Konvertterihallin kärypoiston tehostaminen Insinööritoimisto AX-LVI Oy Markku Tapola, Seppo Heinänen, VTT Aku Karvinen 1
Sisällys 1. Teoriaa 2. Mittaukset. Laskelmat 4. Johtopäätökset 2
Konvektiivisen pluumin käyttäytyminen
Mallinnuksessa on käytetty konvektiivisen lämpöilmavirran (pluumin) analytiikkaa 4
Pluumin synnyttämä pitoisuusgradientti lämpötilakerrostuneessa hallissa, jossa ilmanvaihto tapahtuu syrjäyttämällä 5
Hitsaushuurun kerrostumisen periaate 6
Pluumin nousukorkeus kerrostuneessa ympäristössä tilassa 7
Kaaviokuva eritehoisista pluumeista tilassa, jossa on lämpötilakerrostuma 8
V z = 0,128 ø conv 1/ z 1/ q v,z = 5 ø conv 1/ z 5/ 9
VTTn tekemä mallinnus tilanteesta Seppo Heinänen, AX-Suunnittelu 10
Mittaukset Mittauksia on tehty vuonna 2007 ja 2014 kahdella eri huuvatyypillä. 11
Mittaukset Mittaajat 2014 Mittaajat 2007 Seppo Heinänen, AX-Suunnittelu 12
Mittaukset 1. 2.. 4. 5. Rikkidioksidi Merkkikaasu (SF6) Ilman nopeus Ilman lämpötila Hiukkaset 1
SO2 4500 Mittaus pois päältä 4000 500 SO2 [ppm] 000 2500 2000 1500 1000 500 0 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 18.6.2014 1:00 14:00 15:00 16:00 14
SF6 15
16
Mittaustuloksia Huuvasta karkaava ilmavirta (Nm/s) Konvertteri 2 - Konvertteri - Konvertteri 14,1 (2007) 11,5 (SF6) 9,7 (nopeus) 17
Mittaustuloksia Ilmaverho Tilanne on ei sieppausaste % Konvertterin täyttö 61 Konvertterin puhallus 64 keskiarvo 6 Konvertterin täyttö 4 Konvertterin puhallus 52 keskiarvo 48 Poistoilmavirta Nm /s vasen oikea summa 6,4 4,0 10,4 ilmaverho 2,1 Huuvan ohi karkaava ilmavirta Nm /s Ilmaverho on Ilmaverho ei 6,2 11,5 18
Laskelmat Nykyisen korotuksen tilavuus 2860 m Ehdotettu korotus + vanha 520 m 19
Laskelmat Periaatekuva 20
Konvertteri auki Luukku on auki n. 8 % kokonaisajasta. Aika vaihtelee 10 s:sta yli puoleen tuntiin. Keskiarvo on 7,1 min. 21
Laskelmat ESIMERKKILASKELMA Vetovoiman kiihtyvyys g 9,81 m/s2 Ilman tiheys r 1,089 kg/m Ilman ominaislämpö Ympäristön lämpötila Cp Taar 1,007 kj/kg*c 20 C 29 K Pluumin lämpötila Ts 50 C 2 K Ympäristö-pluumi Ty Lähteen pinta-lämpötila Lähteen pintalämpötila-ympäristö Aukon korkeus Tilavuusvirta (Bende, Syrjäytysiv. teollisuutiloissa, Air-Ix s.5) g Q( x) 166 C T p f 1 conv1 x x0 5 08 K 1600 C Tf 187 K 1098 K 1,8 m Aukon leveys Pluumin konvektiivinen teho Øconv 2m 86 kw Pluumin napaetäisyys x0 -,8 m Laskentapiste aukon yläpuolella Laskentapiste+nollapiste x x-x0 Pluumin huippunopeus laskentapisteessä UCL Pluumin tilavuusvirta laskentapisteessä Sieppausaste Ohivirtaus Virtaus katonrajassa Q(x) 5,5 m 9, m,6 m/s 15, 48 7, 12,5 m /s % m /s m /s 22
Tulokset konvertteria käytössä, 2 toiminnassa Nykyinen tilavuus 100 000 200 000 Poistoilmavirta 27,8 55,6 Virtaus konverttereilta 62,0 62,0 Edellisten erotus 4,2 6,4 Yläosan tilavuus 2860 2860 Täyttymisnopeus 1,9 7,44 Keskimääräinen pitoisuus 169 169 Poistoilmavirta Luukku auki keskimäärin Luukku auki vähennetty täyttymisnopeus Ulos pääsevä ilmamäärä Ulos pääsevä hiukkasmassa/aukaisu Aukaisuja/panos Ulos pääsevä hiukkasmassa/panos Panoksia vuodessa Hiukkaspäästö vuodessa Uusi tilavuus 100 000 200 000 Nm /h 27,8 55,6 Nm /s 62,0 62,0 Nm /s 4,2 6,4 Nm /s 520 250 m 1,72 8,46 min 169 169 mg/nm Nykyinen tilavuus 100 000 200 000 7,1 7,1 5,71-0,4 11 701-12 1 981-22 21 21 41,6-0,47 1694 1694 70 465-795,9 Uusi tilavuus 100 000 200 000 7,1 7,1 5,8-1,6 11 041-522 1 869-88 21 21 9, -1,86 1694 1694 66 491-144,5 Nm /h min min m g kpl kg kpl kg 2
Tulokset Hiukkaspäästö vuodessa Katto Ilmavirta konvertteria käytössä, 2 toiminnassa 4 konvertteria käytössä, 2 toiminnassa 2 konvertteria käytössä, 1 toiminnassa Vanha 100 000 200 000 70 465-796 102 105 42 459 27 206-07 Uusi 100 000 200 000 66 491-144 98 778 40 49 25 672-1 214 Nm/h kg/a kg/a kg/a Vrt. Vuonna 2010 tehdyn laskentaohjelman mukaan konvertterien hiukkasten vuosipäästö on 57 t Katon muutoksen vaikutus Ilmavirran muutoksen vaikutus 100 000 vuosipäästö (kg/a) vuosipäästö (kg/a) 120 000 80 000 60 000 40 000 20 000 0 konvertteria käytössä, 2 toiminnassa Vanha katto 4 konvertteria käytössä, 2 toiminnassa 120 000 100 000 80 000 60 000 40 000 20 000 0-20 000 2 konvertteria käytössä, 1 toiminnassa Uusi katto konvertteria käytössä, 2 toiminnassa Vanha ilmavirta 4 konvertteria käytössä, 2 toiminnassa 2 konvertteria käytössä, 1 toiminnassa Uusi ilmavirta 24
Johtopäätökset Katon laajentamisella on ainoastaan hyvin pieni vaikutus päästöihin Poistoilmavirta on ratkaisevassa asemassa Päästöjä voidaan vähentää joko kasvattamalla poistoilmavirtaa katonrajasta tai kehittämällä konvertterien huuvia paremmaksi. Konverttereiden käyttöasteen vaihtelusta johtuen poistoilmavirtaa tulee säätää tarpeen mukaan, jolloin säästyy sähköä ja suodatinkapasiteettia SUOSITUS: Konverttereiden seisokissa kansi suljetaan: minimoimalla konverttereiden luukun auki pitoa vähennetään päästöjä ja poistoilmavirtaa 25
Kiitos mielenkiinnostasi Seppo Heinänen, AX-Suunnittelu 26