BFB-kattilan ilmajaon kehittäminen

Abstract

Vuosien saatossa muuttuneen höyrytehon peruskuormatason ja kiristyvien päästöraja-arvojen myötä voimalaitoksen pääkattilan sekundääri-ilmajärjestelmän tutkiminen oli tullut ajankohtaiseksi aiheeksi UPM Specialty Papers Jämsänkosken voimalaitoksella. Vuonna 2019 käyttöönotetun SNCR-järjestelmän toiminnan tehostamiseksi oli syytä tutkia voimalaitoksen pääkattilan ilmajakoa ja selvittää onko ilmajärjestelmän toimintaa mahdollista optimoida SNCR-menetelmän käytön tehostamiseksi nykytilanteessa. Tutkimustyön tavoit-teena oli selvittää voimalaitoksen pääkattilan sekundääri-ilmajärjestelmän mahdolliset rajoitteet SNCR-lämpötilaikkunan optimoinnin suhteen ja esittää mahdollisia toimenpiteitä ilmajaon kehittämiseksi. Työ toteutettiin empiirisenä kehittämistutkimuksena, jossa hyödynnettiin kvalitatiivisia tutkimusmenetelmiä. Palamisen ja päästöjen hallinnan teoreettinen tarkastelu perustuu kirjallisuuslähteisiin, verkkolähteisiin ja aihetta käsitteleviin tutkimusraportteihin. Kattilan sekundääri-ilmajärjestelmän nykytilanne kartoitettiin kattilan sisäpuolisen tarkastuksen avulla ja eri kuormatasoilla suoritettujen koeajojen sekä tarkastelujaksolta kerätyn mittausdatan perusteella. Koeajojen ajalta keräiltyjen mittaustietojen perusteella pystyttiin osoittamaan ilmajaon kehittämiskohteita ja arvioitiin mahdollisia ratkaisuvaihtoehtoja havaintojen perusteella tehtyihin johtopäätöksiin. Työn tulokset osoittavat, ettei kattilan sekundääri-ilmajärjestelmän toiminta ole optimaalista matalilla kuormatasoilla ja SNCR-järjestelmän toiminnan tehostamiseksi tulipesän lämpötilaprofiilia täytyisi ilmavaiheistuksella muuttaa. Liiallisen ilma-aukkojen määrän vuoksi tämä ei nykytilanteessa ole mahdollista. Työn lopputulokset esittävät ratkaisuehdotuksia tulipesän optimaalisen toiminta-alueen siirtämisestä matalimmille kuormatasoille.

Significant decrease in boiler load levels and tightening emission standards for large com-bustion plants has set new challenges for UPM Specialty Papers’ power plant in Jämsänko-ski. As the emission standards are tightening, the power plant has invested in emission control equipment and installed an SNCR-method emission reduction equipment to its main boiler in 2019. To increase the efficiency of the SNCR-method, the boiler’s secondary air system needed to be studied thoroughly to determine the possibilities of correct measures regarding the optimization of the furnace conditions by air staging. The main goal was to pinpoint the possible restrictions in the boiler’s secondary air system in the de-creased boiler load levels and assess possible measures to develop the air staging strategy. The development study was an empirical study where qualitative research methods were used. The theoretical framework of reference regarding combustion and emission control was based on literature, online sources and other related scientific study reports. The cur-rent state of the boiler’s secondary air system was determined by visual inspection of the furnace and by testing the boiler at different load levels. By analyzing the results of the boiler tests and measured process data, several possible targets of development were identified and solutions for air staging optimization were presented. The results of the study conclude that the boiler’s secondary air system is not optimized for decreased boiler load levels. In order to increase the efficiency of the SNCR-method, the furnace temperature profile would have to be adjusted with air staging. Adjusting the furnace temperature profile in low load levels is not possible in the present state as the amount of secondary air nozzles to the furnace is excessive. The final result of the study presents proposed solutions to shift the furnace’s optimal range to lower boiler loads.