Gaskwaliteit, Weer en Verbranding Invloed op Branderafstelling

Transcriptie

1 Gaskwaliteit, Weer en Verbranding Invloed op Branderafstelling Document number Berthil Slim, senior specialist combustion processes DNV KEMA Gas Consulting & Services DNV KEMA KEMA opgericht in 1927 (N.V. tot Keuring van Elektrotechnische MAterialen te Arnhem) DNV opgericht in 1864 (Det Norske Veritas, scheepvaartinspecties) KEMA heeft R&D activititeiten van Gasunie overgenomen (2009), Meer dan 40 jaar ervaring met vrijwel alle onderdelen van de gas- waardeketen Vanaf 1 maart 2012: DNV KEMA Energy & Sustainability in Groningen op het Groningen-gasveld 2 1

2 In de hele energiewaardeketen 3 Gas Quality & Flow (mijn afdeling) Verbranding en Emissies: - Gaskwaliteit - Warmteoverdracht - Energie-efficiëntie - Milieu-effect onderzoeken Scheidingstechnieken Advisering op stromingsgebied Nieuwe meettechnologie (Wet and Dry Flow Labs) 4 2

3 Onderzoek Ketelbrander/Gaskwaliteit (lage temperaturen) 4 MW ketel met vensters Testen grootschalige industriële ketelbranders Relatief koude wanden (200 C) 5 Onderzoek Ovenbrander/Gaskwaliteit (hoge temperaturen) 500kW Batchoven Testen Procesbranders Tot 1600ºC wandtemperatuur 6 3

4 LNG 7 Geleverde Wobbe Index Wobbesprongen worden zo mogelijk beperkt?? Wobbe Index: maat voor luchtbehoefte (afstelling brander) 8 4

5 Meer nieuwe gassen dan je denkt!! Met citroengeur tegen vliegen 9 Gaskwaliteit: invloed op verbranding Verbranding: CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O Branderinstelling: 3-5% O 2 in rookgassen (luchtovermaat) Wobbe Index: maat voor luchtbehoefte: Verschillende gassamenstellingen veranderen de chemie in eindgebruikersapparatuur: - Gas/luchtverhouding (Wobbe Index) - Verbrandingssnelheid/vlamtemperatuur - Oxidatiechemie (?,kleurveranderingen vlam) - Meestal in combinatie 10 5

6 Invloed Wobbe op gas/luchtverhouding - Wobbe hoger: meer lucht nodig, daardoor minder luchtovermaat (< 1% grenswaarde) - CO- en roetvorming - NO x -vorming - Langere vlam - Wobbe lager: minder lucht nodig, daardoor meer luchtovermaat (>6% grenswaarde) - CO- en NO x -vorming - Kortere vlam - Lager rendement! Wobbe 3MJ/nm3 hoger O2 1% lager(bij dezelfde branderinstelling) 11 Gaskwaliteit: mogelijke negatieve gevolgen voor branders Mogelijke negatieve gevolgen: Vlamstabiliteit (afblazen, inslaan, pulsaties) Emissies (CO, CxHy, NOx, roet, enz) Rendementsverlies Langere vlammen 12 6

7 Stabiele verbranding 13 Instabiele verbranding 14 7

8 CO / Instabiliteit Ketelbranders Ketelbranders kunnen extreem brede Wobbeband [ ] niet aan: CO en instabiliteit als O 2 < 1% en O 2 > 6% CO ppmv, n= Ketelbranders KB1-4 - CO vs O2 bij diverse Wobbe Indexen van het aardgas 0 1% 6% O2, vol.% W48.3 W52.0 W57.2 Restzuurstofpercentage is overheersende factor 15 NOx Ketelbranders NO x vs Wobbe niet-eenduidig, meestal stijging, soms zelfs daling! Ketelbranders 1-4 NOx vs Wobbe Index gas NOx, mg/m3 (3%) KB1 KB2 KB3 KB Wobbe Index gas, MJ/m3(n) Kritisch als je net aan NOx-norm (BEMS) voldoet 16 8

9 Vlamlengte Ketelbranders Lange vlammen bij hoge Wobbe en lage O2, vooral bij O2 < 1% Vlamlengte, cm Ketelbranders Vlamlengte vs O2 bij verschillende Wobbe Indexen 1% O2, vol.% Kritisch bij korte vuurhaard; oververhitting W48.3 W52.0 W Ovenbrander en Kanaalbrander minder gevoelig Kanaalbrander (lijnbrander) OK tussen 0.5% en 9% O2 in rookgassen NOx stijgt licht met Wobbe Index Vlamlengte niet zichtbaar/gemeten 18 9

10 Voorbeeld Wobbefluctuaties (IJmond) Aantal uren in 5 jaar (per 0.1MJ/nm3 interval H-gas IJmond: historische fluctuatie in Wobbe Index, Wobbe Index aardgas (MJ/nm3) Overzicht geleverde Wobbe Index 19 Wobbe-instelling brander O2 [Vol. %] O2 instelling op basis van Wobbe Index Middeninstellingen bij Wobbe 51.85MJ/nm3 Wobbeband ,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Momentane Wobbe Index [MJ/nm3] 20 10

11 Restzuurstof door Wobbefluctuaties Aantal uren in 5 jaar (per o.1mj/nm3 interval) H-gas IJmond: historische fluctuaties in O2, , (nominale restzuurstofinstelling 5%) Geregeld op 1% Wobbe = 2.5% Gemiddeld 5% O2 in rookgas, vol. % Wobbe-instellingen Branders (met gas uit de muur ) Gaskwaliteit GTS opvraagbaar ( GASPORT ) 21 Afstel ling: W50 W52 W54 Weersinvloeden groter dan Wobbe! Ventilator levert constant volumedebiet (flow) De absolute hoeveelheid zuurstof in de lucht (per m 3 ) beïnvloed door : Omgevingstemperatuur (0-30ºC) Luchtdruk ( hPa (millibar) Luchtvochtigheid Vol. % Weersinvloed 5.5%: (!) 1.8% 7.3% (incl. afstelling) Wobbe-invloed 50-54: 2.5% 3.8% 6.3% (incl. afstelling) Pneumatische regeling corrigeert weersinvloeden gedeeltelijk Weersafhankelijke regeling? (Auto s hebben dit wel!) 22 11

12 Invloed Wobbe en Weer samen op O2 Afstelling: W50 W52 W54 Aantal uren in 5 jaar (per o.1mj/nm3 interval) H-gas IJmond: historische fluctuaties in O2, (nominale restzuurstofinstelling 5%) % Wobbe + Weer = 8 % Zonder weersinvloeden (OK) Winter met afstelling in Zomer (NOK) Zomer met afstelling in O2 in rookgas, vol. % Winter (NOK) Bij afstelling branders rekening houden met weer 2 x per jaar afstellen (Zomer/Winter) Waarom geen regeling? 23 6% Invloed Wobbe en Weer op rendement Afstelling: W50 W52 W54 Aantal uren in 5 jaar (per o.1mj/nm3 interval) Winter met afstelling in zomer (NOK) O2-regeling voordelig H-gas IJmond: historische fluctuaties in Stookrendement Ketels, , Geregeld op 1% Ketels 3 % Ovens 8% Stookrendement, % 24 Zonder weersinvloeden (OK) Zomer met afstelling in Winter (NOK) 12

13 Resultaten samengevat 1a Ketelbranders: CO en instabiliteit als O 2 < 1% en O 2 > 6% 1b Oven en kanaalbranders minder gevoelig 2 NOx en Wobbe niet-eenduidig, meestal stijging, soms zelfs daling! Kritisch als je net aan NOx-norm (BEMS) voldoet 3 Lange vlammen bij lage O2 door hoge Wobbe, vooral bij O2 < 1% Kritisch bij korte vuurhaard; oververhitting achterwand 4 - Invloed Wobbe en vooral Weer op Rendement/O2 aanzienlijk 5 Wobberegeling lijkt rendabel te maken 6 - Weersafhankelijke regeling lijkt eenvoudig te realiseren (Gebruik componenten uit Auto-industrie?) 25 Wees alert op gaskwaliteit bij afstellen Via GASPORT opvragen of zelf meten Bruikbare en betaalbare Wobbesensoren komen eraan 26 13

14 Houdt rekening met het weer Temperatuur Barometerstand Vocht Heel eenvoudig uitvoerbaar 27 O2-regelingen Pas O2-regelingen toe (1% O2 mogelijk?) - Rendement & vermindering stookkosten - Voordeel groter bij bredere Wobbeband - Veilig stoken: 1% < O2 < 6% - Let op responssnelheid! ( Wobbesprongen ) - Restzuurstofregeling snel genoeg? (1% < O 2 < 6%) - Wobberegeling (vooraf) toepassen? - Weersafhankelijke regeling toepassen? 28 14

15 Samenvatting Advies Wees alert op gaskwaliteit bij afstellen branders Houdt rekening met het weer Pas O2-regelingen toe (1% O2 mogelijk?) Introduceer Weersafhankelijke regelingen Introduceer Wobberegelingen 29 Dank voor uw aandacht Document number Berthil Slim Sr. Specialist Verbranding +31 (0)