INTREX™-tulistimet ovat kokonaan tai lähes kokonaan hiekan sisällä joten niitä ei voi nuohota. Ääninuohousta voisi kuitenkin käyttää tulistinkammion seiniin kertyvän materiaalin irrottamiseen. Nuohoimen voisi sijoittaa tulisimen yläpuolelle vapaaseen tilaan. Hiekka tippuu ylhäältä alas mutta nuohoimesta on mahdollista tehdä niin kestävä, että se kestää hiekan aiheuttaman kulutuksen. Nuohoimen asennus tosin vaatisi läpiviennin tulistinkammion painerunkoon eli ohitusputkimuutokset nuohoinaukon kohdalle. Testi kuitenkin kannattaisi tehdä ainakin yhdellä tulistinkammiolla.
8.11 Amec Foster Wheelerin ehdotus INTREX™-muutoksista
Amec Foster Wheeler ehdottaa konstruktiomuutosta INTREX™-kammioihin.
Tarkoituksena olisi tukkia kidusaukot ja jättää niihin ainoastaan pienet paineentasausaukot. Myös ylivuotokanava tukittaisiin kokonaan, jolloin tulipesän puolelta ei pysyisi siirtämään petimateriaalia tulistuksen parantamiseksi. Uudet ylivuotokanavat tehtäisiin nostokanavien päälle. Samalla paine-eromittausta tulistimen yli muutettaisiin sekä ilmajakoasetuksiin tehtäisiin muutoksia. Vastaavat muutokset on tehty Ruotsissa useampaan kattilaan, ja niillä on saatu tulistinongelmat ratkaistua. Amec Foster Wheelerin mielestä pelkkien kidusaukkojen tukkiminen olisi vain puolet ratkaisusta.
Yhden tulistinkammion muutostyön hinta olisi suurin piirtein sama kuin yhden tukkeutumisen kustannus. Jos ongelmat loppuvat jo pelkästään kuumimman INTREX™-4 tulistinkammion konstruktiomuutoksella, on investointi kannattava, koska oletettavaa on että ilman mitään muutoksia tukkeutuminen tapahtuu myös seuraavana syksynä. Tällöin investoinnin takaisinmaksuaika olisi yksi vuosi.
9 YHTEENVETO
Kaukaan Voiman biovoimalaitoksen INTREX™-tulistimet tukkeutuvat kahdella tavalla. Nopeassa tukkeutumisessa tulistinkammion seinien kerrostumat romahtavat yhtäkkiä tulistimen päälle ja tulistimen lämmönsiirto heikkenee voimakkaasti. Tämä johtaa aina koko laitoksen alasajoon. Nopeita tukkeutumisia on ollut vuodesta 2012 lähtien vuosittain, yhteensä kolme kappaletta. Nämä tapahtuvat aina ennen vuodenvaihdetta marras- tai joulukuussa.
Hitaassa tukkeutumisessa tulistinputkiin kertyy pikkuhiljaa kerrostuma sekä tulistinputkien väliin jää jumiin agglomeraatteja, jotka eivät mahdu poistumaan putkien välistä. Tulistimen lämmönsiirto heikkenee pikkuhiljaa mutta tähän mennessä ei alasajoa ole tarvittu. Hidas tukkeutuminen on ollut jokakeväinen ongelma laitoksen alusta asti.
Nopea tukkeutuminen johtuu höyrystyvistä ja matalalla sulavista alkali- eli kalium- ja natriumyhdisteistä. Nämä muodostavat tulistinkammion seinälle tahmean pinnan, johon kiertävä petimateriaali alkaa tarttua. Kun kerrostuma on riittävän suuri, se romahtaa tulistimen päälle tukkien tulistimen. Hidas tukkeutuminen johtuu osittain myös alkaliyhdisteistä, mutta merkittävämpi aine kerrostumissa on kalsiumsulfaatti. Kalsiumsulfaatti alkaa kerrostua tulistinputkien pinnalle ja tukkii pikkuhiljaa tulistinta.
Kiertävää petimateriaalia pääsee tulistinkammioon kahta kautta, sisäisen kierron kautta suoraan kattilasta ja ulkoisen kierron kautta erottimista. Suurin syy kerrostumien kertymiseen INTREX™-tulistinkammioiden seinille ja tulistinputkiin on mitä todennäköisimmin petimateriaalin mukana tulevan osittain tai kokonaan palamattoman polttoaineen sisäinen kierto INTREX™-tulistinkammioihin. Tulistimet ovat rakenteeltaan sellaisia, että ne ovat jatkuvassa suorassa yhteydessä tulipesään kidusaukkojen kautta. Lisäksi pienillä kuormilla ylivuotokanavien virtausnopeutta kasvatetaan, jotta saadaan petimateriaalia tarpeeksi tulistimille ja sitä kautta höyryn tulistusta paremmaksi.
Kun pienillä kuormilla käytetään suurta ylivuotokanavan virtausnopeutta tulistusasteen parantamiseksi, pääsee samalla myös polttoainetta tulistinkammioon ja palaminen tapahtuu osittain tai kokonaan siellä. Lisäksi suurempi virtausnopeus tuo myös suurempia kappaleita tulipesästä tulistimen päälle ja ne voivat jäädä jumiin tulistinputkien väliin. Myös ulkoisen kierron kautta tulevat suuremmat polttoainejakeet palavat vielä tippuessaan erottimesta alaspäin.
Erityisesti biopolttoaineiden palaessa osa tuhkasta höyrystyy. Jos palamista pääsee tapahtumaan tulistinkammiossa, voi siitä seurata ongelmia. Kun tulistinkammion seinät ovat jäähdytetyt, pääsee höyrystynyt tuhka kondensoitumaan seinille ja kerrostuma alkaa kasvaa. Lisäksi kerrostuma voi olla ulkopinnalta osittain sula, jolloin siihen tarttuu tuhkahiukkaset ja petihiekka helpommin kiinni. Myös kemialliset reaktiot kerrostumassa muuttavat sen rakennetta ja voivat kasvattaa sitä.
Kerrostumien syntymiseen johtavat syyt johtuvat monesta tekijästä ja yksiselitteistä aiheuttajaa tukkeutumiselle on vaikea määritellä. Selvin yhteys tukkeutumisille on lietteen palautuksessa ja turpeen käytössä. Syksystä 2012 lähtien tulistimet ovat tukkeutuneet muutaman viikon sisällä lietteen palautuksen aloittamisesta. Turve vaikuttaa tukkeutumisiin positiivisesti, aina kun turvetta on poltettu, ovat tulistimet pysyneet puhtaampina. Kolmen viime vuoden aikana turvetta on alettu polttaa vasta myöhään syksyllä ja lopetettu kokonaan huhti - toukokuussa. Suurimmat ongelmat tulistimien kanssa ovat olleet juuri kolmen viime vuoden aikana.
Todennäköisiä muita kerrostumien syntymiseen johtavia syitä ovat liian vähäinen puhtaan hiekan syöttö, lietteen epätasainen poltto ja haastavien polttoaineiden, kuten hakkuutähteen ja fenolihakkeen liiallinen poltto. Liian vähäinen puhtaan hiekan syöttö voi aiheuttaa haitallisten aineiden rikastumisen petimateriaaliin.
Poltettavan lietteen kokonaismäärään ei voida vaikuttaa, koska kaikki liete mitä puhdistamolta tulee on poltettava. Lietteen ei pitäisi aiheuttaa ongelmia, jos sitä syötetään tasaisesti kattilaan eikä ylitetä kattilasuunnittelussa määrättyjä arvoja.
Nykyisillä lietteenkäsittelylaitteilla tasainen syöttö että on erittäin haasteellista, ja niihin tulisi tehdä muutoksia.
Hakkuutähteessä on ongelmana niin sanottu vihreä metsätähde, eli viherainetta sisältävät osat kuten neulaset. Näitä ei pitäisi tulla poltettavaksi ollenkaan, mutta kenttäkokemusten mukaan jonkin verran on tullut myös vihreää tähdettä sisältäviä kuormia. Hakkuutähdettä tulisi myös polttaa turpeen kanssa seospolttona.
Hakkuutähdettä tulee erityisen paljon polttoon syksyisin, jolloin turpeen osuus on ollut pieni. Jatkossa turvetta kannattaa polttaa aina kun poltetaan hakkuutähdettä.
Fenolihakkeen eli vanerinsyrjän ei pitäisi aiheuttaa ongelmia, jos sitä poltetaan pieniä määriä tasaisesti. Jatkossa tulisi varmistaa että kuljetukset tulevat tasaisesti, eikä yhdelle päivälle tule liikaa kuormia.
Paras keino välttää tukkeutumisia on pyrkiä estämään palavan aineen pääsy tulistinkammioon. Ylivuotokanavan asetusta kannattaa pitää mahdollisimman pienenä vaikka se heikentää hieman tulistusastetta pienellä kuormalla. Lisäksi suositeltavaa olisi kidusaukkojen umpeen muuraaminen, jolloin petimateriaalia ja polttoainetta ei pääse enää siirtymään suoraan tulipesästä tulistinkammioon.
Itse kerrostumien syntyyn voidaan parhaiten vaikuttaa muuttamalla lietteen palautusta, polttamalla turvetta jatkuvasti biopolttoaineiden rinnalla sekä lisäämällä puhtaan hiekan syöttöä. Lietteenkäsittelylaitteisiin pitäisi tehdä muutoksia, jotta varmistettaisiin lietteen tasainen syöttö kattilaan. Jos lietettä syötetään tasaisesti, ei pitäisi syntyä ongelmia. Turvetta kannattaa jatkossa polttaa heti alkusyksystä lähtien ja jatkaa polttoa aina kesäseisokkiin asti. Puhtaan hiekan syötön lisääminen pitää pedin paremmassa kunnossa, jolloin kerrostumia syntyy vähemmän.
Muita keinoja ovat ongelmallisten polttoaineiden vähentäminen ja lisäaineen käyttö. Ongelmallisia polttoaineita ovat metsätähdehake ja fenolihake eli vanerinsyrjä. Niiden käyttöä kannattaisi vähentää jatkossa, jos se on mahdollista.
Lisäaineen käyttöä kattilassa kannattaisi ainakin kokeilla, koska sillä todennäköisesti on positiivinen vaikutus kattilan ja lämmönsiirrinpintojen puhtauteen.
LÄHTEET
Alakangas Eija. 2000.Suomessa käytettävien polttoaineiden ominaisuuksia. VTT tiedotteita. VTT Energia. Espoo. 196 sivua. ISBN 951-38-5740-9
Anthony E.J, Talbot R.E, Jia L., ja Granatstein D.L. 2000. Agglomeration and Fouling in Three Industrial Petroleum Coke-Fired CFBC Boilers Due to Carbonation an Sulfation. Energy & Fuels 2000. Numero 14, sivut 1021-1027.
Doshi V., Vuthaluru H.B., Korbee R., & Kiel J.H.A. 2009. Development of a modeling approach to predict ash formation during co-firing coal and biomass.
Fuel Processing Technology. Numero 90, 2009, sivut. 1148-1156.
Energiateollisuus. 2015. Sähkön ja lämmön yhteistuotanto. [www-sivut] [viitattu 4.3.2015] Saatavissa: http://energia.fi/energia-ja-ymparisto/kaukolampo-ja-kaukojaahdytys/sahkon-ja-lammon-yhteistuotanto
Forssell-Tattari Ida. 2009. Selluteollisuuden jätevedenpuhdistamon bioliete ja sen tuhkapitoisuus. Kandidaatintyö. Lappeenrannan teknillinen yliopisto, teknillinen tiedekunta. 38 sivua. Saatavissa: http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201202161398
Foster Wheeler. 2009. Kauvo koulutusaineisto.
Foster Wheeler. 2014. Valokuva tulistimien puhdistusseisokista.
Fundinguniverse. 2014 UPM-Kymmene Corporation History. [www-sivut]
[viitattu 16.12.2014] Saatavissa: http://www.fundinguniverse.com/company-histories/upm-kymmene-corporation-history/
Goidich Stephen J., Hyppanen Timo, Kauppinen Kari. 1999. CFB Boiler Design And Operation Using The INTREX™ Heat Exchanger. Konferenssijulkaisu. 6th International Conference on Circulating Fluidized Beds. 1999. Würzburg, Saksa.
22-27 Elokuuta 1999.
Happonen Jouni. 2015. Customer Manager, Service. Amec Foster Wheeler Oy.
Palaveriesitelmä 24.4.2015.
Huhtinen Markku, Korhonen Risto, Pimiä Tuomo, Urpalainen Samu. 2013.
Voimalaitostekniikka. 2. painos Helsinki: Opetushallitus. 344 sivua. ISBN 978-952-13-5426-7
Huhtinen Markku, Kettunen Arto, Nurminen Pasi, Pakkanen Heikki. 2010.
Höyrykattilatekniikka. 5. painos. Helsinki: Opetushallitus. 379 sivua. ISBN 951-37-3360-2
Hupa Mikko. 2012. Ash-Related Issues in Fluidized-Bed Combustion of
Biomasses: Recent Research Highlights. Artikkeli. Energy & Fuels. Numero 26, 2012, sivut 4-14.
Ikonen Ossi. 2013. Biovoimalaitoksen energiatehokkuuden parantaminen ja osakuorma-ajon optimointi. Diplomityö. Lappeenrannan teknillinen yliopisto, teknillinen tiedekunta. 115 sivua. Saatavissa: http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201401271285
Kang John, Beverly Ron, Porter Dan, Leach Bill. 2012. Reducing Ash
Agglomeration in JEA’s CFB Boilers. POWER Magazine. 1.10.2012. Saatavissa http://www.powermag.com/reducing-ash-agglomeration-in-jeas-cfb-boilers/
Koskelainen Lasse, Saarela Rauli, Sipilä Kari. 2006. Kaukolämmön käsikirja.
Helsinki: Energiateollisuus ry. 566 sivua. ISBN 952-5615-08-1.
Kovanen Janne. 2015. Inray Oy. Esitelmä UPM Metsäenergian teemapäivässä 31.3.2015.
Kuiri Jyri. 2008. Yleiskuvaus voimalaitos. KauVo-projekti. Åf-Consult Oy. 10 sivua.
Lappeenrannan Energia. 2014. [www-sivut] [viitattu 27.11.2014] Saatavissa:
www.lappeenrannanenergia.fi
Lohiniva Elina, Mäkinen Tuula, Sipilä Kai. 2001. Lietteiden käsittely. Uudet ja käytössä olevat tekniikat. VTT Tiedotteita 2081. VTT Energia. 146 sivua. ISBN 951-38-5796-4. Saatavissa: http://www2.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2001/T2081.pdf
Makkonen Pasi. 1998. Foster Wheeler CFB with the New INTREX™
Superheater. Konferenssijulkaisu. VGB Konferenssi: Steam Generation Plants 1998. Leipzig. 25.marraskuuta 1998.
Masalin Stepan. 2015. Amec Foster Wheeler Oy, koekäyttäjä. Haastattelu Kauvon minimikuormatestin yhteydessä 9.4.2015 ja 29.4.2015.
Moren Peter. 2012. The P15-project, Händelö. [Power-Point esitys] [viitattu 7.1.2015] Saatavissa:
http://lahtistreams-com-bin.directo.fi/@Bin/54f5483f7fc51f897c0312a17d1de24b/1420639531/applicatio n/pdf/169743/13_Moren.pdf
Nieminen Johanna. 2013. Biomassaa polttavan kerrosleijukattilan tulipesän kuonaantumisen mallintaminen. Diplomityö. Tampereen teknillinen yliopisto, ympäristö- ja energiatekniikan koulutusohjelma. 105 sivua. Saatavissa:
http://URN.fi/URN:NBN:fi:tty-201309111329
Nurmoranta Maria. 2009. Polttoainetietosovellus, Kaukaan Voima, KVJ.
Koulutusaineisto. Metso Automation.
Parkkonen Riku. 2007. Järjestelmäkuvaus. Kauvo-projekti. Foster Wheeler Energia Oy.
Pohjolan Voima. 2014. [www-sivut] [viitattu 27.11.2014] Saatavissa www.pohjolanvoima.fi
Pohjolan Voima. 2010. Kaukaan Voiman voimalaitos. Voimalaitoksen esite. 4 sivua. [verkkodokumentti] [viitattu 27.11.2014] Saatavissa:
http://www.pohjolanvoima.fi/filebank/251-22563-Kaukaan_biovoimalaitos.pdf
Raiko Risto, Saastamoinen Jaakko, Hupa Mikko, Kurki-Suonio Ilmari. 2002.
Poltto ja palaminen. 2. painos. Helsinki. International Flame Research Foundation – Suomen kansallinen osasto.750 sivua. ISBN 951-666-604-3
Raumaster. 2008. Koulutusaineisto, polttoaineensyöttö- ja tuhkankäsittelylaitteet.
KauVo-projekti.
Tuomala, Heidi. 2011. CFB-kattilan tulipesän materiaalimäärälaskennan kehittäminen. Opinnäytetyö. Savonia Ammattikorkeakoulu, tekniikan koulutusohjelma, kone- ja tuotantotekniikka. Saatavissa:
http://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2011061712242
UPM 2014a. UPM Intra, vaatii käyttöoikeudet. [viitattu 27.11.2014]
UPM 2014b. Ympäristönsuojelun kehitys 2013. Ympäristöselonteko. 8 sivua.
[verkkodokumentti] [viitattu 17.12.2014] Saatavissa:
http://www.upm.com/EN/RESPONSIBILITY/Principles-and-Performance/reports/Documents/EMAS2013/Kaukas_EMAS_2013_fi.pdf
UPM. 2013 Vuosikertomus 2013. 146 sivua.[verkkodokumentti] [viitattu 17.12.2014] Saatavissa:
http://www.upm.com/FI/SIJOITTAJAT/Documents/UPM_vuosikertomus_2013.p df
Vakkilainen Esa. 2014. Höyrykattilatekniikka.[luentokalvot] Vaatii käyttöoikeudet.
Vakkilainen Esa. 2010. Höyrykattilatekniikka kurssimateriaali SGfB. Vaatii käyttöoikeudet.
Vesanto Petri, Hiltunen Matti, Moilanen Antero, Kaartinen Tommi, Laine-Ylijoki Jutta, Sipilä Kai ja Wilén Carl. 2007. Kierrätyspolttoaineiden ominaisuudet ja käyttö. Selvitys kierrätyspolttoaineiden laatuominaisuuksista ja soveltuvuudesta leijupolttoon. VTT. ISBN 978-951-38-6973-1.
Liite 1. Marraskuun 2014 tukkeutuman alasajon yhteydessä otetut näytteet tulokanavan seiniltä, tulistinputken pinnalta ja tulistimen putkien välistä.
Analysointi tehty VTT:llä.
Liite 2. VTT:n analyysitulokset lokakuussa 2014 otetuista näytteistä vanhasta INTREX™ 4 tulistimesta, joka uusittiin kesällä 2014.
Liite 3. UPM:n tutkimuskeskuksen analyysitulokset lokakuussa 2014 otetuista näytteistä vanhasta INTREX™ 4 tulistimesta, joka uusittiin kesällä 2014.
Liite 4. Lietteen laboratoriotulokset.
Liite 5. Fenolihakkeen laboratoriotulokset.