Themadag Energiebesparing. Locatie: Maxima Centrale te Lelystad Praktische besparing in een bestaand ketelhuis Jan Koopmans
Jan Koopmans Senior Consultant Energy Activiteiten: -
Energiebesparing/ trouble shooting/ begeleiding aanschaf nieuw equipment op stoomgebied
-
Energie labeling en maatwerkadvies van utiliteit
-
Training ketelhuisoperator
Redacteur Handboek Stoom Werkzaam geweest bij: ► Krachtwerktuigen ► 3 tal ketelleveranciers ► KW2 2
1
Werkzaam bij Bureau Veritas Wereldwijd actief op het terrein van QHSE-SA O.a. keuringen/inspecties/metingen op het terrein van: ► PED/SCIOS/NEN3140/BEMS/NEN2767/Brand/Liften/etc. ► Implementeren kwalitietssystemen ► Pre-shipment inspecties ► Etc.
3
Inhoud 1. Energie conversie 2. Rookgasverliezen 3. Stoompluimverliezen 4. Spuiverliezen 5. Isolatieverliezen 6. Verliezen aan stroomverbruik 7. Sankey diagram 8. Exploitatie overzicht 9. Toekomstige ontwikkelingen?
4
2
Energie conversie Het rendement 1. Definitie: De verhouding van de nuttig door de ketel
geleverde stoom tot de daarvoor uit de brandstof verkregen benodigde warmte. 2. Rendementen van meer dan 100% mogelijk? 3. HR ketels met een rendement van 107 %? 4. Perpetuum mobile?
5
Energie conversie Welke verbrandingswaarde? ► 2 verbrandingswaarden van de brandstof (aardgas) ► Onderwaarde of stookwaarde met 31.650 kJ/ m3o. ► Bovenwaarde met 35.165 kJ/ m3o. ► Verschil is 10% is de condensatiewarmte van de
brandstof. ► Bovenwaarde is de enige juiste en geeft in theorie 100%
rendement door condensatie
6
3
Energie conversie Condensatie van: Waterdamp vanuit de verbrandingslucht. Component Chemische formule Stikstof N2 Zuurstof O2 Argon Ar Kooldioxyde CO2 W aterdamp H2O
vol. % 77,23 20,71 0,92 0,03 1,11
Water(damp) uit verbrandingsproces Verbranding van aardgas(methaan) (CH4): CH4 + 2 O2 geeft CO2 + 2 H2O + warmte. ► In de ketel is dit stoom in de rookgassen. ► Bij afkoeling onder het dauwpunt wordt dit rookgascondensaat. 7
Energie conversie Condensatie bij welke rookgastemperatuur? 60
temperatuur in oC
55 50 hout aardgas
45 40
stookolie
35
steenkool
30 1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
luchtovermaat 8
4
Energie conversie Ook energiebesparing door: Beperken luchtovermaat (ballast doet niet mee aan verbrandingsproces) Geen CO vormen! Verbrandingsproces vraagt om zuurstof (lucht) In theorie 8,5 m3 lucht voor het (Stoichiometrisch) verstoken van aardgas. Praktijk: altijd met luchtovermaat. Energiebesparing door: Zuurstofcorrectie regeling en CO bewaking toepassen.
9
Rookgasverliezen Economiser toepassing
10
5
Rookgasverliezen Economiser toepassing Altijd met modulerende voedingwaterregeling uitvoeren Positie regelklep? Voorkeur tussen economiser en ketel Concessiedruk eco en pomp nullastdruk hoog kiezen. Bij opstart geen stoomvorming in eco.
11
Rookgasverliezen Economiser toepassing Besparing 4-6% cilindrische ketels/generatoren Tot 10% bij waterpijpketels
12
6
Rookgasverliezen Economiser toepassing Eco rendement verhogen door temperatuurverlaging k.v.w (ontgasser niet hoger dan 90°voeden)
13
Rookgasverliezen Rookgascondensor toepassing Besparing meer dan 10% mogelijk
14
7
Rookgasverliezen Rookgascondensor toepassing Besparing meer dan 10% mogelijk
15
Rookgasverliezen Rookgascondensor toepassing Altijd los van ketel plaatsen Tot max. 110°C watertemperatuur toepassen Voorzien van: ► watergebrek beveiliging of max. thermostaat ► altijd een rookgaszijdige by-pass.
Vanwege zuur karakter rookgas condensaat roestvast staal toepassen, min. AISI 316L of aluminium Warmte overdracht aan: ► Koud suppletiewater (modulerende regeling) ► Onderkoeld condensaat (buffervat) ► Proces stromen (buffervat) 16
8
Rookgasverliezen LUVO toepassing Verbrandingslucht voorverwarmen door afkoeling rookgassen ► Geen regeling nodig. Rookgassen en verbrandingslucht
flow altijd in balans ► Werkt NOx verhogend! ► Kan met LowNOx branders tot 80- 90°C met max. 70 mg
NOx/ Nm3 rookgassen ► Elektriciteitsvebruik ventilator neemt toe, door minder O2 in
de verwarmde lucht.
17
Rookgasverliezen LUVO toepassing
18
9
Rookgasverliezen LUVO toepassing Platen warmte wisselaar
19
Rookgasverliezen LUVO toepassing Heatpipe systeem (Q-DOT)
20
10
Rookgasverliezen LUVO toepassen Twin coil systeem
21
Rookgasverliezen LUVO toepassing HeatMatrix systeem Kunststof buizen (licht en corrosiebestendig)
22
11
Rookgasverliezen LUVO toepassing HeatMatrix systeem
23
Rookgasverliezen LUVO toepassen Heat Matrix systeem
24
12
Stoompluim verliezen Kijk eens op het dak van het ketelhuis Lekkages veiligheden ketel(s) en ontgasser? Aanpakken. Condenstank? Niet altijd vermijdbaar Ontluchting ontgasser? Moet. Terugwinning door brüdencondensor met opwarming koud suppletiewater kan. Stoompluim niet meer zichtbaar! Verbruik circa 8,5 kg/h. op jaarbasis 8,5x8760=74.460 kg Bij stoomprijs van € 30,- per ton energieverlies € 2234,-
25
Spuiverliezen Gebruik hoofdspui Voorkom te veel spuien
26
13
Spuiverliezen Afkoeling spuiwater
27
Spuiverliezen Spuiwarmte terug winning
28
14
Spuiverliezen Spuien minimaliseren door RO toe te passen.
29
Spuiverliezen Aandachtspunten RO-installatie Heeft vóór-ontharding nodig 25% van het water (effluent) heeft niet de juiste kwaliteit Toepassen in volgende trap RO of voor proceswater(reinigen, etc.) RO water heeft lage pH vormt geen magnetietlaag in ketel Met natronloog doseren voor juiste pH waarde.
30
15
Isolatieverliezen Isolatieverlies Ongeveer 1% van het ketelvermogen bij vollast. Dus 2% bij ½ last en 4% bij ¼ last! Blijft in vermogen gelijk. Kijk naar staat huidige ketelisolatie. Dikte, ouderdom, natte isolatie? Opnieuw isoleren ketel kan energie besparen (warmte weerstand nieuwe isolatie is beter) Isoleer zoveel mogelijk. Ongeïsoleerde stoomafsluiter DN 100/PN 10 kost: - Binnen gemonteerd 1500 m3 gas op jaarbasis - Buiten gemonteerd 4500 m3 gas op jaarbasis 31
Isolatieverliezen Isolatieverlies Isoleer niet te veel! Sifonpijpen Spuitank Schoorsteen rookgascondensor Afblaasleidingen
32
16
Isolatieverliezen
33
Isolatieverliezen Verlagen keteldruk Kan ook nadelen hebben: ► Onrustiger niveau (water mee sleuren) ► Drukverlies in stoomtransportleiding loopt op ► Bij het verwarmen van processen onder de 100°C kan een
deellast gebied eerder vacuüm optreden Handhaven standby ketel? Naast energieverbruik extra kosten aan: ► Onderhoud ► Keuring ► Inspecties 34
17
Isolatieverliezen Handhaven stand by ketel? Wat kost productie uitval per uur? Bekend. Hoe vaak storing leidende ketel? Moeilijk te achterhalen. Hoe lang duren deze storingen? Meestal onbekend. Er zijn bedrijven die hebben slechts één ketel!
35
Verliezen aan stroomverbruik Waarom frequentieregeling toepassen? Processen regelen bij de bron (E-motor) i.p.v. regelklep. Verbrandingslucht ventilator en pompen Waarom energiebesparing bij ventilator? Ventilatormotor levert bij wisselende belasting nagenoeg
hetzelfde vermogen Smoring via regelklep kost stroom (Luvo effect is er wel) Bij veel deellastbedrijf toepasbaar Seizoensgebonden zomer/winter
36
18
Verliezen aan stroomverbruik Frequentieregeling Luchtopbrengst evenredig met toerental (Q1:Q2=n1:n2) Opvoerhoogte evenredig met kwadraat toerental (p1:p2=n12 :n22) Opgenomen vermogen is pxQ en evenredig met derde macht
toerental= (pQ1:pQ2=n13 :n23)
Ketel vermogen bij halflast: (1/2)3 =1/8 van vollast vermogen
37
Verliezen aan stroomverbruik Frequentie regeling Indien altijd vollast niet
Pe (kW) regeling luchtweerstand
toepassen!
elektrisch vermogen
Verbruik wordt hoger!
frequentieregeling
20
40
60
80
100
belasting % 38
19
Verliezen aan stroomverbruik Aandachtspunten Verbrandingsluchtventilator meer besparing dan bij modulerende ketel niveau regeling.
39
Energie besparing Wat is dit?
40
20
Energie besparing Permanente magneten inbouwen in gasstraat Gelijkrichten van ionen in het gas Betere verbranding? Daardoor energiebesparing?
41
Sankey diagram ketelhuis
42
21
Exploitatie overzicht
Permanente magneten inbouwen in gasstraat? Gelijkrichten ionen in het gas? Energiebesparing?
43
Toekomstige ontwikkelingen? Diepe aardwarmte (geothermie). In buitenste 6 km aardkorst zit 50.000 x meer energie dan olie- en gasvoorraad in de wereld. Energiereus heeft reeds concessie aangevraagd om in groot deel van Nederland (diep) te mogen boren. Komt heetwater (stoom) uit onze aarde. Per km 40°C erbij. Den Haag stadsverwarming project. Zit op 2,3 km diepte. Toekomstige ketelhuis bestaat alleen uit een stoomverdeler aangesloten op een pijp die uit de aarde komt?!
44
22
