Höyrynjaon optimointi jätteenpolttolaitoksella

Abstract

Höyry on yleisin teollisuusprosessien käyttämä lämmönsiirtoaine sen sitoessa suuria määriä energiaa massaansa nähden. Kaukolämpö taas on Suomen yleisin lämmitysmuoto sen hinnan ja toimitusvarmuuden vuoksi. Teollisuuden voimalaitokset tuottavat näitä molempia ja sähköä niiden sivutuotteena.

Kotkan Energia Oy:n jätteenpolttolaitos, Hyötyvoimalaitos, tuottaa viereiselle kartonkitehtaalle prosessihöyryä ja lisäksi kaukolämpöä sekä sähköä. Sen ongelmana on jätteen lämpöarvon heittely, joka vaikuttaa höyryn tuotantoon ja -jakoon. Huojuntaa kompensoidaan ajamalla ylimääräinen energia lauhdeturbiinilla sähköksi, jonka ongelmaksi on muodostunut sähkön alhainen pörssihinta.

Työssä tutkitaan voimalaitoksen höyrynjakoa ja muodostetaan polttoprosessia seuraava kaukolämpötehon säätö. Työssä kuvataan säädön suunnitteluperusteet, toiminta sekä dokumentoinnit ja arvioidaan sen vaikutuksia Hyötyvoimalaitoksen ja Kotkan Energian polttoainetalouteen . Lisäksi työssä esitellään konsepti lämmön väliaikaisesta varastoinnista.

Työllä on saavutettu noin 40 %:n lisäys kaukolämmön tuotantoon ja vähennetty huomattavasti lämpökuormaa Kymijokeen, josta on saatu suoraa ja epäsuoraa rahallista hyötyä. Säätö on jatkuvassa käytössä voimalaitoksella ja sillä on suuri merkitys yrityksen polttoainetalouteen.

Steam is the most commonly used heat carrier in industry because of its great ability to transfer large amount of energy by its mass. District heating is the most commonly used way to heat in Finland because of its price and delivery reliability. Power plants in industry produce both of these, and electricity as by-product.

The waste-to-energy plant of Kotkan Energia Oy called Hyötyvoimalaitos produces process steam to the adjacent board mill and in addition district heat and electricity. The problem of the power plant is the swaying thermal value of the waste which has a direct impact on steam output and distribution. The Swaying has been compensated by driving the overrun energy to a condensate turbine to produce electricity, but the low market price has become a problem.

The thesis studies the distribution of the steam in the power plant and designs an alternating control loop for the power of district heat, which follows the waste combustion process. In the thesis design allowables, function of the control loop and documents are presented and the effect of loop on the fuel economy of Hyötyvoimalaitos and Kotkan Energia Oy is estimated. Finally, a concept for a temporary heat storage is introduced.

The thesis has enabled an increase of approximately 40 % in district heat production and it has decreased significantly the thermal load to Kymijoki, which has a direct and an indirect financial benefit. The control loop is in continuous operation in the power plant and it has a significant impact on the fuel economy of the company.