<p>I utbildningen till Drifttekniker vid Linköpings universitet, Campus Norrköping ingår det att under våren på andra året utföra ett examensprojekt. Just det här projektet utfördes på KV1 på Oscarsgatan, som är en del av Tekniska Verken i Linköping.</p><p>Projektet gick först ut på att uppdatera befintliga provtagningsinstruktioner från 1999 som är bifogade i slutet av rapporten. Jag skulle se som det fanns något att ändra, ta bort eller lägga till. Sedan utvecklades projektet och rapporten till att även beskriva reningscyklerna för matarvattnet och rökgaskondenseringen, och med det i stora drag ta upp de viktigaste fakta och information om de olika reningsmetoderna och reningsstegen.</p><p>Rapporten ska fungera som en ”snabbkurs” där man lär sig det viktigaste och nödvändigaste ifall att ordinarie drifttekniker av någon anledning inte kan utföra sin uppgift. Eller om så bara för att ge en orientering om hur anläggningen fungerar rent praktiskt.</p>

I utbildningen till Drifttekniker vid Linköpings universitet, Campus Norrköping ingår det att under våren på andra året utföra ett examensprojekt. Just det här projektet utfördes på KV1 på Oscarsgatan, som är en del av Tekniska Verken i Linköping. Projektet gick först ut på att uppdatera befintliga provtagningsinstruktioner från 1999 som är bifogade i slutet av rapporten. Jag skulle se som det fanns något att ändra, ta bort eller lägga till. Sedan utvecklades projektet och rapporten till att även beskriva reningscyklerna för matarvattnet och rökgaskondenseringen, och med det i stora drag ta upp de viktigaste fakta och information om de olika reningsmetoderna och reningsstegen. Rapporten ska fungera som en ”snabbkurs” där man lär sig det viktigaste och nödvändigaste ifall att ordinarie drifttekniker av någon anledning inte kan utföra sin uppgift. Eller om så bara för att ge en orientering om hur anläggningen fungerar rent praktiskt.

Sverige är ett land med stora vattentillgångar. Här faller i genomsnitt mer nederbörd än vad som avdunstar under ett år. Men i ett varmare klimat påverkas vattentillgången. Till följd av den ökande medeltemperaturen kan sommarhalvåret i Sverige leda till att mer vatten avdunstar och bidra till en minskad tillgång på vatten. Industrin står för två tredjedelar av vattenanvändningen och dricksvattenproduktionen för cirka en femtedel. Vi behöver anpassa oss till ett förändrat klimat där vattenbrist i vissa delar av landet kan uppstå. Karlskoga Kraftvärmeverk producerar fjärrvärme och el till Karlskoga kommun. Utöver fjärrvärme och el produceras även processånga till den närliggande vapenindustrin Bofors. För att kunna producera fjärrvärme, el och processånga krävs ånga som fås genom att koka vattnet i ångpannorna. Vattnet som används kallas för matarvatten och kraftvärmeverket i Karlskoga använder i genomsnitt 570 m3 kommunalt stadsvatten per dag för att producera matarvatten. Syftet med studien är att minska vattenförbrukningen vid Karlskoga kraftvärmeverk. Två alternativa systemlösningar föreslås för att minska vattenförbrukningen. Målet var att undersöka skillnader i råvattenförbrukning, energianvändning samt utsläpp av CO2e till följd av energianvändning mellan det befintliga systemet och lösningarna. Det tillkom ett delmål till det huvudsakliga målet vilket var att undersöka hur nivåer i tankar och konduktivitet i vattnet förändrades till följd av lösningarna. Metoden bestod av datainsamling, modellbygge, val av modell och simulering av alternativa systemlösningar. Två modeller byggdes i simulink och vad som skiljde modellerna åt var reglering av vattenvolymstankar. För att validera reglermetod och välja modell simuleras råvattenförbrukningen för det befintliga systemet. Simuleringen jämfördes mot mätdata och den modell som efterliknade det befintliga systemet mest användes för att simulera de två alternativa systemlösningarna. Systemlösningarna innebar att återföra rejektvattnet ifrån RO1 till en av vattenvolymstankarna i reningssteg A, UF-tanken (alternativ 1) eller RO- tanken (alternativ 2), för att fortsätta renas till matarvatten. Resultatet ifrån de två alternativa lösningarna visar att vattenförbrukningen kan minskas mellan 24–27% men att energianvändningen ökar med 15,8–16%. Systemalternativen påvisar en nettobesparing för rörliga kostnader av vatten och el på 25–30 000kr. Slutsatsen är att alternativ två är det bästa lösningen. Med alternativ två kan allt rejektvatten tas tillvara på och nettokostnaderna minskar med 30 000kr. Systemlösningen är ett bra alternativ för att minska vattenförbrukningen Karlskogas kraftvärmeverk.

Arvika Fjärrvärme AB is manufacturing and distributing district heating to around 300 customers in Arvika. Heat production consists of a BFB boiler fed with GROT fuel (branches and peaks) and delivers a maximum power of 30 MW. In order to operate the plant, an average of 60 m3 of water per day is consumed from the urban water network. The water consumption is divided between water treatment, sooting and process cooling. In the processes, sulfur is dosed to obtain a more complete combustion of the hazardous flue gases that can occur. This is a result of previous thesis made for Arvika fjärrvärme. GROT is a fuel that contains high levels of moisture, which means that a high amount of condensate is formed during combustion, averaging 100 m3 per day. At present, condensate is sufficient to meet the condensate limit values ​​to be flushed into the drain. This is achieved by sand filtration and pH neutralization. Today, Arvika heat production is equipped with a purification stage for the feed water consisting of a softening filter and membrane filtration. This creates good conditions for cleaning the condensate and recirculating it in the process. Questions for this study are which hazardous substances the condensate can contain and how the condensate composition affected due to sulfur dosage. In addition, Arvika fjärrvärme wants to find out whether the purified condensate can replace the use of the urban water and, finally, if the condensate can be purified and used as feed water in the process. The execution of the work was based on a full-scale attempt in two operating cases of 9 and 18 MW. The tank collecting all condensate after purification in the sand filter and pH neutralization was coupled to the feed water purification stage. Thus, the condensate was pumped and purified in the softening filter and membrane filter. Assay substrates were collected before and after purification of the condensate. In addition to the topics that Arvika investigates, high levels of alkalinity were found in the condensate. The sulfur dosage that Arvika technology works with can be the cause of the high concentrations of sulphate. However, it appears that both the sulfate and alkalinity were purified in the membrane filter. The amount of condensate formed cannot completely replace the entire water requirement, but definitely large parts. The condensate can be used as feed water based on the retention rate for all substances. However, it appears that two substances, chloride and sulphate can create problems for the membrane filter. To investigate this, the condensate should be tested over a longer period of time to see the affect the chloride as well as the sulphate in the long run. / Arvika Fjärrvärme AB bedriver produktion och distribution av fjärrvärme till ca 300 kunder runt om i Arvika. Värmeproduktionen består av en BFB-panna som matas med bränslet GROT (grenar och toppar) och levererar en maxeffekt på 30 MW. För att driva anläggningen förbrukas i snitt 60 m3 vatten per dag från stadsvattennätet för spädvattenförberedning, sotning och processkylning. I denna typ av värmeproduktion som Arvika Fjärrvärme bedriver doseras svavel. Detta är ett resultat av ett tidigare examensarbete som visade att vid en dosering av svavel bildas det färre farliga rökgaser som kan uppstå vid förbränningen. GROT är ett bränsle som innehåller höga halter fukt vilket innebär att höga mängder kondensat bildas vid förbränningen, i snitt 100 m3 per dag. I dagsläget renas kondensatet tillräckligt för att möta de gränsvärden för att kondensatet ska få spolas ner i avloppet. Detta uppnås genom en sandfiltrering och pH-neutralisering. Idag är Arvika Fjärrvärme utrustade med ett reningssteg för spädvattnet bestående av ett avhärdningsfilter samt membranfilter. Detta skapar goda förutsättningar för att rena kondensatet och återcirkulera det i processen. Funderingar som uppstår är vilka farliga ämnen som kondensatet kan innehålla samt hur kondensatsammansättningen påverkas av svaveldoseringen. Dessutom ställer sig värmeverket frågan om det renade kondensatet kan ersätta förbrukningen av stadsvattnet och slutligen om kondensatet kan renas och användas som spädvatten i processen. Genomförandet av arbetet baserades på ett fullskaligt försök under två driftfall på 9 samt 18 MW. Tanken som samlar upp allt kondensat efter rening i sandfiltret och pH neutraliseringen kopplades på i steget för spädvattenrening. På så sätt pumpades kondensatet igenom och renades i avhärdningsfiltret samt membranfiltret. Analysunderlag samlades in före samt efter rening av kondensatet. Förutom de ämnen som Arvika fjärrvärme undersöker förkommer höga halter alkalinitet i kondensatet som bidrar till bildning av pannsten. Svaveldoseringen som Arvika fjärrvärme jobbar med kan vara orsaken till de höga koncentrationerna av sulfat. Det visar sig dock att både sulfatet och alkaliniteten renas bort i membranfiltret. Mängden kondensat som bildas kan inte helt ersätta hela vattenbehovet men definitivt stora delar. Kondensatet kan användas som spädvatten om retentionsgraden för ämnena anses hög nog. Det visar sig dock att två ämnen, klorid och sulfat, kan skapa problem för membranfiltret. För att undersöka detta bör kondensatet testas under en längre tidsperiod för att se vilken påverkan klorid och sulfat har i längden.

Analyses of nuclear reactor safety have increasingly required coupling of full three dimensional neutron kinetics (NK) core models with system transient thermal–hydraulics (TH) codes.  In order to produce results within a reasonable computing time, the coupled codes use two different spatial description of the reactor core.  The TH code uses few, typically 5 to 20 TH channels, which represent the core.  The NK code uses explicit one node for each fuel assembly.  Therefore, a spatial mapping of a coarse grid TH and a fine grid NK domain is necessary.  However, improper mappings may result in loss of valuable information, thus causing inaccurate prediction of safety parameters. The purpose of this thesis is to study the effectiveness of spatial coupling (channel refinement and spatial mapping) and develop recommendations for NK/TH mapping in simulation of safety transients.  Additionally, sensitivity of stability (measured by Decay Ratio and Frequency) to the different types of mapping schemes, is analyzed against OECD/NEA Ringhals–1 Stability Benchmark data. The research methodology consists of spatial coupling convergence study, by increasing the number of TH channels and varying mapping approaches, up to and including the reference case.  The reference case consists of one-to-one mapping: one TH channel per one fuel assembly.  The comparisons of the results are done for steady–state and transient results.  In this thesis mapping (spatial coupling) definition is formed and all the existing mapping approaches were gathered, analyzed and presented.  Additionally, to increase the efficiency and applicability of spatial mapping convergence, a new mapping methodology has been proposed.  The new mapping approach is based on hierarchical clustering method; the method of unsupervised learning that is adopted by many researchers in many different scientific fields, thanks to its flexibility and robustness.  The proposed new mapping method turns out to be very successful for spatial coupling problem and can be fully automatized allowing for significant time reduction in mapping convergence study. The steady–state results obtained from three different plant models for all the investigated cases are presented.  All models achieved well converged steady–state and local parameters were compared and it was concluded that solid basis for further transient analysis was found.  Analyzing the mapping performance, the best predictions for steady–state conditions are the mappings that include the power peaking factor feature alone or with any combination of other features.  Additionally it is of value to keep the core symmetry (symmetry feature).  The big part of this research is devoted to transient analysis.  The selection of transients was done such that it covers a wide range of transients and gathered knowledge may be used for other types of transients.  As a representative of a local perturbation, Control Rod Drop Accident was chosen.  A specially prepared Feedwater Transient was investigated as a regional perturbation and a Turbine Trip is an example of a global one.  In the case of local perturbation, it has been found that a number of TH channels is less important than the type of mapping, so a high number of TH channels does not guarantee improved results.  To avoid unnecessary averaging and to obtain the best prediction, hot channel and core zone where accident happens should be always separated from the rest.  The best performance is achieved with mapping according power peaking factors, and therefore this one is recommended for such type of perturbation. The regional perturbation has been found to be more challenging than the others.  This kind of perturbation is strongly dependent on mapping type that affects the power increase rate, SCRAM time, onset of instability, development of limit cycle, etc.  It has been also concluded that a special effort is needed for input model preparation.   In contrast to the regional perturbation, the global perturbation is found to be the least demanding transient.  Here, the number of TH channels and type of mapping do not have significant impact on average plant behaviour – general plant response is always well recreated.  A special effort has also been paid to investigate the core stability performance, in both global and regional mode.  It has been found that in case of unstable cores, a low number of TH channels significantly suppresses the instability.  For these cases number of TH channels is very important and therefore at least half of the core has to be modeled to have a confidence in predicted DR and FR.  In case of regional instability in order to get correct performance of out-of-phase oscillations, it is recommended to use full-scale model.  If this is not possible, the mapping which is a mixture of 1st power mode and power peaking factors, should be used. The general conclusions and recommendations are summarized at the end of this thesis.  Development of these recommendations was one of the purposes of this investigation and they should be taken into consideration while designing new coupled TH/NK models and choosing mapping strategy for a new transient analysis. / <p>QC 20130516</p>