Forbedret sikkerhed mht. uforbrændt under start/ stop af KV-gasmotorer

Forbedret sikkerhed mht. uforbrændt under start/ stop af KV-gasmotorer Anvendelse af skylleluftblæsere under dellast mv. Projektrapport September 2008 1. reviderede udgave RAPPORT Dansk Gasteknisk Center a/s Dr. Neergaards Vej 5B 2970 Hørsholm Tlf. 2016 9600 Fax 4516 1199 www.dgc.dk dgc@dgc.dk

Forbedret sikkerhed mht. uforbrændt under start/stop af KV-gasmotorer Jan de Wit, Steen D. Andersen og Danny M. Lovett Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 2008 1. reviderede udgave

Titel : Forbedret sikkerhed mht. uforbrændt under start/stop af KV-gasmotorer Rapport kategori : Projektrapport Forfatter : Jan de Wit, Steen D. Andersen, Danny M. Lovett Dato for udgivelse : September 2008 (1. udgave december 2007) Copyright : Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer : 730-04; H:\730\04 Forb sik GM\Fase2\Rapport-fase2\projektRapport_revudgave_FINAL.doc Sagsnavn : Forbedret sikkerhed mht. uforbrændt ISBN : 978-87-7795-319-4

DGC-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side 1 Indledning... 2 2 Formål og udførelse... 3 2.1 Formål... 3 2.2 Udførelse... 3 3 English summary... 4 3.1 Conclusion... 4 3.2 English translation of text to figures and tables in the report... 5 3.2.1 Figures... 5 3.2.2 Tables... 6 4 Gasmotorer til kraftvarmeproduktion i Danmark... 7 5 Ulykkesstatistik med gasmotorer til kraftvarmeproduktion... 8 6 Målinger af kulbrintekoncentration... 9 6.1 Indledning... 9 6.2 Analyse 1: Maksimale koncentrationer... 10 6.3 Analyse 2: Tid og last hvor UHC-koncentrationen er over 10.000 ppm... 11 6.3.1 Kold start... 12 6.3.2 Varm start... 13 6.3.3 Stopsituation... 14 7 Eksisterende skylleluftblæsere på kraftvarme-værkerne... 16 7.1 Indledning... 16 7.2 Analyser for otte værker... 16 7.2.1 Muligt skylleluftflow i afkastsystem... 16 7.2.2 De eksisterende skylleluftblæsere... 17 8 Konklusion... 19 9 Referencer... 21

DGC-rapport 2 1 Indledning Denne rapport er udarbejdet af Dansk Gasteknisk Center a/s (DGC) for gasselskabernes Fagudvalg for Gasanvendelse og Installationer (FAU GI). DONG Energy, Naturgas Midt-Nord, HNG og Energinet.dk er finansierende parter. Sikkerhedsstyrelsen har fulgt arbejdet. Projektet er igangsat ultimo november 2006 og var da opdelt i tre faser: 1. Indsamling og analyse af måledata. 2. Kortlægning af aftrækstrykforhold for KV-gasmotoranlæg samt indsamling af data vedr. blæsere/ventilatorer til anvendelse til skylning (stilstand samt lav last på gasmotorerne). 3. Demonstration af forbedrede skylningsanlæg på to eller tre gasmotoranlæg, ifald de p.t. anvendte skylleluftblæsere muliggør dette. Ved afslutningen af fase 2 stod det klart, at de analyserede anvendte blæsere ikke muliggjorde en udførelse af fase 3. Det blev derfor besluttet at kommunikere de fundne resultater ud via en separat anbefaling/vejledning omkring installation af fremtidige skylleluftblæseranlæg. Otte kraftvarmeværker har velvilligt besvaret et spørgeskema vedr. allerede etablerede skylleluftblæsere; disse værker takkes her for at have deltaget og stillet materiale til rådighed. Analyse- og målearbejdet er udført af Jan de Wit, Steen D. Andersen og Danny M. Lovett, DGC. Dette er sket i tæt samarbejde med FAU GI s Kraftvarme ERFA-gruppe. Kvalitetssikring af nærværende rapport/analyse er udført af Steen D. Andersen (fase 1) og Mikael Näslund (fase 2), DGC. Bjarne Koch, DONG Energy har været FAU GI-kontaktperson for arbejdet. Hørsholm, september 2008 Jan de Wit Projektleder Per G. Kristensen Projektchef

DGC-rapport 3 2 Formål og udførelse 2.1 Formål Et tidligere FAU GI-projektarbejde /1/ har vist, at koncentrationen af uforbrændt gas (UHC) i udstødningen i perioder under start og stop af gasmotoranlæg til kraftvarmeproduktion kan være høj; faktisk i enkelte situationer tæt på nedre eksplosionsgrænse (LEL) for visse gasmotoranlæg. Ændrede el-afregningsregler har for en række gasmotoranlæg medført flere start- og stopforløb, hvilket øger den ovenstående potentielle sikkerhedsrisiko. En række motoranlæg er under etablering eller ændring primært til anvendelse i forbindelse med effektstøtte/salg af reservekraft; disse vil i sagens natur forventeligt få mange start/stop. Der foreligger en række muligheder for at reducere denne, oftest kortvarige, UHC-koncentrations- peak, fx ved ændret drift af skylleluftblæser i forbindelse med start og stop af anlægget. Det er projektets formål at undersøge og om muligt demonstrere sådanne løsningsmodeller. 2.2 Udførelse I projektets fase 1 tilvejebringes og analyseres et udvidet datagrundlag (i forhold til det hidtidigt udførte arbejde /1/) mht. koncentration af uforbrændte kulbrinter og den tidsmæssig udstrækning under start og stop af gasmotorer. I fase 2 undersøges for et antal værker, der har skylleluftblæsere til skylning af udstødssystem mellem start/stop, modtryksforhold og blæserkarakteristikker for de installerede skylleluftblæsere. Der er lavet en analyse af, hvorvidt de p.t. installerede blæsere vil kunne anvendes til fortsat skylning under start og indledende lastpålægning eller under stopforløb for anlægget. Projektarbejdets fase 3 demonstrerer om muligt forbedrede skylningsprocedurer på forventeligt 2-3 gasmotorbaserede kraftvarmeanlæg baseret på det allerede installerede materiel. Ud fra analyserne, der blev udført i fase 2, stod det imidlertid klart, at de anvendte blæsere ikke var trykstærke nok til denne anvendelse.

DGC-rapport 4 3 English summary 3.1 Conclusion The analysis and measurements made showed that UHC concentrations above 10000 ppm (vol.) can be registered at a number of gas engine based CHP plants during starts (warm and cold) and stops. The concentration level mentioned is close to 25 % LEL. The high concentrations were typically measured for some minutes at low load. It was seen for both open- and pre-chamber engines. During start sequences (cold and warm) UHC concentrations above 10000 ppm (vol.) were measured for up to 5 minutes, mostly some 2½-3 minutes. During these periods the gas flow was less than 50 % of max. gas flow. At stop sequences UHC concentrations exceeding 10000 ppm were also measured. A high concentration may continue to be present in the exhaust system after stop. For the units where high concentrations were measured the gas flow was typically less than 30 % of full-load gas flow. At some units the high concentration levels were seen during idling before stop. For one of 15 units analysed the UHC concentration did not exceed 10000 ppm, neither during start, nor during stop sequences. The analyses made showed that action must be taken if UHC concentrations should be kept below 25 % LEL at the plants. The analyses made here showed variation concerning concentration levels, duration and the operational circumstances, under which elevated levels appeared (cold/warm start and/or stop sequences). A general rule seems to be that elevated levels were only possible at low load (fuel input less than 50 %). At such loads the possibility for additional dilution by air injection is good seen from a back-pressure perspective. Additional ventilation during start and stop sequences will not delay start or stop as this ventilation is to run in parallel at low loads. To secure UHC levels of 25 % LEL maximum the dilution should at least be equal to some 50 % of full-load exhaust flow rate.

DGC-rapport 5 DGC has collected additional ventilation fan data for 8 gas-engine based CHP plants with fans already installed. These fans are used prior to start or at stop to flush the exhaust system. The plants chosen represent some 4 engine makes and cover a total of 7 different engine types/series. All engines are pre-chamber engines. The fans installed at these plants are presently used for ventilation prior to start or after stop. Based on fan performance characteristics for these fans analyses whether these also may be used for additional dilution air supply during low load periods were made. The analyses made showed that the back pressure is too high for dilution air supply. The project results will now be presented in a separate folder/guideline to be used for new fan installations at existing or new plants. This folder will address suppliers, advisors and plant owners. 3.2 English translation of text to figures and tables in the report 3.2.1 Figures Figure 1 Natural gas fired engine population for CHP in Denmark (2007) Figure 2 Reported incidents at natural gas-fired gas-engine CHP plants in the period 1997-2006 (Categories: Mechanical failures, crankcase expl., exhaust expl., fire and Other) Figure 3 Example showing the measured UHC concentrations during stop and start of a pre-chamber gas engine. The CHP is equipped with an exhaust-system ventilation fan, operating prior to start. Figure 4 Example showing the measured UHC concentrations during stop and start of an open-chamber gas engine. The CHP is not equipped with an exhaust-system ventilation fan. Figure 5 Duration (minutes) during cold start with UHC concentrations above 10000 ppm (vol.) equal to 1 % (vol.) Figure 6 Load limit (fuel reference) at cold start where UHC concentrations exceed 10.000 ppm (vol.)

DGC-rapport 6 Figure 7 Duration (minutes) during warm start with UHC concentrations above 10000 ppm (vol.), equal to 1 % (vol.) Figure 8 Load limit (fuel reference) at warm start where UHC concentrations exceed 10000 ppm (vol.) Figure 9 Duration (minutes) during stop with UHC concentrations above 10.000 ppm (vol.), equal to 1 % (vol.) Figure 10 Example of fan characteristics for a typical fan used. At this unit the back pressure during normal full-load operation is 325 mmws. Maximum accepted back pressure is 650 mmws. The fan is not able to supply any additional flow at the back pressures stated as max. fan pressure is approx 40 mmws. 3.2.2 Tables Table 1 Measuring results from /1/ concerning gas concentration during start and stop Table 2 Physical data for Danish natural gas (flammability), /3/ and /7/ Table 3 Measured maximum UHC concentrations for the 15 gas engine units at start and stop. Table 4 Flue gas exhaust flows and possible additional dilution air flow for the 8 plants examined equipped with fan ventilation

DGC-rapport 7 4 Gasmotorer til kraftvarmeproduktion i Danmark Der er primo 2007 i alt ca. 750 naturgasfyrede gasmotorer til kraftvarmeproduktion i drift i Danmark. Den samlede (el-)effekt fra disse er ca. 950 MW e. På Figur 1 ses størrelsesfordelingen af disse motorer. 300 Inst. Effekt (MWe) 250 Antal motorer 200 150 100 50 0 0-500 500-1000 1000-2000 2000-3000 3000-4000 >4000 Motorstørrelse (kwe) Figur 1 De naturgasfyrede motorer anvendt til kraftvarmeproduktion i Danmark (2007) Ca. 200 af disse i alt ca. 750 naturgasfyrede motorer er såkaldte forkammermotorer. Disse oftest større motorer udgør effektmæssigt ca. 60 % af den installerede el-effekt. Motorbestanden tæller i alt mere end 30 motorfabrikater og et modelantal, der i alt overstiger 100 mere eller mindre forskellige motormodeller/ versioner. To af fabrikaterne tegner sig for ca. 50 % af gasforbruget, og udvider man til de fire største (Caterpillar, Rolls-Royce, Jenbacher samt Wärtsilä), tegner disse sig i alt for mere end 80 % af gasforbruget. Det samlede årlige driftstimetal for disse gasmotorer skønnes at være ca. 4 millioner driftstimer.

DGC-rapport 8 5 Ulykkesstatistik med gasmotorer til kraftvarmeproduktion På Figur 2 ses en udarbejdet ulykkes-/hændelsesstatistik for danske gasmotorbaserede kraftvarmeanlæg over den seneste 10-årige periode (/4/). Ulykker/hændelser på danske KV anlæg 1997-2006 21 20 19 18 17 Andet Brand Udstødssyst. Expl. Krumtaphus expl. Mekanisk Havari 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Figur 2 Indberettede ulykker og hændelser på danske KV-anlæg i perioden 1997-2006 De på Figur 2 anførte mekaniske hændelser er ikke nødvendigvis fuldstændige, idet næppe alle sådanne hændelser indberettes til gasleverandørerne. Det ses, at der generelt er sket et væsentligt fald i antallet af hændelser for anlæggene hen over årene. Det skyldes formentlig forbedringer på anlæggene, ændrede installationsregler samt opkvalificering (kurser) for driftspersonalet. Det ses, at hændelser/ulykker omkring udstødssystemet fortsat forekommer. En række af disse hændelser er større eller mindre eksplosioner/forpufninger i udstødssystemet; en hændelse der typisk forekommer i forbindelse med start/stopforløb.

DGC-rapport 9 6 Målinger af kulbrintekoncentration 6.1 Indledning I /1/ er anført en række måleresultater for maksimal gaskoncentration under start og stop. Der er for hver af de tre viste motorer målt på flere start- og stopforløb. De i Tabel 1 anførte resultater viser de målte maksimale koncentrationer. Tabel 1 Måleresultater, oversigt (fra /1/) Anlæg Type Motorydelse Maks. Maks. Måleudtag, nr. kw e gaskoncentration gaskoncentration placering v. start v. stop % % 1 Forkammer Ca. 3000 2,0 2,3 Efter veksler 2 Forkammer Ca. 3000 1,6 1,6 Efter veksler 3 Åbentkammer Ca. 1300 3,0 0,9 I lyddæmper/veksler Som det fremgår af tabellen, måltes i forbindelse med undersøgelserne i /1/ højeste emission af uforbrændt gas på Åbentkammermotoren. Det skal dog siges, at tidsrummet, hvor dette måltes, var meget kortere, og den samlede specifikke mængde UHC derfor mindre, end for de øvrige motorer/enheder. Det lod sig ikke afgøre, om målestedet i virkeligheden spiller ind her. Visse af de i /1/ målte gaskoncentrationer nærmer sig gassens nedre eksplosionsgrænse, jf. gasdata i Tabel 2. For forkammer-gasmotorerne i undersøgelsen måltes højere (eller lige så høj) koncentration ved stop som ved start. Tabel 2 Data vedr. antændelse af dansk naturgas fra /3/ og /7/ Antændelsestemperatur ca. 500 C 1) Nedre eksplosionsgrænse (LEL), volumenbasis 1) Kan variere med volumen og andre forhold. ca. 4,8 % (48.000 ppm) gas i luft 2) 2) Ved atmosfærisk tryk og 20 C, ved 350 C er antændelsesgrænsen eksempelvis 3 % gas i luft.

DGC-rapport 10 På Figur 3 og 4 ses fra /1/ eksempler på målte koncentrationer under start og stop af de nævnte motorer. Pre-chamber engine 1, 1. stop-start sequence 19-08-2003, undiluted flue gas 30000 27000 24000 O 2 21,0 18,9 16,8 21000 UHC 14,7 UHC [ppm] 18000 15000 12000 Gas consumption Purging 12,6 10,5 8,4 O2 [%-vol] 9000 Stop-sequence Start-sequence 6,3 6000 4,2 3000 2,1 0 12:05 12:15 12:25 12:35 Time 0,0 Figur 3 Eksempel på målt UHC-koncentrationsforløb under stop og start af forkammer-gasmotor. Anlægget er forsynet med skylleluftblæser, der skyller inden start. Open-chamer engine, 1. stop-start sequence 12-01-2004, undiluted flue gas 35000 21,0 31500 O 2 18,9 28000 24500 UHC 16,8 14,7 UHC [ppm] 21000 17500 14000 12,6 10,5 8,4 O2 [%-vol] 10500 7000 3500 Stop sequence UHC Start sequence 6,3 4,2 2,1 0 12:46 12:56 13:06 13:16 Time 0,0 Figur 4 Eksempel på målt UHC-koncentrationsforløb under stop og start af åbentkammer-gasmotor. Anlægget er ikke forsynet med skylleluftblæser. 6.2 Analyse 1: Maksimale koncentrationer DGC har gennemgået et antal egne udførte målinger, hvor der foreligger valide data for røggaskoncentrationer under start og stop for repræsentative gasmotorer. I alt 15 anlæg indgår i den udførte analyse.

DGC-rapport 11 Motorerne har under (fuldlast-)drift alle typisk en UHC-koncentration under 2000 ppm, svarende til 0,2 % (vol.) UHC i røggassen. I Tabel 3 er gengivet de fundne maksimale koncentrationer samt omtrentlig tidsmæssig udstrækning af forhøjet niveau, heraf under start- og stopforløb for ca. 15 repræsentative gasmotorbaserede kraftvarmeanlæg. Tabel 3 Anlæg Nr. De højest målte UHC-koncentrationer under start og stop for de 15 anlæg Motortype Å/F 1) Effekt Ca. kw e Start maks. UHC (ppm) Stop maks. UHC (ppm) 1 F 3000 21.000 25.000 2 F 5000 18.000 10.000 3 F 3500 25.000 15.000 4 F 3000 26.000 10.000 5 F 3500 24.000 28.000 6 F 2500 25.000 2000 7 Å 750 22.000 2800 8 Å 1000 18.000 4000 9 Å 1000 17.000 4400 10 Å 2000 6200 4000 11 F 3000 25.000 8000 2) 12 F 4000 >30.000 8300 2) 13 F 3000 18.000 18.000 14 Å 1300 35.000 10.000 15 F 3000 22.000 27.000 2) 1) Åbentkammer/Forkammer. 2) Angiver, at koncentrationen i det væsentligste forbliver uforandret indtil fornyet start eller andet. Tabel 3 viser, at de højeste koncentrationer her typisk måles ved startforløb, men at der for nogle motorer også optræder høje UHC-koncentrationer ved stop. Tabellen viser også, at høje koncentrationer vil kunne forblive i røggassystemet ved stop. Det sidste betyder, at skylning ved stop vil være mere effektiv som UHC nedbringelse end skylning ved start. Forhøjede koncentrationer ses også ved lav last under både nedlukning og opstart. Simultan skylning vil her kunne reducere koncentrationerne; der vil oftest kun skulle være tale om skylning i få minutter. 6.3 Analyse 2: Tid og last hvor UHC-koncentrationen er over 10.000 ppm Analyse 2 vedrører tid og last af motorerne, hvor koncentrationen af uforbrændt i udstødningen er over 10.000 ppm (vol.). Den anførte koncentration

DGC-rapport 12 er identisk med, at der er 1 % (vol.) uforbrændt gas til stede i udstødningen; en koncentration, der stort set er identisk med niveauet 25 % LEL. Dette niveau på en fjerdedel af den nedre eksplosionsgrænse (LEL: Lower Explosion Limit) er eksempelvis det niveau, der doseres som odorisering til naturgas, for at denne betids skal kunne detekteres. Når det ved målingerne anvendte måleudstyr angiver 10.000 ppm, er dette omregnet til ren metan, og den reelle koncentration af uforbrændt gas er en anelse lavere afhængigt af den aktuelle sammensætning. Dette vil der kunne korrigeres for; en sådan korrektion vil dog ikke være af væsentlig betydning her. 6.3.1 Kold start På Figur 5 er vist den tid i forbindelse med kold start, hvor UHCkoncentration er højere end 10.000 ppm (vol.). Minutter > 10.000 ppm 7 Kold start (for anlæg 1,3, 13, 14, og 15 er ikke foretaget måling) 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Anlægs Nr. Figur 5 Tid ved kold start, hvor UHC-koncentrationen er over 10.000 ppm (vol.), sidste identisk med 1 % (vol.) Det ses af Figur 5, at der for de fleste anlæg er tale om mindre end ca. 2½ minut, hvor UHC-koncentrationen er højere end 10.000 ppm. På Figur 6 er vist den lastgrænse (udtrykt ved gasmængden), hvorunder UHC-koncentrationen er over 10.000 ppm ved kold start.

DGC-rapport 13 Last (gas mgd. %) hvor UHC > 10.000 ppm 60 Koldstart For anlæg 1, 3, 13, 14 & 15 er ikke foretaget måling 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Anlægs Nr. Figur 6 Lastgrænse ved kold start, hvor UHC-koncentrationen er over 10.000 ppm (vol.) Af Figur 6 ses det, at det for de fleste motoranlæg er ved last under ca. 40 %, (gasmængde), at der er over 10.000 ppm UHC i røggassen ved kold start. 6.3.2 Varm start På Figur 7 er vist den tid i forbindelse med varm start, hvor UHCkoncentrationen er højere end 10.000 ppm (vol.). Minutter > 10.000 ppm UHC 7 Varm start 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Anlægs Nr. Figur 7 Tid ved varm start, hvor UHC-koncentrationen er over 10.000 ppm (vol.), sidste identisk med 1 % (vol.)

DGC-rapport 14 Det ses af Figur 7, at der for de fleste anlæg er tale om mindre end ca. 3 minutter, hvor UHC-koncentrationen er højere end 10.000 ppm. På Figur 8 er vist den lastgrænse (udtrykt ved gasmængden), hvorunder UHC-koncentrationen er over 10.000 ppm ved varm start. Last (max indfyret %) hvor UHC > 10.000 60 Varmstart 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Anlægs Nr. Figur 8 Lastgrænse ved varm start, hvor UHC-koncentrationen er over 10.000 ppm (vol.) Af Figur 8 ses det, at det for alle de afbildede motoranlæg gælder, at gasmængden er under ca. 50 %, når der er over 10.000 ppm UHC i røggassen ved varm start. 6.3.3 Stopsituation På Figur 9 er vist den tid i forbindelse med stopsituation, hvor UHCkoncentrationen er højere end 10.000 ppm (vol.).

DGC-rapport 15 Minutter > 10.000 ppm Alm stop 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Anlægs Nr. Figur 9 Tid ved stopsituationen, hvor UHC-koncentrationen er over 10.000 ppm (vol.), sidste identisk med 1 % (vol.) Det ses af Figur 9, at der for de fleste anlæg er tale om mindre end ca. 5 minutter, hvor UHC-koncentrationen er højere end 10.000 ppm. For mange af anlæggene optræder der ikke over 10.000 ppm i målepunktet i forbindelse med stopsituationen. I stopsituationen er det ved last (udtrykt ved gasmængde) på under 30 %, at de høje UHC-emissioner optræder. For enkelte anlæg er der højest UHCemission ved meget lav last (fx tomgang/ idling ) inden stop. Den høje UHC-koncentration kan da blive stående i afkastsystemet, efter at motoren er stoppet.

DGC-rapport 16 7 Eksisterende skylleluftblæsere på kraftvarmeværkerne 7.1 Indledning Der er i projektet blevet udarbejdet et spørgeskema vedr. skylleluftblæsere tiltænkt værker, hvor der er etableret sådanne blæsere. Spørgeskemaet kan ses i Bilag 1. Dette spørgeskema er udsendt til otte motorbaserede kraftvarmeværker, og der er modtaget fyldestgørende svar herfra. Værkerne anvender alle forkammergasmotorer og i effektområdet ca. 2½-6 MW e. Der indgår fire motorfabrikater i de modtagne svar; syv forskellige motortyper er repræsenteret. 7.2 Analyser for otte værker 7.2.1 Muligt skylleluftflow i afkastsystem Værkernes besvarelse af det udsendte spørgeskema har dannet baggrund for en analyse af, hvorvidt de allerede installerede skylleluftblæsere også vil kunne anvendes til skylning under dellastkørsel. Først er det kortlagt, hvor megen ekstra skylleluft røggassystemet og det opgivne maksimale modtryk giver mulighed for. Der er her taget udgangspunkt i, at ønsket om fortynding optræder ved last (gasmængde) under 50 %. På basis af oplysninger om motortype, maksimalt tilladeligt modtryk i udstødssystem samt det under praktisk fuldlastdrift faktiske modtryk har den mulige skylleluftmængde ved dellast kunnet beregnes, se Tabel 4.

DGC-rapport 17 Tabel 4 Røgmængder, mulige skylleluftmængder Anlæg Nr. Røgmængde Mulig skylleluftmængde Fortyndingsfaktor Maks. v. 50 last 1) 2) modtryk (-) Nm3/h Nm3/h ( - ) Modtryk v. fuldlast 1 9.000 12.000 2.3 50 mbar 37 mbar 2 17.000 27.000 2.6 60 mbar 35 mbar 3 9.000 48.000 6.3 400 mm VS 40 mm VS 4 13.000 16.000 2.3 400 mm VS 315 mm VS 5 10.000 13.000 2.3 650 mm VS 490 mm VS 6 19.000 35.000 2.8 650 mm VS 325 mm VS 7 8.500 12.000 2.4 60 mbar 43 mbar 8 7.000 9.500 2.3 60 mbar 45 mbar 1) 2) Last udtrykt i forhold til gasflow Mulig luftmængde i forhold til maks. modtryk Analyserne i Tabel 4 viser, at der i de fleste tilfælde vil kunne opnås en røggasfortynding på over 2,3 ved 50 % last; ved lavere last principielt større. Dette vil øge sikkerhedsmarginen for evt. høje UHC-koncentrationer til mindst den dobbelte margin end for nuværende. 7.2.2 De eksisterende skylleluftblæsere Næste trin i analysen har været at vurdere, hvorvidt de allerede etablerede skylleluftblæsere vil kunne levere skylleluftmængde fra Figur 4 ved de trykforhold, der vil gælde for nævnte røg- og skylleluftmængde. DGC har modtaget eller fundet frem til karakteristikker for de anvendte blæsere på de otte værker. Disse karakteristikker viser, at de fornødne skylleluftmængder, hvis man ønsker at have skylning under dellastdrift, ikke vil kunne leveres ved trykforhold svarende til maksimalt modtryk. Langt de fleste af blæserne vil i praksis ikke kunne arbejde ved modtryk svarende til maksimalt modtryk. Et eksempel på blæserkarakteristik er vist på Figur 10.

DGC-rapport 18 Figur10 Et eksempel på blæserkarakteristik. På dette anlæg er driftsmodtrykket normalt 325 mm VS. Det maksimalt tilladelige modtryk for motoren er her angivet til 650 mm VS, dvs. væsentligt over hvad blæseren kan levere eller arbejde med. Max. Blæsertryk for den aktuelle blæser er ca. 40 mmvs. En enkelt af blæserne vil kunne give en skylleluftmængde svarende til ca. 70 % af røgmængden ved det normale (lave) driftsmodtryk. På dette anlæg optræder et særligt lavt driftsmodtryk.

DGC-rapport 19 8 Konklusion De udførte analyser viser, at der for en række anlæg optræder UHCkoncentrationer over 10.000 ppm (vol.) ved både kold og varm start samt ved stop. Den anførte koncentration er identisk med 1 % (vol.) og svarer til ca. 25 % af nedre eksplosionsgrænse (LEL) ved 20 C, se tabel 2. Koncentrationerne optræder typisk et antal minutter ved lav last. Den nævnte koncentration ses både for forkammer- samt åbentkammermotorer. I forbindelse med startforløb (både kold og varm) vil koncentrationer over 10.000 ppm kunne måles op mod 5 minutter, for langt de fleste anlæg kortere tid (2½-3 minutter). Gasflowet, hvor nævnte koncentrationer kan måles, er op til 50 % af fuldlast gasflowet. Ved stopforløb vil koncentrationer over 10.000 ppm også kunne måles for en række anlæg. For enkelte anlæg forbliver den høje koncentration i udstødssystemet, efter at motoren er stoppet. For de anlæg, der har høje koncentrationer ved stop, gælder det, at gasflowet da er under ca. 30 % af fuldlast gasflow. For en række af anlæggene i undersøgelsen ses, at den forhøjede koncentration optræder, når motoren afslutningsvis går i tomgang ( idling ). For et enkelt anlæg af de målte registreredes ikke UHC-koncentration over 10.000 ppm hverken ved kold start, varm start eller stopforløb. Analyser viser, at det er nødvendigt med foranstaltninger på anlæggene, hvis UHC-niveauet ønskes under det her anvendte målsætningsniveau på ca. 25 % LEL. Den her udførte analyse viser stor forskellighed i niveau, tidsmæssig udstrækning, samt hvorvidt nævnte koncentration optræder ved start (kold og/eller varm) og/eller stopforløb. Et fællestræk er, at nævnte koncentrationsniveau optræder ved gasflow under 50 %. Ved denne gasmængde vil der modtryksmæssigt være god mulighed for supplerende (simultan) skylning med frisk luft for at nedbringe UHC-koncentrationen. En sådan supplerende skylning vil ikke sinke starteller forlænge stopforløb, idet den jo netop skal arbejde parallelt med driften

DGC-rapport 20 på pågældende tidspunkt. For at skylningen skal have så høj fortyndende effekt som muligt, bør skylleluftmængden mindst udgøre ca. 50 % af fuldlast røggasmængden og gerne mere. DGC har indhentet data for otte kraftvarmeværker, der allerede har installeret skylleluftblæsere. I alt syv motortyper fordelt på fire fabrikater er opstillet på disse værker. Alle motorerne er forkammermotorer. De indhentede data omhandler maksimalt tilladeligt modtryk, modtryk ved normal drift mv. De skylleluftblæsere, der er installeret på disse værker, anvendes p.t. til skylning før start eller efter stop af gasmotoren. Det er analyseret, hvorvidt disse blæsere vil kunne anvendes til supplerende skylning under dellastdrift (til 50 % last) ved start og stop for dermed at reducere evt. høj UHCkoncentration. Analyserne har vist, at de installerede blæsere ikke vil kunne levere den ønskede skylleluftmængde ved de under dellastdrift optrædende modtryk i udstødssystemet. Resultaterne af de udførte analyser præsenteres i en separat folder med henblik på at vejlede i forbindelse med ændringer eller nyinstallation af skylleluftanlæg over for rådgivere, leverandører og anlægsejere.

DGC-rapport 21 9 Referencer 1. Emission af uforbrændt gas/kulbrinter under start og stop af gasmotorer, Jan de Wit, Steen D. Andersen, DGC/FAU GI-rapport 2004. 2. Safety matters - experience with the operation of gas engine CHP units, Jan de Wit, Article in Cogeneration and On-Site Power Production, September-October 2006. 3. Start hurtigere med mindre emission, igangværende PSO-projekt (Nr. 5738), Projektledelse: DGC. 4. Præsenteres i KV Info nr. 10, maj/juni 2007, udarbejdet af DGC i samarbejde FAU GI s kraftvarme ERFA-gruppe.

DGC-rapport 22 Bilag 1: Spørgeskema til værkerne

DGC-rapport 23 Spørgeskema vedrørende forbedret sikkerhed ved start og stop af gasmotorer på KV-anlæg Værkets navn Telefon Udfyldt af Dato : : : : ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Oplysninger vedr. motor / veksler: Fabrikat Typebetegnelse Årgang Elydelse Varmeydelse Max tilladelig røggas modtryk Aktuelt modtryk ved 100 % last Antal starter om måneden ca. : : : : kw : kw : (efter motor) : : Oplysninger vedr. ventilator til skylning af røggassystem Der er ikke installeret sådan ventilator Vi har en sådan installeret, udfyld da venligst efterfølgende 2 felter Ventilator fabrikat : Ventilator type : Sendes til: Dansk Gasteknisk Center att. Danny M. Lovett Gasværksvej 28 9000 Aalborg Dir. tlf. 45 16 96 25 Besvarelsen kan sendes pr. fax. til 9931 4610 / i vedlagte frankerede svarkuvert / pr. e-mail til dml@dgc.dk

DGC-rapport 24 Bilag 2: Blæserkarakteristikker for et antal af de anvendte blæsere

DGC-rapport 25 Note: 100 Pa = 10 mmvs = 1 mbar

DGC-rapport 26 Note: 100 Pa = 10 mmvs = 1 mbar