Kivihiili turvekattiloissa. Matti Nuutila Energiateollisuus ry Kaukolämmön tuotanto

Transkriptio

1 Kivihiili turvekattiloissa Matti Nuutila Energiateollisuus ry Kaukolämmön tuotanto

2 Sisältö Turve / bio / kivihiili tilastoja Turve ja kivihiili polttoaineominaisuuksia Polttoteknisiä turve / kivihiili ominaisuuksia ja vertailua Kivihiilen polton erityispiirteitä Käyttökokemuksia kivihiilestä kaukolämpökattiloissa 2

3 Kaukolämmön ja lämmön tuotannon polttoaineiden hintojen sekä elinkustannusindeksin kehittyminen indeksi, kesäkuu 1999 = Lähteet: Tilastokeskus TEM Energiamarkkinavirasto kesäkuu 99 kesäkuu 00 kesäkuu 01 kesäkuu 02 kesäkuu 03 kesäkuu 04 kesäkuu 05 kesäkuu 06 kesäkuu 07 kesäkuu 08 Kaukolämpö maakaasu jyrsinturve kivihiili POR polttohake/metsähake elinkustannusindeksi 3

4 Lämmityksen markkinaosuudet v Lähde: Tilastokeskus kaukolämpö 48,6 % muu 1,4 % raskas polttoöljy 1,5 % puu 11,7 % sähkö 15,9 % kevyt polttoöljy 13,6 % lämpöpumppu 7,3 % 4

5 TJ Kivihiilen, turpeen ja puun käyttö kaukolämmön ja siihen liittyvän sähkön tuotannossa Turve Puutähde, metsähake Yhteensä (puu+turve) Kivihiili 5

6 Kaukolämmön ja siihen liittyvän sähkön tuotantoon käytetyt polttoaineet 100 % muu turve puu 80 % 60 % maakaasu 40 % kivihiili 20 % öljy 0 %

7 Fossiilisten polttoaineiden kehittyminen Puu Turve Ruskohiili Kivihiili Antrasiitti Ikä (milj. a) 0 0, Haihtuvat aineet (%) Hiilipitoisuus (%)

8 8

9 Turpeen ominaisuuksia 9

10 Fossiilisen polttoaineen koostumus ja palaminen Kuiva-aine Kosteus Tuhka Haihtuvat aineet Ulkoinen kosteus S C H O N Palavat aineet Orgaaninen aines Hygroskooppinen kosteus 10

11 Polttoaineiden ominaisuuksia 11

12 Kattilatyypin soveltuvuus erilaisille polttoaineille Polttotapa Pienin teho MW Normaali teho MW Säädettä vyys Soveltuvuus polttoaineille Hake J turve P turve Kivihiili Mekaaninen arina < Tyydyttävä Tyydyttä vä Ei sovellu Kerrosleiju Kiertoleiju >2 > Tyyd. murskattu na Tyydyt tävä Seospolttona tyyd. Kaasutus > 0, Ei sovellu Tyydyt tävä 12

13 Kivihiili / Turve vertailu 1(2) Antrasiitti on geologiselta iältään vanhin ja pisimmälle kehittynyt kivihiililaatu, jonka haihtuvien aineiden pitoisuus on alhainen (alle 10 %). Antrasiitin tehollinen lämpöarvo on suurin n. 33 MJ/kg. Höyryhiili eli voimalaitoshiili on hiili, jota käytetään voimalaitoksilla lämmön ja sähkön tuottamiseen. Kivihiili Kivihiilellä tarkoitetaan kiinteää orgaanista fossiilista polttoainetta, jonka lämpöarvo on yli 24 MJ/kg tuhkattomassa aineessa. Kivihiililaadut luokitellaan pääasiassa haihtuvien aineiden määrän ja lämpöarvon perusteella. Koksi Kivihiilestä kuivatislaamalla valmistettu polttoaine, jota käytetään pääasiassa rauta- ja metalliteollisuudessa. Koksia voidaan valmistaa myös turpeesta. Ligniitti on ruskohiiltä, jossa on vielä näkyvissä puun rakenne. Sanaa käytetään myös kaikkien ruskohiililajien yleisnimityksenä. Ruskohiili on vähemmän hiiltynyt ja sisältää vähemmän hiiliainesta 13

14 Kivihiili / turve vertailu 2(2) Turve on suokasvien hitaan maatumisen seurauksena syntynyttä epätäydellisesti hajonnutta eloperäistä maalajia, joka on varastoitunut kasvupaikalleen erittäin märissä olosuhteissa. Hapen puutteen vuoksi ja runsaan veden takia kasvin jäänteet eivät hajoa kunnolla. Jyrsinturve on polttoturvetta joka on tuotettu jyrsimällä turvetta suon pinnasta ja kuivaamalla se tuotantokentällä auringossa kuivalla säällä. Turve sisältää aina vaihtelevan määrän maatuneita karkeita kasvinosia sekä epäpuhtauksia. 14

15 Bioenergiakattiloiden ominaisuuksia Arinakattiloiden etuja Yksinkertainen konstruktio Soveltuu yhteispolttoon erilaisten biomassojen kanssa Halvemmat investoinnit sekä käyttö- ja huoltokulut Palamattoman polttoaineen määrä laskee hyötysuhdetta Vanhoissa kattiloissa metsähakkeen osuus kattiloiden likaantumisen takia jopa alle 30 % polttoaineesta Leijukerroskattilan etuja Sietää hyvin polttoaineen vaihtelevaa palakokoa ja kosteutta Polttoaineeksi soveltuu hyvin eri biomassojen yhdistelmät Matala palamislämpötila, jonka vuoksi pienet NOx-päästöt Arinakattilaa korkeampi hyötysuhde Jos polttoaineena myös hiiltä, kiertoleijukattila soveltuva kiertokaasulla Uusissa kattiloissa metsähakkeen osuus voi olla jopa 100 % 15

16 Tulistimet Polttoaineen syöttö Konvektio-osa EKONOMAIS ERI ja LUVO -patterit omassa Savukaasuvedossa Kuva Foster Wheeler 16

17 Kuva Foster Wheeler 17

18 Foster wheeler 18

19 Kiertoleijupetitekniikka Toppila 2 Teknisiä tietoja Polttolämpötila o C Säätöalue 40 % % Tehoalue MW Käytettävyys tavallisesti yli 98 % Ominaispiirteet 1.Petimateriaalilla suuri lämpökapasiteetti 2.Tehokas polttoaineen ja ilman sekoittuminen 3.Soveltuu myös kosteille ja suuren tuhkapitoisuuden polttoaineille 4. palamishyötysuhde 5.Pienet päästöt 6.Rikinsidonta helppoa kalkkikivisyötöllä tulipesään 7.Vähäinen huollontarve 19

20 Kivihiilen polton ominaisuuksia 1(2) Haihtuvien aineiden määrä on tärkein kriteeri valittaessa kivihiiltä polttoon. Myös muut ominaisuudet kuten kosteus, tuhkapitoisuus sekä hiukkaskoko ja siihen vaikuttavat ominaisuudet vaikuttavat syttymiseen ja palamiseen. Haihtuvien aineiden määrän lisääntyminen helpottaa syttymistä ja stabiloi liekkiä. Yleensä lämpöarvon noustessa hiilen hiiltymisaste kasvaa ja haihtuvien aineiden määrä pienenee. Tuhkapitoisuuden kasvu hidastaa syttymistä. Hidastava vaikutus on havaittavissa vasta tuhkapitoisuuden ollessa yli 10 %. Kivihiilen Hardgrove-indeksi vaihtelee kivihiilen kovuuden mukaan 40:n ja 100:n välillä. Mitä suurempi indeksi on sitä pehmeämpää hiili on ja sitä helpommin se jauhautuu myllyissä. Haihtuvien aineiden määrän pienetessä ja hiilipitoisuuden kasvaessa hiili palaa korkeammissa lämpötiloissa ja palaminen hidastuu. Samalla syttyminen vaikeutuu ja palamattomat aineet tuhkassa lisääntyvät. 20

21 Kivihiilen polton ominaisuuksia 2(2) Kivihiilen korkeampi rikkipitoisuus vaatii SO 2 poistoa, jos kivihiilen osuus ylittää ~30 %. Kalkki-injektio SO 2 reduktioon toimiva tietyissä olosuhteissa vähentäen samalla agglomeroitumista > CaSiO 3 Pedin lämpötila nousee liian korkeaksi, jos kivihiilen osuus kasvaa yli 25 % ilman pedin jäähdytystä kiertokaasulla. Kivihiilen palakoolla ei suurta merkitystä, mutta pieni ja tasainen palakoko helpottaa palamisen ajoitusta Päästökaupassa todennus aiheuttaa lisätyötä, koska kivihiiltä ei yleensä punnita kuormittain varastoaumasta. Hihnavaaka käytössä epätarkka. Seospoltossa massan epätarkkuus voi olla ongelma. Ympäristöluvan muutos vie oman aikansa 21

22 Oy Alholmens Kraft Ab City Pietarsaari, Finland The Biggest Bioenergy Plant in the World Steam Fuels 550 MW th 194/179 kg/s 165/40 bar 545/545 C Wood fuels, Peat, Coal Annual Use of Biofuels: 3,5 TWh Production: 560 GWh Heat and GWh Electricity 22

23 Jyväskylä Rauhalahti CITY CHP-plant (Combined Heat and Power) District heat: Electricity: Power steam: 150 MW 87 MW 67 MW Fuels: wood chips, sawdust, bark, roots, peat, REF, coal 300 MW ENVIRONMENTALLY FRIENDLY ENERGY 23