Voimalaitoksen polttoaineiden ominaisuustiedon hyödyntäminen päästöjen hallinnassa
Hulkko, Laura (2016)
Hulkko, Laura
Oulun ammattikorkeakoulu
2016
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2016061012691
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2016061012691
Tiivistelmä
Opinnäytetyö on tehty yhteistyössä Oulun Energia Oy:n kanssa. Yhtiö kuuluu Oulun Energia -konserniin, joka on yksi Pohjois-Suomen johtavista energia-alan yrityksistä. Työssä tutustutaan Toppi-lan voimalaitokseen, joka on kahdesta laitosyksiköstä koostuva kaukolämmön ja sähkön yhteistuotantolaitos. Työn tavoitteena on perehtyä erityisesti laitoksessa käytettäviin polttoaineisiin, polttotekniikkaan ja energiantuotantoprosessista aiheutuviin päästöihin.
Voimalaitosten ilmapäästöt aiheuttavat haittaa ekosysteemeille, eliöille ja infrastruktuurille laajalla alueella. Ympäristön suojeleminen on merkittävä kansainvälinen tavoite, joka näkyy alati kiristy-vissä päästörajoituksissa. Energia-alan yritysten haasteena on päivittää prosessejaan tulevia ym-päristövaatimuksia vastaaviksi ja parasta mahdollista teknologiaa hyödyntäviksi. Tämä aiheuttaa toimenpiteitä myös Oulun Energian voimantuotantolaitoksilla. Toppilan voimalaitokselle on tulossa kevään aikana voimaan uusi ympäristölupa, jossa määritetään laitoksen uudet päästöraja-arvot.
Päästöihin vaikuttavat pääasiassa polttoaineen ominaisuudet ja polttotekniset ratkaisut. Työssä tutkitaan, miten polttoaineen rikki- ja typpipitoisuus vaikuttavat poltossa syntyviin päästöihin ja mi-ten tietoa polttoaineen ominaisuuksien vaihtelusta voitaisiin hyödyntää kattilan ohjauksessa, jotta vältyttäisiin ympäristöluvassa määritettyjen päästöraja-arvojen ylityksiltä.
Asiaa selvitettiin polttoaineanalyyseillä ja mittauksilla sekä tutkimalla saatujen tuloksien, prosessitietojen ja päästöjen riippuvuussuhteita. Rikille ja typelle suoritettiin myös taselaskelma, jonka poh-jalta määritettiin polttoaineen rikkipitoisuudelle laaturaja-arvot. Taselaskennan pohjalta tutkittiin myös sitä, miten voimalaitoksen päästöjä olisi mahdollista vähentää prosessikemikaalien avulla mahdollisimman kustannustehokkaasti.
Työssä selvisi, että polttoaineen kemiallisella koostumuksella on vaikutusta voimalaitoksen ilmapäästöihin etenkin Toppila 1 -laitosyksikön tapauksessa. Toppila 2:n ilmapäästöt sen sijaan riippuvat voimakkaammin palamisolosuhteista. Selkeimmin polttoaineen koostumuksen vaikutus näkyi rikkidioksidipäästöissä. Polttoaineen typpipitoisuuden vaihtelulla on osittainen vaikutus NOx-päästöihin, mutta typenoksidipäästöt riippuvat voimakkaasti myös palamisolosuhteista ja tarkan päästölähteen paikantaminen on siten hankalaa. Saatuja tuloksia on mahdollista hyödyntää Oulun Energian Toppilan voimalaitoksen energiaketjun ja tuotantoprosessin suunnittelussa, polttoaineen laadun ennustamisessa sekä prosessin ohjauksessa.
Voimalaitosten ilmapäästöt aiheuttavat haittaa ekosysteemeille, eliöille ja infrastruktuurille laajalla alueella. Ympäristön suojeleminen on merkittävä kansainvälinen tavoite, joka näkyy alati kiristy-vissä päästörajoituksissa. Energia-alan yritysten haasteena on päivittää prosessejaan tulevia ym-päristövaatimuksia vastaaviksi ja parasta mahdollista teknologiaa hyödyntäviksi. Tämä aiheuttaa toimenpiteitä myös Oulun Energian voimantuotantolaitoksilla. Toppilan voimalaitokselle on tulossa kevään aikana voimaan uusi ympäristölupa, jossa määritetään laitoksen uudet päästöraja-arvot.
Päästöihin vaikuttavat pääasiassa polttoaineen ominaisuudet ja polttotekniset ratkaisut. Työssä tutkitaan, miten polttoaineen rikki- ja typpipitoisuus vaikuttavat poltossa syntyviin päästöihin ja mi-ten tietoa polttoaineen ominaisuuksien vaihtelusta voitaisiin hyödyntää kattilan ohjauksessa, jotta vältyttäisiin ympäristöluvassa määritettyjen päästöraja-arvojen ylityksiltä.
Asiaa selvitettiin polttoaineanalyyseillä ja mittauksilla sekä tutkimalla saatujen tuloksien, prosessitietojen ja päästöjen riippuvuussuhteita. Rikille ja typelle suoritettiin myös taselaskelma, jonka poh-jalta määritettiin polttoaineen rikkipitoisuudelle laaturaja-arvot. Taselaskennan pohjalta tutkittiin myös sitä, miten voimalaitoksen päästöjä olisi mahdollista vähentää prosessikemikaalien avulla mahdollisimman kustannustehokkaasti.
Työssä selvisi, että polttoaineen kemiallisella koostumuksella on vaikutusta voimalaitoksen ilmapäästöihin etenkin Toppila 1 -laitosyksikön tapauksessa. Toppila 2:n ilmapäästöt sen sijaan riippuvat voimakkaammin palamisolosuhteista. Selkeimmin polttoaineen koostumuksen vaikutus näkyi rikkidioksidipäästöissä. Polttoaineen typpipitoisuuden vaihtelulla on osittainen vaikutus NOx-päästöihin, mutta typenoksidipäästöt riippuvat voimakkaasti myös palamisolosuhteista ja tarkan päästölähteen paikantaminen on siten hankalaa. Saatuja tuloksia on mahdollista hyödyntää Oulun Energian Toppilan voimalaitoksen energiaketjun ja tuotantoprosessin suunnittelussa, polttoaineen laadun ennustamisessa sekä prosessin ohjauksessa.