Typen oksidipäästöjen vähentäminen ilman vaiheistuksella Hanasaari B kivihiililaitoksella
Piipponen, Miina (2019)
Diplomityö
Piipponen, Miina
2019
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019080723622
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019080723622
Tiivistelmä
Helen Oy:n Hanasaari B kivihiili CHP-laitos ei tällä hetkellä saavuta 1.7.2020 voimaan astuvaa IED-päästörajaa typen oksidipäästöjen osalta. Tämän työn tavoite on tutkia, voitaisiinko kattilan palamisilman vaiheistusta muuttamalla saavuttaa voimaan tuleva päästöraja. Tässä diplomityössä esitellään typen oksidipäästöjen muodostumista, menetelmiä typen oksidipäästöjen vähentämiseen ja poistamiseen yleisesti sekä Hanasaaren laitoksella. Lisäksi kuvataan tehty palamisilman vaiheistuksen muutosprojekti, saavutetut tulokset, johtopäätökset sekä mahdolliset jatkotoimenpiteet laitoksella.
Ilman vaiheistuksen muutos eli yläilmamuutos toteutettiin laitoksen toiselle blokille keväällä 2019. Muutoksen jälkeen suoritettiin koeajoja yläilmalla ja havaittiin, että yläilma laski typen oksidipäästöjä lähtötasolta 450 mg/Nm3 tasolle 235 mg/Nm3. Kun yläilma yhdistettiin laitoksella jo olevaan SNCR-järjestelmään, saavutettiin päästötaso 180 mg/Nm3.
Ilman vaiheistuksen muutoksella havaittiin olevan vaikutusta CO-tasoon, kattilan lämpötilaan ja tasaiseen palamiseen. Lisäksi mahdollinen lisääntynyt kuonaantuminen sekä korroosio kattilan seinillä ja polttimilla on todennäköistä. Muutoksella ei voitu todeta välttämättä olevan vaikutusta palamattoman hiilen määrään lentotuhkassa.
Yläilma yhdistettynä SNCR-järjestelmään alittaa IED-päästörajan 200 mg/Nm3 blokilla. Lisäksi koska muita vaikutuksia voitiin pitää joko positiivisina tai vähäisinä laitoksen tehokkaan toiminnan kannalta, päätettiin myös Hanasaaren laitoksen toiselle blokille toteuttaa lähes vastaavanlainen ilman vaiheistusmuutos.
Työssä esitettyjen tulosten perusteella voidaan olettaa, että ilman vaiheistusmuutoksen valmistuttua myös toiselle blokille, Hanasaaren laitos alittaa päästörajan yläilma- ja SNCR-järjestelmien avulla. Koska Hanasaaren laitos suljetaan vuoden 2024 lopussa, toimii IED-päästöraja laitoksella myös BAT-säädöksen rajana laitoksen sulkemiseen asti laitoksen tarkistetun ympäristöluvan mukaisesti. Näin ollen tässä työssä saavutetut tulokset tulevat palvelemaan Helen Oy:tä laitoksen sulkemiseen saakka. At the moment the Hanasaari B coal-fired CHP plant, operated by Helen Oy, does not achieve the nitric oxide IED emission limits entering into force on 1st of July 2020. The aim of this master’s thesis is to study, if it is possible to achieve the entering emission limit by altering the boiler’s air staging. This master’s thesis presents the nitric oxide emission formation, nitric oxide emission control and reduction methods in general and in Hanasaari plant. Furthermore, the air staging altering project, achieved results, conclusions and possible further actions are described.
The air staging also referred as OFA was built for one boiler block on the spring 2019. Then, experimental tests were done with OFA. OFA dropped the nitric oxide emissions from the start level of 450 mg/Nm3 to 235 mg/Nm3. Furthermore, when combined with already existing SNCR system, the emission level reached 180 mg/Nm3.
The air staging had an impact on CO level, the temperature level and balanced combustion in the boiler. In addition, increased slagging and corrosion on the boiler’s walls and burners is possible. Air staging did not necessarily have an impact on the amount of unburnt material.
OFA combined with SNCR goes under the IED emission limit of 200 mg/Nm3 in the block. Furthermore, because other results had positive or minor effect on the effective boiler process, it was also decided to build almost identical air staging system for the other block.
Based on the results presented in this thesis, it is assumed that after the OFA is working on both blocks, Hanasaari power plant will work under the IED emission level when combining OFA and SNCR systems. Because Hanasaari plant will be shut down in the end of the year 2024, the IED emission limit will also work as BAT emission limit as decided in the revised environmental permit. Thus, the results obtained from this thesis will serve Helen Oy until the shutdown of the plant.
Ilman vaiheistuksen muutos eli yläilmamuutos toteutettiin laitoksen toiselle blokille keväällä 2019. Muutoksen jälkeen suoritettiin koeajoja yläilmalla ja havaittiin, että yläilma laski typen oksidipäästöjä lähtötasolta 450 mg/Nm3 tasolle 235 mg/Nm3. Kun yläilma yhdistettiin laitoksella jo olevaan SNCR-järjestelmään, saavutettiin päästötaso 180 mg/Nm3.
Ilman vaiheistuksen muutoksella havaittiin olevan vaikutusta CO-tasoon, kattilan lämpötilaan ja tasaiseen palamiseen. Lisäksi mahdollinen lisääntynyt kuonaantuminen sekä korroosio kattilan seinillä ja polttimilla on todennäköistä. Muutoksella ei voitu todeta välttämättä olevan vaikutusta palamattoman hiilen määrään lentotuhkassa.
Yläilma yhdistettynä SNCR-järjestelmään alittaa IED-päästörajan 200 mg/Nm3 blokilla. Lisäksi koska muita vaikutuksia voitiin pitää joko positiivisina tai vähäisinä laitoksen tehokkaan toiminnan kannalta, päätettiin myös Hanasaaren laitoksen toiselle blokille toteuttaa lähes vastaavanlainen ilman vaiheistusmuutos.
Työssä esitettyjen tulosten perusteella voidaan olettaa, että ilman vaiheistusmuutoksen valmistuttua myös toiselle blokille, Hanasaaren laitos alittaa päästörajan yläilma- ja SNCR-järjestelmien avulla. Koska Hanasaaren laitos suljetaan vuoden 2024 lopussa, toimii IED-päästöraja laitoksella myös BAT-säädöksen rajana laitoksen sulkemiseen asti laitoksen tarkistetun ympäristöluvan mukaisesti. Näin ollen tässä työssä saavutetut tulokset tulevat palvelemaan Helen Oy:tä laitoksen sulkemiseen saakka.
The air staging also referred as OFA was built for one boiler block on the spring 2019. Then, experimental tests were done with OFA. OFA dropped the nitric oxide emissions from the start level of 450 mg/Nm3 to 235 mg/Nm3. Furthermore, when combined with already existing SNCR system, the emission level reached 180 mg/Nm3.
The air staging had an impact on CO level, the temperature level and balanced combustion in the boiler. In addition, increased slagging and corrosion on the boiler’s walls and burners is possible. Air staging did not necessarily have an impact on the amount of unburnt material.
OFA combined with SNCR goes under the IED emission limit of 200 mg/Nm3 in the block. Furthermore, because other results had positive or minor effect on the effective boiler process, it was also decided to build almost identical air staging system for the other block.
Based on the results presented in this thesis, it is assumed that after the OFA is working on both blocks, Hanasaari power plant will work under the IED emission level when combining OFA and SNCR systems. Because Hanasaari plant will be shut down in the end of the year 2024, the IED emission limit will also work as BAT emission limit as decided in the revised environmental permit. Thus, the results obtained from this thesis will serve Helen Oy until the shutdown of the plant.