AARHUS MASKINMESTERSKOLE Udvikling af Brænder til Cementovn Bilag Bilag 1: Bilag 2: Bilag 3: Bilag 4: Bilag 5: Bilag 6: Bilag 7: Bilag 8: Kemisk sammensætning af SRF og petcoke SRF sigteanalyse SRF vindsigteanalyse Udregning af brænder effekt Brændstofbesparelse Emission Beregningseksempel af luftdistribution Forsøgsopstilling koldovnstest Peter Søe Bak 2015
Indholdsfortegnelse 1 Kemisk sammensætning for petcoke og SRF... 3 1.1 Petcoke... 3 1.2 SRF... 3 2 Rådata sigte analyse... 5 3 Rådata vindsigte analyse... 6 4 Udregning af brænder effekt... 7 5 Brændstofbesparelse... 8 6 Emission... 10 7 Beregningseksempel for luftdistribution... 13 8 Forsøgs opstilling koldovn... 14 Side 2 af 14
1 Kemisk sammensætning for petcoke og SRF 1.1 Petcoke 1.2 SRF Side 3 af 14
Omregning til vådt indhold: c w c t (1 w) 0,6 (1 20,58) 47,6 % h w h t (1 w) 0,0786 (1 20,58) 6,23 % n w n t (1 w) 0,0216 (1 20,58) 1,71% s w s t (1 w) 0,0011 (1 20,58) 0,09% Side 4 af 14
2 Rådata sigte analyse Start Sold Total [gram] 16mm 8mm 4mm 2mm <2mm [gram] Sample 1 600 108 184 130 50 76 548 Sample 2 406 68 138 104 34 54 398 Sample 3 326 64 120 80 30 40 334 Sample 4 390 100 122 96 30 42 390 Sample 5 352 58 126 90 30 46 350 Sample 6 390 60 158 100 30 42 390 Sample 7 382 46 134 112 36 54 382 Sample 8 394 56 148 102 34 50 390 Sample 9 376 58 140 98 34 46 376 Sample 10 382 70 140 96 30 42 378 Sample 11 374 70 128 96 34 46 374 Sample 12 370 62 126 102 32 46 368 Sample 13 390 42 158 98 38 52 388 Sample 14 372 68 130 100 34 42 374 Sold 16mm 8mm 4mm 2mm <2mm Total Sample 1 20% 34% 24% 9% 14% 100% Sample 2 17% 35% 26% 9% 14% 100% Sample 3 19% 36% 24% 9% 12% 100% Sample 4 26% 31% 25% 8% 11% 100% Sample 5 17% 36% 26% 9% 13% 100% Sample 6 15% 41% 26% 8% 11% 100% Sample 7 12% 35% 29% 9% 14% 100% Sample 8 14% 38% 26% 9% 13% 100% Sample 9 15% 37% 26% 9% 12% 100% Sample 10 19% 37% 25% 8% 11% 100% Sample 11 19% 34% 26% 9% 12% 100% Sample 12 17% 34% 28% 9% 13% 100% Sample 13 11% 41% 25% 10% 13% 100% Sample 14 18% 35% 27% 9% 11% 100% Max 26% 41% 29% 10% 14% Min 11% 31% 24% 8% 11% Gennemsnit 17% 36% 26% 9% 12% Standardafv. 3,60 2,60 1,44 0,62 1,14 Side 5 af 14
3 Rådata vindsigte analyse Flow test 16mm 8mm 4mm 2mm <2mm Flyver Nedfald Flyver Nedfald Flyver Nedfald Flyver Nedfald Flyver Nedfald 8 m/s 66 18 82 24 6 m/s 68 56 70 34 5 m/s 46 36 60 60 86 26 80 22 12 150 4 m/s 18 92 24 100 54 62 78 24 80 30 3 m/s 8 120 10 108 14 86 32 70 50 74 2 m/s 6 104 4 114 6 104 10 102 24 80 1 m/s 0 94 0 104 0 108 0 106 2 106 Flow test Blanding Flyver Nedfald 8 m/s 266 26 6 m/s 238 54 5 m/s 172 116 4 m/s 106 184 3 m/s 56 234 2 m/s 20 268 1 m/s 2 286 Flow test % 16mm 8mm 4mm 2mm <2mm Flyver Nedfald Flyver Nedfald Flyver Nedfald Flyver Nedfald Flyver Nedfald 8 m/s 79% 21% 77% 23% 6 m/s 55% 45% 67% 33% 5 m/s 56% 44% 50% 50% 77% 23% 78% 22% 7% 93% 4 m/s 16% 84% 19% 81% 47% 53% 76% 24% 73% 27% 3 m/s 6% 94% 8% 92% 14% 86% 31% 69% 40% 60% 2 m/s 5% 95% 3% 97% 5% 95% 9% 91% 23% 77% 1 m/s 0% 100% 0% 100% 0% 100% 0% 100% 2% 98% Flow test % Flyver Remixed Nedfald 8 m/s 91% 9% 6 m/s 82% 18% 5 m/s 60% 40% 4 m/s 37% 63% 3 m/s 19% 81% 2 m/s 7% 93% 1 m/s 1% 99% Side 6 af 14
4 Udregning af brænder effekt Total energien fra de to brændsler er regnet ud fra produktionsdata fra 2014, og deres gennemsnitlige brændværdi: E petcoke m petcoke h i 16.839 31,224 525.776GJ petcoke E SRF m SRF h i 53.684 16,040 861.112GJ SRF Herefter regnes effekten for de to brændsler ud fra de driftstimer som fabrikken havde i 2014: Det giver en brænder ydelse på Q petcoke Q SRF E petcoke driftstimer 525,667 6375 3,6 22,91MW E SRF dritstimer 861,112 6375 3,6 37,52MW Q brænder Q petcoke + Q SRF 60,43MW Side 7 af 14
5 Brændstofbesparelse P brænder 60,43MW m klinker 141,8tons h m petcoke 16.839tons 2,6tons h m SRF 53.684tons 8,4tons h t 2014 6375h Pris petcoke 100euro tons Pris SRF 10euro tons Petcoke og SRF forbrug per produceret klinker: m petcoke,per klinker m SRF,per klinker Petcoke og SRF forbrug per effekt: m petcoke,per MWH m SRF,per MWH Forbrugsforskellen af petcoke og SRF ved 1 % øget TSR: m petcoke 16.839 t 2014 6375 1000 18,63kg m klinker 141,8 petcoke tons klinker m SRF 53.684 t 2014 6375 1000 59,39kg m klinker 141,8 SRF tons klinker m petcoke 16.839 t 2014 6375 1000 44kg MWh P brænder 60,43 m petcoke 53.684 t 2014 6375 1000 139kg MWh P brænder 60,43 Δm SRF P brænd (%TSR + 1) hi SRF 135,63kg h P brænd %TSR hi SRF 60,43 (0,5 + 0,01) 16,04 60,43 0,5 3600 16,04 Δm petcoke P brænder (m SRF hi SRF ) 60,43 ( 0,038 16,04) 69,68kg h hi pet 31,224 Omregnet til kg/mwh: Side 8 af 14
Δm petcoke Δm petcoke 69,68 1,15 kg MWh P brænder 60,43 Δm SRF Videre omregnet prisen per MWh: pris petcoke Δm SRF 135,63 2,24 kg MWh P brænder 60,43 Δm petcoke pris petcoke 1,15 100 0,1153euro MWh 1000 pris SRF Δm SRF pris SRF 2,24 10 0,0224euro MWh 1000 Massen af brændstof per kg klinker produceret Massen af klinker per MWh Δm petcoke Δm petcoke m klinker 69,68 141,8 1000 0,0005kg petcoke kg klinker Prisen for produceret tons klinker: Δpris petcoke Δm SRF Δm SRF 135,6 m klinker 141,8 1000 0,001kg SRF kg klinker Δm klinker Δm petcoke Δm petcoke 1,15 0,0005 2.346kg klinker MWh pris petcoke Δm klinker 0,1153 2.346 1000 0,049euro tons klinker Δpris SRF pris SRF 0,0224 Δm klinker 2.346 1000 0,0096euro tons klinker Besparelsen pr produceret kg klinker bliver derfor: pris besparelse Δpris SRF + Δpris petcoke 0,0096 + ( 0,049) 0,0394euro tons klinker Side 9 af 14
6 Emission Q total behov Q SRF + Q petcoke 60,43MW t 2014 6375 h hi petcoke 31.224 MJ kg fuel hi SRF 16.040 MJ kg fuel p ovn 990 mbar R i 189 J kg K co 2 R iso 2 130 J kg K c petcoke 80,3 % c SRF 47,60 % s petcoke 3,10 % s SRF 0,09 % m klinker 141tons h For at regne forskellen i udslippet af CO 2 og SO 2 er der regnet den forskel som 1 % øget TSR giver i ændring af masseflowet og af SRF og petcoke. Δm SRF Q total (%TSR + 1) Q totol %TSR hi SRF hi SRF 60,43 (0,5 + 0,01) 60,43 0,5 0,038kg s 16,04 16,04 Δm petcoke Q total (m SRF hi SRF ) 60,43 ( 0,038 16,04) 0,0194kg s hi pet 31,224 Dette giver en tilvækst fra energien for både SRF og petcoke på: ΔQ petoke ΔQ SRF Q petcoke%tsr Q petcok+1%tsr 1 31,224 ((1 + 0,0194) 31,224) 0,591MW For petcoke regnes volumen af CO 2 og SO 2 per kg fuel og tid: v CO2, petcoke c petcoke 12,0112 22,26 1,85 c petcoke 1,85 0,803 1,49 m 3 n kg fuel v SO2,petcoke s petcoke 32,064 21,89 0,68 s petcoke 0,68 0,0310 0,02m 3 n kg fuel v CO2, petcoke v CO2,petcoke Δm petcoke 1,49 0,0194 0,029m n 3 s Side 10 af 14
v SO2, petcoke v SO2,petcoke Δm petcoke 0,02 0,0194 1,47m n 3 h ρ CO2 p ovn 99000 R ico (189,0 273,15) 1,919 kg m n 3 2 ρ SO2 p ovn 99000 R iso (130 273,15) 2,790 kg m n 3 2 Herefter kan reduceringen af CO2 og SO2 udslippet for petcoke beregnes per øget TSR. Δm CO 2,pr.TSR ρ CO 2 v CO2,petcoke 1,919 0,029 0,0557kg CO2 s 199,75kg CO 2 h Δm SO 2,pr.TSR ρ SO 2 v SO2,petcoke 2,790 1,47 0,001kg SO2 s 4,12kg SO 2 h Dette kan specifikt omregnes til ændringen i udslippet fra petcoke per tons klinker fabrikken producerer: Δm CO2,pr.klinker Δm CO2,pr.TSR m klinker 199,75 141,8 1,40kg CO 2 tons klinker Δm SO2,pr.klinker Δm SO2,pr.TSR m klinker 4,12 141,8 0,029kg CO 2 tons klinker Samme fremgangsmetode er brugt for at regne forskellen i reduceringen for SRF. Volumen af CO 2 og SO 2 per kg fuel og tid: v CO2, SRF v SO2,SRF c SRF 12,0112 22,26 1,85 c SRF 1,85 0,476 0,88 m 3 n kg fuel s SRF 32,064 21,89 0,68 s SRF 0,68 0,0009 0,000612m 3 n kg fuel v CO2, SRF v CO2,SRF Δm SRF 0,88 0,038 0,033m n 3 s v SO2, SRF v SO2,SRF Δm SRF 0,000612 0,038 0,0837m n 3 h Herefter kan reduceringen af CO2 og SO2 udslippet for SRF beregnes per øget TSR. Δm CO 2,pr.TSR ρ CO 2 v CO2,petcoke 1,919 0,033 0,064kg CO2 s 230,49kg CO 2 h Δm SO 2,pr.TSR ρ SO 2 v SO2,petcoke 2,790 0,0837 0,00006kg SO2 s 0,23kg SO 2 h Dette kan specifikt omregnes til ændringen i udslippet fra SRF per tons klinker fabrikken producerer: Δm CO2,pr.klinker Δm CO2,pr.TSR m klinker 230,49 141,8 1,63kg CO 2 tons klinker Side 11 af 14
Δm SO2,pr.klinker Δm SO2,pr.TSR m klinker 0,23 141,8 0,0016kg CO 2 tons klinker Dette giver ved 1 % TSR øgning en reducering af CO 2 udslippet: Δm CO2 Δm CO2,,petcoke + Δm CO2,,SRF 199,75 + ( 230,49) 30,74kg CO2 h Δm CO2,pr.klinker Δm CO2,petcoke + Δm CO2,petcoke 1,40 + ( 1,63) 0,24kg CO2 tons klinker Det betyder at CO 2 udledningen vil stige med 30,74 kg/h og 0,24 kg/tons klinker. Dette giver ved 1 % TSR øgning en reducering af SO 2 udslippet: Δm SO2 Δm SO2,,petcoke + Δm SO2,,SRF 4,12 + ( 0,23) 3,89kg SO2 h Δm SO2,pr.klinker Δm SO2,petcoke + Δm SO2,petcoke 0,029 + ( 0,0016) 0,0274kg CO2 tons klinker Side 12 af 14
7 Beregningseksempel for luftdistribution V aksial 8.500m 3 h p ind 1.230mbar p ud p ovn 990mbar T ud 200 M atm.luft 29kg kmol R 8.314J K mol Massefylden på luften som forlader dysen udregnes: ρ aksial,ud p ud ( M atm.luft 990 100 ) T ud R 200 + 273,15 ( 29 ) 0,73kg m3 8314 Masseflowet for luft: Q aksial V aksial ρ aksial,ud 8.500 0,73 6.206kg h Volumen flowet omregnet til Normal kubikmeter (0C og 1 atm.): V aksial m R T 6.206 8315 (0 + 273,15) M atm.luft p atm 29 1,013 10 5 4.796m 3 n h Massefylden på aksialluften fra brænderen: ρ aksial p ud M R T ud 990 100 29 8.314 (200 + 273,15) 0,73kg m3 Hastigheden på aksialluft, når denne forlader brænderen. Dette er udført ved Bernoullis læresætning om energi bevarelse. v aksial 2 ( p ind p ud ρ askial ) 2 ( (1.230 990) 100 0,73 ) 256m s Fremadrettet impuls på aksialluften (brændermoment): aksial luftmoment Q 6.206 aksial v aksial 3600 256 6,8N MW P brænder 65 Side 13 af 14
8 Forsøgsopstilling koldovnstest SRF retur Brænder Roterovn Side 14 af 14