Kerrosleijukattilaan integroidun nopean pyrolyysiprosessin dynaaminen mallintaminen
Karjalainen, Tuukka Tapani (2016)
Karjalainen, Tuukka Tapani
2016
Automaatiotekniikan koulutusohjelma
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2016-01-13
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201512181842
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201512181842
Tiivistelmä
Diplomityössä kehitettiin Fortum Oy:n Joensuun CHP-voimalaitoksen kerrosleijukattilasta ja kattilaan integroidusta pyrolysaattorista dynaaminen malli. Mallin avulla tutkitaan yhdistettyjen kattila- ja pyrolysaattoriprosessien maksimitehosuhdetta. Maksimitehosuhteella tarkoitetaan kattilan ja pyrolysaattorin polttoaine- ja raaka-ainetehojen välistä maksimisuhdetta. Maksimitehosuhde määritettiin tilanteesta, jossa kattilan säädöt eivät pysty kompensoimaan liian suurta häiriötä aiheuttaen kattilan alasajon.
Kerrosleijukattilan simulointimalli rakennettiin mallilohkoista, jotka on laadittu aiemmissa diplomitöissä ja projekteissa. Pyrolysaattorimalli on myös kehitetty aiemmassa diplomityössä. Mallit yhdistettiin lisäämällä kerrosleijukattilamalliin tilayhtälöitä pyrolysaattorista kattilan puolelle ohjattaville pyrokoksille ja lauhtumattomille pyrolyysikaasuille. Simulointimalli on laadittu Matlabin Simulink-lisäosalla. Mallin toiminta perustuu fysikaalisia ja kemiallisia ilmiötä kuvaaviin malleihin sekä kokeellisiin korrelaatioihin. Tämän ja mallilohkorakenteen ansioista uusien mallien rakentaminen voidaan toteuttaa helposti ja pienillä muutoksilla.
Mallin validointiin käytettiin sekä prosessimittauksien että kattilan tulipesämittauksien dataa. Tulipesämittaukset suoritettiin kahdesta eri tilanteesta: bioöljytuotannon ollessa käynnissä sekä suljettuna. Mallia validoitiin kummassakin ajotilanteessa. Validoidulla mallilla suoritettiin maksimitehosuhdesimulointeja erilaisilla höyrykuormilla. Simulointikokeilla selvitettiin pyrolysaattorin pikasulkutilanteen aiheuttamia häiriötä kattilan käyttäytymiseen sekä säätöpiirien toimintaa häiriöiden ilmetessä.
Kerrosleijukattilan simulointimalli rakennettiin mallilohkoista, jotka on laadittu aiemmissa diplomitöissä ja projekteissa. Pyrolysaattorimalli on myös kehitetty aiemmassa diplomityössä. Mallit yhdistettiin lisäämällä kerrosleijukattilamalliin tilayhtälöitä pyrolysaattorista kattilan puolelle ohjattaville pyrokoksille ja lauhtumattomille pyrolyysikaasuille. Simulointimalli on laadittu Matlabin Simulink-lisäosalla. Mallin toiminta perustuu fysikaalisia ja kemiallisia ilmiötä kuvaaviin malleihin sekä kokeellisiin korrelaatioihin. Tämän ja mallilohkorakenteen ansioista uusien mallien rakentaminen voidaan toteuttaa helposti ja pienillä muutoksilla.
Mallin validointiin käytettiin sekä prosessimittauksien että kattilan tulipesämittauksien dataa. Tulipesämittaukset suoritettiin kahdesta eri tilanteesta: bioöljytuotannon ollessa käynnissä sekä suljettuna. Mallia validoitiin kummassakin ajotilanteessa. Validoidulla mallilla suoritettiin maksimitehosuhdesimulointeja erilaisilla höyrykuormilla. Simulointikokeilla selvitettiin pyrolysaattorin pikasulkutilanteen aiheuttamia häiriötä kattilan käyttäytymiseen sekä säätöpiirien toimintaa häiriöiden ilmetessä.