Biokedel - Reguleringsmæssige forhold

Arbejdet er udført af Elsam og Elsam Engineering i fællesskab med assistance fra Hance Technologies, Virginia, USA. Baggrunden for projektet var, at indføring af biokedler i Danmark medfører en række nye regulerings- og forbrændingstekniske problemstillinger, som har afgørende betydning for anlæggenses driftsegenskaber med hensyn til emissioner, rådighed, levetid, reguleringsevne og virkningsgrad. I forbindelse med kulfyring har der i Danmark gennem en årrække været gennemført en successfuld udvikling med hensyn til at optimere driftsforholdene, så de senest opførte anlæg er balndt de mest miljøvenlige og driftsøkonomiske i verden. Biobrændsel er langt mindre homogent end kul, hvilket giver nye og langt større udfordringer, når det gælder stabil og økonomisk drift. Blandt andet har biobrændslet varierende fugtighed og brændværdi og indeholder bestanddele, der kan være skadelige for kedelanlæggene, medmindre der træffes præventive tiltag af design- og driftsmæssig karakter. Det overordnede mål med projektet var at udvikle modeller, reguleringsmetoder/koncepter og målebehandlingsmetoder, som kan bidrage til at mindske drifts- og vedligeholdelsesomkostninger samt forbered de konkurrencemæssige vilkår for biomassefyrede anlæg. For at sikre, at det teoretiske arbejde har kunnet valideres ved målinger, har det været nødvendigt, at koncentrere arbejdet om et specielt anlæg. Som dette anlæg valgtes biokedlen på Enstedværket, og projektets specifikke formål har været at analysere forskellige proces- og reguleringsteksniske løsninger inklusive forhold omkring start/stop, lastgradienter, brændselsvariationer og fejlsituationer på denne kedel. Projektet er gennemført og afrapportert som to delaktiviteter: 1) Modeludvikling og analyse af dynamiske forhold, 2) Forbrændingsoptimering. Modeludviklingen er foregået ved anvendelse af det dynamiske simuleringsprogram MMS (Modular Modelling System), som er udviklet af Hance Technologies, Virginia, USA. Til dette program er der i projektet udviklet moduler for biobrændsel (halm og flis) af såvel generel karakter som specifikke dækkende de anlægsmæssige egenskaber, inklusive reguleringstekniske sådanne. Desuden er der udviklet et forbrændingsteknisk modul, baseret på en dynamisk forbrændingsmodel for halm afbrændt på rist. Denne model er udviklet i et afgangsprojekt på DTU. Med programmet er der gennemført en række simuleringer, og resultaterne er sammenlignet med målinger fra biokedlen. Der er både ved fuldlast og dellast samt under op- og nedkørsel fundet ret god overensstemmelse mellem målinger og simuleringer. Baseret på simuleringerne er der opstillet forslag til forbedret ind- og udkobling af halmlinjer. Med modellen er det muligt at undersøge forslag til f.eks. at hurtigere lastgradienter. Forbrændingsoptimeringen er søgt opnået ved hjælp af måleteknik, målebehandlingsmetoder og reguleringsmetoder. Metoden bygger på, at informationer fra et standard sort/hvidt kamera, der kigger ind på risten, kan anvendes til at bestemme restforbrændingfrontens (RFF) placering på risten samt forbrændingsintensiteten (FI). Ud fra RFF og FI var det hensigten at optimere forbrændingen gennem reguleringsmæssige tiltag. Det er ikke lykkedes i projektet at færdigudvikle de nødvendige regulatorer hertil, hvilket skyldes: 1) Den formodede sammenhæng mellem RFF og varmeoptaget i risten har vist sig ikke at være holdbar, og generelt kan det konkluderes, at der ikke er opnået nogen målbar på forbrændingsprocessen med RFF-regulatoren i indgreb, 2) Det har vist sig at være svært at trække brugbare informationer fra et fyrrumskamera, baseret på synligt lys. Rapporten anbefaler, at der gøres forsøg med IR-kameraer i stedet. Dette indgår i senere iværksatte PSO-projekter. Den samlede konklusion for projektet er, at der er indhøstet værdifuld viden om, hvordan et dynamisk simuleringsprogram for en ristefyret kedel kan udformes og anvendes, men der er ikke opnået at udvikle programmet til et sådant stade, at det kan anvendes til vurderinger af tiltag, som kan forbedre driftsøkonomien. Der er opstillet en række forslag til, hvordan programmet kan videreudvikles og forbedres, så der kan foretages specifikke reguleringstekniske undersøgelser uden direkte at udføre forsøg på det enkelte anlæg. Sådanne forsøg vil begrænses til, hvad der erfaringsmæssigt er inden for sikker drift, mens en simulering kan afprøves uden begrænsninger. herved kan muligheder for forbedret drift analyseres, uden at det fysiske anlæg udsættes for ukendte, og muligvis uheldige, situationer. Delvis baseret på erfaringerne fra dette projekt er der iværksat to nye PSO-projekter, hvor simuleringsværktøjerne videreudvikles med det formål at sikre de ønskede forbedringer med hensyn til emissioner og driftsøkonomi