Puupelletin seospoltto pölypolttovoimalaitoksissa suurella seososuudella

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2014-05-19
Department
Major/Subject
Energiatekniikka
Mcode
K3007
Degree programme
Energia- ja LVI-tekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
103+6
Series
Abstract
Helsingin kaupungin energiapoliittinen tavoite on EU:n linjausten takia kasvattaa Helsingin Energian sähkön- ja lämmöntuotannossa uusiutuvien energialähteiden osuutta 20 %:iin vuoteen 2020 mennessä. Tavoitteeseen pääsemiseksi on Helsingin Energian kehitysoh-jelmassa yhtenä vaihtoehtona puupellettien seospoltto kivihiilen kanssa 40 %:n vuotuisella seososuudella Hanasaaren ja Salmisaaren voimalaitoksilla. Tässä työssä käydään läpi puupelletin suuren seososuuden seospoltto pölypolttovoimalaitoksissa erillisjauhatusteknii-kalla, ja tuodaan esille polttoainemuutoksen tarvitsema tekniikka ja vaikutukset voimalaitosprosessiin. Lisäksi tässä työssä tarkastellaan puupelletin suuren seososuuden seospolton tarvitsemaa tukea, jotta se olisi taloudellisessa mielessä kannattavaa täysin hiilenpolttoon verrattuna. Taloudellista tarkastelua tehdään myös erillisjauhatuksen ja seosjauhatuksen välillä ja lasketaan muun muassa rajahinta jalostettujen pellettien käytölle. Tässä työssä tutkittiin referenssitapausten, kirjallisuuslähteiden sekä Helsingin Energian asiantuntijoiden tietoihin perustuen puupelletin seospolttoa kivihiilen kanssa 40 % vuotuisella seososuudella Hanasaaren ja Salmisaaren voimalaitoksilla. Erillisjauhatuksella toteutettu seospoltto on täysin mahdollista toteuttaa kyseisillä voimalaitoksilla, mutta haasteita ja riskejä on melko paljon. Laitoksen suunnittelupolttoaineen tai pitkään käytössä olleen polttoaineen muuttaminen ei ole yksinkertaista ja sisältää monta riskiä, sillä sen vaikutus-alue on koko voimalaitosalue ja –prosessi. Salmisaaren voimalaitos on ahtaasti kaupunkialueella, mikä asettaa suuria haasteita muun muassa polttoainelogistiikan ja varastoinnin suhteen. Hanasaaressa taas suurin haaste on lyhyt tulipesä, joten erittäin hyvän palamisen toteuttaminen on haastavaa. Hyvän palamisen tärkeys on molemmissa laitoksissa erittäin suuri, sillä huono palaminen vaikuttaa negatiivisesti muun muassa savukaasun puhdistuksen toimivuuteen, tulipesän ja tulistinalueen likaantumiseen ja korroosioon, vesi- ja höyrypiiriin sekä palamisen sivutuotteisiin. Näiden heikko toiminta taas laskee voimalaitoksen kokonaishyötysuhdetta ja käytettävyyttä, sekä lisää kunnossapidon tarvetta ja kustannuksia. Jalostettujen pellettien jauhautuvuutta teollisessa mittakaavassa testattiin Hanasaaressa ja tulokset ovat lupaavia. Yhden hiilimyllyn energiasisällöstä noin 25 % saatiin korvattua pel-leteillä ilman puupölyn kertymistä myllyyn. 40 % seospolton toteuttaminen seosjauhatuk-sella ei jalostettujen pellettien huonon saatavuuden takia ole kuitenkaan edes mahdollista.

Due to the EU’s decisions the city of Helsinki’s energy policy goal is to increase the renew-able energy share to 20 % of the Helsinki Energy’s electricity and heat production by the year 2020. To reach the goal Helsinki Energy’s developing program contains an alternative that co-firing wood pellets with coal at 40 % share of the annual mixture in Hanasaari and Salmisaari power plants. This report reviews wood pellet co-firing in a pulverized fuel power plant in a large share using direct injection technology and introduces required technology and impacts to the power plant process. This report covers also a calculation of the needed subsidies that co-firing wood pellets in a large share to be profitable in financial terms compared to the full coal burning. Economical analysis is also carried out between the direct injection and co-injection systems and there is among other things calculated the maximum profitable price of using refined pellets. This study investigates co-firing wood pellets in a large share with coal in Hanasaari and Salmisaari power plants with 40 % annual share based on information from reference cas-es, scientific literature and Helsinki Energy’s specialists. Co-firing in the above mentioned power plants is completely possible to carry out by using direct injection, but there are quite a lot of challenges and risks. Changing a designed fuel of the plant to other is not simple and involves many risks because of its area of influence is whole power plant site and whole process. Salmisaari power plant is in a small area in the middle of urban area which carries large challenges for fuel logistics and storage capacity. In Hanasaari the largest problem is the small furnaces, maintaining the combustion process optimally is challenging. The im-portance of optimal combustion process is very large in both power plants because poor combustion impacts negatively to the functionality of flue gas treatment system, to furnace and superheater area fouling and corrosion, to water and steam circulation and also to combustion by-products. Poor functioning of these sectors decreases the overall efficiency and usability of power plant and increases the need for maintenance and costs. Refined pellets and those grindability are tested in Hanasaari on an industrial scale and results are very encouraging. 25 % of the fuel power of one mill was tested without pellet accumulation in the mill. 40 % annual share co-firing carrying out by using refined pellets is still not possible because of poor availability of fuel.
Description
Supervisor
Syri, Sanna
Thesis advisor
Nieminen, Teemu
Keywords
seospoltto, puupelletti, erillisjauhatus, pölypoltto, vasaramylly, co-firing, wood pellet, direct injection, pulverized fuel firing, hammer mill
Other note
Citation