Delvis naturgasfyring af kupolovne. Projektrapport Marts 1994

Delvis naturgasfyring af kupolovne Projektrapport Marts 1994

Delvis naturgasfyring af kupolovne Michael Andersen Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 1994

Titel Rapport kategori Forfatter Dato for udgivelse Copyright Delvis naturgasfyring af kupolovne Projektrapport Michael Andersen 21.03.1994 Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer Sagsnavn ISBN 711.32 Delvis naturgasfyring af kupolovne 87-7795-023-2 For ydelser af enh ver art udført af Dansk Gasteknisk Cemer a/s (DGC) gælder: at DGC er alisvarlig i henhold til ''Almindelige bestemmelser for teknisk rådgivning & bistand (ABR 89)", som i øvrigt allses for vedtaget for opgaven. - at erstatningsalisvaret for fejl, forsømmelser eller skader over for rekvirenten eller tredjemand gælder pr. ansvarspådragende fejl eller forsømmelse og altid begræiises tilloo% af det vederlag, som DGC har modtaget for den pågældende ydelse. Rekvirenten holder DGC skadesløs for alle tab, udgifter og erstatningskrav, der måtte overstige DGC's hæftelse. - at DGC skal- uden begrænsning-omlevere egne ydelser i forbindelse medfejl og forsømmelser i DGC's materiale. Jw1i 1992

DG C-rapport 1 INDHOLDSFORTEGNELSE SIDE O Forord............................................... 3 l Indledning............................................. 5 2 Resume.............................................. 6 3 Beskrivelse af valgt løsningsprincip 9 4 Anlægsbeskrivelse........................................ 11 5 Måleudstyr............................................ 19 6 Udførte målinger... 20 7 Indregulering........................................... 21 8 Måle- og forsøgsresultater................................... 22 8.l Energiforbrug.............,......................... 22 8.2 Smeltekapacitet... 25 8.3 Smeltetemperatur... 26 8. 4 Smeltekvalitet....................................... 27 8. 5 Ønskede smeltestop................................... 28 8. 6 Gasbrændernes tilstand................................. 31 9 Konklusion på udførte forsøg... 36 9.l Fremtidige forsøg.................................... 36 10 Konklusion projekt... 39 11 11.1 11.2 Bilag... 40 Måleinstrumenter og kalibreringsdata........................ 41 Anlægsbeskrivelse... 44 711.32 Delvis naturgasfyring af kupolovne g:\.. crp\doc\man\rap\71132.pr 21.03.1994

DG C-rapport 2 11.3 Måleresultater....................................... 46 11.3.1 Indregulering... 46 11.3.2 Chargesammensætning... 48 11.3.3 Teoretisk beregning af pris- og energiforbrug.............. 49 11.3.4 Smeltekvalitet... 50 11.3.5 Energiomkostninger... 56 11.3.6 Øvrige måleresultater... 57 11.4 Litteratur reference................................... 59 711.32 Delvis naturgasfyring af kupolovne g:\.. crp\doc\man\rap\71132.pr 21.03.1994

DGC-rapport 3 O Forord Rapporten er anden og sidste rapport af projektet "Delvis naturgasfyring af kupolovne". Rapporten er en beskrivelse af løsningsprincippet for ombygningen af den ene kupolovn til delvis naturgasfyring på støberiet De Forenede Jemstøberier af 1991 A/S, samt forsøg med denne. Første delrapport er et litteraturstudie af projektets emne. Projektet er udført for midler bevilget af Miljøs tyreisen De Forenede Jemstøberier af 1991 A/S Nordisk Gasteknisk Center Dansk Gasteknisk Center a/s Hovedstadsregionens Naturgas- HNG I/S Projektet er udført med bistand fra en følgegruppe, med hvem der gennem projektforløbet er afholdt flere møder. Projektfølgegruppen har været sammensat af følgende personer: Jørn L. Hansen, Leif Hauballe, John Nielsen, Harri Honkanen, Ingemar Gunnarsson, Erik Bech Petersen, Erik Funck, Finn Hauge Madsen, Leif Møller Jensen, Mats Johansson, Flemming Ekknud, Poul Erik Kj ær, Ole H. Madsen, Stefan Malin, Knud Strande, Miljøstyrelsen De Forenede Jemstøberier af 1991 A/S De Forenede Jemstøberier af 1991 A/S De Forenede Jemstøberier af 1991 A/S Nordisk Gasteknisk Center HNG HNG Morsø Jemstøberi Rockwool International A/S AGA Hede-Nielsen A/S Gastechnic DGC Neste OY DTI

DG C-rapport 4 Projektet er kun blevet delvist gennemført, da DFJ, hvor projektet blev gennemført, blev begæret konkurs d. 17. august 1993. En fortsættelse af projektet var umulig inden for projektets økonomiske rammer. Det var planlagt at udføre l O forsøg med den ombyggede kupolovn, og der blev kun udført det første indledende forsøg med kupolovnen under drift d. 26. juni 1993. Det følgende forsøg var allerede aftalt, men blev aflyst/rykket af DFJ på grund af driftsmæssige problemer med den anden kupolovn, indtil d. 16. august 1993, hvor DGC fik oplysninger om den forestående konkursbegæring.

DG C-rapport 5 1 Indledning Projektet "Delvis naturgasfyring af kupolovne" blev igangsat for at undersøge forholdene omkring erstatning af en del af det tilsatte brændsel, cinders, med naturgas på en eksisterende kupolovn. Opvarmning af kupolovne med naturgas skønnes umiddelbart at være attraktiv, hvorfor der gennem årene har været udført forskellige undersøgelser på dette område. Da cindersprisen har ligget på niveau med eller lavere end naturgasprisen, har incitamentet udelukkenede været produktivitets- og delvise miljøforbedringer. De stigende energipriser og særligt kravene til "miljørigtige" cinders har ændret disse forhold, så naturgassen nu er konkurrencedygtig selv uden produktivitetsforbedringer. Derfor er interessen for anvendelse af naturgas i kupolovne igen steget, og sidst har firmaet Diiker (Tyskland) konstrueret en rent naturgasfyret kupolovn. Denne teknologi er baseret på en ny-konstrueret kupolovn, hvor jernet smeltes over en kunstig sats af keramiske kugler placeret på en vandkølet rist. Metoden kræver en kraftig ombygning eller urlstiftning af den eksisterende kupolon, samt - da det er vanskeligt at opnå tilstrækkelig høj smeltetemperatur - en elopvarmet forherd, og tillige skal der tilsættes kulstof/grafit for at opnå det rette kulstofindhold i smelten. Derfor skønnes det, at en delvis konvertering af eksisterende kupolovne vil være mere attraktiv, da de kan få større udbredelse. Andre energibesparende foranstaltninger for kupolovne er anvendelse af divided blast, hvor tvieluften kontrolleret ledes gennem 2 rækker tvier med en indbyrdes afstand på ca. 90 cm, med en bestemt fordeling af luften for henholdsvis den øvre og nedre tvierække. V ed anvendelse af denne metode er rapporteret en besparelse på op til 30% af den tilsatte kokssats. Derudover kan der anvendes forvarmet tvieluft og tilsætning af ren ilt til tvieluften. Disse foranstaltninger er alle kendte teknologier. V ed undersøgelse af princippet med delvis naturgasfyring af kupolovne opnås viden om opbygning og driftsforhold, herunder energiøkonomiske og miljømæssige forhold.

DG C-rapport 6 2 Resume Denne rapport beskriver den valgte løsning for ombygning af en eksisterende cinders-fyret kupolovn på De Forenede Jemstøberier af 1991 A/S til delvis naturgasfyring, samt rapporterer om udførte forsøg med denne ombyggede ovn. Løsningsprincippet for denne ombygning er 4 gasbrændere placeret symmetrisk omkring ovnen umiddelbart over smeltezonen. Brænderne er monteret i særskilte fyrbokse, således at de peger svagt nedad, for at forhindre at fyrboksene bliver fyldt op med materiale fra ovnen og at brænderne bliver beskadigede. Luft- og gas-forsyningen til hver brænder sker gennem en fælles ringledning. Styringen virker således, at man på styrepanelet vælger den ønskede brændereffekt (i procent af maksimal effekt) samt luftoverskudstallet, hvorefter styringen selv regulerer både gas og luftflow ud fra kontinuerlig måling af de 2 flow til ringledningeme. (Luftoverskudstallet, A., er defineret som forholdet mellem den tilførte luftmængde og den teoretiske nødvendige luftmængde til forbrænding af den givne gasmængde). Brænderne er indreguleret til at yde en effekt på 720-2620 kw (omregnet svarer dette til en mulig konverteringsgrad for kupolovnen på ca. 15-55 %, dvs mængde cinders erstattet af naturgas) og med et luftoverskud fra 0,5 - l,5. Naturgassen tilføres kupolovnen gennem gasbrændere monteret umiddelbart over smeltezonen. Det tekniske løsningskoncept viste sig at fungere fint ved test med den tomme ovn. Hele løsningsprincippet viste sig ved denne første forsøgsdag at fungere fuldt ud tilfredsstillende. Herunder også valget af de kritiske størrelser som brænderplacering, styringsprincip, trykforhold, etc.

DG C-rapport 7 På den første forsøgsdag med den delvis naturgasfyrede kupolovn blev styresystemet, brænderne samt samspillet mellem cinders, gasbrænderne og smelten testet. Endvidere blev de forskellige parametre registreret og justeret, så smelten fra ovnen kunne opnå den ønskede kvalitet. For at opnå en acceptabel smeltekvalitet, så smelten kunne bruges i produktionen, var det nødvendigt at tilsætte ekstra cinders til ovnen, hvorved der kun blev tale om en reduktion i cindersmængden på 9%, og ikke 15 %, som forsøget var baseret på. I den mest stabile periode (2 timer) var der en øgning af smeltekapaciteten på 26% af deres normale produktionshastighed. Smeltetemperaturen stabiliseredes omkring ca. 1518 C, som er under de 1530 C, der kræves for at smelten kan blive af den rette kvalitet for alle jernkvaliteter. Smeltekvaliteten var på intet tidspunkt fuldt tilfredsstillende, idet målingen af Si-, Mn- og P-indholdet i smelten ikke opfyldte de krævede værdier. Kulstofindholdet blev justeret, så det den sidste time af smelteperioden lå i det ønskede interval. Den opnåede jemkvalitet kunne imidlertid anvendes til den igangværende produktion. Dette skyldes dog til dels opblandingen i holdeovnen med smelte fra tidligere produktion. Det samlede energiforbrug er på 3565 kj/kg jern under forsøget, hvor det er opgivet, at energiforbruget er på 3362 kj/kg jern for ovnen ved ren cindersfyring. Dette merforbrug på 6% indikerer, at ovnen ikke har været i en god driftstilstand. Energiforbruget burde kunne komme ned på ca. 3292 kj/kg jern ved en 9% konvertering, da en energienhed naturgas erstattes af ca. 1,3 energienhed cinders ifølge [l]. Energiomkostningerne (cinders og naturgas) for smeltningen af støbejernet er på 0,213 kr/kg jern, både på forsøgsdagen og for den rent cindersfyrede ovn. Ved en optimering af driftsparametrene, hvor man anvender de i ovenstående afsnit nævnte data angående energiforbrug vil smelteomkostningerne blive 0,200 kr/kg jern ved en 9% konvertering og O, 192 kr/kg jern ved en 15% konvertering.

DG C-rapport 8 På baggrund af den første forsøgsdag og inspektion af ovnen efter forsøget var konklusionen, at tvieluftmængden havde en for lille hastighed gennem tvierne, således at tvieluften ikke blev fordelt tilfredsstillende i ovnens tværsnit. Tvieluftmængden var sandsynligvis tillige for stor. Den invendige inspektion af ovnen viste nemlig, at der var et stort afbrænd af ovnisoleringen i/under smeltezonen. Det er ikke muligt at drage konklusioner om teknikkens potentiale ud fra dette første egentlige forsøg. Generelt giver forsøgsresultaterne ikke et indtryk af, hvad der er opnåeligt, da dette var det første forsøg med gas/koks. Resultaterne skal betragtes som et udgangspunkt, som gav lovende grundlag for videreførelse.

DG C-rapport 9 3 Beskrivelse af valgt løsningsprincip Løsningsprincip Ud fra resultaterne i litteraturstudiet /11 er anvendt et løsningsprincip, hvor naturgassen tilsættes umiddelbart over smeltezoneniveau og med en svagt oxyderende forbrænding. Denne løsning giver en udvidelse af smeltezonen opad, og den "kolde" gasforbrænding giver en forvarmning af materialerne før selve smeltezonen med den høje temperatur. Løsningsmetoden er kritisk med hensyn til placering af brænderne. Placeres brænderne for lavt, giver det en køling af smeltezonetemperaturen, hvilket er højest uønskeligt, og en lavere placering af smeltezonen var ikke i DFJ's interesse. Ved for høj placering af brænderne opnås en mindre opvarmning af materialerne, en højere temperatur ved røggasafgangen, og dermed en dårligere energiudnyttelse. Brænderne er monteret i fyrbokse, hvor forbrændingen hovedsagelig foregår. Tilluftforsyning af gasbrænderne anvendes en særskilt luftblæser, der trækker udeluft ind. Styringen virker ved en procentvis angivelse af indfyret gas og luftoverskudstal. Styringen regulerer selv kontinuert luftflowet Kupolovnen, hvor ombygningen blev foretaget, har en indre diameter på 950 mm og en kapacitet på 6, l tons/h ved ren cinders fyring. Brænderplacering Gas-/luftforsymng Ud fra litteraturen /2/, /3/, /4/ og /51 skønnes det, at trykforholdene inde i ovnen i gasbrænderniveau varierer meget lidt, hvorved det er muligt at anvende samme tryk for hhv. forbrændingsluften og naturgassen til gasbrænderne. Forsyningen til hver brænder med naturgas og luft foretages derfor fra to fælles ringledninger. De oprindelige tvier og 0 2 -tilsætningen i disse er bibeholdt. Ved en reduktion af tvieluftmængden kan det dog være nødvendigt at reducere diameteren i tvierne, således at den ønskede tvielufthastighed opretholdes. Miljø Løsningens miljømæssige konsekvenser er teoretisk vurderet til at give

DG C-rapport 10 følgende resultater: SOx - indholdet i røggasserne forventes reduceret, på grund af at cindersforbruget reduceres. CO - indholdet menes at blive reduceret kraftigt, da en del af den dannede CO-mængde i restkoksforbrændingen i smeltezonen oxyderes til co2, når den passerer niveauet med gasbrænderne, der brænder med et luftoverskud. Partikelemissionen forventes reduceret væsentligt (næsten proportionalt med konverteringsgraden), idet målinger fra andre støberier har vist, at jern kun udgør en mindre del af partikelindholdet Lugtemissionen forventes også nedsat på grund af en mindre emission af svovlbrinte, da svovlet udelukkende kommer fra de anvendte cinders, hvis mængde bliver reduceret.

DGC-rapport 11 4 Anlægsbeskrivelse Systemet er i hovedprincippet opbygget af følgende dele: - Gasforsyningsdel - Gasreguleringsdel - Luftforsyningsdel - Luftreguleringsdel - Brænderdel - Brændkammer - Elektrisk styring Gasforsyningsdelen består af en trykregulering fra l,5-4 bar ned til ca. 140 mbar med tilhørende sikkerhedskomponenter. Gasreguleringsdelen består af en flowmåler og en reguleringsventil Reguleringsmotoren er den styrende enhed. Dens opgave er at indstille ventilen i en position, som sender præcis den mængde gas til brænderne, som operatøren har valgt på styringen. Ventilens stilling er således bestemt af det indstillede effektkrav og signalet fra gasmåleren. Før enhver start af brænderne kontrollerer styringen, at motoren er i stand til at arbejde, og der startes ved en minimumslast, hvorefter styringen regulerer op til den fastlagte værdi. Luftforsyningsdelen til gasbrænderne består af en ventilator af mærket Flakt type HCHB-3-025. Der er installeret to sådanne identiske ventilatorer parallelt på luftstrengen, da DFJ var meget interesseret i at have en ekstra blæser i reserve, hvis den anvendte luftblæser skulle falde ud. Gasforsyningsdel Gasreguleringsdel Luftforsyningsdel Luftreguleringsdel Luftreguleringsdelen indeholder en flowmåler og en reguleringsventil Under start kontrolleres først, at motoren er i stand til at arbejde; dernæst køres til en startposition (minimumslasten). Så snart brænderne er i drift, får denne motor signal fra den elektroniske slaveregulator. Fra effektkravet, målt via gasmåleren og indstillet via gasreguleringsmotoren, over en A-justering, der korrigerer for det ønskede

DG C-rapport 12 luftoverskudstal, gives signal om det aktuelle gasflow til slaveregulatoren. Denne sammenligner dette signal med det målte luftflow, og indstiller nu luftmotoren til at yde den luftmængde, som modsvarer gasmængden justeret med A-indstillingen. To differenstrykpressostater sikrer en fejludkobling, hvis gas/luft-forholdet bliver helt skævt under drift, f.eks. hvis luftmotoren eller dennes styring går itu. Brænderdel De 4 identiske brænderdele består på gassiden af: magnetventil, afspærringsventil, grundindstillingsventil og brænder (type: Kromschroder ZIO 165 RB 100). På luftsiden består de 4 delstrenge af afspærringsventil og grundindstillingsventil Desuden er der tilsluttet shuntventiler fra tvieluften til køling af brænderen under eventuelt stop af brændere under ovnens drift. Grundindstillingsventilerne indstilles kun under indreguleringen og låses derefter fast. Brændkammer Hver brænder er monteret i sit eget brændkammer, som er spændt fast på ovnen med en flange. Ligeledes er brænderne monteret på brændkamrene med flanger, for at gøre demontering så let som mulig. Brændkamrene er opstampet med keramisk materiale. På det indre af brændkammerets væg er påsvej s t små metalankre for at holde det keramiske materiale fikseret i kammeret. Før brændkamrene blev opstampet, blev der påsat et tyndt (2-3 mm) lag Isomax isoleringsmateriale på brændkammerets inderside for under drift med brænderne at hindre en stor varmetransport fra det keramiske materiale til brændkamrenes metaloverflade. Brændkamrenes opbygning og dimensioner er vist på nedenstående figur l, og brændernes montering på kupolovnen er skematisk vist på figur 2. Flangestykket er udført, så brændkamrene bliver monteret på ovnen, således at de peger go nedad, for at forhindre at fyrboksene bliver fyldt op med materiale fra ovnen og at brænderne bliver beskadiget under drift.

DG C-rapport 13 100 200............ y Brændkammer Ovnrum Fig. l: Skitse af brændkamrene Isolering Flangestykke Brænder i Brændkammer Kupelovn Fig. 2: Skitse af brændkamrenes montering på ovnen

DG C-rapport 14 Fig. 3: Billede af styretavle Elektrisk styring Den elektriske styring har følgende funktioner og virkemåde: Under start foretages egenkontrol og kontrol af sikkerhedskomponenter. Gasog luftmotorer køres til startstilling. Brænderne startes op og frigives efter registeret flamme til regulering. Gasmotoren kører til den forvalgte effekt (valgt på effektregulatoren), og luftmotoren kører til den stilling, som modsvarer den valgte A.-værdi. Effektkravet indstilles på effektregulatoren som en procent-værdi af fuld belastning. Der vises setpunkt, udgangssignal og motorposition. Slaveregulatoren for luft skal ikke indstilles, her kan blot aflæses de tilsvarende værdier som på effektregulatoren.

DG C-rapport 15 2200 1650 720 700 l 1470 1650 c t- et:) 3200 ca.2000 Luftblæsere 7380 Q Q c c-l / Kupolovne / Smelterende t 1140 945 200 1550 495 350 820 930 200 800,.-----,.;;----3_6_0_0 --,. -;" 2150 Gasrampe "!._. H \ m 8550 Gas- Hovedstyretavle styretavle Fig. 4: Grundplan ved kupo/ovn Figur 4 viser en skitse af ovnrummet med de to ovne. Styreskabet er placeret ved siden af hovedstyretavlen forkupolovnene med hjælpeudstyr. Gasrampen er sat langs en bærende mur, hvor den skånes for stød, skader mm. Luftblæserne er installeret på en særskilt enhed, der er opsat i et hjørne, langs ydervæggen, hvor friskluftindtaget til blæserne er placeret. Blæserenheden er monteret med gummiklodser, så vibrationer mellem blæserne og omgivelserne minimeres. Både luftog gas-røret ledes over til kupolovnen i ca. 2,5 metes højde og tilsluttes de to ringledninger til gasbrænderne, der er monteret over tvieluftringen. Placeringen langs ovnsiden er vist på figur 5.

DG C-rapport 16 Loft 430 @! f 640 500 200 600 310 Tvier 160 80 350 270 780 Gulv 300 300 160 20Q < ) ( )<:)'( ) Fig. 5: Placering af komponenter ved ovnen Før installationen af de nye ringledninger og brændkamre kunne finde sted, var det nødvendigt at flytte den eksisterende tvieluftringledning, da den var placeret der, hvor brænderne skulle sidde. Tvieluftringled-

DG C-rapport 17 ningen blev flyttet længere op langs ovnen, så der var plads til brændkamrene, og til montering af disse. Endvidere blev kappekølingen renoveret og flyttet. En ombygning af eksisterende cindersfyrede kupolovne til delvis naturgasfyrede er normalt nødvendig for at gøre plads til de nye komponenter. Et billede af den ombyggede kupolovn er vist på nedenstående figur 6. Den flyttede tvieluftring ses over brændkamrene. Øverst på billedet ses ringledningerne for luft- og gasforsyningen til brænderne. Fig. 6: Billede af den ombyggede ovn

DG C-rapport 18 Skitse af luft- og gas-forsyningsramperne er vist i bilag 11.2, figur 17 og 18.

DG C-rapport 19 5 Måleudstyr Til de forbrændingstekniske målinger på røggassen er anvendt følgende målesudstyr: 0 2 Servomex, paramagnetisk O- 25 vol% C0 2 Hartmann & Braun AG, infrarød absorbtionsanalysator med måleområde O - 2000 ppm CO Hartmann & Braun AG, infrarød absorbtionsanalysator med måleområde O - 100 ppm Til temperaturmålingerne er brugt type K termoelementer. Det forbrugte gasvolumen er målt med den fastmonterede gasmåler "Kromschroder type DM 80F 160". Luftflow til gasbrænderne er målt med den fastmonterede måler "Fluid Inventor type GD-100/250/III med omsætter GV-300". Til bestemmelse af luft- og gastryk ved disses målere er anvendt de fastmonterede trykmålere. De øvrige tryk er bestemt med tryktransducere. Måling af temperaturen for smelten i rende og holdeovn er udført med DFJ's eget måleudstyr. Koks og jernmængde tilsat ovnen er registreret og målt med DFJ's eget fastmonterede udstyr. Kvaliteten af smelten og indholdet af denne er bestemt på DFJ's eget laboratorium. Under forsøget med ovnen er måleresultater opsamlet med et datalogningsudstyr bestående af den måleenhed, der konverterer signaler (analog/digital) samt en PC'er med tilhørende kort. Dataopsamlingsproceduren er styret og defineret af softwareproduktet Labtech Notebook.

DG C-rapport 20 6 Udførte målinger V ed indreguleringen blev der udover gas- og luftflow tillige målt emission af CO og C0 2 fra gasbrænderne i den tomme ovn. Resultaterne fra indreguleringen er gennemgået i kapitel 7. Første forsøg med kupolovnen bestod i at teste styresystemet, brænderne, samspillet mellem koksen, gasbrænderne og smelten samt at justere de forskellige parametre, så man nærmede sig den ønskede støbe j emskvalitet Tvieluftmængden, den tilsatte iltprocent, koksmængden, indførelsen af chargen, gasmængden, luftmængden til gasbrænderne, temperaturen i den ene brænder, tvieluft- og brændertrykket blev løbende målt under hele måleperioden. Smeltetemperaturen og en jemanalyse af smelten (indhold af C, Si, Mn, P og S) samt en værdi for hårdheden af en udtaget og afkølet metalprøve (kiledybden) blev målt hvert kvarter under smelteperioden. Harri Honkanen (DFJ) justerede forsøgsdagen igennem koksmængden for at opnå en ønsket jemkvalitet og smeltetemperatur. Smelten fra kupolovnen løb ned i en holdeovn, hvor der i forvejen var smelte med en ønsket kvalitet. Der var dagen igennem aftræk af jern fra denne ovn til produktion i virksomheden. Resultaterne fra dette første egentlige forsøg med den delvis naturgasfyrede kupolovn i drift er beskrevet i kapitel 8.

DG C-rapport 21 7 Indregulering Efter at hele installationen var foretaget, blev anlægget den 04.06.- 1993 indreguleret. Samtidig med denne indregulering blev gas- og luftstrømmene manuelt aflæst, og 0 2, CO og C0 2 indholdet i røggassen blev målt. Dette blev foretaget for også at kontrollere reguleringssystemets styring af de to flow. Disse målinger giver ligeledes en emissionskontrol af CO for brænderne. Denne indregulering blev foretaget på en tom ovn, hvor der med tændte brænderne kom et stort træk igennem ovnen. Dette skyldes utætheder i bunden af ovnen, der under normal drift er dækket med sand, hvorved ovnen bliver tæt. Denne luftstrøm betyder, at de målte emissionsværdier bliver meget små. Det er derfor nødvendigt at omregne måleværdierne til støkiometriske forhold, men derved bliver målingerne behæftet med en vis usikkerhed. Brænderne kan samlet yde en effekt i området 720-2620 kw. Omregnet svarer dette til en mulig konverteringsgrad for kupolovnen på ca. 15-55% (mængde koks erstattet af naturgas). Luftoverskudstallet på styretavle i området 0,5-1,5 stemmer fint overens med de målte værdier. En sammenligning mellem den aflæste flow af både gas og luft fra styreskabet og de målte værdier på de respektive målere er ligeledes foretaget. De aflæste, målte og beregnede værdier er vist i Bilag 11.3.l, tabel l. Tabel 2 i Bilag 11.3.l viser også værdierne for det manuelt aflæste flow divideret med satsen på styreskabet Denne værdi skal være konstant for alle måleserierne, da den skal svare til flowet ved l 00%. Værdierne ligger konstant og afviger maksimalt 7% fra gennemsnitsværdierne. Omregnet til støkiometrisk forbrænding giver emissionsmålinger en maksimal emission af CO på 105 ppm. De målte og beregnede værdier er vist i Bilag 11.3.l, tabel 3.

DG C-rapport 22 8 Måle- og forsøgsresultater Følgende startværdier blev valgt til den første forsøgsdag den 26.06.- 1993 med delvis naturgasfyring af kupolovnen. Konverteringsgrad: 15 % Koksmæng de: 51 kg/ charge (reduceret med 15% af normal værdi) Tvieluftmængde: 4938 m 3 /h (reduceret med 15% af normal værdi) Smelteperiode: Kl. 710-1()20 + kl. 1045-1118 8.1 Energiforbrug Koksen blev tilsat ovnen ved hver charge, der var af ens sammensætning (Bilag 11.3.2, tabel 4), men med et varierende koksindhold af hensyn til den ønskede jemkvalitet Koksindholdet i hver charge forsøgsdagen igennem ses på figur 7.

DG C-rapport 23 Koksindhold i charge Forsøg DFJ d. 26-6-93 11(>-r------------------------------, A Ekstra koks til kompensering af stop B. 4% lit+ 109 kg koks ekstra c. 3%ilt B. Startværdie r: i----- f<oks: 5 1' kgtil8 Blæst: 4938 m3/h lit: 3% Smelteperiode 00:30 07:00 07.30 08:00 06:30 Kl [Timer:minutter] 09:00 09:30 10:00 10:30 Fig. 7: Koksindhold i charge På grund af afvigelser fra de planlagte 51 kg koks/charge, som det ses af figur 7, blev konverteringsgraden i tidsperioden k1 7.34-10.07 på 9%. Denne lave værdi skyldes også den ekstra kokstilsætning på 109 kg, der blev foretaget omkring k1 8.50, p.gr.a. afbrænd af bundsatsen. I tidsperioden (kl. 7. 34-8. 40), hvor startværdierne blev anvendt, og uden ekstra kokstilsætning, er konverteringsgraden bestemt til 9, l %. I samme tidsperiode blev der forbrugt af bundsatsen, hvilket indebærer en endnu lavere konverteringsgrad. Det samlede energiforbrug (koks + naturgas) pr. kg produceret støbejern er vist i nedenstående figur 8. I denne figur er ligeledes indtegnet den energimængde, der ved ren koksfyret drift anvendes til smeltningen.

DG C-rapport 24 Energiforbrug pr kg jern produceret Forsøg DFJ d. 26-6-93 7---------------------------------------- 6000 c....!!t sooso o o- 0----.----.-----.----,--------.-----.-- Oll : SO 07:GO 07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30 Kl [Timer:minutter] 1- Gas + koks --- Ren koksfyret Fig. 8: Energiforbrug pr. kg jern produceret Med et jemindhold på 522 kg jem/charge er energiforbruget beregnet til 3.6 MJ/kg jern, heri medregnet gasforbruget, mod 3,4 MJ/kg jern for den rent koksfyrede proces. Dette forøgede energiforbrug skyldes den manglende optimering af processen. Udenlandske forsøg har vist et faldende energiforbrug ved anvendelse af delvis gasfyrede kupolovne. En energienhed naturgas kan ifølge disse udenlandske eksperimenter erstatte 1,3 energienhed cinders. Ved en konvertering på 30% opnås der en energireduktion på 7%. Udover denne besparelse skal også medregnes, at energipriserne for naturgassen er billigere end for de anvendte cinders. Den samlede energibesparelse bliver derved på 18% ved en 30% konvertering. De anvendte brændværdier og energipriser er beskrevet i Bilag 11.3.3 tabel 5, hvor også de teoretiske energiforbrug og smelteomkostninger ved forskellige konverteringsgrader er opstillet.

DGC-rapport 25 Kupolovnens højde har også indflydelse på energiforbruget, da der sker en varmeveksling mellem røggasserne fra brænderne og chargen, jo kortere ovn, jo mindre er denne forvarmning. Den ombyggede ovn er en kort ovn, hvilket kan give en mindre besparelse end den angivne faktor 1,3. 8.2 Smeltekapacitet Antages det, at den tilsatte jern- og koksmængde i chargen er brugt inden næste charge, opnås en smeltekapacitet som vist på figur 8. V ed den rene koksfyrede proces haves en smeltekapacitet på 6100 kg/h. I den mest stabile periode k1 7.55-9.57 haves en smeltekapacitet på 7686 kg/h (26% over smeltekapaciteten ved ren koksfyret). Smeltekapacitet støbejern Forsøg DFJ d. 26-6-93 2,+------------.------.------.------------ 07:ao 08:00 aa:so 00;00 00:30 10:00 10:30 Kl [Timer.minutter] Fig. 9: Smeltekapacitet for ovnen

DG C-rapport 26 8.3 Smeltetemperatur Temperaturen i smelterenden er målt hvert kvarter i smelteperioden. Det ønskes at holde en temperatur på over 1530 C, for at opnå en tilfredsstillende jernkvalitet under de fleste kørselsforhold. Temperaturforløbet er vist i nedenstående figur 10. Temperatur i smelterende Forsøg DFJ d. 26-6-93 o '- :J (U '- Q) a.. E 1540 1520-15 1440 --- - ----- Stop - -- 1----.---.---.---.---.---.---.-- 07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10 :00 10:30 11:00 11 :30 Kl [Timer.minutter] Fig. 10: Temperatur i smelterende Det ses af figuren, at temperaturen stabiliserede sig omkring 1518 C før smeltestoppet k110.20-10.45. Dette er udmærket, når det tages i betragtning, at tvieluften ikke er optimeret. Ved et tilsvarende fransk projekt /5/ med konvertering af en kupolovn blev der opnået en smeltetemperatur på maksimalt 1500 C. Denne kupolovn er ikke i drift længere, dels på grund af at det ikke var muligt at opnå en højere smeltetemperatur, og dels på grund af ugunstige energipriser på daværende tidspunkt.

DG C-rapport 27 8.4 Smeltekvalitet En prøve af det producerede støbejern blev hvert kvarter analyseret i DFJ's laboratorium. Indholdet af C, Si, Mn, P, S og CE er vist i Bilag 11.3.4 i tabel 6, 7-1 og 7-2 og i figurerne 19-24. Følgende resultater fremkom: Kulstof-indholdet (C) blev midt på forsøgsdagen stabiliseret, så koncentrationen lå i det ønskede interval, nemlig mellem 3,2 og 3,3% c. Silicium-indholdet (Si) var generelt stigende fra 1,7-2,7%. Den ønskede værdi skalligge i det snævre interval1,9-2,0%. Mangan-indholdet (Mn) er i området 0,56-0,85%. Den krævede værdi er i intervallet 0,6-0,7%. Fosfor-indholdet (P) lå i intervallet 0,074-0,097%, undtagen en måling kl 9.15, der havde værdien 0,788 %. Den krævede værdi er i intervallet O, 10 - O, 12%. Denne ene måling med en værdi på en faktor 10 højere end de øvrige anses for at være en fejlmåling. Svovl-indholdet (S) viste generelt en faldende tendens med værdier fra O, 103 til O, 079%. Der er ikke angivet specifikke krav for svovl-indholdet i støbejernet. Værdier i holdeovnen før dagens produktion var på 0,090% og svingede dagen igennem mellem 0,090% og 0,096%. CE-indholdet (Carbon Equivalent): Denne værdi bestemmes som: % CE = % C + 113% Si + 113% P, reference /6/.

DG C-rapport 28 CE-indholdet er stigende dagen igennem, med værdier fra 3,695-4,197%. Den krævede værdi skal være i intervallet 3,9 til 4,0%. DPI har oplyst, at strukturen i prøverne fra forsøgsdagen viste, at der er et for stort indhold af D- og E-grafit i støbejernet, og dette nok kommer fra det lave C-indhold. Reference /11 angiver endvidere, at en lav smeltetemperatur kan give et forhøjet indhold af B og D grafit i støbejernet. Energiomkostninger: De samlede energiomkostninger (cinders og naturgas) for fremstillingen af støbejernet er vist i Bilag 11.3.5 tabel 9, hvor forsøgsdagen er opdelt i flere tidsperioder. Smelteomkostninger ligger på et gennemsnit på 0,213 kr/kg jern. At driftsparametrene ikke er optimeret kan også ses ved, at resultaterne fra forsøgsdagene giver, at l energienhed naturgas erstattes af 0,4 energienhed cinders. Litteraturen giver værdier på omkring 1,3. Igen må det her pointeres, at det er umuligt at drage en endelig konklusion om teknikkens potentiale ud fra dette første forsøg, da ovnen ikke er optimeret. Et skema vedr. pris- og energiforbrug for forskellige konverteringsgrader under antagelse af at l energienhed naturgas erstatter 1,3 energienhed cinders er vist i Bilag 11.3. 3 tabel 5. Værdierne fra denne tabel giver en smelteomkostning på 0,211 kr/kg jern ved 0% konvertering, 0,200 kr/kg jern ved 9% konvertering og 0,174 kr/kg jern ved 30% konvertering. 8.5 Ønskede smeltestop Flere gange i løbet af en arbejdsdag er det nødvendigt at stoppe kupolovnen, så den standser produktionen af støbejern. Dette skyldes dels, at holdeovnen er af en begrænset størrelse, og dels at aftaget af støbejern sker meget langsommere end ovnenes normale smeltekapacitet Den rent koksfyrede kupolovn blev stoppet ved at afbryde tvieluften og ilttilførslen.

DGC-rapport 29 På forsøgsdagen blev det undersøgt, hvilken strategi der kunne anvendes ved delvis naturgasfyring. Smeltestopppet var i øvrigt nødvendigt, da holdeovnens kapacitet blev opnået k110.20 på forsøgsdagen. Smelteflowet blev stoppet ved at afbryde tvieluften, ilttilsætningen samt brænderne. Ved lukning af spjældet for luften til gasbrænderne ses det af figur 11, at temperaturen i brænderen hurtigt stiger op til et maksimum på ca. 430 C, og at den hurtigt falder ved åbning af luftspjældet igen. Brænderne er i øvrigt designet til at operere med luftforvarmning op til 450 C. Brændertemperatur ved stop Forsøg 26-06-93 3 450 Lullspjæld Brænderstop &:,".,. 400 Q)... Q) "C c: æ... m s Lullspjæld lukkes Lullspjæld &:.nes 350 o e...... 300 Q) "C c: 250 æ....o... 200 :J... i SO m Q) a. E 100 so 10;i5 10:2.0 10:25 10;30 j0;35 10:40 10:45 Tid Fig. 11: Brændertemperaturens afhængighed af luftspjældets positi o n

DG C-rapport 30 Ved ovntemperaturer over 900 C kræver brænderfabrikanten dog, at brænderne ved stilstand skal køles ved at lede en luftstrøm gennem brænderne. Denne anvisning med luftkøling af brænderne er i konflikt med ønsket om, at der ikke ønskes ilt til ovnen overhovedet ved disse stilstandsperioder. Begge ønsker kan dog opfyldes ved, at man under disse stop-perioder doserer f.eks. nitrogen gennem brænderne. Men blot det naturlige træk gennem luftrørene til brænderne giver alene stor afkøling af brænderne. På denne installation, hvor den maksimale brændertemperatur ved stilstand blev målt til maksimalt 430 med lukket luftspjæld, og hvor det vurderes, at den varme atmosfære ikke trænger bagud gennem brænderne til disses magnetventiler, der ikke tåler en så høj varmebelastning, anses det på nuværende tidspunkt for acceptabelt at undlade køleluften og at have luftspjældet lukket. Y deriigere målinger kræves dog for at verificere denne beslutning. Trykkene før henholdsvis brænderne og tvierne er vist i figur 12.

DG C-rapport 31 Trykforhold ved stop Forsøg 26-06-93 60 3------------------------------------------' -50 ----------------------------------r 40 20 "i:" ca.d.s.!o: C" 1-10 o 10 10:15 10:20 10!25 10:30 10:40 10:45 Tid Fig. 12: Tryliforhold ved stop 8.6 Gasbrændernes tilstand Brænderne var afmonteret i tidsrummet mellem indreguleringen og den første (og eneste) forsøgsdag. Dette skyldes den korrosive atmosfære, brænderne var placeret i (svovl etc. fra koksene). Før indreguleringen var brænderne monteret på ovnene, som blev anvendt under normal drift. Ovnene, der bliver muret op før hver forsøgsdag, fik også en opmuring over hullerne fra brændkamrene ind til selve kupolovnen for at beskytte brænderne mod termisk påvirkning. Det blev registreret, at denne beskyttelse af brænderne ikke var fyldestgørende. På grund af overtrykket i ovnen trængte en del af den korrosive atmosfære fra ovnens smelteproces samt vand fra urlmuringen baglæns gennem brænderne under normal drift med ovnen (dvs. uden gas), hvilket medførte en del korrosion. Ved anvendelse af ovnen som delvis naturgasfyret ses denne påvirkning næsten ikke, da tryk/flowforholdene er modsatte med brænderne i drift.

DGC-rapport 32 Den ene elektrode på den ene brænder var således allerede korroderet over før indreguleringen. Brænderne blev renset og serviceret før denne indregulering. Brændertemperaturen under drift. Den ene brænder blev påmonteret et termoelement, hvor temperaturen kontinuert blev registreret forsøgsdagen igennem. Et billede af brænderen med det monterede termoelement er vist på figur 13. Fig. 13: Brænder med monteret termoelement Temperaturen for termoelementet forsøgsdagen igennem er vist på figur 14. Figuren viser, at temperaturen under drift stabiliseredes på ca. 285 C, ved en brændereffekt på 29% (17% af den totale energimængde ved ren cindersfyret drift).

DG C-rapport 33 Brændertemperatur Forsøg 26-06-93 1000 50 s: 3o Q) 40 ------ 00 800-700..--. () L... Q) -800 "' c: 500.o Q)... "'C 2 :J c: 400 m 1 1U... Q) 300 a. E Q) 200 l- 10+-----,-.-----,--------,---,--,-------,-------,---,--,---------,-------,-----,-,---------,-------,----.---l-o 07:00 07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:1;0 10:30 11 :00 11 :30 Tid 100 Fig. 14: Brændertemperatur På forsøgsdagen faldt den ene brænder ud. Dette blev opdaget 3 min. senere, hvor brænderne manuelt blev genindkoblet. Se forløbet på figur 15. Årsagen til brænderudfaldet menes at være, at en smeltepartikel havde ramt brænderhovedet omkring ioniseringselektroden med udkobling af brænderen til følge. Generelt et yderst tilfredsstillende forløb, også hvad brændernes drift angår.

DG C-rapport 34 Brænderudfald Forsøg 26-06-93 5 ---- 55 50..._. s:: Q) Q) -c c: m 3..._ 45 -.::" <O o.o 35 30.s -!t: 1- raset 20. 15 08:45 08:46 08:47 08:48 06:49 06:50 08:51 08:52 08:53 08:54 08!55 08:56 06:57 06:58 08:59 09:00 Tid Fig. 15: Brænderudfald på forsøgsdagen Efter forsøget blev brænderne afmonteret, og foran på brænderhovedet var der en del små metalpartikler, som var metalsprøjt fra smelten i ovnen. Et billede af et af brænderhovederne er vist i figur 16. Disse partikler var umiddelbart til at børste af brænderen igen.

DGC-rapport 35 Fig. 16: Brænderhovede efter forsøg

DG C-rapport 36 9 Konklusion på udførte forsøg Resultaterne fra det første og eneste forsøg med den ombyggede kupelovn viste, at løsningsprincippet virkede efter hensigten. Bl.a. var brænderplaceringen rigtig, og styringen fungerede godt. Driftsresultaterne var langt henimod de ønskede værdier, når det tages i betragtning, at dette var det første forsøg. Her kan nævnes smeltetemperaturen som stabiliserede sig omkring 1518 C mod en ønsket temperatur på 1530 C. Forsøg andre steder har netop fremhævet, at smeltetemperaturen blev lav ved anvendelse af delvis naturgasfyring, hvor en maksimal temperatur på 1500 C er opnået for et udenlandsk forsøg. Forsøget gav en kapacitetsforøgelse på 26% og en forøgelse af energiforbruget på 6% i sammenligning med den rent cindersfyrede proces. Øgningen i energiforbruget skyldes den manglende optimering af processen, og kupolovnens lille højde har også en indflydelse på det samlede energiforbrug. Forsøg andre steder har vist, at energiforbruget falder ved anvendelse af delvis naturgasfyring. Det må dog igen her pointeres, at det på grundlag af dette ene forsøg, er umuligt at drage en endelig konklusion om teknikkens potentiale. 9. 1 Fremtidige forsøg U d fra den første forsøgsdag var følgende parametre fastlagt til den anden forsøgsdag: Indsættelse af tvieluftindsatse i tvieluften for at få en bedre luftfordeling i ovnen. (Reduktion fra en diameter på 115 mm tilloo mm). Start med samme tvieluftmængde, men med en reduktion af denne i løbet af forsøgsdagen. Samme konverteringsgrad, koksmængde og chargesammensætning som under første forsøgsdag.

DG C-rapport 37 Ved den anden forsøgsdag var det tillige planlagt at optage en video, der viste anlægsopbygningen og procesforløbet i smelteprocessen. Følgende emner fremkom på denne forsøgsdag, der kræver undersøgelse/forberedelse ved kommende forsøg. - Brænderkøling ved stilstand. Foreløbige målinger viser, at uden luftgennemstrømning og med lukket luftspjæld stiger brændertemperaturen ved midlertidige driftsstop ikke over 430 C. Om denne temperatur virkelig er den maksimale og om varmen trækker bagud gennem brænderne, skal undersøges nærmere. - Manglende synlig indikering fra styretavle ved brænderudfald. Til løsningen af dette problem vil der før det følgende forsøg blive monteret et roterende blink i støberihallen, der automatisk tændes ved brænderudfald og slukkes igen ved manuel indkobling af brænderne. - Årsag til brænderudfald. Det blev planlagt at registrere ioniseringssignalet fra hver brænder på dataloggerudstyret i det følgende forsøg for at undersøge disse værdier. - Brænder, korrosion. V ed de følgende forsøg vil der fortsat blive foretaget en inspektion og rensning af brænderne før starten af forsøgsdagen. Når den endelige optimale driftsform er fundet, skulle der foretages miljømålinger på henholdsvis den konverterede og den rent cindersfyrede proces (en måledag for hver driftsform). Sammenlagt var der planlagt l O forsøgsdag e.

DG C-rapport 38 Følgende størrelser skulle måles for den luftformige emission: Ilt (02) Kuldioxid (COv Kulmonoxid (CO) Kvælstofilter (NO j Svovldioxid Vanddamp Svovlbrinte (S02) (H20) (H2S) For faststofemissionen skulle bestemmes følgende størrelser: Faststof-emission [mg/m 3 røggas] Faststof-emission [kg/tons jern] Faststofandel mindre end loj.tm Faststofanalyse (Pb, Zn, Cd, Fe 1 ) 1 Vil muligvis ikke måles, af hensyn til de samlede forsøgsomkostninger. Målingerne skulle laves, så de både var repræsentative for et smelteforløb og for en hel driftsperiode, dvs. inklusive opstart og nedkørsel. Under forsøgene skulle forbruget af brændslet (cinders + naturgas) samt støbejemskvaliteten (som under de øvrige forsøg) måles. Skrotsammensætningen, samt den producerede mængde støbejern skulle ligeledes registreres. Ligeledes vil røggastemperaturen og luftoverskudstallet (til fastlæggelse af røggasflowet) blive målt.

DG C-rapport 39 10 Konklusion projekt Anlæg Løsningsprincippet samt styringen virkede efter hensigten, og brændernes placering viste sig at være som det ønskede, nemlig umiddelbart over smeltezonen med samme smeltezoneniveau som i den rent cindersfyrede proces. Ved indvendig inspektion af kupolovnen efter forsøgsdagen blev det konstateret, at smeltezonen, som ønsket, lå på samme niveau i ovnen som før, og at smeltezonen lå lige under gasbrænderne. Forsøg Resultaterne fra den eneste forsøgsdag er beskrevet i kapitel 8, og konklusionen for denne første forsøgsdag er yderst positiv, skønt den krævede smeltetemperatur, jernkvalitet og balancen i ovnen ikke var helt tilfredsstillende, sammenlignet med de kvalitetskrav, der stilles ved den normale støbejernsproduktion. Dette forsøg var som tidligere nævnt også den første forsøgsdag med den delvis fyrede kupolovn, og de følgende forsøg vil uden tvivl give bedre resultater ved justering af de forskellige parametre. Det er dog umuligt på grundlag af dette ene forsøg at drage en endelig konklusion om teknikkens potentiale. Projektets afbrydelse Det er yderst uheldigt for projektet, at forsøgene ikke blev gennemført fuldt ud, og at der derfor ikke fremkom erfaringer med den delvis naturgasfyrede kupolovn. Var projektet blevet gennemført, ville resultaterne af miljømålingerne af både den delvis naturgasfyrede - og den rent cindersfyrede - proces have været kendte, og en økonomisk og miljømæssig sammenligning af de to driftsformer kunne foretages. Anlæggget ville- under forudsætning af at forsøget lykkedes og at den delvis naturgasfyrede proces også blev anvendt i den normale produktion efter forsøgenes afslutning - gøres til et referenceanlæg for nordiske støberier, som kunne påtænke sig at anvende en lignende teknologi. Det var tillige planlagt, at der for interesserede skulle have været tilbudt besøgsdage på virksomheden, hvor teknikken kunne fremvises og demonstreres.

DG C-rapport 40 11 Bilag 10.1 Måleinstrumenter og kalibreringsdata 10.2 Anlægsbeskrivelse. l O. 3 Måleresultater 10.4 Litteraturliste

DGC-rapport 41 11.1 Måleinstrumenter og kalibreringsdata RØGGAS - KONDITIONERING Den røggasdelstrøm, som udtages til analysatorerne, er konditioneret på følgende måde: - Grov fugtighed opsamles i en dråbeudskiller - Røggassen tørres i en køletørrer med kapacitet O - 10 1/m med sænkning af vanddugpunktet på 2 ±l o c. - Røggassen filtreres i et finpartikelftlter med en effektivitet på > 99,9% for partikler på 0,3 J.tm. - Røggassen fordeles via flowmetre til de enkelte analysatorer. ILTINDHOLD I RØGGAS Røggassens iltindhold er målt med en paramagnetisk iltmåler på tørret røggas. Iltmåleren har følgende data: Fabrikat: SERVOMEX Type: 572 - paramagnetisk Måleområde: O - 25 vol. % Nøjagtighed: ± 0,1 vol.% Kalibrering: N 2, atmosfærisk luft og 2 vol. % kalibreringsgas. KULILTE I RØGGAS Røggassens indhold af kulilte er målt med en infrarød absorptionsanalysator. Målingen er udført på tørret røggas. Analysatorens data er følgende: Fabrikat: Mannesman, Hartmann & Braun AG Type: Uras 3 G Måleområder: O- 200 til O - 20.000 ppm i 4 områder. Reproducerbarhed: :5 0,5% af måleområde Linearitet: :5 l% af måleområde Kalibrering: N 2 og kalibreringsgas med 200 ppm CO

DG C-rapport 42 KULDIOXID I RØGGAS Røggassens indhold af C0 2 er målt med en infrarød absorptionsanalysator. Målingen er udført på tørret røggas. Analysatorens data er følgende: Fabrikat: Hartmann & Braun AG Type: Uras 3 K Måleområder: O - l O og O - 20 vol. % samt O - 2000 ppm Reproducerbarhed: :5: 0,5% af måleområde Liniaritet: :5: l, O% af måleområde Kalibrering: N 2 og kalibreringsgas med 10+0,1 vol.% C0 2 TEMPERATUR Temperaturer er målt med termoelementer af typen NiCr-Ni. o- 1200 C: Fabrikat: Frode Pedersen & Co. Type: Måleområde: Nøjagtighed: Kalibrering: 252 NiCr-Ni o- 1200 oc IEC 5 84-2 klasse 2-40 - 350 oc ±2,5 oc 350-1200 C ±2,5 - +9,0 oc Termostat + referencetermometer type S (Pt/Rh- termoelement). GASTRYK Gastrykket er målt med tryktransducer afuængigt af gastrykkets niveau. Følgende transducere med elektronik er anvendt: O - 100 m bar, relativt: Fabrikat: Multur Type: EMA 84 Måleområde: O- 100mbar Nøjagtighed: ± O, l% af måleområde

DGC-rapport 43 GASMÅLER Volumenmængden af forbrugt gas er målt med en gasmåler med følgende data: Fabrikat: Type: Måleområde: Nøjagtighed: Kalibrering: Kromschroder DM 80 F160 16-250m 3 /h + 3,0% for 16-50m 3 /h ± 1,5% for 50-250m 3 /h LUFTMÅLER Volumenmængden af luftmængde til gasbrænderne måler med følgende data: Fabrikat: Type: Måleområde: Signal: Nøjagtighed: Kalibrering: Fluid Inventar GD-100/250/lll 75-7500 m 3 /h 11,57 l/puls + 3,2% af aflæst værdi (375-3750 m 3 /h) Kalibreringsblad udarbejdet af Fluid Inventor AB, 22-09'-1992.

DGC-rapport 44 11.2 Anlægsbeskrivelse GASTRYK TIL RINGLEON. ld...lftn l NGSHME GASRECll.ER l Ila; VENT l L GASTRYK FI!R RECll.ER l ('(l TRYKVAGT STARTSIKRING r l l lsi In N LlFTTRYK RINGL. GASILlFT RATIO LlFTREIA.U:R l NG LlFTMLER L.. c en O' c c O' (L) t- o... w lsi lsi ' (T) to lsi... 1'- ISI en G lislialer ST IIRTS l KR l ('(l S II<KERtfDSMGETVENT IL MX. GASTRYKVIIGT ftin. GASTRYKVAGT GIISTRYK REGULATOR ld...lftningshane SBV VENTIL GASTRYKREGULATOR SAV-VENTIL lilisfilter GASTRYK T l LGANG HOVEDliFSPARRING GAS l 0.. l i'{:;:}--f l ('.!_!}-,, r-- l et l l L l----it L L..D ø '(T) Ul... i Lh E z lsi (T) Z N t lsi In z o!..,. z t ø...j U N lsi In N LlFTTRYKVNJT LlFT IIFSPIIRR l NG c..d Ln E z 1'- Ln w...j 0.. CD lsi "D LlFTFLOIIVNJT ll.fisertryk LlFTF'ILTER f: u ;. c c. -..t:.!.! u &.ii.. N en ID lsi o ø lsi o N Fig. 17: Gas- og luftforsyningsrampe til kupolovnen

DG C-rapport 45 l - - -- -- -- -- a: g.. ii.. i.li l æ li c: L!!! t; Il! c N 151... 151 en lsi!!! ID lsi O' l 15. x c C') to :i lsi... lo! c. l >- O',_ a: ro- Q.) INDSTILLINGSVENTIL l t.ust l LL lr-dsvent l L 8 lsi l- 01 ER.9CERTRYK GAS ERi'«RTRYK LI.FT "' o 1<01\PENSA TOR FSPIr-«:i 151!!! I<ON'ENSATOR l g "'...:. lll lsld c.. u...,_ -..t: &:... u D ;:.J..,,_ "' :a >- o D i,_.j se w a t z 9i > D.. o _j u z flagetventil ERIIKER AFSP l NG LI.FT Ir D.. - - -- -- -- J.. il ;;!! ii: '.! l u N.: en SIKRING w.a "" ID AT TRYK lsi!iii o PA TVIER 116 " csi o N Fig. 18: Gas- og luftforsyningsrampe for brænderne

DG C-rapport 46,,.3 Måleresultater 1 1.3. 1 Indregulering Po P 1 urt Pgas 1013 mbar 97 mbar 100 mbar Aflæsninger på ramper + styreenhed MAle- Luft- Gas Luft Gasserie over- Styre- Styre- måler skuds- tavle tavle Aflæstal ni n g start % % % m3 1 1 50 54 746,9 2 1 97,7 98,9 785,6 3 1 30 822,1 4 1 70 834,8 5 1,5 66 100 862,8 6 0,5 100 50 885,0 Gas- Gas- Gasmåler måler maler Aflæs- Tids- Aflæsni n g rum n in g slut forbrug m3 se k m 3 /sek 755,0 300 0,0297 806,7 360 0,0644 826,0 240 0,0179 844,8 240 0,0458 870,7 200 0,0434 899,3 240 0,0655 Gas indfyret effekt kw 1189 2582 716 1836 1740 2625 Manuelt aflæst flow divideret med procentsatsen fra styreskabet Flow l (procentsats/ l 00) Måle- Luft- Luft- Luft- Luft- Luft- Luft- Luftserie måler måler måler måler over- måler maler Aflæs- Aflæs- Tids- Aflæs- skud Dis- Aflæsni n g ni n g rum ni n g Bereg- play ni n g start slut forbrug ni n g (øje- Bræn- bliksder værdi l 11.. m3 11.. m3 sek. m 3 /sek m 3 /h m 3 /h 1 31425 31608 300 0,3342 1,09 1203 2 32304 32733 360 0,6529 0,98 2350 3 33002 33088 240 O, 1963 1,06 680 707 4 33292 33488 240 0.4474 0,94 1550 1611 5 33891 34106 180 0,6544 1,45 2170 2356 6 34339 34481 240 0,3242 0.48 1100 1167 NB: Forbruget er divideret med 2. Luftmåleren tæller for hver 1 12 m 3 Tabel l: Flow for luft og gas

DG C-rapport 47 Kontrol af gas- og luft-flow ved forskelligt indstillet effekt Måleserie Gas Luft Styretavle Styretavle flow/andel flow/andel 1 2379 0,62 2 2643 0,66 3 2386 4 2622 5 2636 0,65 6 2625 0,65 Tabel 2: Beregnet maksimalt flow (bestemt ud fra det aflæste flow, divideret med procent-satsen af maksimalt flow fra styretavlej Beregninger på grundlag af emissionsmålinger Måle- 02 C02 L L L CO CO Atm luft Atm luft serie røggas røggas Målt Målt Målt IL= 11 IL= 11 bereg- beregn- 02 C02 gen m røggas bræn- ni n g in g røggas røggas røggas der brænder falsk luft % % - - - ppm ppm m 3 /s m 3 /s 1 16,9 2,2 4,72 5,01 4,86 o o 1,4979 1 '1637 2 13,1 3,5 2,49 3,19 2,84 o o 1,8970 1,2441 3 19,2 1,o 10,81 10,89 10,85 4 45 2,0107 1,8144 4 14,9 2,6 3,19 4,26 3,72 o o 1,7700 1,3225 5 15,8 2,3 3,73 4,80 4,26 o o 1,9213 1,2669 6 13,2 3,4 2,52 3,28 2,90 16 105 1,9696 1,6455 Tabel 3: Emissionsmålinger ved indreguleringen

DG C-rapport 48 11.3.2 Chargesammensætning Masse Andel kg % Koks 51 9,8 Kalk 15 3 Still 182,7 35 Returjern 130,5 25 Rlljern 156,6 30 Maskingods 52,2 10 Total 522 100 Tabel 4: Sammensætning af charge på forsøgsdagen, 26. 06.1993

DG C-rapport 49 11.3.3 Teoretisk beregning af pris- og energiforbrug Energiforbrug ren cindersfyret 3362 kj/kg jern (Antagelse: l energienhed naturgas erstatter l,3 energienhed cinders) Energipris, Gas 33,70 kr/gj Energipris, Cinders 62,69 kr/gj Konvertering Energiforbrug Energiforbrug Energiforbrug Energipris Cinders Naturgas Sl.lll Sl.lll [%] [kj/kg_j ernl [kj/kg_j ernl [kj/kg_j ernl [kr/kg jern] o 3362 o 3362 0,211 1 3328 26 3354 0,210 2 3295 52 3346 0,208 3 3261 78 3339 0,207 4 3228 103 3331 0,206 5 3194 129 3323 0,205 6 3160 155 3315 0,203 7 3127 181 3308 0,202 8 3093 207 3300 0,201 9 3059 233 3292 0,200 10 3026 259 3284 o, 198 11 2992 284 3277 o, 197 12 2959 310 3269 0,196 13 2925 336 3261 o, 195 14 2891 362 3253 o, 193 15 2858 388 3246 0,192 16 2824 414 3238 o, 191 17 2790 440 3230 o, 190 18 2757 466 3222 0,189 19 2723 491 3215 o, 187 20 2690 517 3207 o, 186 21 2656 543 3199 o, 185 22 2622 569 3191 o, 184 23 2589 595 3184 0,182 24 2555 621 3176 o, 181 25 2522 647 3168 0,180 26 2488 672 3160 o, 179 27 2454 698 3153 0,177 28 2421 724 3145 o, 176 29 2387 750 3137 o, 175 30 2353 776 3129 o, 174 31 2320 802 3121 o, 172 32 2286 828 3114 o, 171 33 2253 853 3106 o, 170 34 2219 879 3098 o, 169 35 2185 905 3090 o, 168 36 2152 931 3083 o, 166 37 2118 957 3075 o, 165 38 2084 983 3067 o, 164 39 2051 1009 3059 o, 163 40 2017 1034 3052 0, 161 41 1984 1060 3044 0,160 42 1950 1086 3036 0,159 43 1916 1112 3028 0,158 44 1883 1138 3021 o, 156 45 1849 1164 3013 0,155 46 1815 1190 3005 o, 154 47 1782 1215 2997 0,153 48 1748 1241 2990 0,151 49 1715 1267 2982 o, 150 50 1681 1293 2974 0,149 Tabel 5: Teoretisk beregning af pris- og energiforbrug ved forskellige konverteringsgrader