Tack vare rökgaskondenseringsanläggningen kan Värtaverkets ägare – AB Fortum Värme samägt med Stockholms stad – producera ytterligare 52 MW förutom de cirka 400 MW som pannorna ger idag.
– Det innebär att energieffektiviteten ökar från ungefär 90 procent till närmare 100 procent, berättar Jens Bjöörn, informationschef hos Fortum Värme. Man kan fråga sig varför vi inte gjorde den här investeringen tidigare, men vi har alltid en hel mix av förbättringar och tänkbara investeringar som kan göras i Värtaverket och i Högdalenverket. Vi försöker prioritera på bästa sätt.
– Vi tror det är viktigt att samordna investeringarna i Värtaverket och därför gjorde vi en samlad miljötillståndsansökan för rökgaskondenseringen och det nya bioeldade verk vi ska bygga här, fortsätter Jens Bjöörn.
Miljötillståndsansökan beviljades våren 2008. I Miljödomen formuleras en mängd villkor, bland annat utsläppskrav för rökgaserna från rökgaskondenseringen och utsläppskrav för det renade kondensatvattnet.
– Kraven är mycket höga, säger Jens Bjöörn. Villkoren baseras på den bästa teknik som finns att tillgå. Från vår tidigare verksamhet här i Värtan och i Högdalen, vet vi att vi ändå lyckas komma klart under gränsvärdena.
De investeringar som görs nu vid Värtaverket omfattar inte bara anläggningen för rökgaskondensering, utan ett helt paket av åtgärder. Man har redan investerat ungefär en halv miljard kronor. Då ingår förberedelser inför det nya bioeldade verket, bland annat att iordningställa ett befintligt bergrum för bränsleförvaring.
– Bioverket skulle ha byggts under högkonjunkturen, vilket hade blivit dyrt bland annat eftersom det var svårt att få tag på leverantörer. När upphandlingen kommer att ske vet vi inte idag, men vi hoppas bioverket kan byggas i lågkonjunktur, och att detta bidrar till bättre lönsamhet, avslutar Jens Bjöörn.
Radscans största order
För leverantören Radscan Intervex kommer rökgaskondenseringsanläggningen att bli en excellent referens. Uppdraget är det största någonsin för företaget och ordersumman är mer än dubbelt så stor som Radscans omsättning 2006. Som vanligt svarar Radscan Intervex för en turn key-leverans. Den omfattar praktiskt taget allt utom betongplatta och värmepumpar. Husbyggnaden ingår, liksom infodring av två nya skorstenspipor i Värtaverkets 130 meter höga skorsten.
Byggnadsarbetet startade i april 2008. Under sommaren samma år sattes de två skorstenspiporna på plats. I vintras anlände de fyra tubkylarna och under våren har monteringsarbetena varit inne i en intensiv fas.
Två vinster på samma gång
Principen bakom en rökgaskondenseringsanläggning är att rökgaserna kyls ner tills fukten i dem kondenserar. Den värme som utvinns överförs till fjärrvärmevattnet. Föroreningar i rökgaserna följer i sin absoluta merpart med i kondensatet, som sedan renas. Det blir en kraftig reduktion av både partiklar, metaller samt försurande ämnen. En kondenseringsanläggning fungerar därmed som ett ytterligare rökgasreningssteg. Dubbel vinst alltså.
Den energi som erhålls ur rökgaserna har två källor. Sänkningen av temperaturen i sig i gasfasen gör att sensibelt värme kan utvinnas. Dessutom innehåller rökgaserna fukt. När temperaturen sänks kondenserar fukten, och anläggningen tillgodogör sig sedan den frigjorda ångbildningsvärmen.
Hur mycket energi som kan utvinnas beror på vilket bränsle som används i pannan, bränslets fukthalt, temperatur och flöde på fjärrvärmereturvattnet med mera, i stort sett hela den termodynamik som är en konsekvens av energianläggningens layout, maskinutrustning och driftsätt. I kraftvärmeverk 6 – KVV6 – eldas kol med fukthalt på 4 procent. Kolet mals och blandas med kalk och vatten till en kolpasta. Rökgaserna kommer att i genomsnitt ha en fukthalt på 11 volymprocent. Fukten är betydande och den tillgodogjorda ångbildningsvärmen är större än den sensibla värmen.
Bästa effektuttag
För bästa effektuttag och kostnadseffektivitet kommer man att kyla rökgaserna i två steg, med var sin kylare. Termodynamiska simuleringar och LCC-analyser visar att detta ger bäst lönsamhet. I första steget kyls rökgaserna av fjärrvärmereturvattnet. I andra steget fortsätter kylningen, men värmen därifrån värmer en vattenkrets som är kopplad till värmepumpar. Dessa överför sedan värmen till utgående fjärrvärmevatten. Därför är det två kylare i varje linje i rökgaskondenseringsanläggningen.
Två linjer
Kraftvärmeverket i Värtan har två pannlinjer. Efter pannan passerar rökgaserna bland annat partikelfilter och economizer. Rökgasflödet från varje kolpanna är 81 normalkubikmeter per sekund och rökgastemperaturen är 110 grader C in till rökgaskondenseringsanläggningen. Rökgaserna från respektive pannlinje leds till var sin kondenseringslinje. Konsekvent håller man fast vid layouten med två linjer.
Rökgaserna leds till kondenseringen via ett antal spjäll. Det finns också bypass-spjäll som vid strömavbrott öppnar kanaler förbi kondenseringen. Möjlighet finns också att i vissa driftsituationer leda rökgaserna förbi.
Kylarna i kondenseringsanläggningen är monterade vertikalt med det första steget överst och rökgasen blåses in i toppen på första kylaren. Kylarna är byggda som tubkylare, där rökgasen strömmar inne i tuberna. Rökgasen strömmar nedåt och vattnet strömmar tvärs i ett antal pass. Ingående fjärrvärmereturvatten har i allmänhet en temperatur av 40 – 48 grader C.
För att spola rent pumpas kondensat från nedre kylarens botten till övre kylarens överdel. För att inte spolvattnet ska kyla för mycket värms det av en del av det ingående fjärrvärmevattnet. Denna lösning ger bättre energiåtervinning i anläggningen. Även i driftlägen där fjärrvärmereturvattnet leds bypass förbi övre kylaren, så spolas denna, detta för att hålla rent samt minska korrosionsriskerna.
Tuberna är tillverkade av syrafast stål. Materialen påverkas både av sura föroreningar, slitande ström av media samt temperaturgradienter. Flera samverkande faktorer sätter därmed stålets hållfasthet på prov.
Vid tubkylarnas två utloppskammare är droppavskiljare anslutna. De har parallella droppavskiljarlameller som tar 98 procent av droppar större än 24 mikrometer.
Rökgaserna går sedan vidare ut i skorstenen. Därmed har man utvunnit nära 100 procent av den energi som är praktisk möjlig att utvinna. De nya skorstenspiporna når en meter ovanför räcket på skorstenens topp och kanterna på piporna har en droppkant med dränering, för att förhindra isbildning på piporna.
Vattenrening
Nästan alla föroreningar som finns i rökgaserna på väg in i kondenseringsanläggningen, fångas i kondensatet. Detta används i processen för att tvätta gasen i kylarna och renspola kylarna. Överskott av kondensat i nedre kylarens nederdel tas till rening. Sex reningssteg används:
• Mikrofilter
• Ultrafilter 1
• Ultrafilter 2
• Omvänd osmos
• Ammoniumavdrivning
• Metallavskiljning
Grovreningen sker i ett mikrofilter, som är uppbyggt av ett cirkulärt nät. Partiklarna rör sig ut mot periferin av filtret och avskiljs. Kondensatet strömmar ner genom filterduken och till nästa reningssteg.
Sedan följer ultrafiltrering i två steg. Efter rening i dem är partikelhalten så låg att den inte är mätbar. I ultrafiltret renas kondensatet i membran. Partiklar som fastnar i ultrafiltret backspolas loss med permeatet och partiklarna följer med rejektet. Rejektet går vidare till nästa ultrafilter, där det koncentreras upp ytterligare, så att det kan deponeras.
Det delvis renade kondensatet (acceptet) från ultrafiltrering 1 och 2 går vidare till avsaltning i ett steg med omvänd osmos – RO Reverse Osmosis. Kondensatet trycks genom ett membran, tack vare den osmotiska effekten stannar jonerna på hitsidan, medan resten passerar igenom och kondensatet avsaltas på så sätt. Permeatet från detta steg – RO-permeatet – används i första hand för framställning av kolpastan och i andra hand blandas det med utgående vatten och släpps till recipient.
Koncentratet från RO-steget renas från ammonium med hjälp av ett ammonium-kontaktmembran. Genom tillsats av natriumhydroxid höjs pH i koncentratet. Den alkaliska miljön fångar protoner och driver därför jämvikten från ammonium till ammoniak. Initialt finns inga ammoniakmolekyler på andra sidan membranet. Enligt lagen om att den kemiska energin – Gibbs fria energi – strävar efter att fördela sig jämnt i rummet, söker sig ammoniak till andra sidan. Där möter en sur vätska. Den sura miljön ger protoner och driver jämvikten från ammoniak till ammonium. Ammonium- och sulfatjoner bildar då ammoniumsulfat. Att den sura miljön fångar upp ammoniak och sulfatet fångar upp ammoniumjonerna på syrasidan gör att ammoniak fortsätter tränga genom membranet och till syrasidan. När koncentrationen av ammoniumsulfat ökat till ett förutbestämt värde – vilket detekteras med densitetsmätning – pumpas vätskan till en annan behållare och ny syralösning blandas.
Efter ammoniumreningen följer metallrening i ett särskilt steg. En kolonn är fylld med adsorptionsligand. Denna fungerar som en jonbytare och fångar upp tungmetaller och tungmetallkomplex. Reningen sker i flera steg, där kvicksilver tas bort i första steget. Kolonnmaterialet ser initialt ut som vit sand, men ändrar färg efter upptagning av tungmetaller. Det renade vattnet blandas med RO-permeatet och slutkontrolleras innan utsläpp till recipient.
Radscan Intervex lämnar givetvis garantivärden på det renade kondensatet. Partikelhalten är som nämnts vid normala driftfall så låg att den inte är mätbar, men ett maxvärde är angivet för suspenderade ämnen på 8 mg per liter. Övriga maxvärden är 1 mikrogram per liter för kadmium, 0,5 mikrogram per liter för kvicksilver och 12 milligram per liter för ammonium. Anläggningen är dimensionerad för 40 kubikmeter per timme.
Tidplan
Under sommaren testas komponenterna i nya anläggningen. Planen är att rökgas från de båda pannlinjerna ska köras genom anläggningen från och med 1 september. Därefter följer intrimning. Under hösten görs ett stort antal tester av prestanda, och på det renade kondensvattnets kvalité. Garantikörning är planerad till november, då det visar sig om anläggningen klarar de garantivärden leverantören utlovat. Överlämnandet ska sedan ske kring årsskiftet.
– Det svåraste med byggprojektet har kanske varit den trånga tomten, berättar Nils Eriksson, projektledare och inhyrd av Radscan Intervex. Det var inte lätt att samordna de olika verksamheterna och när de stora kylarna skulle lyftas på plats var vi tvungna att göra ett tre dygn långt uppehåll i de flesta andra aktiviteter. Två kylare vägde cirka 100 ton styck och de två andra 50 ton styck, och vi fick faktiskt in dem på två och ett halvt dygn.
AV KJELL-ARNE LARSSON