Ørsted Avedøreværket

Statiske, dynamiske og termiske forhold

 - 70 tons rysterist hos kraftvarmeværk -

På Ørsteds Avedøreværk omsættes biobrændsel i form af halm til varme til de storkøbenhavnske forbrugere. En samlet ANSYS-simuleringsmodel, der inkluderer statiske, dynamiske og termiske forhold, blev udviklet til at analysere en 70 tons rysterist med FEM. Modellen tager højde for varme, vibrationer og varierende laster på en kompleks struktur i bevægelse, hvilket sikrer en effektiv og stabil drift af anlægget.

Efter to år i drift viste en række inspektioner, at der var revner i det faste stativ, som bærer den rysterist, hvori halmen afbrændes. Samlet set er der tale om et stativ med en rysterist på cirka 70 tons. Nederst er stativet fastboltet i betonfundamentet. Ovenpå er der monteret fire bevægelige rysteriste, der hver især er monteret på 30 skråtstillede fjedre. I den forreste ende af stativet drives de fire rysteriste frem og tilbage af en krumtapmekanisme med plejlstænger efter samme princip, som en stempelmotor på benzin eller diesel.

Krumtapmekanismerne drives af to elmotorer. Nedefra blæses der primærluft op gennem den perforerede bund i rysteristene til selve brændkammeret i kedlen. For at fordele halmen ud på rysteristene rystes disse hvert halve minut i otte sekunder. Samtidig rystes aske og slagger ned for enden af kedlen, hvor det opsamles i et slaggertrug og transporteres væk.

SYN FOR SAGEN

UAFHÆNGIG EKSTERN RÅDGIVER

Kirkholm blev hentet ind som uvildig ekstern rådgiver i starten af 2021. Opgaven lød på, at Kirkholm ved hjælp af simulering skulle finde de bagvedliggende årsager til konstruktionens havari samt forslag til en holdbar udbedring.

De statiske påvirkninger fra slagger og deres bidrag til øgede belastninger under de dynamiske bevægelser viste sig ikke at være medtaget i de oprindelige beregninger på anlægget. Deres massive bidrag har med andre ord været delårsag til havari. Det samme har undersmøring af et leje i forbindelse med stødstangen sandsynligvis.

I opgaven er der medtaget analyser af egensvingninger, termiske analyser, statiske laster og påtrykte dynamiske laster, der til en vis grad blev verificeret af strain gauges målinger (måling af længdeudvidelse). Det viste sig også, at der ikke var taget højde for de termiske påvirkninger på dele af konstruktionen. Der var op til 200 graders forskel i stativet, eftersom det kun er dele af stativet, der opvarmes. Det påvirker de kræfter, der går i fundamentet enormt meget - også meget mere end forventet.

Dette gør, at fundamentet også er blevet en vigtig del af udbedringen, og at COWI, der oprindeligt har stået for entreprisen, er blevet inddraget i projektet. I de to figurer ses forskellen i udbøjningen af strukturen tydeligt.

Det er dog ikke den letteste model at arbejde med fortæller Kirkholm ingeniørerne Robert og Jonas, der sammen har forestået de analytiske FEM beregninger og simuleringer:

"En simuleringsmodel som denne er en kompleks størrelse. Det skyldes dog hverken den fysiske størrelse eller tonnagen, men i stedet, at alle former for påvirkninger skal medregnes – både statiske, dynamiske og termiske. Det kan vanskeliggøre både beregninger og analyse. De enkelte elementer trækker i hver sin retning. Med hensyn til termiske påvirkninger, så er en fleksibel konstruktion at foretrække, hvorimod stivhed er bedst i forhold til vibrationer. Derfor nærmer det sig en gordisk knude, og vi har været nødsaget til at indgå kompromiser for at komme i mål.”

Fremtidig sikker drift

Omfanget af opgaven er blevet lidt større end først antaget. Årsagen til dette er beslutningen om at få alle detaljer med nu, i stedet for at risikere et havari igen midt i fyringssæsonen. Løsningerne er nu implementeret, og har kørt i et par måneder. Det drejer sig blandt andet om nye plinte i fundamentet, renovering og omstøbning af eksisterende plinte, nye ben og en større mængde afstivninger designet til at lede kræfter ud i konstruktionen på en hensigtsmæssig måde. Stødstangen er også re-designet, og fremstillet med stor udmattelsesstyrke for øje. Alt i alt et stort og omfangsrigt projekt, der gerne skulle sikre stabil drift i fremtiden. Robert fortæller afsluttende:

”Det var en spændende opgave, og selvom vi har regnet og analyseret på mange detaljer, så er det beregningsmæssigt med udgangspunkt i en ny konstruktion. Her er der tale om en konstruktion, der har været i drift, og hvor vi ved, at den har været udsat for udmattelsesskader. Reelt set kender vi ikke i hvilket omfang eller konsekvensen af dem".

Ved at kombinere avanceret teknologi og specialiseret viden, arbejdede Ørsted Avedøreværket og Kirkholm sammen om at sikre en pålidelig og bæredygtig varmeforsyning til storkøbenhavnsområdet. Dette partnerskab understreger vigtigheden af kontinuerlig overvågning og vedligeholdelse i komplekse industrielle systemer.

Har du spørgsmål og/eller vil du gerne vide mere om, hvordan Kirkholm arbejder med Finite Element, ANSYS og vores kompetencer indenfor beregning, analyse og simulering af både statiske, dynamiske og termiske forhold?

Så byder vi gerne på en uforpligtende snak. Brug kontaktformularen eller tag fat i vores CSO Nicolai, som har stor indsigt i og erfaring med disse opgaver: