Produktionsoptimering av Örtoftaverket med hjälp av en termodynamisk beräkningsmodell

Abstract (Swedish)

Examensarbetet har utförts för att besvara ett antal frågeställningar från Kraftringen angående produktionsoptimeringen för deras kraftvärmeverk, Örtoftaverket. Två av frågorna som kraftringen ville få svar på var (1) vilken admissionsdata (tryck och temperatur på ångan ut från pannan) är optimal för att få ut maximal eleffekt för ett givet ångflöde? (2) Vilken eleffektökning fås vid stängning av avtappningarna till högtrycksförvärmarna?
För att kunna besvara dessa frågor byggdes en termodynamisk beräkningsmodell i Microsoft Excel. Modellen bygger på energibalanser för värmeväxlare, ångturbin och verkningsgradsberäkningar för ångturbin.
Resultatet av testerna med modellen visar på att ändrade admissionsdata ger en högre effekt för vissa ångflöden. För ångflödet 30 kg/s fås en eleffektökning på 120 kW om admissionsdatan ändras från 540 °C och 110 bar till 540 °C och 90 bar.
Vid stängning av avtappningarna till högtrycksförvärmarna ökade eleffekten för samtliga ångflöden. Ökningen blev 3,5 - 4 procent.
Varför eleffekten ökar när admissionstrycket sänks beror på minskade strypförluster i reglerventilerna vid turbininloppet.
Anledningen till att eleffekten ökar när avtappningarna till högtrycksförvärmarna stängs är att mer massflöde strömmar genom turbinen.

Popular Abstract (Swedish)

Örtoftaverkets produktionsavdelning hade ett antal frågeställningar kring produktionsoptimering av deras ångcykel, vilka behövde utredas. En av sakerna de ville ha utrett var om tryck och temperatur på ångan in i turbinen kunde ändras från dagens 112 bar och 540 °C till andra värden för att få ut mer effekt ur turbinen. För att testa detta byggdes en termodynamisk beräkningsmodell i Excel. Med hjälp av modellen kunde jag få fram resultat som visade på att det i flera fall var fördelaktigt att sänka trycket på ångan.
Varför var trycksänkningen bra för turbineffekten? Jo, eftersom reglerventilerna i turbininloppet inte behövde strypa lika mycket för ett givet ångflöde. Detta gjorde i sin tur att en högre turbinverkningsgrad erhölls och därför gick effekten upp.
Beräkningsmodellen bygger på energibalanser kring de olika komponenterna. Komponenterna är: panna, turbin, värmeväxlare, pumpar och ventiler. Från energibalanserna har sedan exempelvis massflöde kunnat räknas fram för olika delar av cykeln. En hel del av ekvationerna är olinjära och skulle ta lång tid att räkna för hand. Därför har Excel ett inbyggt kraftigt beräkningsverktyg som kallas problemlösaren. Denna löser på ett snabbt och smidigt sätt ekvationssystemet för cykeln när man ändrar olika parametrar, så som ångflöde och fjärrvärmetemperatur.
Modellen är tänkt att kunna användas som en del i produktionsoptimeringen av Örtoftaverket. Användaren ska i denna kunna gå in och ändra ångflöde och fjärrvärmetemperatur och på så sätt få fram hur eleffekt och fjärrvärmeeffekt påverkas. Man kan då prediktera hur mycket effekt som kan plockas ut ur turbinen respektive fjärrvärmekondensorerna.
Sverige har som mål att vara fossilfritt år 2020 och de biobränsleeldade kraftvärmeverk som finns i Sverige idag har byggts för att ersätta fossila bränslen och bidra till dessa klimatmål. Då är det viktigt att optimera verken så att de används på bästa sätt. En beräkningsmodell av denna typ borde därför vara högintressant för energibolagen som äger kraftvärmeverken.

• author: Öhlund, Daniel
• supervisor: Marcus Thern
• organization: Department of Energy Sciences
• course: MVK920 20151
• year: 2016
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: entalpi, temperatur, förlust, tryck, effekt, reglersteg, verkningsgrad, fjärrvärme, pump, ventil, panna, turbin
• report number: ISRN LUTMDN/TMHP-15/5359
• ISSN: 0282-1990
• language: Swedish
• id: 8598828
• date added to LUP: 2016-02-05 16:29:01
• date last changed: 2016-02-05 16:29:01