemperatur: 120ºC Turbinverkningsgrad 70 % Pumpverkningsgrad 80 % Generatorverkningsgrad 97 % Pannverkningsgrad 90 % 12

4.1 Ångtryck Ångtrycket är en av de i särklass viktigaste faktorerna som avgör vilka produktionsmöjligheter som kraftvärmecykeln kan ge. En höjning av ångtrycket ger en höjning av ångans mättnadstemperatur och ett ökat energiinnehåll per massenhet. Med konstant mottryck ges också ett ökat tryckfall över turbinen vilket innebär ett större entalpifall och mer utvunnen el. Se figur 5. Figur 5 Panntryck mot elverkningsgrad Det är alltså intressant att eftersträva ett så högt tryck som möjligt. Hetvattenpannor är ofta designade för 16 bar(g) men körs ofta vid ett betydligt lägre tryck. Övriga komponenter i pannvattenkretsen kan ha ett lägre designtryck och därför är det viktigt att undersöka designtrycket för samtliga komponenter i pannvattencirkulationskretsen. Har man lokaliserat en komponent med lågt designtryck kan det vara värt att byta denna för att därmed kunna höja trycket i hela kretsen. [5] 4.2 Ångtemperatur 4.2.1 Mättnadstemperatur En hetvattenpanna eftersträvar att leverera vatten som ligger nära mättnadstillstånd utan att kokning uppstår i pannan. Beroende på hur en panna är konstruerad så når man olika nära mättnadstillståndet. En panna med dom kan ligga betydligt närmare mättnadstemperatur jämfört med en hetvattenpanna utan dom. 13

9 8 El-verkningsgrad [%] 7 6 5 Vap. 4 3 0 5 10 15 20 25 30 35 Underkylning [ºC ] Figur 6 Underkylning på pannvatten mot elverkningsgrad Om pannan skall konverteras till Vaporel så är det viktigt att kontrollera hur nära mättnadstillståndet det genererade hetvattnet ligger. För att få ett högt elutbyte så är det viktigt att vattentemperaturen ligger nära mättnadstillstånd för att slippa sänka trycket alltför mycket för att nå flashpunkten, se figur 6. [5] Vid konvertering till ångpanna så är denna faktor inte lika avgörande då tanken med konverteringen är att utföra en stor justering av värmebalansen för att åstadkomma kokning i tryckkärlet. 4.2.2 Överhettning Ångtemperaturen kan höjas genom att den mättade ångan överhettas. Vid överhettningen ökas ångans energiinnehåll per massenhet och då kan elutbytet ökas. Detta är inga problem då en ångpanna används som producent av ånga, eftersom de ofta utförs med inbyggd överhettare och ger överhettad ånga direkt ur pannan. Det är dock inte möjligt med Vaporel eftersom ångan måste överhettas efter flashboxen där den bildas. För att utreda vilken inverkan en överhettning av ångan till turbinen kan innebära för Vaporelcykeln, har därför en extern överhettare tillförts efter flashboxen. Det bör noteras att energi måste tillföras utifrån vid extern överhettning, vilket innebär att ångproduktionen till turbinen är lika stor som vid fallet utan överhettning. För ångpannan där överhettningen sker med hjälp av panneffekten leder överhettning till en minskad ångproduktion. En 14

jämförelse av elproduktionen rakt av blir därför missvisande, eftersom den totala effekttillförseln är större för Vaporel med överhettning än för en ångpanna. I figur 7 redovisas elverkningsgradens utveckling då överhettning av ångan sker samtidigt som turbinens verkningsgrad är konstant 70 %. Som kan ses är ökningen av elverkningsgraden vid den måttliga överhettning som utreds inte av avgörande karaktär men inverkar mer vid högre överhettningstemperatur. 13,5 13 El-verkningsgrad [%] 12,5 12 11,5 ÅP Vap. 11 0 20 40 60 80 100 120 140 Överhettning [ºC ] Figur 7 Elverkningsgradens utveckling vid överhettning Det kan ändå fastställas att överhettning ger något ökad elproduktion. För att ge avgörande skillnader krävs dock relativt stor överhettning. Det är därför i första hand ett alternativ vid höga ångtryck. Det som kan påverka elutbytet mer är att vid en överhettning av ångan kan verkningsgraden i turbinen ökas, vilket då ger en ökad elproduktion. Att installera överhettare är en kostsam åtgärd vid konvertering och därför är det mycket viktigt att utreda denna fråga väl. Vid en eventuell Vaporel -installation kan anläggningsägaren undersöka om det finns någon värmekälla utom den aktuella pannan som kan överhetta ånga. Vid en eventuell konvertering till ångpanna bör en utredning om hur en överhettare kan installeras i pannan göras. [5] 4.3 Sänkt mottryck Mottrycket som gäller efter turbinutloppet är beroende av framledningstemperaturen och skillnaden mellan kondensorns kalla och varma sida. Genom att sänka framledningstemperaturen ut till fjärrvärmenätet kan man alltså 15

sänka trycket efter turbinen, vilket resulterar i ett större tryckfall då inloppstrycket är konstant. På så sätt genereras en större mängd elektricitet när framledningstemperaturen minskas, vilket framgår av figur 8. Detta är dock en faktor som är ganska svår att förändra eftersom det begränsas av det värmebehov som råder och denna begränsning är ofta stark. 17 15 El-verkningsgrad [%] 13 11 9 ÅP Vap. 7 5 40 60 80 100 120 140 Framledningstemperatur [ºC] Figur 8 Elverkningsgrad vid ändrad framledningstemperatur En variant av detta är att minska temperaturskillnaden mellan kondensorns varma och kalla sida, vilket också kallas grädigkeit. Det ger samma resultat, alltså sänkt tryck vid turbinutloppet, eftersom temperaturen och därmed mottrycket ur turbinen blir lägre. En förändring av grädigkeit kan åstadkommas genom att den värmeöverförande ytan ökas. Det betyder också att kondensorn blir mer utrymmeskrävande och även dyrare. En minskning av grädigkeit med 1ºC ger en ökning på 25 % av kondensor ytan vilket med dagen metallpriser kan betyda stora investeringar. Ett normalt värde på grädigkeit är ca 4 6ºC och enligt figur 9 är ökningen av elverkningsgraden ganska liten vid en förändring på 1 C. Det är dock ett möjligt alternativ om elverkningsgraden ska optimeras vid nybyggnad. [5] 16

13 12,5 El-verkningsgrad 12 11,5 Vap. ÅP 11 10,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 Grädigkeit [ºC] Figur 9 Elverkningsgrad vid varierande grädigkeit. Framledningstemperaturen är alltså en faktor som har mycket stor påverkan på elproduktion och därför är det en viktig faktor att kontrollera för anläggningsägare. Denna faktor kan vara svår att påverka, men inte omöjligt. I vissa lägen kan det finnas ett specifikt värmebehov som kräver en hög framledningstemperatur och i det fallet kan en lokal värmekälla installeras för att toppa temperaturen just där. 4.4 Ökat cirkulationsflöde i hetvattenpannan En annan variabel som påverkar elverkningsgraden för Vaporelcykeln i relativt stor grad är cirkulationsflödet. Genom att öka cirkulationsflödet i cykeln kan mer el genereras ur processen. Ett värmeverk har normalt relativt lågt cirkulationsflöde. En ökning av detta vid konstant panneffekt skulle ge en betydande förbättring av elverkningsgraden, vilket visas i figur 10. Den procentuella vinsten som kan göras av denna ändring är större vid låga panntryck och avtar vid ökande tryck. För att öka cirkulationsflödet krävs att temperaturen på vattnet till pannan ökas, vilket också kräver högre rökgastemperatur. Det medför samtidigt att pannverkningsgraden minskar något. [5] 17

11,6 11,4 11,2 El- verkningsgrad 11 10,8 10,6 10,4 Vap. 10,2 10 40 60 80 100 120 Cirkulationsflöde [kg/s] Figur 10 Elverkningsgradens variation vid olika cirkulationsflöde i pannan. Det kan alltså vara mycket intressant att öka cirkulationsflödet vid en konvertering till Vaporel. Det första som skall kontrolleras är pumpens maximala flöde och om det går att höja flödet. Vid en konvertering kan det vara lönsamt att byta pumpen till en med högre prestanda, men då måste även pannans maximala designflöde kontrolleras. Vid en ökning av cirkulationsflödet ökar även rökgastemperaturen ut från pannan varför det är viktigt att kontrollera maximalt tillåtna drifttemperatur på rökgasreningen. Extra konvektionsyta kan behöva tillsättas för att sänka rökgastemperaturen. 4.5 Pannans utformning Grundkonstruktionen av pannan kan vara mycket avgörande för hur väl den lämpar sig för konvertering till Vaporel och/eller ångpanna. Vissa hetvattenpannor har en ursprungskonstruktion som liknar en ångpannas grundkonstruktion med dom, samlingslådor och överströmningsrör för att klara en viss ånghantering. En panntyp som räknas till denna grupp pannor är den av Eckrohr-typ. Denna panntyp är även försedd med väl tilltagna fallrör vilket gör den extra lämplig för konvertering till ångpanna. Vid konvertering till Vaporel försöker man höja såväl tryck och temperatur till det maximala för att nå så nära mättnadstillstånd som möjligt och därigenom erhålla högsta möjliga effekt. Det är därför viktigt att pannan har en sådan konstruktion att inga ångfickor kan bildas. Det är också en fördel om det finns dom på pannan. 18

Vid konvertering till ångpanna är det också viktigt att pannans grundkonstruktion är sådan att inga ångfickor kan bildas samt att flödet är uppåtriktat i alla värmeöverförande ytor. Vid konvertering till ångpanna kan sådant åtgärdas, men för att minimera kostnaderna så är det en god förutsättning om sådana hinder inte finns ifrån början. 5. Anläggningar De pannor som är utvalda för denna studie är Vafab miljö ABs 12 MW avfallspannan på Norsaverket i Köping samt SYSAVs två 30 MW avfallspannor i Malmö. 5.1 Köping Vafab Miljö AB Vid Norsaverket finns 4 pannor. Tre av pannorna är oljeeldade hetvattenpannor som ägs av Köpings kommun medan den fjärde pannan är en avfallseldad hetvattenpanna på 12 MW och föremål för denna utredning. Vafab Miljö driver hela Norsaverket på entreprenad. Fjärrvärmenätet i Köping förses med avfallsvärme upp till 10 MW. Därutöver används spillvärme från en kemisk processindustri för tillverkning av gödningsmedel samt tekniskt sprängmedel. Som spetslast används olja. Fördelningen mellan de olika värmekällorna, olja, avfall och spillvärme, är 10%, 35% och 55%. 5.1.1 Panna och panncirkulationskrets Avfallspannan är av typen avgaspanna med rost i murad ugn och konvektionsytor i drag efter ugn. Pannan är ursprungligen en rökrörspanna som ÅPS Energi AB bytte ut till en vattenrörspanna (år 1996) på 10 MW (klarar 12 MW), 18 bar(g) och 210 C. För att klara EU direktiv för uppehållstider påbyggdes pannan 2004 med ett tomdrag. Pannan har en baslast på 10 MW hela året, men har en topplast upp till 12 MW. Pannan har en dom som är utrustad med tre säkerhetsventiler. Säkerhetsventilerna är inställda på 14,6 / 14,9 / 15,0 bar(g) öppningstryck. Domtrycket vid drift är 10,5-11,0 bar(g). Domen är utrustad med nödkylare. Pannas cirkulationspump ger ett flöde på 420 m3/h och konstruktionstrycket respektive konstruktionstemperaturen är 20 bar(g)/200 C. Befintlig värmeväxlare är beräknad till ett tryck på 16 bar(g) samt 200 C på pannsidan och 18 bar(g) vid 150 C på internvattenkretsen. Pannan har tre ekonomisrar. Dessa är inte kopplade till pannvattenkretsen utan till anläggningens internvattenkrets. För överskådlig processbild se figur 11. Panna är också utrustad med elfilter och slangfilter som har maxtemperaturer på 270 C respektive 160 C. 19

5.1.2 Fjärrvärmenät och internt vattennät De tre oljeeldade hetvattenpannorna har en gemensam vattenkrets som värmeväxlas mot fjärrvärmeväxlaren. Avfallspannans vattenkrets värmeväxlas mot de tre oljepannornas internvattenkrets, dvs. avfallspannans värmeväxlare är inte kopplad mot fjärrvärmevattnet. Figur 11 Processchema för vattenkrets vid Norsaverket i Köping Figur 12 ger en förenklad bild av de värmeöverförande ytorna i pannan. För att exakt kunna avgöra hur vattenflödet går i pannan måste en tryckkärlsritning samt ett flödesschema för de olika delarna i pannan studeras. Vattenflödet är uppåtriktat i de flesta av de värmeöverförande ytorna men i mellanväggarna mellan de olika schakten förefaller flödet vara nedåtriktat. 20

Figur 12 Principskiss över Vafab Miljös avfallspanna i Köping 5.1.3 Designförutsättningar för processberäkningar För att utföra processberäkningar måste ett antal designparametrar bestämmas och dessa kommer att redovisas i detta avsnitt. I tabell 1 nedan finns data som representerar anläggningen vid en maximal belastning. Tabell 1 Designförutsättningar för processberäkningar över Vafab Miljös avfallspanna i Köping Förutsättningar Ångpanna Vaporel Tryck i primärkrets: [bar(g)] 13,2 13,2 Framledningstemperatur: [ C] 90/100/110 /120/130 90/100/110 /120/130 Effekt Pannor exklusive fjv.kondensor: [MW] 12 12 Cirkulationsflöde: [kg/s] 118 118 Isentropverkningsgrad turbin: [--] 70% 70% Verkningsgrad generator + växel: [--] 97 % 97 % Verkningsgrad pumpmotorer: [--] 88 % 88 % Pannverkningsgrad [--] 87 % 87 % 21

Trycket i primärkretsen är en av de viktigare parametrarna när man skall producera ånga. Trycket på 13,2 bar(g) är det högsta möjliga drifttryck med de komponenter som nu finns i pannans tryckkärlskrets. Vad som då är kontrollerat för att konstatera pannans högsta drifttryck är pannas och domens designtryck, cirkulationskretsens komponenter såsom pannpumpen och vissa rörkomponenters designtryck samt inställningstryck på säkerhetsventiler. Turbinens och pumparnas verkningsgrad är beroende på vilken turbin och vilka pumpar som väljs i ett aktuellt projekt, men de verkningsgrader som valts här representerar ganska väl verkliga värden. Framledningstemperaturen i Köpings fall är temperaturen på vattnet i den interna vattenkretsen till fjärrvärmeväxlaren. På grund av att avfallspannans vatten inte är direkt växlat med fjärrvärmenätet så är framledningstemperaturen relativt hög. Vid vissa driftfall är temperaturen nära 130 C men en typisk temperatur är 120 C. Framledningstemperaturen avgör delvis hur mycket el det går att få ut ifrån turbinen, se kap 4.3. För att inte denna utredning skall ge ett alltför anläggningsspecifikt resultat så kommer processberäkningar att utföras vid olika framledningstemperaturen 90, 100, 110, 120 och 130 C. Pannas effekt på 12 MW är den maximala effekt som pannan kan leverera och som därmed är tillgänglig för elproduktion. Till dessa 12 MW tillkommer den effekt som upptas i ekonomiserarna som uppgår till ca 1,8 MW. 5.1.4 Konvertering till Ångpanna Vid ombyggnad av hetvattenpannan till helångpanna görs följande: Pannan kompletteras med överhettare, vilket görs genom att något av konvektionspaketen i det bakre draget ersätts med överhettare. Det troliga är att något av paketen i mitten ersätts för att passa in temperaturmässigt. Pannans dom måste förses med dominrede såsom demistrar samt kylare för dom och överhettare. Storleken på domen är dock tillräckligt stor för att klara ångproduktion. Nya samlings- och fördelningslådor måste installeras Fallrör mellan dom och fördelningslådor måste installeras. Pannorna förses med erforderliga överströmningsrör Flödesriktningen i panna ändras från nedåtriktat flöde till uppåtriktat flöde i de panndelar där detta är fallet. Pannans tak är för tillfället horisontellt och måste modifieras för att undvika ångfällor. Överhettarledning mellan dom och överhettare samt utrustning för ångtemperaturreglering installeras. Denna panna har vissa förutsättningar, såsom en användbar dom, vilket gör den lämplig för ångproduktion. Andra förutsättningar gör den mindre lämplig för konvertering till ångproduktion. Det är i huvudsak det nedåtriktade flödet, behovet av de nya samlings- och fördelningslådorna samt det horisontella taken som kommer att kräva stora insatser för att få tryckkärlskretsen lämplig för ångproduktion. 22

För elgenereringen krävs ångturbin. Turbinen samt övrig utrustning som matarvattentank, kondensor och kondensatpump kan placeras i det tomma utrymme som finns kvar efter att en panna som tidigare stod bredvid den aktuella pannan har lyfts ut. Detta utrymme är lika högt som den aktuella pannan och kan förses med golvnivåer på de nivåer som den nya utrustningen kräver. Ställverk kan eventuellt rymmas i den nuvarande lokalen för ställverk. En principskiss för ombyggnad av Vafab Miljös avfallspanna till ångpanna visas i figur 13. Ny utrustning är markerad med * i figuren. Figur 13 Principskiss för Ångpanna vid Norsaverket i Köping. 23

5.1.4.1 Prestanda I tabell 2 visas resultat av beräkningar för avfallspannan i Köping ombyggd till ångpanna, vid olika framledningstemperaturer. Tabell 2 Beräknade driftsdata för olika framledningstemperaturer Indata: Framledningstemperatur [ C] 90 100 110 120 130 Ångtryck: [bar(g)] 13,2 13,2 13,2 13,2 13,2 Ångtemperatur: [ C] 350 350 350 350 350 Ångflöde: [kg/s] 4,6 4,6 4,6 4,6 4,6 Beräknade data: Kondensortryck: [bar(g)] -0,18 0,17 0,64 1,25 2,04 Klämeffekt generator: [kw] 1680 1540 1390 1230 1070 Effekt till kondensatpump: [kw] 2,7 2,5 2,3 2,1 1,7 Effekt till matarvattenpumpar: [kw] 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 Värmeeffekt från kondensor: [kw] 10100 10300 10400 10600 10800 Effekt tillförtbränsle: [kw] 15800 15800 15800 15900 15900 Elverkningsgrad [%] 10,7 9,7 8,8 7,8 6,7 Alfavärde [%] 14,2 12,8 11,4 9,9 8,5 Om hetvattenpanna skulle konverteras till ångpanna skulle en klämeffekt på generatorn bli ca 1,2 MW och ge en elverkningsgrad på 7,8 % vid en framledningstemperatur på 120 C. Om kondensorn istället var kopplad direkt mot Köpings fjärrvärmenät skulle framledningstemperaturen vara ca 90 C och en genererad effekt på generatorklämman blir då ca 1,7 MW med en elverkningsgrad på ca 10,7 %. 5.1.4.2 Investeringskostnader Ett uppskattat pris på en ombyggnad av tryckkärlet till ångpanna uppgår till ca 7 MSEK. Den turbin som krävs för el-generering har ett pris på ca 7,0 MSEK och är av fabrikatet Kühnle, Kopp & Kausch. Detta turbinpaket är komplett med generator och kondensor. Kostnader för huvudångledning, lågtrycksnät, kondensatsystem och ombyggnad för fjärrvärmesidan uppgår till ca 1,2 MSEK. För ett komplett matarvattensystem med avhärdning, omvänd osmos, termisk avgasare samt doser- och provtagningsutrustning uppgår kostnaden till ca 0,9 MSEK. För el-utrustning och elinstallationer gäller bland annat ställverk på ca 1,5 MSEK, styrsystem och instrument ca 0,6 MSEK för nödel ca 0,3 MSEK samt för övriga elinstallationer ca 1,0 MSEK. För byggnationer av tex. turbinplatta och golvplan uppgår kostnaden till ca 1,5 MSEK. 24

Ingenjörskostnader, tillståndsansökningar, kontroll och projekteringsarbete uppgår till ca 2,7 MSEK. Investeringskostnaderna är sammanfattade i tabell 3 och visar kostnaderna för en ombyggnad till ångpanna vid befintlig inkoppling till vattenkretsen, dvs. med en framledningstemperatur på 120 C. Tabell 3 Sammanställning av investeringskostnader för ombyggnad av Vafab Miljös avfallspanna i Köping till ångpanna med befintlig inkoppling till vattenkretsen (120 C framledningstemperatur). Komponent/åtgärd Kostnad [MSEK] Ombyggnad av tryckkärl 7 Turbinpaket 7 Ombyggnader på lågtrycksnät, kondensatsystem och fjärrvärmesidan samt huvudångledning 1,2 Komplett matarvattenssystem 0,9 Ställverk 1,5 Styrsystem och instrument 0,6 Nödel 0,3 Övriga elinstallationer 1,0 Bygg 1,5 Ingenjörkostnader, tillståndsansökan, kontroll och projekteringsarbete 2,7 Kalkylreserv 2,5 Summa 26 Totalt pris för en ombyggnad till ångpanna med 1,23 MW turbin blir ca 26 MSEK, se tabell 3. I detta ingå en kalkylreserv på 2,5 MSEK. Kostnaden per kilowatt installerad effekt blir då 21 MSEK/MW. 5.1.5 Konvertering med Vaporel I Vaporelprocessen som beskriv i avsnitt 3.2 produceras ångan genom trycksänkning i en extern ånggenerator. Den befintliga hetvattenpannan opererar precis som förut. En principskiss för en Vaporel -installation i Norsaverket visas i figur 14. Ny utrustning är markerad med * i figuren. 25

Figur 14 Principskiss för Vaporel vid Norsaverket i Köping. 5.1.5.1 Prestanda Pannans maximala kapacitet, 13,8 MW (panna +Eko), är givetvis dimensionerande för en Vaporel -anläggning men mer strikt sett är det enbart den värme på 12,0 MW som överförs till pannvattenkretsen som kan nyttjas för elproduktion. Den upptagna effekten i det ekonomiserpaket som är direktkopplat mot internvattenkretsen måste därför räknas bort. Trycket i kondensorn har en stor betydelse både för storleken på turbinen och på den mängd el som kan genereras. Kondensortrycket bestäms i sin tur huvudsakligen av kravet på framledningstemperaturen. I detta fall är, som sagts tidigare, framledningstemperaturen mycket hög, 120 C. För att ge en bra bild av hur eleffekten beror på framledningstemperatur beräknas prestandan fram vid olika temperaturer på samma sätt som vid ombyggnad till ångpanna. I tabell 4 visas resultat av beräkningar för avfallspannan i Köping ombyggd enligt Vaporel -konceptet, vid olika framledningstemperaturer. 26

Tabell 4 Beräknade data för Vaporel vid Norsavereket i Köping Indata: Framledningstemperatur [ C] 90 100 110 120 130 Ångtryck: [bar(g)] 7,76 7,69 7,60 7,51 7,42 Ångtemperatur: [ C] 174 174 173 175 175 Ångflöde: [kg/s] 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 Beräknade data: Kondensortryck: [bar(g)] -0,18 0,17 0,64 1,2 2,0 Klämeffekt generator: [kw] 1260 1100 950 790 630 Effekt till flash-pump: [kw] 95 96 97 99 100 Effekt till kondensatpump: [kw] 5,6 5,5 5,2 4,8 4,2 Värmeeffekt från kondensor: [kw] 10700 10900 11100 11200 11400 Effekt fjärrvärmeeko: [kw] 1820 1850 1880 1910 1940 Effekt tillförtbränsle: [kw] 15900 15900 16000 16000 16000 Elverkningsgrad [%] 7,90 6,92 5,93 4,93 3,91 Alfavärde [%] 10,0 8,65 7,31 5,99 4,69 Om Vaporel skulle installeras på pannan så som den är inkopplad mot den interna vattenkretsen idag med en framledningstemperatur på 120 C, skulle en klämeffekt bli ca 0,8 MW och ge en elverkningsgrad på 4,9 %. Om kondensorn istället var kopplad direkt till Köpings fjärrvärmenät skulle framledningstemperaturen vara ca 90 C och en genererad effekt på generatorklämman skulle då bli 1,3 MW med en elverkningsgrad på ca 7,9 %. 5.1.5.2 Investeringskostnader På samma sätt som för ombyggnad till ångpanna har investeringskostnaderna för en konvertering till Vaporel uppskattats, se sammanställning i tabell 5. För en konvertering till Vaporel behövs flashbox, pumpar, rör och ventiler till en kostnad av ca 0,7 MSEK. Den turbin som krävs för el-generering har ett pris på ca 6,5 MSEK och är av fabrikatet Kühnle, Kopp & Kausch. Detta turbinpaket är komplett med generator och kondensor. För lågtycksångnät, kondensatsystem samt ombyggnad av fjärrvärmesidan får man betala ca 0,8 MSEK. För el-utrustning och elinstallationer gäller bland annat ställverk på ca 1,1 MSEK, styrsystem och instrument ca 0,4 MSEK, för nödel ca 0,3 MSEK samt för övriga elinstallationer ca 0,7 MSEK. För byggnationer av t.ex. turbinplatta och golvplan uppgår kostnaden till ca 1,5 MSEK. Ingenjörskostnader, tillståndsansökningar, kontroll och projekteringsarbete uppskattas till ca 2,0 MSEK. 27

Tabell 5 Sammanställning av investeringskostnader för ombyggnad av Köpings avfallspanna till Vaporel med befintlig inkoppling till vattenkretsen (120 C framledningstemperatur). Komponent/åtgärd Kostnad [MSEK] Konvertering till Vaporel (flashbox, pumpar, rör och ventiler) 0,7 Turbinpaket 6,5 Ombyggnader på lågtrycksnät, kondensatsystem och fjärrvärmesidan samt huvudångledning 0,8 Ställverk 1,1 Styrsystem och instrument 0,4 Nödel 0,3 Övriga elinstallationer 0,7 Bygg 1,5 Ingenjörkostnader, tillståndsansökan, kontroll och projekteringsarbete 2,0 Kalkylreserv 1,4 Summa 15,4 Totalt pris för en ombyggnad till Vaporel samt turbin på 0,79 MW blir ca 15 MSEK. I detta ingår en kalkylreserv på 1,5 MSEK. Kostnaden per kilowatt installerad effekt blir 19 MSEK/MW. 5.2 Malmö Sysav På SYSAVs anläggning i Malmö finns tre pannor. P3 är en ny avfallseldad ångpanna på 75 MW, 40 bar och 400 C. De övriga pannorna är två identiska hetvattenpannor, P1 och P2, på vardera 30 MW och föremål för denna utredning. Till dessa tre pannor byggs för närvarande ytterligare en ångpanna på 75 MW, 40 bar och 400 C. 5.2.1 Panna och panncirkulationskrets Pannorna är av typen vattenrörspanna. De två pannorna är identiska i sin konstruktion och de är två separata linjer ända fram till rökgasreningen som är gemensam för de båda pannorna. Pannorna är ursprungligen ifrån 1973 men är ombyggda 2005 för att klara EU direktivet för avfallsförbränning. Pannorna är inte utrustade med dom. Huvudvattenledningen ut ifrån pannan är utrustad med tre säkerhetsventiler som är inställda på 14,5 / 15,0 / 15,2 bar(g) öppningstryck. Trycket vid drift i nuläget ligger på 10 bar(g). Designtrycket på pannan är 16 bar(g). Pannornas cirkulationspumpar ger ett maxflöde på 620 m 3 /h för respektive pump. Pannorna har en fjärrvärmeväxlare vardera. Designtryck är 16 bar(g) och designtemperatur är 204 C. Pannorna har en ekonomiserdel kopplad till pannvattenkretsen. Effekten på denna del är ca 5 MW vardera. 28

Pannorna har gemensam rökgasrening. Max drifttemperatur på slangfiltret är 180 C med en designtemperatur på 220 C. 5.2.2 Fjärrvärme och internt vattennät De tre pannorna på anläggningen är samtliga kopplade till ett avstick ifrån fjärrvärmenätet, se figur 15. Den fjärde pannan som för närvarande projekteras är utmärkt med streckade linjer. Figur 15 Processchema för vattenkrets vid SYSAV i Malmö Figur 16 ger en förenklad bild av vattenflödet i cirkulationskretsen. För att exakt kunna avgöra hur vattenflödet går i pannan måste en tryckkärlsritning samt ett flödesschema för de olika delarna i pannan studeras. I P1 och P2 vänder vattnet 7 gånger innan det lämnar pannan. Vattenflödet är uppåtriktat i samtliga delar med värmeöverförande ytor. I ekodelen för P1 och P2 är flödet också uppåtriktat. Att flödet genom väggarna och konvektionsdelarna är uppåtriktade ger goda förutsättningar för att konvertera pannorna till ångpannor. En förenklad bild av de värmeöverförande ytorna från sidan på en av pannorna visas i figur 17. 29

Figur 16 Processchema för panncirkulation i P1 och EKO. Figur 17 Principskiss över panna och eko vid SYSAVs anläggning i Malmö (P1 eller P2). 30

5.2.3 Designförutsättningar för processberäkningar För att utföra processberäkningar på ångpanne- samt Vaporelkonceptet måste ett antal designparametrar bestämmas och dessa kommer att redovisas i detta avsnitt. I tabell 6 nedan finns data som representerar anläggningen vid en maximal belastning. Tabell 6 Designförutsättningar för processberäkningar för P1 och P2, SYSAV Förutsättningar Ångpanna Vaporel Tryck i primärkrets: [bar(g)] 13,1 13,1 Framledningstemperatur: [ C] 80/90/100/110 90 Effekt Pannor: [MW] 60+10 60 Cirkulationsflöde: [kg/s] 172 172 Isentropverkningsgrad turbin: [--] 70% 70% Verkningsgrad generator + växel: [--] 97 % 97 % Verkningsgrad pumpmotorer: [--] 88 % 88 % Pannverkningsgrad [--] 87 % 87 % Trycket i primärkretsen är en av de viktigare parametrarna när man skall producera ånga. Trycket på 13,1 bar(g) är det högsta möjliga drifttryck med de komponenter som nu finns i pannans tryckkärlskrets. Vad som då är kontrollerat för att konstatera pannans högsta drifttryck är designtryck på pannans och cirkulationskretsens komponenter såsom pannpumpen och vissa rörkomponenter, samt inställningstryck på säkerhetsventiler. Turbinens och pumparnas verkningsgrad är beroende på vilken turbin och vilka pumpar som väljs i ett aktuellt projekt, men de valda verkningsgraderna i tabell 6 representerar ganska väl verkliga värden. Framledningstemperaturen ut från fjärrvärmeväxlarna är i dagsläget 90 C. Med tanke på att ytterligare en ångpanna på 75 MW kommer att kopplas till denna fjärrvärmekrets så är det osäkert hur framledningstemperaturen kommer att se ut när även P4 är i drift. För att kunna se hur en ändring i framledningstemperatur påverkar turbineffekten kommer processberäkningar att utföras vid olika framledningstemperaturer 80, 90, 100 och 110 C. Pannornas effekt på 60 MW är den maximala effekt som är tillgänglig för elproduktion för Vaporelkonceptet. För en ångpanna kan även den 5 MW effekt som genereras i ekonomiserarna göras tillgänglig för elproduktion genom att användas som matarvattenförvärmare. 5.2.4 Konvertering till Ångpanna Vid ombyggnad av hetvattenpannorna till helångpannor görs följande: Pannorna kompletteras med överhettare där något av konvektionspaketen i det bakre draget ersätts med överhettare. Det troliga är att något av paketen i mitten ersätts för att passa in temperaturmässigt. 31

Pannorna måste förses med domar samt utrustning såsom säkerhetsventiler, demistrar och kylare för dom och överhettare. Pannorna förses med erforderliga överströmningsrör och fallrör Överhettarledning mellan dom och överhettare samt utrustning för ångtemperaturreglering. Eko delen kopplas om till matarvattenekonomiser Tack vare att pannorna är konstruerade på ett sådant sätt att flödena är uppåtriktade i samtliga delar samt att pannorna är försedda med samlingslådor och fördelningslådor krävs inga större ingrepp i tryckkärlsdelen, dvs. rivning av pannväggar och konvektionsdelar är inte nödvändig. För elgenereringen krävs ångturbin och vid ombyggnad av båda pannor väljs en gemensam turbin. Turbinen kan placeras i nära anslutning till pannorna på ett befintligt tak. Detta tak behöver med största sannolikhet förstärkas och förses med tak och väggar om det skall användas som turbinhall. Under detta tak finns utrymme för ställverk. Huruvida det skall vara gemensam ångledning efter överhettarna till turbinen är inte säkert, men pannorna har gemensam turbin och gemensam kondensor. Pannorna har också gemensamt matarvattensystem. Se en principskiss över ombyggnad i figur 18. Ny utrustning är markerad med * i figuren. Figur 18 Principskiss för helångpannor vid SYSAV i Malmö. 5.2.4.1 Prestanda För att kunna visa hur framledningstemperaturen påverkar elverkningsgraden så är processberäkningarna utförda vid fyra olika temperaturer, se tabell 7. Pannornas effekt är 30 MW styck och ekon som omkopplas till matarvatteneko kan utnyttjas till 3,45 MW istället för nu 5,0 MW vid fullast för vardera panna. Denna skillnad beror på 32

att temperaturen på det förvärmda matarvattnet är satt till 15 C under mättnadstemperatur för att undvika kokning. I matarvattentanken är beräkningstemperaturen 120 C. Tabell 7 Beräknade data för ångpannor P1 och P2 vid SYSAV. Indata: Framledningstemperatur [ C] 80 90 100 110 Ångtryck: [bar(g)] 13,1 13,1 13,1 13,1 Ångtemperatur: [ C] 350 350 350 350 Ångflöde: [kg/s] 25,2 25,2 25,2 25,2 Beräknade data: Kondensortryck: [bar(g)] -0,44-0,18 0,17 0,64 Klämeffekt generator: [kw] 10000 9200 8400 7600 Effekt till kondensatpump: [kw] 15 15 14 13 Effekt till matarvattenpumpar: [kw] 37 37 37 37 Värmeeffekt från kondensor: [kw] 55200 56100 57000 58000 Effekt mava eko: [kw] 6500 6500 6500 6500 Effekt tillförtbränsle: [kw] 76500 76500 76500 76500 Elverkningsgrad : [%] 13,1 12,1 11,0 9,9 Alfavärde: [%] 18,2 16,4 14,8 13,1 Genererad el-effekt vid framledningstemperatur på 90 C som motsvarar dagens drift är 9,2 MW med en värmeeffekt från kondensor på 56 MW. Detta motsvarar en elverkningsgrad på 12 % och ett alfavärde på 16 %. 5.2.4.2 Investeringskostnader Ett uppskattat pris på ombyggnad av tryckkärlen till ångpanna uppgår till ca 31 MSEK för de båda pannorna. Övriga kostnader har uppskattat enligt samma princip som vid ombyggnad av Köpings avfallspanna, se kapitel 5.1.4.2. Kostnaderna är sammanställda i tabell 8. Den turbin som krävs för el-generering har ett pris på ca 22 MSEK och är av fabrikatet Kühnle, Kopp & Kausch. Detta turbinpaket är komplett med generator och kondensor. Kostnader för huvudångledning, lågtrycksnät, kondensatsystem och ombyggnad för fjärrvärmesidan uppgår till ca 3,3 MSEK För el-utrustning och elinstallationer gäller bland annat ställverk på ca 5,7 MSEK, styrsystem och instrument ca 2,2 MSEK, för nödel ca 0,7 MSEK samt för övriga elinstallationer ca 3,6 MSEK. För ett komplett matarvattensystem med avhärdning, omvänd osmosteknik, termisk avgasare samt doser- och provtagningsutrustning uppgår kostnaden till ca 1,5 MSEK. För byggnationer av t.ex. turbinplatta och golvplan uppgår kostnaden till ca 2,9 MSEK. 33

Ingenjörskostnader, tillståndsansökningar, kontroll och projekteringsarbete uppskattas till ca 10,7 MSEK. Tabell 8 Sammanställning av investeringskostnader för ombyggnad av SYSAV P1 och P2 till ångpannor med gemensam turbin. Befintlig inkoppling till vattenkretsen (90 C framledningstemperatur) Komponent/åtgärd Kostnad [MSEK] Ombyggnad av tryckkärl 31 Turbinpaket 22 Ombyggnader på lågtrycksnät, kondensatsystem och fjärrvärmesidan samt huvudångledning 3,3 Komplett matarvattenssystem 1,5 Ställverk 5,7 Styrsystem och instrument 2,2 Nödel 0,7 Övriga elinstallationer 3,6 Bygg 2,9 Ingenjörkostnader, tillståndsansökan, kontroll och projekteringsarbete 10,7 Kalkylreserv 8,4 Summa 92 Totalt pris för en ombyggnad av två pannor till ångpannor med en turbin på 9,2 MW blir ca 92 MSEK. I detta ingår en kalkylreserv på 8,4 MSEK. Kostnaden per kilowatt installerad effekt blir 9,9 MSEK/MW. 5.2.5 Konvertering med Vaporel Vaporel -tekniken som beskrivs under avsnitt 3.2 bygger på att mättat vatten tas ut ifrån pannan och trycksänks så att en del av vattnet förångas. SYSAVs två hetvattenpannor är inte utrustade med någon dom varför utgående vatten ur pannorna är ca 30 C underkylt. Denna underkylning medför att en betydligt mindre andel av vattnet förångas vid trycksänkning jämfört med om vattnet varit mättat vid samma differenstryck. På grund av detta så är dessa båda pannor mindre lämpliga att konvertera till Vaporel. Tanken med denna teknik är att hetvattenpannan skall operera precis som förut, dvs. utan ingrepp i pannas tryckkärl. Men för att få dessa pannor att fungera med Vaporel så måste överdelen av pannan kompletteras med dom samt anslutningar mellan dom och panna. Med dessa omfattande kompletteringar så kan pannan likaväl kompletteras till ångpanna. I figur 19 visas en principskiss över hur en Vaporel installation skulle kunna se ut vid SYSAV i Malmö. Om man bortser ifrån det faktum att pannorna på SYSAVs anläggning skulle behöva utrustas med dom så skulle den lämpligaste lösningen vara att koppla båda pannorna till en gemensam flashbox och turbin. Att låta pannorna ha gemensam flashbox och turbin är både kostnadseffektivt och tekniskt möjligt tack vare möjlighet till dellastsreglering vid enpannedrift. Ny utrustning är markerad med * i figuren. 34