VOIMALAITOSTEKNIIKKA 2016 MAMK YAMK Tuomo Pimiä
Pääsäätöpiirit Luonnonkierto- ja pakkokiertokattilan säädöt eivät juurikaan poikkea toistaan prosessin samankaltaisuuden vuoksi. Pääsäätöpiireihin kuuluvaksi voidaan laskea: tuorehöyryn paineen säätö (säädetään polttoainevirtaa paineen mukaan) tuorehöyryn lämpötilan säätö (vesiruiskutus, tulistimien ohitus, hiekkatulistimissa petimateriaalin kiertonopeuden muuttaminen) syöttöveden säätö (1-pistesäätö täytössä ja 3-pistesäätö normaali ajossa) palamisilman säätö tulipesän paineen säätö (savukaasupuhallin) Tuorehöyryn paineensäätö ja tulistetun lämpötilan säätö varmistavat että kattilasta tuleva höyry on oikeassa lämpötilassa.
Taulukko PI-kaavion kirjain merkinnät Merkitys 1. kirjaimena Kirjain (SUURE) Merkitys seuraavana kirjaimena (LAITE) Alarm = HÄLYTYS Control = SÄÄTÖ A C D Density= TIHEYS Difference= ERO SÄHKÖSUUREET E esim. teho, jännite Element = ANTURITOIMINTA F Flow = VIRTAUS SUHDE esim. suhdesäätö G PITUUS TAI ASEMA H Hand = KÄSIOHJAUS I Indicator = OSOITUS L Level = PINNANKORKEUS Modulator =VIESTIN MUUNTO M Moisture = KOSTEUS esim. U/I tai P/I N VAPAAVALINTAINEN O VAPAAVALINTAINEN P Pressure = PAINE TESTAUS, NÄYTTEEN OTTO Quality = LAATU esim.1: sakeus ilmaistaan kirjaimella Q ja ympyrän ulkopuolelle (kuten alarajahälytyksen L) merkitään LASKURI ELI SUMMAIN Q kirjaimet Cs (= consistency) esim. öljylaskuri esim.2: ph ilmaistaan kirjaimella Q ja ympyrän ulkopuolelle (kuten alarajahälytyksen L) merkitään kirjaimet ph R Radioactivity = RADIOAKTIIVINEN SÄTEILY Recorder = TALLENNUS esim. piirturi S Speed = NOPEUS TAI TAAJUUS Switch = KYTKENTÄTOIMINTA T Temperture = LÄMPÖTILA Transmitter = LÄHETIN V Viscosity = VISKOSITEETTI Valve = VENTTIILI W Weight = PAINO, VOIMA HÄTÄ- TAI TURVATOIMINTA Z esim. pysäyttää pumpun (lukitus)
Kuva lieriökattilan säätöpiireistä.
Pääsäätöpiirit Läpivirtaus kattilat ja eroavat syöttöveden säädön osalta lieriö ja pakkokiertokattiloista (Sulzer ja Benson). Koska kummassakaan kattilassa ei ole lieriötä ja sen tasaavaa vaikutusta syöttöveden, ruiskutuksen ja höyryn määriin on syöttöveden annostelu paljon tarkempaa. Syöttövettä voidaan esimerkiksi säätää, ruiskutusveden tarpeen mukaan. Näissä kattilatyypeissä ruiskutettu vesimäärä lisää samalla määrällä tuorehöyryn määrää. Tämä aiheuttaa ongelmia syöttöveden määrän hallintaa jota on pienennettävä sama määrä kuin vettä ruiskutetaan tulistimissa jotta turbiinin tuottama sähköteho pysyisi vakiona.
Höyrynpaineen säätö Höyrynpaineen säätö voidaan jakaa kahteen pääryhmään: liukuvanpaineensäätö kiinteänpaineen säätö Liukuvanpaineen säädössä ei kattilan tuottamaa painetta säädetä vaan se muuttuu portaattomasti kuorman mukaan. Kiinteänpaineen säädössä sitä ohjataan joko polttoaineen syöttöä muuttamalla tai ohjaamalla turbiinin etupainesäätöä.
Kuva etupaineen säätö
Kuva puhtaan liukuvan paineen säätöpiiristä
Ohjattu liukuvan paineen säätö Ohjatussa liukuvanpaineen säädössä turbiinin tehonsäätöventtiiliä pidetään esim. 10% kuristettuna, jolloin kattilan kapasiteetti on hiukan suurempi kuin turbiiniin kuluttama höyrymäärä. Näin saadaan nopea säätötapahtuma aikaiseksi höyryturbiinille jos tehoa on tarve nostaa. Säätöventtiili ja kattilan polttoaine syöttö on kytketty toisiinsa joten tehonmuutoksen jälkeen polttoaineen syöttö kompensoi tehon muutoksesta aiheutuneen turbiinin tehonsäätöventtiilin asennon muutoksen. Eli kattilan tehoa nostetaan niin paljon, että tehonsäätö venttiili voi palautua lakuperäiseen kuristusasentoonsa.
Ohjattu liukuvan paineen säätö
Kuva tehon askelvaste erisäätötavoilla
Palamisilman säätö Palamisilmamäärää pidetään optimaalisena koska liianpieni määrä johtaa epätäydelliseen palamiseen ja liiansuuri lisää savukaasuhäviötä. Palamisilmamäärää säädetään polttoaineen syötön mukaan. Aina teoreettisesti laskettu ilma määrä ei ole oikea joten palamisilman määrää korjataan sekundääri-ilman määrällä. Korjauksen tarve tiedetään savukaasun jäännöshapesta. Jäännöshappi on yleensä n. 3,5% (2-4%) luokkaa kiinteillä polttoaineilla. Kaasuilla ja öljyllä se voi olla 1-2%.
Pölypolton palamisilman säätö Pölypoltossa polttoaine viedään kantoilman mukana kattilaan. Kantoilmana käytetään samaa primääri-ilmaan jonka tarve riippuu myllyn kuormasta ja minimi-ilmamäärästä. Primääri-ilman nopeuden tulee olla tarpeeksi suuri jotta tulirintama etenee oikeaan suuntaan.
Kuva pölypolton palamisilman säätö
Kuva myllyilman riippuvuus, tuotetusta hiilimäärästä
Kuva polttoaineen säätö hiiltä ja öljyä polttavassa kattilassa
Tulipesänpaineensäätö Tulipesän paineensäätö on tarpeen jotta kuormanmuutosten aiheuttama ilmamäärä tulisi huomioitua. Tulipesä ei voi olla paljonkaan ylipaineinen tai alipaineinen jotta se ei rikkoontuisi esim. -45-45mbar. Ylipaine kattilat ovat asiaerikseen, niissä paine voi olla jopa 10bar.
Tulipesänpaineensäätö
Syöttöveden säätö Syöttöveden säädöllä varmistetaan että kattilassa on oikea määrä vettä. Normaalisti lieriönpintana pidetään 0mm joka tarkoittaa, että vedenpinta on n. 1/3 lieriön yläreunasta.
Kuva Sulzer kattilan syöttöveden säätö
Kuva Bensokattilan syöttöveden säätö
Bensonkattilan syöttöveden säätö käynnistysvaiheessa
Tuorehöyryn lämpötilan ohitussäätö höyryllä (ohitussäätö)
Kuva höyryn lämpötilan säätö ruiskutusvedellä
Kuva Dolezal lämpötilan säätö
Kuva jaettu takavedon säätötapa välitulistuksessa
Kuva välitulistushöyryn lämpötilan säätö lämmönsiirtimillä
TURBIINITEKNIIKKA 2016 Höyryturbiinien käyttötavat
Turbiinin lauhdekäyttö ja sähköntuotannon säädöt Lauhdekäytössä sähkötehonsäätöön on monta tapaa: - Etupaineen säätö - Liukuvanpaineen säätö - Sähkötehon säätö tulosäätöventtiilillä - Lauhduttimenpaineen säätö Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikön nimi 29
Liukuvanpaineen säätö Tässä säätötavassa ei säädetä varsinaisesti turbiinia vaan höyryntuotonmäärää. Turbiinin tehonsäätöventtiili on yleensä 100% auki ja generaattorin tuottaman sähkötehon mukaan säädetään kattilan polttoaineen syöttöä. Eli sähkötehonsäätimelle annetaan se arvo jota kuloinkin sähköä tarvitaan ja kattilankuorma muuttuu sen mukaiseksi. Koska turbiinin aiheuttama vastapaine pysyy tehon muuttuessa vakiona kattilan tuottama höyrynpaine liukuu tarpeen mukaan. Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikön nimi 30
Ohjattu liukuvanpaineen säätö Tässä säätötavassa turbiinin säätöventtiilillä kuristetaan hiukan höyrynvirtausta. Kuristuksesta johtuen kattila tuottaa hiukan ylimääräistä kapasiteettia. Tällöin voidaan vastata nopeammin pieniin sähkötehon muutoksiin, muuttamalla tehonsäätöventtiilin asentoa samalla kuin muutetaan kattilan höyryn tuottoa. Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikön nimi 31
Etupaineen säätö Tässä säätötavassa ei säädetä varsinaisesti turbiinia vaan painetta joka vallitsee turbiinin säätöventtiilin etupuolella. Turbiinin etupaine kattilan KP-höyn paine asetetaan halutuksi. Turbiini tuottaa tehoa sen mukaan mitä sille jää höyryä. Eli sähkötehoa ei säädetä ollenkaan. Yleinen ratkaisu prosessiteollisuudessa. Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikön nimi 32
Sähkötehon säätö tai kattilanpaineen säätö Tässä säätötavassa kattilan paine säädetään kattilan pääsäätimellä halutuksi. Esim 169bar Turbiinin tehoa säädetään tehonsäätöventtiilillä. Kattilan kuorma muuttuu turbiinin ottaman tehon mukaan. Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikön nimi 33
Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikön nimi 34
Prosessihöyryä tuottavan laitoksen kytkentä Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikön nimi 35
Kaukolämpöä tuottavan laitoksen säädöt Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikön nimi 36
Höyryturbiinin esivalmistelut Esivalmistelut (kylmäkäynnistys): - Vesitysventtiilit avataan - Tuorehöyry-, pikasulku- ja säätöventtiilit suljetaan - Voiteluöljyjärjestelmä tarkastetaan - Päävoitelupumppu käynnistetään - Varavoiteluainepumppu asetetaan käynnistymään - Pyörityslaite käynnistetään - Akselin voitelu ja pyöriminen tarkistetaan - Generaattorin eritysvastus mitataan Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikkö, osasto, tms. 37
Höyryturbiinin käynnistyslukitukset esim. Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikkö, osasto, tms. 38
Höyryturbiinin suojaus esim. Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikkö, osasto, tms. 39
Höyryturbiinin lämmitys esim. I - Laukaisut kuitataan - Käynnistyssäätöventtiili suljetaan - Turbiinisäätö kuitataan - Pikasulkulaitteisto viritetään - Käynnistyssäätöventtiili avataan rajoittajaan asti - Kaikki turbiinin vesitykset avataan - Lämmitys laitetaan päälle (avataan säätöventtiilit, suljetaan pikasulut) Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikkö, osasto, tms. 40
Höyryturbiinin lämmitys esim. II - Tarkistetaan että pyörityslaite jää päälle - Vuotohöyrytuuletin ja lauhdepumppu käynnistetään - Vastapainehöyryventtiilit avataan ja lämmitys esim. 120 min - Seurataan turbiinin venymiä - Vastapainehöyryventtiilit suljetaan (120 min) - Käynnistyssäätöventtiilit suljetaan Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikkö, osasto, tms. 41
Höyryturbiinin ylösajo esim. 1 Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikkö, osasto, tms. 42
Höyryturbiinin ylösajo esim. 2 Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikkö, osasto, tms. 43
Käytönaikainen valvonta I Normaalit päiväkirjaan merkittävät tiedot: - Turbiiniin sisään tulevien höyryjen paine ja lämpötila - Turbiinista lähtevien höyryjen paine ja lämpötila - Lauhduttimen paine ja lämpötila - Laakereiden lämpötilat - Generaattorin käämityksen lämpötilat - Akselin värähtelytaso - Hydrauliikka öljyn paine - Voiteluöljyn lämpötila Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikkö, osasto, tms. 44
Käytönaikainen valvonta II Kerättävät erikoistapaukset: - Ylikuumentuminen - Vesi-iskut - Epänormaali melu - Lieriön ylitäyttyminen Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikkö, osasto, tms. 45
Turbiinin alasajo Generaattorin irrotus verkosta: - Tehoa lasketaan pohjakuormalle esim. 4MWe - Teho lasketaan minimiteholle esim. 0,5 MWe - Loisteho säädetään esim. 0,5 Mvar - Generaattorin katkaisija avataan - Tarkistetaan että generaattorin ja magnetoijan jännite on 0 volttia - Magnetoijan kytkin avataan Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikkö, osasto, tms. 46
Turbiinin alasajo Turbiinin pysäyttämisen jälkeen: - Akseli täytyy laitaa pyörimään välittömästi pyörityslaiteella - Akselia pyöritetään vähintään valmistajan antama minimiaika (esim. 1-2 vuorokautta) Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikkö, osasto, tms. 47
Turbiinin alasajo I - Tarkistetaan, että apuöljypumput ovat automaatilla - Korkeapaine-esilämmittimet kytketään pois käytöstä - Generaattorin teho lasketaan minimiin - Generaattori irrotetaan verkosta - Turbiini pysäytetään pikasululla - Kierrosluvun laskua tarkkaillaan - Apuöljyn käynnistyminen tarkistetaan - Odotetaan akselin pysähtymistä Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikkö, osasto, tms. 48
Turbiinin alasajo II - Akselin pysähdyttyä, pyörityslaite kytketään - Turbiinia pyöritetään kunnes pesän lämpötila on alle 100 astetta - Pyörityslaite pysäytetään - Voiteluöljypumput pysäytetään 1-2 tuntia akselin jälkeen - Voiteluöljyn jäähdytys kytketään pois Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikkö, osasto, tms. 49
Turbiinin alasajo takatehosuojan avulla esim. - Generaattori ajetaan tarkoituksella takateholle - Generaattori ja magnetointi katkaisijat avautuvat - Turbiini menee pikasulkuun - Generaattorin releet aukeavat ja ne on kuitattava ennen uutta käynnistystä Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikkö, osasto, tms. 50
Höyryturbiinin alasajo käyrä esim. Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikkö, osasto, tms. 51
Lähteitä Huhtinen, Korhonen, Pimiä, Urpalainen Voimalaitostekniikka 2008 www.fosterwheeler.com Kymenlaakson 5.2.2016 ammattikorkeakoulu / www.kyamk.fi KyAMK Yksikön nimi 52