Valg af luftkompressor-løsning - undgå de lette løsninger og spar penge i det lange løb 1 Foto - Siemens Turbomachinery Equipment
Indhold 1. Bundbeluftning eller overfladebeluftning myter & facts 2. Hvad er trenden i 2008 3. Design kriterier for luftforsyningen 4. Blæser-/kompressortyper en sammenligning 5. Styringen af luftforsyningen 6. Ydelsestesten 7. Tilbehøret 8. Det gode eksempel 9. De vigtigste blæser-/kompressorleverandører 10.Tag med hjem & spørgsmål 2
Hvorfor bruge bundbeluftning? Beluftningsprocessen typisk bruger mere end 50% af det samlede energiforbrug Man kan spare mere end 50% af energiforbruget ved overgang fra overfladebeluftning til moderne bundbeluftning På byspildevandsanlægget Dradenau i Hamborg (1.6 MIO. PE) ombyggede man to beluftningstanke fra overfladebeluftning til bundbeluftning og sammenlignede forbruget. Den målte gns. energibesparelse var ca. 52%. ISBN-3-930400-81-2 3
Myter & facts Faktum - Bundbeluftning er ca. dobbelt så effektivt som overfladebeluftning. Faktum - Ombygges de 6 største byspildevandsanlæg i Danmark til bundbeluftning kan der spares ca. 22 MIO. kwh årligt og ca. 11.000 tons CO2 Faktum - Bundbeluftning er særligt velegnet ved tankdybder over 4 meter og medfører derfor mindre beluftningstanke. Myte - Det er en myte, at moderne bundbeluftere ældes eller tilsmudses hurtigt. Levetiden er ca. 6 8 år. Faktum - Det samlede beluftningssystem er dyrere ved bundbeluftning, men det øger ikke væsentligt de samlede byggeudgifter. Faktum - Man opnår en bedre processtyring ved bundbeluftning. Faktum - Bundbeluftningssystemer er mindre følsomme overfor maskinudfald pga. redundansen Faktum - Overfladebeluftere hæmmer bakterievæksten pga. køleeffekten 04 marts 2008 Valg af luftkompressor-løsning 4
Hvad er trenden i 2008? Praktisk taget alle nye større byspildevandsanlæg (>100.000 PE) projekteres med bundbeluftning. I Tyskland er mindre end 1% af alle byspildevandsanlæg udstyret med overfladebeluftning. Bundbeluftning reducerer energiforbruget, CO 2 emissionen, dannelsen af aerosoler, lugtgener mm. Med moderne bundbeluftningssystemer udstyret med den nyeste procesinstrumentering (ammonium målere) opnår man en bedre processtyring og dermed en bedre og mere ensartet udløbskvalitet. 5
Design Kriterier Hvilke elementer indgår ved bundbeluftning Master Control Panel (MCP) DCS Proces-tilstandsinstrumentering Regulerings -ventil Membrandiffusorer Kontraventil Rørsystem Local Control Panel LCP Luftkompressor Afblæsningsventil Overtryk/opstart -ventil 6
Design Kriterier Definition af luftbehov. Eks. 300.000 PE & 7 m. dybe tanke Rensning af byspildevand med nitrifikation og denitrifikation: Design kapacitet = 300.000 PE (60% fraktil) Proces iltbehov = 1.006 kgo 2 /h (60% fraktil) Iltbehov kompr. ved design MdesO 2 = 4.040 kgo 2 /h (60% fraktil) Iltbehov kompr. maks. MmaxO 2 = 5.736 kgo 2 /h (85% fraktil) 1 Nm 3 /h (273,15 K; 1,0132 bar; 0%) = 0,298 kgo 2 (tør luft) Aktuelt luftbehov ved våd luft: Design kapacitet tør luft = 13.557 Nm 3 /h Kapacitet ved maks. tør luft = 19.250 Nm 3 /h Akt. Vol-flow,des (308,15 K, 1,0132 bar, 85%) = 16.054 m 3 /h Akt. Vol-flow,maks (308,15 K, 1,0132 bar, 85%) = 22.796m 3 /h Akt. Vol-flow,des (263,15 K, 1,0132 bar, 0%) = 13.063 m 3 /h Akt. Vol-flow,maks (263,15 K, 1,0132 bar, 0%) = 18.549 m 3 /h 7
Design kriterier - trykdifferens Valg af design-differenstryk-område Samlet differenstryk Statisk tryk ved membrandiffusorer = vanddybde til diffusorer Trykfald i Membrandiffusorer nye (ringformede) Tillæg i trykfald i membrandif. ved ældning og tilsmudsning Trykfald i reguleringsventiler Trykfald i rørsystemet ved maksimal lufthastighed Trykfald i kontraventilerne ved maksimal luftmængde Trykfald i indsugnings-filter og -lyddæmper ved maks. luftmængde PI(D) regulator Dødbånd 1% af samlet maks. Trykfald Samlet minimal trykdifferens (3 stk. kompressorer 50% - 300%) Samlet maksimal trykdifferens kpa 60,0 4,0* 2,0* 2,0 1,0* 1,5* 0,6* 0,8 62,0 71,9 * Proportional med kvadratet på lufthastigheden Worst Case 8
Design kriterier - tryktab Valg af design-differenstryk-område Vælg membrandiffusorer med lave tryktab Hold diffusorerne rene Vælg en passende størrelse reguleringsventil ( p = 200 mmvs ved 80% åben eller u kværk = 50 m/s) 74,00 72,00 70,00 Trykdifferens kpa 68,00 66,00 64,00 62,00 60,00 58,00 56,00 54,00 50,00% 100,00% 150,00% 200,00% 250,00% 300,00% Flow Max. Min. Statisk 9
Styring af luftforsyningen Brug kaskadestyring som er enkelt og meget stabilt Styringsparameteren for blæserne/kompressorerne er normalt tryk-setpunktet i hovedrørsystemet, når der anvendes reguleringsventiler. Undgå tryktab = energitab ved brug af Most Open Valve princippet. Trykfald på 1 kpa koster ca. 23.000 DKK/år (300.000 PE) 400 Power Consumption Klemeffekt 300 200 100 0 0 100 200 300 Capacity Luftkapacitet 10
Design kriterier temperatur & fugt. Samlet klemeffekt ved 0C, 20C, 35C Turbo med energioptimering. Luftbehov svarende til 300.000 PE & 7 m. dybe tanke 600,00 500,00 Klemeffekt kw 400,00 300,00 200,00 100,00 0,00 50,00% 100,00% 150,00% 200,00% 250,00% 300,00% Flow Pow er 30 Pow er 20 Pow er 0 11
Blæser- Kompressortyper Type: Kapselblæser eller Rootsblæser Energi Reguler. evne Støj/puls. Vedligehold Investering Levetids. kost Type: Turbokompressor eller centrifugal kompressor Energi Reguler. evne Støj/puls. Vedligehold Investering Levetids. kost Type: Flertrins centrifugalblæser Energi Reguler. evne Støj/puls. Vedligehold Investering Levetids. kost Type: Skruekompressor Energi Reguler. evne Støj/puls. Vedligehold Investering Levetids. kost Vurdering ved brug af nævnte blæser-/kompressor-typer til hovedbeluftningen 12
Blæser- Kompressortyper Flertrins Centrifugalblæser Single Shaft Multi Stage Blower Kapacitetsområde typisk 150 70.000 m3/h, Differenstrykområde < 0,8 bar Simple maskine med typisk 4 7 kompressorhjul på samme aksel Normalt direkte trukken af elmotor, derfor bedst i områder med 60Hz. De mange trin medfører forøget friktionstab og dermed lavere virkningsgrad Flow-regulering ved drøvling eller hastighedsregulering. Begrænset reguleringsområde (67% - 100%) Mindre interessant i Danmark selv som standby enhed, men udbredt i USA Lavt støjniveau. 13
Blæser- Kompressortyper Skruekompressoren Kapacitetsområde typisk 2.000 15.000 m3/h Differenstrykområde typisk 2 6 bar. To geometrisk komplicerede rotorer kører med høj hastighed (4.000 8.000 RPM) Lækagetab mellem rotorerne gør den mindre egnet til regulering Flow-regulering kun ved hastighedsregulering (polomkobelbar eller frekvensomformer). Mange skruekompressorer kræver tågesmøring af rotorerne. Anvendes sjældent til beluftning af spildevand (dog ved BIO-Towers) 14
Blæser- Kompressortyper Kapselblæser/Rootsblæser Kapacitetsområde typisk 30 15.000 m3/h Differenstrykområde typisk < 0,8 bar. Virkeprincip giver anledning til støj og trykpulsationer Lækagetab mellem rotorerne gør den mindre egnet til regulering Flow-regulering kun ved hastighedsregulering (pol-omkobbelbar eller frekvensomformer). 15
Blæser- Kompressortyper Turbo- eller centrifugalkompressor Kapacitetsområde typisk 1.000 125.000 m3/h Differenstrykområde typisk < 1,2 bar. Den mest effektive kompressortype Kompakt maskintype Flow-regulering reguleringsskovlgitre eller hastighedsreg. med f. eks. frekvensomformer. Ustabil hvis den udsættes for højere tryk end designtrykket (Surge) 16
Blæser- Kompressortyper Turbo- eller centrifugalkompressor konstant omdr.-tal 1,1 Turbokompressoren med konstant omdrejningstal kan regulere mellem ca. 32% - 100%. Variabel beskovlet diffusorsystem velegnet til luftmængde-regulering. Forrotationsskovle bruges til energioptimering, men kan også anvendes til flow-regulering. 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 20% 40% 60% 80% 100% 120% 17
Blæser- Kompressortyper Turbo- eller centrifugalkompressor højhastighedsdrev Mindre turbokompressorer drevet af højhastigheds BLDC motor (Brush Less Direct Current). Benytter typisk Air Foil Bearings (luftlejer) eller magnetlejer. Kapacitetsområde 500 m3/h 12.000 m3/h Typisk differenstrykområde er < 1 bar Højere energiforbrug Reduceret reguleringsevne Pålidelighed og langtidsholdbarhed ukendt 18
Blæser- Kompressortyper Samlet Energieffektivitet. 3,5 3 kgo2/kwh 2,5 2 1,5 1 0,5 0 4 5 6 7 8 Vanddybde m. Turbokompressor Kapselblæser Overfladebeluftning Byspildevand, 300.000 PE, α = 0,65 (bundbeluftning) α=0,85 (overfladebeluftning) 19
Blæser- Kompressortyper Simpel Break Even beregning Life Cycle Cost 7 6 Rel. Omkostning 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 År Turbokompressor Kapselblæser Byspildevand, 300.000 PE, 0,68 DKK/kWh, 7 meter vanddybde, 70% belast. 20
Ydelsestesten Kræv en ydelsestest det er den bedste kvalitetssikring Kræv at få tolerancerne opgivet eller kræv garanterede minimumsværdier Brug standardiserede tests ISO 5389, VDI2040, ASME PTC10 Kræv en Factory Acceptance Test af det samlede styringssystem Vær selv tilstede under testen du kan lære meget 21
Tilbehøret Indsugnings-systemet. Sug udefra og spar effekt og varme Sørg for min. EU4 filterklasse for at mindske slid og tilsmudsning Ved højere filtreringsgrad anvendes dobbeltfilter Dimensioner indsugningsplenum til maks. lufthast. på 12 m/s Hold indsugningstryktabet under 60 90 mmvs det koster effekt Sørg for en effektiv indsugningslyddæmper 22
Tilbehøret Det støjer brug støjkapper. Kompressorer støjer meget typisk i området 90 110 db(a) Reducer støjen ved brug af gode støjkapper En god støjkappe dæmper støjen 20 30 db Sørg for at kompressorrummet ikke er for akustisk hårdt Sørg for at dæmpe støjen i rørene ved brug af en tryklyddæmper Dimensioner rørsystemet til en max. lufthastighed på 20 m/s 23
Det gode eksempel Anlægget Hannover Gümmerwald Husk kranfacilitet 24
De vigtigste kompressorleverandører Turbokompressorer store Cigielski, Poland Dresser Roots, USA Howden, United Kingdom Siemens Turbomachinery Equipment (HV-Turbo) Kapselblæsere Aerzener, Tyskland Busch, Tyskland Dresser Roots, USA Hibon, Frankrig Kaeser, Tyskland Robuschi, Italien Turbokompressorer små ABS-HST, Finland Atlas-Copco, Sverige Fläkt-Woods, United Kingdom K-Turbo, Sydkorea Neuros, Sydkorea Flertrins centrifugalblæsere Continental, Frankrig Gardner-Denver, USA HSI, USA Spencer, USA 25
Tag med hjem Brug bundbeluftning - det betaler sig i længden Dimensioner med fokus på minimale tryktab Brug den mest effektive kompressortype turbokompressoren Lav en grundig specifikation, definer testkriterier & tolerancer. Vær opmærksom på tryktab i indsugningssystem Undgå støjproblemer Besøg eventuelt www.intair.dk 26
Tak til: Billeder og anden dokumentation er leveret af: Technishe Universität Darmstadt, Institute WAR Siemens Turbomachinery Equipment A/S Gardner-Denver Ltd. Spencer Ltd. Dresser Roots Ltd. Supratech Gmbh. Busch A/S K-Turbo Ltd. Præsentation forberedt af: Civilingeniør mc@colding.com Tlf. 2989 1495 27