Tulitorvikattilan savukaasujen lämmöntalteenoton hyödyntäminen kaukolämpöverk-koon pellettipölypoltossa

Abstract

Varkauden Aluelämpö Oy:llä tuli ajankohtaiseksi savukaasujen lämmöntalteenoton esi-suunnittelu savukaasusuodattimissa havaittujen ongelmien myötä. Modernisoidun pellettipölytulitorvikattilan savukaasujen lämpötilojen on todettu olevan liian korkeita, mikä aiheuttaa kangasletkusuodattimien palamista. Rikkoutuessaan kangasletkusuodattimet tuottavat monenlaisia ongelmia, kuten käyttökatkoksia, lähialueiden likaantumista ja ylimääräisiä huoltokustannuksia. Ratkaisuksi Elomatic Oy:ltä pyydettiin pellettipölykattilan lämmöntalteenottojärjestelmän selvitystä.

Opinnäytetyön tehtävänä oli esisuunnitella lämmöntalteenottojärjestelmä, jolla pystytään laskemaan savukaasujen lämpötiloja. Suunnittelu lämpötilojen määritys perustuu happokastepisteeseen, jolloin vältetään matalalämpötilakorroosio. Esisuunnittelun tavoitteena oli lähtötietojen laatiminen, tehopotentiaalin mitoitus, alustavat laitesijoituspiirustukset ja PI-kaavio sekä kannattavuustarkastelu. Kannattavuustarkastelu toteutettiin käyttämällä eri toimittajien budjettitarjouksia sekä Elomatic Oy:n kannattavuuslaskentaperiaatteita. Investointikannattavuutta tutkittiin takaisinmaksuajan sekä laitoksen kokonaishyötysuhteen avulla. Tavoitteena oli myös laskea tehopotentiaali NTU-laskentamenetelmällä, jolla pystytään arvioimaan myös järjestelmän pinta-ala oletettujen lämmönsiirtymiskertoimien arvojen avulla sekä ilmaisemaan järjestelmän tehokkuuskerroin.

Opinnäytetyön lähtötietoja kerättiin Varkauden Aluelämpö Oy:n käyttöraporteista, Stora Enson polttoaineanalyyseista, Pöyry Finland Oy:n päästömittausraporteista sekä Varkau-den Aluelämpö Oy:n sekä Elomatic Oy:n toimihenkilöiltä ja dokumenteista.

Opinnäytetyön tuloksena saatiin Varkauden Aluelämpö Oy:lle esisuunniteltua lämmöntalteenottojärjestelmän lähtötiedot, toimittajat, kustannusarviot sekä investoinnin kannattavuustarkastelut.

It became current for Varkauden Aluelämpö Oy to account the pre-design heat recovery system because of the issues with the flue gas filters. Modernizing the pulverized pellet fire tube boiler has led to the increased temperatures, and this is known to burn the hose filters, which has in some cases resulted in problems such as unplanned downtimes, contaminating of surrounding areas and additional maintenance costs. To resolve this, Elomatic Oy was asked to provide a report statement on the heat recovery of the pellet dust boiler.

The objective of this thesis was proposal of the pre-design heat recovery system, which will decrease the flue gas temperatures. The temperatures are determined using the acid dew point of the flue gas to avoid low temperature corrosion. The goal of the pre-design was to resolve the initial input data, calculate of the system potential, design the preliminary layout- and process drawings and investigate investment viability in terms of the suppliers’ budget offers and viability calculation principles of Elomatic Oy. Investment viability was studied using the payback time and the total efficacy ratio of the boiler. An additional objective was to calculate the system capacity by using a NTU based calculation method, which can be used to estimate the heat transfer surface area through the heat transfer coefficient values and indicate the total efficiency of the system.

The initial data for the thesis was collected from operational reports of Varkauden alue-lämpö Oy, the pellet analysis by Stora Enso, the emission measurement analysis by Pöyry Finland Oy and from documents received from Varkauden Aluelämpö Oy and Elomatic Oy and their employees. As a result, a pre-designed heat recovery system for Varkauden aluelämpö Oy including systems input data, conceivable suppliers, estimation of the investment and investment viability investigation was achieved.