Soot frequency optimization in a bio fuelled CFB-boiler : boiler 5, Mälarenergi AB, Västerås

During the past 30 years the fuels for energy production in heating and power plants have changed. Fossil fuels have decreased in usage whereas bio fuels in Sweden have increased with 60% since the 1970's. Different fuels affects combustion and the release of various substances and particles into the flue gas. This is caused by the diverse components and chemical structures of fossil fuels and bio fuels. When the flue gas leave the combustion chamber and enters the path to the chimney particles in the gas are being transported out of the combustion chamber. When particles encounter surfaces either a reaction between the particles and the materials of the surface takes place or a new layer builds on top of the surface. These layers of particles decrease the efficiency of the boiler. In order to remove the particles from the surfaces through witch heat is being transferred different soot methods are used. One of the common soot methods is soot blowing, where hot steam is blown through a nozzle causing the layers to crack and remove from the surfaces. The purpose of this work was to optimise the soot blower frequency in boiler 5, Mälarenergi AB, in Västerås, Sweden. Boiler 5 is a CFB-boiler with bio fuel combustion. Today different soot intervals are used. The interval frequency is of importance to the growth rate of the layer on the surfaces. Data from a period of six moths were studied in order to conclude when and where in the boiler the soot blowers were active and cleaning. The results were analyzed and compared to measurements of heat transfer through the surfaces. In the supra heaters the most commonly used interval was intervals of 24 hours, and in economiser and in the air pre heater intervals of 8 hours was more common. Calculations and comparisons show that an increase of soot frequency from 24 hour intervals to 8 hour intervals in the supra heaters is profitable. The results from the economiser and the air pre heater have not been conclusive since there is lot of fluctuations in the measurement that affect the results. In order to conclude the optimal cleaning interval for economiser and air pre heater more studies are acquired.Bränsleanvändningen i energiproduktion i Sverige har förändrats sedan 1970-talet, användningen av biobränslen har ökat med nära 60 % vilket medfört att de traditionella fossila bränslena såsom olja och kol minskat i användning. Fossila bränslen och biobränslen skiljer sig åt i uppbyggnad och kemisk sammansättning. Detta medför bland annat att andra föreningar och partiklar frigörs vid förbränning av fossila bränslen jämfört med förbränning av biobränslen. Vid förbränningen frigörs partiklar och ämnen ur bränslet och förs med rökgaserna ut ur eldstaden, på ytor där kan partiklar och ämnen bilda beläggningar. Beläggningarna bildar ett lager på ytorna och minskar därmed värmeöverföringen genom ytorna, hur stor minskningen är beror på beläggningens egenskaper och tjocklek. I pannan finns tubrör genom tubrörens väggar sker värmeöverföring från de heta rökgaserna utanför till mediet som strömmar inne i tubrören. Beroende på var i pannan tubrören är placerade är mediet vatten, luft eller ånga. God värmeöverföring genom väggarna till tubrören är viktigt för att hög verkningsgrad ska kunna nås. För att rengöra tubrörens ytor då pannan är i drift används olika typer av sotningsmetoder. För effektiv rengöring är det viktigt att sotningsutrustning och metod är anpassad till de beläggningar som uppstår på ytorna. Vid förbränning av biobränslen bildas andra typer av beläggningar än vid förbränning av fossila bränslen. Sotningsmetodens effektivitet beror på hur väl den är anpassad till de bränslen som används och de beläggningar som uppstår i pannan. Genom att optimera rengöringen av de ytor där värmeutbyte sker kan verkningsgraden på pannan bli bättre. Sotningens intervall är av betydelse för hur mycket beläggningar som hinner bildas på ytorna mellan rengöringstillfällena. Syftet är att optimera sotningsintervallen för Mälarenergi panna 5 i Västerås. Panna 5 är en biobränsleeldad CFB-panna. Panna 5 togs i drift år 2001 och är den nyaste pannan på kraftvärmeverket. Sotningssystemet som används i panna 5 är ångsotning, 32 stycken sotblåsare är placerade ovanför de värmeöverförande ytorna. Driftdata för en period på 6 månader studeras för att analysera hur värmeöverföringen påverkas av tiden mellan sotningarna studeras, samt jämföra detta med rengöringseffekten vid olika sotningsintervall. Tyngdpunkten i arbetet har lagts på att studera när, hur och var sotningen sker i pannan, vilka sotningsintervall som använts samt förbrukningen av sotningsånga vid sotningstillfällena, då kunskap om detta behövs för att vidare analys av påverkan från sotningen och sotningsintervallen på värmeöverföring och effekt i pannans olika delar ska kunna göras. I överhettarna har de vanligaste sotningsintervallen varit 24 timmars intervall, både mer och mindre täta sotningsintervall förekommer. I luftförvärmare och ekonomiser var de vanligaste sotningsintervallen under perioden 8 timmars intervall. De trender som har kunnat ses är att täta sotningsintervall medför en ökning av värmeöverföringen i överhettarna, en ökning av sotningsfrekvensen är lönsam i överhettarna. Resultaten för luftförvärmare och ekonomiser är inte lika tydliga, under perioden har sotningsintervallen varit tätare och jämförelser med längre sotningsintervall har varit svåra att genomföra. För att avgöra hur täta sotningsintervall som kan användas måste en avvägning mellan ökning i värmeöverföring, kostnad för sotningsånga samt ökningen av påfrestningen för materialet i tubrören göras. I överhettarna visar analyserna på att en ökad sotningsfrekvens är lönsam, den ökade kostnaden för sotningsånga är betydligt lägre än den möjliga vinst som kan fås vid tätare sotningsintervall. Slutsatsen är att det är lönsamt med ett tätare sotningsintervall i överhettarna såvida det inte leder till ökat slitage av ytorna i pannan. I och med att effektuttaget och värmeöverföringen kan hållas på en högre nivå under en längre tidsperiod. Som förslag på fortsättning föreslås följande