Determination of the grate boiler efficiency in waste-to-energy incineration

摘要

Työn tavoitteena oli arinakattilan hyötysuhteen ja siihen vaikuttavien osatekijöiden määrittäminen jätteen energiahyödyntämisessä. Työn teoreettisessa osuudessa keskitytään arinatekniikkaan ja sen ominaispiirteisiin, kun polttoaineena käytetään jätepohjaista polttoainetta. Työ sisältää tutkimuskohteena olevan Ekokem Oyj:n Voimala 2:n arinakattilan sisään ja ulos kulkevien energiavirtojen määrittämisen. Muodostetun kattilan energiataseen avulla luotiin kattilan hyötysuhteen laskentaohjelma. Kattilan hyötysuhteen laskentamenetelmäksi valittiin epäsuora laskentamenetelmä pääasiassa polttoaineen tarkan massavirran määrityksen vaikeuden vuoksi. Lisäksi valittu laskentatapa antaa tarkempaa tietoa prosessin energiavirroista kuin suora laskentamenetelmä.Laskentaohjelman avulla pyrittiin selvittämään eri prosessiparametrien vaikutuksia kattilan hyötysuhteeseen sekä polttoaineen läpimenoaikaan. Ohjelman syöttötiedoissa ainoastaan yhtä prosessiparametria muutettiin kerrallaan muiden pysyessä vakioina. Tällä tavoin oli tarkoituksena saada selville yksittäisten muutosten vaikutukset prosessiin. Laskentaohjelman tuloksien paikkaansa pitävyyttä testattiin Voimala 2:lla suoritettujen koeajojen tulosten avulla. Koeajojen tulokset muutettiin vertailukelpoisiksi laskentaohjelmasta saatujen tulosten kanssa kompensoimalla tärkeimmät prosessiparametrit, kuten höyryn virtaus, yhteneviksi laskentaohjelman vastaavien prosessiparametrien kanssa jätteen massavirran avulla.Tulokseksi saatiin, että savukaasujen happipitoisuuden asetusarvon nostaminen vaikuttaa kattilan hyötysuhteeseen negatiivisesti ja primääri-ilman lämpötilan lisääminen positiivisesti, mutta molemmat muutokset kasvattavat jätteen massavirtaa. Sen sijaan syöttöveden lämpötilan nosto vähentää jätteen massavirtaa ja laskee kattilan hyötysuhdetta. Ainoastaan teoriassa testatut jätteen lämpöarvon vaihtelun muutokset jätteen massavirtaan olivat merkittäviä. Lämpöarvon kasvun myötä jätteen massavirta laski, kun taas kattilan hyötysuhde parani. Tutkimuksissa löydettiin myös potentiaalia matalan lämpöarvon omaavan jätteen polttokäsittelyn lisäämiselle.