CFB-kattilan polttoaineen muutos hiilestä kaasuksi

Abstract

Voimalaitokset pyrkivät siirtymään hiilen käytöstä muiden polttoaineiden käyttöön. Tällöin nykyisen voimalaitoskattilan muuttaminen kaasukäyttöiseksi on yksi esille tuleva vaihtoehto, koska esimerkiksi maakaasun kasvihuonekaasupäästöt ovat hiiltä pienemmät. Työssä tutkitaan hiilikäyttöisen kiertopetikattilan (CFB-kattila) polttoaineen muuttamista hiilestä kaasuksi. Työssä selvitetään kaasumaisen ja kiinteän polttoaineen palamisen eroja, kaasumaisen polttoaineen vaikutuksia pedin kiertoon ja kaasupolttimien sopivuutta CFB-kattilan kuormapolttimiksi. Näiden seikkojen pohjalta tutkitaan kaasumaisen polttoaineen soveltuvuutta kyseiseen kattilaan. Tutkimus suoritetaan kirjallisuusselvityksenä ja alan asiantuntijoiden näkemyksiä kysymällä.

Kaasumaisen ja kiinteän polttoaineen palamisen suurimpana erona on kaasun palamismekanismin yksinkertaisuus kiinteään polttoaineeseen verrattuna. Lisäksi kaasua käytettäessä kattilan eri osien lämmönsiirto muuttuu. Kaasua käytettäessä konvektio-osan lämmönsiirto kasvaa ja lämmönsiirto tulipesän seinissä pienenee hiilen käyttöön verrattuna. Tällöin myös savukaasujen poistumislämpötila tulipesästä on korkeampi kaasua käytettäessä kuin hiiltä käytettäessä.

Kaasua käytettäessä kattilan peti koostuu pelkästä keinotekoisesta make-up-materiaalista, esimerkiksi hiekasta, koska kaasun palaminen ei tuota tuhkaa. Tämä on suurin polttoaineen muutoksesta aiheutuva vaikutus pedin kiertoon, sillä lämpötilan vaikutukset pedin kiertoon kumoavat toisiaan. Peti tasoittaa tulipesän lämpötiloja, eli kaasun käytöstä johtuvat korkeammat lämpötilat ovat maltillisempia kuin tilanteessa, jossa petiä ei ole.

Kaasupolttimien käyttö CFB-kattilan kuormapolttimina on mahdollista. Niiden käytössä on kuitenkin huomioitava esimerkiksi petimateriaalin mahdollinen kertyminen polttimiin ja petimateriaalin hankaava vaikutus. Kuormapolttimiksi soveltuvia polttimia on saatavilla kaikilta kolmelta poltintoimittajalta, joihin otettiin yhteyttä.

Johtopäätöksenä voidaan todeta, että CFB-kattilan polttoaine voidaan muuttaa kaasuksi. Tämä voisi olla järkevä ratkaisu, kun tarkoituksena on muuttaa olemassa oleva kattila ympäristöystävällisemmäksi. Kaasukäyttöisen CFB-kattilan kokeelliselle ja laskennalliselle tutkimukselle voisi kuitenkin olla tarvetta.