Biopolttoaineen laadun vaikutus polttoprosessiin
Lavonen, Lauri (2019)
Lavonen, Lauri
2019
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201905139389
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201905139389
Tiivistelmä
Turun Seudun Energiantuotanto Oy rakennutti Naantaliin uuden monipolttoainevoimalaitoksen. Vanhojen kivihiilivoimalaitosten rinnalle rakennetulla laitoksella käytetään polttoaineena kivihiiltä ja biomassaa. Yhtenä tärkeänä osana uutta biopolttoainejärjestelmää on biomassan laaduntarkkailu. Biopolttoaineen vastaanottoasemalle on asennettu koneellinen näytteenottokaruselli. Karuselliin kertyneet näytteet käsitellään vastaanottoaseman laboratoriotilassa, jossa ne punnitaan, kuivataan uunissa ja punnitaan toistamiseen haihtuneen kosteuden määrittämiseksi.
Laadun analysoinnin tehostamiseksi laitokselle asennettiin röntgenlaitteita osana EU-rahoitteista kehitysprojektia (OPTIFUEL 733664). Röntgenlaitteilla biomassasta voidaan mitataan kosteus- ja vierasainepitoisuudet reaaliaikaisesti liikkuvalta polttoainekuljettimelta. Reaaliaikainen mittaus mahdollistaa myös kattilaan menevän biomassan analysoinnin, joten yksi röntgenlaite asennettiin varastoinnin jälkeiselle kuljettimelle. Opinnäytetyön tarkoituksena oli selvittää, voiko reaaliaikaista kosteusanalyysiä käyttää ennakoivasti apuna kattilan polttoprosessin ohjauksessa. Valmetin (2016) tarjoamiin uuden voimalaitoksen koulutusmateriaaleihin perehdyttäessä todettiin, että kosteus vaikuttaa ennen kaikkea kiertoleijukattilan peti- ja tulipesälämpötiloihin. Kostea polttoaine aiheuttaa myös enemmän savukaasuja.
Opinnäytetyöhön sisältyi uuden röntgenlaitteen kalibrointi. Kalibrointivaiheessa polttoaineesta otettiin lukuisia käsinäytteitä useamman kuukauden ajalta. Näytteiden kosteudet määritettiin uunikuivausmenetelmällä, ja niitä verrattiin sen hetkisiin röntgentuloksiin. Tulosten perusteella laitteiden toimittaja, Inray Oy, teki tarvittavia säätöjä röntgenanalyysin korjaamiseksi.
Kun röntgenlaite saatiin kalibroitua riittävän tarkaksi, siirryttiin tutkimaan kosteusvaihteluista aiheutuvia muutoksia kattilan polttoprosessissa. Muutoksia ja niiden aiheuttajia etsittiin röntgenanalyysistä, pedin ja savukaasujen lämpötilamittauksista sekä savukaasujen vesihöyrypitoisuudesta savupiipussa. Historiatrendien avulla lämpötilan laskuja ja vesihöyrypitoisuuden nousuja havaittiin, joskin ne olivat todella harvinaisia ja vähäisiä. Verrattaessa löydettyjä muuttujia edeltävän ajan röntgenanalyyseihin, ei niissä nähty selvää syytä aiheutuneille kattilamuutoksille. Merkittäviä kosteusvaihteluita ei löydetty myöskään röntgenlaitteen analyysiä tarkasteltaessa.
Opinnäytetyön johtopäätöksenä todettiin, että reaaliaikaisesta kosteusmittauksesta ei tässä tapauksessa saada hyötyä kattilan polttoprosessin ohjauksen tueksi. Suurin tekijä biopolttoaineen kosteuden tasaisuudelle on onnistunut varastointijärjestelmä. Turun Seudun Energiantuotanto Oy built a new multi-fuel power plant in Naantali. It was constructed next to their old coal power plants. Renewable biofuel is used as the main fuel, but coal is needed as a back-up fuel. One crucial part of the new biofuel system is to be able to analyze the quality of the biomass effectively. For that reason, three X-Ray measurement systems were brought to the plant as a part of EU funded project (OPTIFUEL 733664) to increase the performance of analyzing biomasses. The water contained in the fuel lowers the calorific value of the fuel. It leads to a reduction in the boiler bed and fire box temperatures. Wet fuel also causes more flue gases. Two of those X-ray measurement systems were placed in the biofuel receiving station and one was placed on the conveyor, which is located after warehousing and leads to the boiler plant.
The main purpose of this thesis was to find out whether it is possible to predict the temperature changes in the boiler by the X-ray real-time analysis. The thesis was partly done with Inray Oy that supplied the X-rays. The first part of the thesis focused on calibrating the new X-ray. The calibration was performed by taking hand samples which then had to be dried in the oven. The samples were weighed before and after the drying so it was possible to calculate the moisture percentage of the sample. Then the data was recorded in the Inray database with the exact sampling time. The computer made a comparison for the X-ray analysis at the same time and then the Inray programmer was able to adjust the X-ray settings. The testing took several months while samples were taken one or two days a week.
When the X-ray unit was calibrated close enough compared to the sampling results, it was time to view the changes in the boiler. Changes caused by moisture fluctuations were searched for temperature measurements of bed and flue gases and water vapor content of flue gases. Only a few little changes were found from history trends. Comparing them to X-ray analyses from before, there were no marks of moisture variation. In general, no significant moisture variations were found in X-ray analyses.
The conclusion was that the fuel moisture had leveled out during warehousing and there was no need for an online measuring of the fuel.
Laadun analysoinnin tehostamiseksi laitokselle asennettiin röntgenlaitteita osana EU-rahoitteista kehitysprojektia (OPTIFUEL 733664). Röntgenlaitteilla biomassasta voidaan mitataan kosteus- ja vierasainepitoisuudet reaaliaikaisesti liikkuvalta polttoainekuljettimelta. Reaaliaikainen mittaus mahdollistaa myös kattilaan menevän biomassan analysoinnin, joten yksi röntgenlaite asennettiin varastoinnin jälkeiselle kuljettimelle. Opinnäytetyön tarkoituksena oli selvittää, voiko reaaliaikaista kosteusanalyysiä käyttää ennakoivasti apuna kattilan polttoprosessin ohjauksessa. Valmetin (2016) tarjoamiin uuden voimalaitoksen koulutusmateriaaleihin perehdyttäessä todettiin, että kosteus vaikuttaa ennen kaikkea kiertoleijukattilan peti- ja tulipesälämpötiloihin. Kostea polttoaine aiheuttaa myös enemmän savukaasuja.
Opinnäytetyöhön sisältyi uuden röntgenlaitteen kalibrointi. Kalibrointivaiheessa polttoaineesta otettiin lukuisia käsinäytteitä useamman kuukauden ajalta. Näytteiden kosteudet määritettiin uunikuivausmenetelmällä, ja niitä verrattiin sen hetkisiin röntgentuloksiin. Tulosten perusteella laitteiden toimittaja, Inray Oy, teki tarvittavia säätöjä röntgenanalyysin korjaamiseksi.
Kun röntgenlaite saatiin kalibroitua riittävän tarkaksi, siirryttiin tutkimaan kosteusvaihteluista aiheutuvia muutoksia kattilan polttoprosessissa. Muutoksia ja niiden aiheuttajia etsittiin röntgenanalyysistä, pedin ja savukaasujen lämpötilamittauksista sekä savukaasujen vesihöyrypitoisuudesta savupiipussa. Historiatrendien avulla lämpötilan laskuja ja vesihöyrypitoisuuden nousuja havaittiin, joskin ne olivat todella harvinaisia ja vähäisiä. Verrattaessa löydettyjä muuttujia edeltävän ajan röntgenanalyyseihin, ei niissä nähty selvää syytä aiheutuneille kattilamuutoksille. Merkittäviä kosteusvaihteluita ei löydetty myöskään röntgenlaitteen analyysiä tarkasteltaessa.
Opinnäytetyön johtopäätöksenä todettiin, että reaaliaikaisesta kosteusmittauksesta ei tässä tapauksessa saada hyötyä kattilan polttoprosessin ohjauksen tueksi. Suurin tekijä biopolttoaineen kosteuden tasaisuudelle on onnistunut varastointijärjestelmä.
The main purpose of this thesis was to find out whether it is possible to predict the temperature changes in the boiler by the X-ray real-time analysis. The thesis was partly done with Inray Oy that supplied the X-rays. The first part of the thesis focused on calibrating the new X-ray. The calibration was performed by taking hand samples which then had to be dried in the oven. The samples were weighed before and after the drying so it was possible to calculate the moisture percentage of the sample. Then the data was recorded in the Inray database with the exact sampling time. The computer made a comparison for the X-ray analysis at the same time and then the Inray programmer was able to adjust the X-ray settings. The testing took several months while samples were taken one or two days a week.
When the X-ray unit was calibrated close enough compared to the sampling results, it was time to view the changes in the boiler. Changes caused by moisture fluctuations were searched for temperature measurements of bed and flue gases and water vapor content of flue gases. Only a few little changes were found from history trends. Comparing them to X-ray analyses from before, there were no marks of moisture variation. In general, no significant moisture variations were found in X-ray analyses.
The conclusion was that the fuel moisture had leveled out during warehousing and there was no need for an online measuring of the fuel.