Jätteenpolttolaitoksen savukaasulauhteen puhdistaminen

• Main Author: Pohjonen, O. (Olli)
• Format: Dissertation
• Language: Finnish
• Published: University of Oulu 2015
• Subjects: Process Engineering
• Online Access: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201512022194; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:fi:oulu-201512022194

Diplomityön voimalaitoksella polttoaineena käytetään syntypaikkalajiteltua kotitalous- ja teollisuusjätettä. Poltettaessa jätettä muodostuu vettä, joka yhdessä polttoaineessa olevan kosteuden kanssa haihtuu savukaasun mukaan. Kun savukaasu on kulkenut kattilan ja savukaasupuhdistuslaitoksen läpi, se jäähdytetään savukaasulauhduttimessa ennen johtamista piippuun. Jäähdytyksen aikana savukaasun sisältämä kosteus tiivistyy vedeksi. Tämä savukaasulauhde vaati käsittelyä. Oikeanlaisella käsittelyllä voidaan varmistaa sen sopivuus hyötykäyttöön. Diplomityön tavoitteena oli saavuttaa varmatoiminen jätteenpolttolaitoksen savukaasulauhteen puhdistusjärjestelmä. Optimoinnin ja kuntokartoituksen pohjalta tehtiin ajoparametri-, säätö- ja prosessimuutokset sekä niihin liittyvät dokumentoinnit. Diplomityö sisältää myös useita ehdotuksia prosessin kehittämisestä sekä toiminnallisuuden, puhtauden ja taloudellisuuden parantamisesta. Kehitysehdotukset sisältävät automaatio-, säätö-, ja ajotapamuutoksia sekä mekaanisia prosessimuutoksia. Prosessin nykytilan ja ongelmakohtien kartoittaminen aloitettiin käynnistämällä puhdistusprosessi ja tarkastelemalla sen toimintaa. Tarkastelu suoritettiin prosessitiloissa laite- ja putkistokatselmuksella, josta se eteni prosessimittauksien seuraamiseen ja laboratorioanalyyseihin. Alustavan kuntokartoituksen jälkeen laadittiin koesuunnitelma, jossa rajattiin järjestelmälle olennaiset seurantakohteet. Kuntokartoituksen pohjalta tehtiin myös laitehuoltoja, joiden vaikutus raportoitiin. Diplomityössä tutkittiin kloorin, sulfaatin sekä kiintoaineen käyttäytymistä ja määrän ennustamista puhdistusprosessissa. Työn rajaus käsitti puhdistusprosessin ja savukaasulauhduttimen sekä niiden yhteydet kaukolämpöverkkoon, savukaasupuhdistuslaitokseen, viemäriverkkoon ja kuonasammuttimeen. Prosessin identifikaatio suoritettiin näytteenottojaksolla, jonka koetuloksista saatiin muodostettua prosessin staattinen kokonaismalli. Näytteenottojakson aineisto sisälsi 25:n näytekierroksen tulokset, eli noin 500 analyysitulosta ja niihin liitetyt prosessiolosuhdearvot joita oli noin 250 kappaletta. Kokonaismallin muodostuksessa käytettiin pääasiallisesti Matlab- ja Excel-ohjelmistoja. Kokonaismallilla erilaiset ajotilanteet voitiin simuloida ja optimoida osaprosessit yksi kerrallaan. Identifikaation pohjalta tehtyjen prosessi- ja säätömuutoksin saavutettiin merkittävästi pienempi prosessin lisävesipohjainen kiintoainekuorma, joka pieneni noin 62 %. Tämän lisäksi saavutettiin osaprosessien luotettavampi toiminta ja apuaineiden ja kemikaalien 75 % pienempi kulutus. Tämän lisäksi prosessista laadittu simulointimalli on käyttökelpoinen polttolaitoksella myös tulevaisuudessa. === The power plant studied in this thesis uses municipal and industrial solid waste as fuel. The combustion reaction produces water vapour, which combined with vaporizing water content of the waste creates vapour content in flue gas. The flue gas flows through the boiler and the flue gas cleaning station, after which the flue gas is cooled before entering the stack. The cooling is done by a scrubber, where cooling causes water vapour to condensate. The flue gas condensate must be processed for further use. With proper cleaning the condensate always meets the criteria of reuse applications. The goal of this master’s thesis was to achieve a stable and reliable flue gas condensate cleaning system for a municipal solid waste power plant. Parameter, control and mechanical modifications were based on optimization and diagnostics of the process. One goal was also to present ideas for future revision to increase the process reliability and purity with respect to economical costs. The whole cleaning process was first started to get an estimate of the process’s current state and potentially faulty devices. The evaluation took place in the process environment. That way the faults with the piping and the devices could be found. The next step was to check the process values from the process automation system and do a preliminary laboratory analysis. The experimental layout for the identification was done based on the preliminary state estimation. Also some maintenance works were done based on the early tests. Main targets of the identification were the flue gas condensate’s chloride, sulphate and solid matter behaviour and prediction in the cleaning process. The identification was limited to include the condensate cleaning system, the flue gas scrubber and the connected district heating system, the grate slag extinguisher and the flue gas cleaning plant. The identification of the process was done by extensive sample collection and analysis. With combination of process values and laboratory test results, a static process model was formed. The identification data was collected from 25 sample sets, where the total amount data points was circa 500. Those data points were connected with the exciting process values amount of 250. The model was mainly created with Excel and Matlab softwares. The static model enabled simulation of the process, which made it possible to optimize all the single process devices. The simulations made it possible to determine the correct process and control adjustments. With those changes the stress from solid matter decreased 62 %. Also the single processes got more reliable and use of auxiliary components and chemicals decreased 75%. Besides that, the static model enables simulation of the process in future.