Oljeförbränning och kylning - är det verkligen nödvändigt? : Effektivisering av spillvärmeanvändning inom LKAB:s fjärrvärmesystem i Kiruna

Autor:	Marklund, Emma
Jazyk:	švédština
Rok vydání:	2020
Předmět:	Fjärrvärmesystem Energieffektivisering Spillvärme Industriellt fjärrvärmesystem Fjärrvärmenät Industriellt fjärrvärmenät LKAB Stålindustri Värmeväxlare Energy Engineering Energiteknik
Druh dokumentu:	Text
Popis:	På LKAB:s anläggning i Kiruna finns det tre kulsinterverk med tillhörande avgaspannor som tar tillvara på värmen i avgaserna från kulsinterverken. Dessa avgaspannor är huvudproducenterna av värme i det interna fjärrvärmesystemet som består av åtta olika flödeskretsar som är sammankopplade med värmeväxlare. För att balansera värmeproduktionen i systemet mot konsumtionen finns det oljepannor utplacerade i systemet som förbränner olja när det finns för lite tillgång på värme från avgaspannorna. Vid de tillfällen då värmeproduktionen är för hög i avgaspannorna finns det möjlighet att kyla bort överskottet mot ett klarvattensystem via tre kylvärmeväxlare som är placerade på flödeskretsarna i direkt anslutning till respektive avgaspanna. På grund av komplexiteten i systemet förekommer det att värme kyls bort i kylvärmeväxlarna samtidigt som det förbränns olja i systemet. Målet med examensarbetet är att finna åtgärder som kan minska mängden olja som förbränns samtidigt som det kyls bort värme från avgaspannorna. På grund av komplexiteten i systemet undersöks endast de tre flödeskretsarna i direkt anslutning till avgaspannorna samt deras koppling mot resterande system. Detta medför att antagandet gjordes att det inte finns några andra begränsningar som påverkar möjligheten att överföra värmen från avgaspannornas fjärrvärmeväxlare till förbrukarna i nätet. För att analysera problemet har timvärden för alla relevanta givare i systemet analyserats för 2018. Den onödiga oljeförbränning som sker samtidigt som det kyls bort värme har tagits fram genom att jämföra mängden som förbränns i hela systemet med summan av den värme som kylts bort vid samma tidpunkt i de tre kylvärmeväxlarna. I början av arbetet framkom att det finns en styrning som är kopplad mot avgaspanna 4 (AP4) som ser till att en del av värmen alltid kyls av mot kylvärmeväxlaren för att säkerställa temperaturen i klarvattensystemet. Enligt uppgift från LKAB gjordes antagandet i detta examensarbete att denna extra tillförsel av värme inte är nödvändig och antas därför vara möjlig att nyttja i fjärrvärmesystemet. Vidare påträffades flödesbegränsningar på sekundärsidan av fjärrvärmeväxlarna. Dessa var en del i styrningen av fjärrvärmeuttaget från avgaspannorna men analys visade att begränsningen hade bidragit till att öka oljeförbränningen i systemet genom att minska möjligheten till uttag av spillvärme. Under 2018 förbrändes 12,03 GWh olja samtidigt som värme kyldes bort från avgaspannorna, vilket motsvarar 67% av den totala oljeförbränningen under samma år. Om den avsiktliga bortkylningen skulle upphöra från AP4 skulle detta kunna minska till 10,75 GWh för 2018. Justering av flödesbegränsningarna som är angivna för fjärrvärmeväxlarnas sekundärflöden får en större betydelse. Om dessa skulle höjas från 320 m3/h till 380 m3/h för avgaspanna 2 och från 480 m3/h respektive 350 m3/h till 530 m3/h för avgaspanna 3 respektive 4 skulle den onödiga oljeförbränningen kunna minska till 5,75 GWh under 2018. Kombineras de två åtgärderna skulle det resultera i att endast 4,96 GWh olja skulle förbrännas under 2018 samtidigt som det kyls bort värme. At LKAB's site in Kiruna, there are three pellet plants with associated systems for heat recovery that take advantage of the heat in the exhaust gases from the pellet plants. These three heat recovery systems are the main producers of heat for the internal district heating system, which consists of eight different flow circuits connected with heat exchangers. To balance the production of district heating in the system against the consumption, there are oil boilers placed in the system. These burn oil when there is too little heat available from the heat recovery system. On occasions when there is too much heat available at the heat recovery system, is it possible to cool off some heat to the process water system using three cooling heat exchangers. This heat exchangers are directly connected to the flow circuits close to each heat recovery system. Due to the complexity of the system operating situations sometimes occur where heat is cooled away to the process water at the same time as it is burning oil in the district heating system. The aim of the thesis is to find measures that can reduce the amount of oil burned while cooling heat from the heat recovery system. Due to the complexity of the system, only the three flow circuits closest connected to the heat recovery systems will be analyzed. Therefore the assumption was made that there are no other restrictions affecting the possibilities of transferring the heat from the district heating heat exchangers connected to the heat recovery systems to the consumers in the grid. To analyze the problem values for each hour during 2018 have been used for all relevant sensors in the system. The unnecessary oil combustion that has occurred while heat has been cooled off to the process water system has been defined by comparing the amount of oil combustion in the entire system during that time with the sum of the heat that cools of at the same time in the three cooling heat exchangers. At the beginning of the work, it was revealed that there is a control coupled to the flow circuit closest to pellet plant 4 which ensures that part of the heat always cools against the cooling heat exchanger, to ensure temperatures in the process water system. According to information from LKAB, an assumption is made that this heat can be used in the district heating system instead. It was also found flow restrictions on the secondary side of the three district heat exchangers. These restrictions were part of the control of the district heating outlet from the three flow circuits, but analysis showed that these limitations had caused an increase in the oil combustion by reducing the possibilities for extraction of waste heat. In 2018, combustion of oil produced 12.03 GWh heat at the same time as heat was cooled off from the heat recovery system, which corresponds to 67% of total oil combustion during the same year. If the intentional cooling to the process water system from pellet plant 4 ceased, this could be reduced to 10.75 GWh for 2018. Adjustments of the flow restrictions specified for the secondary side of the three district heat exchangers resulted in greater improvements. If these were raised from 320 m3/h to 380 m3/h for pellet plant 2 and from 480 m3/h and 350 m3/h to 530 m3/h for pellet plant 3 and 4, respectively, the unnecessary oil combustion could decrease to 5.75 GWh in 2018. Combining the two measures would result in only 4.96 GWh of oil being burned in 2018 while cooling heat to the process water.
Databáze:	Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz:	http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:ltu:diva-79853 Zobrazit plný text záznamu