Bachelorprojekt Expan A/S

Bachelorprojekt Expan A/S 2016 Udvidelse af effektkapacitet i forbindelse med implementering af ny støbehal hos Expan A/S. Afleveringsdato: 27. maj 2016 Fredericia Maskinmesterskole

Titelblad Titel Problemformulering Skribent Antal normalsider Udvidelse af effektkapacitet i forbindelse med implementering af ny støbehal hos Expan A/S. Hvordan vil man kunne opnå en effektforøgelse på minimum 413,55 kw til produktionen af betonelementerne i den nye støbehal og samtidig undgå kondensering af procesdampen? 25 (59.675 tegn) ekskl. forside, titelblad, forord, abstract og litteraturliste. Afleveringsdata 27.05.2016 Uddannelsesinstitution Praktiksted Faglig vejleder skole Vejleder virksomhed Fredericia Maskinmesterskole Expan A/S Erik Kyster Ole Hansen Side 1 af 49

Forord Projektet er skrevet som en del af det sidste semester på maskinmesteruddannelsen ved Fredericia Maskinmesterskole. Projektet er et bachelorprojekt udarbejdet af Rasmus Rosgård Nissen og er baseret på en 10-ugers praktikperiode ved Expan A/S i Brørup. Projektet omhandler en udvidelse af effektkapaciteten i forbindelse med implementering af en ny støbehal. Projektet danner grundlag for den mundtlige eksamination den 24. juni 2016. Anerkendelse Der skal lyde særlig tak til de personer, der har været med til at gøre dette projekt muligt såvel eksternt som internt i virksomheden. Følgende personer skal der lyde en særlig tak til: Interne Dennis Mathiasen, Produktionschef, CRH Concrete A/S Ole Hansen, Produktionsleder, Expan A/S Lars Reimer, Teknisk chef, CRH Concrete A/S Eksterne Leif Petersen, Tekniker, Weishaupt A/S Svend Bjerrum Jensen, Civiligeniør, Danstoker A/S Morten Gottschalk, Byggesagsbehandler, Vejen Kommune Der skal desuden lyde et tak til vejlederne på Fredericia Maskinmesterskole: Erik Kyster, Faglig vejleder Rikke Andreassen, Metode vejleder Side 2 af 49

Abstract Expan A/S has plans to extend its existing production facilities of concrete elements by erecting a new casting building which will increase the production of precast concrete elements by 537,6 m 3. This leads to an effect increase of the new production facility by 413,55kW. The company does not know the effect capacity of the current boiler installation. The new casting building is situated 100 metres of the boiler installation. The company has no knowledge of how the process steam is to be delivered to the new building but requires that the process steam must not condense during transport to the new casting building. This project s analysis and calculations are based on two different hypotheses of which each has its own solution. The first hypothesis is based on the installation of a steam pipe system that connects the new casting building with the existing boiler installation. The second hypothesis is based on implementing a separate boiling installation. This project concludes that process steam can be provided by both solutions. However, a separate boiler installation utilized the fuel input better because of its higher efficiency. Side 3 af 49

Indhold Titelblad... 1 Forord... 2 Anerkendelse... 2 Abstract... 3 1. Indledning... 6 1.1 Problemformulering og løsning... 7 1.2 Afgrænsning... 7 2. Metode og metodekritik... 9 2.1 Metode... 9 2.1.1 Massestrøm... 9 2.1.2 Naturgas... 9 2.1.3 Energimængde... 9 2.1.4 Effekt og virkningsgrad... 10 2.1.5 Beton... 10 2.1.6 Damprør... 10 2.1.7 Separat kedelanlæg... 10 2.1.8 Økonomi... 11 2.2 Metodekritik... 11 3. Analyse... 13 3.1 Nuværende kedelanlæg... 13 3.1.1 Introduktion... 13 3.1.2 Kedlen... 13 3.1.3 Beregninger ud fra driftsmålinger... 15 3.1.4 Beregning af maksimal produktionskapacitet af damp... 18 3.2 Produktionen af betonelementer... 19 3.2.1 Produktionskapacitet... 19 3.2.2 Optaget effekt i betonelementerne... 20 3.3 Sammenhold af beregninger... 24 3.4 Delkonklusion... 24 4. Damprør til ny støbehal... 26 4.1 Massestrøm af damp til den nye hal... 30 4.2 Delkonklusion... 32 5. Separat kedelanlæg til ny støbehal... 33 Side 4 af 49

5.1 Nyt kedelanlæg med economiser... 35 5.2 Regler for fyrrum... 37 5.3 Delkonklusion... 38 6. Økonomiske forhold... 39 6.1 Delkonklusion... 42 7. Kilder og kildekritik... 44 7.1 Interne kilder... 44 7.2 Eksterne kilder... 44 7.3 Bøger... 45 8. Konklusion... 46 9. Perspektivering... 47 10. Litteraturliste... 49 10.1 Bøger... 49 10.2 Hjemmesider... 49 Side 5 af 49

1. Indledning Dette projekt omhandler en udvidelse af effektkapaciteten i produktionen ved opførslen af en ny støbehal til hærdning af betonelementer hos Expan A/S i Brørup. Større produktion af betonelementer vil medføre et behov for forøget effekt i form af procesdamp til hærdningsprocessen. Hos Expan A/S bruges en naturgasfyret røgrørskedel til at tilføre varme til hærdningsprocessen af betonelementer. Expan A/S har ikke et overblik over, hvad kedelanlæggets nuværende produktion er. Endvidere er der på fabrikken i Brørup aldrig foretaget beregninger af hvor meget effekt, der kræves til produktionen af betonelementer. Det er derfor uvist, hvordan den nye støbehal med en forøgelse af produktionsvolumen på 537,6 m 3 produceret beton vil påvirke driften af virksomhedens kedelanlæg. Under praktikforløbet ved Expan A/S blev det observeret, at den producerede procesdamp fra kedelanlægget er overhedet. Det er et krav, at procesdampen ikke kondenserer på transportvejen til den nyopførte støbehal. Kravet til procesdampen er fra Expan A/S side ikke overvejet under planlægning af byggeriet af den nye støbehal. Projektet vil inkludere kravet til procesdampen i beregningerne. Formålet med projektet er at analysere og beregne, hvordan der kan produceres tilstrækkelig effekt til den nuværende produktion af betonelementer samt produktionen i en nyopført støbehal, og hvordan dette realiseres mest effektivt. Derudover skal der ses på, hvordan en eventuel rørføring af damprør til den nye støbehal skal udføres, og om der som alternativ kan implementeres et separat kedelanlæg. Projektet vil inkludere, hvordan damprørene skal isoleres for at undgå kondensering af dampen undervejs til den nye støbehal, og om hvorvidt massestrømmen af damp skal opjusteres. Dette vil blive sammenlignet med en implementering af et separat kedelanlæg. I projektet beregnes hvilken effekt den samlede produktion af betonelementer i kubikmeter kræver. Dette sammenholdes med kedelanlæggets effekt for at kunne konkludere, om virksomhedens kedelanlæg har en tilstrækkelig kapacitet til produktionen af procesdamp. Side 6 af 49

1.1 Problemformulering og løsning Hvordan vil man kunne opnå en effektforøgelse på minimum 413,55 kw til produktionen af betonelementerne i den nye støbehal og samtidig undgå kondensering af procesdampen? Problemformulering Beregning af virkningsgrad på sparat kedel Analyse af regler ang. fyrrum Hypotese 1 Damprørsystem Hypotese 2 Separat kedel Besvarelse af hypotese 2 Analyse og beregning af nuværende kedelanlæg Besvarelse af hypotese 1 Økonomisk besparelse Analyse af produktion Beregning af effekt optaget i betonelementer Besvarelse på problemformulering FIGUR 1 På figur 1 ses et flowchart over projektet. Dette er lavet for at anskueliggøre strukturen i projektet. For at besvare problemformuleringen bedst muligt, er der lavet to hypoteser. Først vil hypotese 1 blive besvaret og derefter hypotese 2. De forskellige analyser og beregninger, der fortages for at kunne besvare hypoteserne, er indsat i ovenstående flowchart. Da projektet indeholder mange beregninger, gives der en delkonklusion til hvert afsnit. Til sidst gives en samlet besvarelse af problemformuleringen i projektets konklusion. 1.2 Afgrænsning I projektet afgrænses opgaven ved udelukkende at fokusere på den effekt, der går i støbehallernes støbeborde og herefter optages i betonelementerne. Aspekter som f.eks. opvarmning af støbehallerne og alternative anvendelsesmuligheder for procesdampen undersøges ikke. For at afgrænse projektet yderligere er der ikke valgt rør eller andre komponenter til det nuværende kedelanlæg i forbindelse med implementeringen af et rørsystem til den nye støbehal. Til at vurdere hvorvidt en separat kedel kan implementeres i forbindelse med en nyopført støbehal, er der benyttet et datablad fra en kedelproducent, men der er ikke indhentet Side 7 af 49

tilbud på kedlen, da dette afhænger af flere parametre. Projektet fokuserer på beregning af produktionskapacitet for at kunne beregne hvor meget effekt, der er påkrævet i den samlede produktion. Projektets beregninger er lavet ud fra maksimal produktionskapacitet og tager derfor ikke højde for en varierende produktion. Side 8 af 49

2. Metode og metodekritik 2.1 Metode Dette afsnit forklarer og går i dybden med den metode, der er brugt i projektet. 2.1.1 Massestrøm Til at bestemme massestrømmen af fødevand, der tilføres kedlen, er der anvendt en clampon flowmåler. Dette er gjort, da der ingen fødevands- eller dampmåler er tilknyttet kedelanlægget. Målingen og observationen blev foretaget over en tidsperiode på 36 minutter for at kunne finde frem til arbejdscyklussen på fødevandspumpen. Resultatet af målingen blev senere anvendt til at angive den massestrøm af damp, som kedlen afgiver ved at sætte massestrømmen af damp lig med den massestrøm af fødevand, der blev målt med flowmåleren. 2.1.2 Naturgas Kedelanlægget er tilknyttet en gasmåler, der måler forbruget af naturgas til kedelanlæggets brænder. Der er i forbindelse med måling og observation af fødevandet logget forbrugsdata på kedelanlæggets gasmåler. For at kunne finde frem til kedelanlæggets tilførte effekt er der fundet data fra en røggasanalyse med henblik på at finde naturgassens nedre brændværdi. 2.1.3 Energimængde Til bestemmelse af den energimængde procesdampen afgiver, er der lavet en række målinger og observationer på kedelanlægget. Ved hjælp af et manometer tilknyttet kedlen er det absolutte tryk målt. På fødevandet, som er en blanding af kondensat og spædevand, er temperaturen på blandingen målt med et temperaturmanometer. Da der ingen temperaturmåler er tilknyttet dampafgangen, er der ved hjælp af en temperaturmåler målt afgangsdampens temperatur. Ud fra disse målinger kan der hentes værdier i damptabel for damp 1, som fastsætter energimængden i procesdampen. 1 Dennis Hansen damptabeller 3. udgave Side 9 af 49

2.1.4 Effekt og virkningsgrad Til at beregne den afgivende effekt fra kedelanlægget er resultatet fra flowmåleren anvendt samt de værdier, der har kunne hentes på baggrund af temperatur- og trykmålinger på kedlen 2. Den ovenfor beskrevne metode til at beregne kedelanlæggets tilførte effekt blev benyttet for at kunne sammenholde den tilførte effekt med den afgivne effekt. Dette gøres for at beregne kedelanlæggets virkningsgrad. 2.1.5 Beton For at kunne beregne hvor meget effekt betonelementerne optager, er der rettet henvendelse internt i virksomheden til den tekniske chef 3. Her er der hentet data vedrørende hærdningsprocessen af betonelementer 4 for at kunne fastlægge effekten, der optages ved den nuværende produktion. Til at klarlægge hvor stor udvidelsen af den samlede produktionen med en nyopført støbehal bliver, rettes der henvendelse internt til produktionschefen 5. Til at estimere den effekt, der er påkrævet i den nye støbehal, benyttes beregninger fra ovenstående metode sammen med udvidelsen på den samlede produktion. 2.1.6 Damprør Løsningforslaget til implementering af et isoleret damprørssystem fra det nuværende kedelanlæg til den nyopførte støbehal tager udgangspunkt i data omkring varmeledning og varmeovergangstal fra en tidligere beregningsopgave fra Fredericia Maskinmesterskole 6. Ud fra effekttabet i det rørsystem, der vælges til den nye støbehal, beregnes massestrømmen af procesdamp, der skal tilføres støbehallen for at undgå kondensering af dampen. 2.1.7 Separat kedelanlæg Som alternativt løsningsforslag vil der blive hentet data på et separat kedelanlæg 7, som er tilpasset effekten til den nye støbehal. Der vil blive indsamlet data omkring kedelanlægget 2 Bilag 2.1 3 Lars Reimer 4 Bilag 5.2 5 Dennis Mathiasen 6 Bilag 6.2 7 Bilag 7.1 Side 10 af 49

for at se, om anlægget ville kunne levere damp, der har samme energimængde som det nuværende kedelanlæg, så en kondensering af procesdampen undgås. Undersøgelse af regler vedrørende implementering af fyrrum i en nyopført bygning blev foretaget hos Vejen Kommune efter anvisning fra Bygningsreglementet 8. 2.1.8 Økonomi Økonomisk sammenligning af damrørssystemet og den separate kedel findes i afsnit 6, hvor der internt i Økonomiafdelingen er hentet priser på naturgas 9 for at finde besparelsen ved en forbedret virkningsgrad på kedlen. 2.2 Metodekritik Som det beskrives i ovenstående afsnit er metoden baseret på beregninger. Disse beregninger er ikke foretaget tidligere på virksomhedens nuværende kedelanlæg eller produktion. Derfor skal der i projektet laves mange udregninger for at besvare problemformuleringen. Dette betyder, at beregningerne ikke kan sammenlignes med tidligere beregninger, da disse aldrig er fortaget. Da kedelanlægget ikke er tilknyttet flow- eller temperaturmåler på afgangsdampen, som metodeafsnittet beskriver, er der anvendt måleudstyr til disse målinger. Da måleudstyret ikke er tilknyttet anlægget som en fast del, er der en vis usikkerhed forbundet med disse målinger. Måleudstyret er udlånt af Fredericia Maskinmesterskole og afprøvet i deres laboratorie for at sammenligne flowmålerens måling med en fastmonteret flowmåler på skolens vandstandstester. Da disse målinger stemte overens vurderes måleudstyret som valid, og data fra flowmåleren blev anvendt i projektet. Teknisk chef Lars Reimer, Expan A/S har bidraget med data til beregninger på den effekt 10, der optages i betonelementerne. Hans information vedrørende tab under hærdning er fra en beregning på huldæk, hvilket ikke svarer til Expans produkter, som er projektets udgangspunkt. Lars anbefalede denne beregning, og hans data anvendes derfor i projektet. 8 http://bygningsreglementet.dk/ 9 Bilag 8 10 Bilag 5.2 Side 11 af 49

Som det kan ses i forrige afsnit er en stor del af projektets data hentet internt i virksomheden. Beregningen af den øgede volumen beton, der kan produceres ved implementering af en ny støbehal, er udført i samarbejde med konstruktør og produktionsleder Dennis Mathiasen. Priser og miljøafgiftsbestemmelser på naturgas 11 er ligeledes fundet internt hos den økonomiske afdeling i virksomheden. Til at undersøge hvorvidt et separat kedelanlæg er en mulighed til den nye støbehal, er der hentet data på en kedel fra Danstoker A/S 12. Civilingeniør Svend Bjerrum Jensen i den tekniske designafdeling har hjulpet med spørgsmål om kedlen. Der blev i projektet bevidst valgt rådgivning fra en teknisk kyndig medarbejder, da en person med denne baggrund ikke er ansat til at sælge anlægget. 11 Bilag 8 12 Bilag 7.1 Side 12 af 49

3. Analyse 3.1 Nuværende kedelanlæg 3.1.1 Introduktion Af projektets problemstilling fremgår det, at kedelanlæggets effektkapacitet ikke kendes. Det er derfor uvist, hvorvidt kedelanlægget kan levere den effektforøgelse, som forøgelsen af produktionen i en ny støbehal vil medføre. For at komme frem til en løsning på problemformuleringen ved at besvare projektets hypoteser, skal der tages højde for en række parameter. Kedlens produktionskapacitet af damp skal udregnes for at kunne vurdere, om dens kapacitet er tilstrækkelig til forsat at kunne producere effekt i form af procesdamp til de nuværende støbehaller samt den nyopførte støbehal. I dette afsnit vil der, ved hjælp af beregninger på kedlens driftsdata, blive analyseret på, hvor meget effekt procesdampen indeholder. Senere i projektets analysedel vil der blive beregnet og analyseret på effekten, som optages i støbehallerne under hærdningsprocessen. Den effekt dampen afgiver, er desuden en væsentlig del af projektet første hypotese, da denne skal bruges for at finde ud af, om procesdampen vil kondensere undervejs til den nye støbehal. Beregningernes udgangspunkt er de driftsdata, det har været muligt at aflæse på kedelanlægget. Da der ikke er monteret flowmåler i forbindelse med kedelanlæggets fødevandstilgang eller dampafgang, er der lånt en flowmåler til at måle massestrømmen af fødevand. Dette har været nødvendigt for at kunne aflæse dampens massestrøm og derefter beregne kedlens tilførte og afgivne effekt, så kedelanlæggets virkningsgrad senere kan beregnes. 3.1.2 Kedlen Procesdampen til de nuværende støbehaller bliver produceret af en røgrørskedel. Kedelanlægget er placeret i et særskilt lokale. Fødevandet, der tilløber kedlen, kommer fra en blanding af spædevand og det kondensat, der løber retur fra produktionen. Kedelanlægget er ikke tilknyttet economiser eller luftforvarmer. Opvarmningen af kondensat Side 13 af 49

og spædevand sker med damp fra kedlen i forbindelse med affluftning af fødevand, før det tilløber kedlen. På virksomhedens kedelanlæg er der ingen dampmåler eller fødevandsmåler, men blot en spædevandsmåler. Det er derfor ikke muligt at aflæse, hvor meget damp kedlen producerer. Den tidligere nævnte flowmåler, udlånt af Fredericia Maskinmesterskole, er anvendt til måling af disse driftsdata. Kondensat og spædevand bliver opvarmet med damp fra 50 13P til 100 14. Kedlen har et arbejdstryk på to bar 15, og afgangsdampen har en temperatur på 130 16. Ud fra trykket på to bar kan mætningstemperaturen aflæses til 120,23 i en damptabel 17. Ud fra processen, der er afbilledet på ht-diagrammet på figur 2, ses det, at procesdampen er overhedet, da procesdampens afgangstemperatur er højere end mætningstemperaturen ved to bar. Entalpien for den overhedede damp kan ligeledes aflæses i damptabellen 18 for overhedet vanddamp ved to bar og 130. 13 Bilag 2.1.1 14 Bilag 2.1.2 15 Bilag 2.1.3 16 Bilag 2.1.4 17 Tabel 1 Dennis Hansen damptabeller 3. udgave 18 Tabel 3 Dennis Hansen damptabeller 3. udgave Side 14 af 49

For at illustrere processen er der på figur 2 afbilledet en skitse af et ht-diagram, hvor entalpi og temperatur kan ses i forhold til hinanden. FIGUR 2 Entalpi defineres som energi i kilojoule pr. kilogram, og viser altså hvor meget energi, der er i dampen. h = 3.1.3 Beregninger ud fra driftsmålinger Kedelanlæggets brænder benytter naturgas som forbrændingsprodukt. Ved hjælp af en røggasanalyse 19 er data på naturgassen fundet. Brænderen arbejder ikke kontinuerligt i løbet af en dag, og det har derfor været nødvendigt at finde brænderens arbejdscyklus for at kunne beregne den tilførte effekt, brænderen leverer. Der er lavet målinger over et døgn for at komme frem til, hvor længe brænderen er tændt. Desuden er der set på hvor meget naturgas, der forbrændes. Procesdampen bruges til at tilføre varme til betonelementerne for at øge hærdningsprocessens hastighed. Det har derfor været vigtigt at finde frem til, hvornår betonelementerne bliver tilført varme. Klokken 10 er alle elementerne lagt i støbebordene. 19 Bilag 3 Side 15 af 49

Derefter påbegyndes tilførslen af procesdamp, så aftenholdet kan køre betonelementer ud 12 timer senere, dvs. kl. 22. På et døgn er brænderen tændt i ca. 15 timer 20. Brænderen har ingen off tid i de 12 timer, hvor der bliver tilført procesdamp i støbebordene og elementerne hærder. Da brænderen er tændt i 12 timer, antages det i projektets beregninger, at brænderen kører kontinuerligt i 12 timer med ensartet volumenstrøm af naturgas. Fødevandspumpen kører ikke konstant samtidig med brænderen. Der er derfor registreret en række data 21 over flowmålingerne af fødevand på 36 minutter for at finde ud af, hvor meget damp kedlen afgiver. I løbet af de 36 minutter kører fødevandspumpen i 8 minutter med et flow på 92 l/min: 36mmmmmm 60 ss mmmmmm = 2160ss VV = 92 ll 8mmmmmm = 736ll~0,736mm3 mmmmmm mm ffff = VV ρρ vvvvvvvv tt = 0,736mm 3 1000 mm 3 = 0,341 2160ss ss På gasmåleren 22, der er tilknyttet kedelanlægget, er der målt et forbrug på 49 normalkubikmeter. Forbruget er over de 36 minutter, og kan nu findes pr. sekund: VV bb = 49mm3 nn 2160ss = 0,02269 mm3 nn ss mm 3 nn: Er enheden normalkubikmeter og er defineret ved referencetilstanden 1 atm (1013mbar) og 0 grader celsius. Ud fra temperatur- og trykmålinger på kedelanlægget kan det fastslås, at afgangsdampen er overhedet. Entalpien kan findes ved trykket to bar og temperaturen 130 i damptabellen 23. 20 Bilag 2.2.1 21 Bilag 2.3.1 22 Bilag 2.3.2 23 Tabel 3 Dennis Hansen damptabeller 3. udgave Side 16 af 49

Fødevandsentalpien kan findes ved fødevandtemperaturen på 100, og dannelsesvarmen kan beregnes. Dannelsesvarmen beregnes for at kunne finde den afgivne effekt: h oo = 2726,9, h ff = 419,06 λλ dd = h oo h ff = 2726,9 419,06 = 2307,84 Den massestrøm damp kedelanlægget afgiver, svarer til den massestrøm fødevand, der tilføres kedlen. Da massestrømmen af fødevand kendes fra flowmåleren og dannelsesvarmen er beregnet, kan den afgivne effekt beregnes: mm dddddddd = mm ffff PP aaaa = mm dddddddd λλ dd = 0,341 ss 2726,9 419,06 = 786,37 Den nedre brændværdi er aflæst i røggasanalysen 24 til 11 kwh/m 3 n, hvilket er omregnet: h ii = 11 ss h mm 3 nn 3600ss = 39600 1tt mm 3 nn Da volumenstrømmen af naturgas er aflæst, og den nedre brændværdi er fundet i røggasanalysen, kan den tilførte effekt nu beregnes: PP ttttttttørrrr = VV bb h ii = 0,02269 mm3 nn ss 39600 mm 3 nn = 898,33 Nu kendes både den tilførte og den afgivne effekt, og kedlens virkningsgrad kan beregnes: ηη kk = PP aaaa PP ttttttttørrrr = 786,37 898,33 = 0,875 Ud fra røggasanalysen 25 ses det, at røggastabet er 6,2 %. Ud over røggastabet er der et tab i form af stråletab fra kedelkroppen og et ledningstab, hvor energien afgives i gulvet under kedlen. Eftersom røggastabet er 6,2 % vil det sige, at lednings- og stråletabet er 6,3 %, 24 Bilag 3 25 Bilag 3 Side 17 af 49

hvilket er højt, men ikke usandsynligt, da kedlen er fra 1979 26, og derfor ikke er så godt isoleret, som en mere moderne kedel ville være. 3.1.4 Beregning af maksimal produktionskapacitet af damp Det er nødvendigt at anskueliggøre, hvor stor en produktionskapacitet af procesdamp kedelanlægget kan levere for i den senere analyse at kunne komme frem til, om kedelanlægget er af en sådan kapacitet, at det kan producere procesdamp til en nyopført støbehal. Den tilførte effekt er beregnet til 898,33 kw. På brænderens mærkeplade er der påskrevet en effekt på 900-5.100kW 27, hvilket kan tyde på, at brænderen på nuværende tidspunkt er overdimensioneret til kedelanlægget. Ud fra kedlens mærkeplade kan det aflæses, at kedlen har en maksimal produktionskapacitet på 5.000 28 kilogram pr. time. Ud fra disse oplysninger om maksimal produktion vil der blive foretaget en række beregninger på kedelanlægget for at finde ud af hvor meget procesdamp, der kan produceres. Først beregnes den maksimale volumenstrøm af naturgas ved maksimal dampproduktion: ηη = mm dd.mmmmmm λλ dd VV bb.mmmmmm h ii => VV bb.mmmmmm = mm dd.mmmmmm λλ dd ηη h ii = 5.000 tt 3600 ss tt 2307,84 0,875 39600 mm 3 nn = 0,09251 mm3 nn ss Herefter kan den maksimale tilførte og afgivne effekt på brænderen beregnes: PP ttttttttørrrr.mmmmmm = VV bb.mmmmmm h ii = 0,09251 mm3 nn ss 39600 mm 3 nn = 3663,24 PP aaaa.mmmmmm = PP ttttttttørrrr.mmmmmm ππ = 3663,24 0,875 = 3205,34 Med den maksimale produktionskapacitet på 5.000 kilogram damp pr. time kommer brænderen aldrig til at nå sin maksimale kapacitet på 5.100 kw. På nuværende tidspunkt 26 Bilag 3 27 Bilag 2.2.2 28 Bilag 3 Side 18 af 49

tilføres kedlen 898,33 kw ud af hvad der maksimalt kan tilføres på 3663,24 kw. Det vil sige at kedlen kun er belastet med små 25 %. 3.2 Produktionen af betonelementer I den foregående analyse blev kedelanlæggets produktionskapacitet af procesdamp og effekt beregnet. Dette blev gjort ud fra problemstillingen, da det er uvist, hvorvidt kedlen kan levere effekt til en ny støbehal. Ud fra beregningerne ses det at kedlen maksimalt kan afgive 3205 kw til den samlede produktion. Det er stadig uvist, hvor meget effekt betonelementerne optager under hærdningsprocessen. Dette afsnit omhandler derfor produktionskapacitet og optaget effekt i støbehallerne og har til formål at kunne konkludere, hvorvidt kedelanlægget er af en passende størrelse til den nuværende produktion samt den nye støbehal. 3.2.1 Produktionskapacitet På nuværende tidspunkt produceres der betonelementer i tre støbehaller: hal 7, 8 og 9. Den nye støbehal, der skal implementeres, bliver betegnet hal 11. For at kunne beregne hvor mange kubikmeter beton, der kan produceres i de nuværende og den kommende støbehal, er der fundet hjælp hos produktionschef Dennis Mathiassen og produktionsassistent Finn Skanderup 29. Ud fra støbebordenes mål kan den samlede produktionskapacitet af betonelementer beregnes: Formhøjde i hal 7 og 9 er 3,05 m, i hal 8 er den 3,8 m. Hal 7 har i alt otte borde med en længde på 24 m/stk. Den maksimale tykkelse på elementet i hal 7 er 34 cm. I hal 7 kan der produceres: 3,05mm (8 24mm) 0,34mm = 199,10mm 3 bbbbbbbbbb Hal 9 har det samme antal borde med samme længde som hal 7. Her er elementtykkelsen på 52 cm. 29 Bilag 4.1.1 Side 19 af 49

I hal 9 kan der produceres: 3,05mm (8 24mm) 0,52mm = 304,51mm 3 bbbbbbbbbb Hal 8 har i alt 12 borde med en længde på 16 m/stk. Den maksimale tykkelse på elementet i hal 8 er 52 cm. I hal 8 kan der produceres: 3,8mm (12 16mm) 0,52mm = 379,39mm 3 bbbbbbbbbb Samlet kapacitet på de tre nuværende støbehaller er: Σ = haaaa7 + haaaa9 + haaaa8 = 199,10mm 3 + 304,51mm 3 + 379,39mm 3 = 883mm 3 bbbbbbbbbb Ud fra plantegningen af den nye støbehal 11 30 ses det, at der i alt er 14 borde. Iflg. mailkorrespondance med Dennis 31 har bordene en længde på 16 m/stk., og elementerne kan have en maksimal formhøjde på 4 m og en tykkelse på 60 cm. I hal 11 kan der produceres: 4mm (14 16mm) 0,6mm = 537,6mm 3 bbbbbbbbbb Den samlede volumen beton i de nuværende støbehaler og den nyopførte hal bliver derfor: Σ = (haaaa7 + haaaa9 + haaaa8) + h11 = 883 + 537,6 = 1420,6mm 3 bbbbbbbbbb Kapacitetsberegningerne viser, at virksomhedens produktionskapacitet kommer til at stige med 537,6 m 3, fra 883 m 3 til 1420,6m 3 produceret beton. Det er en stigning på knap 40 %, og det er uvist, om virksomhedens kedelanlæg kan producere procesdamp til den forøgede produktionskapacitet af betonelementer. 3.2.2 Optaget effekt i betonelementerne For at finde frem til om kedelanlægget kan producere den tilstrækkelige effekt til betonelementerne, skal det først beregnes, hvor meget effekt betonelementerne optager. 30 Bilag 4.1.2 31 Bilag 4.1.1 Side 20 af 49

Energi- og effektberegningerne på beton er komplekse, og der er flere faktorer, der skal tages højde for. I teoriafsnittet 32 er det beskrevet, at cement i beton tilfører hærdningsprocessen egenvarme. Dette er en væsentlig faktor, der skal tages højde for ved effektberegningerne. Ud over egenvarme skal der også tages højde for et effekttab i gennem støbebordene. For at kunne beregne den effekt, der optages i betonelementerne, er der hentet rådgivning internt hos teknisk chef Lars Reimer. Ud fra mailkorrespondancen med Lars 33 kan egenvarmen, der tilføres hærdningsprocessen, fastsættes til 250 kj/kg over en 10 timers periode. Lars Reimer har tidligere lavet beregninger på huldæk, men dette produceres ikke ved Expan i Brørup, og der skal derfor fortages nye beregninger på, hvor stor en effekt, der optages i elementerne. Ud fra mailkorrespondance med Lars Reimer er der ud over egenvarme og specifik varmekapacitet på beton, fundet frem til varmeovergangstallet 34 på støbebordene baseret på Lars Reimers tidligere beregninger på huldæk: αα bbbbbbbb = 13,22 WW KK mm, cc = 1,1, h 2 KK eeeeeeeeeeeeeeeeee = 250 For at fastsætte værdien på massefylden af den beton, der støbes, er der hentet rådgivning internt hos produktionsassistent Lars Zeberg. Lars har bidraget med en betonrecept 35, der viser, hvilke bestanddele betonen består af, og hvor stor den samlede massefylde er. Lars Zeberg har skaffet et skema over, hvordan temperaturen udvikler sig i en 12 timers periode 36. De 12 timer svarer til den tid, elementerne ligger i støbebordene, før de bliver kørt ud. 32 Bilag 5.1 33 Bilag 5.2.1 34 Bilag 5.2.2 35 Bilag 5.2.3 36 Bilag 5.2.4 Side 21 af 49

Ud fra betonrecepten og temperaturskemaet er følgende oplyst: ρρ bbbbbbbbbb = 2322,5 mm 3, ρρ cccccccccccc = 318,2 mm 3, TT 1 = 20,3 + 273,15 = 293,45KK TT 2 = 57 + 273,15 = 330,15KK TT = (TT 2 TT 1 ) = (330,15KK 293,45KK) = 36,7KK Først beregnes effekten i de tre nuværende støbehaller: Ud fra tidligere beregninger over kapacitet i støbehallerne, kan den nuværende effekt, betonelementerne optager under hærdningsprocessen, beregnes: Σv = haaaa7 + haaaa9 + haaaa8 = 199,10mm 3 + 304,51mm 3 + 379,39mm 3 = 883mm 3 Σ mm 2 = 3,05mm (8 24mm) + 3,05mm (8 24mm) + 3,8 (12 16mm) = 1900,8mm 2 Først beregnes det effekttab, der forekommer under hærdningsprocessen. Her bruges varmeovergangstallet på bordet, temperaturforskellen under hærdningen og bordets areal: WW 13,22 PP tttttt = ββ bbbbbbbb Δ TT Σ mm 2 = KK mm2 (330,15KK 293,45KK) 1900,8mm2 = 922,22 1000 Nu beregnes den effekt, som den samlede volumen beton vil optage under hærdningsprocessen: PP kk = Σv ρρ bbbbbbbbbb cc Δ 883mm 3 2322,5 TT mm = 3 1,1 (330,15KK 293,45KK) KK Δ tt.kk 12tt 3600ss = 1916,42 1tt Det er tidligere nævnt, at hærdningsprocessen bliver tilført en mængde energi i form af egenvarme. Egenvarmen skal beregnes for at kunne finde den samlede effekt. Efter anvisning fra Lars Reimer, tilføres der egenvarme i form af 250 kj/kg i 10 37 ud af de 12 timer, hvor betonelementerne ligger i støbebordene: 37 Bilag 5.2.2 Side 22 af 49

PP eeeeeeee = ρρ cccccccccccc h eeeeeeeeeeeeeeeeee Σv Δ tt.eeeeeeeeeeeeeeeeee = 318,2 mm3 250 kkgg 883mm3 10tt 3600ss = 1951,19 1tt Ved at addere effekttabet, der forekommer under hærdningsprocessen, med den samlede kapacitet og herefter subtrahere egenvarmen, kan den samlede effekt i de nuværende støbehaller beregnes: Σ PP.7.9.8 = PP tttttt + PP kk PP eeeeeeee = (922,22 + 1916,42) 1951,19 = 887,45 Nu kendes den effekt, der optages i de nuværende støbehaller. Med implementering af en ny støbehal vil effektforbruget stige, og dette skal påvises og derfor beregnes. Dette gøres med samme fremgangsmåde som ved de nuværende støbehaller: Σvv 11 = 4mm (14 16mm) 0,6mm = 537,6mm 3 Σ mm 2 11 = 4mm (14 16mm) = 896mm 2 Først beregnes effekttabet: WW 13,22 PP tttttt = ββ bbbbbbbb Δ TT Σ mm 2 11 = KK mm2 (330,15KK 293,45KK) 896mm2 = 434,72 1000 Så beregnes den effekt, som den samlede volumen beton vil optage under hærdningsprocessen: PP kk = Σvv 11 ρρ bbbbbbbbbb cc Δ 537,6mm 3 2322,5 TT mm = 3 1,1 (330,15KK 293,45KK) KK Δ tt.kk 12tt 3600ss = 1166,78 1tt Ligesom i de foregående beregninger beregnes den effekt, hærdningsprocessen tilføres i form af egenvarme: Side 23 af 49

PP eeeeeeee = ρρ cccccccccccc h eeeeeeeeeeeeeeeeee Σvv 11 Δ tt.eeeeeeeeeeeeeeeeee = Den optagne effekt i den nye støbehal bliver derfor: 318,2 mm3 250 537,6mm3 10tt 3600ss = 1187,95 1tt Σ PP.11 = PP tttttt + PP kkaaaa PP eeeeeeee = (434,72 + 1166,78) 1187,95 = 413,55 Det samlede effektforbrug i de fire støbehaller kan nu beregnes, da både effektforbruget for de tre nuværende og den ny opførte støbehal kendes: Σ PP.7.9.8.11 = Σ PP.7.9.8 + Σ PP.11 = 887,45 + 413,55 = 1301 3.3 Sammenhold af beregninger I afsnittet om det nuværende kedelanlæg 38 blev den maksimale afgivne effekt kedel kan levere beregnet til 3.205 kw. For at kunne konkludere på hvorvidt kedelanlægget har en passende kapacitet til den nye produktion og for at kunne besvare projektet første hypotese, skal effekten fra kedelanlægget sammenholdes med den effekt, der optages i betonelementerne. I forrige afsnit blev det beregnet, at der maksimalt optages 1.301 kw, hvilket er en stigning på små 32 %. Dette medfører, at den samlede produktion ikke kommer til overstige kedlens maksimale produktionskapacitet af afgiven effekt: KKKKKKKKKKKKKKKKægg > PPPPPPPPPPPPPPPPPPPP 3205,34 > 1301 SSSSSSSSSS 3.4 Delkonklusion Ud fra beregningerne på virksomhedens kedelanlæg ses det, at der ved den nuværende produktion bliver tilført kedlen 898,33 kw. Maksimalt kan kedlen blive tilført 3663,24 kw, hvilket vil sige, at kedlen kun er belastet med 25 % af maksimal kapacitet. Dette er et tegn på, at kedlen er overdimensioneret til den nuværende produktion. Det kan derfor antages, at produktion af procesdamp til en ny støbehal vil kunne klares af det eksisterende kedelanlæg, da den samlede effekt, der skal tilføres den nye produktion stiger fra 887,45 kw 38 Side 16 afsnit 5.1.4 Side 24 af 49

med 413,55 kw til 1301 kw. Dette er en stigning på 32 % hvilket det nuværende kedelanlæg godt kan klare, da det maksimalt kan afgive 3205,34 kw. Antagelsen om at benytte det nuværende kedelanlæg skal afdækkes gennem beregninger i det følgende analyseafsnit. Projektets hypoteser kan nu undersøges. Det kan være et problem, at procesdampen kondenserer på tilløbet til den nye støbehal. Hvis det dampførende rør ikke isoleres tilstrækkeligt, kondenserer procesdampen til den nye støbehal, da denne er placeret med en større afstand fra kedelanlægget end de tre nuværende støbehaller. Kedelanlæggets virkningsgrad på 0,875 bør optimeres, da kedelanlægget ikke udnytter luftforvarmer eller economiser. Hvis det nuværende kedelanlæg bibeholdes, bør der lægges en plan over, hvordan kedelanlægget optimeres med henblik på at hæve virkningsgraden. Side 25 af 49

4. Damprør til ny støbehal Som det fremgår af problemstillingen, har Expan A/S ikke taget stilling til, hvordan den effektgivende damp skal transporteres til den nye støbehal. Fra virksomhedens side er det et krav, at procesdampen ikke kondenserer, når den skal leveres til den nye støbehal. Den forrige analyse omhandlede effektberegninger på kedelanlæg samt støbehallernes optagne effekt under hærdningsprocessen. Det blev beregnet, at den nyopførte støbehal ved maksimal produktion kan optage 413,55kW. Den samlede effekt, kedelanlægget kan afgive, blev beregnet til 3205 kw og sammenholdt med, hvad betonelementerne maksimalt kunne optage på 1301 kw. Det kunne herefter konkluderes, at kedelanlæggets effektkapacitet er tilstrækkelig. Den nyopførte støbehal er placeret på en afstand af 100 meter fra kedelanlægget, og dette giver problemer, da dampen ikke må kondensere undervejs til støbehallen. I dette afsnit vil der blive kigget nærmere på, hvordan effekten skal tilføres den nye støbehal uden procesdampen kondenserer. Hypotesen lyder: Ved at implementere et damprørssystem fra det nuværende kedelanlæg, der er isoleret med x millimeter isolering, kan der leveres effekt på minimum 413,55 kw uden procesdampen kondenserer. Som hypotesen beskriver, vil afsnittet omhandle implementering af damprørssystem samt isolering af disse, så virksomhedens krav om at procesdampen ikke kondenserer, opfyldes. Hvis Expan A/S vælger at udnytte det nuværende kedelanlæg til at forsynes den nye støbehal med effekt i form af procesdamp, vil dette medføre en længere transport af procesdampen, da den nye støbehal kommer til at ligge med større afstand til kedelanlægget end de nuværende støbehaller. I den forrige analyse er det beregnet, at den maksimale optagne effekt til produktion af betonelementer i den nye støbehal er på 413,55 kw. På trods af en isolering af damprørssystemet, vil der stadig opstå et effekttab i selve røret ved transport af damp til den nye støbehal. Effekttabet i røret skal beregnes for derefter at kunne beregne, hvor stor massestrømmen af procesdamp skal være til den nye støbehal, så der kan leveres en maksimal effekt på 413,55 kw. Side 26 af 49

De dampførende rør skal isoleres og for at finde ud af, hvor meget de skal isoleres for at undgå kondensering, skal en række parametre beregnes. Beregningerne forudsætter, at der laves en tunnel til de dampførende rør, som der også er gjort ved rørføringen til de nuværende støbehaller. Det skal bestemmes hvilket rør, der skal benyttes til den nye støbehal. Til de nuværende støbehaller benyttes damprør, som måler 0,11 meter i udvendig diameter og 0,1 meter i indvendig diameter. Der vælges tilsvarende mål til damprøret til den nye støbehal. Forskellen er længden af damprøret. Den nye støbehal er placeret i en afstand af 100 meter fra kedelanlægget, hvilket der også vil blive taget højde for i de følgende beregninger. Dampens varmeovergangstal skal først beregnes. For at beregne dampens varmeovergangstal, skal strømningshastigheden beregnes. Effekten til den nye støbehal kendes og er 413,55 kw, og desuden kendes entalpien på overhedet damp ud fra 2 bar og 130 og fødevandentalpien ud fra 100. Derfor kan massestrømmen af damp til den nye støbehal beregnes: h oo = 2726,9, h ff = 419,06, ΣPP 11 = 413,55 ΣPP 11 = mm dd.11 h oo h ff <=> mm dd.11 = ΣPP 11 h oo h ff = 413,55 2726,9 419,06 = 0,179 ss Volumen på overhedet damp kan aflæses i damptabellen 39, og volumenstrøm fra kedelanlægget kan nu beregnes: VV dd.11 = mm dd.11 VV oo = 0,179 ss mm3 mm3 0,9100 = 0,163 ss Damprørets indvendige diameter er bestemt til 0,1 meter. Damprørets areal kan derfor beregnes for derefter at finde strømningshastigheden i damprøret: AA = ππ 4 dddd2 = ππ 4 0,1mm2 = 0,00785mm 2 39 Tabel 3 Dennis Hansen damptabeller 3. udgave Side 27 af 49

VV dd.11 = AA vv <=> vv = VV dd.11 AA = 0,163 mm 3 ss 0,00785mm 2 = 20,76 mm ss Dampens varmeovergangstal kan nu beregnes. Til dette er der fundet hjælp i en tilnærmet formel fra en tysk lærebog, som faglig vejleder Erik Kyster har anbefalet. Bogen kan ses i bilag 40. Da formlen er tilnærmet, rundes resultatet op: WW αα ii = 2,325 + 10 vv = 2,325 + 10 20,76 = 47,89 ~ 48 mm 2 Nu kendes dampens varmeovergangstal. Næste parameter, der skal beregnes, er det effekttab, der bliver afsat i damprøret. Procesdampen, der tilføres den nye støbehal, ønskes at have en høj energimængde, så den ikke kondenserer. Derfor skal procesdampen som minimum holdes tørmættet på sin transportvej over til den nye støbehal. Entalpien holdes derfor imellem ho og h. Massestrømmen af damp er beregnet, og entalpien kan aflæses i damptabel ved 2 bar. Effekttabet afsat i damprøret kan nu beregnes: h oo = 2726,9, h = 2706,3 PP = mm dd.11 (h oo h ) = 0,179 ss 2726,9 2706,3 = 3,69kkWW Effekttabet, der afgives i damprøret, kendes nu. Den logaritmiske middeltemperaturdifferens beregnes nu, for senere at kunne beregne k værdien for damprøret. Temperaturen er sat til 20,3, som er temperaturen på betonen 41, der ligger i støbebordene. Temperaturen på overhedet damp er 130 grader, hvor temperaturen på tørmættet damp er 120,23. På figur 3 herunder ses et procesforløb for den logaritmiske middeltemperaturdifferens. 40 Bilag 6.1 41 Bilag 5.2.4 Side 28 af 49

FIGUR 3 tt mmmmmm = (130 20,3 ) = 109,7, tt mmmmmm = (120,23 20,3 ) = 99,93 Forskellen i den maksimale temperatur og den minimale temperatur er nu beregnet, og den logaritmiske middeltemperaturdifferens kan nu beregnes: tt.mmmmmm.llll = tt mmmmmm tt mmmmmm ln ( tt = mmmmmm tt ) mmmmmm 109,7 99,93 ln ( 109,7 99,93 ) = 104,74 Længen af den nye støbehal er som før nævnt 100 meter, og ud fra dette og de beregnede parametre omkring temperatur og afgivet effekt i damprør, kan krør værdien på damprøret udregnes: PP = kk rrørr ll tt.mmmmmm.llll <=> kk rrørr = PP ll tt.mmmmmm.llll = 3690WW 100mm 104,74 = 0,352 WW mm Alle parametre, der skal beregnes for at komme frem til, hvor meget damprøret skal isoleres, er nu beregnet. Til de videre beregninger er der rettet henvendelse Brødrene Dahl med henblik på oplysninger angående varmeovergangstal og varmledningstal på damprør. Sælgerne ved Brødrene Dahl havde efter deres eget udsagn ikke de rette kompetencer til at levere disse Side 29 af 49

oplysninger. Deres damprør bliver solgt efter en standard, og derfor kan de ikke oplyse om aktuelle værdier på damprørene. Derfor blev der rettet henvendelse til metodevejleder Erik Kyster, som anbefalede en beregningsopgave 42, der anvendes på maskinmesteruddannelsen. Denne opgave oplyser varmeovergangstal på rørets stål, og varmeledningstal på isolering fra Rockwool og rørets stål. Følgende data blev fundet: Indvendig diameter Udvendig diameter Udvendigt varmeovergangstal Dampens varmeovergangstal Stålets varmeledningstal Isoleringens varmeledningsstal dd ii = 0,1mm dd uu = 0,11mm WW αα uu = 10,5 mm 2 WW. αα ii = 48 mm 2 λλ ssssåll = 47 WW mm λλ iiiiii = 0,036 WW mm kk rrørr = 1 + ln dd uu αα ii dd ii dd ii ππ 1 + ln dd ssssssssss dd uu.iiiiii 1 1 uu.iiiiii = 0,199mm + 2 λλ ssssåll 2 λλ iiiiii αα uu dd uu.iiiiii dd uu IIIIII llllll = dd uu.iiiiii dd uu = 0,199mm 0,110mm = 0,089mm~8,9cccc I formlen for krør isoleres den udvendige diameter på isoleringen, da dette er den eneste ubekendte faktor i formlen. Herefter beregnes isoleringslagets tykkelse. Resultatet viser at røret skal beklædes med 8,9 cm isolering for at undgå kondensering af dampen. 4.1 Massestrøm af damp til den nye hal Det blev nævnt i indledningen til afsnittet, at massestrømmen til den nye støbehal skal beregnes. Ud fra strømningshastigheden i røret blev massestrømmen til den nye støbehal beregnet til 0,179 kg/s. Det kunne beregnes, at der fremkommer et effekttab på 3,69 kw i 42 Bilag 6.2 Side 30 af 49

damprøret under transporten til den nye støbehal. Den samlede effekt til den nye støbehal er beregnet til at skulle være 413,55 kw. Effekttabet i røret kan bevirke, at massestrømmen af damp skal forøges, hvilket vil blive beregnet i dette afsnit. Det skal derfor kontrolleres, om massestrømmen på 0,179 kg/s er tilstrækkelig for at kunne levere procesdamp, der ikke kondenserer undervejs. På figur 4 herunder er dette illustreret. På ht-diagrammet ses det, at dampen skal holdes på mellem ho og h på sin vej til den nye støbehal. Her afgives effekt på 3,69 kw. Når procesdampen er tilløbet den nye støbehal, skal der bruges 413,55 kw til at hærde betonelementerne ved maksimal produktion. Som tidligere nævnt er det et krav, at procesdampen ikke kondenserer. Derfor skal den holdes inden for h og h for ikke at kondensere. Hvis dampens varmemængde falder uden for grænsekurven til venstre i diagrammet, går dampen fra at være vådmættet til at være i væskeform, og dette ønsker virksomheden ikke. FIGUR 4 Ud fra trykket på 2 bar, er h og h aflæst i damptabel. h = 504,7, h = 2706,3, PP 11 = 413,55 PP 11 = mm 11.nnnn (h h ) <=> mm 11.nnnn = PP 11 (h h ) = 413,55 2706,3 504,7 = 0,188 ss Side 31 af 49

Det ses, at massestrømmen skal øges fra 0,179 kilogram i sekundet til 0,188 for at dampen holdes inden for grænsekurven i ht-diagrammet, og derved ikke kondenserer. 4.2 Delkonklusion Det kan ud fra beregninger i afsnittet herover konkluderes, at det nuværende kedelanlæg kan levere en effektforøgelse på 413,55 kw ved at implementere et damprørssystem. Det er endvidere beregnet, at damprørene skal isoleres med minimum 8,9 cm isolering for at undgå kondensering af dampen. Det anbefales dog, at rørene isoleres med minimum 10 cm isolering, da isolering ikke er så bekosteligt som det varmetab, der eventuelt vil fremkomme ved for lidt isolering. Massestrømmen af damp til den nye støbehal skal opjusteres en smule i forhold til den første beregning. I afsnittet blev den aktuelle massestrøm beregnet til 0,188 kilogram i sekundet. Side 32 af 49

5. Separat kedelanlæg til ny støbehal I forrige afsnit blev den første hypotese bekræftet, da dampen kan leveres med et isoleret damprørssystem. Dette afsnit omhandler alternativet i den anden hypotese. Hypotesen til afsnittet er følgende: Ved at implementere et nyt og separat kedelanlæg i den nye støbehal, som er tilpasset behovet for effekt på minimum 413,55 kw, kan der leveres effekt til den nye støbehal uden kondensering af procesdampen. Som hypotesen beskriver, vil det blive analyseret, om der ville kunne implementeres et separat kedelanlæg til den nye støbehal, som ville kunne levere den fornødne effekt uden kondensering af procesdampen. Analysen bygger på indsamlet data og beregninger på et nyt kedelanlæg. En virkningsgrad på det nye kedelanlæg skal beregnes for at kunne sammenholde det med virkningsgraden på virksomhedens nuværende kedelanlæg. Der skal i afsnittet ses nærmere på reglerne om implementering af et nyt kedelanlæg i forbindelse med en nyopført støbehal. Med anbefaling fra tekniker Leif Petersen fra Weishaupt A/S er der rettet henvendelse til Danstoker A/S med henblik på at beregne virkningsgraden på en ny kedel. Svend Bjerrum Jensen, civilingeniør og teknisk designmedarbejder ved Danstoker A/S har været behjælpelig med spørgsmål angående de tekniske aspekter for den valgte kedel. Til beregning af virkningsgraden tages der udgangspunkt i en lavtrykskedel fra Danstoker A/S. Ud fra tekniske data på naturgas 43 og et datablad på kedlen 44 kan røggastabet beregnes. I databladet fra Danstoker A/S vælges type 1 på 465 kw, da dette findes passende til den maksimale produktion på 413,55 kw. Det ses, at røggastemperaturen på en sådan kedel vil være på 230, og dette er uden economiser. Under samtale med Svend fra Danstoker A/S er det oplyst, at røggassen kan udnyttes ned til 140. Effektbesparelsen er minimal under denne temperatur, og derfor bør temperaturen ikke sænkes yderligere. Følgende beregninger viser, hvordan virkningsgraden vil være med og uden economiser. 43 Naturgasfakta.dk se litteraturliste 44 Bilag 7.1 Side 33 af 49

Data for naturgas er på hjemmesiden naturgasfakta.dk, og data for atmosfærisk luft er fundet i mekanisk fysik og varmelære: VV llllllll = 10,3 mm nn 3 llllllll mm nn 3 gggggg, MM gggggg = 18 gg mmmmmm, MM llllllll = 29 gg mmmmmm For at kunne beregne røggastabet skal massen af røggas beregnes. Først findes massen af gas, herefter findes massen af luft, hvorefter summen af de to er massen af røg. De ovennævnte data for naturgas og atmosfærisk luft benyttes i følgende beregning: mm gggggg = pp VV gggggg MM gggggg TT RR 1,013 10 5 PPPP 1 mm nn 3 3 mm 18 gg = nn mmmmmm JJ 273,15KK 8,314 mmmmmm KK = 0,8029 mm nn 3 mm llllllll = pp VV llllllll MM llllllll TT RR 1,013 10 5 PPPP 10,3 mm nn 3 3 mm 29 gg = nn mmmmmm JJ 273,15KK 8,314 mmmmmm KK = 13,324 mm nn 3 mm rrøgg = mm gggggg + mm llllllll = 0,8029 3 + 13,324 3 = 14,127 3 mm nn mm nn mm nn Ud fra ovennævnte beregnede masse på luft og gas kan det teoretiske luftforbrug beregnes: LL mmmmmm = mm 13,324 3 llllllll mm = nn llllllll mm gggggg 0,8029 = 16,59 gggggg 3 mm nn For at kunne beregne effekten, der afsættes i røggassen, antages følgende: QQ rr = mm rr tt rr cc rr mm ll tt ll cc ll mm bb tt bb cc bb mm rr = mm ll + mm bb mm ll = mm bb LL mmmmmm λλ Ved at substituere fås følgende: QQ rr = mm bb [LL mmmmmm λλ (tt rr cc rr tt ll cc ll ) + (tt rr cc rr tt bb cc bb )] Massen af brændsel er den beregnede masse af gas. Det teoretiske luftforbrug er beregnet til 16,59. Luftoverskudskoefficienten er fastsat til 1,05 efter kompendium Side 34 af 49

Gasforbrænding 45. Temperaturen på røggassen er den aflæste værdi i databladet fra Danstoker 46. Temperatur på luften er antaget til 20, og på naturgassen antages den til 10. Den specifikke varmekapacitet på røg, luft og naturgas er fastsat til henholdsvis 1,03, 1 og 2.04: QQ rr = mm bb [LL mmmmmm λλ (tt rr cc rr tt ll cc ll ) + (tt rr cc rr tt bb cc bb )] = 0,8029 mm nn 3 RRRR tttttt = 16,59 1,05 230 1,03 20 1 + 230 1,03 10 2,04 = 3207,42 3 mm nn ss QQ rr VV gggggg h ii = 1 mm nn 3 ss ~3207,42 3207,42 39600 mm nn 3 = 0,081~8,0% Ud fra beregning af den effekt røggassen afgiver, kan det ses, at røggastabet er 8 % af den tilførte effekt. Svend fra Danstoker A/S udtaler, at stråle- og ledningstabet på deres lavtrykskedler kan fastsættes til en kvart procentdel. Ud fra dette udsagn og det beregnede røggastab kan kedlens virkningsgrad uden economiser nu beregnes: Σ tttttt = RRRR tttttt + ssssssållll, llllllllllllllllttaaaa = 8,1% + 0,25% = 8,35% ηη kk = 100 8,35 = 91,65~92% Det ses, at kedlen vil have en virkningsgrad på 92 %, hvilket er bedre end virksomhedens nuværende kedelanlæg, der har en virkningsgrad på 87,5%. 5.1 Nyt kedelanlæg med economiser I dette afsnit beregnes virkningsgraden for en ny kedel med tilknyttet economiser til forvarmning af fødevand. I forrige afsnit nævnes Svend fra Danstokers udtalelse om, at man ikke bør gå under 140 ved udnyttelse af røggastemperaturen. Nu skal det beregnes, hvordan dette vil påvirke 45 Se Litteraturliste 46 Bilag 7.1 Side 35 af 49

virkningsgraden. Den substituerede formel fra tidligere anvendes igen, men denne gang med 140 som røggastemperatur og samme fremgangsmåde: QQ rr.nnnn = mm bb LL mmmmmm λλ tt rr.nnnn cc rr tt ll cc ll + tt rr.nnnn cc rr tt bb cc bb = 0,8029 mm nn 3 RRRR tttttt.nnnn = 16,59 1,05 140 1,03 kkgg 20 1 + 140 1,03 10 2,04 QQ rr.nnnn VV gggggg h ii = = 1836,47 1 mm nn 3 ss 1836,47 39600 mm nn 3 = 0,04638~4,6% Σ tttttt.nnnn = RRRR tttttt.nnnn + ssssssållll, llllllllllllllllllllll = 4,6% + 0,25% = 4,85% ηη kk = 100 4,85 = 95,15~95% Det ses, at der er en 3 % bedre udnyttelse af den samlede virkningsgrad med en economiser. Dette skal tages i betragtning ved valg af kedeldesign. Det er altså muligt at få en kedel, der opfylder kravet om minimum at kunne levere effekt på 413,55 kw. Dermed er første del af 2. hypotese afdækket. Som det nævnes i hypotesen, er det et krav, at procesdampen ikke kondenserer. Kedelanlægget er placeret ved den nye hal, og dette vil ikke give problemer, hvis kedelanlægget kan levere overhedet damp. Hvis den nye kedel kan levere overhedet damp, som det nuværende kedelanlæg gør, vil det ikke give problemer, da bordene i støbehallerne er isolerede, og transportvejen for procesdampen er meget kort. Den valgte lavtrykskedel til den nye støbehal kan godt levere overhedet damp. Svend Bjerrum Jensen fra Danstoker A/S udtaler, at man ved bestilling af kedelanlæg beskriver, hvilke krav kedelanlægget skal kunne opfylde. Kedelanlægget bygges herefter med overheder, hvis dette ønskes. Side 36 af 49

Det er ovenover beregnet, at en economiser tilknyttet fødevandet kunne være en måde at forbedre virkningsgraden på. Hvis det besluttes at benytte et nyt separat kedelanlæg til at forsyne den nye støbehal med effekt, skal både overheder og economiser inkluderes. 5.2 Regler for fyrrum Det nævnes i indledningen af dette afsnit, at det skal undersøges hvilke regler, der gælder for implementering af et kedelanlæg i forbindelse med en nyopført bygning. Som udgangspunkt er der rettet henvendelse til Sikkerhedsstyrelsen, som henviser til gasreglementet. I gasreglementets afsnit B-4, kapitel 1, afsnit 1.1.4, punkt 6 står der følgende: For rent bygningsmæssige forhold til opstillingsrummet for det gasforbrugende udstyr henvises tillige til Bygningsreglementet. Som foreskrevet i gasreglementet undersøges bygningsreglementet. På hjemmesiden bygningsreglementet.dk står der på forsiden: Hvis du har spørgsmål til byggeloven eller bygningsreglementet, skal du kontakte din kommune. På hjemmesiden kan der endvidere hentes information om reglerne for fyringsanlæg. I bygningsreglementet afsnit 8. Installationer, afsnit 8.5 Fyringsanlæg og aftrækssystemer, afsnit 8.5.1 Fyringsanlæg ses de generelle regler for fyringsanlæg. Under afsnittet 8.5.1.6 Fyringsanlæg til erhvervsmæssig brug samt særlige biobrændselsfyrede anlæg står følgende: Kommunalbestyrelsen kan stille særlige krav til fyringsanlæg m.m., der benyttes erhvervsmæssigt, samt til halmfyringsanlæg og særlige biobrændselsfyrede centralvarmekedler. Det kan hermed konkluderes, at bygningsreglementet har tildelt beføjelse til kommunen med hensyn til at opstille særlige krav angående fyringsanlæg. Derfor er der rettet henvendelse til Vejen Kommune, hvor der er taget kontakt til teknisk afdeling, byggekonstruktør og byggesagsbehandler Morten Gottschalk. Morten Gottschalk informerede om, at der er brandtekniske aspekter, som skal overholdes ved implementering af fyrrum. Desuden skal kommunen sammen med fagfolk vurdere om løsningen er Side 37 af 49