Energiapuun polton vaatimukset
polttolaitokselle
Kohti kotimaista energiaa… seminaari
Jyväskylä 9.10.2013
Martti Aho, VTT
14.10.2013
2
Rajaukset
 Käsitellään leijukerrospolttoa. Perustelu: mahdollistaa suuret
voimalaitokset joilla on huomattava merkitys sisämaan suurien
kaupunkien sähkön ja lämmön tuotannossa (Jyväskylässä
Keljonlahden 490 MW:n ja Rauhalahden 300 MW:n laitokset,
Kuopiossa Haapaniemi 2 ja 3-laitokset…). Myös rannikolla esim.
Oulussa ja Pietarsaaressa on tällaisia laitoksia.
 Käsitellään tulipesän tulistimien likaantumista ja korroosiota, jotka
ovat puupolttoaineen aiheuttamat tärkeimmät tulipesäriskit. Lisäksi
saattaa olla syötettävyys ym. ongelmia, jota ei käsitellä tässä
Huom! Suomi on hyvin edistyksellinen maa (todennäköisesti n:o 1)
tämän polttotekniikan tuotannossa, viennissä ja kehityksessä
3
14.10.2013
Leijukerrosvoimalaitoksista
*Mahdollisuus polttaa seoksena palamisominaisuuksiltaan hyvin erilaisia polttoaineita
(esim puun ja kivihiilen seokset)
*Toimii erittäin laajalla voimalaitoskokoalueella (polttoaineteho 3 – 1000 MW)
*Tulipesässä oleva hiekka tasaa palamisprosessia hyvin tehokkaasti (suuri kuuma massa)
* Prosessin tasaisuuden ja alhaisen tulipesälämpötilan ansiosta päästään alhaisiin rikki- ja typpioksidipäästöih
Kiertoleiju (kuten Keljonlahti)
Kuplapeti (kuten Rauhalahti)
Hiekkaalue
Hiekkaalue
700 T
1000
700
Lähde: Metso Power
Lähde: Metso Power
T
1000
14.10.2013
4
Kerrosleijupoltto/ tulistimet
Lähde: Foster-Wheeler
14.10.2013
Kiertoleijupoltto / tulistimet
5
14.10.2013
6
Kokemus metsäbiomassan poltosta sellaisenaan
tehokkaissa voimaloissa (korkeat tulistinhöyryn
loppulämpötilat)
14.10.2013
7
Likaantuneita tulistinputkia : Lämmönsiirto
tulipesästä putkien sisällä kulkevaan höyryyn laskee > voimalaitoksen tehokkuus laskee > alasajo- ja
tuotantokatkoriski
14.10.2013
8
TAPAUS 1.
METSÄTÄHDE/KUORI
Huono suoja
Lämmönsiirtopinta
Kloori vapautuu
 korroosio
Metsäbiomassassa
klooria vain
0.02-0.03 p-%!
Cl
RIS
KIAIN EET
ALKALI
KLORIDEJA
1
1
Vähän
tuhkaa
ja
2
suojaaineita
METSÄTÄHDE/KUORI
2
14.10.2013
9
Kuumimman tulistinvyöhykkeen korroosiovaurioita:
Voivat johtaa alasajon ja tulistimen vaihtoon:
kustannukset vähintään mijoonia euroja plus
laitosseisokista johtuvat taloudelliset vahingot
14.10.2013
10
Tulistinkorroosio: Alkuainekloorin syntyminen kerrostuman sisällä
joka ”syö” tulistimetallia klorideja muodostaen
SO2 + O2 + H2O
KCl, NaCl
O2
HCl
K2SO4,
Na2SO4
Cl2
Fe
O2
14.10.2013
11
Tulistimien ikää lyhentävien ongelmien ratkaisu:
Alkalikloridien tuhoaminen ennen tulistimia
Na Cl
suoja-aine esim. seostettavasta
polttoaineesta
K Cl
HCl + X
14.10.2013
Miten voidaan käytännössä toteuttaa
12
14.10.2013
Miten voidaan käytännössä toteuttaa
a) Yhteispoltto turpeen tai kivihiilen kanssa
13
14.10.2013
14
SO2, HCl, K2SO4
Piipusta ulos
SO2
SO3
SO3 + KCl + =>
K2SO4 + HCl
KCl (NaCl)
S
K, Cl, (Na)
Turve,
kivihiili
Metsäbiomassa
14.10.2013
15
Fossillisen polttoaineen suojaava vaikutus kasvaa:
- Kun rikkipitoisuus kasvaa (turve ja kivihiili)
- Kun tuhkan alumiinisilikaattipitoisuus kasvaa (kivihiili)
Puupoltoaineen riskialttiuden nousu sen osuuden kasvaessa
- Kivihiilen kanssa
- Turpeen kanssa
+ kivi
hiili
+ turve
0
50
60
70
80
Puun energiaosuus %
90 100
14.10.2013
Miten voidaan käytännössä toteuttaa
b) Suojaavaa lisäainetta tulipesään
16
14.10.2013
Kiertoleijupoltto
17
14.10.2013
Kiertoleijupoltto / suojaavan rikin lisäys
Alku
aine
rikki
18
14.10.2013
19
Korroosin esto tulipesään ruiskutettavien sulfaattien avulla
’
2MCl + SO3 + H2O -> M2SO4 + 2 HCl
Na2SO4
K2SO4
HCl
Suoraan SO3
hyökkäys
NaCl, KCl
14.10.2013
VTT luo teknologiasta liiketoimintaa
20