Energy Manager. Fatale Stoomcursus Willy Somers INDEA

Transcriptie

1 Energy Manager Fatale Stoomcursus Willy Somers INDEA 1 Fatale Stoomcursus De omgekeerde denkwijze: Steeds vertrekken van procesanalyse/behoefte: is er absoluut (fataal) stoom nodig om te voldoen aan de warmtebehoefte? Kan aan de warmtebehoefte voldaan worden met recuperatiewarmte, met een energetisch betere en goedkopere voorziening? Kan voor de fatale stoombehoefte beroep gedaan worden op afvalwarmte? Rookgassen van een gas- of dieselmotor (stoomproductie tot 25 bar en 340 C is mogelijk). Damprecompressie? Evaporative cooling op een oven? 2

2 Boek Het Ketelhuis Aangeboden Door Amelior En INDEA 3 Inhoud Fatale Stoomcursus Denken in fatale stoom: eenheden, wat is stoom, waarom stoom, vuistregels Het ketelhuis: apparatuur Energie- en Massabalans met BBT maatregelen en Europese normen rendement Wetgeving: BBT, Energieplan, Energiestudie, rendement 4

3 Wat is centrale warmteproductie? 1. Opwarmen van een fluidum: water, stoom, thermisch olie tot gewenste temperatuur in een ketelhuis 2. Transport van heet fluidum naar warmtetoepassing 3. Geheel of gedeeltelijke terugvoer van het fluidum naar het ketelhuis 5 Warmtevoerende fluida Warmwater: gesloten systeem tot 100 C Oververhit water: gesloten systeem onder druk tot 15 bar tot 180 C Thermische olie: gesloten systeem met lage druk 2 bar en hoge temperaturen tot 350 C Stoom: verzadigde of oververhitte stoom tot 40 bar 6

4 Wat is stoom? Pg 257 Voorbeeld: de fluitketel Natte verzadigde stoom Droge verzadigde stoom Oververhitte stoom 7 Waarom stoom? Warmteuitwisselingscoëfficient met droge verzadigde stoom is maximaal: 10 à 100 kw/m² C De warmteuitwisseling gebeurt bij constante temperatuur Oververhitte stoom wordt gebruikt voor aandrijven van stoomturbines 8

5 Thermodynamische eigenschappen van verzadigde stoom Voelbare warmte: om water bij een bepaalde druk op kooktemperatuur te brengen Verdampingswarmte om bij constante temperatuur van de vloeistoffase naar de verzadigde dampfase over te gaan Druk en temperatuur van verzadigde stoom zijn aan elkaar verbonden: een éénvoudigde drukregeling regelt ook exact de temperatuur. 9 Enkele belangrijke vaststellingen Temperatuur van verzadigde stoom neemt toe als de druk stijgt. De totale warmteinhoud van de stoom verandert weinig met toename van de temperatuur (en dus ook toename van de druk). De verdampingswarmte daalt naarmate de voelbare warmte stijgt. Vermits enkel de verdampingswarmte wordt benut bij de warmtegebruiker moet bij zo laag mogelijke druk stoom geproduceerd en getransporteerd worden om zoveel mogelijk warmte te benutten. 10

6 De stoomtabel pg Stoom en veiligheid 19 juli 2007: ondergrondse stoompijp 12

7 Stille getuigen 13 Denken in fatale stoom Eenheden Vuistregels - Energiefacturen omrekenen naar primaire energie - 1 kwh = 3600 kj - Wat is een PJp en TJp? - gasmeter Bm³ naar Nm³ (pg 324) - Pg 328 boek Ketelhuis - Vuistregel temperatuur verzadigde stoom uit stoomdruk - De aardgasprijs op uw factuur per MWh is de energieprijs voor 1 ton stoom. - Verlagen 02 brander met 2% is 1 % beter rendement - Rookgastemperatuur verlagen met 20 C is 1% beter rendement 14

8 Griekse les: wat is een TJ, PJprimair? Alle energievectoren omrekenen naar CO2! Vergrotende voorvoegsels voorvoegsel symbool factor Verkleinende voorvoegsels voorvoegsel symbool factor yotta Y deci d 10-1 zetta Z centi c 10-2 exa E milli m 10-3 peta P micro µ 10-6 tera T nano n 10-9 giga G 10 9 pico p mega M 10 6 femto f kilo k 10 3 atto a hecto h 10 2 zepto z deca da 10 1 yocto y Wat betekenen nu die Tera en Peta Joules? 0,1 PJ 10 TJ = 0,1 / 3600 PWh = MWh = 10 / 3600 TWh = MWh Cijfers wetgeving: primaire energieverbruiken! Elektriciteitsverbruik omrekenen: /0,4 SGS

9 Inhoud Fatale Stoomcursus Denken in fatale stoom: eenheden, wat is stoom, waarom stoom, vuistregels Het ketelhuis: apparatuur Energie- en Massabalans met BBT maatregelen en Europese normen rendement Wetgeving: BBT, Energieplan, Energiestudie, rendement 17 Het volledige stoomnet 18

10 Het ketelhuis 19 Ketelhuisapparatuur Stoomketel of recuperatieketel Brander en brandstoffen Voedingswaterpomp Ketelspui Ontgasser of voedingswatertank? Met nakoeler? Ontharder of Demin? Economiser LUVO Rookgascondensor Condensaat/Spui flashstoom Leidingdiameter stoom en condensaat berekenen 20

11 Stoomketel of recuperatieketel procesanalyse maken voor benutten afvalwarmte damprecompressie soorten stoomketels en recuperatieketels 21 Ketelrendement functie van werkdruk Ketelrendement: - rookgasverliezen - stralings- convectieverlies - spuiverlies Ketelrendement functie van: - werkdruk - ketelbelasting 22

12 Input Output rendement stoomketel 23 Brander en brandstoffen Ventilatorbranders met frequentieregeling Luchtvoorverwarming bij monobloc en duobloc Calorische onderwaarde en bovenwaarde Aardgas Gasolie Andere brandstoffen 24

13 Ventilatorbrander Low NOx Low NOx aardgasbranders Low NOx gasoliebranders 25 Calorische onderwaarde en bovenwaarde pg 82 Het calorisch vermogen is de hoeveelheid warmte die vrijkomt bij de volledige verbranding van een volumeeenheid brandstof. Het calorisch vermogen wordt onderwaarde genoemd wanneer de gevormde hoeveelheid water in de dampfase blijft en met de rookgassen wordt afgevoerd. In België wordt rendement uitgedrukt met de calorische onderwaarde als referentie: daarom rendementen hoger dan 100% bij condensatieketels. Het Calorisch vermogen wordt bovenwaarde genoemd wanneer de gevormde waterdamp condenseert tot water en de afgestane warmte wordt benut. Voor aardgas is de verplichte Europese omrekeningsfactor 0,903 (11%) 26

14 Gasolielevering:temperatuurscorrectie! Relatieve dichtheid Basiscorrectie voor 1 C meer of minder van 0,600 tot 0,700 0,00090 van 0,700 tot 0,800 0,00080 van 0,800 tot 0,840 0,00075 van 0,840 tot 0,880 0,00070 van 0,880 tot 0,920 0,00065 van 0,920 tot 1,000 0, Brandstoftabel 28

15 Voedingswaterpomp Berekening opgenomen vermogen: vuistregel pg 329. Spiraalketels hebben een veel hoger opgenomen vermogen door de grote waterzijdige weerstand van de spiraal. Frequentiesturing 29 Opgenomen vermogen voedingswaterpomp Vuistregel: Delta P(bar) x Q (m³/h) x 2,72/η 30

16 Waarom spuien? Pg 173 Droge stoom bevat geen opgeloste zouten. Daarom gaan de zouten die zich in het suppletiewater bevinden zich concentreren in het ketelwater en slib vormen. Dit slib is zeer nadelig voor de warmteoverdracht in de ketel. Bij vorming van ketelsteen stoken wij de ketel kapot! Daarom is er een bodemspui voorzien om dit slib weg te spuien uit de ketel. Te hoge zoutbelasting in de ketel veroorzaakt natte stoom met slechte warmteoverdracht en corrosie in stoomnet tot gevolg. 31 Ketelspui Spui op geleidbaarheid: als spuiwarmte niet wordt benut kan tot 5% van de brandstofenergie naar riool afgevoerd worden. Automatische bodemspui Er is geen spui bij gesloten systemen en er is nauwelijks spui bij osmose. stoomproductie kg/h % retourcondensaat 30 % retourcondensaat kg/h suppletie kg/h spuiberekening: stoomkwaliteit 99,50 % % vocht in stoom 0,50 % max. geleidbaarheid ketel 2 ms/cm geleidbaarheid suppletie 40 µs/cm geleidbaarheid na osmose 40 µs/cm spui is: 93 kg/h 32

17 Ontgasser of voedingswatertank wanneer een thermische ontgasser? halfgesloten systeem met condensaatdruktank en directe terugvoer naar de stoomketel? wanneer een voedingswatertank? aparte condensaattank? 33 Ontharder of Demin? Ontharder met ionenwisselaar Demin met kation en anion ionenwisselaar Omgekeerde osmose 34

18 Waterbehandeling Aanpassen van de waterkwaliteit met chemicaliën voor vermijden van kalkaanslag en corrosie. 35 Economiser altijd te voorzien? rendementsberekening modulerende waterregeling bypass noodzakelijk? 36

19 Stoomketel met economiser 37 Rendement ketel en eco functie van werkdruk Rendement stoomketel met eco: -Functie van werkdruk -Functie van de belasting -Functie van de voedingswatertemperatuur Beoordeling efficiëncy van eco: Op pinch rookgas t -voedingswater t 38

20 LUVO Voorverwarmen verbrandingslucht enkel bij nieuwbouw? - 40 C bij monoblok brander C bij duoblokbrander Rendementsbepaling 39 Rookgascondensor Gelijktijdigheid noodzakelijk of andere koude bronnen? Rendementsberekening Herwinnen condensaat uit condensor? 40

21 Herwinnen water uit condensor? ENTHALPIE BILAN MET CONDENSATIE Enthalpie [kj] [%COW] H (Ekofisk 99) Droge rookgassen 9,94 m³(n) O2 = 2,09% CO2 = 10,83% 330 kj 0,88 % Waterdamp 0,267 kg 0,32 m³(n) 680 kj 1,82 % Gas(CBW) kj 110,66 % 1164 kj 3,12 % Trookgas = 25 C Gas(COW) = kj 1 m³(n) Tdauwpt = 57,3 C Condensaat = 1,465 kg 153 kj 0,41 % Vochtige lucht (7.2gH2O/kg lucht) Luchtovermaat = 10 % 11,04 m³(n) 20 C 545 kj 1,46 % Nuttige warmte kj 109,00 % RENDEMENT [%COW] tot IN kj 112,12 % tot OUT kj 112,12 % 10% suppletiewater kan ingevuld worden met condens 41 Warmterecuperatie op rookgassen 42

22 Warmterecuperatie op rookgassen 43 Rookgascondensor voor proces warmwater 44

23 Fenomeen Flashstoom berekening flashstoom uit spui of condensaat vuistregel pg 328: delta temperatuur voor en na condenspot *0,2 = % flash flash op spuiwater flash condensaat 45 Flashstoom uit spui 46

24 Flash stoom en restwarmte uit spui 47 Flashstoom uit condensaat 48

25 Leidingdiameter stoom en condensaat tabel met snelheden in leidingen Medium Functie Snelheid in m/sec Stoom tot 3 bar steeds berekenen op volume m³! Stoom Stoom 3-10 bar bar Vuistregel diameter condensaatleiding is groter dan stoomleiding Condensaatleiding verdronken * ontspanningsstoom ** Voedingswater zuigleiding *** 0,5-1 persleiding 2 Water drinkwater 0,6 koelwater 2 Lucht perslucht Schoorsteen Berekening schoorsteenhoogte Berekening schoorsteendiameter Bepalen van meetpunt Afvoer condensaat Materiaalkeuze 50

26 Condensaat kwaliteitscontrole 51 Inhoud Fatale Stoomcursus Denken in fatale stoom: eenheden, wat is stoom, waarom stoom, vuistregels Het ketelhuis: apparatuur Energie- en Massabalans met BBT maatregelen en Europese normen rendement Wetgeving: BBT, Energieplan, Energiestudie, rendement 52

27 Energiebalans Stoom Volledig stoom/condensaatsysteem bekijken vanuit de procesbehoefte! Best Beschikbare Technologie Europese norm rendement Rekenmodellen ketelhuis Rekenmodel vanuit procesanalyse Metingen en Meetapparatuur 53 Stoombalans en rendement Beschikbare gegevens gegevens stoomketel: ketelvermogen: kw verwarmd oppervlak m² stoomdruk bar brandervermogen kw brandstof aardgas brandermodulatie 1/5 Gemeten gegevens water: geleidbaarheid suppletiewater geleidbaarheid voedingswater geleidbaarheid condensaat hoeveelheid suppletiewater µs/cm µs/cm µs/cm m³/h brandstof: brandstofverbruik Nm³/h gasdruk voor de meter mbar gastemperatuur voor de meter C verbrandingswaarde brandstof CBW (factuur) kwh/nm³ verbrandingswaarde brandstof COW kwh/nm³ rookgassen: rookgastemperatuur bij verschillende belastingen 230 C CO 2 9,2 O 2 temperatuur van aangezogen verbandingslucht 20 C schoorsteenverlies (formule van Siegert): 10,5 % rendement op rookgasverlies (Siegert): 89,5 % rendement op rookgasverlies: euronorm ,9 % 54

28 Energiebalans Stoom/Condensaat % 70% suppletie 60 C 251,2 kj/kg 9,0% 30% condensaat 100 C atmosferisch 418,6 kj/kg 15,1% Geen FLASH voedingswater 72 C voedingswater 97 C 301,4 kj/kg 10,8% 407 kj/kg brander stoom 10 bar(g) 2779,7 kj/kg 100,0% verbruiker 184,07 C 1998,6 kj/kg 71,9% condensaat onder druk 781,1 kj/kg 28,1% revaporisatie 314,0 kj/kg 11,3% stoomdruk 0,5 bar(g) condensaat 467,1 kj/kg 16,8% bij tegendruk 111,37 C 55 Volledige Balans vanuit procesanalyse Kostprijs 1 ton stoom= prijs aardgasfactuur per MWh Kostprijs van 1m³ condensaat: 8/m³ condensaat kost per m³ brandstof kost: 25 /MWh waterkost 1 /m³ geleidbaarheid water 438 micros/cm geleidbaarheid ketelwater micros/cm kost waterbehandeling: /m³ ontharding: 0,2 /m³ chemicaliën: 0,48 /m³ ketelrendement (op COW) 90 % keteldruk 7 bar temperatuur condensaat 168 C kostprijs condensaat 8,1 /m³ productie van 1 m³ warm water met een temperatuur van: 90 C koud water mengen met condensaat: 4,59 /m³ met stoomwarmtewisselaar: 3,87 /m³ rendement warmwaterketel 95,00 % met warmwaterketel: 3,45 /m³ 56

29 Stoomlek, flashstoom: zichtbaar! 700 kg stoom/ uur lek 3 mm lek 6,4 mm lek 10 mm lek 5 mm lek 7,5 mm lek 12,5 mm stoomdruk bar(g) Stoomlekken onmiddellijk herstellen 57 Isolatie ketel, tanks, leidingen, appendages Richtprijs isolatie leidingen en afsluiters 2007 DN Isolatiedikte mm /meter /afsluiter

30 Europese norm rendement Europese norm is final draft Lijst en bestellen: zie pren voor vlampijpketels pren voor waterpijpketels 59 Rekenmodellen ketelhuis Berekening Rookgasverliezen met rookgasanalyser en rekenmodule Massabalans op basis van watermeter(s) en ionenbalans (geleidbaarheid of beter chloridegehalte) Energiebalans op basis massabalans en brandstofmeter. Stoommetingen met backup Vergeet de elektrische verbruikers niet (pompen, ventilator) 60

31 Rendement stoomsysteem: 60%? 61 Inhoud Fatale Stoomcursus Denken in fatale stoom: eenheden, wat is stoom, waarom stoom, vuistregels Het ketelhuis: apparatuur Energie- en Massabalans met BBT maatregelen en Europese normen rendement Wetgeving: BBT, Energieplan, Energiestudie, rendement, meetapparatuur 62

32 Best Beschikbare Technologie tekst VITO november 2007: Energiebesparing in Stoomnetwerken - Economiser - Luchtvoorverwarmer - Verwijderen ketelsteen - Minimaliseren spui - Warmterecuperatie uit spui - Minimaliseren intermitterend gebruik - Hoge druk stoomketels en tegendrukturbines voor productie elektriciteit - Condenspotcontrole en reparatie - Isolatie van stoom- en condensaatleidingen - Verwijderbare isolerende schalen op kranen en kleppen - Opvang condensaat en hergebruik in ketelhuis - Hergebruik van flashstoom - Hergebruik flashstoom op site zelf of condensaatrecuperatie op onderdruk 63 Rendement: stoom of direct aardgas? 64

33 Metingen en Meetapparatuur Meten van suppletiewaterdebiet evident aan regeneratie ionenwisselaar. Meten debiet voedingswater warm aanbevolen Maandelijkse rookgasanalyse bij vollast en deellast aanbevolen Maandelijkse wateranalyses suppletiewater, voedingswater, ketelwater en condensaat aanbevolen. Stoommetingen alleen voor verdeling energie naar afdelingen (houdt geen rekening met energie en kostprijs van condensaat; een verschil van 20 à 25%) 65 Genormeerde rookgasmetingen 66

34 Europese Wetgeving Europees spreekt men steeds over primair energieverbuik uitgedrukt in joule op calorische onderwaarde! European Energy Manager in de maak? Een full-time job op niveau in uw bedrijf. Energiestudie noodzakelijk voor >0,1PJ bedrijven bij vervangen stoominstallatie met 10 TJ jaarverbruik. Geen energiestudie mogelijk zonder gedetailleerd energieplan. Best Beschikbare Technologie reeds aanwezig in MERrapport. Energieluik BBT draft van juli Europese NOX NOX grenswaarden worden strenger en kosten geld? NEC doelstelling halen: heffing van 1,75 EUR/kg en een subsidie van 75% van de reductiekosten? AARDGAS NOx (mg/nm³) SO2 (mg/nm³) Vergund na vanaf 2008 vanaf 2008 (droge basis) (droge basis) kw geen geen 300 kw - 2 MW MW MW MW

35 Nu nieuwe milieuvergunning aanvragen Het decreet van 19 mei 2006 stelt dat, in afwijking van deze regeling, bedrijven reeds een nieuwe vergunning mogen aanvragen tot 48 maanden vóór het vervallen van hun lopende vergunning, in zoverre de eindtermijn afloopt ten laatste op 1 september M.a.w. u kan nu vanaf 1 september 2007 uw vergunning al hernieuwen! De bedoeling is om een mogelijke grote toestroom aan aanvragen voor het hernieuwen van vergunningen meer te spreiden in de tijd. 69 Energieplan Wie? Wanneer? Bedrijf met primair energiegebruik groter dan 0,1 PJ Bij vernieuwen milieuvergunning of aansluiting bij Benchmarking of Audit Convenant. 70

36 Energiestudie: Wie? Wanneer? Bedrijf met primair energiegebruik groter dan 0,1 PJ Bedrijf met vernieuwing of uitbreiding voor primair energiegebruik groter dan 10 TJ of MWh (vastgelegd sinds 21 maart 2005) VERPLICHT: bij wijziging van milieuvergunning of nieuwe milieuvergunning 71 Offerte aanvraag nieuw ketelhuis Nieuwe stoominstallatie per ketel totaal 15 C t/h Gelieve te garanderen: de netto stoomproductie en het totaal rendement van het ketelhuis. Gelieve de noodzakelijke meetapparatuur aan te bieden. 103 C t/h 12 Vraag aparte prijzen voor: Alle prijzen in euro, zonder BTW en zonder enige andere taxen. 3 vuurgangvlampijpketel 10 bar met isolatie 120 mm 3 TRD604/ 72 uur onbemand bedrijf: 2x turbiditeitsmeting 1 conductiviteitsmeting condens + 3-wegklep 3 voedingswaterpomp(en) 3 frequentieregelaar voor voedingswaterpomp(en) 1 watervoedingspomp extra als reserve: 1 mixtbrander (gas/lichte olie) 1 geluiddempers voor branders -20 db(a) 1 frequentieregeling ventilator brander 1 gasdrukregelstation (van 500 mbar naar gevraagde branderregeldruk) 3 schoorsteen 12 m (totale hoogte) in inox steunend op ketel/economiser 3 geluiddempers in schoorsteen 1 voedingswatertank liefst in inox 316 L 1 ontgassingstoren inox 316 L 3 economiser(s) 3 rookgascondensor(s) 3 LUVO voor voorverwarming verbrandingslucht 3 warmtewisselaars suppletiewater/voedingswater 3 volledig modulerende waterregeling (ketels, ontgasser, suppletie, stoom) 3 terugslagkleppen en toebehoren 3 transport + op plaats brengen en voormontage 3 automatische spui op geleidbaarheid 1 spuitank volgens Vlarem 1 controle retourcondensaat op kwaliteit (geleidbaarheid en 3-weg sturing) 3 ladders en loopbruggen voor wettelijke metingen 1 elektrische kast met 25% vrije ruimte 1 elektrische installatie 1 elektrische hoofdschakelaar ketelhuis 1 schilderwerken 1 markeringen 1 automatische cascaderegeling 1 geïsoleerde stoomcollector 1 turn key installatie 1 isolatie leidingen, flenzen, afsluiters boven 60 C 1 Stellingen en hoogtewerkers 1 isolatie van kleppen, flenzen en toebehoren dagen opstart, opleiding, metingen en integratie in integraal milieujaarverslag en energieplan 1 voorgemonteerde onthardingsinstallatie 1 voorgemonteerde RO-installatie 5m³/h 1 gekeurde waterdebietmeter (105 C) voor registratie van kwh 1 resthardheidscontrole voedingswater 3 stoomdebietmeter tot max 20t/h 1 gekeurde gasdebietmeter per brander met pulsuitgang 1 automatisch gasafsluitstation gemonteerd 4 watermonsterkoeler(s) inclusief volledig circuit: 4 doseerinstallaties chemicaliën prijzen in euro -Economiser -Rookgascondensor -Osmose -Spuiwarmterecuperatie -Extra isolatie -Luvo -Spui op geleidbaarheid 72

37 Garantie ketelhuisrendement input output 73 Webcalculators y/steamform.html 74

38 Websites: _herziening.pdf 75 Maandelijks energierapport 76

39 Vragen? Vragenronde Contacteer ons via: Willy Somers / Willy.somers@indea.be INDEA blogt! Abonneer u gratis via voor een genuanceerde kijk van de INDEA-adviseurs op de energie-actualiteit. 77