Modeling a computational program with mass and energy balances

• Main Authors: Uddin, Arth, Hosseini, Ashkan
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE) 2012
• Subjects: Computational program; CFB; material and energy balances; Beräkningsprogram; material- och energibalanser
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-146534

After the extension of the boiler 6 at Högdalenverket during 2010, there has been some problems in the form of increased carbon monoxide levels. There may be several explanations for this problem, which means that complete combustion doesent take place. There have also been problems with the ash-handling system and the sand returning systemt, this results in higher operating costs because it requires a higher consumption of inert material.The project was first divided into two phases, the first phase was to develop material and energy balances for the boiler but also introduce the parameters that we wanted to investigate further in order to possibly identify the causes of the problems that the boiler had. In the second phase experiments were going to be designed in consultation with the contact staff at Fortum to explore these parameters.During the project changes have been made in the project description, as it will require more time and more accurate planning to perform  the desired tests on the boiler. Three proposals on parameters that could be the cause of carbon monoxide problem was presented at the end of phase one and it was found that two of the proposals was not possible to carry out during the project because it would have affected economically and the availibility of the boilier.The third parameter, the bed quality effect on combustion experiment was designed in consultation with those responsible at Fortum.This experiment could also not be performed as there was some operational difficulties with the boiler during the project time. Instead, a description of the design for the experiment has been added to this project, which may at a later stage be used to investigate the bed quality impact on the carbon monoxide issues.Recent changes to the project description meant that purpose instead was to further develop the computational program created during the project's first phase and at the end of the project shall be submitted to the operators at Fortum. This calculation program takes into account the significant parameters that the boiler regulator is governed by today. The simulation program is developed using Microsoft Excel and is based on material and energy balances. This program can be used internally by Fortum to get an idea of ​​how the different mass flow rates would vary at different operating conditions and how the energy balance for the boiler would look like during the changes.When compared with materials and energy made by the boiler supplier revealed that the deviations are very small compared to what the program come up with and is caused mainly due to the assumptions made. These assumptions can be eliminated by performing experiments and collecting more data.The results gained by the calculation program has been compared with the results that was presented by the supplier during their boiler mapping, comparisons have been made regarding flue gas flows, fuel flows, combustion air flow, ash production and energy balances. It has apperad that the deviations are relatively small and the presented scheme provides a theoretical overall perspective of the boiler in line with reality.Although discussions have taken into consideration for the problem of elevated levels of carbon monoxide, and whether the measurement program can be developed further in the future. === Efter ombyggnationen av panna 6 vid Högdalenverket under år 2010, har det uppkommit en del problem i form av förhöjd kolmonoxid halt. Det kan finnas ett flertal förklaringar till problemet som innebär att fullständig förbränning inte sker. Det har även varit problem med askhanteringssystemet och sandåterföringen som inte fungerat som den ska, detta medför högre driftkostnader då det kräver en högre förbrukning av inertmaterial.   Projektet var indelat i två faser, där den första fasen var att ta fram material- och energibalanser på pannan men också presentera de parametrar som man ville undersöka vidare för att möjligen identifiera orsakerna till de problem som pannan haft.  I den andra fasen skulle experiment utformas i samråd med ansvariga från Fortum för att undersöka dessa parametrar. Under projektets gång har ändringar fått göras på projektbeskrivningen, då det krävs mer tid och noggrannare planering för att utföra test på pannan. Tre förslag på parametrar som kunde vara orsaken för CO problemen presenterades i slutet av fas ett och det konstaterades att två av förslagen inte gick att utföra under projektets gång på grund av både ekonomiska och driftrelaterade orsaker. Den tredje parametern bädd kvaliténs påverkan på förbränningen bestämdes i samråd med ansvariga i Fortum att utföras. Detta experiment kunde dock inte utföras då det uppstod vissa driftrelaterade svårigheter med pannan under projektets gång. Istället har en beskrivning av utförandet av experimentet lagts till detta projekt, som kan vid ett senare skede användas för att undersöka bädd kvaliténs påverkan på CO-halten. Nya ändringar av projektbeskrivningen innebar att syftet istället blev att vidareutveckla det beräkningsprogram som skapats under projektets första fas och som vid projektets slut ska överlämnas till de driftansvariga på Fortum. Detta beräkningsprogram tar hänsyn till de betydande parametrar som pannan regleras genom idag. Beräkningsprogrammet är framtaget med hjälp av Microsoft Excel och är grundat på material- och energibalanser. Detta program kan användas internt inom Fortum för att få en fingervisning på hur de olika massflödena skulle variera vid olika driftfall samt hur energibalansen för pannan då skulle se ut.   Vid jämförelse med material- och energibalans som gjorts av pannleverantören framgick det att avvikelserna är väldigt små jämfört med det vi framtagit, samt att det beror främst på de antaganden som gjorts. Dessa antaganden kan elimineras genom att utföra experiment och få in mer data. Resultatet som fåtts av beräkningsprogrammet har jämförts med det resultat pannleverantören fick vid sin pannkartering med hänsyn till rökgasflöde, bränsleflöden, förbränningsluft flöde, askproduktion och energibalanser. Det har framkommit att avvikelserna är relativt små och det framtagna programmet ger ett teoretiskt helhetsperspektiv av pannan som överensstämmer med verkligheten. Även diskussioner har förts till åtgärder för problemet med förhöjda halter av kolmonoxid, samt huruvida beräkningsprogrammet kan vidareutvecklas i framtiden.