• Ei tuloksia

Finding out the factors which affect the operating life of the filter bags

N/A
N/A
Info
Lataa
Protected

Academic year: 2022

Jaa "Finding out the factors which affect the operating life of the filter bags"

Copied!
96
0
0

Kokoteksti

(1)

Jarmo Hagström

SUODATINLETKUJEN KÄYTTÖIKÄÄN VAIKUTTAVIEN TEKIJÖIDEN SELVITTÄMINEN

Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten Espoossa 19.5.1998

Työn valvoja: Professori Carl-Johan Fogelholm Työn ohjaaja: Diplomi-insinööri Mihaly Makkai

(2)

Tekijä: Jarmo Hagström

Työn nimi: Suodatinletkujen käyttöikään vaikuttavien tekijöiden selvittäminen Päivämäärä: 19.5.1998 Sivumäärä: 86 + liitt.

Osasto: Konetekniikan osasto

Professuuri: Ene-47 Energiatekniikka ja ympäristönsuojelu Työn valvoja: Professori Carl-Johan Fogelholm

Työn ohjaaja: Diplomi-insinööri Mihaly Makkai, Helsingin Energia

Merkittävä osa letkusuodattimen kunnossapitokustannuksista aiheutuu suodatin­

letkujen uusimisesta. Nykyisin suodatinletkut on jouduttu vaihtamaan jo kahden käyttökauden jälkeen, ja voimalaitosten tehonnostojen myötä on jopa tämän käyttöiän saavuttaminen osoittautunut vaikeaksi. Lisäksi letkusuodattimen käyttö- häiriöt on pidettävä mahdollisimman vähäisinä, koska rikinpoistolaitoksen toimin­

ta ei ole mahdollista letkusuodattimen ollessa poissa käytöstä.

Tämän diplomityön tarkoituksena on ollut selvittää suodatinletkujen käyttöikään vaikuttavia tekijöitä ja samalla löytää keinoja käyttöiän lisäämiseksi. Tutkimuk­

sessa ovat olleet mukana Helsingin Energian Salmisaaren ja Hanasaaren voimalai­

tokset sekä Vantaan Energian Martinlaakson voimalaitos. Kaikissa tutkituissa voimalaitoksissa on käytössä puolikuivatekniikkaan perustuva rikinpoistolaitos, jossa pölynerottimena toimii letkusuodatin.

Tietoja tutkimukseen on kerätty haastattelemalla rikinpoistolaitoksen käyttöön osallistuneita ihmisiä sekä vertailemalla saatavilla olevia tietoja prosessiolosuh- teista sekä niiden vaihteluista eri laitoksilla. Koska jo tutkimuksen alkuvaiheissa selvisi, että suurin syy suodatinletkujen uusimiseen on letkujen tukkeutumisesta aiheutuva painehäviön nousu, on jokaiselta laitokselta otettu näyteletku, jonka pinnalta imuroitua pölyä on analysoitu laboratoriotutkimuksin. Lisäksi on tutkittu erilaisia suodatinletkujen materiaaleja sekä ääninuohoimien vaikutusta suodatin­

letkujen puhdistukseen.

Suurin letkujen tukkeutumiseen vaikuttava tekijä näyttää olevan poltetun hiilen korkea klooripitoisuus, jonka vaikutusta lisää runsas kosteuden esiintyminen let- kusuodattimessa. Merkittävästi painehäviön nousuun vaikuttaa myös pienten pö­

lyhiukkasten kulkeutuminen takaisin suodatinletkun pinnalle koko ajan käynnissä olevan savukaasuvirtauksen vaikutuksesta. Letkujen tukkeutumista lisää pöly­

hiukkasten tunkeutuminen suodatinmateriaaiin sisään. Letkuihin kertyvän pölyn poistamisen onnistuminen vaikuttaa ratkaisevasti suodatinletkujen käyttöiän pituu­

teen.

(3)

Author: Jarmo Hagström

Title of the thesis: Finding out the factors which affect the operating life of the filter bags

Date: 19.5.1998 Number of pages: 86 + append.

Department: Department of Mechanical Engineering

Professorship: Ene-47 Energy Engineering and Environmental Protection Supervisor: Professor Carl-Johan Fogelholm

Instructor: M.Sc. Mihaly Makkai, Helsingin Energia

A large part of the maintenance costs of fabric filter is due to replacement of the filter bags; nowadays this is done every two years. After increasing the capacity of the power plants it has been difficult even to reach that operating life. Also, the amount of disturbances in the fabric filter has to be kept as small as possible be­

cause the desulphurization plant cannot be operated when the fabric filter is out of order.

The aim of this master’s thesis is to find out the factors which affect the operating life of the filter bags and also to find some methods to increase the operating life.

Information for this thesis has been collected from Helsinki Energy power plants in Salmisaari and Hanasaari and from Vantaa Energy power plant in Martinlaakso.

All these power plants have a desulphurization plant which is based on a semi-dry system and has a fabric filter as a dust collector.

Information has been collected by interviewing the operating personnel of the de­

sulphurization plants and comparing the process data from the plants in different conditions of the process. At the beginning of the thesis was found that the major reason for replacement of the filter bags was the blinding of the filter bags, which caused a high pressure drop in the filter. Thus a sample of a used filter bag was taken from all of the plants so that the properties of the dust in the filter bag could be investegated in the laboratory. Some research has also been done into the diffe­

rent filter materials and the cleaning of the filter bags with sonic horns.

The main reason for the blinding of the filter bags seems to be the high dorine content of the burned coal. The moisture in the filter increases this problem.

Another significant reason for the high pressure drop is that small particles of the dust return to the surface of the filter bag; this is caused by the continuous flue gas flow. The blinding of the filter bags is increased because the dust particles penet­

rate the filter material. The capability to remove the dust from the filter bags af­

fects mainly to the operating life of the filter bags.

(4)

Tämä diplomityö on tehty Helsingin Energian tuotanto-osastolla suodatinletkujen käyttöikään vaikuttavien tekijöiden selvittämiseksi.

Työn valvojana on ollut professori Carl-Johan Fogelholm ja ohjaajana diplomi- insinööri Mihaly Makkai. Heidän lisäkseen haluan kiittää Arne Johanssonia, Pasi Auvista ja Tarmo Mansneria sekä niitä Hanasaaren, Salmisaaren ja Martinlaakson voimalaitosten työntekijöitä, jotka ovat avustaneet työn läpiviemisessä.

Kiitokset Raimo Karppiselle, jonka aktiivisuus mahdollisti tämän työn toteuttami­

sen.

Haluan esittää kiitokset myös Martti Kinnuselle ja Ulf Krogarsille Nirafon Oy:stä ääninuohoimiin liittyvistä tiedoista sekä Marjakristiina Ikoselle työn kieliasun tar­

kastamisesta.

Kiitokset Lauralle ja Hennalle tuesta ja kannustuksesta työn suorituksen aikana.

Helsingissä 19.5.1998

Jarmo Hagström

(5)

SISÄLLYSLUETTELO

1 JOHDANTO...7

2 RIKINPOISTOLAITOS...9

2.1 Rikinpoistolaitoksenrakenne... 9

2.2 Tutkittujenrikinpoistolaitostentoiminta-arvojasekäsuurimmat EROAVAISUUDET... 9

2.3 Reaktorissatapahtuvatkemiallisetreaktiot... 11

3 LETKUSUODATIN...12

3.1 Letkusuodattimentarkoitus... 12

3.2 Letkusuodattimenrakenne... 13

3.3 SUODATINLETKUT... 15

3.4 Letkukorit...16

3.5 Hiukkastenerottuminenletkusuodattimessa... 18

3.6 SUODATINLETKUJEN PUHDISTUS... 21

3.7 SUODATINLETKUJEN UUSIMISEN SYYT...25

3.7.1 Paine-eron kasvaminen letkusuodattimessa...25

3.7.2 Suodatinletkujen rikkoutuminen...29

4 SUODATINLETKUJEN TUKKEUTUMISEEN JA KESTÄVYYTEEN VAIKUTTAVIA TEKIJÖITÄ...30

4.1 Letkusuodattimenmitoitus...30

4.1.1 Suodatusnopeus (air-to-cloth ratio)...30

4.1.2 Salmisaaren letkusuodattimen mitoitus...30

4.1.3 Hanasaaren letkusuodattimien mitoitus...31

4.1.4 Martinlaakson letkusuodattimen mitoitus...31

4.2 Letkumateriaalinominaisuudet...32

4.2.1 Materiaalin soveltuvuus käyttöolosuhteisiin...32

4.2.2 Materiaalin ilmanläpäisy ja huokoisuus...32

4.2.3 Pintakäsittely...34

4.3 Letkujenpuhdistustehokkuus... 35

4.4 PÖLYN OMINAISUUDET...36

4.4.1 Pölyhiukkasten kokojakauma...36

4.4.2 Pölyhiukkasten koheesiivisyys...38

4.4.3 Pölyn koostumus...38

4.4.4 Hiili- ja kalkkilaadun vaikutus pölyn ominaisuuksiin...40

4.4.5 Sähkösuodattimen toiminnan vaikutus pölyn ominaisuuksiin...42

4.5 Letkujenkalkituskäyttöönotonyhteydessä...42

4.6 PÖLYN KULKEUTUMINEN POIS SUODATINLETKUSTA...43

4.7 Letkujenkäyttöolosuhteet...43

4.7.1 Lämpötila...43

4.7.2 Kosteus...45

4.7.3 Mekaaniset rasitukset...48

4.7.4 Hapot ja emäkset...52

(6)

4.7.5 Virtausjakauma...53

5 LETKUMATERIAALIT...55

5.1 SUODATINMATERIAALIEN JAKO VALMISTUSTAVAN MUKAAN...55

5.1.1 Kudottu suodatïnmateriaali...55

5.1.2 Neulottu suodatinmateriaali...55

5.2 SUODATINMATERIAALIEN JAKO SUODATUSTAVAN MUKAAN... 56

5.2.1 Syväsuodattavat materiaalit...56

5.2.2 Pintasuodattavat materiaalit...56

5.3 Kuitujenjamateriaalinrakenteenkehittyminen... 57

5.3.1 Kuitujen kehittyminen...57

5.3.2 Materiaalin rakenteen kehittyminen...58

5.4 SUODATINLETKUJEN MATERIAALIN VALINTA...59

5.4.1 Materiaalivaihtoehdot ja niiden ominaisuudet...59

5.4.2 Letkujen materiaalin valinta...62

5.5 SUODATINMATERIAALIN PINTAKÄSITTELY... 63

5.5.1 Kalanterointi...63

5.5.2 Poltto...63

5.5.3 Kosteudenestokäsittely...64

5.5.4 Pinnoitus toisella materiaalilla...64

5.5.5 Mikrokuidut...65

5.5.6 Muut pintakäsittelymahdollisuudet...66

5.6 Letkumateriaalienkustannukset... 67

6 ÄÄNINUOHOIMIEN KÄYTTÖ SUODATINLETKUJEN PUHDISTUKSESSA... 71

6.1 ÄÄNINUOHOUKSEN toimintaperiaate... 71

6.2 ÄÄNINUOHOIMIEN KÄYTTÖ...72

6.2.1 Àâninuohoimien käyttö osana prosessia...73

6.2.2 Àâninuohoimien käyttö seisokkien aikana... 75

6.3. ÄÄNINUOHOIMIEN KÄYTÖSSÄ HAVAITUT HYÖDYT JA ONGELMAT... 75

6.4 ÄÄNINUOHOIMIEN HANKINNAN JA KÄYTÖN KUSTANNUKSET...76

7 SUODATINLETKUJEN KÄYTTÖIÄN LISÄÄMINEN... 77

7.1 Matalakloorisen HIILEN KÄYTTÄMINEN POLTTOAINEENA...77

7.2 Oikeanletkumateriaalinvalinta... 77

7.3 Kosteudenvähentäminen... 78

7.4 ÄÄNINUOHOIMIEN KÄYTTÄMINEN PUHDISTUKSEN APUNA...78

7.5 Letkujenkalkituksestaluopuminen... 79

7.6 SUODATUSPINTA-ALAN LISÄÄMINEN... 79

8 YHTEENVETO... 82

9 JATKOTUTKIMUSTARVE... 84

LÄHDELUETTELO 85

(7)

1 JOHDANTO

Ensimmäiset rikinpoistolaitokset otettiin Suomessa käyttöön noin 10 vuotta sitten ja sen jälkeen niiden määrä on maassamme lisääntynyt useisiin kymmeniin.

Nykyään rikinpoistolaitokset alkavat voimalaitoksilla olla arkipäiväistä

tekniikkaa, mutta niiden toimintaa ja sen osia on kuitenkin tutkittu melko vähän.

Suurin osa Suomen rikinpoistolaitoksista perustuu ns. märkämenetelmään, joka eroaa toiseksi eniten käytetystä ns. puolikuivasta menetelmästä mm. siten, että märkämenetelmää käyttävissä rikinpoistolaitoksissa ei tarvita erillistä

pölynpoistoyksikköä. Vaikka puolikuivan rikinpoiston osuus on maassamme jäänyt vähemmistöön, on sen merkitys paikoitellen kuitenkin varsin suuri, sillä esimerkiksi kaikki pääkaupunkiseudun rikinpoistolaitokset perustuvat

puolikuivatekniikkaan.

Puolikuivatekniikalle on tunnusomaista, että:

- pääosa reaktioista rikin kanssa tapahtuu märkäfaasissa

- reaktori on mitoitettu siten, että liete-/vesipisarat ehtivät täydellisesti kuivaa ennen kosketusta reaktorin seinien tai pohjan kanssa

- rikinpoiston lopputuote poistetaan prosessista kuivassa muodossa - savukaasujen lämpötila reaktorin jälkeen on vesikastepisteen yläpuolella

- käytetyn alkalin kierrätyksellä pyritään parantamaan alkalinkäytön hyötysuhdetta - pölypäästöjen rajoittamiseksi tarvitaan erillinen pölynerotin

Rikinpoistolaitoksen pölynerottimena voi olla joko sähkö- tai letkusuodatin.

Sähkösuodattimet ovat rakenteeltaan ja käytettävyydeltään yksinkertaisempia, mutta niiden erotustehokkuus on huonompi kuin letkusuodattimilla. Helsingin Energian voimalaitoksista Salmisaaressa ja Hanasaari B:ssä on käytössä

puolikuivatekniikkaan perustuva rikinpoistolaitos, jossa pölynerottimena toimii letkusuodatin. Vastaavanlainen ratkaisu on käytössä myös Vantaan Energian Martinlaakson voimalaitoksella. Kaikki edellämainitut rikinpoistolaitokset ovat ABB Fläkt Oy:n toimittamia ja perusperiaatteeltaan hyvin samanlaisia.

Letkusuodattimet kaikilla laitoksilla ovat rakenteeltaan ja toiminnaltaan lähes

(8)

identtisiä suurimpien erojen ollessa letkusuodattimien koossa ja letkujen pituudessa.

Letkusuodattimen toiminta on rikinpoistolaitoksen käytölle välttämätöntä ja letkusuodattimen ollessa poissa käytöstä joudutaan savukaasut ajamaan

rikinpoistolaitoksen ohi suoraan savupiippuun. Letkusuodattimen kunnossapitoon liittyvistä kustannuksista merkittävä osa koostuu suodatinletkujen uusinnasta, joka nykyisin on jouduttu tekemään kahden vuoden välein. Voimalaitosten tehon nostamisen myötä on ilmennyt vaikeuksia saavuttaa suodatinletkuille edes kahden vuoden käyttöikä. Letkujen uusinnan kertainvestoinnin suuruus on Salmisaaressa ja Hanasaaressa noin 800 000 -1 000 000 markkaa, josta noin 80 % aiheutuu

letkujen hankintakustannuksista ja loput letkujen vaihtoon tarvittavasta työstä.

Letkujen täysimääräinen uusiminen joudutaan ajoittamaan aina voimalaitoksen vuosihuoltoon, koska keskellä ajokautta ei voimassa olevien päästörajojen takia ole mahdollista ohittaa rikinpoistolaitosta kaikkien letkujen vaihtoon tarvittavaksi ajaksi. Olisi siis tärkeää, että suodatinletkuilla saavutettaisiin vähintään

edellämainittu kahden ajokauden käyttöikä. Lisäksi rikinpoistolaitoksen toiminnan kannalta on tärkeää, että letkusuodattimen häiriöt saadaan pidetyksi

mahdollisimman vähäisinä.

Tämän diplomityön tarkoituksena on ollut selvittää suodatinletkujen käyttöikään liittyviä tekijöitä sekä löytää mahdollisia keinoja käyttöiän lisäämiseksi. Tietoa tutkimukseen on kerätty Salmisaaren, Hanasaaren ja Martinlaakson

rikinpoistolaitoksilta, koska laitosten samankaltaisuuden takia on eri laitoksilta saatuja tietoja mahdollista yhdistää ja hyödyntää keskenään. Koska puolikuivan rikinpoistomenetelmän letkusuodattimia on tutkittu hyvin vähän, perustuvat monet tutkimuksessa esitetyt tiedot rikinpoistolaitoksen käyttöön osallistuneiden henkilöiden käytännön kokemuksiin.

(9)

2 RIKINPOISTOLAITOS

2.1 Rikinpoistolaitoksen rakenne

Salmisaaren voimalaitoksen rikinpoistolaitos (SARI) on ensimmäinen

pohjoismaissa rakennettu rikinpoistolaitos ja se on otettu käyttöön vuonna 1988.

SARI on suunniteltu puhdistamaan kattiloiden Kl ja K7 savukaasut. Kattiloiden savukaasut sekoitetaan tulokanavassa ennen rikinpoistolaitosta. Kattiloiden sähkösuodattimet toimivat esierottimina ennen rikinpoistolaitosta poistaen lentotuhkaa savukaasuista. Rikinpoistolaitoksella on kaksi samanlaista

rinnakkaista rikinpoistolinjaa, joihin savukaasut ohjautuvat linjojen painehäviön mukaan. Rikinpoistolinjoja ei ole varustettu sulkupellein, joten ne ovat aina yhtäaikaa käytössä. Molemmissa linjoissa on ensin reaktori, jossa tapahtuu noin 80% rikinerotuksesta. Reaktorin jälkeen on molemmissa linjoissa letkusuodatin, jonka jälkeen savukaasut johdetaan savupiippuun.

Hanasaaren rikinpoistolaitos (HARI) on otettu käyttöön vuonna 1991 ja se puhdistaa kattiloiden КЗ ja K4 savukaasut. Kummallakin kattilalla on oma toisistaan erillinen rikinpoistolinjansa sisältäen reaktorin ja letkusuodattimen.

Savukaasujen esierottimina toimivat vanhat sähkösuodattimet. Kumpikin rikinpoistolinja voidaan tarvittaessa ohittaa sulkupellin asentoa muuttamalla.

Martinlaakson rikinpoistolaitos (MARI) on otettu käyttöön vuonna 1993 ja se on suunniteltu poistamaan voimalaitoksen hiili-ja öljypoltosta aiheutuvat savukaasut.

Rikinpoistolaitoksen perusrakenne on samanlainen kuin Hanasaaressa.

2.2 Tutkittujen rikinpoistolaitosten toiminta-arvoja sekä suurimmat eroavaisuudet

Suurin ero tutkittujen rikinpoistolaitosten välillä on kalkkilietteen ruiskutuksessa reaktoriin, joka Salmisaaressa on DRYP АС-tyyppinen, jossa lietteen ruiskutus reaktoriin tapahtuu paineilmasuuttimilla. Hanasaaressa ja Martinlaaksossa reaktori

(10)

on NIRO-tyyppinen ja lietteen ruiskutus hoidetaan nopeasti pyörivän

sumutinpyörän avulla. Pölyn kierrätys vaihtelee myös laitoksittain; rikinpoiston käyttötalouden parantamiseksi prosessiin takaisin otettava kiertopöly tulee Salmisaaressa pääosin reaktorilta ja vain pieni osa kiertopölystä otetaan

letkusuodattimilta. Hanasaaressa ja Martinlaaksossa kiertopöly otetaan ainoastaan letkusuodattimelta ja reaktoripöly johdetaan lopputuotesiiloon. Prosessissa

tarvittava vesi on Salmisaaressa merivettä, Hanasaaressa kalkin sammutus hoidetaan kaupunkivedellä, mutta muu prosessivesi on merivettä ja Martinlaaksossa kaikki käytettävä vesi on kaupunkivettä.

Tutkittujen laitosten toiminta-arvoja on esitetty taulukossa 1. Koska laitosten todelliset käyttöarvot poikkeavat jonkin verran alkuperäisistä mitoitusarvoista, on taulukkoon pantu todelliset arvot niiltä osin kuin ne ovat tiedossa.

Taulukko 1. Rikinpoistolaitosten toiminta-arvoja

Rikinpoistolaitos SARI HARI MARI

Savukaasumäärä max. [iVn/h] 1 100 000 520 000 360 000 Lämpötila ennen rikinpoistoa [°C] 125-150 130-145 120-145 Lentotuhkapitoisuus sähkösuodattimen

jälkeen [mg/m3n]

<100 <200 <100 Pölypitoisuus reaktorin jälkeen [g/mJn] 20-30 20-30 20-30 Lämpötila reaktorin jälkeen [°C] 75-80 80-85 80-90

Letkupinta-ala [m2] 14516 7 776 6 048

Suodatusnopeus [m/s] 0,0210 0,0186 0,0165

Suodatinletkujen puhdistusjärjestelmä paineilma + ääninuohous

paineilma paineilma Savukaasujen suhteellinen kosteus [%] 20-40 20-40 20-40 Vesilaatu, kalkin sammutus merivesi kaupunkivesi kaupunkivesi Vesilaatu, muut prosessit merivesi merivesi kaupunkivesi

S02-päästöraja [mg/MJ] 150 230 230

Hiukkaspäästöraja 50 mg/m’n

(-20 mg/MJ)

20 mg/MJ ei ole vahvistettu

(11)

2.3 Reaktorissa tapahtuvat kemialliset reaktiot

Pääosa savukaasujen sisältämän rikin erottumisesta tapahtuu reaktorissa, jossa tapahtuu myös muiden savukaasujen happamien komponenttien reagoimista kalsiumhydroksidin kanssa seuraavien kemiallisten reaktioiden mukaisesti:

502 + Ca(OH)2 -> CaS03 + H20 (1) 503 + Ca(0H)2 -» CaS04 + H20 (2) 2 HC1 + Ca(OH)2 ->CaCl2 + H20 (3) 2 HF + Ca(OH)2 -> CaF2 + 2 H20 (4)

Rikkitrioksidin (S03) osuus savukaasujen kokonaisrikkimäärästä on hiilen pölypolttokattiloissa yleensä erittäin pieni, noin 2-4 % kokonaisrikkimäärästä.

Kalsiumsulfiittiin (CaS03) ja -sulfaattiin (CaS04) on yleensä sitoutunut vettä kideveden muodossa. Lisäksi osa syntyneestä kalsiumsulfiitista hapettuu edelleen kalsiumsulfaatiksi, jolloin voidaan merkitä seuraavat reaktiot:

S02 + Ca(OH)2 -> CaS03 e y2 H20 (5) CaS03 + ‘A 02 CaS04 • 2 H20 (6)

Lisäksi reaktorissa tapahtuu kalsiumhydroksidin reagoimista hiilidioksidin kanssa seuraavasti:

Ca(OH)2 + C02 -> CaC03 + H20 (7)

(12)

3 LETKUSUODATIN

3.1 Letkusuodattimen tarkoitus

Letkusuodatin on rikinpoistolaitoksen jälkierotin, jossa kankaasta valmistettujen suodatinletkujen avulla savukaasuista erotetaan hiukkasia eli pölyä. Savukaasujen pölypitoisuus lisääntyy puolikuivassa rikinpoistoprosessissa voimakkaasti, koska rikin sitomiseen käytettävää kalkkilietettä ruiskutetaan reaktorissa savukaasuihin.

Vain noin 5-10 % kokonaispölymäärästä putoaa reaktorin pohjalle ja jäljelle jäänyt pöly jatkaa matkaansa savukaasujen mukana. Reaktorin jälkeen, ennen

letkusuodatinta, on savukaasujen pölypitoisuus noin 20-30 g/m3n, josta

letkusuodattimessa erottuu yli 99 %. Letkusuodattimen jälkeinen pölypitoisuus onkin enää noin 5-20 mg/m3n. Ympäristölainsäädännön mukainen hiukkaspäästön maksimiarvo 30 mg/m3n on voimassa vain uusille 1.1.1994 jälkeen

käyttöönotetuille kattiloille, mutta vanhoille kattiloille on asetettu tavoitteeksi tämä sama arvo (VNp 368/19941) /24/. Tutkituissa laitoksissa noudatettavat päästörajat määräytyvät Uudenmaan ympäristökeskuksen asettamien

laitoskohtaisten päästöraja-arvojen mukaan, jotka löytyvät taulukosta 1 sivulla 10.

Letkusuodattimessa olevien suodatinletkujen pinnalla tapahtuu myös rikin lisäerotusta, joka parantaa rikinpoistolaitoksen kokonaiserotuskykyä. Rikin lisäerotus tapahtuu letkujen pinnalla olevassa pöly kerroksessa ja sen osuus on noin 10-20 % rikin kokonaiserotuksesta. Rikin jälkierotuksen merkitys korostuu paineilmasumutteisilla reaktoreilla, koska paineilmasuuttimilla ei saada aikaan niin pieniä pisaroita kuin sumutinpyörän avulla, jolloin rikin erotukseen vaikuttava lietehiukkasten reaktiivinen pinta-ala jää paineilmasumutuksessa pienemmäksi.

1 VNp = valtioneuvoston päätös

(13)

3.2 Letkusuodattimen rakenne

Letkusuodattimien rakenne (kuva 1) on kaikissa tutkituissa laitoksissa hyvin samanlainen, mutta Martinlaakson letkusuodatin koostuu vain neljästä kammiosta johtuen laitoksen pienemmästä savukaasumäärästä. Lisäksi Martinlaaksossa

käytetään seitsemän metriä pitkiä suodatinletkuja, kun Salmisaaressa ja Hanasaaressa letkujen pituus on kuusi metriä.

Kuva 1. Letkusuodattimen rakenne

Salmisaaren voimalaitoksen letkusuodattimet ovat tyyppiä LKP 2 x 3 x 504 x 6,0.

Letkusuodattimet on jaettu kuuteen erilliseen kammioon, joista jokainen on suljettavissa ja erotettavissa savukaasutiestä käytön aikana. Kammiot on jaettu kahteen osaan, joiden yläosassa sijaitsevista reikälevyistä suodatinletkut roikkuvat

14:ssä rivissä, joissa kussakin on 18 letkua rinnakkain. Yhdessä kammiossa on siis 504 suodatinletkua ja koko rikinpoistolaitoksella letkuja on yhteensä 6048 kpl.

(14)

Letkusuodattimen jakautuminen kammioihin on esitetty kuvassa 2. Kuvassa oleva kammioiden numerointi on tehty Salmisaaren kakkosletkusuodattimen

numeroinnin mukaan ja suluissa oleva numerointi on Hanasaaren numerointijärjestelmän mukainen.

Kuva 2. Letkusuodattimen poikkileikkaus ylhäältä katsoen

Letkusuodattimelle tuleva savukaasukanava on jaettu kuvan 3 mukaisesti kolmeen päällekkäiseen osaan siten, että savukaasuvirta tulee ensin letkusuodattimen sivulle, josta kaasut johdetaan kammioiden alaosaan letkujen alle. Tulokanava on varustettu sulkupelleillä, joilla kullekin kammiolle tuleva savukaasuvirtaus voidaan katkaista. Sulkupeltien jälkeen tulokanavassa ovat ohjauspellit, joiden avulla varmistetaan savukaasujen sekä pölyn mahdollisimman tasainen

jakautuminen kuhunkin letkukammioon.

(15)

<=

<=

<=

23 22 21

Kuva 3. Savukaasujen jakautuminen letkusuodattimen kammioihin

Rikinpoistolaitos voidaan tarvittaessa ohittaa sulkupeltien avulla.

Rikinpoistolaitosta voidaan käyttää myös siten, että rikinpoistossa puhdistetaan vain toisen kattilan savukaasut toisen kattilan ollessa kytkettynä rikinpoiston ohitukselle.

Hanasaaren letkusuodattimet ovat tyyppiä LKPG 2 x 3 x 540 x 6,0.

Letkusuodattimien perusrakenne on samanlainen kuin Salmisaaren

voimalaitoksella. Letkuja on kammion puoliskossa 15 riviä, joissa kussakin on 18 letkua rinnakkain eli yhteensä kussakin kammiossa on 540 letkua. Hanasaaren letkusuodattimissa on siten kummassakin 6 x 540 = 3240 letkua eli HARLssa on yhteensä 6480 suodatinletkua.

Martinlaakson voimalaitoksen letkusuodatin on tyyppiä LKPG 2 x 2 x 540 x 7m.

Letkusuodatin on jaettu kahteen kanavaan, joissa kummassakin on kaksi letkukammiota. Letkujen lukumäärä letkukammiota kohti on 540 kpl eli kaikenkaikkiaan letkuja on 2160 kpl.

3.3 Suodatinletkut

Suodatinletkujen pituus on kuusi metriä (MARLssa 7m) ja sisähalkaisija 127 mm.

Letkut roikkuvat vapaasti suodatinkammion katosta. Letkujen materiaalina on 100% homopolymeerinen polyakryylinitriili (PAN), jonka paksuus on noin 2,8 mm. Letkun ylä-ja alapäässä on 100 mm pitkä vahvennettu alue, jossa on

(16)

ommeltu kaksi kangaskerrosta päällekkäin. Ompelulangan materiaali on myös polyakryylinitriiliä.

Suodatinletkuissa käytettävä kangas on valmistettu neulatusta huovasta, jonka hahtuvan hienous on letkun sisäpuolella 2,2 dtex2 ja ulkopuolella 1,7 dtex.

Kankaan neliömassa on noin 500 g/m2 ja ilmanläpäisevyys vaihtelee toimituserästä riippuen arvojen 150-240 dm3/dm2/min (p=200 Pa) välillä.

Letkut ovat alhaalta umpinaiset ja yläpäästä avoimet, ja savukaasujen virtaussuunta on letkujen ulkopuolelta sisäänpäin. Puhdistettu kaasu poistuu letkujen yläpään kautta ja erotettu pöly jää letkujen ulkopinnalle.

3.4 Letkukorit

Letkut asennetaan tukikorin päälle, joka estää letkuja painumasta kasaan savukaasuvirran vaikutuksesta. Tukikori koostuu metallisista neljä millimetriä paksuista langoista, joita pyöreässä korimallissa on pituussuuntaan 16 kpl.

Pituussuuntaiset langat on yhdistetty poikittaisilla 300 mm:n välein olevilla metallilangoilla, jotka on kiinnitetty toisiinsa hitsaamalla. Tukikorin pohjana on umpinainen metallilevy. Tukikorit työnnetään suodatinletkujen sisälle painamalla ne letkukammion kannessa olevista rei’istä alas paikoilleen. Koreja ei kiinnitetä kanteen millään tavalla, jolloin ne pääsevät hieman heilumaan savukaasuvirran vaikutuksesta.

Toisena korimallina on hankittu kokeiltavaksi ns. tähtimallisia letkukoreja, joissa pituussuuntaisia lankoja on kahdeksan kappaletta. Tähtimallissa poikittaiset tukilangat on rakennettu tähden muotoisiksi, jolloin letkukangas koskettaa tukikoria vain pystylankojen kohdalla. Tässä ratkaisussa letkukangas pääsee puhdistusiskujen aikana tekemään suurempaa liikettä, jolloin

puhdistustehokkuuden on arvioitu hieman lisääntyvän. Italiassa on

2 dtex = g / 10 000 m

(17)

letkusuodattimessa kokeiltu tähtimallisia koreja, jolloin on havaittu, että pituussuuntaisten lankojen vähäisestä määrästä johtuen kankaaseen kohdistuu lankojen kohdalla erittäin suuri paine, joka voi vaurioittaa letkua.

Martinlaaksossa, jossa letkukorit ovat pidempiä, on käytössä kaksiosaisia tukikoreja, joiden osat on keskeltä liitetty toisiinsa. Kaksiosaiset korit vaativat vähemmän letkukammion yläpuolista tilaaja helpottavat lisäksi letkujen asennusta sekä poistoa. Pituussuuntaisia tukilankoja näissä koreissa on 10 kappaletta.

Letkukorien materiaalina on tavallinen Fe 37-teräs. Korit on suojattu polyesteripinnoituksella korroosiota vastaan. Pinnoite pyrkii ajan myötä syöpymään erityisesti lankojen hitsauskohdista, jolloin tukikori pääsee

ruostumaan. Syöpyneistä kohdista irtoaa pinnoitteen paloja sekä ruostetta letkujen sisälle. Salmisaaressa syksyllä 1997 tehdyssä tarkastuksessa havaittiin kolme ja puoli vuotta käytössä olleista koreista pinnoitteen syöpyneen puhki jo lähes jokaisesta lankojen liitoskohdasta, ja näissä kohdissa esiintyi runsaasti ruostetta.

Myös maalattuja letkukoreja on kokeiltu, mutta näistä saadut kokemukset ovat olleet huonoja, sillä maali on lähtenyt korin pinnasta erittäin helposti irti. Nykyisin käytössä olevat polyesteripinnoitetut tukikorit joudutaan korroosion takia

uusimaan noin neljän vuoden välein.

Korien käyttöiän lisäämiseksi on ehdotettu ruostumattomasta (AISI 304) tai haponkestävästä (AISI 316) teräksestä valmistettujen letkukorien hankkimista.

Savukaasuissa olevien kloridien aiheuttaman voimakkaan korroosion vuoksi ei ruostumaton teräs ilmeisesti kestä letkusuodattimen olosuhteita. Haponkestävän teräksen molybdeenipitoisuuden tulee olla erittäin korkea (2,5 % < Mo < 4,5 %), jotta korien käyttöikä saataisiin useiden vuosien mittaiseksi. Haponkestävän

materiaalin hankintahinta on noin kolminkertainen polyesteripinnoitettuun materiaaliin verrattuna, joten korien käyttöiän tulisi lisääntyä lähes vastaavalla määrällä, jotta haponkestävien korien hankinta kannattaisi. Haponkestävästä teräksestä (molybdeenipitoisuus 2,8 %) valmistettuja letkukoreja on tilattu

(18)

asennettavaksi vuosihuollossa 1998, ja näiden korien kuntoa seuraamalla saadaan tietoa kyseisen materiaalin soveltuvuudesta letkusuodattimeen.

3.5 Hiukkasten erottuminen letkusuodattimessa

Letkusuodattimessa pölyä erottuu savukaasuista aluksi suodatinmateriaalin sisällä ja myöhemmin letkun pinnalle kertyvässä huokoisessa pölykerroksessa. Pölyn

erottumiseen vaikuttavat useat tekijät, joita ovat:

1. Diffuusio

Diffuusiossa partikkelit ”Brownin liikkeen” mukaisesti törmäilevät virtaavan kaasun hiukkasiin muuttaen näin satunnaisesti liikerataansa. Tämä satunnainen liike auttaa hiukkasia törmäämään materiaalin kuituihin tai erottuneeseen pölykerrokseen. Diffuusio on merkityksellinen vain pienille, halkaisijaltaan alle 0,5 pm:n hiukkasille. Ilmiön vaikutuksia lisäävät pieni virtausnopeus ja korkea lämpötila.

2. Sähköstaattiset voimat

Hiukkasten ja kuitujen välinen eri merkkinen sähkövaraus tai riittävän suuri potentiaaliero vetää hiukkasia kuituja kohti ja auttaa niitä kiinnittymään kuituihin.

Jos partikkeleilla ja kuiduilla on samanmerkkiset sähkövaraukset, syntyy

huokoinen ja helposti irrotettava pölykerros. Sähköstaattisten voimien vaikutus on merkittävä hiukkaskokoalueella 0,01 < dp < 1 pm.

3. Kuituefekti

Hiukkasen radan sivutessa yksittäistä kuitua tai pölykerrosta lähempää kuin hiukkasen säde hiukkanen tarttuu kiinni. Kuituefekti on merkityksellinen vain yli 0,1 pm:n hiukkasille.

(19)

4. Hitausvoimat

Hitausvoimien vaikutuksesta partikkeli ei pysty seuraamaan virtauksen suuntaa vaan törmää kuituun tai pölykerrokseen. Hitausvoimat ovat merkittäviä yli 0,5 pm:n hiukkasille. Suuri virtausnopeus ja hiukkastiheys voimistavat ilmiötä.

5. Siivilävaikutus

Hiukkaset, jotka ovat suurempia kuin kuitujen välimatka tai pölykerroksen huokosten koko, siivilöityvät pois kaasuvirrasta. Siivilöitymistä tapahtuu pääasiassa yli 0,1 pm:n hiukkasille.

6. Painovoima

Suuria hiukkasia (dp>5 pm) yksinkertaisesti erottuu pois kaasuvirrasta painovoiman vaikutuksesta. Ilmiötä edesauttavat pieni virtausnopeus ja suuri vaakasuora suodatinpaksuus.

Hiukkasten erottumiseen vaikuttavia mekanismeja on havainnollistettu kuvassa 4.

hitausvoimat

painovoima

sähköinen vetovoima

Kuva 4. Hiukkasten erottumismekanismeja /8/

(20)

Koska pölyn erottuminen savukaasuista perustuu edellämainittujen tekijöiden yhteisvaikutukseen, on letkusuodattimen erotustehokkuus erittäin korkea (jopa 99,5 %) hiukkaskoosta riippumatta. Letkusuodattimen huonoin erotusalue on hiukkaskokoalueella 0,4-0,8 pm.

Pölykakun muodostuminen ja siten letkussa tapahtuva suodatusprosessi voidaan jakaa neljään eri vaiheeseen /16/.

Vaihe I. Suodatinletku on aluksi täysin puhdas (lukuunottamatta letkuihin suihkutettua kalkkia), jolloin pölyä tarttuu ainoastaan kankaan kuituihin ja näin ollen letkun suodatustehokkuus ei ole erityisen hyvä. Ensimmäinen vaihe tapahtuu vain kerran letkun eliniässä ja se saattaa kestää vain muutamia minuutteja.

Vaihe II. Monien suodatus- ja puhdistusjaksojen kuluessa pölyä tarttuu sekä kankaan kuituihin että letkuun jo kertyneeseen pölykerrokseen. Näin letkuun muodostuu pysyvä pölykerros, joka ei seuraavissa puhdistuksissa enää täysin irtoa letkusta. Erotustehokkuus on selvästi parempi kuin vaiheessa I.

Vaihe III. Normaalitilassa letkuun on jo kertynyt pysyvä pölykerros, jossa pölyn erottuminen savukaasuista pääasiassa tapahtuu. Paine-ero kasvaa melko tasaisesti ja sen saavuttaessa asetusarvon tapahtuu letkun puhdistus. Puhdistusjakson aikana

letkusta poistetaan lähes sama määrä pölyä kuin letkuun on suodatusjakson aikana kertynyt. Pölyn määrä suodatinkankaassa kasvaa vähitellen letkun käyttöiän mukana.

Vaihe IV. Suodatinletkuun on kolmosvaiheen aikana lopulta kertynyt suuri määrä pölyä, jota ei enää saada poistetuksi letkusta. Näinollen letku pyrkii

tukkeutumaan ja paine-ero kasvaa nopeasti. Puhdistuksen avullakaan ei paine-eroa enää saada lasketuksi riittävän alhaiseksi ja letku joudutaan poistamaan käytöstä.

(21)

3.6 Suodatinletkujen puhdistus

Pölyn kerääntyessä suodatinletkujen pinnalle kasvaa letkusuodattimen aiheuttama painehäviö. Jotta painehäviö ei kasvaisi liian suureksi, täytyy kertynyt pölykerros välillä poistaa letkun pinnalta. Puhdistus tapahtuu letkun yläpäässä olevan

suuttimen kautta tulevan voimakkaan paineilmaiskun avulla. Paineiskun letkuun kohdistaman voiman tulee olla suurempi kuin pölyä kiinni pitävät voimat.

Kompressorilla tuotettu paineilma johdetaan paineilmasäiliöön, josta ilma kuivauksen jälkeen annostellaan letkusuodattimella sijaitseville

paineilmakammioille. Paineilmakammiossa sijaitsee jokaista letkuriviä kohden erikoisrakenteinen puhdistusventtiili, jonka erittäin lyhytaikainen avautuminen saa aikaan puhdistuspulssin. Puhdistusventtiileistä paineilma purkautuu suutinputkiin, jotka sijaitsevat kunkin letkurivin yläpuolella. Suutinputkessa paineilmasuutinten

halkaisijat pienenevät paineilman tulosuunnasta tukin loppupäätä kohti, jolloin jokaiselle puhdistettavalle letkulle saadaan annostelluksi sama määrä paineilmaa.

Paineisku etenee letkun yläosasta alaosaan pudistaen letkua voimakkaasti ulospäin kuvan 5 mukaisesti. Paineilma etenee letkussa suurella nopeudella, heijastuu letkukorin pohjasta ja ylöstullessaan aiheuttaa toisen puhdistusiskun kankaaseen.

suodatus puhdistus suodatus Kuva 5. Paineilmapuhdistuksen periaate /28/

(22)

Puhdistus toteutetaan ”on line”-periaatteella eli savukaasuvirtausta ei keskeytetä puhdistuksen ajaksi. Letkussa vallitseva korkea ylipaine tosin keskeyttää kaasun kulun puhdistettavassa suodattimen osassa. Osa paineilmasta läpäisee letkun ja toimii pölyn poiskuljettajana. Savukaasuvirtauksen vaikutuksesta pyrkivät kevyimmät partikkelit palaamaan samantien takaisin letkun pinnalle ennen kuin ne ehtivät suodatinkammion alaosaan. Puhdistus on erittäin lyhytaikainen toimenpide puhdistusiskun keston ollessa noin 50-150 millisekuntia.

Puhdistus perustuu paine-eromittaukseen letkusuodattimen ylitse. Kun paine-ero saavuttaa tietyn asetusarvon, letkujen puhdistus käynnistyy. Puhdistus tapahtuu antamalla paineisku yhtäaikaa samalle letkuriville kaikissa kammiossa, jonka jälkeen edetään letkurivi kerrallaan vaihtelevassa järjestyksessä. Näin pyritään

varmistamaan savukaasuvirtauksen mahdollisimman tasainen jakautuma

letkusuodattimessa. Puhdistuksessa letkuille annetaan niin monta paineilmaiskua, että paine-ero saadaan putoamaan halutulle tasolle.

HARLssa puhdistus käynnistyy täydellä savukaasukuormalla paine-eron noustua noin 1300 Pascaliin, josta puhdistuksella paine-eroa lasketaan 50-100 Pa:ia.

Ensimmäinen paineilmaisku tapahtuu asetetulla paineella noin 2,5 bar. Seuraavat iskut tapahtuvat aina hieman pienemmällä paineella kuin edelliset, koska paine verkostossa laskee toistuvien iskujen myötä. Kun verkoston paine laskee alle ala- asetusarvon (1,5 bar), puhdistukseen tulee pieni tauko ennen kuin kompressori on saanut verkoston paineen nostettua jälleen 1,5 bardin. Tällöin puhdistus jatkuu paineiskulla, jonka jälkeen kompressori joutuu taas nostamaan paineen ala- asetusarvoon. Paineen nostoja puhdistusiskut jatkuvat kunnes haluttu paine- erotaso on saavutettu. Kun järjestelmä ei enää saa signaalia liian korkeasta paine- erosta, nostaa kompressori verkoston paineen uudelleen 2,5 bardin, ja

puhdistusjärjestelmä jää odottamaan uutta käynnistyssignaalia. Puhdistusjakso kokonaisuudessaan kestää noin 1,5 minuuttia sisältäen 5-10 paineilmaiskua, jonka jälkeen seuraa suunnilleen samanpituinen tauko ennen kuin seuraava

puhdistusjakso alkaa.

(23)

SARI:ssa puhdistus käynnistyy paine-eron noustua noin 1300-1400 Pa:iin, jonka jälkeen puhdistusiskuilla paine-eroa alennetaan noin 50-100 Pa. Puhdistuspaine

vaihtelee välillä 1,5-2,5 bar. Paine-eron laskuun tarvitaan yleensä 2-3

puhdistusiskua ja puhdistusjaksojen väli on yleensä 1,5-2 minuuttia. SARLn letkusuodattimissa on käytössä ääninuohoimet paineilmapuhdistuksen apuna.

Martinlaakson rikinpoistolaitoksessa puhdistus alkaa normaalioloissa paine-eron noustua 1500 Pa:iin. Puhdistuksessa paine-eroa pyritään pudottamaan noin 50 Pa:ia. Puhdistuspaineena käytetään 2,0 barda alaraja-arvon ollessa 1,5 bar, mutta tarvittaessa voidaan painetta nostaa 2,5 bardin asti. MARLssa voidaan tarvittaessa nostaa puhdistuksen käynnistyminen arvoon Др=2000 Pa, jolloin letkujen

tukkeutumisen kasvaessa voidaan paineiskujen välin suuri tihentyminen siirtää tuonnemmaksi.

Tarvittava puhdistusiskujen määrä, puhdistusjakson kesto ja aika uuden

puhdistusjakson alkuun riippuvat voimakkaasti laitoksen käyttöolosuhteista, kuten savukaasumäärästä ja letkujen tukkeutuneisuudesta, joten edellä esitetyt ajat saattavat vaihdella melkoisestikin suodatinletkujen eliniän aikana. Esimerkiksi täysin uusilla suodatinletkuilla puhdistusjaksojen väli saattaa aluksi olla jopa 20- 30 minuuttia.

Puhdistuksessa ei aivan kaikkea letkuun kertynyttä pölyä saada poistetuksi. Koska aina pieni osa puhdistussyklien välillä kertyneestä pölystä jää kiinni

suodatinkankaaseen, kasvaa letkuun puhdistuksen jälkeen jäävän pölyn

kokonaismäärä koko ajan aiheuttaen letkun tukkeutumista. Letkun tukkeutuessa joudutaan tihentämään puhdistusjaksojen väliä tai vaihtoehtoisesti nostamaan puhdistukseen käytettävän ilman painetta. Normaalina puhdistuspaineena käytetään laitoksesta riippuen noin 1,5-2,5 barda, mutta letkujen tukkeutumisen kasvaessa on puhdistuspainetta jouduttu nostamaan jopa yli 3 bardin saakka.

Käytettäessä korkeampaa puhdistuspainetta kasvaa puhdistussyklien väli, sillä kestää kauemmin ennen kuin kompressorit kykenevät nostamaan paineen

verkostossa halutulle tasolle. Jotta puhdistussyklien väli ei tule liian suureksi, on määritetty tietty puhdistuspaineen alaraja-arvo, jolloin puhdistus käynnistyy joka

(24)

tapauksessa, mikäli paine-eromittaus antaa puhdistustarvetta ilmaisevan signaalin. Koska tässä tapauksessa puhdistuspaine ei ole niin suuri kuin on haluttu, jää myös letkun puhdistuminen epätäydelliseksi. Vielä huonompi tilanne olisi kuitenkin se, että suurentuneen puhdistus]aksojen välin takia letkuun ehtisi kertyä suuri ja tiivis pölykerros, jonka poistaminen letkusta olisi erittäin hankalaa.

Lisäksi paine-ero letkusuodattimessa voisi kohota yli mitoitusarvojen, jolla saattaisi olla kielteisiä vaikutuksia muiden laitteiden, kuten esim.

savukaasupuhaltimien toiminnalle.

Korkea puhdistuspaine pyrkii venyttämään letkuja, jolloin kankaan huokoset pyrkivät aukeamaanpa pölylle syntyy suurempi mahdollisuus päästä

tunkeutumaan syvälle kankaan sisälle. Myös letkuihin kohdistuvat rasitukset lisääntyvät, jolloin letkujen vaurioitumisriski kasvaa. Tämän takia erittäin korkeita puhdistuspaineita tulee käyttää harkiten.

Letkujen tukkeutumisen edetessä tarpeeksi suureksi ei enää korkeampi

puhdistuspainekaan auta palauttamaan paine-eroa halutulle tasolle. Tällöin ei jää muuta vaihtoehtoa kuin korvata suodatinletkut uusilla.

Letkusuodattimen ylitse mitatun paine-eron maksimiarvo, jolloin letkujen puhdistus alkaa, on asetettu siten, että savukaasumäärän noustessa myös

puhdistuksen käynnistävä paine-eron yläraja-arvo nousee. Letkujen puhdistuksen laukaiseva paine-eron asetusarvo kasvaa reaktorin yli mitatun paine-eron

funktiona. Reaktorin paine-ero taas kasvaa savukaasumäärän lisääntyessä eli käytännössä letkujen puhdistuksen käynnistävä paine-eron arvo kasvaa savukaasumäärän lisääntyessä.

On olemassa suunnitteluarvoista johtuva yläraja, johon asti paine-eroa voidaan nostaa savukaasumäärän kasvaessa. Savukaasujen määrän tästä edelleen lisääntyessä ei paine-eron yläraja-arvoa voida enää nostaa, vaan lisääntyneen savukaasumäärän vaikutuksesta tapahtuu paine-eron nousu tälle rajalle koko ajan nopeammin, jolloin puhdistus]ärjestelmä joutuu lyhentämään puhdistus]aksojen väliä. Lopulta letkujen tukkeutumisen kasvaessa letkusuodattimen paine-ero

(25)

nousee ylärajalle yhä nopeammin, jolloin puhdistusiskut alkavat toistua lähes jatkuvasti, mikä puhdistusjärjestelmän sekä letkujen kannalta on erittäin huono

tilanne. Tämänkaltaisessa tilanteessa on paine-eroa saatava alennetuksi jollakin keinolla.

Salmisaaren voimalaitoksella on havaittu, että paineilmapuhdistuksen teho riittää pitämään puhtaana vain suodatinletkun ylimmät kolme metriä. Tämän takia letkujen alaosaan kertyy huomattavasti enemmän pölyä kuin yläosaan, jolloin paine-ero letkujen alaosan läpi kasvaa nopeammin kuin yläosan läpi. Alaosan tukkeutuessa pyrkivät savukaasut menemään yhä enemmän letkun yläosan läpi, jolloin myös yläosaan kertyneen pölyn määrä kasvaa aiheuttaen yläosan

tukkeutumista.

Letkujen puhdistusjärjestelmän tehon lisäämiseksi on SARLn letkusuodattimen paineilmapuhdistuksen rinnalle hankittu ääninuohoinjärjestelmä, jonka

tarkoituksena on ensisijaisesti pitää letkujen alaosat yhtä puhtaina kuin yläosat.

Ääninuohouksen toimintaa kuvataan tarkemmin luvussa 6.

3.7 Suodatinletkujen uusimisen syyt

Suodatinletkut joudutaan vaihtamaan, kun letkujen tukkeutumisen aiheuttama painehäviö tai letkujen kulumisen ja rikkoutumisen takia läpi päässeen pölyn määrä nousevat liian suuriksi. Selvästi suurimmalla osalla suodatinletkuista käyttöiän loppumisen syynä on se, että letkuja ei enää kyetä puhdistamaan

tarpeeksi tehokkaasti, jolloin letkusuodattimen aiheuttama painehäviö kasvaa liian suureksi. Vain pieni osa letkuista joudutaan vaihtamaan repeämisen tai

muunlaisen rikkoutumisen takia.

3.7.1 Paine-eron kasvaminen letkusuodattimessa

Paine-ero on suure, joka kuvaa tarvittavaa energiamäärää savukaasun siirtämiseksi letkusuodattimen lävitse. Savukaasupuhaltimet on mitoitettu pitämään paine vakiona ennen rikinpoistolaitosta, minkä vuoksi paine-eron kasvaessa puhaltimien

(26)

energiankulutus lisääntyy aiheuttaen lisäkustannuksia kasvaneen omakäyttösähkön kulutuksen verran.

Paine-eroa (Ap) suodatinletkun läpi kuvaa yhtälö

Ap = K AL w0 (1)

jossa K = vakio

AL = pölykakun paksuus w0 = savukaasun nopeus

Yhtälöstä (1) nähdään, että paine-ero on suoraan riippuvainen pölykakun paksuudesta ja savukaasun nopeudesta.

Vakio K voidaan määrittää seuraavasti

jossa s = pölykakun huokoisuus

dp = partikkelin keskimääräinen halkaisija у = savukaasun viskositeetti

Yhtälöstä (2) nähdään, että paine-ero vähenee partikkelin koon kasvaessa.

Pölykakun paksuuden muutosta kuvaa yhtälö

dAL = 1_ . c . w0 (3)

dt 1-8 p

jossa c = pölyn massaosuus savukaasussa [kg/m3]

p = partikkelien tiheys

Kun yhdistetään yhtälöt (1), (2) ja (3) saadaan dAp - (1- s). 150y . c_. w02 (4)

dt s3 dp2 p

Yhtälöstä (4) nähdään, että paine-ero kasvaa lineaarisesti ajan kanssa.

Kasvuvauhti on verrannollinen kiintoaineen osuuteen savukaasussa (c) ja kaasun nopeuden neliöön (w02).

(27)

Mittauksissa (Petersen ja Karlsson 1988) on havaittu, että paine-eron ja ajan suhde on pikemminkin neliömäinen kuin lineaarinen. Lisäksi paine-eron kasvu riippuu suuresti pölyn koostumuksesta /6/.

Suodatinletkun ollessa uusi pölyllä on mahdollisuus tarttua ainoastaan kankaan kuituihin, jolloin paine-ero on alhainen. Mitä enemmän pölyä kerrostuu

suodatinmateriaaliin ja sen pinnalle, sitä suuremmaksi painehäviö kasvaa.

Alussa painehäviön kasvu on nopeaa, koska pöly pääsee tunkeutumaan materiaalin sisään. Kun materiaalin pintaan on muodostunut jonkin verran pölykerrosta, painehäviön kasvu yleensä hidastuu johtuen pölykakun

huokoisuudesta. Letkujen puhdistuksesta huolimatta pölyn määrä suodattimessa kasvaa jatkuvasti, ja huokoset pyrkivät vähitellen menemään tukkoon. Huokosten tukkeutuessa kasvaa painehäviö jälleen nopeasti. Kasvava paine painaa

pölykerrosta kasaan ja tekee sen entistä tiiviimmäksi, jolloin paine-eron kasvu edelleen nopeutuu. Painehäviön kasvu suodatinmateriaalissa eri vaiheittain on esitetty kuvassa 6.

Pölykerros tiivistyy ja tulee yhä vaikeam­

maksi läpäistä

Kuva 6. Paine-eron kasvu ajan funktiona suodatusnopeuden ollessa vakio /17/

Puhdistuksessa suurin osa pölystä saadaan poistetuksi, mutta koskaan ei puhdistusta saada tehdyksi niin tehokkaasti, että kaikki pöly irtoaisi

suodatinletkusta. Uuden suodatinmateriaalin painehäviötä ei näinollen voida koskaan saavuttaa. Puhdistuksen vaikutus painehäviöön nähdään kuvasta 7.

(28)

Kuva 7. Painehäviö ajan funktiona suodatusnopeuden ollessa vakio /17/

Suodatinletkujen tukkeutuminen on Salmisaaressa voimakkainta letkukammioiden ulkoseinien lähellä sekä savukaasun tulosuunnasta ensimmäisissä kammioissa sijaitsevilla letkuilla. Hanasaaressa eniten tukkeutumisongelmia esiintyy

ulkoseinien lähellä sijaitsevilla letkuilla siten, että letkuun kertyneen pölyn määrä kasvaa lähestyttäessä viimeisen letkukammion ulkoseinien rajaamaa takanurkkaa.

Martinlaaksossa eniten pölyä kertyy letkusuodattimen viimeisten kammioiden takanurkissa sijaitseviin letkuihin.

Kaikissa edellä selostetuissa paikoissa sijaitsevilla letkuilla on ongelmana sen lisäksi, että pölyä kertyy niihin paljon, myös se että pöly kovettuu letkujen pinnalle kovaksi massaksi, jonka poistaminen letkuista on äärimmäisen vaikeaa.

Letkujen pinnalle kertyvä pölykakku saattaa kasvaa useiden senttimetrien paksuiseksi. SARLssa ja MARLssa kovettunutta pölykakkua kertyy eniten letkujen alaosaan johtuen ilmeisesti paineilmapuhdistuksen riittämättömyydestä.

HARLssa taas kovettumia esiintyy eniten letkujen keskiosassa. Tarpeeksi kasvaessaan pölykerros saattaa liittää kaksi tai useampia letkuja yhteen. SARLn letkusuodattimesta otetusta kuvasta 8 nähdään, että osa letkuista on kovettuneen pölymassan peitossa, ja letkuja on jo liittynyt kiinni toisiinsa.

(29)

Kuva 8. SARI:n suodatinletkuja seisokissa 29.11.1997

3.7.2 Suodatinletkujen rikkoutuminen

Suodatinletkujen rikkoutuminen johtuu pääasiassa paineilmapuhdistuksen ja savukaasuvirtauksen aiheuttamista mekaanisista rasituksista sekä letkujen osumisesta toisiinsa ja letkusuodattimen rakenteisiin. Näitä vaikutuksia selostetaan tarkemmin kohdassa 4.7.3.

Hanasaaressa on käyttökauden aikana jouduttu vaihtamaan noin 20-30 letkua/blokki - eli noin 1 % letkuista - rikkoutumisten vuoksi. Letkujen mekaaniset vauriot ovat yleisimpiä savukaasun tulosuunnasta viimeisissä letkukammioissa.

Salmisaaressa ei suodatinletkujen rikkoutumisia ole juurikaan esiintynyt.

Käyttökauden aikana on yleensä vain muutama letku jouduttu vaihtamaan uuteen.

Martinlaaksossa noin kaksi prosenttia letkuista joudutaan uusimaan

ennenaikaisesti rikkoutumisen takia. Eniten rikkoutumisia tapahtuu takimmaisten letkukammioiden takanurkissa, joissa savukaasun virtauksen on arvioitu olevan voimakkainta. Vaihdettujen letkujen on pääsääntöisesti todettu rikkoutuneen letkukorin tukilankojen kohdalta.

(30)

4 SUODATINLETKUJEN TUKKEUTUMISEEN JA KESTÄVYYTEEN VAIKUTTAVIA TEKIJÖITÄ 4.1 Letkusuodattimen mitoitus

4.1.1 Suodatusnopeus (air-to-cloth ratio)

Suodatusnopeus eli air-to-cloth ratio (A/C) on kaasuvirran ja suodattavan pinta- alan suhde. Suodatusnopeus lasketaan kaavasta

A/C = kaasumäärä (m3/s)_________

letkujen kokonaispinta-ala (m"1)

Suodatusnopeuden yksiköksi tulee m3/m2/s eli m/s, mutta usein käytetään myös yksikköä m3/m2/min. Suodatusnopeus on letkusuodattimen tärkein mitoitusarvoja se on ollut määräävänä tekijänä letkusuodattimen suunnittelussa ja koon

mitoituksessa.

Korkeiden investointikustannusten takia letkusuodattimet on usein mitoitettu varsin tarkoin suunnitteluvaiheen prosessiarvoja vastaaviksi. Yleensä

mitoituksessa pyritään kuitenkin siihen, että yksi letkukammio voidaan tarvittaessa erottaa savukaasuvirrasta huoltotoimenpiteitä varten rikin- ja

pölynerotuksen siitä kärsimättä. Mikäli kattilan tehoa päätetään jossain vaiheessa korottaa, saattaa letkusuodatin käydä mitoitukseltaan pieneksi.

Käytössä olevien paineilmapuhdistuksella varustettujen letkusuodattimien AZC- arvot vaihtelevat yleensä välillä 0,015-0,020 m/s /27/.

4.1.2 Salmisaaren letkusuodattimen mitoitus

Salmisaaren rikinpoistolaitoksella letkujen suodatuspinta-ala on yhteensä 14 516 m2 ja savukaasumäärä kattiloiden Kl ja K7 täydellä teholla noin 1 100 000 m3/h.

Suodatusnopeudeksi saadaan 0,0210 m/s, joka on selvästi suurempi kuin alkuperäinen mitoitusarvo. Rikinpoistolaitoksen mitoituksen perusteena on käytetty savukaasumäärää, joka on noin 900 000 m3/h (A/C = 0,0172), jolloin letkusuodattimista voidaan käytön aikana erottaa yksi kammio huoltoa ja

(31)

puhdistusta varten. Kattiloiden tehoa lisättiin vuonna 1993, jonka jälkeen letkusuodattimien kapasiteetti täpärästi riittää kasvaneen savukaasumäärän puhdistamiseen. Mahdollisuutta yhden kammion käytönaikaiseen erottamiseen ei enää ole. Lisäksi käyttöiän mukana suodatinletkujen ilmanläpäisyn huonontuessa letkusuodattimien kapasiteetti alkaa käydä riittämättömäksi.

4.1.3 Hanasaaren letkusuodattimien mitoitus

Hanasaaren voimalaitoksen kattiloiden КЗ ja K4 maksimi savukaasumäärä on kummallakin kattilalla noin 520 000 m3/h. Letkusuodattimien suodatuspinta-ala on 7776 m2. Suodatusnopeudeksi saadaan 0,0186 m/s. Tästä nähdään, että Hanasaaren letkusuodattimilla mitoitus on selvästi väljempi kuin Salmisaaressa.

Letkujen ollessa vielä suhteellisen puhtaita voidaan HARLn letkusuodattimista erottaa käytön aikana yksi kammio huoltotoimenpiteitä varten. Kammion huonon tiiviyden takia työskentely kammion sisällä ei kuitenkaan ole käytön aikana mahdollista, mutta esimerkiksi letkujen ylimääräinen puhdistus

paineilmapulsseilla on teoriassa mahdollista toteuttaa.

4.1.4 Martinlaakson letkusuodattimen mitoitus

Martinlaakson voimalaitoksen savukaasumäärä täydellä kuormalla on noin 360 000 m3/h. Letkusuodattimen suodatuspinta-ala on yhteensä 6048 m2.

Suodatusnopeudeksi saadaan 0,0165 m/s. Voidaan havaita, että MARLn letkusuodatin on näistä kolmesta laitoksesta kaikista väljimmin mitoitettu.

Letkusuodatin on alunperin mitoitettu savukaasumäärälle 318 960 m3/h, jolloin oli mahdollista erottaa yksi neljästä kammiosta huoltotoimenpiteitä varten, mutta lisääntyneen savukaasumäärän vuoksi tämä ei ole enää mahdollista.

(32)

4.2 Letkumateriaalin ominaisuudet

4.2.1 Materiaalin soveltuvuus käyttöolosuhteisiin

Oikealla suodatinmateriaalin valinnalla on ratkaiseva merkitys suodatinletkujen käyttöikään. Savukaasujen lämpötila, kosteuspitoisuus ja muu koostumus sekä erilaiset suodatinletkuihin kohdistuvat mekaaniset rasitukset ja muut vaikuttavat tekijät tulee tuntea, jotta pystytään valitsemaan käyttötarkoitukseen parhaiten soveltuva materiaali. Erityistä huomiota tulisi kiinnittää letkujen puhdistuvuuteen.

Suodatinmateriaalien ominaisuudet vaihtelevat suuresti, ja markkinoilla on tarjolla useita erilaisia, eri käyttötarkoituksiin soveltuvia materiaaleja. Myös materiaalien hinnoissa on suuria eroja, joten materiaalin hinta-laatusuhde on otettava huomioon ja yritettävä optimoida kustannukset letkujen käyttöiän suhteen.

4.2.2 Materiaalin ilmanläpäisy ja huokoisuus

Ilmanläpäisy eli permeabiliteetti kuvaa sitä, kuinka tehokkaasti kangas päästää kaasua lävitseen. Mitä suurempi ilmanläpäisyarvo sitä enemmän kaasua voidaan kuljettaa letkusuodattimen lävitse. Erilaiset pinnoitteet ja pintakäsittelyt saattavat alentaa uuden materiaalin ilmanläpäisyarvoa. Pölyn kerääntyessä kankaaseen ilmanläpäisy heikkenee selvästi. Uuden suodatinmateriaalin (polyakryylinitriili) ilmanläpäisyarvo, standardin DIN 53887 mukaan mitattuna, vaihtelee yleensä noin välillä 150-240 dm3/dm2/min (p=200 Pa), kun taas käytöstä poistettavien letkujen ilmanläpäisy saattaa olla enää 5-10 % alkuperäisestä arvosta. Alussa materiaalin ilmanläpäisy heikkenee hyvin nopesti, jonka jälkeen heikkeneminen tasoittuu ja etenee melko hitaasti, kuten kuvasta 9 nähdään. Kuvan mittaustulokset on saatu tutkimalla SAREn ensimmäisestä letkusarjasta otettuja näyteletkuja käyttöiän eri vaiheissa /5/, 111, /22/, /23/. Edellämainittujen mittaustulosten sekä muille suodatinletkuille myöhemmin tehtyjen tutkimusten perusteella on kuvaan piirretty arvio suodatinletkun todellisesta ilmanläpäisystä käyttöiän funktiona.

Koska eri ajankohtina tehdyt mittaukset on käytännön syistä suoritettu aina eri letkullepa letkujen käyttöolosuhteet eri tutkimuskertojen välillä ovat saattaneet

(33)

vaihdella suurestikin, voidaan saatujen mittaustulosten perusteella piirrettyä kuvaajaa pitää vain suuntaa antavana.

1 50

Käyttöaika [h]

Mitattu ilmanläpäsy Arvioitu todellinen ilmanläpäisy

Kuva 9. Letkumateriaalin ilmanläpäisyn heikkeneminen käyttöiän kasvaessa Koska SARI:n letkusuodattimen suodatusnopeus on nykyään selvästi suurempi, kuin edellämainittujen mittausten aikana on ollut, tapahtuu letkujen ilmanläpäisyn heikkeneminen nykyisillä savukaasumäärillä todennäköisesti vieläkin nopeammin kuin kuvassa 9 on esitetty.

Käytössä olleen letkumateriaalin ilmanläpäisykyky vaihtelee eri kohdissa letkua sen mukaan miten mitkäkin letkun osat ovat tukkeutuneet. Kuvan 9

ilmanläpäisyarvot ovat keskiarvoja, jotka on laskettu letkun ylä-, keski-ja alaosasta tehtyjen mittausten perusteella. Kuvassa 10 on esitetty eri kohdista letkua mitatut ilmanläpäisyarvot. Kuvasta nähdään, että ilmanläpäisy letkun alaosassa on kaikissa mittauksissa ollut suurempi kuin yläosan ilmanläpäisy.

Keskiosan ilmanläpäisyarvoissa on nähtävissä melko suuria vaihteluja.

(34)

100

12500 18000

Käyttöaika [h]

• Yläosa

■ Keskiosa 4 Alaosa

Kuva 10. Letkumateriaalin ilmanläpäisy eri kohdissa letkua

Suodatinmateriaalin ilmanläpäisevyyttä voidaan parantaa harventamalla kankaan kudosrakennetta, mutta tällöin kankaan mekaaninen kestävyys heikkenee. Lisäksi harvempi kudos tukkeutuu usein syvemmältä ja on vaikeampi puhdistaa.

Kankaan huokoisuus on toinen materiaalia hyvin kuvaava suure. Huokoisuus ilmoitetaan huokostilavuutena standardin DIN 53855 mukaisesti.

Suodatinmateriaalin (PAN) huokosti 1 avuuden arvot vaihtelevat useimmiten välillä 80-90 %. Huokoisempi materiaali merkitsee lisääntynyttä suodatuspinta-alaa ja siten parantunutta pölyn erotuskykyä. Mitä hienommista kuiduista materiaali on tehty, sitä huokoisempi se on, minkä seurauksena pölyn tunkeutuminen kankaan sisään vaikeutuu ja kangas on helpompi puhdistaa.

4.2.3 Pintakäsittely

Tarkoitukseen sopivalla pintakäsittelyllä voidaan suodatinletkusta tehdä kestävämpi, tehokkaammin suodattava ja helpommin puhdistuva. Korkeiden lämpötilojen, erilaisten kemiallisten aineiden sekä kosteuden vaikutuksia voidaan lieventää oikein valitulla pintakäsittelyllä ja näin voidaan usein kohtuullisin

(35)

kustannuksin lisätä suodatinletkujen elinikää. Erilaisista pintakäsittely vaihtoehdoista kerrotaan enemmän kohdassa 5.5.

4.3 Letkujen puhdistustehokkuus

Letkujen puhdistustehokkuuteen vaikuttavat letkuun kiinnittyneen pölyn määrä ja ominaisuudet sekä letkujen puhdistusjärjestelmän tehokkuus. Pölyn

ominaisuuksista sekä letkumateriaalista riippuu, miten lujasti ja syvälle letkuun pöly kiinnittyy eli miten vaikeasti pöly on letkusta poistettavissa. Pölyn

kiinnittymiseen vaikuttavia ominaisuuksia ovat pölyn koostumus, hiukkaskoko sekä kosteus. Puhdistusj ärj estelmän tehokkuuteen taas vaikuttavat

puhdistusimpulssien voimakkuus sekä se, miten hyvin puhdistusimpulssit kattavat koko letkun pinta-alan.

Suodatinletkujen puhdistuvuutta ja ilmanläpäisykyvyn muutosta on tutkittu laboratorio-olosuhteissa SARI:sta 12 000 käyttötunnin jälkeen otetulla näyteletkulla. Likaisen letkun ilmanläpäisyarvot olivat jo varsin heikkoja ja puhdistuvuutta tutkittiin 1, 10 ja 20 paineilmaiskun jälkeen. Paineiskut tapahtuivat kuuden bar:in paineella, joka siis on selvästi suurempi kuin letkujen

puhdistukseen normaalisti käytetty paine. Paineiskujen vaikutuksia letkun ilmanläpäisevyyteen on esitetty taulukossa 2. /21/

Taulukko 2. Paineilmaiskujen vaikutus suodatinletkun ilmanläpäisevyyteen Ilmanläpäisy [drn/diV/min]

Likainen 1 paineisku 10 paineiskua 20 paineiskua

Yläosa 8 12 17 19

Keskiosa 20 29 34 37

Alaosa 26 39 45 48

Kuten taulukosta nähdään on ensimmäisen paineiskun vaikutus

ilmanläpäisevyyteen kaikkein merkittävin, ja seuraavien iskujen vaikutus on huomattavasti pienempi. Ensimmäinen paineisku siis poistaa suurimman osan letkuun kertyneestä pölystä, joka yleensä on paineilmapuhdistuksella letkusta

(36)

poistettavissa. Ensimmäisen iskun vaikutuksesta ilmanläpäisy paranee noin 50 % alkuperäisestä arvosta, kun seuraavien iskujen vaikutus on enää murto-osa tästä.

Vaikka ilmaläpäisyn paraneminen on prosentuaalisesti suurta, niin sen vaikutus varsinkin letkun yläosassa on kuitenkin varsin vähäistä. Koska normaalitilanteessa käytetty puhdistuspaine on alle puolet tutkimuksessa käytetystä paineesta, jää paineilmapuhdistuksen todellinen vaikutus ilmeisesti vieläkin vähäisemmäksi.

Näyttää siis siltä, että pöly on tunkeutunut ja tarttunut niin voimakkaasti

suodatinkankaaseen, ettei sen tehokas poistaminen paineilmapuhdistusta käyttäen ole enää mahdollista.

4.4 Pölyn ominaisuudet

Pölykerroksen muodostumisella suodatinmateriaaliin on ratkaiseva merkitys sekä pölyn- ja rikinerotuksen että myös letkujen käyttöiän kannalta. Pölyä keränneen suodatinletkun erotustehokkuus on selvästi puhdasta materiaalia parempi.

Suodattimeen kertyvä pöly sisältää lisäksi reagoimatonta kalkkia [Ca(OH)2], jonka vaikutuksesta letkusuodattimessa tapahtuu rikin lisäerotusta savukaasuista.

Toisaalta taas pölyn kerääntyminen suodatuskankaaseen lisää painehäviötä, joka kasvaa lopulta niin suureksi, että suodatinletku joudutaan poistamaan käytöstä.

Pölyhiukkasten ominaisuudet, kuten kokoja koheesiivisyys, vaikuttavat voimakkaasti syntyneen pölykakun laatuun ja edelleen suodatinmateriaalin erotuskykyyn, tukkeutumiseen ja puhdistuvuuteen.

4.4.1 Pölyhiukkasten kokojakauma

Kaikilta tutkituilta rikinpoistolaitoksilta (SARI, HARI ja MARI) otettiin letkusuodattimesta näyteletku, johon kertyneestä pölystä mitattiin

hiukkaskokojakauma. Tutkimuksia varten jokainen letku jaettiin pituussuunnassa kuuteen osaan, joista kaikista imuroitiin letkuun kertynyt pöly. Näytteet

numeroitiin ykkösestä kuutoseen alkaen letkun alaosasta. Näytteitä tutkittiin siis kaikkiaan 18 kappaletta /11/, /12/. Todennäköisesti letkumateriaalin huokosiin jäi vielä hieman pölyä, koska aivan kaiken pölyn saaminen pois kankaasta on

(37)

pölynimurilla käytännössä täysin mahdotonta. Tästä huolimatta antavat tutkimustulokset varsin hyvän kuvan suodatinletkuun todellisissa

käyttöolosuhteissa kertyneestä pölystä. SARI:n näyteletku otettiin kammion numero 22 vasemmasta reunasta ja HARI:n letku kolmosblokin kammiosta numero 22 (kuva 2 sivulla 14, huomaa erot kammioiden numeroinnissa). MARI:n näyteletku otettiin takimmaisen kammion takaosasta.

Pölyhiukkasten kokojakaumat olivat kaikissa tutkituissa näytteissä hyvin samankaltaisia. Hiukkasten keskikoko oli noin 7 pm. Pölystä alle 0,5 pm:n hiukkasia oli noin 13 % ja alle 5 pm:n hiukkasia oli noin puolet. Lähes kaikki hiukkaset olivat kooltaan alle 45 pm. Partikkelien jakautumisesta koon perusteella eri kohtiin letkua ei havaittu selviä merkkejä. Taulukossa 3 on esitetty hiukkasten jakautuminen kokoalueittain. Tarkempi yhteenveto mittaustuloksista on esitetty

liitteessä 1.

Taulukko 3. Letkuun kertyneen pölyn hiukkaskoon jakautuminen

Kokoluokka Alle 0,5 pm Alle 1 pm Alle 5 pm Alle 10 pm Alle 45 pm

Tilavuusosuus 13% 18% 50% 60% 90%

Kuten tuloksista nähdään ovat suodatinletkuihin kertyvän pölyn hiukkaset kooltaan varsin pieniä ja lisäksi erittäin pienten hiukkasten osuus (13 % alle 0,5

pm) on varsin merkittävä. Koska hiukkaskoot on esitetty tilavuusosuuksina, on pienten hiukkasten lukumäärät linen osuus taulukossa esitettyjä arvoja selvästi suurempi. Kuten aiemmin on todettu, paine-ero suodatinmateriaalin ylitse kasvaa partikkelien koon pienentyessä. Lisäksi pienet hiukkaset pääsevät helpommin tunkeutumaan suodatinmateriaalin sisälle aiheuttaen materiaalin tukkeutumista, ja hiukkasten poistaminen materiaalin sisältä on luonnollisesti huomattavasti

vaikeampaa kuin sen pinnalta.

Verrattaessa letkun pinnalta otetun pölyn ja letkuista pudonneen pölyn ominaisuuksia havaitaan, että pudonnut pöly on kooltaan selvästi suurempaa (katso liite 2). Tämä osoittaa, että letkujen puhdistuksessa irronneet pienet

(38)

hiukkaset pyrkivät savukaasuvirran vaikutuksesta palaamaan takaisin letkun pinnalle ja vain riittävän isot partikkelit putoavat alas keräyssuppiloon.

4.4.2 Pölyhiukkasten koheesiivisyys

Koheesiivisyys tarkoittaa hiukkasten kykyä vetää toisiaan puoleensa ja liittyä yhteen suuremmiksi hiukkasiksi. Voimakkaasti koheesiiviset hiukkaset muodostavat tiiviin ja hyvin koossa pysyvän pöly kakun, joka on vaikeampi poistaa letkun pinnalta, kuin vähemmän koheesiivisten hiukkasten muodostama pölykakku. Toisaalta taas koheesiiviset hiukkaset tarttuessaan voimakkaasti kiinni toisiinsa muodostavat suurikokoisia pölyhiukkasia, jotka kokonsa vuoksi eivät pääse tunkeutumaan syvälle suodatinmateriaaliin, vaan jäävät kankaan pinnalle.

Suurikokoisilla koheesiivisilla hiukkasilla vaikutus letkun tukkeutumiseen on selvästi vähäisempää kuin pienillä syvälle tunkeutuneilla hiukkasilla. Lisäksi kooltaan suuret pölyhiukkaset eivät letkun puhdistuksen jälkeen kulkeudu takaisin letkun pinnalle kovin helposti. /29/

4.4.3 Pölyn koostumus

Otetuista pölynäytteistä tutkittiin myös pölyn koostumus /13/, jota verrattiin letkuista puhdistuksessa pudonneen pölyn koostumukseen. Puhdistuksessa pudonneesta pölystä otettiin näytteet pölylähettimiltä analysointia varten.

Letkuihin jääneen sekä letkuista pudonneen pölyn koostumuksia on laitoksittain vertailtu taulukossa 4. MARI:n letkupölyä on verrattu kiertopölysiilosta otettuun pölyyn, joka on myös peräisin letkusuodattimelta. Suodatinletkuista otettujen pölynäytteiden koostumukset on esitetty liitteessä 3.

(39)

Taulukko 4. Letkuihin jääneen ja letkuista pudonneen pölyn koostumukset

Pölyn

koostumus [%]

SARI HARI MARI

letku- pöly

pöly- lähetin

letku- ; pöly

pöly- lähetin

letku- pöly

kierto- pöly

S 18,7 16,6 20,8 i 17,3 20 17

SO3 8,9 34,5 6,6 1 41,1 20 47

S04 45,5 8,3 54,3 ; 2,6 37 2

Ca(OH)2 0,3 4,9 0 1,9 0,1 0,5

Cl 4,4 5,5 1,3 i 5,4 2,4 5

H20 6,0 2,7 2,7 1 1,9 2,7 2,5

Taulukosta havaitaan, että kokonaisrikkimäärä (S) on kaikissa näytteissä suurin piirtein samanlainen. Salmisaaressa letkupölyn kosteuspitoisuus on suurin johtuen ilmeisesti pölyn suuresta klooripitoisuudesta, sillä kloori esiintyy pölyssä

kalsiumkloridina (CaCl2), joka imee voimakkaasti kosteutta itseensä. Reagoimatta jääneen kalsiumhydroksidin Ca(OH)2 määrä on letkupölyssä lähes olematon, kun

taas pudonneessa pölyssä sitä on vaihtelevia määriä. Suurimmat erot letkuihin jääneen ja niistä pudonneen pölyn koostumuksessa nähdään sulfiitin (S03) ja

sulfaatin (SO4) määrissä. Sulfiitti ja sulfaatti esiintyvät pölyssä kalsiumyhdisteinä eli muodossa CaS03 ja CaS04 (kipsi). Letkuihin jääneen pölyn rikistä suurin osa on S04:na, kun taas letkuista pudonneessa pölyssä suurin osa rikistä on S03:na.

Näyttää siis siltä, että sulfaattipöly poistuu letkujen puhdistuksessa huomattavasti huonommin kuin sulfiittipöly. Tämä johtuu ainakin osittain siitä, että letkusta pudonnut pöly on analysoitu samana päivänä, kun taas letkuun jäänyt pöly on ollut letkussa mahdollisesti jopa tuhansia tunteja, jolloin sulfiitilla on ollut

mahdollisuus hapettua sulfaatiksi (reaktio 6 sivulla 11). On myös mahdollista, että sulfaattipöly on ominaisuuksiltaan sellaista, että sen poistaminen letkusta on vaikeampaa tai, että sulfaattipöly on hienojakoisempaa kuin sulfiittipöly, jolloin sulfaattipöly palaa puhdistuksen jälkeen takaisin letkun pinnalle savukaasuvirran vaikutuksesta.

(40)

4.4.4 Hiili- ja kalkkilaadun vaikutus pölyn ominaisuuksiin

Poltettavan hiilen sekä rikinpoistossa käytettävän poltetun kalkin koostumuksesta riippuu, mitä aineita letkusuodattimelle kulkeutuva pöly sisältää.

Hanasaaressa käytettävä kivihiili tulee pääosin Puolasta, mutta myös venäläistä kivihiiltä käytetään jonkin verran. Salmisaaressa poltettu kivihiili on viime aikoina tullut käytännössä kokonaan Puolasta. Martinlaaksossa on käyttökaudella

1997-1998 poltettu puolalaista ja venäläistä kivihiiltä sekä näiden sekoitusta suhteessa: 2/3 puolalaista (varmuusvarastosta) + 1/3 venäläistä kivihiiltä.

Hiililaatujen tärkeimmät ominaisuudet löytyvät liitteestä 4.

Martinlaakson voimalaitoksella on seurattu eri hiililaatujen vaikutuksia rikinpoistolaitoksen toimintaan ja letkusuodattimen paine-eron kehittymiseen.

Havaintojen perusteella on selvästi todettu, että poltettaessa runsaasti klooria sisältävää puolalaista kivihiiltä pyrkivät suodatinletkut tukkeutumaan ja paine-ero letkusuodattimen ylitse kasvamaan huomattavasti nopeammin kuin poltettaessa klooritonta venäläistä kivihiiltä. Poltettaessa edellisessä kappaleessa mainittua hiililaatujen sekoitusta, on tehty sama huomio, mutta vaikutuksiltaan lievempänä.

Eri hiililaatujen vaikutuksia letkusuodattimesta pudonneen pölyn koostumukseen on esitetty taulukossa 5. Tulosten perusteena on venäläisellä hiilellä 70 mittausta ajalla 1.1.-30.4.1997, puolalaisella hiilellä 30 mittausta ajalla 23.10.-8.12.1997 ja sekoitehiilellä 23 mittausta ajalla 9.12.1997-30.1.1998. Sekoitehiilen

klooripitoisuus on arvioitu sekoitettujen hiililaatujen klooripitoisuuksien perusteella.

Taulukko 5. MARI:n kiertopölyn koostumus eri hiililaaduilla [%]

Hiililaatu Kloori- pitoisuus

Ca(OH)2 H20 S S03 S04 Cl

Venäläinen* 0,05 3,8 1,5 17,1 41,7 2,5 1,2

Sekoitehiili 0,1 0,3 1,9 17,2 46,9 1,0 4,9

Puolalainen 0,3 0,4 2,4 17,4 46,9 7,1

* Lisätty NaCka prosessiin pölynkuljetuksen helpottamiseksi

Viittaukset

LIITTYVÄT TIEDOSTOT

Voimakkaiden tuulien ja myrskyjen lisääntyminen edellyttää kaavoituksessa rakennus- ten ja muiden rakenteiden huolellista sijoittamista maastoon. Elinympäristön suojaami- nen

nustekijänä laskentatoimessaan ja hinnoittelussaan vaihtoehtoisen kustannuksen hintaa (esim. päästöoikeuden myyntihinta markkinoilla), jolloin myös ilmaiseksi saatujen

Hä- tähinaukseen kykenevien alusten ja niiden sijoituspaikkojen selvittämi- seksi tulee keskustella myös Itäme- ren ympärysvaltioiden merenkulku- viranomaisten kanssa.. ■

Helppokäyttöisyys on laitteen ominai- suus. Mikään todellinen ominaisuus ei synny tuotteeseen itsestään, vaan se pitää suunnitella ja testata. Käytännön projektityössä

Tornin värähtelyt ovat kasvaneet jäätyneessä tilanteessa sekä ominaistaajuudella että 1P- taajuudella erittäin voimakkaiksi 1P muutos aiheutunee roottorin massaepätasapainosta,

Jätteiden käsittelyn vaiheet työmaalla ovat materiaalien vastaanotto ja kuljetuspak- kauksien purku, materiaalisiirrot työkohteeseen, jätteen keräily ja lajittelu

Koska tarkastelussa on tilatyypin mitoitus, on myös useamman yksikön yhteiskäytössä olevat tilat laskettu täysimääräisesti kaikille niitä käyttäville yksiköille..

Halme-Tuomisaari, Miia (2020). Kun korona mullisti maailmamme. KAIKKI KOTONA on analyysi korona-ajan vaikutuksista yhteis- kunnassa. Kirja perustuu kevään 2020

Meanwhile, Ukraine’s new president, Volodymyr Zelenskiy, appeared to apportion more blame for the continuation of the conflict in Donbas on Ukraine’s own previ- ous leadership

vektori n 6= 0, joka on kohti- suorassa jokaista tason

Osoita, että syklisen ryhmän jokainen aliryhmä on

Onko tekijärengas kokonaisalue tai kunta?. Onko ideaali

Tämän harjoituksen tehtävät 16 palautetaan kirjallisesti torstaina 5.2.2004.. Loput

Almost five thousand years agone, there were pilgrims walking to the Celestial City, as these two honest persons are: and Beelzebub, Apollyon, and Legion, with their compan-

elasticity of taxable income, elasticity of investment with respect to corporate taxation, and elasticity of wage with respect to corporate tax rate, that are then used to calculate

The first chapter in al-Mawardi's book is devoted to the office of the imam, this term denoting the highest spiritual and political leader of the Islamic ummah.. In other words

Recently a quasiconformal uniformization theorem was proved by Rajala [22]: a metric plane with locally finite Hausdorff 2-measure is quasiconformally equivalent to a planar domain

According to Mathias’s interpretation, Kautsky never abandoned the idea of a socialist revolution and the dictatorship of the proletariat as the final goal of the Social

Sen laskelman mukaan ehdotettu lainsäädäntö aiheuttaisi Suomessa toimivalle vähittäiskau- palle sääntelyn täytäntöönpanovuonna noin 25 miljoonan euron lisäkustannukset ja

Opettajien tulee vakiinnuttaa oppimisen tavoitteisiin ja kriteereihin pe- rustuvaa arviointia sekä yhdessä rehtoreiden kanssa lisätä niitä koskevaa tietämystä myös oppijoiden

(2018) found that Bitcoin exhibits extremely high kurtosis with relatively more tail events compared to other assets, we employ realized daily volatility to explicitly model

Yritysten toimintaan liitettävinä hyötyinä on tutkimuksissa yleisimmin havaittu, että tilintarkastetun tilinpäätöksen vapaaehtoisesti valinneilla yrityksillä on alhaisemmat

Most people in my workplace at Luleå University of Technology started their holidays already at Midsommer – a public holiday at the end of June – and stayed away all of July