Kostean puuhakkeen käytön vaikutukset CHP-laitoksen toimintaan ja energiatehokkuuteen

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Date

2017-12-11

Department

Major/Subject

Energiatekniikka

Mcode

K3007

Degree programme

Master’s Programme in Energy Technology (EEN)

Language

fi

Pages

42+7

Series

Abstract

Suomessa biopolttoaineiden käytön lisääminen on valittu keskeiseksi keinoksi ilmastopäästöjen hillintään. Biopohjaiset polttoaineet ovat periaatteessa hiilineutraaleja, joten fossiilisten polttoaineiden korvaaminen niillä vähentää kasvihuonekaasu-päästöjä. Raakabiomassa sisältää huomattavasti kosteutta, joka laskee sen lämpöarvoa. Perinteisesti biomassa on kuivattu ennen polttoa tai poltettu kosteana alhaisella lämpöarvolla, mutta vaihtoehto kuivaamiselle on biomassan polttaminen kosteana. Polttoaine voidaan polttaa kosteana ilman suuria savukaasuhäviöitä, jos savukaasuista saadaan riittävästi energiaa talteen, esimerkiksi savukaasupesurin lämmön talteenoton avulla. Tämän työn tarkoituksena on selvittää kostean polttoaineen käytön vaikutuksia CHP-voimalaitokseen, jos siihen asennetaan savukaasupesuri varustettuna lämmön talteenotolla. Työn tavoitteena on laitoksen polttoaineenkulutuksen muutoksen, tehonmuutosten sekä savukaasupesurin asennuksen vaikutusten arviointi. Lisäksi pesurin asennuksen kannattavuudesta tehdään karkea taloudellinen tarkastelu. Työn kirjallisuusosassa käydään läpi biopolttoaineisiin ja niitä käyttäviin voimalaitoksiin liittyvää teoriaa sekä savukaasupesurin toimintaa. Laskentaosassa määritetään laitoksen polttoainevirtoja ja tehoja kuivalla sekä kostealla polttoaineella. Laskemien mukaan, referenssitilanteessa vakiohöyryteholla ajettaessa laitoksen polttoaineen kuiva-aineen kulutus kasvoi noin 25 % kaukolämpötehon kasvaessa lähes 14 MW eli noin 30 %, kun kuiva polttoaine korvataan kostealla. Vakiokaukolämpöteholla polttoaineen kuiva-aineen kulutus oli samaa tasoa sekä kuivalla että kostealla polttoaineella, ja laitoksen sähköteho oli kuivalla polttoaineella kattilan korkeamman höyrytehon vuoksi 4,46 MW eli noin 35 % korkeampi kuin kostealla polttoaineella. Laskennallinen hyötysuhde kosteaa polttoainetta käytettäessä nousee lähes sataan prosenttiin, koska sen määritykseen käytetään polttoaineen alempaa lämpöarvoa. Työn tulosten perusteella CHP-laitoksen polttoainehyötysuhdetta sekä kaukolämpötehoa voidaan kasvattaa sähkötehon hieman laskiessa käyttämällä kosteaa polttoainetta sekä savukaasupesuria. Pesurilla savukaasuja voidaan myös puhdistaa eri päästöistä. Taloudellisessa mielessä investointi pesuriin ja kosteaan polttoaineeseen siirtyminen voi olla kannattava. Tilanne on laitoskohtainen riippuen alueen kaukolämpöverkon sopivuudesta, laitoksella tarvittavien muutostöiden laajuudesta sekä pesurilla mahdollisesti korvattavista järjestelmistä.

In Finland, increasing the use of biomass has been selected as a key tool for controlling greenhouse gas emissions. Biomass based fuels are basically carbon neutral, so replacing fossil fuels with biofuels reduces greenhouse gas emissions. Raw wooden biomass contains a lot of moisture that lowers its thermal value. Traditionally, biomass has been dried prior to burning or burned without drying with low heating value. As an alternative to these options, fuel can be burnt wet without major flue gas losses if enough heat from the flue gases is recovered. One option here is to install a flue gas scrubber with heat recovery system to the power plant. The purpose of this master’s thesis work is to find out the effects of the use of moist or wet fuel at the CHP plant if a flue gas scrubber is used with heat recovery. The aim of the thesis is to evaluate the impact of the change in the fuel consumption of the plant, the changes in power production and the installation of the flue gas scrubber. In addition, the cost-effectiveness of the installation of the scrubber is subject to rough economic analysis. The literature section of the thesis examines the theory of biofuels and the power plants utilizing them and the operation of the flue gas scrubber. The calculation section examines the fuel flows of the plant and plant performance with dry and moist biofuel. According to calculations, in the reference scenario, when running at constant steam power, the consumption of biomass dry matter increased by approximately 25%, with district heating power increasing by almost 14 MW, or about 30% when the dry fuel was replaced by moist fuel. With constant district heating power, the consumption of dry matter of the fuel was of the same level with both dry and moist fuel and the plant's electrical power was 4.46 MW and 35 % higher with dry fuel than with moist fuel. The plants efficiency with the use of moist fuel rises to almost 100 % because the lower calorific value of the fuel is used for its determination. Based on the results of the work, the CHP plant's fuel efficiency and district heating power can be increased with a slight decrease in electric power by using moist fuel and flue gas scrubber with heat recovery. Flue gases can also be cleaned with a flue gas scrubber. Economically speaking, investing in scrubber and using moist fuel can be profitable, but the situation is plant dependent; depending on the suitability of the district heating network and the extent of the necessary modifications in the plant and in the systems which would be replaced with a flue gas scrubber.

Description

Supervisor

Järvinen, Mika

Thesis advisor

Holmberg, Henrik

Keywords

biomassa, CHP, savukaasupesuri, kostea polttoaine

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201712188137

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG