Arbetsrapport SGC A07

STÖRRE KERAMISKA FIBERBRÄNNARE

Per Carlsson Sydkraft Konsult AB

Januari 1996

SGC

Arbetsrapport SGC A07

STÖRRE KERAMISKA FIBERBRÄNNARE

Per Carlsson Sydkraft Konsult AB

Januari 1996

SGC

Enhet Dokumentnamn Diarienummer

Process och Värme ARBETSRAPPORT EV-9509m044 l (3) Författare

Per Carlsson Datum Uppdragsbeleckmng

1995-09-14 SGC94.29 Granskad Godkänd

"Större" keramisk fiberbrännare

Bakgrund Sedan våren 1990 finns en keramisk fiberbrännare med en effekt av 140 kW installerad i en panncentral i Svedala. Denna typ av brännare karakteriseras av bland annat låga NOx-emissioner. Projektet finns dokumenterat i rapport från SGC (SGC-006).

Under hösten 1993 genomfördes kontrollmätningar av emissioner och verknings­grad. Brännaren hade vid det tillfället varit i drift 17 000 timmar. Syftet med mät­ningarna var att jämföra med de mätningar som genomfördes vid driftsättningen 1990.

Det kunde konstateras att anläggningen hade samma låga NOx-emissioner som då den var ny (3-10 mg NOx per MJ tillfört bränsle). Inga visuella skador eller förslit­ningar av den keramiska massan knnde konstateras.

Gränsen för miljöavgift på utsläpp av kväveoxider vid energiproduktion kommer de närmaste åren att säukas.

En keramisk fiberbrännare kan vara ett sätt att minska NOx~utsläppen från dessa anläggningar och därmed miljöavgiften.

Syfte Syftet med denna studie har varit att grovt belysa kostnader och besparingar vid övergång från en konventionell gasbrännare, som kommer att beläggas med NOx­avgift till en brännare med låga NOx -emissioner.

Avgift på utsläpp av kväveoxider Vid förbränning i anläggningar för energiproduktion tar Naturvärdsverket enligt lag ut miljöavgift på utsläpp av kväveoxider, NOx, räknat som N02• Avgiften är för närvarande 40 kr/kg N02• Avgiften gäller pannor med en effekt~ 10 MW samt med en ärlig energiproduktion~ 50 GWh. Från och med 1996-01-01 tas effekt gränsen bort samtidigt som energigränsen sänks till 40 GWh. Energigränsen kommer 1997-01-01 att säukas ytterligare till 25 GWh. Summan av inbetalda medel från samtliga avgiftsskyldiga pannor betalas tillbaka till respektive anläggningsägare i förhållande till den sökandes andel av den för samtliga sökandes samlade nyttig­gjorda energiproduktion.

9509m044 W5l

Per Carlsson 1995-09-14 SGC94.29 2 (3)

Avgiften grundas på vid anläggningen uppmätta utsläpp enligt Naturvårdsverkets föreskrifter. Anläggningar som inte har installerad mätutrustning betalar enligt en schablon som är 600 mg/MJ tillförd energi för gasturbiner samt 250 mg/MJ för övriga förbränningsanläggningar.

Avgiftskonstruktionen innebär att anläggningar med låga NO,-emissioner samt en· hög verkningsgrad ger en nettovinst.

Fiberbrännare Det finns idag inte någon svensk tillverkare eller representant för keramiska fiberbrännare. Kontakt har tagits med en dansk representant, NEDATHERM, för en brännare byggd med keramiska fibersegment från Alzeta i USA, vilka har levererat den fiberbrännare som finns i Svedala. Den av NEDATHERM offererade brännaren säljs under namnet "Magma"-brännare och monteras av företaget Walter Dreizler i Tyskland, vilka har ett samarbete med Alzeta. Från NEDATHERM har underlag enligt nedan erhållits. Bifogat fmns broschyrmaterial rörande "Magma"­brännaren.

Brännare: Effektområde: Gastryck: NOx: Pris:

Dreizler gasbrännare, serie M type Magma-Poly 1,6-5,0 MW 100mbar mindre än 10 mg/MJ cirka 850.000 kr

Enligt tillverkaren av de keramiska brännarsegmenten har dessa en beräknad livslängd av minst 40 000 fullastimmar för att kunna bibehålla en låg NOx emission. Efter detta bör segmenten bytas ut.

Enligt den danske representanten sker ingen nämnvärd ökning av verkningsgraden vid byte till en fiberbrännare. På den anläggning som finns i drift i Svedala (140 kW) har dock noterats en ökning av verkningsgraden med cirka 2 % med fiberbrännaren jämfört med den konventionella brännaren som fanns tidigare.

Konventionell låg-NO, brännare. Kontakt har tagits med Weishaupt för att erhålla underlag för en konventionell låg-NO, brännare. ·

Brännare: Effektområde: Gastryck: NOx: Pris:

Weishaupt 06012-A 1-5 MW 100mbar 23 mg/MJ cirka 290.000 kr

9509m044.W5l

Per Carlsson 1995-09-14 SGC94.29 3 (3)

Beräkningar För att göra en grov uppskattning av ekonomin med att byta från en konventionell brännare till en låg-NOx brännare av fibertyp eller en konventionelllåg-NOx brännare har följande antagits.

Årlig energiförbrukning: 25 000 MWh Bränsle: Naturgas NOx avgift: 40 kr/kg NOx Årlig fullastdrifttid: 5 000 timmar Befmtlig NOx nivå: 40-60 mg!MJ

Kostnad för demontering och montering av en ny brännare har ej tagits med eftersom detta är beroende på vilken typ av parrna det är.

Fiberbrännare

En sänkning av NOx- halten med 30-50 mg!MJ ger en besparing av 110. 000-180.000 kr.

Med en investeringskostnad av 850.000 kr ger detta en pay-off tid av cirka 7,9-4,7 år exklusive installation. Till detta kommer byte av de keramiska segmenten vart åttonde år till en materialkostnad av 340.000 kr.

Konventionelllåg-NOx brännare.

I detta fall sker en sänkning av NOx halten med 17-37 mg!MJ vilket ger en besparing av 60.000-135.000 kr exklusive installaton. Med en investering av 290.000 kr ger detta en pay-off tid av cirka 3,5-2,2 år.

Alternativa fiberbrännare Enligt uppgift finns förutom Alzeta ytterligare ett företag som tillverkar keramiska fiberbrännare. Företaget som heter GES finns i Californien. Brännarna är i effektområdet upp till 30 kW och finns i olika utförande.

Slutsats Om det är aktuellt att byta till en låg-NOx brännare är det i dagsläget mer ekonomiskt att välja en konventionelllåg-NOx brännare än en keramisk fiberbrännare. Det kan dock finnas applikationer där den keramiska fiberbrännaren på grund av mycket låga NOx-emissioner och jämn temperaturfördelning har en plats.

9509m044.W51

l 12 8

drrzizler MAGMA­Gasgebläsebrenner­Aufbau

l = Ventilatorgehäuse 2 = Schwenkllansch 3 = Brennergehäuse 4 = Dusenblock 5 =E-Motor 6 = Motorflonsch 7 = Gebläse 8 = Schalldämmhaube 9 = Luftklappe mit Stellmotor

l O = MAGMA-Gasbrenner l l = Zwischenflansch 12 =Filter 13 = Gasrampe o

hnische Daten dreizler MAGMA-Gasgebläsebrenner o

100 200 300 Brennerleistung in kW

MAGMA-Arbeitsfelder nach DIN 4788 l 2 mit Einsatzbereich fur neueNT-und BWK-Kessel als UNIT-Ausruhrung.

Der MAGMA-Gasbrenner ragt in den Feuerraum hinein. Er ist am Zwische?-\ flonsch belestigt und karl.} ausgebaut werden. Der MAGMA-Gasbrenner wird bei Erdgas und FlOs­siggas mit lO- 28 Watt l cm2 belastel. Der Luftu­berschuB wird Ober die Lultklappe Oberslöchio­metrisch zwischen A = l ,2 - 1,6 eingestellt. Nach 10 see. Anlahrzeit bildet sich solort ein lnfra-

. rdt-Giuheffekt heraus. CO und NOx werden mit Werten unter 20 ppm ge­messen. Der Strahlungs­anteil bis zu 35 o/o erhöht den WärmeUbergang. Nach dem Abschalten klihit die BrennRäche inner­halb von Sekunden auiUITI' gebungstemperatur herab.

Typ .hra 2"

®

drrzizl0r

integdert.

Schciltpro-

Kesseldruck konstant ... bar und lastabhängig gefUhrte Bren­nerleistung Uber 3-Punkt-Regelung; mit DruckfUhler . •. bar und mit elektronischem dr-Regelgerät im modulierenden Branner

-integriert; -

Ausfilhrung mit Poti O - 1000 Q fiir RUckmeldung. AusstaHung fUr dreizler-Kesselfolgescholtung Typ kf on dreizler-Gosgebläse­brenner nach Pas. 1.01. Speichervorrangschaltung Typ svs, im Brenner verdri::Jhtet, mit potenliolfreiem Ausgong fiir Heizungs- und Lodepumpe, Boilerthermoslot.

mAGmA GASGEBLÄSEBRENNER mit lnfrarot-Strahlungsbrenner

Der MAGMA-Gasgebläsebrenner besilzt einen rohr­förmigen Langbrenner aus hochhitzebeständigem Keramikgewebe. Die Brenneroberfläche weist eine Gluhtemperatur von 700 - 900 °( auf.

Das Anwendungesebiet des MAGMA-Gasgebläse­brenners erstedd sich auf Brennwert- und NT -Kessel, sowie Warmlufterhitzer und Anlagen im industriellen Bereich.

Mit MAGMA ergeben sich:

NOx-Werte nahe Null.

Bis 35% Strahlungsanteil peim WärmeObergang im Kessel.

- Farbios durchsichtiges Flammenbild.

- Höherer Wirkungsgrad durch lnfrarot-Strah-lungswärme.

- Leises Anfahren, kesselschonendes Heizen.

- Geräuscharme, pulsalionsfreie Verbrennung.

- CO und NOx fast Null.

- CxHy und ondere Stoffe nur in Spuren.

BrennergrundausfOhrung einschlieBiich Gasrampe ent­sprechen Marathon-AusfOhrung.

Änderungen vorbeholten

gröBte lnfrarotbrenneranlage For Brennwert-Kessel 900 kW MAGMA M 1002 l 950 NOx < 20 mg/kWh Flamme unhörbar leise

Mit MAGMA­Infrarot-Strahlungsbrenner -ein sicherer Weg zum Klima-Natur-und Umweltschutz

praktisch schadstoffreies und energiesparendes Heizen mit Erdgas­

Fl lissiggas

fi.ir moderne NT-Oberdruck-Kessel

Walter Dreizler GmbH Wärmetechnik

78549 Spaichingen, Max-Pianck-Str. 1-5, Telefon (O 7 4 24) 70 09-{), Fax (O 7 4 24) 70 09 90 70619 Stuttgart 75, MaehelstroBe 18, Telefon (0711)442051, Fax (0711)447486

A 550-8.94

~ d!lZizler MAGMA- Pol y -lnfrarotbrenner Bre n n eraufbau

Waher Dreizler GmbH Wirmetechnik

.

Gas- und Ölbrenner

Endisolation

Brennerbeschrelbung:

Der MAGMA-Poly-lnfrarotbrenner besteht aus dem Marathon-MAGMA-Gasgebläse­brenner mit Ventilator, Motor mit Uifterrad, Schalldämmhaube, Luftfilter, Verdrahtung, Luftregelklappe, Brennergehäuse und Gasrampe und ist vor den Kessel geflanscht. Die Oberwachungseinrichtungen UV-Diade und Zundbrenner sind in der Kesselplatte eingebaut. (Abmessungen siehe K53588-002.)

lm Kessel wird der MAGMA-Poly-lnfrarotbrennerkopf, bestehend aus mehraren MAGMA-segmenten, je nach Brennerleistung eingebaut und auf SegmentfuBe mittig in den Feuerraum gestellt. Das Verlängerungsstlick mit Isolatlon verbindet die aktive Oberfläche des lnfrarotbrenners mit der Kesseltlir und wird mit dieser nach schlie­Bung der Kesseltlir verschraubt. Der Marathon-MAGMA-Brenner wird anschlieBend vor die Kesseltlir montlert.

lm MAGMA-Brenner ab 0533mm sorgen Zentralkörper fOr eine gleichmäBige Vertei­lung des Gas-Luft-Gemisches.

Jeder MAGMA-Poly-lnfrarotbrenner hat eine Endisolation, die nicht aktiv brennt

GröBere Brenner als 2,3 MW auf Anfrage. Weitere Datenblätter:

K53588-002 - MAGMA-Baulängen an Viessmann Heizkesseln. K53588-003 - Anschlusse Kesseitlir fUr MAGMA-Poly.

- 1 -

04

~dllZizle;r MAGt.fA-PoiT!-Infrarotbrenner Walter Dreizler GmbH .

struktur-G uhkörperaufbau W"drmetechnik Gaa- und Olbrenner

PC 30: 762mm - 657kW /Segment - .

508mm - 438kW/Segment -610mm* - 384kW/Segment -

Bronnerkopt PC30-6SC-J0/20/24C o fUr Brenn;m c

::>,..., M 5002/ MAGMA-Po~ ..... ·-"ii .O

305 762 762 762 508 762 610 57 il c

Zentral-körper

cc f o m~

~ r\- T-- T-- T- T-- T- N -

+- ' ' l l (D = 1150-345okV. ~

l ' - l ,. -"' ' L ..1_ __ _L __ ..L __ ..1_ __ _j ....., s

•

l '· Vo"angorungsstuck \ 2.MAGMA 4.MAGMA l<oni~ches (U:In9e variabel) Segment segment Se9ment

!.MAGMA J. MAGMA 5.MAGMA Endisolation

l i! ..

... 1 :; ...

j Segment Segment segment

f PC30-7SC-30/20/24C M 5002/4110 MAGMA-Po~

. l

l 762 762 762 762 508 762 610 57

f l • e - r- T ·- T·- T ·- T" T ·- .., ........

+- ; 1- ' +- 1369-41 07kW-l = ... L ..1_ __ _L __ _L __ _j_ ..L __ ;!...--, ' . -

. 6.1~ • . PCJ0-8SC-J0/24C segment

M 5002/4980 MAGMA-Po~

762 762 762 762 762 762 762 610 57

l3 """' r- T . -

T . - T -- T . - T . - T --

~-l- -l - ' 1- +- - T = 1661-4983kW 1""'1 L_ ..L . - _L . - ..L -- ..L . - ..L . - ..L . - _j--.

l ?.MAGMA

*=konisches Segment Seqrnent

1994 Tag Name

K53588~J.04 Bearb. 22.J. KBH 01 01 Obe~chrift qeändert 10.8.94 KBH Gepr. 81.4 4 """' Änderuno T ca Nem Norm.

- q -

segment· ,-

Jtemer· / .s ~nsicht siehe 61.214 Grundbranner

reihenfolge -- leistungs· MAGMA·Fiansch Bremer· Typ Nr. (lång en- bereich min. min. A·A Senkungs- ftansch M ... MAGMA· K .. -100 (N)

MAGMA-Brenner angaben in •) Zentralkörperreihenfolge kW(HJ ig. e m i~ o E oR oK oF, boi'Yung tlr B-B C-C Poiy K .. -300 (F)

PC,.·2S0·20 20/20 . 136· 406 1326 203 1016 1276 330 203 356 506 8xM12 7xM12 602/41 o 53766 PC14·2S0·30/20 20/30 . 170· 510 1560 203 1270 1530 330 203 356 506 6xM12 7xM12 602151 o 53769 PC 14·250·30 30/30 . 204· 612 1834 203 1524 1784 330 203 356 506 8xM12 7xM12 602/61 o 53770

PC21·2S0-30/20 30/20 30UP/20CB 255· 766 1631 254 1270 1581 381 254 533 683 16xM12 7xM16 10021760 53771 PC21·2S0·30 30/30 30UP/30CB 307· 920 1885 254 1524 1835 381 254 533 683 16xMt2 7xM16 1002!920 53772 PC21·3S0-30/20/20 30/20/20 30UP/20CB/20CB 357·1 072 2139 254 1776 2089 381 254 533 683 16xM12 7xM16 1002/1070 53773

PC30-3SC·20!2<C 20/20/24C 30CB 420·1260 2038 305 1626 1988 533 356 762 912 16xM12 7xM16 1502/1260 53774 PC30.3SC-30/20/2<C 30!20/24C 30UP/20CB 493·1479 2292 305 1880 2242 533 356 762 912 16xM12 7xM16 1502/1480 53775 PC30·3SC·30/24C 30/30/24C 30UP/30CB 566-1698 2546 305 213< 2496 533 356 762 912 16xM12 7xM16 2002/1700 53776 PC30.4SC-30/20/20/24C 30!20120/24C 30UP/20CB/20CB 639-1917 2800 305 2388 2750 533 356 762 912 16xM12 7xM16 2002/1920 53777 PC3o-4SC·30120/24C 30/20/30/24C 30UP/20CB/30CB 712·2136 3054 305 2642- 3004 533 356 762 912 16xM12 7xM16 3002/2140 53778 PC30-4SC-30/24C 30/30/30!2<C 30UP/30CB/30CB 785·2355 3308 305 2896 3256 533 356 762 912 16xM12 7xM16 3002/2360 53779 PC30.6SC-30120!2<C 3x30/2013012<C 30UP/2x30CB/20CB/30CB 1150-3450 4478 305 4166 4528 533 356 762 912 16xM12 7xM16 5002/3450 53780 PC3o-7SC-30/20/2<C <x30/20130!2<C 30UP/3x30CB/20CB/30CB 1369·<1 07 5340 305 4928 5290 533 356 762 912 16xM12 7xM16 5002/411 o 53781

1i\ PC30-8SC·30!2<C 7x30!2<C 30UP/6x30CB 1661·4983 6356 305 5944 6306 533 356 762 912 16xM12 7xM16 50021<980 53782

--- ~ mH '

Feuerroum

l

"' ~r-- - - - - - - - ~ ! r-::C ~ <::

l ~ . ........ ...-:r-- e'--- [)<! -----.:.___/ r -

Z/Y'* - SeamenllänDe r- -

L.lJ ~ r--.. 'Q. -- r-· ----- ·---· _·-:. le: '-t

~ ~ ---- -- ·i .. .--

~ .l J. ~r- ;;. SeHenansichl --=-----------~ -~ z: bzw. y siehl! 8/.Z l~

(verr;rö!Jerf)

e m s; min.SO

lm Walter Drelzler GmbH, Max-Pianck-Str. 5, 78549 Spaichingen

:=± .........., ........ K53588-003 81.1/4

!·~i~e.t- •• , •• tclll

-~ I~N·Uo:'..:P .. , !- ••• - MAGMA-Baulängen

.... u ::;:= ,.,,.,. Kall .... ?.S:!U z:..4..:. ..... ~t •Zh- IC6H .... und Feuerraummat:!.e /

03 . -- •11.fJ KM -02 " . •.so:·» .uu. la 0{ -·..::.~= .u~ 1(811 MAGMA-Poly 06 ·~-1 ...,.,.. "' - ,__-..,_ .. ______

' ..... -- . -··------

"'

Sei+en­ansichf Z. +25

Seifen­ansichf Y

~~- \ (i)( ( ~ ( QS~~-t+t-~) ' .-LO

o i.-

l:· :~ 11 I":J,

B-B A-A ~13.5 c-c

MAGMA·Fiansch A-A MAGMA-Branner l laK/2\+25 l o T J ·~ o B Sankbohrungen tur

203 225 279 270 8xM12 7xM12

291,5 285 330 350 16xM12

PC3Q.3SC·30124C l 406 356 476 385 16xM12 PC30.4SC·30/20/20/24C PC3Q-4SC-30J20124C PC30.4SC·30124C PC3Q.6SC·30120/24C PC3Q. 7SC·30120/24C P~1n.A<:;f'-. 'VV74!':

+25

l

!1/- +25

~

""' \ \-({+.--+--r

-L-. l • l l . i c -+-m\· -·l.l

A !_.-+e-·if1\

\ / l '

7xM16

7xM16

~

~ Bel Kesselhersteller TOre passend bestellenl

· Schnin D·D slehe 81.3/4 Schnln E·E siehe 81.4/4

Walter Drelzler Gm bH, Max-Pianck-Str. 5, 78549 Spalchlngen

81.2/4

/

05

SGC Svenskt Gastekniskt Center AB

205 09 Malmö Telefon: 040-24 43 10 Telefax: 040-24 43 14