Kehittynyt palamisprosessin hallinta tuo energiatehokkuutta ja vähentää päästöjä

 
 

Kaukaan Voiman ja Kymin Voiman voimalaitoksilla onnistuttiin tarkentamaan kattilan palamisolojen säätöjä merkittävästi. Tämä vähentää päästöjä ilmaan ja parantaa energiatehokkuutta.

Kaukaan Voimassa Lappeenrannassa ja Kymin Voimassa Kouvolassa otettiin yhdessä teknologiatoimittaja Valmetin kanssa käyttöön kustannustehokas säätötekninen ratkaisu, jolla pystytään vähentämään typen oksidien muodostumista voimalaitoksen kattilassa. Tämä onnistui parantamalla palamisolosuhteiden hallintaa.

Haasteena polttoaineen epätasainen syöttö

Päästöjen hallinnan tekninen haaste oli palamisen hallinta, jota parannettiin kehittyneillä säädöillä.

‒ Ongelmana on usein polttoaineen syöttö. Kun kattilan tulipesä on leveä, jopa 10 tai 20 metriä, haasteena on polttoaineen syöttö tasaisesti koko tulipesän leveydeltä. Kaukaan ja Kymin Voiman voimalaitoksella on kierto- ja kerrosleijukattilat. Tulipesässä leijutushiekka edesauttaa hyvää palamista, mutta se ei yksin riitä. Vaikeuskerrointa lisäävät polttoaineen laadun ja seossuhteiden muutokset, kertoo Kaukaan Voiman toimitusjohtaja Juha Kouki.

Kummassakin biovoimalaitoksessa käytetään pääpolttoaineena metsäteollisuuden sivutuotteita sekä metsätähteitä. Polttoaineiden seossuhteet vaihtelevat vuodenaikojen mukaan.

Mikäli polttoaine jakautuu epätasaisesti, happipitoisuus tulipesän koko leveydellä ei ole sama. Siellä, missä happipitoisuus on alhaisin, muodostuu liikaa häkää, hiilimonoksidia. Siellä, missä happea on enemmän, muodostuu liikaa typenoksideja.

Kehittyneet säädöt ratkaisuksi

Palamisolosuhteiden paremman hallinnan ratkaisuksi löytyi kehittynyt säätötekniikka. Se liitettiin voimalaitoksen automaatiojärjestelmään.

Kehittynyt prosessin hallinnan säätötekniikka ohjaa polttoaineen syöttöä sumean logiikan, lukuisten mittausten sekä niistä saatavan datan avulla. Älykäs säätötekniikka varmistaa koko ajan, että polttoaineen syöttö on tasainen. Samalla se varmistaa, että polttoainetta ja happea on palamisen kannalta optimaalisesti kattilan eri osissa.

Ensin käyttöön Kymin Voimassa

Kymin Voiman biovoimalaitos Kouvolan Kuusankoskella.
Kattilan kehittyneet säädöt otettiin ensin käyttöön Kymin Voiman biovoimalaitoksella Kouvolan Kuusankoskella.

Entistä kehittyneempi säätötekniikkaa otettiin ensin käyttöön Kymin Voiman voimalaitoksella, myöhemmin Kaukaan Voimassa.

‒ Merkittävin parannus on, että polttoaine palaa tasaisemmin koko kattilan leveydeltä ja tulipesän jälkeinen happitaso on entistä tarkemmin hallinnassa. Kun palamisen happitasoa pystytään hallitsemaan tarkasti, sitä voidaan myös alentaa. Tällöin syntyy vähemmän savukaasuja ja hiilimonoksidin määrää hallitaan paremmin. Myös palamisen vaiheistus paranee, mikä vähentää typen oksidien päästöjä, kuvaa Kymin Voiman toimitusjohtaja Antti Rainio.

Vähäisempi palamisilman tarve vähentää myös omakäyttösähkön tarvetta ja parantaa siten voimalaitoksen tehokkuutta. Savukaasumäärän väheneminen parantaa kattilan hyötysuhdetta. Voimalaitoksen energiatehokkuus paranee: samalla polttoainemäärällä saadaan enemmän lämpöä ja sähköä. Myös lämpöhäviöt pienenevät ‒ pienemmästä määrästä palamisilmaa ohjautuu vähemmän lämpöä piippuun.

Kemikaalien käyttöä on voitu vähentää

Kaukaan Voiman voimalaitoksella typen oksidien päästöjä on aiemmin hallittu pääasiassa kattilaan ruiskutettavan kemikaalin, ammoniakkiveden avulla. Tarkempi säätötekniikka on vähentänyt merkittävästi ammoniakkiveden käyttöä, koska kehittyneiden säätöjen ansiosta typen oksideja muodostuu kattilassa vähemmän.

Kaukaan Voiman biovoimalalaitos Lappeenrannassa.
Kaukaan Voiman biovoimalaitoksella pystytään hallitsemaan typenoksidien päästöt tarkempien säätöjen avulla entistä paremmin.

‒ Ammoniakkivettä tarvitaan enää ajoittain. Automatiikka pysäyttää ammoniakkiveden syötön, kun typen oksidien päästö pystytään pitämään alle päästörajan hallitsemalla palaminen aiempaa paremmin. Kemikaalien käytön vähentyminen säästää myös kustannuksia, Juha Kouki lisää.

‒ Kymin Voimassa innovatiivisen säätöteknisen ratkaisun avulla investointia uuteen typenoksidien päästöjen hallinnan järjestelmään ei tarvita. Päästöt pystytään pitämään tulevien, tiukempien raja-arvojen alla nykytekniikalla ja tarkemmilla säädöillä sekä vähentämällä typpipitoisia polttoaineita, esimerkiksi turvetta, Antti Rainio sanoo.

Automatiikka operaattoreiden apuna

Kehittynyt säätötekniikka on helpottanut myös voimalaitosten operaattoreiden työtä. Polttoaineen syötön hallinta aiempaa paremmin vapauttaa operaattoreiden aikaa prosessin valvontaan ja ohjaustehtäviin. Turhat hälytykset palamisen alhaisesta happitasosta poistuivat, kun polttoaine jakautuu nyt tasaisemmin.

Kehittynyt säätötekniikka varmistaa tarkemmat säädöt kuin mihin manuaalinen säätö pystyisi. Tasaisemman palamisen ansiosta typen oksidien ja hiilimonoksidin tasot säilyvät entistä paremmin hallinnassa.

Teksti: Riitta Gullman