Teknisk projektudvikling

Transkript

1 Teknisk projektudvikling En Delrapport til projektet: Forberedelse til fuldskala demonstration af trinopdelt Udført for: Energinet.dk ForskEl projekt nr Udarbejdet af BioSynergi Proces ApS Henrik Houmann Jakobsen April 2011 BioSynergi Proces ApS Slotsbakken 108, DK-2970 Hørsholm +(45) CVR. nr

2 Indhold 1. Indledning og sammendrag Udgangspunkt for projektet Arbejdsmetodik ved projektudviklingen Kraftvarmesystemets hoveddata Anlæggets placering Bygning -maskinhal og flislager Flistransportanlæg Tørreanlæg Gasgenerator Produktgasrensning og -køling Gassugere og gasventiler Gasmotor Røggasrensning og kondenserende røggaskøling Gasfakkel PLC styringssystem Anlægsinstrumentering El hovedtavle og nettilslutning af elgenerator Vandkredse Samlet anlægsudformning Myndighedsbehandling Implementering af resultater...23 Bilag 1: Bilag 2: Om Castoranlægget og BioSynergis kraftvarmesystem Udviklingsprojekter målrettet markedsintroduktion af BioSynergis Kraftvarmesystem BioSynergi Proces ApS Side : Forberedelse til fuldskala demonstration af trinopdelt

3 1. Indledning og sammendrag I projektets ansøgning til Forskel programmet i 2008 blev følgende formål fastlagt for det samlede projekt: Projektet indeholder de nødvendige aktiviteter til forberedelse af en efterfølgende praktisk demonstration af en samlet finansiel, driftsøkonomisk og teknisk model, der skal gøre det muligt for nye energiteknologier at passere barrieren fra udviklingsprojekt til fortsat markedsbaseret innovation. Det skridt er nu aktuelt for BioSynergis kraftvarmesystem. Det samme vil gøre sig gældende for alle succesrige udviklingsprojekter, når de er blevet modne til at skifte stadie fra udviklingsprojekt til fuldskala demonstrationsprojekt. Denne delrapport beskriver det tekniske udviklingsarbejde som er udført i projektet. Arbejdet tager udgangspunkt i den tekniske opbygning og funktion af BioSynergis pilot/demonstrationsanlæg, der er opstillet i Græsted og i daglig tale benævnes Castoranlægget. Den hidtidige drift af pilotanlægget har bevist at samspillet mellem de grundlæggende processer i anlægskonceptet fungerer tilfredsstillende. I bilag 1 findes en nærmere beskrivelse af det kraftvarmesystem, som Castoranlægget repræsenterer. Ud fra dette grundlag er planlagt og i detaljer specificeret en opskalering af Castoranlægget til et fuldskala demonstrationsanlæg af kraftvarmesystemet. Det får en indfyret effekt på ca kwth, der resulterer i en nyttiggjort effekt på ca. 300 kwel og 700 kw varme. De væsentlige komponenter i fuldskala demonstrationsanlægget bliver i hovedtræk: Maskinhal (ca m 2 ), inklusiv silo til aflæsning af lastvognscontainere med brændselsflis og automatisk intern brændselstransport (f.eks. krantransport). Intern brændselstransport, tromletørrer og bufferbeholder til brændselsflis Trinopdelt gasgenerator med indfyringssystem, bevægelig rist, forgasningsluftblæser, luftforvarmer, automatisk askeudtag, overtrykstryksikring samt sikkerhedsnedlukning Produktgasrensning og konditionering med posefilter og varmevekslere Separate gassugere til opstartdrift og rengasdrift BioSynergi Proces ApS Side 3

4 Gasmotor/elgenerator m. støjisolering og N-gas brændselssystem til opstart Udendørs gasfakkel m. automatisk tænding til opstartdrift og nedlukning Central PLC-styring med grafisk SRO brugerflade til processtyring/sikkerhedsovervågning/dataopsamling og kommunikation med det samlede anlæg Anlægsinstrumentering Interne vandkredse og tilslutning til fjernvarmesystem hos anlægsvært Røggasrensning (m. automatisk udtag) efter tromletørrer, styret bypass røgrørsystem med varmeveksler og røgsuger Kondenserende røggaskøling med kondensatbehandling Skorsten Brandsikring, trykluft og elinstallationer i maskinhal og på anlæg Gasrør og isoleringsarbejde Hovedtavle og nettilslutning af elgenerator endvidere Forberedelser til myndighedsbehandling af projektet Indholdet af projektets finansieringsdel er rapporteret af samarbejdspartneren i projektet, EBO Consult A/S i en separat delrapport til projektet. Herom skal blot nævnes, at formålet med finansieringsdelen er at afprøve interessen for og i praksis gennemføre en "3.parts finansieringsmodel" til etablering og drift af bioforgasningsanlæg gennem inddragelse af forskellige typer af relevante potentielle finansieringskilder. Den efterfølgende etablering og udførelse af den driftsøkonomiske del af demonstrationsprojektet var ved projektstart planlagt til at foregå hos Helsinge Fjernvarme, der har tilkendegivet at ville stille areal til rådighed for fuldskala demonstrationsanlægget samt aftage dets varmeproduktion. Anlæggets elproduktion afsættes til elforsyningsnettet i henhold til bestemmelserne i VEloven (Lov om fremme af Vedvarende Energi vedtaget i 2008). BioSynergi Proces ApS Side 4

5 2. Udgangspunkt for projektet BioSynergi Proces kraftvarmesystem er et resultat af et langt vellykket udviklingsforløb. Udviklingen er sket med støtte fra især ForskEl s og Energistyrelsens F&U programmer til en række projekter, der er gennemført på Castoranlægget hos Græsted Fjernvarme. Bilag 2 viser kæden af væsentligste projekter, som har støttet etableringen af pilotanlægget og videreudviklingen af kraftvarmesystemet. Projekterne har hver især bidraget til at opbygge og udvikle bioforgasningsteknologien i detaljer og til at indhente værdifulde driftserfaringer med kraftvarmeproduktion på brændselsflis. 3. Arbejdsmetodik ved projektudviklingen Det tekniske udviklingsarbejde har omhandlet: projektering dimensionering design konstruktion samt prisbestemmelse af alle væsentlige anlægskomponenter til et komplet bioforgasningsanlæg til kraftvarmeproduktion, der har en kapacitet, som er ca. 4 gange større end Castoranlægget. Der er anvendt en traditionel fremgangsmåde ved projektudviklingen, der har taget afsæt i anlægget samlede Proces- og Instrumenterings diagram (PI diagram). Diagrammet blev som udgangspunkt opstillet på grundlag af Castoranlægget opbygning og er derefter blevet tilrettet og udbygget på punkter, hvor der var behov for andre løsninger eller større grad af automatisering. Disponeringen i PI-diagrammet er ligeledes indgangsnøglen til anlæggets stykliste, som blandt andet indeholder oversigten på de endelige komponentvalg og resultatet af prisindhentningerne på komponenterne. For de større komponenters vedkommende er opstillet særlige funktionskrav og konstruktionsgrundlag. Der gælder blandt andet for udformningen af anlæggets større komponenter som eksempelvis: Flistransportsystem Gasgenerator Gasrensningssystemet Varmevekslere BioSynergi Proces ApS Side 5

6 flistørreanlægget og kondenserende røggaskøler. Fremgangmåden ved udviklingen af anlægget større komponenter kan beskrives som en syntese med følgende indhold: 1. Hvilke funktions-, drifts- og sikkerhedskrav skal komponenten opfylde? 2. Er der yderligere krav hvad siger erfaringerne fra driften af Castoranlægget? 3. Opstilling af flere løsningsforslag ved brug af viden fra de tidligere udviklingsprojekter og driftserfaringerne fra Castoranlægget. 4. Udvælgelse af en komponentløsning på konceptstadiet. 5. Samlet layout af anlæg på grundlag af komponentløsninger på konceptstadiet. 6. Tilpasning af komponenterne i det samlede layout. 7. Revurdering af enkeltløsninger, tilpasning af løsningen og samtidig tilpasning det samlede anlægslayout. Konstruktions- og tegningsarbejdet er udført som 3Dmodellering og visualisering af de enkelte komponenter. Hertil er anvendt BioSynergis 3D-CAD program. 3D-modelleringen af komponenterne genererer samtidig grundlaget for den tilhørende 2-D tegningsdokumentation i form af f.eks. maskintegninger og eksploderede tegninger. Dette grundlag er benyttet til kommunikation med underleverandører i forbindelse med prisindhentning. 3D-modelleringen og konstruktionen af anlæggets enkeltkomponenter er ligeledes det grundlag som det samlede 3D-layout af det samlede anlæg er bygget på. Der er således en stringent sammenhæng mellem detailudformningen af den enkelte større komponent i anlægget og 3D- visualiseringen af det samlede kraftvarmeanlæg. 4. Kraftvarmesystemets hoveddata Til fastlæggelsen af de overordnede data for de enkelte komponenter og det samlede anlæg er anvendt et simuleringsværkstøj, som er blevet udviklet i det tidligere gennemførte ForskEl projekt nr Med dette værktøj er blandt andet bestemt produktgassammensætning, røggassammensætning, energi- og massestrømme samt væsentlige temperaturer for hver komponent i anlægget, der forårsager tilstandsændringer. I hovedtræk valgt at benytte den samme anlægsudformning, som har vist sig at fungere på Castoranlægget. BioSynergi Proces ApS Side 6

7 I figur 1 herunder giver en oversigt på anlæggets hovedkomponenter. Den samme figur findes i bilag 1 i forbindelse med en nærmere procesbeskrivelse. Brændselssilo m. skovflis Røggas Multicyklon Røggaskondensator Røgsuger Røggas Skorste n Våd flis Flisstøv Kondensat Bundslam Produktgas Tromletørrer Tør flis Gasgenerator Cyklon Cyklon Luftforvarmer Røggas ved stilstand Aske Aske Aske Frisk luft til forgasning Aske Røggas Gasmotor/ elgenerator Produktgas Rengassuger Kølig Varmeveksler Posefilter Produktgas El: Aske Varme: Afkast: Røggas Varm Varmeveksler Rågassuger Gasflare til opstart Figur 1: Hovedprocesser og anlægskomponenter i BioSynergis kraftvarmesystem. Se nærmere beskrivelse i bilag 1. I den følgende tabel 1 er opstillet de væsentligste data for det projekterede kraftvarmesystem. BioSynergi Proces ApS Side 7

8 Hoveddata for det projekterede kraftvarmesystem Brændsel: Våd træflis af løv eller nål fremstillet på flishugger til oparbejdning af heltræer Vandindhold, våd flis % våd basis 50 Indfyret effekt, våd flis kw 1376 Maksimalt døgnforbrug af brændselsflis (nåletræ) m 3 flis/døgn 43 Flis efter tørring Vandindhold, tør flis % våd basis 15 Indfyret effekt, tør flis kw 1536 Gasgenerator Vandindhold, tør flis % våd basis 15 Indfyret effekt, våd flis kw 1536 Produktgas, afgiven kemisk bunden effekt kw 1160 Produktgasmængde m 3 n/h 1) 730 Varmeproduktion fra køling af produktgas Varmeproduktion fra varm varmeveksler kw 127 Varmeproduktion fra kold varmeveksler kw 18 Varmeproduktion i alt fra køling af produktgas kw 145 Gasmotor Indfyret effekt, produktgas kw 1160 Tilført produktgasmængde m 3 n/h 730 Våd røggasmængde fra gasmotor m 3 n/h 1600 Afgiven eleffekt fra elgenerator 313 kw Afgiven varmeeffekt, kølevand og smøreolie kw Flistørringsanlæg Tilført våd røggasmængde fra gasmotor m 3 n/h 1600 Afgiven våd røggasmængde m 3 n/h 1900 Kondenserende røggaskøler Tilført våd røggasmængde m 3 n/h 1900 Afgiven våd røggasmængde m 3 n/h 1490 Afgiven varmeeffekt kw Udskilt kondensatmængde m 3 /h 0,33 Samlet varmeeffekt kw 799 1): m 3 n/h: normal kubikmeter pr. time Tabel 1: Beregnede hoveddata for det samlede kraftvarmesystem. BioSynergi Proces ApS Side 8

9 5. Anlæggets placering Ved projektets start i marts 2008 forelå en hensigtserklæring om placering af bioforgasningsanlægget hos Helsinge Fjernvarme. Lidt stigende flispriser og den politiske uafklarede situation om den fremtidige elafregningspris for forgasningsanlæg i foråret/sommeren 2008 samt det forhold, at Helsinge Fjernvarme fik installeret et nyt og stort meget effektiv gasmotoranlæg til elsalg på markedsvilkår betød at bioforgasningsanlægget fik både mere uigennemskuelige og vanskeligere konkurrencevilkår på den placering. Efter aftale med Helsinge Fjernvarme blev herefter taget kontakt til det nærliggende og en del mindre Vejby-Tisvilde fjernvarmeselskab. Deres produktionsomkostninger var som udgangspunkt højere end i Helsinge, hvorfor bioforgasningsanlægget ville få lettere ved at præstere driftsøkonomiske fordele på dette varmeværk. Efter en del sonderinger og udarbejdelse af driftsøkonomiske budgetter og forslag til anlægsplacering og anlægsudformning, måtte desværre konkluderes at det ikke var muligt at finde en samlet løsning i Vejby, som kunne sikre et afsætningsgrundlag for bioforgasningsanlæggets varmeproduktion i hele dets levetid. Herefter blev taget kontakt til Hillerød Forsyning der kunne anvise en egnet placering af bioforgasningsanlægget på deres naturgasfyrede fjernvarmecentral i bydelen Ullerød. Bioforgasningsanlæggets varmeproduktion kan på denne placering erstatte varmeproduktion fra gaskedlerne om vinteren mens varmeproduktionen i sommerperioden erstatter varme som ellers leveres gennem transmissionsledningen fra et større naturgaskraftvarmeværk. Fjernvarmecentralen dækker et så stort grundlastbehov at bioforgasningsanlægget kan drives med fuld varmeydelse året rundt. Spidslastvarmecentralens bygning er dog ikke stor nok til at rumme bioforgasningsanlægget, så der er udarbejdet tre forslag til en placering af anlægget på matriklen. Efter at have forespurgt hos Hillerød Kommunes bygge- og miljøafdeling om deres synspunkt på de mulige placeringer er blevet valgt at udarbejde projektet med en placering af anlægget i en tilbygning, der opføres ved den vestlige gavl af fjernvarmecentralen. BioSynergi Proces ApS Side 9

10 Figur 2: Bioforgasningsanlægget er planlagt til placering i en tilbygning ved den viste gavl på fjernvarmecentralen i Ullerød bydelen i Hillerød. 6. Bygning -maskinhal og flislager Tilbygningen er planlagt til at skulle rumme et passende stort flislager og selve bioforgasningsanlægget. Indledningsvist blev rettet en forespørgsel til LER Ledningsejerregistret for det område hvor anlægget skal placeres. Svarene herfra viste at der på pågældende sted ligger et større naturgasrør til forsyning af fjernvarmecentralen samt en telefonforbindelse. Hos de to ledningsejere er indhentet pris på flytning af forbindelserne. En større pumpebrønd samt en kælderskakt ligger ligeledes ved fjernvarmecentralens gavl. Disse dele vil ikke blive flyttet, men i stedet disponeres pladsen i tilbygningen så der fortsat er adgang til pumpebrønden og kælderadgangen. Til modtagelse og opbevaring af flis er disponeret med en lagerstørrelse på ca. 300 m 3 flis svarende til 7 døgns forbrug ved fuld anlægsydelse. Flislageret indrettes med en høj port og aftipningsgrav til flis. Ud fra 3D-modelleringen af det samlede bioforgasningsanlæg er planlægt med et kedel/motorrum på ca. 170 m 3 der giver god plads til anlægget. BioSynergi Proces ApS Side 10

11 Både gasgenerator og kondenserende røggaskøler kræver plads i højden så der er beregnet en bygningshøjde på ca. 10 meter. Det samlede bygningsareal med denne løsning er i alt på ca. 360 m 3. Der er indhentet et budget-tilbud på en komplet bygning der tilfredsstiller disse krav. Det indhentede tilbud omfatter også jord- og betonarbejde til bygning samt skorstensfundament. Den udvendige skorsten til bortledning af gasmotorens røggas får en højde på ca. 20 meter. Da røggassen altid passerer gennem anlæggets kondenserende røggaskøler vil dens temperatur aldrig overstige ca. 60 C. Der kan derfor vælges at benytte en skorsten med et røgrør af glasfiber som effektivt vil eliminere den eventuelle korrosionsrisiko ved den våde røggas. Bygningen er udformet som en stålspærskonstruktion, der beklædes med isolerede 100 mm sandwichpaneler som væg og tagkonstruktion. Der opsættes to brandskabe med slangeruller i bygningen og der fremføres installationer til trykluft, og el samt vand nærmere definerede punkter i bygningen. Til opsamling af aske fra anlægget opstilles en askecontainer udenfor bygningen. 7. Flistransportanlæg Med anlæggets indfyrede effekt på 1,4 MW og et lagerbehov på ca. 300 m 3 flis har det en størrelse, som både er lidt over den størrelse, hvor almindelige hydrauliske stangudmadere i et nedgravet flissilo med sikkerhed er den økonomisk fornuftige løsning, men samtidig er størrelsen noget mindre end den som uvilkårligt peger på en automatisk kranløsning som det økonomisk sikre valg. Her er valgt at benytte en automatisk kranløsning, der er opbygget som en traverskran med kørebaner monteret på bygningens stålspær. Den interne flistransport på anlægget omfatter både en håndtering af den friske flis fra lager til tørreanlæg og efterfølgende af den tørre flis fra tørreanlæg til gasgenerator. Ved lagerudformningen er regnet med plads til at der kan opbevaring ca. 40 m 3 tørret flis som et mellemlager efter tørringsanlægget. Under normal drift er der ikke behov for et sådant mellemlager, men et vist lager vil være nødvendigt, hvis der ønskes at kunne sætte opvarme gasgeneratoren til produktionstemperatur uden at gasmotoren samtidig er i drift til flistørring. BioSynergi Proces ApS Side 11

12 Flislageret er indrettet med en ca. 100 m 3 udgravet flisgrube til direkte aftipning fra lastbil. De øvrige dele af flislageret har gulv i niveau med terræn. Den automatiske traverskran flytter flisen fra flisgruben til den øvrige del af lageret og til tørreanlæggets indfyring. Desuden benyttes kranen til at tage flis fra det tørre mellemlager og føre det til gasgeneratorens indfyringssystem. Indfyringssystemerne til tørreanlæg og gasgenerator er udformet som snegletransportører med stor diameter og monteret i moderate stigningsvinkler. Til lufttætning og sikring mod tilbagebrand gennem flistransportørerne bliver de monteret med dobbelte skydeventiler der styres så der opnås en slusevirkning. Snegletransportørerne til tør flis udstyres med automatisk sprinklersystem til evt. brandbekæmpelse. 8. Tørreanlæg Castoranlæggets tørreanlæg har vist sig at kunne tørre flis ned fra ca. 50 % til 25 % vandindhold. Til dimensionering af tørreanlægget er benyttet det samme dimensioneringsværktøj som blev brugt til Castoranlægget. Dog er der denne gang brugt forudsætninger, så det bliver i stand til at tørre flis fra ca. 50 % til 15 % vandindhold. I det afsluttede ForskEl projekt er arbejdet med optimering af tørreanlæggets drift. Det har blandt andet ført til en nyt og mere lufttæt indfyringssektion til tørreanlægget. Systemet er nu i drift på Castoranlægget og fungerer tilfredsstillende. Denne samme udformning af indfyringssektionen er også valgt her. På grundlag af maskintegningerne og en detaljeret stykliste er der indhentet prisoverslag på fremstilling af stålkonstruktionen og kalkuleret en samlet fremstillingspris på tørreanlægget. Da tørreanlægget proces medfører frigivelse af træstøv er dets elektriske udrustning og afskærmning blevet vurderet og valgt ud fra ATEX reglerne. I den samlede konstruktion vil tørreanlægget blive installeret i sin egen støjisolerede og afskærmede tørrecelle. Tørreanlægget udstyres med automatisk sprinklersystem til evt. brandbekæmpelse. 9. Gasgenerator Gasgeneratorens procestekniske opdeling bliver identisk med Castoranlæggets patenterede trinopdelte gasgenerator. Der an- BioSynergi Proces ApS Side 12

13 vendes således fortsat en medstrøms gasgenerator af Open Core typen med en trinopdelt tilsætning af forgasningsluften. I det afsluttede PSO projekt nr blev som teknisk forberedelse til opskaleringen af Castoranlægget fremstillet og udført en praktisk afprøvning af funktionen af gasgeneratorens kerne (reaktorkernen). Det blev i den forbindelse konstateret at det var muligt at opnå den ønskede fysiske procesopdeling for den afprøvede reaktorkerne, der er dimensioneret til et kraftvarmesystem med 300 kw eleffekt. Med udgangspunkt i denne reaktorkerne er udført en nykonstruktion af den trinopdelte gasgenerator med en række forbedringer, som udspringer fra driften og inspektionerne af Castoranlæggets gasgenerator. Erfaringerne herfra udgør også grundlaget for materialevalget. De samme grundlæggende principper som sikrer let adgang til vedligehold og udskiftninger af gasgeneratorens sliddele er bibeholdt i den ny konstruktion. Gasgeneratoren er udført med bevægelig rist, bundsektion med asketransport samt interne kanaler til styring og fordeling af lufttilsætningen til forgasningsprocessen. Gasgeneratorens bundsektion er i første omgang konstrueret med udgangspunkt i Castoranlæggets gasgenerator. Til den endelige udformning af bundsektionen vil blive benyttet resultaterne fra det ForskEl projekt nr , der er blevet sat i gang på Castoranlægget primo I dette projekt udvikles en ny bundsektion med det formål at mindske forgasningsprocessens trækulproduktion og øge gasgeneratorens koldgasvirkningsgrad Den opsamlede aske i bundsektionen føres af en lukket transportør til en udvendigt opstillet askecontainer. Gasgeneratoren udrustes flere former for hjælpeudstyr herunder, indfyringssluse, overtrykssikring af indfyringssystemet og sikring mod tilbagebrand, brændselshøjdemåling, sikkerhedsudluftning til anlægsnedlukning og startbrændere til opstart af anlæg. BioSynergi Proces ApS Side 13

14 Figur 3: 3D-visualisering af en nøgen udgave af den konstruerede gasgenerator til 300 kw eleffekt. 10. Produktgasrensning og -køling Til rensning og køling af produktgassen fra gasgeneratoren er udviklet en samlet gasrensningsenhed, der består af følgende komponenter: Cyklon til grovrensning af produktgassen for partikler Luftforvarmer, der køler produktgassen og overfører varmen til forgasningsluften lige inden den går ind i gasgeneratoren. Varm varmeveksler, som køler produktgassen ved hjælp af fjernvarmevand. Posefilter der filtrerer fine partikler og kondenserede tjærestoffer fra produktgassen. Kold varmeveksler der køler produktgassen med fjernvarmevand, så gassens temperatur ender på et niveau lige over vanddugpunktet. Der er opstillet et specifikationsgrundlag til posefilterets opbygning og funktion. Specifikationerne er herefter benyttet til at indhente pris og leveringsbeskrivelse på et komplet posefilter fra en anerkendt leverandør, der opfylder de opstillede krav. Filterstørrelse, rensningsmetode og filterposekvalitet er valgt ud fra driftserfaringerne på Castoranlægget. De enkelte filterposer får en længde på 2,5 meter. Adgangen til skift af poser sker gennem toppen af filteret. Posernes længde og vægt er ikke større end at udskiftning kan udføres af en enkelt person. BioSynergi Proces ApS Side 14

15 Cyklonen, luftforvarmeren og de to varmevekslere er konstruktioner, som er udviklet på grundlag af de tilsvarende komponenter på Castoranlægget. Maskintegninger af komponenterne er blevet sendt til mulige underleverandører som har givet tilbud på fremstillingsprisen. Hver komponent er monteret med udstyr til rensning for belægninger af støvpartikler/flyveaske. Under hver komponent er monteret udløb til udtag af flyveasken. Rensning og udtag af flyveaske sker automatisk. Den udskilte flyveaskemængde føres med transportør til opsamling i den samme udendørs container, som modtager bundasken fra gasgeneratoren. 11. Gassugere og gasventiler Der benyttes to gassugere til start og drift af anlægget. Begge gassugere er placeret således at de sikrer, at der under alle omstændigheder er undertryk i hele rørstrækningen fra toppen af gasgeneratoren, gennem gasrensningsenheden og frem til gassugerne. Under start og opvarmning af anlægget er rågassugeren i drift. Denne trækker produktgassen udenom posefilteret og den kolde varmeveksler. Efter rågassugeren fortsætter produktgassen til gasfaklen, der er opstillet udendørs. Når driftstemperatur er opnået skiftes til rengasugeren, som trækker gassen gennem posefilteret. Herfra kan vælges om opvarmningen skal fortsætte med gasafbrænding i faklen eller om den skal ledes til gasmotoren. Gassugerne er dimensioneret og valgt ud fra krav til tryk, volumenstrøm og tæthed som svarer til anlæggets beregnede kapacitet. De monteres med varmebestandige, fleksible rørforbindelser til gasrørsystemet og opstilles i et støjisoleret rum. Gassugernes drift styres via frekvensomformere, der indgår som en integreret del i den samlede PLC styring af anlægget. På rørstrækningen efter rengassugeren til gasmotoren monteres et mindre ekstra gasfilter. Dette overvåges af en trykvagt, der advarer om og lukker anlægget ned hvis gasfilteret skulle blive stoppet af partikler. Det kan for eksempel forekomme hvis der sker et posebrud i anlæggets egentlige posefilter. 12. Gasmotor Ud fra specifikationerne for bioforgasningsanlæggets producerede gastype og -kvalitet er opstillet funktionskrav til gasmotorelgeneratoranlægget. Der er søgt efter en motorløsning som med sikkerhed kan dække et behov for eleffekt på lidt over 300 kw el. Beregninger er brugt til BioSynergi Proces ApS Side 15

16 at verificere om motorens størrelse og trykladning er tilstrækkelig stor til at kunne levere den krævede ydelse. For at kunne anvende gasmotoren til drift i samspil med de øvrige dele af bioforgasningsanlægget har det endvidere været nødvendigt at finde løsninger på tilpasningen af motorens standard udstødnings- og indsugningssystemer. Behovet for tilpasning af motorens udstødning består i at ændre dens manifold så udstødningsgassen kan udtages uden at den bliver afkølet. Det skyldes at der er behov for at få al udstødningsvarmen overført ved højest mulig temperatur til tørreanlægget og udskyde energigenvindingen fra udstødningsgassen indtil den har forladt tørreanlægget. Gasmotoren indrettes så den også kan benytte naturgas som brændstof. Drift på naturgas ved delbelastning skal anvendes under start, når anlægget er helt koldt. Her skal varmen fra gasmotoren bruges i tørreanlægget til at sikre at der bliver produceret tilstrækkeligt med tør flis til at få fyldt gasgeneratoren og bringe den i stabil drift. Gasmotorens indsugningssystem skal derfor tilpasses så det både er muligt at foretage drift på naturgas og automatisk kunne omskifte til drift på produktgas fra bioforgasningsanlægget. I ForskEl 7191 projektet er udviklet en metode til automatisk omskiftning mellem to gasarter. Dette system danner grundlag for den styring som er projekteret til styring af motorens gasforsyning. Der er indhentet budgetpriser fra flere mulige leverandører af egnede gasmotoranlæg og herefter truffet et valg til brug for den videre projektering og prissætning af det samlede anlæg. Herudover er afsat beløb til tilpasning af motoren samt dens opstilling og indbygning i en støjisoleret samt ventileret motorcelle. 13. Røggasrensning og kondenserende røggaskøling Når gasmotorens røggas har været anvendt i tørreanlægget til flistørring vil den indeholde medrevne partikler i form af træstøv. Temperaturen i tørreanlægget bliver ikke så høj at træstøvet begynder at pyrolysere så støvets egenskaber, struktur og form svarer til træstøv som fremkommer fra al anden håndtering af brændselsflis. For at mindske røggassens partikelemission passerer den først gennem en multicyklon, som udskiller de største partikler. Herefter fortsætter den til en kondenserende røggaskøler, hvori røggassen konstant overspules med vand. Herved sker både en rensning og ikke mindst en genvinding af den fordampningsvarme som er forbrugt i tørreanlægget til fordampning af flisens vandindhold. BioSynergi Proces ApS Side 16

17 De udskilte partikler opsamles fra røggaskondensatorens udløbssektion og går i en opsamlingsbeholder, som forsyner spulepumpen med vand. Overskydende vand fra opsamlingsbeholderen ledes til bygningens afløbssystem. I budgettet er afsat en post til rensning af det overskydende vand med et automatisk fungerende filter inden det bortledes. Budgetprisen for multicyklon samt den kondenserende røggaskøler er fastlagt ud fra skriftlige prisoverslag fra kendte leverandører af tilsvarende løsninger, der er i drift på almindelige flisfyrede varmeværker. En røggassuger styret over frekvensomformer er projekteret til at sikre, at der kan holdes et moderat undertryk i tørre- og røggasrensningsanlægget. 14. Gasfakkel Funktionen og kravene til gasfaklen er fastlagt i forhold til driften af anlægget under opstart og nedlukning. Der er indhentet budgetpriser på gasfaklen fra leverandører som har biogasanlæg på referencelisten. Denne løsning kan tilpasses til gaskvaliteten fra bioforgasningsanlægget. Gasfaklen udstyres med automatisk tænding. 15. PLC styringssystem Til styring af det samlede bioforgasningsanlæg er projekteret et samlet elstyringssystem. Den samlede styring er planlagt med det formål at anlægsdriften kan foregå ubemandet med mulighed for tilkald af driftspersonale i tilfælde af alarmer om uregelmæssigheder. Som overordnet arkitektur er valgt en løsning med distribuerede PLC-styringer med elektrisk interface monteret i forbindelse med de enkelte større anlægsenheder. Til overvågning og styring af anlæggets drift er tilknyttet en grafisk SRO brugerflade til processtyring/sikkerhedsovervågning/dataopsamling og kommunikation med det samlede anlæg. Betjeningen af SRO-brugerfladen foregår via en almindelig PC. SRO-softwaren gør det ydermere muligt at sende sms beskeder ved forudvalgte alarmer. Der vil desuden via fjern support software være muligt at overvåge og kontrollere anlægget drift fra en PC med internetforbindelse. Der er gode erfaringer med programmering og anvendelse af kombinationen af PLC-styring og SRO brugerflade i forbindelse med Castoranlægget opbygning og drift. Den anvendte SRO software på dette anlæg giver mulighed for de overvågningsfaciliteter som er nævnt i ovennævnte afsnit. BioSynergi Proces ApS Side 17

18 Blandt fordelene ved det distribuerede PLC-styring er at det bliver muligt at udføre fortrådningen af alle elektriske komponenter på de enkelte anlægsmoduler på et specialiseret elektrisk værksted og derved spare tid og omkostninger i forhold at udføre den samme opgave under ringere forhold på byggepladsen. Til sammenkobling af de enkelte enheder på anlægsmodulerne er valgt Profinet til netværkskommunikationen. Der er foretaget en prissætning af den samlede PLC styring ud fra den definerede styringsstrategi og den udførte ved bestemmelse af antallet og typen af komponenter, der skal overvåges og kommunikeres med på det samlede anlæg. 16. Anlægsinstrumentering Der er søgt at samle hovedparten af anlægsovervågningen og dermed instrumenteringen i det ovenfor nævnte PC-baserede SRO anlæg. På selve anlægget vil til dublering af de elektrisk registrerede driftsdata blive monteret et antal instrumenter til direkte overvågning af relevante tryk og temperaturer ligesom det vil være informativt at kunne se iltmålingen i produktgassystemet på et display i maskinhallen. 17. El hovedtavle og nettilslutning af elgenerator Der findes på fjernvarmecentralens matrikel allerede en 630 kva eltransformer som befinder sig ca. 25 meter fra den planlagte placering af maskinhallen. Transformeren størrelse og et spændingsniveau på 0,4 kv er umiddelbart tilstrækkelig til at kunne modtage elproduktionen fra bioforgasningsanlæggets elgenerator. Eltilslutningen udføres med et kabel til 3 faser og nul i en dimension, der kan overføre op til ca. 400 kw eleffekt. I forbindelse med start af bioforgasningsanlægget vil der i kortere perioder være behov for at modtage el fra transformeren, men det meste af tiden under start vil anlæggets gasmotoranlæg være i drift og producere mere el end egetforbruget. Det er undersøgt hvor stor den nuværende belastning der forvejen er på transformeren. Der er tilstrækkelig overskudskapacitet til at kunne forsyne det ekstra kortvarige anslåede behov på ca. 30 kw el, som bioforgasningsanlægget har ved start. BioSynergi Proces ApS Side 18

19 Omkostningerne til tilslutning til den eksisterende transformer kommer kun til at omfatte udgifter til gravning, kabeludgift og arbejdsløn til tilslutning til transformeren. I maskinhallen opsættes en hovedeltavle med 2-vejs elmåler til registrering af elforbrug og elproduktion. I tavlen monteres hovedafbrydere og sikringsrelæer til elgenerator og stikledningen fra eltransformeren Endvidere opsættes en gruppetavle med sikringer til installationen i bygningen og en gruppetavle med sikringer til maskinanlægget. 18. Vandkredse Anlæggets produktion af varme hidrører fra følgende komponenter: Varm varmeveksler Kold varmeveksler Gasmotor Kondenserende røggaskøler De fire varmeproducerende enheder leverer deres produktion til en fælles vandkreds - anlæggets hovedkreds - som forbinder enhederne og leverer den samlede varmeproduktion til fjernvarmenettet i Hillerød Forsynings varmecentral. Anlæggets hovedkreds forsynes med egen frekvensstyret pumpe. Hver af de varmeproducerende enheder forsynes med shuntpumper og styrede blandeventiler til kontrol af vandtemperaturen. Dette gælder dog ikke den kondenserende røggaskøler fordi der altid tilstræbes at holde den lavest mulige indløbstemperatur til denne. Ventiler, rør og pumper er dimensioneret i forhold til vandmængder og med hensyn til at opnå passende lave trykfald til energiøkonomisk drift af pumperne. Anlæggets indretning og udrustning er specificeret i henhold til bestemmelserne i: Arbejdstilsynets forskrifter for fyrede varmevandsanlæg nr. 42/1980 og Arbejdstilsynets forskrifter for ufyrede varmevandsanlæg nr. 58/1975. der gælder for anlæg med driftstemperatur op til 120 C. BioSynergi Proces ApS Side 19

20 19. Samlet anlægsudformning På grundlag af detailprojekteringen af de enkelte anlægskomponenter er udarbejdet flere forslag til den samlede anlægsopstilling. Forslagene tager udgangspunkt i de pladsforhold som placeringen ved fjernvarmecentralen i Ullerød bydelen tilbyder. De opstillede forslag er vurderet og prioriteret i forhold til hvordan de både kan opfylde behovet for en hensigtsmæssig og effektiv daglig anlægsdrift og samtidig kunne realiseres med anlægsomkostninger indenfor et fornuftigt prisleje. I figur 4 ses den anlægsopstilling, som er valgt at benytte ved den samlede prissætning af anlægget. Figur 4: 3D-visualisering af det samlede 300 kwel bioforgasningsanlæg komplet med flislager og maskinhal. BioSynergi Proces ApS Side 20

21 Selve hallen er en selvstændig bærende konstruktion, der placeres direkte op ad den eksisterende varmecentral Den nye hal indeholder et flislager hvor lastbiler gennem en port kan aftippe i en flisgrube, der lige som resten af flislageret ligger inde i bygningen. Lempning af flisgruben og den øvrige flistransport i lageret udføres af en automatisk traverskran på løbeskinner, der går på lang i bygningen. Selve anlægget befinder sig i maskinhallen bag flislageret. 20. Myndighedsbehandling Udarbejdelsen af dokumentation til myndighedsbehandlingen af den valgte anlægsudformning er påbegyndt, men ikke afsluttet indenfor projektterminen. Arbejdet med myndighedsbehandlingen blev afbrudt fordi der som beskrevet i afsnit 21 af økonomiske årsager opstod behov for at ændre på anlægsløsningen i slutningen af projektets forløb. Da dokumentationen til myndighedsbehandlingen tager udgangspunkt i anlæggets udformning gav videre arbejde med dokumentationen ingen mening. Til godkendelse af anlæggets etablering og idriftsættelse skal der indhentes følgende godkendelser: 1. Byggetilladelse Omfatter beskrivelse og dokumentation af bygningsforhold, placering, ydre dimensioner og udseende, tilslutning til kloak, brandsikkerhed, mv. Anlæggets placering, indretning og drift i forhold til gældende kommunal- og lokalplaner. 2. Miljøansøgning i henhold til godkendelsesbekendtgørelsen (Bekendtgørelsen om godkendelse af listevirksomhed). Anlæggets skal godkendes i henhold til Miljøministeriets BEK nr af 13/ Anlæggets type og størrelse er optaget på listen over godkendelsespligtig virksomhed jf. bekendtførelsens bilag 2. Der skal ansøges om godkendelse af anlægget i henhold til regler og standardvilkår G 202 i bekendtgørelsens bilag 5. Det medfører blandt andet at anlægget skal overholde vilkår for bl.a.: Emission til luften og skorstenshøjde Bortskaffelse af aske og andre restprodukter Bortledning af kondensat og afløbsvand Støj fra anlæg Endvidere udarbejdelse af VVM screening. BioSynergi Proces ApS Side 21

22 3. Udarbejdelse af projektforslag i henhold til Varmeforsyningsloven og Projektbekendtgørelsen. Der er for projektet ansøgt om dispensation hos Energistyrelsen i henhold til kapitel 6 i Projektbekendtgørelsen. Energistyrelsen har imødekommet denne ansøgning i august Gasteknisk godkendelse Gennemgang og godkendelse af anlægget hos Sikkerhedsstyrelsen jf. Gasreglementets afsnit A og C-8 ang. godkendelse af specielle installationsløsninger Til brug for myndighedsbehandlingen er foretaget en gennemgang af den projekterede anlægsudformning med henblik på at kunne opfylde kravene i Arbejdstilsynets bekendtgørelse nr. 478 af 10/ om arbejde i forbindelse med eksplosiv atmosfære. Anlægget er omfattet bekendtgørelsen fordi der kan optræde brandbare og eksplosive blandinger i form af støv /luft og gas/luft blandinger i processen. Blandt forberedelserne er blandt andet udført en zoneklassificering af anlægget i henhold til ATEX direktivet (EU-direktiv 1999/92/EU). Der er heri udpeget og vurderet følgende mulige ATEX områder i forbindelse med drift og vedligehold af anlægget: 1. Motorcelle til gasmotor 2. Rengasventilator 3. Rågasventilator 4. Tromletørre 5. Gasrør 6. Posefilter 7. Varmevekslere 8. Gasgenerator top 9. Gasgenerator bund 10. Naturgas installation Som en del af kravet i ATEX er endvidere udarbejdet en analyse der afdækker de risici der er forbundet med installering, drift og betjening af anlægget for de områder hvor der kan optræde eksplosive blandinger. Risikoafdækningen er opdelt i de anlægsfysiske overvejelser samt styrings- og overvågningsmæssige forhold. Den førstnævnte har indvirkning på valg af de tekniske løsninger samt konstruktionen, mens den sidstnævnte ser på hvordan kritiske forhold kan imødegås gennem metodevalg og kontrol af anlæggets drift. BioSynergi Proces ApS Side 22

23 21. Implementering af resultater For at sikre et forløb med færrest mulige afbrydelser hen mod den praktiske etablering af det her udviklede og detailprojekterede bioforgasningsanlæg blev i februar 2010 indsendt et projektforslag til Energistyrelsens EUDP program med forslag om støtte til etablering af det udviklede kraftvarmeproducerende bio Forslaget blev imødekommet af EUDP s bestyrelse i juli 2010, der gav tilsagn om bevilling af den ansøgte projektstøtte. Hen mod afslutningen i november 2010 af det her beskrevne ForskEl projekt stod det dog klart ud fra den samlede prissætning af anlægget, at den udviklede anlægsudformning var blevet noget dyrere end forudsat i det ansøgte budget hos i EUDP projektet. Det er især: - bygningen - kranløsningen - flislageret - den kondenserende røggaskøler - dele af gasgeneratoren hvor de valgte leverandørers løsninger er endt med at blive dyrere end forudsat i budgettet fra projektforslaget i februar Efter projektets afslutningsdato er derfor fortsat med at modificere konstruktionen og udformningen af især bygningsdelen men også af andre anlægsdele med det formål at finde alternative og billigere løsninger. Dette arbejde er nu ved at nå i mål, så efter ændring af flere detailløsninger ligger den samlede anlægssum igen på niveau med forudsætningerne i EUDP projektets budget. Ud fra den reviderede udformning af anlægsløsningen er udarbejdelsen af dokumentation til myndighedsbehandlingen blevet genoptaget efter projektets afslutning. o o BioSynergi Proces ApS Side 23

24 Bilag 1 Om Castoranlægget og BioSynergis kraftvarmesystem BioSynergi Proces ApS Side : Forberedelse til fuldskala demonstration af trinopdelt

25 Bilag 1 Om Castor anlægget Castoranlægget er det første trinopdelte forgasningsanlæg, som udviklet og afprøvet gennem længere tid med kraftvarmeproduktion på et almindeligt varmeværk i Danmark. Anlægget er opført af og drives af Biosynergi Proces ApS som et udviklings/demonstrationsanlæg. Det blev sat i drift i 2004 hos Græsted Fjernvarme i Nordsjælland. Det har en nominel eleffekt på 75 kw og en varmeeffekt på 165 kj/s. Det første forløb med drift af anlægget viste at anlæggets grundprincipper fungerer efter hensigten. Herefter er anlægget vekselvist blevet forbedret/udbygget og anvendt til yderligere driftsafprøvninger og procesoptimeringer. Det er indrettet til ubemandet døgndrift. Den samlede anlægsopbygning går også under navnet BioSynergis Kraftvarmesystem. Gasgeneratoren har p.t. rundet flere end driftstimer i forbindelse med udviklingsarbejde og driftsafprøvninger. Heraf har anlæggets gasmotor præsteret flere end timers drift med kraftvarmeproduktion på den udviklede forgasningsgas. Castoranlæggets maskinhal. BioSynergi Proces ApS Side : Forberedelse til fuldskala demonstration af trinopdelt

26 Bilag 1 Kraftvarmeanlæggets procesforløb og hovedkomponenter Figur 1 viser det procesforløb og de hovedkomponenter, der tilsammen betegnes som BioSynergis kraftvarmesystem. På figuren er markeret hvor el og varme produceres samt hvor der skal fremkommer restprodukter, der skal håndteres. Brændselssilo m. skovflis Røggas Multicyklon Røggaskondensator Røgsuger Røggas Skorste n Våd flis Flisstøv Kondensat Bundslam Produktgas Tromletørrer Tør flis Gasgenerator Cyklon Cyklon Luftforvarmer Røggas ved stilstand Aske Aske Aske Frisk luft til forgasning Aske Røggas Gasmotor/ elgenerator Produktgas Rengassuger Kølig Varmeveksler Posefilter Produktgas El: Aske Varme: Afkast: Røggas Varm Varmeveksler Rågassuger Gasflare til opstart Figur 5: Castoranlæggets hovedprocesser og anlægskomponenter. Gasmotoren producerer elektricitet mens varmeproduktionen, der leveres til fjernvarmenettet, hentes fra fire af anlægskomponenterne. Flismodtagelse og tørring Frisk brændselsflis ankommer til anlægget med lastbil. Brændslet placeres derefter i anlæggets flissilo, der er forbundet til flistransportsystemet. Dette fører den våde brændselsflis til tørring i en tromletørrer. Den opvarmes med udstødningsgassen fra gasmotoren. Den tørrede flis har herefter et vandindhold på % af totalvægt og føres af transportsystemet videre til indfyring i toppen af gasgeneratoren. BioSynergi Proces ApS Side : Forberedelse til fuldskala demonstration af trinopdelt

27 Bilag 1 Gasgeneratoren Den trinopdelte Open Core gasgenerator også kaldet forgasseren - kan i princippet være i drift med fri adgang til toppen af brændselslaget i dens centrum. Ved normal drift holdes toppen dog lukket, så der kan tilføres forvarmet luft til forgasningen og opretholdes et svagt undertryk ovenover brændselslaget. Brændsel, luft og produktgas bevæger sig i samme retning ned gennem gasgeneratoren. De indre dele af gasgeneratoren er fremstillet af ildfaste keramiske materialer og afsluttes i bunden med en bevægelig rist. Under drift hersker der et overalt i gasgeneratoren et undertryk som frembringes af en gassuger. Gasrensningen Produktgassens temperatur er ca C når den forlader gasgeneratoren. Den nedkøles straks ved passage af en varmeveksler, der forvarmer luften til forgasningsprocessen. Produktgassen fortsætter til en vandkølet varmeveksler, som afkøler den til ca. 120 C. Rensningen af produktgassen for partikler og tjærestoffer sker herefter i et posefilter. Efter posefiltret køles produktgassen en gang til og får dermed en passende lav temperatur på ca. 60 C inden den tilføres gasmotoren. Undervejs til gasmotoren har produktgassen passeret en gassuger, der sørger for at holde undertryk i gasgeneratoren og hele vejen frem til blæserens indløb. Der forekommer ikke spildevand fra gasrensningen, da produktgassens temperatur hele vejen frem til motoren holdes højere end dugpunktet for gassens indhold af vanddamp. Under start og opvarmning af anlægget føres produktgassen gennem et bypass rør udenom posefiltret og sendes af blæseren til afbrænding i en udendørs gasfakkel. Gasmotoren I gasmotoren forbrændes produktgassen efter at være blevet blandet med luft i motorens indsugningssystem. Gasmotoren er tilkoblet en elgenerator med tilslutning til elforsyningsnettet. Varmen fra gasmotorens kølevand og motorolie udnyttes til varmeproduktion, mens udstødningsvarmen, (som tidligere nævnt) i første omgang anvendes til tørring af brændselsflis Kondenserende røggaskøler Efter tørringen genvindes energien i den fugtige udstødningsgas i en kondenserende røggaskøler. Et monteret spulesystem oversprøjter røggassen med recirkuleret vand. BioSynergi Proces ApS Side : Forberedelse til fuldskala demonstration af trinopdelt

28 Bilag 1 Gasflare Den kondenserende røggaskøler udskiller vand og træstøvpartikler fra røggassen. Støvet, som udelukkende kommer fra tørringen af det friske træ, filtreres fra inden kondensatet ledes til kloak. Udstødningsgassen har til slut en temperatur på ca C og er mættet med vanddamp. En røggassuger fører derefter røggassen til udledning gennem skorstenen. Til brug for start og nedlukning af anlægget er det udstyret med en udendørs gasflare. Gassen afbrændes heri mens anlægget varmes op til driftstemperatur. Gasflaren benyttes ligeledes kortvarigt under nedlukning af anlægget. o o BioSynergi Proces ApS Side : Forberedelse til fuldskala demonstration af trinopdelt

29 Bilag 2 Udviklingsprojekter målrettet markedsintroduktion af BioSynergis Kraftvarmesystem BioSynergi Proces ApS Side : Forberedelse til fuldskala demonstration af trinopdelt

30 Bilag 2 BioSynergi Proces ApS Side : Forberedelse til fuldskala demonstration af trinopdelt