afstudeerscriptie v.definitief sjaak betjes 1518810

Scriptie afstudeeropdracht

Energiezuinig aandrijven van de

primaire ontstoffingsventilatoren

Haalbaarheidsonderzoek voor het toepassen van frequentiesturing.

Naam student Sjaak Betjes Straatadres J.H. Dunantstraat 29 Postcode/Plaats 1561BA Krommenie Telefoon privé/werk 075-6284723/0251-492504 Bedrijfs adres 4C01 3-012 E-mail adres [email protected] Student nummer 1518810 Opleiding B AOT Variant Elektrotechnische

Installatietech. Met werkerv. Einddatum Januari 2010 Naam bedrijf Corus Ijmuiden Straatadres Wenckebachstraat 1 Postcode/Plaats 1951JZ Velzen-Noord Naam bedrijfsbegeleider Ir HJA Bilderbeek Telefoon bedrijfsbegeleider 0251 491634 Bedrijfs adres 5C05 1-003 E-mailadres bedrijfsbegeleider [email protected] Naam eerste afstudeerbegeleider Eric Timmer Naam tweede afstudeerbegeieider Corné Duiser

III

Samenvatting Deze scriptie is het resultaat van mijn afstudeeropdracht voor het voltooien van mijn studie hogere elektrotechnische installatietechniek welke ik in 2007 ben ik gestart. Deze studie heb ik gevolgd aan de Hogeschool van Utrecht in samenwerking met het Corus opleidingscentrum.

Deze scriptie gaat over het onderzoek naar de haalbaarheid van de toepassing van frequentiesturing voor de motoren van de primaire ontstoffingsventilatoren, converter 21/22 van de oxystaalfabriek van Corus IJmuiden De aanleiding van dit onderzoek is het lage rendement van de regeling van de ventilatoren en de steeds hoger wordende energieprijs. De primaire ontstoffingsventilatoren worden geregeld door het variëren van een inlaatrestrictie. Deze methode van regelen is zeer inefficiënt. De doelstelling van mijn afstudeeropdracht is het onderzoeken van de opbrengsten (o.a. mogelijkheid tot energie besparing) en tegelijkertijd het waarborgen van de veiligheid en installatie beschikbaarheid. Ook is er gekeken naar kosten en milieu. � Opbrengsten bij toepassing van frequentiesturing

Door het toepassen van frequentiesturing zal:

• het rendement verbeteren. • er geen nieuwe softstart hoeven te worden aangeschaft. • de drall niet meer in storing vallen omdat deze komt te vervallen. • de ventilator vulling zal verbeteren waardoor er minder vuil op de waaier

kan afzetten.

� Veiligheid

De ontstoffingsinstallatie moet voldoen aan de wettelijke BRZO (Bijzondere Risico Zware Ongevallen) verplichting. Om in een BRZO installatie veranderingen te mogen aanbrengen moet de MOC procedure worden gevolgd. Tijdens deze procedure zijn vier veiligheidsscenario's onderkent, ventilator uitval, ESD (emergency shut down), vermoeiingsschade van de waaier en heeft de waaier een kritisch toerental? Tevens is geprobeerd de kans op ventilator uitval te bepalen.

� Op basis van de uitgevoerde onderzoeken kan geconcludeerd worden dat

de veiligheid van de installatie met een frequentie gestuurde ventilator

niet slechter wordt.

� Installatie beschikbaarheid en betrouwbaarheid

De doelstelling voor wat betreft de installatie beschikbaarheid en betrouwbaarheid is, dat de nieuwe installatie minstens de zelfde installatie beschikbaarheid en betrouwbaarheid heeft als de huidige.

� Uit onderzoek is gebleken dat deze doelstelling gehaald wordt.

IV

� Technische configuraties

Voor de technische uitvoering van de frequentiedrives zijn vier varianten onderzocht.

� Na onderzoek bleek dat variant 2, middenspanning frequentiedrive met een nieuwe motor, de beste keus is.

� Kosten

Op basis van de kosten van de gekozen configuratie, met de verwachte opbrengst komt

� de ROI voor de gekozen variant op 1,7 jaar.

� Conclusie

� Frequentiesturing voor de primaire ontstoffingsventilatoren lijkt goed

haalbaar met een acceptabele ROI.

� Aanbeveling voor verder onderzoek

� Verbeteren rookgasregeling. � Vervangen van primaire ventilator van converter 23.

V

Voorwoord In 2007 ben ik gestart met de studie hogere elektrotechnische installatietechniek aan de Hogeschool van Utrecht in samenwerking met het Corus opleidingscentrum. Een HBO studie wordt in het 4e jaar afgerond met een afstudeeropdracht. Als afstudeeropdracht heb ik in overleg met mijn werkgever (Corus IJmuiden) als studie opdracht gekregen in de convertersectie van Oxystaalfabriek 2. Het project behelst een haalbaarheidsstudie van frequentiesturing van de primaire ontstoffingsventilatoren van converter 21 en 22. De aanleiding van dit onderzoek is het lage rendement van de ventilatoren en de steeds hoger wordende energieprijs. De primaire ontstoffingsventilatoren worden geregeld door het variëren van een inlaatrestrictie. Deze methode van regelen heeft een hoog energiegebruik. Deze scriptie behandelt het proces wat is doorlopen om een advies te kunnen geven over de haalbaarheid van frequentiesturing. Mijn rol in deze afstudeeropdracht is die van onderzoeker. In deze functie heb ik firma’s en Corus afdelingen aangestuurd om informatie over verschillende vakdisciplines te verstrekken. Tevens heb ik deskundigen op het gebied van ventilatoren en energietechniek geïnterviewd. Deze informatie heb ik gebruikt om de disciplines werktuigbouw (ventilator) en energietechniek (frequentiesturing) met elkaar te verbinden. Mijn dank gaat als eerste uit naar Corus, dat als bedrijf het zijn personeel mogelijk maakt om onder zeer goede condities te kunnen studeren. Mijn dank gaat ook uit naar Frits Bakker (voormalig sectiechef technische dienst converters) en Dirk Blom (team chef). Zij hebben mij toestemming gegeven om aan deze studie te beginnen. De Corus collega's die ik in het bijzonder wil bedanken zijn Joost Bilderbeek, Bert Woestenburg (OSF2), Koos Oudendijk en At Keet (PTC) voor technische inbreng en adviezen. De volgende firma's Siemens, Rockwell, ABB, Cofely en MCA wil ik bedanken voor het geven van informatie. Ook wil ik bedanken de docenten van de Hogeschool Utrecht en Eric Timmer in het bijzonder voor zijn aanbevelingen als docent begeleider. Natuurlijk wil ik ook alle andere collega's, vaders/moeders, mijn vrouw Ilonka, vrienden en de hond Rex bedanken . Excuses aan de mensen die ik de afgelopen periode te kort heb gedaan.

VI

Afkortingen

BRZO = Besluit risico’s zware ongevallen ESD = Emergency Shut Down HTD = Hoogovens technische dienst MOC = Management of Change MTBF = Mean Time Between Failures MTTR = Mean Time To Repair NDO = Non Destructief Onderzoek OSF2 = Oxystaalfabriek 2 PI = Proces informatiesysteem (voor analyse van procesdata) PTC = Projects, Technical Consultancy RIVM = Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu ROI = Return of investment

VII

Inhoudsopgave Samenvatting ........................................................................................... III Voorwoord..................................................................................................V

Afkortingen ...............................................................................................VI Inhoudsopgave .........................................................................................VII Inleiding .................................................................................................... 1

1 Project .................................................................................................... 3

1.1 Opdracht ........................................................................................... 3

1.2 Aanpak .............................................................................................. 3

2 De Oxystaalfabriek.................................................................................... 4

2.1 Organisatie ........................................................................................ 5

3 Procesbeschrijvingen ................................................................................ 5

3.1 Oxystaalproces ................................................................................... 5

3.2 Rookgasafzuigsysteem ........................................................................ 6

3.3 Rookgasregeling ................................................................................. 7

3.4 De primaire ventilator.......................................................................... 8

3.4.1 Huidige situatie ............................................................................. 8

3.4.2 Nieuwe situatie ............................................................................. 8

3.4.3 Eigenschappen van de ventilator ..................................................... 9

4 Opbrengsten frequentiesturing ................................................................. 10

4.1 Energiebesparing .............................................................................. 10

4.2 Vervanging van softstart installatie ..................................................... 12

4.3 Vervallen van Drall en aandrijving....................................................... 13

4.4 Milieu aspecten................................................................................. 13

4.4.1 Nalco vloeistoffen ........................................................................ 13

4.4.2 CO2 emissie. .............................................................................. 14

4.4.3 totaal opbrengsten ...................................................................... 14

5 Technische configuraties.......................................................................... 15

5.1 Variant 1: Middenspanning frequentiedrive met huidige motor................ 15

5.2 Variant 2: Middenspanning frequentiedrive met nieuwe motor. ............... 15

5.3 Variant 3: Laagspanning frequentiedrive met laagspanning motor........... 16

5.4 Variant 4: Laagspanning frequentiedrive met step-down en step-up transformator met huidige motor.............................................................. 16

5.5 Conclusie op basis van techniek. ......................................................... 17

6 Randvoorwaarde voor toepassen frequentiesturing ..................................... 18

6.1 Veiligheids aspecten .......................................................................... 18

6.1.1 Ventilator uitval........................................................................... 19

6.1.2 ESD ........................................................................................... 22

6.1.3 Waaier schade door vermoeiing (breuken)...................................... 22

6.1.4 Heeft de waaier een kritisch toerental. ........................................... 22

6.1.5 Hoe groot is de kans op ventilatoruitval? ........................................ 23

6.2 Onderhoud/storingen/betrouwbaarheidsaspecten.................................. 23

6.2.1 Softstart..................................................................................... 23

6.2.2 Drallmotor.................................................................................. 23

6.2.3 Elektromotor............................................................................... 24

6.2.4 Frequentiedrive........................................................................... 24

7 Kosten en ROI........................................................................................ 27

7.1 Kosten van de varianten .................................................................... 27

7.2 Return of investment (ROI) ................................................................ 28

8 Conclusie............................................................................................... 29

8.1 Opbrengsten/kosten/ROI ................................................................... 29

8.2 Techniek .......................................................................................... 30

8.3 Randvoorwaarden ............................................................................. 30

8.4 Eindconclusie.................................................................................... 30

9 Aanbeveling voor verder onderzoek .......................................................... 31

VIII

9.1 Algemeen ........................................................................................ 31

9.2 Verbeteren rookgasregeling................................................................ 31

10 Kort haalbaarheidsonderzoek vervangen primaire ventilator 23 .................. 32

10.1 Kosten en ROI ................................................................................ 32

10.2 Onderbouwing ................................................................................ 33

10.3 Korte conclusie ............................................................................... 33

11 Nawoord.............................................................................................. 34

12 Bronvermelding .................................................................................... 34

13 Interviews ........................................................................................... 34

14 Bijlagen............................................................................................... 35

Bijlage A Organogram oxystaalfabriek....................................................... 36

Bijlage B Drall (jalousieklep) .................................................................... 37

Bijlage C Beknopte weergave vermogens- en rendementsbepaling ............... 38

Bijlage D QH kromme ventilator met drall.................................................. 39

Bijlage E QH kromme ventilator met frequentiedrive. .................................. 40

Bijlage F Rendementsgrafiek ventilator met drall ........................................ 41

Bijlage G Rendementsgrafiek ventilator met frequentiedrive ........................ 41

Bijlage H Opstelplan variant 1 en 2........................................................... 42

Bijlage I Opstelplan variant 3 ................................................................... 43

Bijlage J Opstelplan variant 4................................................................... 44

Bijlage K Frequentiedrive vergelijkingstabel ............................................... 45

Bijlage L PI data ventilatoruitval tijdens simulatie. ..................................... 46

Bijlage M PI data rookgasflow tijdens hoofdalarm. ...................................... 47

Bijlage N PI data rookgasflow ventilatoruitval tijdens een converter lading..... 48

Bijlage O Vermoeidheid opgave ventilator waaier. ...................................... 49

Bijlage P referentie rockwell 6KV frequentiedrive ........................................ 50

Bijlage Q Aanschafkosten frequentiedrives................................................. 51

Bijlage R Kosten van elektrotechnische, besturing en werktuigbouwkundige aanpassingen......................................................................................... 52

Bijlage S Kosten van bouwkundige aanpassingen ....................................... 54

Bijlage T Advies tot verder onderzoek voor mogelijkheden tot verbetering van de primaire afzuiging .............................................................................. 55

1

Inleiding De oxystaalfabriek van Corus IJmuiden heeft enkele hele grote afzuigventilatoren. De ventilatoren welke in deze scriptie worden onderzocht verzorgen de rookgasafzuiging van de converters 21/22. Een converter is een groot vat waar ijzer met behulp van zuurstof wordt omgezet in staal. Deze scriptie beschrijft het onderzoek naar de haalbaarheid van frequentiesturing

voor de primaire ontstoffingsventilatoren. De aanleiding van dit onderzoek is het

lage rendement van de regeling van de ventilatoren en de steeds hoger wordende

energieprijs. De primaire ontstoffingsventilatoren worden geregeld door het

variëren van een inlaatrestrictie. Deze methode van regelen heeft een hoog

energiegebruik.

De doelstelling en ook meteen de probleemstelling is: het onderzoeken van de mogelijkheid tot energie besparing, het waarborgen van de veiligheid en installatie beschikbaarheid. Om deze doelstellingen te bereiken is de relatie onderzocht van de frequentiegestuurde ventilator tot de:

� Opbrengsten, o.a. energiebesparing � Installatie beschikbaarheid � Technische mogelijkheden � Veiligheid � Kosten � Return of investment < 2 jaar.

De onderzoeksmethode die voor dit onderzoek toegepast is, is het vanuit het werktuig "de ventilator" benaderen van het probleem. Elementen die bij dit onderzoek aan de orde zijn gekomen zijn:

� De functie van de ventilator tijdens normaal- en noodbedrijf. � Het interviewen van deskundigen van Corus op het gebied van de

ventilator en frequentiesturing van hoge vermogens. � De eigenschappen van de ventilator. Beoordeling van de QH

(opbrengst/opvoerhoogte) kromme bij huidig en frequentie gebruik. � Gesprekken met leveranciers over mogelijke oplossingsrichtingen zoals

Middenspanning of laagspanning frequentie drive. � Het berekenen van het energie gebruik van de ventilator. � Het vanuit de QH kromme bepalen van de te behalen

rendementsverbetering. � Onderzoeken van storingen, onderhouden betrouwbaarheidsaspecten. In

dit onderzoek zijn de theoretische MTBF (Mean Time Between Failure) van de frequentiedrive leveranciers verwerkt als ook de ervarings storings uren van de huidige componenten aangevuld met storingen onderhoudsgetallen van een gebruiker van een midden spanning frequentieregelaar.

� Bij het bepalen van de kosten zijn budget prijzen aangevraagd voor aanschaf van de frequentiedrive en aanpassingen die nodig zijn om deze te installeren.

3

1 Project

1.1 Opdracht Het project omvat een haalbaarheidsstudie voor het toepassen van frequentie sturing van de primaire ventilatoren van converter 21 en 22. De aanleiding van dit onderzoek is het lage rendement van de huidige ventilator regeling. Doordat het rendement middels een frequentieregelaar is te verbeteren, zal er op energiekosten bespaard worden. In 2000 is er al eens een korte haalbaarheidsstudie verricht. Deze is toen afgewezen op faillissement van de leverancier. De firma werd overgenomen en daarna kwam er een herberekening van de prijs. De prijs werd daarna 1,5x zo hoog waarna het project te duur werd. Nu in 2009 zijn technieken en prijzen (frequentiedrive, energie etc.) t.o.v. 2000 veranderd. Hierdoor is de wens van de oxystaalfabriek ontstaan voor een nieuwe haalbaarheidsstudie. De volgende aspecten komen aan de orde bij het onderzoek. De haalbaarheidsstudie bestaat uit een zestal hoofdonderwerpen: • Wat levert het op:

� Energie besparing. � Het niet hoeven vervangen van softstart installatie. � Vervallen van drall en drall aandrijving. � Milieu aspecten.

• De technische oplossing. Hierbij wordt een aantal varianten van frequentiesturing bekeken.

• Randvoorwaarden � Veiligheidsaspecten � Onderhoud/storingen/betrouwbaarheidsaspecten.

• Kosten van aanschaf, installeren en aanpassingen. • Return of investment. • Aanbeveling voor verder onderzoek.

1.2 Aanpak Bij de aanpak is gekeken wat de functie is van de primaire ontstoffingsventilator. De ventilator is onderdeel van het rookgas afzuigsysteem en heeft als doel het afzuigen van de rookgassen welke vrij komen bij het oxystaalproces zie hoofdstuk 2. In grote lijnen zijn onderstaande stappen genomen om deze opdracht uit te voeren. • Het onderzoeken van de werking van het rookgasafzuigsysteem. • Het onderzoeken van de eigenschappen van de ventilator in de huidige

situatie met drall regeling en in de toekomstige situatie met frequentiesturing. • Er zijn interviews gehouden met specialisten op het gebied van, de

rookgasregeling, de ventilator, elektromotoren en frequentiedrives. • Berekenen van de energie besparing. • MOC procedure is gevolgd. • Gesprekken gevoerd met frequentiedrive leveranciers. • Onderzoek naar optimale opstelling. • Berekenen van ROI.

4

2 De Oxystaalfabriek Omdat de primaire ventilator een belangrijk onderdeel is van de oxystaalfabriek, hier een korte beschrijving van de oxystaalfabriek. Al het ijzer van Corus IJmuiden wordt in de oxystaalfabriek omgezet in staal. De staalproductie ligt ongeveer op 7,2mln ton/jaar De oxystaalfabriek bestaat uit vijf ijzer/staal ver- en bewerkende secties. � Sectie RST (Ruwijzer Schroot en toeslagstoffen). Deze sectie zorgt er voor dat

het ruwijzer ontdaan wordt van slak en zwavel, het schroot in de juiste samenstelling in bakken wordt geladen en dat toeslagstoffen zich in de voorraad bunkers bevinden.

� Sectie converters maakt van het ijzer staal. De haalbaarheidsstudie speelt zich af in deze sectie. Voor meer informatie over de converter sectie zie hoofdstuk 3.

� Sectie PBI (Pan behandelingsinstallatie). In de converter sectie wordt het staal redelijk grof op specificatie gemaakt. In de sectie PBI wordt het staal nauwkeuriger op specificatie gemaakt.

� Sectie CGM (Continue Giet Machine). In deze sectie wordt het vloeibare staal uitgegoten tot plakken.

� Sectie PVK (Pannen Verdeelbakken en Kranen). Deze sectie zorgt ervoor dat de staal, slak en ruwijzer pannen gereed worden gemaakt voor productie en dat deze pannen op het juiste moment op de juiste plaats zijn.

Tevens levert de oxystaalfabriek staal aan de DSP (Direct Sheet Plant). De DSP vergiet het staal direct tot rollen.

RST

CGM

Converter

PBI

5

2.1 Organisatie

De oxystaalfabriek heeft een lijn-staf organisatie. De lijn organisatie bestaat uit productiebeheer met de 5 ploegendienst, technisch beheer met onderhoud engineering en automatisering en kwaliteitsbeheer. De staf is administratie/controling en PMO. Het organogram van de oxystaalfabriek staat in bijlage A.

3 Procesbeschrijvingen

3.1 Oxystaalproces

Het ruwijzer afkomstig van de Hoogovens, heeft een temperatuur van ca 1350 oC en een koolstof gehalte van ca 4,3 %. Om van ruwijzer staal te maken wordt dit samen met schrot in een converter geladen. Vervolgens wordt onder toevoeging van hulpstoffen, zuurstof op het ruwijzer geblazen, om het koolstof gehalte te verlagen. De zuurstof gaat een reactie aan met de koolstof uit het ruwijzer, waardoor het koolstof gehalte daalt tot enkele ppm’s. Tijdens dit proces wordt het ruwijzer staal en ontstaan er rookgassen, doordat het koolstof wordt omgezet in CO en CO2 gas. Als er een vooraf berekende hoeveelheid zuurstof is geblazen, wordt er met behulp van de sublans (zie figuur) een monster (temperatuur en analyse) genomen. Na deze monstername volgt er een herberekening en zal er nog een kleine hoeveelheid zuurstof worden geblazen. Bij einde blazen wordt er weer een monster genomen en wordt bepaald welke legeringselementen en in welke hoeveelheid deze tijdens tappen gedoseerd moeten worden. Het staal wordt in een staalpan getapt en gaat naar de Pan Behandelingsinstallatie.

6

3.2 Rookgasafzuigsysteem

Bij het staalproces komen rookgassen vrij. Deze rookgassen bevatten o.a. CO, CO2 , stofdeeltjes en zijn zeer heet. Om milieu- en veiligheidtechnische redenen moeten deze rookgassen worden afgezogen, gekoeld en gewassen. De primaire ventilator zorgt voor het afzuigen van de rookgassen die vrijkomen bij het staalproces. Een watergekoelde wand, bestaande uit een netwerk van watervoerende pijpen, zorgt voor de koeling van ca 2000oC naar 800oC. Watersproeiers zorgen ervoor dat de stofdeeltjes worden gevangen en dat het rookgas wordt gekoeld van 800oC tot ca 80 o C. Het rookgas bevat afhankelijk van het procesmoment meer of minder CO en CO2. Als het rookgas nog veel CO2 bevat en dus slecht tot niet brandbaar is dan worden de rookgassen afgeblazen door de schoorsteen. Bij ca 30% CO zal het rookgas worden omgeschakeld naar de gashouder. Het rookgas heet dan oxygas. Dit oxygas wordt ingezet als menggas in de andere gas stromen (hoogoven en kooksovengas), voor energie opwekking in de elektriciteitscentrale van de Nuon in Velsen-Noord, of als zelfstandig gas voor warmte opwekking.

In onderstaande P&ID is aangegeven waar de primaire ventilator zich bevindt.

7

3.3 Rookgasregeling

De primaire ventilator zuigt de rookgassen af welke bij het staalproces vrijkomen. De hoeveelheid die moet worden afgezogen is afhankelijk van de fase waarin het staalproces zich bevindt. Op verschillende procesmomenten (omstandigheden) moeten er verschillende hoeveelheden worden afgezogen. De ventilator en drall wordt door het besturingssysteem met behulp van een drukverschilmeting (PDT18) op een drukverschil van 170 mBar gehouden. Het regelinstrument om het drukverschil over de ventilator te behouden wordt de drall (jalousieklep zie bijlage B) genoemd. Het drukverschil van 170 mBar is het werkpunt van de ventilator. De rookgashoeveelheid wordt middels een meet venturi in de schoorsteen gemeten. Het regelinstrument voor de rookgasflow is de regelbare venturi . Door de regelbare venturi meer of minder te openen varieert de rookgasflow. Door middel van de drall wordt het drukverschil over de ventilator en drall constant gehouden. In een proces toestand waarbij een lage rookgasflow wordt gevraagd zal de drall niet ver open staan. Bij een gedeeltelijk gesloten drall ontstaat er veel weerstand waardoor energie wordt vernietigd. Tevens als de drall niet geheel open staat, is de ventilator vulling niet goed waardoor vuilafzetting op de waaier optreedt.

Meet venturi

regelbare venturi

8

3.4 De primaire ventilator

Zoals beschreven in hoofdstuk 3.3 verzorgt de primaire ventilator het afzuigen van de rookgassen welke vrijkomen bij het oxystaalproces. De hoeveelheid rookgassen moet zijn afgestemd op het staalproces. De ventilator zal de hoeveelheid rookgassen moeten kunnen regelen tussen ruime grenzen. De ventilator wordt aangedreven door elektromotor.

3.4.1 Huidige situatie

In de huidige situatie wordt “ het drukverschil over de ventilator en drall” bereikt door de drall meer of minder te openen. Het grote nadeel van deze methode van regelen is het slechte rendement. Doordat bij een gedeeltelijk of geheel gesloten drall er een groot drukverschil over de drall wordt gegenereerd, treden er op die momenten grote verliezen op. Voor uitleg zie hoofdstuk 4.1.

3.4.2 Nieuwe situatie

De wens is om het “ drukverschil over de ventilator” in de toekomst door een toerengeregelde ventilator te laten regelen. Het variëren van het toerental gebeurd door een frequentiedrive gestuurde motor. Het voordeel van het toepassen van frequentiesturing is:

• Energiebesparing door rendementsverbetering • Verhogen installatie beschikbaarheid. • Verwachting dat de rookgasregeling verbeterd kan worden

Om frequentiesturing te kunnen toepassen moet er aan een aantal eisen worden voldaan. In de volgende hoofdstukken wordt de haalbaarheid van deze eisen onderzocht.

9

3.4.3 Eigenschappen van de ventilator

• Proces

• Rookgasflow laag vermogen ca 50000 Nm3/h. • Rookgasflow hoog vermogen ca 200000 Nm3/h. • Drukverschil hoogvermogen 170 mBar.

• Ventilatormotor

• Vast toerental ca 1492 rpm. • Motor spanning 6KV. • Motorstroom I nominaal 265 A • Cosφ=0,9 • Motor vermogen 2,4 MW.

• Ventilator

• Radiaal ventilator. • Materiaal duplex (slijtvast, chloride bestendig, cavitatie bestendig). • Geschikt voor toeren regeling. • Grote capaciteit • Groot drukverschil

• Foto motor, ventilator en drall.

10

4 Opbrengsten frequentiesturing In dit hoofdstuk wordt onderzocht wat het toepassen van frequentiesturing oplevert. Het onderzoek zal zich richten op energie en geldelijke opbrengsten, vervanging van de softstart installatie, geen drall meer nodig, energie besparing, hogere installatie beschikbaarheid, lagere milieu belasting en de mogelijkheid tot een verbetering van de regeling van de primaire afzuiging.

4.1 Energiebesparing

Het vermogen van de ventilator is afhankelijk van het toerental. Hieronder staat een algemene uiteenzetting waarom er met toerenregeling energie wordt bespaard t.o.v. een drall regeling.

1) pQP ∆= * (Vermogen=volume * drukverschil)

2) 2Qp ≈∆ (drukverschil is evenredig met volume in het kwadraat)

3)33

nQP ≈≈ ( 2 in 1 geeft 3)

4) 3nP ≈ (vermogen is evenredig aan het toerental tot de macht 3)

P = vermogen in W Q = volume in M3/s

p∆ = drukverschil over de ventilator in Pa

Voorbeeld:

Doordat het vermogen evenredig is met het toerental tot de macht 3 zal bij het

verlagen van het toerental tot 90% (=-10%) het vermogen met (0,93=0,73) 27%

dalen. Een winst van 17 % op energie verbruik.

De opbrengst (Q) van de ventilator blijft gelijk om dat er geen energie meer over de drall wordt vernietigd.

Zoals beschreven in hoofdstuk 3.3 wordt het drukverschil over de ventilator geregeld middels een drall. De drall beperkt de vrije doorstroming van de rookgassen. Hierdoor treedt er energieverlies op en is de vulling van de waaier niet optimaal. Des te meer de drall de hoeveelheid rookgassen beperkt des te slechter is het rendement van de ventilator. Voor het bepalen van de mogelijke energiebesparing zijn er meetwaarden van het besturingssysteem middels het PI systeem vastgelegd in Excel. PI is een proces informatie systeem. Middels PI kan er een analyse worden gemaakt van proceswaarden. Deze meetwaarden zijn van een converter lading onderverdeeld in procesmomenten. De converter heeft drie productiestadia;

• Producerend. • Niet producerend met draaiende ventilator. • In onderhoud ventilator staat uit.

De tijd per jaar dat de converter niet produceert met draaiende ventilator is aan de lading toegerekend. De meetwaarden zijn besproken met de ventilator specialist van Corus. In volgende stappen is uiteengezet hoe de besparing berekend is:

11

• Berekenen van opvoerhoogte (Yt) en volumeflow (Qt) naar gestandaardiseerde eenheden.

• Meetwaarden samenvatten op procesmoment (Zie bijlage C). • De berekende bedrijfspunten (Yt en Qt) overnemen in de QH kromme van

ventilator met drall (zie bijlage D) en ventilator met frequentiedrive (bijlage E).

• De rendementen uit de QH krommes overnemen. • Berekenen van gemiddeld vermogen. • Berekenen van gemiddeld rendement met drall en frequentiedrive (Zie

bijlage F en G). • Berekenen van energiegebruik per periode.

Het resultaat van bijlage C is:

• Gemiddeld vermogen per periode van 67 minuten is 1544 KW. • Gemiddeld rendement met drall 34 %. • Gemiddeld rendement met frequentiedrive is 62 %.

Algemeen: TPEtijdVermogenKWHinEEnergie **__)( ===

=dralltoeE __ toegevoerde energie per periode bij drall regeling

KWhhKW

TtperiodePgemdralltoeE 17331*min60

min67*1544*60/*__ ===

=drallnuttigE __ nuttig gebruikte energie voor afzuigen rookgassen

KWhKWhdralldralltoeEdrallnuttigE 590100

%34*1733*____ === η

=drivefreqtoeE ___ benodigde hoeveelheid energie per periode bij

frequentieregeling.

KWhKWh

freq

drallnuttigEdrivefreqtoeE 952

100/%62

590

_

_____ ====

η

KWhKWhKWh

drivefreqtoeEdralltoeEvequentiedridrallvsfretoeE

7819521733

_______

=−

=−=∆

Er zijn per jaar c.a. 22000 perioden over drie converters.

KWhKWh

odenaantalperivequentiedridrallvsfretoeEjaarbesparingEnergie

264.730.53/000.22*781

3/*__/_

=

=∆=

−==

=

,816.343€/06,0€*264.730.5

_*/_/_

KWhKWh

prijsEnergiejaarbesparingEnergiejaarbesparingKosten

Energie besparing/jaar Kosten besparing/jaar

5.730.264 KWh € 343.816,-

12

4.2 Vervanging van softstart installatie

Bij de huidige installatie wordt gebruik gemaakt van een zogenaamde softstart installatie. De functie van de softstart was dat de ventilator iedere converterlading gestopt zou worden. Reden van het stoppen en later weer starten was energie besparing. Helaas heeft dit systeem niet lang gefunctioneerd omdat de toenmalige ventilatoren mechanisch niet geschikt waren voor ca 20 starts per 24 uur. Vanaf het moment dat het iedere lading starten en stoppen gestaakt was, is de softstart alleen nog gebruikt voor normale starts. De investering was daardoor niet geheel verloren omdat het aanloopvermogen aanzienlijk verkleind werd ten opzichte van een directe net start. Tevens kunnen de ventilatoren meerdere keren achter elkaar gestart worden tijdens balanceerwerkzaamheden. Doordat de softstart gedurende zijn levensduur veel minder frequent is bedreven heeft hij het zo lang volgehouden. De softstart installatie dateert van 1987 (oplevering). Na 22 jaar is de installatie aan het eind van zijn technische levensduur gekomen tevens bestaat de leverancier niet meer. Er zijn om die reden geen reserve delen meer te krijgen en kennis is niet meer aanwezig. Voordelen van softstart:

• Frequent starten zonder wachttijd tijdens balanceren mogelijk. • Lagere netbelasting tijdens starten. • Lagere mechanische krachten op de ventilatorwaaier.

Motivatie voor vervanging softstart door frequentie regelaar of softstart:

• Originele fabrikant maakt geen softstarts meer. • Bestaande is een prototype. • Kennis is nagenoeg niet meer aanwezig. • Reserve delen zijn moeilijk tot niet te verkrijgen.

De kosten voor het vervangen van de softstart zijn: Softstart vervanging Firma Prijs in €

Softstart Rockwell 205.109 Demontage / Sloop (zonder milieu technische afvoer) en montage

Cofely 38.655

HS kabels inkorten/verlengen en aansluiten.

HTD-EWS 5.550

Aanpassen besturing Honeywell 10.000 Aanpassen tekeningen Cofely 10.000

Totaal 269.314

Bovenstaande kosten hoeven bij aanschaf van een frequentiedrive niet meer gemaakt te worden. Echter ventilator 21,22 en 23 worden gestart middels deze softstart. Pas als ventilator 23 geschikt is gemaakt voor gebruik van een frequentiedrive zullen deze kosten niet meer hoeven te worden gemaakt. Een derde van de kosten van een nieuwe softstart zijn meegenomen als besparing in de aanschaf van de frequentiedrive.

13

4.3 Vervallen van Drall en aandrijving

Het drukverschil over de ventilator wordt geregeld d.m.v. een drall (zie bijlage B). Om de drall te verstellen wordt gebruik gemaakt van een Reineke motor. Een Reineke (naam leverancier) motor is een hydraulische verstel unit. In deze unit wordt een recht uitgaande beweging omgezet in een roterende beweging van c.a. 110o. De ervaring heeft geleerd dat deze machines kwetsbaar zijn. Ook het instellen van het servoventiel vraagt specialisme en ervaring. Op Corus zijn er nog twee mensen die dit kunnen en bij de leverancier (Duitsland) zijn er ook nog twee (bron HTD). Ondanks preventief onderhoud moet de drall motor ongeveer 1x per jaar ten gevolge van een storing gewisseld worden. Kosten: €8000,- voor revisie, €1000,- wisselen en €1000,- inregelen. Totaal €10.000,-. In geval van een storing (ca 10 uur) treedt er ook nog lading verlies op. Storingtijd 10 uur. Lading derving Schade in €

2 converter bedrijf 15 13.500 3 converter bedrijf 5 13.500 Totaal kosten Schade in € Reparatie in € Totaal in €

2 converter bedrijf 202.500 10.000 212.500

3 converter bedrijf 67.500 10.000 77.500

Het grootste gedeelte van de tijd heeft de staalfabriek drie converters in bedrijf.

4.4 Milieu aspecten

4.4.1 Nalco vloeistoffen

De ventilator heeft een water sproeisysteem om te voorkomen dat vuil op de waaier hecht. Doordat door de huidige configuratie (ventilator met drall) de vullingsgraad van de waaier niet optimaal is, kan er vuil afzetten in gebieden waar geen vulling is. Dit vuil geeft na verloop van tijd onbalans waardoor de ventilator stil moet voor hogedrukreinigen. De stilstandstijd is dan ca 48 uur. Omdat dit zeer onwenselijk is, wordt er een reinigingsmiddel toegepast. Dit reinigingsmiddel (samenvoeging van twee vloeistoffen) wordt in het sproeiwater gedoseerd. Nalco is onze leverancier van conditioneringvloeistoffen voor proceswater en ventilator. Volgens de leverancier zijn de middelen in verdunde uitvoering niet milieubelastend. Toch is het toevoegen van niet natuurlijke stoffen aan lozingswater niet wenselijk. Als de ventilator op frequentie geregeld wordt, is de vullingsgraad van de waaier optimaal en zullen de conditionering vloeistoffen (theoretisch) niet meer nodig zijn (bron Corus Ventilator specialist Koos Oudendijk April 2009). De kosten besparing per jaar:

Vloeistof nummer Hoeveelheid/jaar Prijs in €

3DT102 2500 kg 17.500 N8315 4500 kg 30.000

Totaal 47.500

14

4.4.2 CO2 emissie.

Door het toepassen van frequentiesturing wordt er ca 5.730 MWH aan energie bespaard. Bij de energie leverancier zal er 2464 ton CO2 minder worden geproduceerd. De kosten van deze uitstoot zijn €19.711,- bij €8,-/ton CO2. Deze zit echter verdisconteerd in de KWH prijs. Voor de ROI is hier dus geen voordeel te behalen. Corus wil een goede buur zijn en spant zich daarom in om de milieubelasting voor de omgeving telkens verder te verlagen. Onder het motto best supplier to best customer is het een goede zaak dat Corus investeert in energiebesparing.

4.4.3 totaal opbrengsten

Energie besparing/jaar €343.816 Conditionering vloeistoffen/jaar €47.500 Storingskosten drall/jaar €77.500

Kosten onderhoudscontract/jaar -€9.028

Totaal per jaar. €459.788

1/3 Niet aanschaffen van softstart (eenmalig) €89.771

Bij energie besparingsprojecten mag Corus de investering verminderen op de vennootschapbelasting. Dit komt ongeveer neer op 11 % van het geïnvesteerde vermogen.

15

5 Technische configuraties Het aandrijven van de ventilator kan op verschillende manieren. Met de huidige of een nieuwe motor, op midden (6KV)- of laagspanning (690V). In dit hoofdstuk worden de voor- en nadelen van de verschillende varianten beschreven.

5.1 Variant 1: Middenspanning frequentiedrive met huidige motor.

In deze variant wordt de frequentiedrive in de motorhal geplaatst tussen de huidige voedingskabels. Voor opstellingsplan zie bijlage H. Voordelen:

Oude motor kan hergebruikt worden omdat de gekozen frequentiedrives (Siemens en Rockwell) geschikt zijn voor aandrijven van oude motoren.

Frequentiedrive is eenvoudig in huidige infrastructuur in te passen. Frequentiedrive kan in motorhal geplaatst worden (relatief schone en

goed geconditioneerde omgeving). Geen aanschafkosten voor reserve motor Nadelen:

Motor is 30 jaar oud. Frequentiedrive wordt op basis van oude motor gekozen. Motor is niet bedoeld om middels frequentiedrive aangestuurd te

worden. Op basis van leeftijd wordt deze variant door ABB afgekeurd en door

de Corus specialist als niet mogelijk genoemd. Voor de Siemens frequentiedrive is de opstelruimte krap.

5.2 Variant 2: Middenspanning frequentiedrive met nieuwe motor.

In deze variant wordt de frequentiedrive in de motorhal geplaatst tussen de huidige voedingskabels. Voor opstellingsplan zie bijlage H. Voordelen t.o.v. variant 1:

De frequentiedrive motorcombinatie kan optimaal worden gekozen. Nieuwe motor afgestemd op frequentiedrive gebruik. Er kan een zwaardere motor worden gekozen zodat de

afzuigventilatoren en motoren van C21,22 en 23 na vervanging van ventilator 23 universeel zijn, op dit moment wijkt de motor van C23 af van C21/22. Tevens behoort extra afzuig volume tot de mogelijkheden.

Frequentiedrive is eenvoudig in huidige infrastructuur in te passen. Frequentiedrive kan in motorhal geplaatst worden (relatief schone en

goed geconditioneerde omgeving).

Oude 6KV Motor

6KV frequentieregelaar

Nieuwe 6KV Motor

6KV frequentieregelaar

16

Nadelen t.o.v. variant 1:

Extra kosten voor aanmaken motorfundatie, plaatsen en uitlijnen. Extra kosten voor aanschaf nieuwe motor. Rockwell kan geen motoren leveren.

5.3 Variant 3: Laagspanning frequentiedrive met laagspanning motor.

In deze variant wordt de frequentiedrive in besturingsruimte station 1 ontstoffing geplaatst. Voor opstellingsplan zie bijlage I. Voordelen:

De frequentiedrive motor combinatie kan optimaal worden gekozen. Nadelen:

Nieuwe motor is ingewikkeld i.v.m. maximale stroom per winding. I.v.m. maximale stroom per aansluiting veel kabels tussen

transformator en frequentiedrive en tussen frequentiedrive en motor. De beschikbare ruimte op locatie is beperkt. Voor deze variant moet

een toilet en een trap verplaatst worden. Hierdoor zijn de bouwkundige kosten van deze variant hoger dan variant 1 en 2.

Er moet een afscherming gebouwd worden voor de transformator. Extra kosten voor aanschaf 6KV/690V transformator. Extra kosten voor aanschaf van complexe nieuwe motor. Extra kosten voor aanmaken motorfundatie, plaatsen en uitlijnen. Hoge aansluit en plaatsingskosten. Rockwell kan geen motoren en transformator leveren. Siemens frequentiedrive neemt te veel ruimte in.

5.4 Variant 4: Laagspanning frequentiedrive met step-down en step-up transformator met huidige motor.

In deze variant wordt de frequentiedrive en transformatoren in de motorhal geplaatst. Voor opstellingsplan zie bijlage J.

Nieuwe 690V Motor

690V frequentieregelaar Transformator 6KV/690V

Oude 6KV Motor

690V frequentieregelaar

Transformator 6KV/690V

Transformator 690V/6KV

17

Voordelen:

Oude motor kan hergebruikt worden. Nadelen:

Oude motor is 30 jaar oud. De installatie wordt op basis van oude motor gekozen. De beschikbare ruimte in de motorhal is beperkt voor het opstellen van

frequentiedrive en transformatoren. Hierdoor zijn de bouwkundige kosten hoger dan de varianten 1,2 en 3.

I.v.m. maximale stroom per aansluiting veel kabels tussen step-down transformator en frequentiedrive en tussen frequentiedrive en step-up transformator.

Extra kosten voor aanschaf 6KV/690V step-down transformator. Extra kosten voor aanschaf 690V/6KV step-up transformator. Hoge aansluit en plaatsingskosten. Rockwell kan geen motoren en transformatoren leveren. Siemens kan geen step-up transformator leveren.

5.5 Conclusie op basis van techniek.

� Het is aan te bevelen om de gehele variant bij een leverancier onder te

brengen. De leverancier is dan mede verantwoordelijk voor het succes.

Op basis van deze aanbeveling is onderstaande samenvatting/conclusie gemaakt..

• Variant 1 wordt door ABB en de Corus specialist afgekeurd. De Siemens frequentiedrive neemt te veel ruimte in, blijft alleen Rockwell als leverancier over.

• Variant 2 maakt gebruik van een nieuwe motor, deze kan zwaarder worden gekozen, waardoor de afzuigventilatoren en motoren van C21,22 en 23 na vervanging van ventilator 23 universeel kunnen worden. Tevens is er dan extra afzuigvolume beschikbaar. Deze variant heeft minder componenten, t.o.v. de varianten 3 en 4, in zowel de frequentiedrive zelf als de apparatuur er om heen. Rockwell kan geen nieuwe motor leveren. Blijft alleen ABB over omdat de Siemens frequentiedrive in variant 1 en 2 te veel opstelruimte inneemt.

• Variant 3 heeft een nieuwe motor, waardoor frequentiedrive en motor op elkaar kunnen worden afgestemd. De Siemens frequentiedrive past niet op de beoogde locatie, Rockwell kan geen transformator leveren. Blijft alleen ABB over als leverancier

• Variant 4 maakt gebruik van de oude motor. Dit zou een gemiste kans zijn om gelijk de motor te vervangen. Siemens kan geen step-up transformator en Rockwell kan geen transformatoren leveren. Blijft alleen ABB over voor deze variant.

• De varianten 3 en 4 zijn complex, hebben transformatoren en veel aansluitkabels. Tevens is de ruimte op de beoogde opstellocatie erg krap en er zijn veel aanpassingen noodzakelijk.

� Uit bovenstaande valt te concluderen dat vanuit de techniek gezien variant 2

of 3 de voorkeur heeft. Waarbij variant 2, de opstellocatie het meest geschikt

is, en de installatie is, relatief eenvoudig ten opzichte van variant 3 .

In bijlage K staat een frequentiedrive vergelijkingstabel. Middels deze tabel kan eenvoudig een vergelijk worden gemaakt tussen de diverse varianten en leveranciers.

18

6 Randvoorwaarde voor toepassen

frequentiesturing Bij het toepassen van frequentiesturing spelen naast technische aspecten ook andere aspecten zoals veiligheid en betrouwbaarheid een rol. Het beleid van Corus is we doen het veilig of we doen het niet. Tevens is de ontstoffingsinstallatie een BRZO (Besluit Risico Zware Ongevallen) installatie. Dit betekent dat er alleen wijzigingen mogen worden gemaakt als de MOC (management of change) procedure wordt gevolgd. In dit hoofdstuk is de invloed op de veiligheid van een frequentiegestuurde ventilator onderzocht. In dit hoofdstuk worden Onderhoud, storingen en betrouwbaarheidsaspecten beschreven. De oude en de nieuwe installatie heeft een bepaalde MTBF (Mean Time Between Failure). De nieuwe installatie zal betrouwbaarder moeten zijn dan de oude.

6.1 Veiligheidsaspecten Zoals in hoofdstuk 3.2 is beschreven is het rookgasafzuigsysteem een hele grote gasfabriek. De rookgassen kunnen afhankelijk van het procesmoment bestaan uit grotendeels lucht tot gas met 80% CO. Tijdens ventilatoruitval zal het converter proces direct gestopt worden. Door looptijden van het zuurstofsysteem zal er nog ongeveer 20 sec zuurstof in de converter worden geblazen. Tijdens deze periode blijft de CO/CO2 productie op gang. Als er geen zuurstof meer geblazen wordt, kan er alleen nog CO/CO2 uit de converter komen als na reactie uit de slak. In geval van een storing aan de primaire ventilator is het heel belangrijk dat het rookgassysteem zo snel mogelijk ontdaan wordt van het CO rijke gas anders kan er een explosie ontstaan. De primaire ontstoffingsinstallatie is een “Besluit risico’s zware ongevallen” (BRZO) installatie. In dit besluit worden voor diverse gevaarlijke stoffen en stof categorieën een hoge en een lage drempelwaarde voor stofhoeveelheden genoemd. Als een bedrijf met zijn stofhoeveelheden de onderste drempel overschrijdt, dient het een kennisgeving in te dienen en te beschikken over een veiligheidsbeheerssysteem; een zogenaamd Preventie Beleid Zware Ongevallen (PBZO). Een dergelijk bedrijf wordt een PBZO-bedrijf genoemd . Bij overschrijding van de bovenste drempel is een bedrijf tevens verplicht een veiligheidsrapport (VR) te maken voor het bevoegd gezag (de gemeente of de provincie). Zo'n bedrijf heet een VR-bedrijf (bron website RIVM September 2009). Corus heeft voor de converter sectie een veiligheidsrapport.

19

In het veiligheidsrapport van de converter sectie wordt verwezen naar de volgorde diagrammen waarin de werking van de converter en ontstoffingsinstallatie zijn vast gelegd. De volgorde diagrammen zijn een schematische weergave van wat de installatie moet doen op een bepaald procesmoment. De volgende volgorde diagrammen, hebben een relatie tot de primaire ontstoffingsventilator.

1. Ventilatoruitval tijdens gasterugwinning. 2. Ventilatoruitval tijdens niet gasterugwinning. 3. Emergency Shut Down (ESD).

Om wijzigingen in een BRZO installatie te mogen uitvoeren moet de Management of Change (MOC) procedure worden gevolgd. Deze procedure gaat na welke gevaren er worden geïntroduceerd of opgeheven en welke maatregelen daarop nodig zijn. Tijdens de MOC sessie zijn de volgende scenario's onderkend:

• Ventilator uitval en ESD. • Wordt het rookgassysteem nog geheel leeg gezogen? • Blijft de rookgasflow boven de minimale snelheid (52000 Nm3/h = 10

m/s) om een explosie te voorkomen? • Treedt er waaier schade op door vermoeiing ten gevolge van

frequentiesturing? • Hoe groot is de reële kans op ventilator uitval als gevolg van de

frequentiedrive.

6.1.1 Ventilator uitval.

Volgorde diagram 1 en 2 hebben voor de ventilator in relatie tot het veilig afschakelen van de installatie dezelfde uitwerking.

• In de huidige situatie waarbij de ventilator op een vast toerental van 1500 rpm draait, zal, in geval van ventilatoruitval, het volledige uitdraaivermogen ter beschikking komen om het rookgassysteem leeg te zuigen.

• In de situatie waarbij de ventilator frequentie gestuurd wordt zal niet het zelfde afzuigvermogen beschikbaar komen als bij 1500 rpm.

Om te kunnen beoordelen of er bij een frequentiegestuurde ventilator voldoende afzuigvolume beschikbaar is zijn de volgende testen uitgevoerd: 1. Bepalen van de hoeveelheid rookgassen (tot minimum rookgasflow) bij

ventilator uitval tijdens een tussentijdse simulatie. Tijdens deze simulatie wordt de installatie aangestuurd alsof het converter proces loopt. Deze simulatie is uitgevoerd tijdens een periode van lage productie. Hierdoor hadden de rookgassen een temperatuur in de schoorsteen van 40oC. De normale bedrijfstemperatuur is ca 60oC.

1.1 Uitwerking test 1.

Na de simulatie is middels het PI (proces informatie) systeem onderzocht hoeveel tijd en rookgasflow er beschikbaar is vanaf ventilator uitval om het rookgassysteem leeg te zuigen totdat de rookgasflow de minimale waarde bereikt heeft. De minimale rookgasflow is een ontwerpwaarde van de installatie. Zolang de rookgasflow boven de minimale rookgasflow blijft zal een explosie zich via de schoorsteen naar buiten verplaatsen. De hoeveelheid

20

rookgas die moet worden afgezogen om het hele systeem te verversen is ca 2600 m3 = berekende waarde aan de hand van installatie afmetingen. Om te bepalen op welk laagst praktische toerental (1300 rpm) de frequentiegestuurde ventilator zou kunnen uitvallen heb ik de bedrijfspunten van de rendement berekening hoofdstuk 4.1 gebruikt (zie bijlage C).

In bijlage L staat de uitgebreide PI data van deze test.

Samengevat:

Toerental in rpm

Benodigde rookgas hoeveelheid op basis van berekend installatie volume.

Rookgashoeveelheid (beschikbaar) tot rookgasflow = (52.000Nm3/h)

1500 2637 m3 3954 m3/h 1298 2637 m3 3342 m3/h

De benodigde hoeveelheid rookgas vanaf toerental 1298 tot de minimale rookgasflow wordt gehaald. Echter tijdens deze test is het rookgas kouder dan tijdens een bedrijfssituatie. Na het moment van minimum rookgasflow houdt het niet op. De ventilator heeft tijdens de simulatie na het moment 52.000 Nm3/h tot 40.000 Nm3/h nog ca 110 sec nuttige afzuigcapaciteit, wat neer komt op 1533 m3/h, ruim de helft van het berekende installatie volume. De samenstelling (CO, CO2, H2) van het gas op dat moment bepaald of dit een probleem is of niet. 2. Als er tijdens het converterproces een hoofdalarm optreedt zal het blazen

direct worden gestopt. Het doel van deze proef is, het bepalen van hoeveel rookgas dat er moet worden afgezogen tot dat de installatie veilig is.

2.1 Uitwerking test 2.

Tijdens deze stap is onderzocht hoeveel rookgasflow er nodig is om tijdens een hoofdalarm (blaasstop) de installatie veilig te kunnen afschakelen. Om te bepalen of de rookgassamenstelling explosief is, of zou kunnen worden, is het CO equivalent + CO2 = gasfactor gebruikt. De gasfactor in deze stap is 3,13*H2+CO+CO2. Gebruikelijk is om het CO2 % niet mee te nemen in de gasfactor berekening. Tijdens dit onderzoek is dit wel gedaan, omdat, als de ventilator bij uitval na verloop van tijd stilstaat en de nog aanwezige CO geen CO2 meer wordt, er geen CO in de installatie meer aanwezig mag zijn. Bij een gasfactor van <12 is er geen explosie meer mogelijk. In deze stap is weer het PI systeem gebruikt voor analyse van de meetgegevens.

In bijlage M staat de uitgebreide PI data van deze test.

Samengevat:

Beschikbare rookgashoeveelheid uit test 1

Noodzakelijk rookgashoeveelheid tot een veilige installatie

Noodzakelijke rookgashoeveelheid tot een veilige installatie met een versnelde sluitingsprocedure van de zuurstofklep*

3342 m3 2933 m3 2595 m3

21

* In de huidige situatie stopt de zuurstoftoevoer op een contact van de blaaslans hoogte meting. Dit signaal komt 6-7 sec later dan het ventilatoruitval signaal. Er is nog winst te behalen door de zuurstof regelklep tijdens ventilatoruitval gelijk dicht te sturen. Dit scheelt ca 6 sec wat neer komt op een rookgasflow van c.a. 350 Nm3.

De hoeveelheid beschikbare rookgas is 3342 m3. Deze hoeveelheid rookgas, die noodzakelijk (2933 m3) is om het systeem veilig af te schakelen, is lager dan de rookgasflow die beschikbaar is bij stap 1. Als het systeem veilig is leeggezogen dan mag de rookgasflow lager worden dan de minimale rookgasflow om dat er geen explosiegevaar meer is. Eventuele kleine hoeveelheden CO en CO2 vanuit het proces kunnen met de lagere flow worden afgezogen. Omdat test 1 en 2 geen uitsluitsel geven of er voldoende rookgasflow is bij een in bedrijf zijnde installatie, is de test onder 1 ook uitgevoerd met een hete installatie.

3. Stap 1 en 2 gaven geen uitsluitsel of de installatie tijdens het converterproces

veilig wordt afgeschakeld als de toerengeregelde ventilator uitvalt. Omdat tijdens het werkelijke proces de rookgassen heter zijn en anders van samenstelling zijn is de simulatie test 1 niet representatief voor een echte lading. Om meer zekerheid te krijgen is tijdens een werkelijke converter lading de ventilator middels verstellen van de trillingsalarmen uitgevallen.

Het doel van deze proef is, � het bepalen van de hoeveelheid afgezogen hete rookgassen tot de

minimum rookgasflow. � het onderzoeken hoe de gassamenstelling afbouwt tot een veilige

samenstelling. In bijlage N staat de uitgebreide PI data van deze test. Samengevat.

Rookgashoeveelheid in m3

Met normaal sluitende zuurstofklep

Met snel sluitende zuurstofklep

Beschikbare hoeveelheid rookgas tot min. rookgasflow = 52000 Nm3/h

2981 2981

Benodigde hoeveelheid rookgas om tijdens het converter proces de installatie veilig af te schakelen (zie test 2)

2933 2595

Benodigde hoeveelheid rookgas om bij einde converter proces de installatie veilig af te schakelen. (zie test 3)

2135 1675

Na het moment van minimum rookgasflow houdt het niet op. De ventilator heeft tijdens test 3 na het moment 52000 Nm3/h tot 40.000 Nm3/h nog ca 124 sec nuttige afzuigcapaciteit wat neer komt op 1955 m3, dit is ca 75% van het berekende installatievolume. Dit volume kan gebruikt worden om de installatie nog enige tijd vrij van rookgas te houden.

22

6.1.2 ESD

ESD treedt in werking als de installatie een fatale fout van b.v. het besturingssysteem ontdekt. Tijdens ESD wordt het blaasproces direct gestopt en wordt er over geschakeld naar maximale afzuiging (Inom van de motor). ESD afhandeling werkt als volgt:

1. Regelbare venturi wordt 100 % open gestuurd. 2. De drall wordt naar een vaste stand (ca 17 %) gestuurd. De 17 % is

proefondervindelijk vastgesteld. De ventilatormotor draait dan op maximaal vermogen.

3. Als na 15 sec de drall de ESD positie (schakelaar) niet gehaald heeft dan wordt de drall alsnog volledig open gestuurd. Doordat de motorstroom te hoog wordt zal de motor op maximum stroom uitvallen. De installatie komt dan in de situatie ventilatoruitval.

ESD met een frequentiegestuurde ventilator heeft geen drall meer. Maximale afzuiging zal bereikt kunnen worden door de frequentie drive het nominaal vermogen van de motor te laten uitsturen. De stroommeting (ventilatormotor) en rookgasflowmeting kunnen als bewaking worden gebruikt dat de ESD afhandeling voor wat betreft de ventilator goed werkt. Voor wat betreft de ESD wordt het met gebruik van een frequentiedrive veiliger omdat tijdens de ESD geregeld kan worden naar maximum rookgasflow of motorstroom. Zoals geschreven wordt in de huidige situatie de drall naar een vaste stand gestuurd. De drall zal tijdens productie vervuilen, waardoor na verloop van tijd de ESD rookgasflow zal afnemen.

6.1.3 Waaier schade door vermoeiing (breuken).

In communicatie met de leverancier uit 2000 (zie bijlage O) staat dat de waaier geconstrueerd is voor 8000 herhalingen per jaar gedurende 10 jaar, met gebruik van de frequentiedrive. Als de waaier boven de berekende levensduur komt dan moet er zeer frequent gecontroleerd gaan worden. De frequentie van meten moet c.a. 1x/6 maanden of frequenter. Dit heeft onder andere te maken met de scheurgroeisnelheid, die moeilijke te bepalen is. Het wordt dan een zeer theoretisch verhaal met grote onzekerheden. De methode van controle is een NDO (Non Destructief Onderzoek) ultrasoon of magnetisch onderzoek. Info van de Corus Ventilator specialist. De opgegeven levensduur van de waaier (tijdens toerenregeling) is, gezien de toestand waarin de waaier zich bevind, na 7 jaar gebruik aan de korte kant. Ik geef het advies, om als deze haalbaarheidsstudie een werkelijk project wordt, nog eens kritisch naar de opgegeven levensduur te kijken. Met name de genome uitgangssituatie van het werkgebied en snelheid van toerental wisseling is wellicht interessant.

6.1.4 Heeft de waaier een kritisch toerental.

Onder het kritisch toerental wordt verstaan: het toerental waarbij de waaier in resonantie komt. Onze balanceerfirma (Vos Rotating Bas Liefting Oktober 2009), welke al sinds de oplevering in 2001 de ventilatoren balanceert, geeft aan dat de waaiers geen kritisch toerental hebben tussen 0 en 1500 rpm.

23

6.1.5 Hoe groot is de kans op ventilatoruitval?

De ventilator zal ten gevolge van de frequentiedrive kunnen uitvallen, voor de motor, oud of nieuw, veranderd er niets. De leveranciers geven aan dat de frequentiedrives na inregelen volgens de MTBF waarden hun werk doen. De meeste storingen komen er na enkele uren uit. De storingen hebben over het algemeen als oorzaak transport. Voor de latere betrouwbaarheid is conditionering en schoonhouden van de frequentiedrive heel belangrijk. De ventilator zal gezien de MTBF (zie 6.2.4) maximaal 1x in de 56.000 uur (ruim 6 jaar) uitvallen. Kijkend naar de MTBF van de huidige situatie is dit acceptabel.

Conclusie veiligheidsaspecten

� De hoeveelheid rookgas die nodig is om het systeem veilig af te schakelen

is met frequentie sturing nog steeds voldoende.

Ik wil adviseren om de zuurstofklep direct te sluiten bij ventilatoruitval

zodat de veiligheid marge groter wordt.

� ESD levert geen nieuwe problemen op.

� De ventilator heeft geen kritisch toerental.

� De kans op uitval van de ventilator is acceptabel.

6.2 Onderhoud/storingen/betrouwbaarheidsaspecten Het laten vervallen van oude apparatuur en het introduceren van nieuwe apparatuur heeft invloed op de installatiebetrouwbaarheid. Nieuwe apparatuur begeeft zich in het begin van de badkuipkromme, oude apparatuur aan het eind van deze curve. Dit betekend dat een nieuwe installatie in het begin aanloop problemen zal hebben. Oude installaties hebben door slijtage problemen aan het einde van hun levensduur. In onderstaande subparagrafen wordt de softstart, drall en frequentiedrive bekeken.

6.2.1 Softstart

De motivatie voor vervanging van de softstart wordt beschreven in hoofdstuk 4.2. De MTBF is moeilijk vast te stellen. De softstart wordt ca 18 x/jaar gebruikt voor het starten van 3 ventilatoren. Hierbij moet ongeveer in 50 % van de gevallen de softstart gereset worden. Een 2e poging is meestal succesvol. Storing en onderhoud zijn minimaal. Bij een gehele storing van de softstart is het mogelijk de ventilator direct op het net te starten. De MTBF van de softstart installatie is ongeveer 8760 uur.

6.2.2 Drallmotor

De motivatie voor vervanging van de drall motor wordt beschreven in hoofdstuk 4.3 De MTBF is ongeveer 8760 uur. Dit betekend 1x/jaar, dat is vaak.

24

6.2.3 Elektromotor

De elektromotoren zijn in 2001 tijdens de bouw van de ventilatoren preventief gewisseld. Daarna is de motor van ventilator 21 1x gewisseld nadat een diagnosemeting onvoldoende isolatiewaarde had opgeleverd. De motor van ventilator 22 is 1x gewisseld nadat deze tijdens een start sluiting heeft gehad. De MTBF van de oude motor op netbedrijf is ca 52.560 uur. Reactie van leveranciers op de betrouwbaarheid:

• Siemens voor variant 1 en 4 is de verwachting dat de oude motor gevoed door een Robicon frequentiedrive de MTBF niet afneemt (bron Siemens Rob Verhagen, November 2009).

• ABB wijst variant 1 af, variant 4 is wel mogelijk (bron ABB Jan Post, November 2009).

Het wisselen van de elektromotor is een ingrijpende karwei en geeft een langdurige productie verstoring. MTBF in uren: Siemens ABB Variant 1 oude motor 52.560 Niet mogelijk

Variant 2 nieuwe motor 262.800 262.800 Variant 3 nieuwe motor 262.800 262.800 Variant 4 oude motor 52.560 52.560 De reactie van de Corus frequentiedrive/motor specialist (Hr Keet, Mei 2009) is dat ook hij van mening is dat de oude motor niet hergebruikt kan worden.

6.2.4 Frequentiedrive

Het toepassen van een frequentiedrive zal ons nieuwe problemen en uitdagingen geven zoals bij alle nieuwe installaties. De MTBF (Mean Time Between Failures) hangt af van de gekozen variant.

• Variant 1: Midden spanning frequentiedrive met huidige motor. • Variant 2: Midden spanning frequentiedrive met nieuwe motor. • Variant 3: Laag spanning frequentiedrive met nieuwe motor. • Variant 4: Laag spanning frequentiedrive met step-down en step-up

transformator met huidige motor.

Opgegeven MTBF in uur

Siemens Rockwell ABB

Variant 1 56.000 tot 76.000 afhankelijk van opties.

165.000 70.080 (Niet mogelijk)


165.000 70.080


100.000 318.864


100.000 318.864

25

6.2.5 Onderhoud van de frequentiedrive Voor alle frequentiedrives geldt dat er een onderhoudsplan in (SAP) gemaakt moet worden. In dit onderhoudsplan moet komen te staan hoe, wat ,wanneer en met welke interval moet worden onderhouden. Deze informatie komt uit onderhoud specificaties van de leverancier, aangevuld met eigen ervaringen. Tevens zal er een onderhoud/service contract met de leverancier moeten worden afgesloten voor periodiek onderhoud en 24/7 storing support. De kosten van dit contract zijn €9.028,- per jaar. Deze kosten zijn afgetrokken van de jaarlijkse opbrengsten en meegenomen in de ROI van hoofdstuk 7. Als extra onderhouds nadeel van de variant met Siemens 6 KV frequentiedrive

• De bouwgrootte van de thyristor modulen van de Siemens frequentiedrive zijn groot en zwaar dit maakt het gebruik van een tilwagen noodzakelijk.

• Om te kunnen manoeuvreren met deze tilwagen is extra ruimte rond de drive nodig.

6.2.6 Verminderen van de gevolgen van storingen. Het aspect storingen is ook besproken in hoofdstuk 6.1.5 en 6.2.4. Het volgende moet hier nog aan worden toegevoegd. Onderstaande punten kunnen storingen niet voorkomen. Om een storing of verstoring snel te kunnen detecteren moeten de volgende voorzieningen getroffen worden.

• In het Honeywell besturingssysteem een visualisatie (HMI) maken van de frequentiedrive ventilator combinatie voorzien van alarm en maintenance request pagina.

• Instructie aan de storingsdienst. • Het op voorraad nemen van de aanbevolen reserve delen.

ABB geeft voor de MV frequentiedrive een Mean Time To Repair (MTTR) op van 4 uur.

• Het afsluiten van een onderhouds/service contract.

6.2.7 Overbruggings mogelijkheden van de frequentiedrive Als de frequentiedrive in storing raakt staat de converter installatie stil. Technisch is het mogelijk om een voorziening te maken om de frequentiedrive te overbruggen. Als de frequentiedrive is overbrugt dan draait de motor op het vaste toerental van 1500 rpm. Met een configuratie met overbrugging zal de drall moeten blijven bestaan. Aandachtspunten voor het in stand houden van de drall zijn:

• Zoals beschreven in hoofdstuk 4.3 is de drall een zwakke schakel. • De drall zal moeten blijven worden onderhouden. • De drall zal periodiek getest moeten worden om er zeker van te zijn dat hij

functioneert. • Als de frequentiedrive in storing valt is het, ondanks een periodieke

controle, niet zeker of de drall functioneert.

Omdat deze scriptie als uitgangspunt heeft het elimineren van de drall, wordt er niet verder ingegaan op de mogelijkheden van een installatie waarbij de frequentiedrive kan worden overbrugt.

26

Conclusie onderhoud/storingen/betrouwbaarheidsaspecten

� De doelstelling is dat de nieuwe installatie minstens de zelfde

betrouwbaarheid moet hebben dan de huidige installatie.

De basis voor deze conclusie is de technische variant 2.

o In de huidige situatie is de MTBF van de drall c.a. 1 jaar en van de

motor 6 jaar. Dit levert 7 storingen op in 6 jaar.

o In de nieuwe situatie is de MTBF van de frequentiedrive c.a. 6 jaar

en van de motor 30 jaar. Dit levert 6 storingen op in 30 jaar.

De doelstelling wordt gehaald.

6.2.8 Referentie Rockwell 6 KV middenspanning frequentiedrive

De door de leverancier opgegeven MTBF is vaak een theoretische waarde. Om die reden is er via Rockwell contact gezocht met een gebruiker van een 6KV middenspanning frequentiedrive. Onderstaande informatie komt van Arcelor Mittal (Geert de Zutter, Oktober 2009) dit is een collega staalmaker. De vestiging in Gent gebruikt de Rockwell frequentiedrive voor een hogedrukpomp. Deze pomp levert 500 m3/h water bij 120 bar t.b.v. de oxidebreker van de warmband walserij. De toepassing komt overeen met variant 2. Het vermogen van de frequentiedrive komt overeen met het type dat Rockwell voor deze studie heeft bepaald. Deze gebruiker heeft de drive is nu 1,5 jaar in dienst. Er zijn nog geen storingen geweest. Een onderhoud/storingscontract is niet afgesloten. Preventief onderhoud wordt beperkt tot het reinigen van stof en vervangen van filters (zie ook advies van fabrikant in 6.1.5). Er zijn geen reserve delen aangeschaft omdat er een opgestelde reserve niet frequentie gestuurde pomp aanwezig is. Het eindoordeel van deze gebruiker is dat zij heel tevreden zijn over de drive en de toepassing ervan.

Voor meer informatie zie bijlage P.

27

7 Kosten en ROI. In dit hoofdstuk worden alle grote kosten benoemd die noodzakelijk zijn voor de overgang naar een toerengeregelde ventilator. De complete uitwerking van de kosten staan in bijlage Q, R en S. In het kader van dit onderzoek zijn de kosten van reserve delen niet meegenomen. Voor dit project is een Return of investment (ROI) gemaakt.

7.1 Kosten van de varianten

Variant 1 prijs in € Siemens Rockwell ABB

Aanschaf Drive (6 KV) 1) 352.280,- 2) 431.330,-

272.737,- 385.000,-

E,C en W aanpassingen. 85.410,- 85.410,- 85.410,- Bouwkundige aanpassingen 9.500,- 9.500,- 9.500,- Totaal 447.190,- 367.647,- 479.910,-

Variant 2 prijs in € Siemens (3,3KV) Rockwell (6KV)

ABB (6KV)

Aanschaft Drive en motor. 1) 382.600,- 2) 454.980,-

362.737,- 420.000,-

E,C en W aanpassingen. 105.793,- 105.793,- 105.793,- Bouwkundige aanpassingen 9500,-

9500,- 9500,-

Totaal 497.893,- 478030,- 535.293,-


Aanschaf Drive (690 V), motor (690 V) en transformator (6 KV/690 V)

363.370,- 340.000,- 390.000,-

E,C en W aanpassingen. 196.233,- 196.233,- 196.233,- Bouwkundige aanpassingen 39.085,- 39.085,- 39.085,- Totaal 598.688,- 575.318,- 625.318,-


Aanschaf Drive (690 V), en transformator (6 KV/690 V, 690 V/6 KV).

361.260,- 308.000,- 445.000,-

E,C en W aanpassingen. 153.820,- 153.820,- 153.820,- Bouwkundige aanpassingen 33.150,- 33.150,- 33.150,-

Totaal 548.230,- 494.970,- 631.970,-

Omdat er tijdens deze haalbaarheidsstudie de details niet zijn uitgewerkt en er geen variant is gekozen zijn de bedragen genoemd in dit hoofdstuk budget prijzen. 1)Standaard Siemens frequentie regelaar. 2)Siemens frequentie regelaar met cel bypass voor hogere MTBF en beschikbaarheid. Alg.De E,C en W aanpassingen zijn zonder milieu technische afvoer van overtollige materialen.

28

De kosten van het jaarlijkse onderhoudscontract en 24/7 stand-by service voor de frequentiedrive (ABB €9.028,-) zijn van de opbrengsten afgetrokken.

7.2 Return of investment (ROI) ROI (Return of Investment). Om een project tot uitvoer te laten komen zal deze binnen een bepaalde tijd moeten worden terug verdiend. Voor dit project geldt een terugverdientijd <2 jaar. Middels het voordeel van hoofdstuk 4 en de kosten van hoofdstuk 7.1 is deze ROI opgemaakt. De technische mogelijkheden van hoofdstuk 5 hebben een rol gespeeld bij de keuze van de leveranciers. De ROI van de andere varianten is: • V1 met Rockwell frequentiedrive is 1,1 jaar (technisch discutabel). • V2 met ABB frequentiedrive is 1,7 jaar.

• V3 met ABB frequentiedrive is 1,9 jaar. • V4 met ABB frequentiedrive is 2 jaar. De terug verdientijd van variant 2 staat in onderstaande tabel.

29

8 Conclusie Onderstaande schema is een visualisatie van de conclusie. Groen is sterk. Oranje verzwakt.

8.1 Opbrengsten/kosten/ROI

ROI (Return of Investment). Om een project tot uitvoer te laten komen zal deze binnen een bepaalde tijd moeten worden terug verdiend. Voor dit project geldt een terugverdientijd <2 jaar. Variant 1 heeft de kortste terug verdientijd. Deze is echter technisch discutabel. De varianten 3 en 4 zitten bijna op 2 jaar. Bij deze varianten gaan veel kosten zitten in aanpassingen en aansluitingen. Dit i.v.m. ruimte gebrek en complexheid van de installatie. De kans dat de ROI van variant 3 en 4 bij detail engineering boven de 2 jaar komt is groot, hier staat wel weer tegenover dat inkoop misschien nog korting kan bedingen.

• V1 met Rockwell frequentiedrive 1,1 jaar (technisch discutabel).

• V2 met ABB frequentiedrive 1,7 jaar.

• V3 met ABB frequentiedrive 1,9 jaar.

• V4 met ABB frequentiedrive 2 jaar.

� Variant 1,2 en 3 voldoen aan deze voorwaarden.

30

8.2 Techniek

Uit hoofdstuk 5 valt te concluderen dat vanuit de techniek gezien variant 2 of 3 de voorkeur heeft. Waarbij variant 2, de locatie van opstelling het meest geschikt is en de installatie is relatief eenvoudig ten opzichte van variant 3. Variant 3 heeft een hogere MTBF. Echter door de gekozen locatie en de complexiteit zou deze kwetsbaarder kunnen zijn dan variant 2. Ik heb bij variant 2 ABB als leverancier geselecteerd omdat de frequentiedrive geplaatst kan worden binnen de beschikbare ruimte , omdat ABB ook de motor kan leveren en de tevredenheid over het huidige service niveau. Het leveren van alle apparatuur door 1 firma heeft als voordeel dat in dit geval ABB verantwoordelijk gesteld kan worden voor het succes van het geheel.

� Uit bovenstaande valt te concluderen dat variant 2 een goede keus is.

8.3 Randvoorwaarden In hoofdstuk 6 is onderzocht hoe de frequentiedrive zich op gebied van de randvoorwaarden veiligheid, onderhoud/betrouwbaarheid/storingen gedraagt ten

opzichte van de oude configuratie. Veiligheid

• De frequentiegestuurde ventilator kan in geval van nood-uit de installatie veilig afschakelen.

• De waaier is geschikt voor frequentiedrive gebruik voor 10 jaar. • De waaier heeft geen kritisch toerental. • De kans op ventilatoruitval ten gevolge van de frequentiedrive is na juist

inregelen nihil.

Onderhoud/betrouwbaarheid/storingen.

• De MTBF van de drall-ventilator combinatie is maximaal 8.760 uur, de MTBF van de frequentiedrive-ventilator combinatie is minimaal 56.000 uur.

• Variant 1 wordt door ABB afgekeurd en door de Corus specialist als niet mogelijk genoemd. Voor de Siemens frequentiedrive is onvoldoende opstelruimte.

� Uit bovenstaande valt te concluderen dat de randvoorwaarden in orde zijn

en dat variant 1 afvalt omdat ABB en de Corus specialist deze afwijst. De

opgegeven betrouwbaarheid voldoet aan de gestelde eisen. Naar de

levensduur van de waaier moet nog eens gerekend worden.

8.4 Eindconclusie

Frequentiesturing voor de primaire ontstoffingsventilatoren is haalbaar op alle

gestelde voorwaarden.

� ROI van variant 2 is 1,7 jaar.

� Randvoorwaarde veiligheid en onderhoud/betrouwbaarheid/storingen zijn er

geen problemen.

� Technisch advieszeer ik variant 2.

31

9 Aanbeveling voor verder onderzoek

9.1 Algemeen

Het haalbaarheidsonderzoek heeft aangetoond dat frequentiesturing van de primaire afzuigventilatoren mogelijk is. Als deze haalbaarheidsstudie een werkelijk project gaat worden dan wil ik het volgende aanbevelen. Een aantal zaken in deze haalbaarheidsstudie zijn aangegeven door leveranciers. Deze zijn niet getoetst aan Corus eisen op het gebied van standaards, betrouwbaarheid en mogelijkheden:

• Kabel geschiktheid, gebruik van de oude kabel met frequentiesturing. • Specifieke wensen (opties) zoals redundant ventilatie van de

frequentiedrive. • Het nogmaals bekijken/bereken van de levensduur van de waaier op basis

van vermoeiing. • Het nogmaals onderzoeken van variant 2. Er zijn tussen 690V en 6KV

meer spanningsniveaus die waarschijnlijk kosten technisch en/of op betrouwbaarheid interessant zijn.

• Toepassen van een zwaardere motor, om de afzuigventilatoren van C21,22 en 23 in de toekomst na vervangen van ventilator 23 universeel te maken.

9.2 Verbeteren rookgasregeling Als de ventilatorfrequentie aangedreven is, zijn er mogelijkheden om de primaire ventilator regeling te veranderen van drukverschil naar flow regeling. De rookgassen worden zoals in hoofdstuk 3.2 en 3.3, geregeld door een samenspel van de regelbare venturi en de drall. Zoals in deze hoofdstukken is beschreven, beïnvloeden de venturi en drall elkaar. De huidige rookgasregeling is een compromis tussen veiligheid, rookgaswassing, rookgasflow en CO uitstoot. In de huidige situatie wordt de rookgashoeveelheid geregeld door de venturi. Het drukverschil over de ventilator wordt door de drall in stand gehouden. Als de frequentiedrive geïnstalleerd is, dan kan de ventilator de rookgassen regelen. De venturi wordt dan op een vast drukverschil gehouden. Deze verandering van de rookgasregeling heeft mogelijk positieve effecten op de rookgasreiniging en regeling. Het uitdiepen van de proces mogelijkheden behoort niet tot deze haalbaarheidsstudie. In bijlage T staat de technische beschrijving van de huidige regeling. Tevens wordt een richting beschreven hoe verbeteringen in de rookgasregeling behaald kunnen worden. Voor deze verbeteringen zal een apart onderzoek gestart moeten worden.

32

10 Kort haalbaarheidsonderzoek vervangen primaire ventilator 23

De waaier van primaire ventilator 23 is niet geschikt voor frequentiedrive gebruik i.v.m. vermoeiing die optreedt tijdens toerenwisseling. De voordelen zijn dermate groot, dat het de moeite loont om te onderzoeken wat de kosten zijn voor de vervanging van deze ventilator. In onderstaande tabel staat een schatting van de kosten en opbrengsten van het vervangen van ventilator 23 met ABB frequentiedrive.

10.1 Kosten en ROI

Variant 2 voor

Converter 23 prijs in €

Siemens Rockwell ABB

Aanschaft Drive en motor. 550.000 370.000 460.000 E,C en W aanpassingen. 85.908 85.908 85.908 1/3 kosten Aanschaf ventilator

266.666 266.666 266.666

Totaal kosten 902.574 722.574 812.574

Opbrengsten uit energie ca. 498.533 498.533 498.533 Kosten onderhoudscontract ca.

9.028 9.028 9.028

Totaal opbrengsten 489.505 489.505 488.505

Voor de ABB frequentiedrive is dit 2,4 jaar.

Voor de Siemens frequentiedrive is dit 2,7 jaar. Voor de Rockwell frequentiedrive is dit 2,1 jaar.

De terug verdientijd van variant met ABB frequentiedrive staat in onderstaande

tabel.

33

10.2 Onderbouwing Er is voor variant 2 als voorbeeld gekozen omdat deze ook in de conclusie voor converter 21/22 als beste naar voren kwam. • Een frequentiedrive variant 2 kan op de plaats van de softstart worden

opgesteld. • Voor de E,C,W aanpassingen is de aanpassingsprijs van de softstart

vervanging als basis gebruikt (zie hoofdstuk 4.2) en de kosten van een nieuwe motor fundatie.

• De aanschaf van een nieuwe ventilator kan voor 2/3 deel worden weg geschreven op een noodzakelijke mechanische vervanging. Dit omdat de huidige waaier ca 4 jaar geleden met het inlassen van platen is opgelapt. Tevens bied dit de mogelijkheid om de waaier in duplex uit te voeren, waardoor deze makkelijker te reinigen is met een kortere doorlooptijd (48 i.p.v. 83 uur).

• De vermoedelijke energiebesparing is het berekende bedrag van deze haalbaarheidsstudie vermeerderd met de stoomverhouding tijdens laag vermogen van Ventilator 21/22 tot Ventilator 23.

• Het type ventilator van C21/22 is ook toe te passen bij C23 omdat de ventilator van C21/22 overcapaciteit heeft. De motor moet wel groter dan 2,4 MW worden gekozen om dit vermogen ook te kunnen gebruiken. Als bij C21/22 een iets grotere motor zal worden toegepast en bij C23 een iets kleinere dan is de installatie universeel. Dit levert voordeel op voor: • De storingsdienst (technische kennis). • Op voorraad houden van reservedelen.

10.3 Korte conclusie

� Na een korte scan blijkt de ROI boven de gestelde 2 jaar te liggen. Echter

gezien het feit dat de ventilator zijn einde levensduur nadert is het wellicht

toch interessant om het vervangen van ventilator 23 met frequentiedrive

verder uit te zoeken.

34

11 Nawoord Het schrijven van deze scriptie is een leerzaam traject geweest. Het onderzoeken en verzamelen van technische details was geen lastige opgave. De grootste moeilijkheid bij het opstellen van deze scriptie vond ik de plaatsing van de technische informatie zodanig dat dit voor de lezer in een logische volgorde wordt verhandeld. Ik zie deze afstudeeropdracht als een goede test van bekwaamheid. Ik vond het uitdagend, dat ik tijdens deze opdracht veel als eenling aan het werk ben geweest. Een project team samengesteld met spelers van verschillende disciplines zal daadkrachtiger en sneller kunnen optreden. De uitdaging is, dat je als eenling een probleem helemaal uit een kan rafelen tot deel problemen. Het eindresultaat heb je helemaal aan je zelf te danken.

12 Bronvermelding

� Website RIVM (September 2009). � Mail van ArcelorMittal (Heer Geert de Zutter Oktober 2009). � Opgave Siemens (Heer Verhagen April t/m November 2009). � Opgave Rockwell (Heer Mantje April t/m November 2009). � Opgave ABB (Heer Post Oktober t/m November 2009).

13 Interviews

� Ventilator specialist Corus (Heer Oudendijk April t/m November 2009). � Frequentiedrive specialist Corus ( Heer Keet April t/m September 2009). � Siemens (Heer Verhagen April t/m November 2009). � Rockwell (Heer Mantje April t/m Oktober 2009). � ABB (Heer Post Oktober t/m November 2009). � Bedrijfsbegeleider (Heer Bilderbeek April 2009 t/m Januari 2010). � Rookgasregeling specialist Corus (Heer Bilderbeek April 2009 t/m Januari

2010). � Energie beheerder (Heer Bol April - November 2009).

35

14 Bijlagen

36

Bijlage A Organogram oxystaalfabriek.

OxyStaalFabriek 2

Productiebeheer.

Technisch beheer en ontwikkeling.

TBO-sectie *Pan Behandeling *Ruwijzer Schroot Toeslagstoffen

TBO-sectie Pannen Verdeel bakken Kranen, Afwerking opslag Verzending.

TBO-sectie Continue Gietmachine

TBO-sectie Werkplaats CGM

Engineering / Automatisering CPM

TBO-sectie team planning, stilstanden en campagnes.

TBO-sectie con team dag en dagelijks.

TBO-sectie converters

TBO-sectie con systeem beheer.

TBO-sectie con planning

PMO

Administratie en controlling

5 ploegendienst

Kwaliteitsbeheer en tech. ontwikkeling.

Technisch bureau

37

Bijlage B Drall (jalousieklep)

38

Bijlage C Beknopte weergave vermogens- en rendementsbepaling

Onderstaande PI-excel sheet geeft een weergave van de test data en heeft i.v.m weergave redenen verborgen rijen.

39

Bijlage D QH kromme ventilator met drall

Onderstaande QH kromme van de ventilator met drall. De punten zijn de werkpunten van de ventilator bij de betreffende procesmomenten.

40

Bijlage E QH kromme ventilator met frequentiedrive.

Onderstaande QH kromme van de ventilator met frequentiedrive. De punten zijn de werkpunten van de ventilator bij de betreffende procesmomenten.

41

Bijlage F Rendementsgrafiek ventilator met drall

Rendement OV21 met drall

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

Wac

ht O

p STN

L

STA

RT

SCHROT IN

ZET

STA

RT

SCHROT

INZE

T

WACHT

OP B

LAZE

N

START

BLA

ZEN

WACHT

NA S

TART

BLA

ZEN

INERTE

PLU

G V

ORM

ING

INERTE

PLU

G V

ORM

ING

STA

RT

OV

STA

RT O

V

WACHT

OP G

TW

WACHT

OP G

TW

STA

RT

GTW

STA

RT

GTW

GTW

1E F

ASE

STO

P BLA

ZEN E

N G

TW

STO

P BLA

ZEN E

N G

TW

STA

RT T

APPEN

TAPPEN

STOP T

APPEN

Sintere

n

WACHT

OP M

INI S

LAKSPATT

EN

START

MIN

I SLA

KSP

ATT

EN

STO

P M

INI S

LAKSPATT

EN

Sintere

n

Wac

ht O

p STN

L

Proces fase

Rendem

ent in

%

Rendement met drall

Het gemiddeld rendement

van deze toepassing is 34%

Bijlage G Rendementsgrafiek ventilator met frequentiedrive

Rendement OV21 met frequentiedrive

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

Wac

ht O

p STN

L

STA

RT S

CHROT

INZE

T

STA

RT S

CHROT

INZE

T

WACHT

OP B

LAZE

N

START

BLA

ZEN

WACHT

NA S

TART

BLA

ZEN

INERTE

PLU

G V

ORMIN

G

INERTE

PLU

G V

ORM

ING

STA

RT

OV

STA

RT

OV

WACHT

OP G

TW

WACHT

OP G

TW

STA

RT

GTW

STA

RT

GTW

GTW

1E F

ASE

STO

P B

LAZE

N E

N G

TW

STO

P B

LAZE

N E

N G

TW

STA

RT

TAPPEN

TAPPEN

STOP T

APPEN

Sintere

n

WACHT

OP M

INI S

LAKSP

ATTEN

START

MIN

I SLA

KSPATTE

N

STO

P M

INI S

LAKSP

ATT

EN

Sintere

n

Wac

ht O

p STN

L

Proces fase

Rend

em

ent in

%

Rendement met frequentiedrive

Het gemiddeld rendement

van deze toepassing is 62%

42

Bijlage H Opstelplan variant 1 en 2

Drive

43

Bijlage I Opstelplan variant 3

Drive Transf.

44

Bijlage J Opstelplan variant 4

Drive

Transf.

45

Bijlage K Frequentiedrive vergelijkingstabel

46

Bijlage L PI data ventilatoruitval tijdens simulatie. Onderstaande PI-excel sheet geeft een weergave van de test data en heeft i.v.m weergave redenen verborgen rijen.

47

Bijlage M PI data rookgasflow tijdens hoofdalarm. Onderstaande PI-excel sheet geeft een weergave van de test data en heeft i.v.m weergave redenen verborgen rijen.

48

Bijlage N PI data rookgasflow ventilatoruitval tijdens een converter lading Onderstaande PI-excel sheet geeft een weergave van de test data en heeft i.v.m weergave redenen verborgen rijen.

49

Bijlage O Vermoeidheid opgave ventilator waaier.

50

Bijlage P referentie rockwell 6KV frequentiedrive

De MTBF waarde van de leverancier ziet er vaak mooi uit. Onderstaande informatie komt van ArcelorMittal (Geert de Zutter, Oktober 2009) dit is een collega staalmaker. De vestiging in Gent gebruikt de Rockwell frequentiedrive voor een hogedrukpomp. Deze pomp levert 500 m3/h water bij 120 bar t.b.v. de oxidebreker van de warmband walserij. De toepassing komt overeen met variant 2. Het vermogen van de frequentiedrive komt overeen met het type dat Rockwell voor deze studie heeft bepaald. Vragen die gesteld zijn aan deze gebruiker zijn:

• Storingen • de drive is nu 1,5 jaar in dienst, er zijn nog geen storingen geweest.

• Onderhoud • Er is geen onderhouds/storings contract. • Preventief onderhoud wordt beperkt tot het reinigen van stof en

vervangen van filters (zie ook advies van fabrikant in 6.1.5). • Reserve delen

• Er zijn geen reserve delen omdat er een opgestelde reserve niet frequentie gestuurde pomp aanwezig is.

• Zit er veel variatie in het toerental • Ja, het is een druk regeling. In onderstaande afdruk is duidelijk

zichtbaar dat in korte tijd het toerental wordt opgevoerd.

Het eindoordeel van deze gebruiker is dat zij heel tevreden zijn over de drive en de toepassing ervan.

51

Bijlage Q Aanschafkosten frequentiedrives

De aanschafkosten van de frequentiedrive zijn afhankelijk van de gekozen variant.

Variant 1: Middenspanning frequentiedrive met huidige motor.

Variant 1 Siemens Rockwell ABB

Drive in € 1) 352.580,-

2) 431.330,-

272.737,- 385.000,-

1) Frequentiedrive zonder cell bypass. 2) Frequentiedrive 3080KVA met cell bypass waardoor hogere installatie beschikbaarheid.

Variant 2: Middenspanning frequentiedrive met nieuwe motor. Variant 2 Siemens Rockwell ABB

Drive in € 1) 308.240,- 2) 380.620,-

272.737,-

Motor in € 74.360,- 90.000,- Totaal in € 1) 382.600,-

2) 454.980,- 362.737,- 420.000,-

1) Siemens heeft configuratie ideaal berekend 3,3KV toepassing. 2) Siemens 3,3KV drive met cell bypass voor hogere installatie beschikbaarheid.

Variant 3: Middenspanning frequentiedrive met 6KV/690V transformator

met nieuwe motor. Variant 3 Siemens Rockwell ABB

Drive in € 221.570,- 160.000,-

Motor in € 80.110,- 1) 110.000,- Transformator in € 61.690,- 1) 70.000,- Totaal in € 363.370,- 340.000,- 390.000,-

1) Rockwell kan geen transformatoren leveren daarom. Hiervoor Helmke transformatoren toegepast.

Variant 4: Laagspanning frequentiedrive met step-down en step-up


Variant 4 Siemens Rockwell ABB

Drive in € 221.570,- 160.000,- 1.Transformator in € 61.690,- 2) 70.000,-

2.Transformator in € 1) 78.000,- 2) 78.000,- Totaal in € 361.260,- 308.000,- 445.000,-

1) Siemens kan geen step-up transformator leveren. Hiervoor een Helmke transformator toegepast.

2) Rockwell kan geen transformatoren leveren daarom. Hiervoor Helmke transformatoren toegepast.

52

Bijlage R Kosten van elektrotechnische, besturing en werktuigbouwkundige aanpassingen.

De kosten van elektrotechnische, besturing en werktuigbouwkundige aanpassingen zijn afhankelijk van de gekozen variant.

Variant 1: Middenspanning frequentiedrive met huidige motor.

Variant 1 Firma Prijs in €

Plaatsen, aansluiten frequentiedrive Cofely (GTI) 14.410,- Aanpassen Hoogspanningsveld HTD-ELD 20.500,-

Aansluiten, inkorten/verlengen HS kabels (voedings veld-> frequentiedriveHS_>motor.

HTD-ELD 10.500,-

Aanpassen besturingssoftware Honeywell 15.000,- Tekeningen Cofely (GTI) 10.000,- Onvoorzien 15.000,- Totaal kosten 85.410,-

Variant 2: Middenspanning frequentiedrive met nieuwe motor.


Plaatsen, aansluiten frequentiedrive Cofely (GTI) 14.410,- Aanpassen Hoogspanningsveld HTD-ELD 20.500,- Aansluiten, inkorten/verlengen HS kabels (voedings veld-> frequentiedriveHS_>motor.

HTD-ELD 10.500,-

Aanpassen besturingssoftware Honeywell 15.000,-

Aanmaken motor fundatie, motorplaatsen en uitlijnen

Vos Rotating 20.383,-

Tekeningen Cofely (GTI) 10.000,- Onvoorzien 15.000,- Totaal kosten 105.793.-

Variant 3: Laagspanning frequentiedrive met nieuwe motor.


Plaatsen en aansluiten 6KV/690V transformator, frequentiedrive.

Cofely (GTI) 109.350,-

Aanpassen Hoogspanningsveld HTD-ELD 20.500,- Aansluiten, inkorten/verlengen HS kabels (voedings veld->6KV/690V transformator)

HTD-ELD 6.000,-


Demonteren oude besturing soft/net start Cofely (GTI) Aanmaken motor fundatie, motorplaatsen en uitlijnen

Vos Rotating 20.383,-

Tekeningen Cofely (GTI) 10.000,- Onvoorzien 15.000,-

Totaal kosten 196.233,-

53

Variant 4: Laagspanning frequentiedrive met step-down en step-up transformator met huidige motor.


Plaatsen en aansluiten transformatoren en frequnetiedrive

Cofely (GTI) 86.820,-

Aanpassen Hoogspanningsveld HTD-ELD 20.500,- Aansluiten, inkorten/verlengen HS kabels (Voedings veld->6KV/690V transformator en 690V/6KV transformator->motor)

HTD-ELD 6.500,-


Tekeningen Cofely (GTI) 10.000,- Onvoorzien 15.000,-

Totaal kosten 153.820,-

54

Bijlage S Kosten van bouwkundige aanpassingen

De kosten van bouwkundige aanpassingen zijn afhankelijk van de gekozen variant.

• Variant 1: Middenspanning frequentiedrive met huidige motor. • Variant 2: Middenspanning frequentiedrive met nieuwe motor. • Variant 3: Laagspanning frequentiedrive met nieuwe motor. • Variant 4: Laagspanning frequentiedrive met stepdown en stepup



Verwijderen oude fundatie MG-set en egalisatievloer in motorhal.

SBI 9.500,-


Verwijderen oude fundatie MG-set en egalisatievloer in motorhal.

SBI 9.500,-


Uitbreiding elektrische ruimte 1 ontstoffing. SBI 11.100,-

Afschermings constructie voor 6KV/690V transformator. (voor 2 € 10.500,-)

MCA 10.500,-

Aanpassen trappen en bordessen. MCA 17.485,- Totaal 39.085,-


Verwijderen oude fundatie MG-set en egalisatievloer in motorhal

SBI 9.500,-

Ondersteuningsconstructie voor frequentiedrive. MCA 23.650,-

Totaal 33.150,-

55

Bijlage T Advies tot verder onderzoek voor mogelijkheden tot verbetering van de primaire afzuiging De rookgassen worden geregeld door een control slot 2260FC73 in het Honeywell DCS systeem. De controler krijgt een SP van een master (2260PC02 welke weer een SP krijgt van de Lambda regelaar). Door in de schoorsteen de rookgasflow te meten (2260FC73.PV) kan de regelbare venturi worden aangestuurd (2260ZC02.OP). Door het verstellen van deze venturi wordt de rookgasflow geregeld. De ventilator heeft een vast SP (2260PC18.SP) drukverschil=dp=170mBar. Als de regelbare venturi meer wordt geopend blijft er minder dP over de regelbare venturi over. Het dP over de regelbare venturi is van groot belang voor de wassing van de rookgassen. De ideale dp over de regelbare venturi is tussen de 110 en 150 mbar. Door het toepassen van de frequentiesturing van de ventilator kan de regelbare venturi op een vast dP ingesteld worden (bv 135 mbar) en kan de ventilator de rookgasflow gaan regelen. Deze mogelijkheid komt de stabiliteit van de rookgasregeling ten goede waardoor de wassing verbetert , CO opbrengsten worden vergroot en CO2 uitstoot wordt verminderd. Het kwantificeren van deze opbrengsten zijn geen onderdeel van deze scriptie.

Venturi regeling (snel).

56

Drall (ventilator) regeling traag.

afstudeerscriptie v.definitief sjaak betjes 1518810

Documents