INSPEKTIONSSKIBET TRITON. Genanvendelse af spildvarmen fra røggasserne

Transkript

1 INSPEKTIONSSKIBET TRITON Genanvendelse af spildvarmen fra røggasserne Fredericia Maskinmesterskole 29. maj 2017

2 Titelblad Inspektionsskibet TRITON Genanvendelse af spildvarmen fra røggasserne Problemformulering: Hvor stort er behovet for opvarmning af centralvarmevand, og kan et udstødningskedel anlæg helt eller delvist dække behovet? I så fald hvor mange liter brændstof kan der bespares ved en eventuel genvinding af røggas energien? Skrevet af: Skovgaard, Mads Studienummer: E Antal normalsider: 18 sider ( anslag) Afleveringsdato: Fredericia Maskinmesterskole Bachelorprojekt Bachelorprojekt Side 1 af 44

3 Abstract This project investigates whether the flue gases from the ship can deliver enough power to heat up the central heating water, and whether the gases contains enough energy to make it viable, as the ship has a remaining lifespan of 10 years. One part of the investigation has been to determine the temperature of which the flue gas can be reduced to, as the fuel contains sulfur. An article about cold end corrosion in oil-fired boilers has been used to determine this temperature. Using power calculations on the central heating system, as well as main and auxiliary engines' flue gas, it has been concluded that by reusing the flue gas energy of the main engines, the oil-fired boilers do not need to add additional energy, and by reusing the auxiliary motors flue gas energy, the time between the operating interval of the oil-fired boilers can be extended. This means that by reusing the flue gas energy, some of the fuel for the boilers can be saved. By reusing the main engines' flue gas, the fuel consumption for the boilers could be reduced by 95m 3 during the internship of 64 days, and for reusing the auxiliary engine's flue gas it would have been 38m 3 in the same period. Based on the safety against water penetration and to minimize the threat of fire spread, it has been recommended that if it is chosen to reuse the flue gases, it is to be done with separate boilers, to prevent a waterproof partition in the chimney casing to be modified or removed. Bachelorprojekt Side 2 af 44

4 Resume Dette projekt undersøger om det rent effekt- og energimæssigt kan svare sig, at begynde at genanvende skibets røggasser til opvarmning af centralvarmevand, da skibet har en resterende levetid på 10 år. Et led i undersøgelsen har været at bestemme, hvor meget røggassen kan nedkøles, da det anvendte brændstof indeholder svovl, der kan medføre tæringer i tilfælde af en for kraftig afkøling. En videnskabelig artikel omhandlende korrosion i oliefyrede kedler er blevet anvendt til at bestemme temperaturen, som røggasserne kan afkøles til. Ved hjælp af effektberegninger på centralvarmevandet samt hoved- og hjælpemotorernes røggas er det blevet konstateret, at ved genanvendelse af hovedmotorernes røggas skal de oliefyrede kedler ikke tilføre ekstra energi for at opretholde temperaturen på vandet, og for hjælpemotorerne kan tiden imellem de oliefyrede kedlers driftsinterval forlænges. Det betyder, at ved genanvendelse af røggasserne, kan noget af brændstoffet til kedlerne spares. I forbindelse med genvinding af hovedmotorernes røggas kunne brændstofforbruget til kedlerne reduceres med 95m 3 i løbet af praktikperioden på 64 dage, og for genanvendelse af hjælpemotorernes røggas ville det have været 38 m 3 i samme periode. Det er på baggrund af sikkerheden imod vandindtrængning samt brandsikring blevet anbefalet, at såfremt det ønskes at indbygge genvinding af røggasserne, bør det opbygges med separate kedler frem for en enkel kedel. Dette skal forhindre at en vandtæt og brandsikker skillevæg imellem maskinrummene skal modificeres eller fjernes. Bachelorprojekt Side 3 af 44

5 Forord Denne rapport er skrevet på baggrund af mit bachelorprojekt, som er udarbejdet under mit togt med Søværnets inspektionsskib Triton. Togtet startede den 12. januar 2017, og varede indtil den 16. marts 2017, i alt 64 dage. Projektet undersøger, om det rent effekt- og energimæssigt kan lade sig gøre at installere en udstødningskedel til opvarmning af skibets centralvarmevand ved hjælp af skibets udstødningsgasser. Dernæst undersøges det, om der kan opnås en brændstofbesparelse i forbindelse med genvindingen. Jeg vil gerne anerkende hjælpen jeg har fået i forbindelse med udførslen af projektet til: - Jakob Søegaard, Teknikofficer (Maskinchef) på Triton. For hjælp med fremskaffelse af bunkerpriser, ydelsesdiagram for hovedmotorer, generelle råd og vejledning. - Hans Christian Skovgaard, Vedligeholdsofficer (1. mester) på Triton. For hjælp med generelle råd og vejledning. - Emil Toftegaard, Driftsofficer (2. mester) på Triton. For hjælp med generelle råd og vejledning, og for at være særlig behjælpelig med at forklare om skibets systemer og introduktion til disse. - Mikkel Bording, Application Engineer ved Desmi. For hjælp med fremskaffelse af pumpekarakteristik for centralvarmesystemets cirkulationspumper. - Anders Bøgh Vindbjerg, Lektor FMS. For vejledning i forbindelse med udarbejdelse af rapporten, og gode råd til projektets udførelse. Læsevejledning Der gøres opmærksomt på, at alle bilag kan findes i et vedlagt bilagskompendie. Der vil blive refereret til bilag i teksten og i fodnoter. Alle kildeangivelser svarer til en kilde i litteraturlisten. Hvis der refereres til kilde 1, svarer det til kilde nummer 1 i litteraturlisten, osv. Nogle resultater af udregninger i rapporten er tilnærmede værdier. Dette skyldes at det anvendte regneprogram i bilagene bruger væsentligt flere betydende cifre end i rapporten. Forfatterens underskrift, den 29. maj Mads Skovgaard Bachelorprojekt Side 4 af 44

6 Indholdsfortegnelse Titelblad... 1 Abstract... 2 Resume... 3 Forord... 4 Læsevejledning... 4 Indledning... 6 Afgrænsning... 7 Metode... 7 Resultater Varmebehov for skibets centralvarmevand Svovldioxidens dugpunkt i røggassen Hjælpemotorernes røggaseffekt Hovedmotorernes røggaseffekt Genvinding af røggasenergien Diskussion Betydningen af gennemsnitsværdier Trykket i udstødningsrøret Køling af centralvarmevandet Opbygning af kedelanlæg Økonomi Konklusion Perspektivering Litteraturliste Bachelorprojekt Side 5 af 44

7 Indledning Søværnets inspektionsskib F358 Triton blev søsat den 16. marts 1990 og har siden primært lavet suverænitetshåndhævelse omkring Danmarks ydre grænser herunder Grønland. Af andre opgaver foretager skibet fiskeriinspektioner for at kontrollere, om fiskere overholder deres fiskekvoter, fisker indenfor de tilladte områder og at maskestørrelserne på deres net ikke overskrider tolerancerne. Denne patruljering indebærer, at skibet sejler mest i det arktiske miljø. Her viser temperaturen -25 o C, med en chillfaktor på -45 o C som det laveste under hele togtet. I takt med at skibet sejler nordpå, og det dermed bliver koldere, stiger behovet for at varme skibet op. Opvarmningen foregår med to oliefyrede fyrbokskedler fra Danstoker hver på 930kW. Begge kedler er konstrueret som røgrørskedler med et træk igennem dem. Kedlerne leverer varmt centralvarmevand i et lukket system, hvor de væsentligste forbrugere er apteringen, ventilationsluft, fortøjningsdæk for og agter, helikopterhangar, broen og forvarmning af saltvand til osmoseanlægget. Skibets tre MAN B&W Alpha V hovedmotorer på hver 2940kW samt tre Detroit Diesel 16V-71 hjælpemotorer på omkring 520kW producerer, når de er i drift, varm røggas. Denne røggas bliver ledt direkte ud i atmosfæren igennem separate udstødningsrør for hver motor. Det vil sige at en del af den effekt, som er tilført motorerne vha. brændstoffet, bliver tabt igennem den udledte røggas. Når skibet sejler, er det mest anvendte driftsscenarie, at der er to hovedmotorer koblet ind på gearet med det fastlåste omdrejningstal på ~550 omdr/min og en akselgenerator, der leverer strøm til nettet. Dette projekt vil behandle problemstillingen, om det kan betale sig at indbygge en eller flere udstødningskedler, som skal fungere som varmtvandskedler i udstødningssystemet. Hvis røggassen blev genanvendt til at opvarme centralvarmevandet, forventes det, at fyrbokskedlerne helt eller delvist kan slukkes og derved reducere deres brændstofforbrug. Derfor lyder problemformuleringen således: Hvor stort er behovet for opvarmning af centralvarmevand, og kan et udstødningskedel anlæg helt eller delvist dække behovet? I så fald hvor mange liter brændstof kan der bespares ved en eventuel genvinding af røggas energien? I forbindelse med problemformuleringen er følgende to hypoteser blevet opstillet ved to forskellige driftsscenarier: Et udstødningskedel anlæg kan dække hele varmebehovet, når skibet sejler med to hovedmotorer i konstante omdrejninger og en akselgenerator i drift til strømproduktion. Et udstødningskedel anlæg kan delvist dække varmebehovet, når skibet ligger i havn, hjælpemotorerne producerer strøm og hovedmotorerne er slukkede. Bachelorprojekt Side 6 af 44

8 Afgrænsning Da alle de nødvendige målinger og observationer kun kunne foretages i perioden fra den 12. januar til den 16. marts, laves der en afgrænsning, der hedder: der vil kun fokuseres på, hvordan skibet driftes om vinteren. Her er der risiko for is på dækket, og derfor bliver hele dækket opvarmet med omkring 250 kw elvarme. Det betyder, at når skibet er i havn eller ligger for anker, produceres der strøm med to hjælpemotorer, hvor det normalt kun er nødvendigt med en hjælpemotor. Derudover betyder det også, at når skibet sejler og producerer strøm med akselgeneratoren, er denne belastet 250 kw hårdere end normalt. Derved vil den tilgængelige røggaseffekt være større, end når der ikke er risiko for overisning. Denne afgrænsning betyder også, at behovet for opvarmning af centralvarmevand kun vil blive bestemt om vinteren. Samtidigt betyder det også, at alle resultater kan betragtes som en worst case for projektet, da det største varmebehov forventes at foregå om vinteren i det arktiske miljø. Metode Varmebehovet for skibets centralvarmevand Behovet defineres i denne sammenhæng, som den effekt vandet modtager fra kedlerne for at være i stand til at opvarme skibet. Denne effekt vil blive udregnet efter formlen: P vand = m vand (h vand.ud h vand.ind ) [kw] Hvor m vand er masseflowet af vand igennem kedlen i kg/s, h vand.ind er den entalpi, som vandet har, når det kommer ind i kedlen i kj/kg, og h vand.ud er entalpien på vandet når det forlader kedlen. Entalpierne vil blive aflæst i Dennis Hansens Damptabeller 1 tabel 2, hvor temperaturen er udgangspunkt. Derfor skal temperaturen på vandet, der kommer ind og ud af kedlerne findes. Da der ikke er overvågning af vandets indløbstemperatur men kun på afgangstemperatur, vil overflademålinger på rørene blive anvendt i stedet. Dette antages at være omtrent lige så korrekt, da der skal bruges en temperaturdifferens over kedlerne for at lave udregningen. Da rørene er af samme type og dimension, vil temperaturfaldet igennem dem være tilnærmelsesvis ens på både afløb og indløbsrøret. 1 Kilde 1 Bachelorprojekt Side 7 af 44

9 Masseflowet af vand vil blive udregnet ved hjælp af pumpekarakteristikken 2 vist på figur 1 fremsendt af Mikkel Bording fra Desmi 3. Her vil volumenflowet blive aflæst som funktion af trykket efter cirkulationspumpen. Trykket efter pumpen kan bestemmes ved aflæsning på fastmonterede manometre for pumperne. Figur 1 - Pumpekarakteristik for Desmi V cirkulationspumpe Når volumenflowet er fundet, vil denne blive omregnet til et masseflow ved hjælp af følgende formel: m vand = Q vand v Q vand er volumenflowet i m 3 /s, og v er den specifikke volumen i m 3 /kg. Den specifikke volumen vil også blive aflæst i Dennis Hansens damptabeller tabel 2, hvor temperaturen er udgangspunkt. Da pumpen fysisk er placeret før kedlen, hvor vandets temperatur er lig med temperaturen, som vandet har, når det kommer ind i kedlen, vil denne være udgangspunkt for aflæsning af v. [ kg s ] 2 Bilag 2 - Pumpekarakteristik for Desmi cirkulationspumper 3 Bilag 3 - Mailkorrespondance fra Mikkel Bording Bachelorprojekt Side 8 af 44

10 Svovldioxidens dugpunkt i røggassen For at bestemme hvor meget røggaseffekt der er tilgængeligt, er det vigtigt at vide, hvor meget den kan køles ned, før svovldioxiden begynder at kondensere. Dette undersøges ved hjælp af artiklen: Preventing Cold End Corrosion in a Boiler 4, skrevet af Dr. V.T. Sathyanathan. Dr. Sathyanathan har en master i design og produktion af udstyr til termisk effekt 5, og har skrevet artiklen, hvor han blandt andet beskriver at dugpunktet for svovldioxid afhænger af koncentrationen af svovl i det anvendte brændstof. Hjælpemotorernes røggaseffekt For at kunne af- eller bekræfte den første hypotese, skal hjælpemotorernes røggaseffekt bestemmes. Dette gøres ved hjælp af formlen: P RG = m RG c RG (t RG.ind t RG.ud ) [kw] m RG er røggasmasseflowet i kg/s, c RG er den specifikke varmefylde i kj kg K, t RG.ind er røggastemperaturen ved indløb til udstødningskedlen, og t RG.ud er den temperatur, røggasserne kan køles til, før svovldioxiden begynder at kondensere. 4 Kilde 2 5 Kilde 3 Bachelorprojekt Side 9 af 44

11 Røggastemperatur ved indløb til udstødskedlen Det har ikke været muligt at måle temperaturen på røggassen ved indløbet til udstødskedlen grundet isolering om røret, derfor udregnes den i stedet. På figur 2 er princippet vist for, hvor kedlen fysisk skal placeres, og hvor indløbstemperaturen skal udregnes. Dog er det et billede af udstødningssystemet for en hovedmotor, men princippet er det samme for hjælpemotorerne. Indløbstemperatur Figur 2 - Princip for fysisk placering af udstødskedel anlæg Det antages, at temperaturfaldet igennem udstødningsrøret foregår lineært. Dette er ikke en korrekt antagelse, da det i virkeligheden højst sandsynligt vil være et eksponentielt temperaturfald. Denne antagelse gøres alligevel da det ikke har været muligt at lave varmetransmissionsberegninger igennem rørenes isolering, hvilket med stor sandsynlighed vil give et mere retvisende resultat. Bachelorprojekt Side 10 af 44

12 Røggastemperaturen ved indløb til udstødskedlen udregnes efter denne formel: t RG.ind = t RG.motor Δt pr.meter l indløb t RG.motor er temperaturen på røggassen efter motoren, l indløb er rørlængden fra motoren til udstødskedlen, og Δt pr.meter er temperaturfaldet pr. meter rør, som udregnes således: Δt pr.meter = t RG.motor t RG.skorsten l ialt l ialt er udstødningsrørets samlede længde, og t RG.skorsten er temperaturen på røggassen, når den forlader skorstenen. Længderne for hjælpemotorernes udstødningsrør er opmålt ved hjælp af tegninger for udstødningssystemet og kan findes i bilag 4 - Udstødningsrørslængder for hjælpemotorer. Masseflowet af røggas Røggasmasseflowet består af et luft- og brændstofmasseflow. Det antages hermed, at alt luft og brændstof også forlader motoren igen, og der ses derfor bort fra en evt. sodproduktion eller utæthed i systemet. På grund af en begrænset overvågning på skibets systemer, har det ikke været muligt at bestemme det faktiske brændstof- og luftforbrug. Derfor vil brændstofforbruget blive bestemt ifølge en erfaringstabel, maskinbesætningen bruger se figur 3. Her er brændstofforbruget i liter pr. time vist som funktion af den producerede el-effekt. Figur 3 - Erfaringstabel over brændstofforbrug for hjælpemotorer For at omregne volumenflowet til et masseflow skal densiteten multipliceres på volumenflowet. Densiteten er aflæst i en følgeseddel 6, fra da der blev bunkret i Reykjavik den 23/11/2016. Der gøres opmærksom på, at denne densitet er opgivet ved 15 o C, og at brændstoffet i servicetankene er omkring 30 o C 7 varmt. Derfor skal densiteten ved 30 o C først udregnes jf. formlen 8 : ρ 30 = ρ (t 15) α [kg L ] 6 Se bilag 5 - Følgeseddel fra Fjölver 7 Se bilag 6 - Måling af brændstoftemperatur i servicetanke 8 Kilde 4 Bachelorprojekt Side 11 af 44

13 α er udvidelseskoefficitenten for mineralolier 0,00075, ρ 15 er densiteten ved 15 o C, og t er brændstoffets temperatur. Når densiteten ved 30 o C er fundet, kan masseflowet af brændstof beregnes: m bro = V bro ρ 30 [ kg h ] Disse data for brændstofforbrug er blevet omsat til en graf 9, der illustrerer sammenhængen mellem produceret el-effekt og brændstof forbruget i kg/h. I denne graf vil brændstofforbruget blive aflæst. Det har ikke været muligt at bestemme noget konkret omkring luftforbruget, da der ikke forefindes overvågning på dette system. Det blev forsøgt at måle det dynamiske lufttryk i indsugningskanalen med et hjemmelavet pitotrør for at omsætte dette til en hastighed, som kan omregnes til et volumenflow, og derefter et masseflow. Dette var desværre ikke muligt at gøre i praksis, da trykket i kanalen bevirkede at vandet i pitotrørenes vandlås blev suget ud, og umuliggjorde en aflæsning. Donaldson Filtration Solutions 10, som bl.a. leverer luftfiltre og filterløsninger til diverse motorer, har udgivet et datablad med vejledende værdier 11 for luftforbrug, hvor luft volumenflowet ved 466hk vil blive aflæst, se figur 4. Disse værdier er udregnet efter konstanter, der er defineret på baggrund af, om motoren er to- eller firetakt, om den har turbolader monteret eller ej, akseleffekten og motorens samlede slagvolumen 12. Figur 4 - Luft volumenflow for Detroit Diesel 16V-71 Fra venstre: Omdr/min, hestekræfter, luftforbrug i CFM 9 Se bilag 7 - Brændstofgraf for hjælpemotorer 10 Kilde 5 11 Se bilag 8 - Datablad for Donaldson Filtration Solutions 12 Se bilag 9 - Donaldson Filtration Solutions regnemetoder Bachelorprojekt Side 12 af 44

14 Ved at anvende værdien for luftforbrug fra dette datablad, er der risiko for at resultatet ikke afspejler motorernes faktiske luftforbrug. Unøjagtigheden vides ikke, men resultatet for røggaseffekten fra hjælpemotorerne, er i sidste ende hermed ikke nødvendigvis retvisende. Det aflæste volumenflow fra databladet omsættes til et masseflow ved at gange med luftens densitet. Luftens densitet udregnes ved trykket 1 atmosfære og temperaturen 20 o C, da der ikke er oplyst et tryk eller temperatur i databladet. For at kunne regne luftforbruget ved andre belastninger end 466hk, vil det virkelige luftforbrug blive udregnet efter formlen: L virk = m luft m br.o kg luft [ kg brændolie ] Denne antages at være konstant i hele motorens belastningsområde, således at luftforbruget ved andre belastninger kan udregnes som funktion af brændstofforbruget. Bachelorprojekt Side 13 af 44

15 Hovedmotorernes røggaseffekt Den anden hypotese vil blive besvaret ved hjælp af samme formel for røggaseffekten som for hjælpemotorerne på side 9. Masseflowet af røggas Her gælder den samme antagelse, at der ikke tages højde for evt. sodproduktion eller utætheder i systemet, og dermed er masseflowet af luft og brændstof ind i motoren den samme som masseflowet af røggas, der kommer ud. Brændstof- og luftmasseflowet vil blive bestemt ved aflæsning i ydelsesdiagrammet 13 for motorerne udleveret af teknikofficer Jakob Søegaard 14, se figur 5. Figur 5 - Ydelsesdiagram for MAN B&W Alpha V 12V28/32A Der gøres opmærksomt på, at da ydelsesdiagrammet blev lavet, brugte man brændstof med brændværdien kj/kg, og at det brændstof som bliver brugt på skibet er på kj/kg, samt at lufttrykket og temperaturen ikke nødvendigvis tilsvarer forholdene som i prøvestanden. Det vurderes, at diagrammet dog godt kan bruges, da nøjagtige tal ikke er et væsentligt krav for at kunne komme med en afgørelse om genanvendelsen af effekten. 13 Se bilag 10 - Ydelsesdiagram for hovedmotorer 14 Se bilag 11 - Mailkorrespondance fra Jakob Søegaard ang. ydelsesdiagram Bachelorprojekt Side 14 af 44

16 Da der i projektet fokuseres på drift scenariet: 2 hovedmotorer med låst omdrejningstal, kan omdrejningstallet ikke bruges som udgangspunkt i ydelsesdiagrammet, da akseleffekten godt kan være forskellig fra den akseleffekt, der kan aflæses i ydelsesdiagrammet ved 550 omdr/min på baggrund af formlen: n P b = V p MEP 100 [kw] 60 2 P b er akseleffekten i kw, V er den samlede slagvolumen i m 3, p MIP er det indicerede middeltryk i bar, og n er omdrejningstallet i omdr/min. Hovedmotorerne er firetakts motorer, derfor skal der deles med to. Slagvolumenet er en fysisk konstant for motoren, omdrejningstallet er låst til 550 omdr/min, men det indicerede middeltryk kan stadig påvirke akseleffekten. Da skibets skrue er en CPP 15, kan en ændret skruestigning bevirke, at motorerne skal yde en større effekt for at holde sit omdrejningstal på 550. Det kan moroterne kun gøre, ved at øge det indicerede middeltryk. Derfor er omdrejningstallet ikke det korrekte udgangspunkt i ydelsesdiagrammet. I stedet vil ladelufttrykket blive brugt som udgangspunkt, da denne vil variere med motorbelastningen. Ladelufttrykket kan aflæses vha. to fastmonterede manometre, der måler trykket efter hver motors to turboladere. Se figur 6. Når ladelufttrykket kendes, kan akseleffekten, det specifikke brændstof- og luftforbrug aflæses i ydelsesdiagrammet. Herefter kan det faktiske brændstofforbrug udregnes: m bro = SFOC 1000 P b [ kg h ] SFOC er det specifikke brændstofforbrug. Det samme kan gøres for luftforbruget: m luft = SAC P b [ kg h ] SAC er det specifikke luftforbrug. Når disse er bestemt, kan røggasmasseflowet bestemmes. Røggastemperatur ved indløb til udstødskedlen Denne temperatur bestemmes med samme fremgangsmåde, som præsenteret i bestemmelse af røggastemperatur ved indløb til udstødskedlen for hjælpemotorerne. Opmålinger kan ses i bilag 12. Figur 6 - Fastmonteret ladetryksmanometer 15 Controllable Pitch Propeller - Stilbare propellerblade Bachelorprojekt Side 15 af 44

17 Genvinding af røggasenergien For at bestemme, om de respektive motorer kan levere nok energi med røggasserne til at opvarme centralvarmevandet, skal det først bestemmes, hvor mange timer kedlerne, hoved- og hjælpemotorer er i drift om ugen. Når dette er bestemt, kan den indfyrede energi i kedlen, centralvarmevandets optagne energi, og den tilgængelige røggasenergi udregnes. I forbindelse med det ugentlige eftersyn bliver timetallene for samtlige maskiner på skibet skrevet ned og tastet i et regneark. Herfra er timetallene for kedler og motorer udlæst. Energierne er udregnet efter formlen: Q = P t [kwh] P og t er knyttet til eksempelvis en hjælpemotors røggaseffekt og driftstimer. Hvis røggas energien er højere end den krævede energi til opvarmning, kan kedlerne sættes helt ud af funktion, og hvis røggas energien er lavere, kan tiden imellem kedlernes driftsintervaller øges. Den energi, som kedlerne ikke længere skal tilføre centralvarmevandet, kan omsættes til en brændstofbesparelse ved hjælp af formlen: Δm br.o = ΔQ h i [kg] ΔQ er energibesparelsen og h i er nedre brændværdi for brændstoffet. Denne besparelse i kg kan omsættes til en reduceret udgift til brændstof, jf. bunkerpriser udleveret af Teknikofficer Jakob Søegaard Bilag 13 - Mailkorrespondance fra Jakob Søegaard ang. bunkerpriser Bachelorprojekt Side 16 af 44

18 Resultater Varmebehov for skibets centralvarmevand Den første del af problemformuleringen består i, hvor stort behovet er for opvarmning af centralvarmevand. Dette varmebehov kan sammenlignes med den tilgængelige røggaseffekt, for at vurdere om motorerne helt eller delvist kan opvarme vandet med røggasserne, og dermed spare den brændstof som kedlerne bruger til opvarmningen. På figur 7 er rørforbindelserne for en kedel illustreret. I det første rør fra venstre kommer det kolde vand ind i kedlen og bliver blandet med noget af det varme vand fra kedlens afgangsside vha. en shuntpumpe, som kan ses i midten af billedet. Til højre er udløb fra kedlen. Setpunktet for udløbstemperaturen er indstillet til 77 o C. Målepunkt indløb Målepunkt udløb Shunt Indløb Udløb Figur 7 - Rørforbindelser for Danstoker 930kW varmtvandskedel For at kunne lave en beregning for effekttilførslen, skal temperaturen på vandet ind og ud af kedlen kendes. Målepunktet for ind- og udløbstemperaturen kan ses på figur 7 og er bestemt således, at der kan ses bort fra det vand, som shuntpumpen fører over på indløbssiden, se figur 8. Bachelorprojekt Side 17 af 44

19 Figur 8 - Princip for bestemmelse af målepunkter Temperaturerne er bestemt med et MSA Evolution 5200 termografikamera. Denne har en måleafvigelse på op til 0,24 o C ved målinger foretaget inden for en radius af 20 meter 17. Da samtlige temperaturmålinger er foretaget inden for 20 meter vurderes det hermed, at afvigelsen ikke har væsentlig betydning for måleresultatet, og der ses dermed bort fra den. 17 Se bilag 14 - Datablad for MSA Evolution 5200 termografikamera - Kilde 6 Bachelorprojekt Side 18 af 44

20 Trykket før og efter cirkulationspumperne aflæses på de fastmonterede manometre, se figur 9. Afgangstryk Sugetryk Figur 9 - DESMI V cirkulationspumpe Den 12. februar blev der foretaget en række målinger, vist i tabel 1, som vil blive behandlet, således at fremgangsmåden for at udregne varmebehovet demonstreres. Denne dag var skibet i havn, og der blev anvendt to hjælpemotorer til strømproduktion. Afgangstryk Indløbstemperatur Afgangstemperatur 2,6 bar 62 o C 76 o C Tabel 1 - Målinger foretaget den 12. februar 2017 Bachelorprojekt Side 19 af 44

21 For at aflæse volumenflowet skal afgangstrykket i bar omregnes til en løftehøjde i meter væskesøjle. Der går ca. 10,2 meter væskesøjle til en bars tryk 18. H = p aflæst 10,2 = 2,6 10,2 = 26,5 mvs Volumenflowet aflæses på figur 10. Bemærk at pumpekarakteristikken er opgivet ved et pumpeomrejningstal på 1750 omdr/min, men i virkeligheden er omdrejningstallet kun 1720 omdr/min 19, derfor skal der laves en korrigering for det ændrede omdrejningstal. Figur 10 - Bestemmelse af volumenflow ved hjælp af pumpekarakteristik 18 Ved tyngdeaccelerationen 9,82m/s 2, og ved densiteten 1000kg/m Se bilag 15 - Dataskilt for elmotor til cirkulationspumpe Bachelorprojekt Side 20 af 44

22 Volumenflowet ved 1750 omdr/min aflæses til 42,8m 3 /h. Omregnet til 1720 omdr/min giver det: V 1720 = V 1750 n 2 42, = = 42,1 m3 n h Det specifikke volumen for vandet aflæses ved indløbstemperaturen 62 o C til: Det giver masseflowet: m vand = V v v = 1,0182 dm3 kg = 42, ,0182 = ,4 kg h Da masseflowet nu er beregnet, skal ind- og udløbs entalpierne bestemmes. Disse er aflæst ved de respektive temperaturer, og kan ses i tabel 2. Indløbs entalpi Udløbs entalpi 259,5 kj/kg 318,1 kj/kg Tabel 2 - Entalpier aflæst på baggrund af temperaturer fra tabel 1 Nu kan effekttilførslen til centralvarmevandet udregnes: P vand = m vand (h vand.ud h vand.ind ) = 41314,4 (318,1 259,5) = 673,3 kw 3600 Kedlerne har hver især to driftstrin, hvor forskellen på trinnene er, hvor meget brændstof der bliver fyret med 20, se tabel 3. Trin 1 Trin 2 Kedel F2 58 kg/h +27 kg/h Kedel F4 55 kg/h +24 kg/h Tabel 3 - Indfyret brændstof i kedlerne F2 og F4, ved trin 1 og 2 Den nedre brændværdi for det anvendte brændstof er aflæst 21 til: h i = kj kg Da målingerne blev foretaget, var kedel F4 i drift på trin 2, det giver den indfyrede effekt: P br.o = m bro.f h i = = 941,4 kw Se bilag 16 - Testresultater for de oliefyrede kedler F2 og F4 21 Se bilag 5 - Følgeseddel fra Fjölver Bachelorprojekt Side 21 af 44

23 Samtlige målinger og udregninger på centralvarme effekterne kan findes i bilag 17. Den 12. januar er det blevet konstateret, at varmebehovet for centralvarmevandet var på 673 kw, og at den indfyrede effekt i kedlen var 941 kw. Disse resultater vil senere blive brugt til sammenligning med den tilgængelige røggaseffekt, for at vurdere om hjælpemotorerne den pågældende dag kunne varetage opvarmningen. Bachelorprojekt Side 22 af 44

24 Svovldioxidens dugpunkt i røggassen For at undgå syretæringer i forbindelse med en eventuel kondensation af røggassens svovldioxid 22 er det vigtigt at kende dennes dugpunktstemperatur. Ifølge artiklen 23, er dugpunktet for SO2 afhængig af svovlindholdet i det brændstof der anvendes. Artiklen nævner blandt andet: The flue gas dew point temperature increases steeply from 90 degree centigrade to 135 degrees centigrade with sulphur percentage increasing up to 1%. A further increase in sulphur percentage in fuel gradually increases the dew point temperature from 135 degree centigrade to 165 degrees centigrade at 3.5% sulphur in fuel. Altså, at dugpunktstemperaturen stiger hurtigt fra 90 o C til 135 o C, ved svovlindhold op til 1%, og derefter op til 165 o C ved svovlindhold op til 3,5%. Når skibet bunkrer brændstof, bunkres der, jf. teknikofficeren, altid det brændstof med det mindste svovlindhold, hvilket sædvanligvis er Marine Gas Oil. Ifølge en følgeseddel fra Fjölver er svovlindholdet i Marine Gas Oil på maksimalt 0,1%, se figur 11. Figur 11 - Følgeseddel fra Fjölver 22 Herefter SO2 23 Kilde 2 Bachelorprojekt Side 23 af 44

25 På baggrund af det lave svovlindhold på maksimalt 0,1%, og det udgangspunkt om at dugpunktstemperaturen stiger fra 90 til 135 o C ved op til 1% svovl, bestemmes der en nedre grænse for røggastemperaturen til 110 o C. Den kan med stor sandsynlighed godt reduceres yderligere, men her er mindre risiko for, at SO2 vil kondensere. Bachelorprojekt Side 24 af 44

26 Forbrugt brændstof i kg/h Hjælpemotorernes røggaseffekt Når skibet enten ligger forankret eller i havn, producerer hjælpemotorerne strøm. Deres røggaseffekt kan derved bidrage til opvarmningen af centralvarmevandet, og skal derfor bestemmes. Da udregningerne for centralvarmevandets tilførte effekt blev præsenteret i det tidligere afsnit, var skibet i havn og der blev produceret strøm med hjælpemotorerne F og G1. Derfor vil hjælpemotorernes røggaseffekt blive udregnet for den samme dag for at danne et sammenligningsgrundlag. Som nævnt i metodeafsnittet, skal det virkelige luftforbrug ved 466 hk akseleffekt udregnes, for at kunne bestemme det faktiske luftforbrug ved samtlige belastninger. Denne udregning er vist i bilag 18, og resultatet af den er: kg luft L virk = 35,06 kg brændolie Den 12. januar var hjælpemotor F og G1 i drift. De afleverede hhv. 296 og 282 kw el effekt til nettet ifølge tavlen i kontrolrummet. Jf. brændstofgrafen på figur 12, giver det brændstofforbruget for hjælpemotor F på 86 kg/h og for G1 81 kg/h. Der vil kun blive demonstreret røggasberegninger på hjælpemotor F, da proceduren for udregningen er ens for samtlige hjælpemotorer. 140,00 135,00 130,00 125,00 120,00 115,00 110,00 105,00 100,00 95,00 90,00 85,00 80,00 75,00 70,00 65,00 60,00 55,00 50,00 45,00 40,00 35, Afgivet el effekt i kw Figur 12 - Brændstofgraf for hjælpemotorer, korrigeret for temperaturændring Bachelorprojekt Side 25 af 44

27 Når brændstofforbruget er bestemt, kan luftforbruget bestemmes: Det giver røggasmasseflowet: m luft = m bro L virk = 86 35,06 = 3.015,2 kg h m RG = m luft + m bro = 3015, = 3.101,2 kg h Da røggasmasseflowet nu er bestemt, er det næste at bestemme røggassens specifikke varmefylde. Denne bestemmes ved opslag i kompendiet: Noget om Dieselmotorer side 170, skrevet af Tom Banke Andersen fra Århus maskinmesterskole. Værdien er aflæst til: c RG = 1,05 kj kg K Nu skal temperaturen ved indløbet til udstødskedlen bestemmes. Den samlede længde på udstødningsrøret for hjælpemotor F ca. 22,35 meter 24. Fra røggasudløbet fra motoren til indløbet til udstødskedlen er der ca. 14,45 meter rør. Den 12. januar blev der målt en temperatur på røggassen efter hjælpemotoren på 185 o C, og ved skorstensenden var temperaturen 166 o C. Det giver et temperaturfald pr. meter på: Δt pr.meter = t RG.motor t RG.skorsten = 0,85 K l ialt 22,35 m Ved indløbet til udstødskedlen vil temperaturen derfor være: t RG.ind = t RG.motor Δt pr.meter l indløb = 185 0,85 14,45 172,7 Nu er alle de ubekendte i ligningen bestemt, og den tilgængelige røggaseffekt for hjælpemotor F kan nu udregnes: P RG.F = m RG c RG (t RG.ind t RG.ud ) = 3101,2 1,05 (172,7 110) 56,7 kw 3600 Ved samme fremgangsmåde er den tilgængelige røggaseffekt for hjælpemotor G1 også fundet: P RG.G1 = 65,6 kw Dette vil sige, at den samlede røggaseffekt den 12. januar var: ΣP RG = P RG.F + P RG.G1 = 56,7 + 65,6 = 122,3 kw 24 Se bilag 4 Bachelorprojekt Side 26 af 44

28 Alle røggasberegninger er herunder opsummeret i tabel 4. Alle tal er angivet i enheden kw. Samtidigt med at der blev lavet røggasberegninger, blev der også lavet beregninger på centralvarmesystemet, som også er vist i tabellen HJM F 56,7 41,4 61,5 43,3 40,4 - HJM G1 65,6 46,3-44,7-60,2 HJM G ,4-42,6 55,5 Samlet 122,3 87,8 111,9 87, ,7 Kedel F2-403,4 413,2 229,6-302,6 Kedel F4 673, ,5 - Differens ,6 301,3 141,7 321,5 186,9 Tabel 4 - Resultat af hjælpemotorer og centralvarmesystemets effektberegninger Ved at se på differensen imellem centralvarmevandets optagne effekt og den tilgængelige røggaseffekt kan det ses, at kedlerne umiddelbart skal bidrage med ekstra effekt for at opretholde temperaturen på centralvarmevandet. Dette stemmer også overens med hypotesen om, at hjælpemotorerne delvist kan varetage opvarmningen. Samtlige målinger og resultater af udregninger kan findes i bilag 19. Bachelorprojekt Side 27 af 44

29 Hovedmotorernes røggaseffekt Som udgangspunkt sejles der på Triton altid med mindst to hovedmotorer koblet ind på gearet og i konstante omdrejninger, hvor akselgeneratoren producerer strøm til nettet. Hovedmotorerne kan bidrage med den relativt største røggaseffekt. Den 20. februar blev der foretaget målinger på hovedmotor F og G1, som her vil blive behandlet til en røggaseffekt, som kan sammenlignes med behovet for opvarmning af centralvarmevand den samme dag. Der vil kun blive lavet et regneeksempel for hovedmotor F, da proceduren for G1 er den samme. Akseleffekten og det specifikke luft- og brændstofforbrug vil blive aflæst fra ydelsesdiagrammet ved hjælp af ladelufttrykket på 0,4 bar, se figur 13. Figur 13 - Aflæsning af akseleffekt samt specifikt luft- og brændstofforbrug Bachelorprojekt Side 28 af 44

30 De udlæste data fra ydelsesdiagrammet er vist i tabel 5. Ladetryk Specifikt luftforbrug Specifikt brændstofforbrug Akseleffekt 0,4 bar 8,4 kg/kwh 194,7 g/kwh 735kW Tabel 5 - Udlæst data fra ydelsesdiagram På baggrund af de udlæste data kan det faktiske luft og brændstof forbrug udregnes: m luft = SAC P b = 8,4 735 = 6.164,5 kg h m bro = SFOC 1000 P b = 194, Nu kan røggas masseflowet fra hovedmotoren udregnes: 735 = 143,1 kg h m RG = m luft + m bro = 6164, ,1 = 6.307,6 kg h Røggastemperaturen ved indløb til udstødskedlen er fundet ved hjælp af samme fremgangsmåde som ved hjælpemotorerne, og vil derfor ikke blive beskrevet yderligere. Indløbstemperaturen er udregnet til: t RG.ind = 225,4 Røggassernes specifikke varmefylde er sat til den samme værdi som for hjælpemotorerne. På baggrund af de udregnede værdier kan en røggaseffekt for hovedmotor F den 20. februar udregnes: P RG.F = m RG c RG (t RG.ind t RG.ud ) = 6307,6 1,05 (225,4 110) = 212,4 kw 3600 Undervejs i målingerne forekom der en belastningsændring af hovedmotorerne. Det betyder, at de to hovedmotorer ikke var belastet ens under målingerne. Derfor er der unikt for denne dag brugt røggaseffekten fra hovedmotor F, og antaget at den tilnærmelsesvist var den samme for G1 for at få et mere retvisende resultat. Det giver den samlede røggaseffekt: ΣP RG = 2 P RG.F = 2 212,4 = 424,8 kw Bachelorprojekt Side 29 af 44

31 Alle røggasberegninger er herunder opsummeret i tabel 6. Alle tal er angivet i enheden kw. Samtidigt med at der blev lavet røggasberegninger, blev der også lavet beregninger på centralvarmesystemet, som også er vist i tabellen HVM F 212,4 629,9 - HVM G1 212, ,3 HVM G ,4 Samlet 424,8 1232,9 1067,7 Kedel F2 459,2 219,3 - Kedel F ,1 Differens 34,4 0 0 Tabel 6 - Resultat af hjælpemotorer og centralvarmesystemets beregninger Ved at se på differensen imellem centralvarmevandets optagne effekt og den tilgængelige røggaseffekt fra hovedmotorerne kan det ses, at kedlerne umiddelbart ikke skal bidrage med ekstra effekt for at opretholde temperaturen på centralvarmevandet. Dette stemmer også overens med hypotesen om, at hovedmotorerne kan varetage opvarmningen. De 34,4 kw i differens imellem røggaseffekten og centralvarmeeffekten den betyder med stor sandsynlighed ikke så meget, da hovedmotorerne er i drift i længere tid af gangen, hvor kedlen kun tilfører effekt i intervaller. Det betyder, at røggasenergien med stor sandsynlighed er stor nok til, at kunne holde temperaturen på vandet tilfredsstillende. Samtlige målinger og resultater af udregninger for hovedmotorernes røggaseffekt kan findes i bilag 20. Bachelorprojekt Side 30 af 44

32 Genvinding af røggasenergien Ved at undersøge hvor meget energi centralvarmevandet bliver tilført og sammenligne det med den tilgængelige røggasenergi, kan man bruge dette til at vurdere, om de respektive motorer er i stand til at opvarme centralvarmevandet. Dette vil ende ud i en energibesparelse, som kan omregnes til en brændstofbesparelse. På figur 14, er vist en timetalsopgørelse for uge 3. Samtlige timetal kan findes i bilag 21. Figur 14 - Timetalsopgørelse for uge 3 Det har ikke været muligt at danne en belastningsoversigt for motorerne, grundet en begrænset overvågning. For at kunne udregne røggasenergien er gennemsnittet af den tilgængelige røggaseffekt derfor blevet anvendt sammen med det samlede antal driftstimer i løbet af ugen. Helt optimalt havde det været, hvis det kunne bestemmes, hvor meget motorerne havde været belastet over tid. Denne information var desværre ikke tilgængelig, da der heller ikke her forefindes overvågning. Bachelorprojekt Side 31 af 44

33 Tilført energi til centralvarmevandet Det første trin i bestemmelse af energibesparelsen er at bestemme, hvor meget energi der bliver indfyret i kedlerne. Dette gøres ved hjælp af formlen: Q ind = P ind.trin1 t trin1 + P ind.trin2 t trin2 [kwh] Q ind er den indfyrede energi, P ind.trin1 er indfyret effekt, når kedlen er i trin 1, t trin1 er antal driftstimer i trin 1, og det samme gør sig gældende for trin 2. I tabel 7 er vist driftstimerne for kedlerne i uge 3. Trin 1 Trin 2 Kedel F Kedel F4 0 0 Den indfyrede effekt for de respektive trin er vist i tabel 8 ved brændværdien kj/kg. Trin 1 Trin 2 Kedel F2 691,2 kw +286 kw Kedel F4 655,4 kw +321,8 kw Det giver den indfyrede energi i kedel F2 i uge 3 Q kedel.før = 691, ,3 kwh Ved hjælp af kedlens virkningsgrad kan centralvarmevandets optagne energi findes. Da det ikke har været muligt at aflæse virkningsgraden, er denne blevet udregnet på baggrund af den gennemsnitlige optagne effekt til centralvarmevandet og den indfyrede effekt i forbindelse med målingerne. Dette er vist ved formlen: η kedel = P vand.gns P ind.gns Den gennemsnitlige optagne effekt til centralvarmevandet samt den gennemsnitlige indfyrede effekt i kedlerne er vist i tabel 9. Indfyret effekt Det giver gennemsnitsvirkningsgraden: Tabel 7 - Driftstimer for kedel F2 og F4 i uge 3 Tabel 8 - Indfyret effekt for kedel F2 og F4 Centralvarmevandets effekt 742,8 kw 373,4 kw Tabel 9 - Gennemsnitligt optaget effekt og indfyret effekt for kedlerne F2 og F4 η kedel = 373,4 742,8 0,502 Bachelorprojekt Side 32 af 44

34 Nu kan centralvarmevandets optagne energi i uge 3 udregnes: Q vand = 50431,3 0, kwh Ved at bruge denne metode er centralvarme energierne udregnet fra uge 1 frem til og med mandag i uge 10, hvor den sidste timeopgørelse blev lavet under praktikken. Resultatet er vist i tabel 10. Alle resultater er angivet i enheden kwh. Ugenummer Indfyret energi Optaget energi i centralvarmevand 1 og Hjælpemotorernes røggasenergi For at få et overblik over hvor meget energi der kan bespares ved en genanvendelse af hjælpemotorernes røggaseffekt, skal røggasenergien også udregnes for disse. Der vil også tages udgangspunkt i uge 3. Driftstimerne er vist i tabel 11. Driftstimer HJM F 36 HJM G1 101 HJM G2 86 Den tilgængelige røggasenergi i uge 3 bliver dermed produktet af den gennemsnitlige samlede røggaseffekt og de samlede antal driftstimer: Q RG.HJM = Tabel 10 - Indfyret og optaget energi i centralvarmesystemet fra uge 1 til 9 Uge 1 og 2 er vist sammen grundet brugerfejl ved aflæsning Tabel 11 - Driftstimer for hjælpemotorerne i uge 3 122,3 + 87, ,9 + 87, ,7 ( ) kwh 6 Ved at sammenligne centralvarmens optagne energi og den tilgængelige røggasenergi kan det bedre vurderes, om kedlerne helt eller delvist kan sættes ud af funktion: Q vand > Q RG.HJM ,9 > Ved hjælp af ovenstående ulighed kan det ses, at centralvarmevandet har optaget mere energi, end hvad hjælpemotorerne har kunnet levere. Det betyder, at ved en genvinding af energien skal kedlen stadig tilføre energi, men tiden imellem driftsintervallerne vil blive forlænget væsentligt. Bachelorprojekt Side 33 af 44

35 Energien, som vandet nu skal spædes op med fra de oliefyrede kedler, er nu: Q vand.ny = Q vand Q RG.HJM = 25348, ,9 kwh Ved at omregne fra vandsiden til brændstofsiden kan den nye indfyrede energi i kedlen findes. Det giver en energibesparelse på: Q kedel.ny = Q vand.ny = 2727, kwh η kedel 0,502 ΔQ = Q kedel.før Q kedel.ny = 50431, = kwh Alle resultater for energibesparelserne ved genvinding af hjælpemotorernes røggasenergi er vist i tabel 12. Alle værdier er angivet i enheden kwh. Røggasenergi Spædeenergi Ny indfyret Besparelse Uge Uge Uge Uge Uge Uge Uge Uge Tabel 12 - Resultater af energiberegninger for hjælpemotorerne Ved at dele med brændværdien for brændstoffet kan brændstofbesparelsen findes. Energien ganges med 3600 for at omregne fra kwh til kj. Δm bro = ΔQ 45004, = 3.776,6 kg h i Teknikofficer Jakob Søegaard har fremskaffet en literpris på MGO, der ligger imellem pr liter 25. Literprisen for brændstoffet er oplyst ved 15 o C, derfor udregnes det sparede volumen ved denne temperatur: ΔV 15 = Δm bro ρ 15 = 3776,6 0, ,6 L 25 Se bilag 3 Bachelorprojekt Side 34 af 44

36 Ved en genvinding af hjælpemotorernes røggasenergi i uge 3 giver det en besparelse 26 på: Alle besparingsresultater er vist i tabel ,5 4419, kr Uge 1+2 Uge 3 Uge 4 Uge 5 Uge 6 Uge 7 Uge 8 Uge 9 Sum Kg Liter Kroner Tabel 13 - Besparelser ifbm. genvinding af hjælpemotorernes røggasenergi Ved en genvinding af røggasenergien fra hjælpemotorerne kan det medføre en besparelse på omkring kr. ved hjælp af en reduceret driftstid for de oliefyrede kedler. Hovedmotorernes røggasenergi Fremgangsmåden for at udregne hovedmotorernes røggasenergi er identisk med hjælpemotorernes, bortset fra at her bruges driftstimerne naturligvis for hovedmotorerne. Resultatet for energiberegningerne ved genvinding af hovedmotorernes røggasenergi er vist i tabel 14. Alle værdier er angivet i enheden kwh. Røggasenergi Spædeenergi Ny indfyret Besparelse Uge Uge Uge Uge Uge Uge Uge Uge Tabel 14 - Resultater af energiberegninger for hovedmotorerne 26 Der regnes med en valutakurs på 7,5 kr/ Bachelorprojekt Side 35 af 44

37 Ved samme fremgangsmåde som ved hjælpemotorerne er brændstofbesparingerne vist i tabel 15. Uge 1+2 Uge 3 Uge 4 Uge 5 Uge 6 Uge 7 Uge 8 Uge 9 Sum Kg Liter Kroner Tabel 15 - Besparelser ifbm. genvinding af hovedmotorernes røggasenergi Delkonklusion På baggrund af tabel 13 og 15 kan det konstateres, at brændstofudgiften kan reduceres væsentligt. Ved genvinding af røggasenergien fra hovedmotorerne kan kedlerne angiveligt sættes helt ud af funktion, og ved hjælpemotorerne kan tiden imellem driftsintervallerne forlænges. Ved at se på den akkumulerede energimængde fra alle motorer burde der være tilstrækkeligt med energi til at kunne opvarme centralvarmevandet hele tiden. Dette kan dog ikke siges med sikkerhed, da dette kræver, at behovet er tilstede, samtidig med at røggasenergien er tilgængelig. Bachelorprojekt Side 36 af 44

38 Diskussion Betydningen af gennemsnitsværdier I afsnittet Genvinding af røggasenergien, hvor energibesparelserne i forbindelse med genvinding af røggassen bestemmes, er det blevet valgt at anvende gennemsnitsværdier til bestemmelse af den tilgængelige røggasenergi, og energien som centralvarmevandet skal tilføres. Denne løsning er valgt på baggrund af en begrænset overvågning over de pågældende systemer. Det betyder, at resultaterne i hhv. tabel 12 og 14 er baseret på øjebliksværdier, hvor de repræsenterer den faktiske energi der kan bruges til genvinding over en hel uge. I virkeligheden er disse værdier i konstant dynamisk bevægelse, og derfor er besparelserne i tabel 13 og 15 ikke et endegyldigt resultat, men skal forstås mere som en prognose for hvad der kan forventes af besparelser. Trykket i udstødningsrøret Hvis det vælges at installere en udstødningskedel, skal man undersøge virkningen af, at kølefladerne inde i kedlen vil være relativt kolde grundet setpunktet for centralvarmevandet på 77 o C. Det har ikke været muligt at undersøge, hvad trykket inde i udstødningsrøret har været grundet manglende overvågning, og derfor kendes dugpunktstemperaturen for vanddampen ikke. I takt med at trykket stiger, øges mætningstemperaturen også, hvilket betyder, at hvis røggassen køles mere ned end denne temperatur, risikeres det at vanddampen vil kondensere. Dette vil medføre en risiko for lokal kondensation af vanddampene og svovldioxid dampene på rørene i kedlen, der vil udgøre en korrosionsrisiko. Ydermere vil en kondensation af vanddampene betyde, at kedlen vil fungere som en kondenserende kedel, der kan besværliggøre røggasberegningerne. I takt med at vanddampen kondenserer, transmitteres der mere effekt til centralvarmevandet. Mængden af det kondenserede vand kan være vanskelig at bestemme, og bør undersøges nærmere for at få et mere præcist resultat for udregningen af røggaseffekten. Køling af centralvarmevandet Da hovedmotorerne kan bidrage med væsentligt mere effekt, end hvad der er behov for, kan det være nødvendigt at etablere ekstra køling af centralvarmevandet, for at undgå at vandet bliver for varmt. Dette kan eksempelvis gøres ved at opsætte en varmeveksler imellem centralvarmevandet og det søvand, som bliver pumpet overbord med en regulator, der måler på centralvarmevandets temperatur og regulerer mængden af centralvarmevand, der skal køles. Dette kan muligvis også stille yderligere krav til cirkulationspumpernes trykhøjde. En anden mulighed er at lave et by-pass system for røggassen, således at noget af røggassen ledes udenom udstødskedlen. Dette kan eksempelvis gøres med et spjæld i røret, som er styret af en stepmotor, der bliver reguleret på baggrund af vandets temperatur. Bachelorprojekt Side 37 af 44

39 Opbygning af kedelanlæg I de foregående afsnit er det blevet undersøgt, om der har været nok effekt og energi tilgængeligt til opvarmning af centralvarmevandet. Dette afsnit omhandler det rent fysiske omkring opbygningen af kedelanlægget, herunder om der skal være separate udstødskedler for hver motor, eller om der skal være en stor kedel, der dækker samtlige motorer. Udfordringen ved at konstruere anlægget en stor kedel er, at der imellem maskinrummene F og G, hvor motorerne er placeret, er opsat en vandtæt skillevæg i casingen, se figur 15. Skillevæg Figur 15 - Vandtæt skillevæg i casingen Ved at bygge anlægget op med en stor kedel skal denne skillevæg enten modificeres eller fjernes. Hvis dette vælges, vil man gå på kompromis med sikkerheden imod vandindtrængning. Skibet kan, jf. driftsofficeren Emil Toftegaard, stadig flyde med et maskinrum under vand men ikke med begge maskinrum under vand. Ydermere vil risikoen for en spredning af en eventuel brand i et af maskinrummene til det andet maskinrum øges, hvilket ikke er at foretrække. Fordelen ved at bygge et kedelanlæg vil til gengæld være, at der ikke skal føres lige så mange rør, samt at reguleringen vil være mere simpel. Rent pladsmæssigt vil denne Bachelorprojekt Side 38 af 44

40 løsning fylde mindre, da styrebokse og rørføring for en kedel vil fylde mindre end for et anlæg med separate kedler for hver motor. Denne løsning vil højst sandsynligt også være billigere i indkøb og kommissionering, end det vil være ved indkøb og kommissionering af separate kedler. På baggrund ovenstående perspektiver, anbefales det til Søværnet, at såfremt en genvinding af røggassen ønskes, bør anlægget bygges op med separate kedler, for at undgå at gå på kompromis med sikkerheden imod vandindtrængning og brandsikkerhed. Denne løsning vil højst sandsynligt være dyrere at indføre, men vil være sikkerhedsmæssigt mest fordelagtig. Økonomi Om 10 år forventes det, at de 4 inspektionsskibe af Thetis klassen herunder Triton skal udskiftes. Det betyder, at besparelsen i forbindelse med genvindingen skal være tilstrækkeligt stor i forhold til prisen for at installere kedlerne for at få mest muligt ud af investeringen. På figur 16 er vist tilbagebetalingstiden som funktion af prisen, jf. formlen: Tilbagebetalingstid = Pris Besparelse/år [år] Besparelsen pr. år er afhængig af klimaet, som skibet befinder sig i. Når der er risiko for overisning, er der, som nævnt tidligere, 250 kw elvarme i dækket. Det betyder, at den tilgængelige røggaseffekt vil stige. Samtidigt betyder det også, at behovet for opvarmning af centralvarmevand stiger, da der skal mere effekt til at opvarme skibet ved koldere temperaturer. Prisen for et udstødskedelanlæg er sat som en variabel for at illustrere, hvornår det ikke længere kan svare sig at investere i et anlæg på baggrund af skibets resterende levetid. Bachelorprojekt Side 39 af 44