Selvitys suurjännitekäyttöjen modernisointimahdollisuuksista voimalaitoksella

Abstract

Insinöörityössä tarkasteltiin hiilivoimalaitoksella sijaitsevien suoraan voimalaitoksen 6 kV:n sähköverkkoon kytkettyjen ja mekaanisesti kahdella eri säätölaitteella kuristettujen kiertokaasupuhallinkäyttöjen modernisointimahdollisuuksia. Lähtökohtana työssä oli vain käyttöjen moottorien ja tilavuusvirtauksen säädön nykyaikaistaminen, eikä varsinaisiin keskipakopuhaltimiin ollut tarkoitus tehdä muutoksia.

Puhaltimien alhaisten tehovaatimusten takia suurjännite ei ollut kannattava vaihtoehto, joten uudeksi jännitetasoksi valittiin 400 V, joka oli käytännön syistä ainoa vaihtoehto kolmivaiheisen pienjännitekuorman käyttöjännitteeksi voimalaitoksella. Vanhojen suurjännitemoottoreiden mitattua tehoa vertailtiin kiertokaasuprosessin tärkeimpien suureiden arvoihin, ja uudet moottorit sekä taajuusmuuttajat valittiin sillä oletuksella, että kiertokaasuprosessissa todennäköisesti esiintyvä virtaaman maksimiarvo on lähellä alkuperäistä mitoitusarvoa.

Uuden moottori- ja taajuusmuuttajayhdistelmän valintaprosessissa kiinnitettiin huomiota myös voimalaitokselle tulevaisuudessa tapahtuviin muutoksiin, kuten jatkuvaan pelletin seospolttoon, sekä palamisprosessissa aiheutuvien typpioksidipäästöjen pienentämiseen. Nämä muutokset aiheuttivat epävarmuutta valintaprosessiin, koska niiden aiheuttamaa vaikutusta kiertokaasun tarpeeseen ei voitu tietää täysin varmasti.

Modernisointityön taloudellisia vaikutuksia tarkasteltiin investointikustannusten sekä nopeussäädetyn käytön tuoman säästön kannalta, ja uuden käytön kuluttaman sähköenergian arvioitiin olevan noin 30 % pienempi kuin vanhan, mikä tekee muutostyöstä taloudellisesti kannattavan. Taloudellisten säästöjen lisäksi myös vanhojen säätölaitteiden korvaaminen pelkällä puhaltimen nopeussäädöllä tuo myös luotettavuutta prosessiin laitteiden kokonaismäärän vähentyessä.

The purpose of this thesis was to examine the possibilities of modernizing direct on line connected and mechanically, with two different devices throttled 6 kV flue gas recirculator fans, located in a coal fired power plant. The starting point for the modernization process was that only the motors and the way the volumetric flow was to be controlled were to be updated, and the centrifugal fans themselves would remain untouched.

The low power requirements of the drives made new high voltage systems unfeasible and the new mains voltage was chosen to be 400 V, which was the only practical choice for driving 3-phase motors and other similar loads in the power plant. The power usage of the old high voltage motors were compared to the most important physical quantities that are involved in the flue gas process, and the new motors and variable frequency drives were chosen with the assumption that the maximum volumetric flow is going to be near the original operating point.

While choosing the new motors and variable frequency drives, the upcoming changes to the power plant were also considered. These changes would include continuous burning of wood pellets alongside coal and the reduction of nitrogen oxides which are produced in the burning process. The total effect of the changes could not be known for certain and they caused some uncertainty to the process of selecting the new drive.

The financial effects of the modernization were analyzed from the point of view of investment costs and the savings which are brought by the method of controlling speed of the fan instead of mechanically throttling the flow. The reduction in the usage of electrical energy was found to be approximately 30 %, which makes the modernization profitable from the economic point of view. Process-wise the modernization brings reliability because the number of needed devices is reduced and there are less parts that can break down during the operation of the flue gas recirculation fans.