Cost structure of the exhaust gas system in engine power plant

Abstract

The purpose of the exhaust system in engine power plants is to discharge the exhaust gases from the engine to the atmosphere. The structure and features of the system differ based on the local legislation and customer requirements. Exhaust system causes high costs to the power plant, and they vary based on the system configuration. This thesis studies the major factors which form the exhaust system costs. The effect of different configurations and technical choices on the cost structure is also examined.

The main research methods in this thesis are literature research and data analysis. The results of the literature research are presented in the theory part. Data analysis is used in the applied part of the thesis. Data analysis is executed by gathering cost data of direct material and installation labour costs, and transportation costs from Wärtsilä’s internal cost calculation tools. Data is gathered based on sales layouts.

The cost of the exhaust system depends strongly on the configuration type. Additional systems such as emission reduction and heat recovery increase the costs significantly, and can form over half of the whole exhaust system cost. Configuration type affects also the horizontal ducting. Especially configurations with heat recovery and space reservation have a high cost of ducting.

When the exhaust systems with additional equipment are examined, the subsystems that form the highest costs are heat recovery system, catalyst system, stack and ducting. Based on the examined configurations, an average, component-level cost structure of the basic exhaust system is also created. According to it, the biggest cost factors are stack support structure, silencer, steel duct and insulation. In all the configurations, material forms higher costs than installation.

From three different stack types, self-supporting stacks have clearly lower cost than stack cluster and single stacks, also when transportation costs are taken into account. When the transportation costs of a simple configuration are examined, largest costs come from ducting, stack components and stack support structure.

The effect of layout design in the exhaust system cost is significant, and this should be taken into account in the design process, especially in the beginning when the sales layouts are designed.

Pakokaasujärjestelmän tehtävä moottorivoimalaitoksissa on johtaa pakokaasut ilmakehään. Järjestelmän rakenne ja ominaisuudet vaihtelevat paikallisen lainsäädännön ja asiakasvaatimusten mukaan. Pakokaasujärjestelmästä aiheutuu suuria kustannuksia voimalaitokselle, ja ne vaihtelevat järjestelmän konfiguraation mukaan. Tämä diplomityö tutkii suurimpia tekijöitä, jotka muodostavat järjestelmän kustannukset. Lisäksi erilaisten konfiguraatioiden ja teknisten ratkaisujen vaikutusta kustannusrakenteeseen tutkitaan.

Työn päätutkimusmetodit ovat kirjallisuustutkimus ja data-analyysi. Kirjallisuus-tukimuksen tulokset esitellään teoriaosuudessa. Data-analyysia hyödynnetään työn soveltavassa osuudessa. Data-analyysi toteututetaan keräämällä Wärtsilän sisäisistä laskentatyökaluista dataa suorista materiaali- ja asennuskustannuksista sekä kuljetuskustannuksista. Dataa kerätään myyntipohjapiirustusten perusteella.

Pakokaasujärjestelmän kustannukset riippuvat voimakkaasti konfiguraatiotyypistä. Lisäjärjestelmät, kuten katalyyttijärjestelmä tai lämmöntalteenottojärjestelmä, lisäävät kustannuksia merkittävästi, ja ne voivat muodostaa yli puolet koko järjestelmän kustannuksista. Konfiguraatiotyyppi vaikuttaa myös vaakaputkistoon. Putkiston kustannus on suuri erityisesti konfiguraatioissa, joissa on lämmöntalteenottojärjestelmä tai tilavaraus sellaiselle.

Kun pakokaasujärjestelmää tarkastellaan lisäjärjestelmät mukaanlukien, suurimmat kustannukset ovat osajärjestelmissä lämmöntalteenotto, katalyyttijärjestelmä, piippu ja putkisto. Tutkittujen konfiguraatioiden perusteella muodostetaan myös keskimääräinen, komponenttitason kustannusrakenne. Sen perusteella järjestelmän suurimmat kustennustekijät ovat piipun tukirakenne, äänenvaimennin, teräsputki ja eristys. Kaikissa konfiguraatioissa materiaali muodostaa suuremmat kustannukset kuin asennus.

Kolmesta eri piipputyypistä itsekantavalla piippulla on selvästi pienempi kustannus kuin piippuryhmällä tai erillisillä piipuilla, myös kuljetuskustannuksia tarkasteltaessa. Yksinkertaisen konfiguraation kuljetuskustannuksista suurimmat kustannukset tulevat putkistosta, piipun komponenteista ja piipun tukirakenteesta.

Pohjapiirustusten suunnittelun vaikutus pakokaasujärjestelmän kustannuksiin on merkittävä, mikä pitäisi huomioida suunnitteluprosesissa, erityisesti myyntilayouteja suunniteltaessa.