Biomassakattilan simulointi
Lamberg, Kari (2015)
Diplomityö
2015
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2015111217150
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2015111217150
Tiivistelmä
Tässä diplomityössä mallinnetaan Apros-simulointiohjelmistolla kylläistä höyryä tuottava KPA Uniconin toimittama Biograte-kattilalaitos. Työ on rajattu käsittelemään vesihöyrypiiri syöttövesisäiliöstä prosessiin lähtevään höyryyn saakka. Savukaasupuoli on mallinnettu polttoaineen ja palamisilman syötöstä savupiippuun asti, mutta savukaasujen puhdistus on jätetty pois simulaatiomallista.
Työssä kerrotaan yleisesti biopolttoaineista, kattilalaitoksista ja tulipesäratkaisuista. Simuloitava kattilalaitos ja sen säätöjärjestelmä käydään läpi yksityiskohtaisemmin. Simuloinnista ja sen mahdollisuuksista kerrotaan yleisesti, jonka jälkeen esitellään tehty simulaatiomalli. Simulointituloksia verrataan kattilan mitoitusarvoihin ja tärkeimpien prosessisuureiden muutoksia tutkitaan kuormanmuutostilanteissa. Lopuksi tuloksista tehdään yhteenveto ja esitellään jatkotoimenpidesuunnitelmat.
Simuloitu kattilalaitos tuottaa kylläistä höyryä halutun määrän oikeassa paineessa ja lämpötilassa. Kattilan prosessisuureet vastaavat melko hyvin mitoitusarvoja ja simulaatiomalli toimii vakaasti myös kuormanmuutostilanteissa. Suurimmat kompromissit ja yksinkertaistukset on tehty tulipesän ja polttoaineensyötön mallinnuksessa. Näitä osa-alueita kehittämällä simulaation tarkkuutta olisi mahdollista parantaa entisestään. Jatkossa simulointimallia on tarkoitus kehittää laajentamalla se kattamaan myös laitoksen sekundääripuoli kokonaisuudessaan. Tulosten perusteella simulaatiota voidaan pitää onnistuneena mallina Biograte-kattilalaitoksesta. A saturated steam generating Biograte boiler plant supplied by KPA Unicon is simulated in this thesis. The simulation model is created with Apros simulation software.
The simulation includes the water-steam circuit starting from the feed water tank and ending with process steam pipe. The flue gas part is modelled from the fuel feeding system and combustion air channels to the flue gas stack. Flue gas cleaning system is left out of the simulation model.
In this thesis biofuels, boiler plants and furnaces are described in general. The simulated boiler plant and control system are explored with more detail. An overview is given of simulation and its possibilities, after which the completed simulation model is introduced. Simulation results are compared with the boiler’s design values and changes in the main process variables are researched in load changing situations. Finally, the results are summarized and development possibilities are planned.
The simulated boiler plan generates a desired amount of saturated steam of the right pressure and temperature. The boiler’s process variables correspond quite well to the design values and the simulation model operates steadily also in load changing situations. The biggest compromises and simplifications have been done in the modelling of the furnace and the fuel feeding system. By developing these areas, the accuracy of the simulation could be improved even more. The plan is to develop the simulation model by extending its scope to include also the complete secondary circuit. Based on the results, the simulation is a successful model of a Biograte boiler plant.
Työssä kerrotaan yleisesti biopolttoaineista, kattilalaitoksista ja tulipesäratkaisuista. Simuloitava kattilalaitos ja sen säätöjärjestelmä käydään läpi yksityiskohtaisemmin. Simuloinnista ja sen mahdollisuuksista kerrotaan yleisesti, jonka jälkeen esitellään tehty simulaatiomalli. Simulointituloksia verrataan kattilan mitoitusarvoihin ja tärkeimpien prosessisuureiden muutoksia tutkitaan kuormanmuutostilanteissa. Lopuksi tuloksista tehdään yhteenveto ja esitellään jatkotoimenpidesuunnitelmat.
Simuloitu kattilalaitos tuottaa kylläistä höyryä halutun määrän oikeassa paineessa ja lämpötilassa. Kattilan prosessisuureet vastaavat melko hyvin mitoitusarvoja ja simulaatiomalli toimii vakaasti myös kuormanmuutostilanteissa. Suurimmat kompromissit ja yksinkertaistukset on tehty tulipesän ja polttoaineensyötön mallinnuksessa. Näitä osa-alueita kehittämällä simulaation tarkkuutta olisi mahdollista parantaa entisestään. Jatkossa simulointimallia on tarkoitus kehittää laajentamalla se kattamaan myös laitoksen sekundääripuoli kokonaisuudessaan. Tulosten perusteella simulaatiota voidaan pitää onnistuneena mallina Biograte-kattilalaitoksesta.
The simulation includes the water-steam circuit starting from the feed water tank and ending with process steam pipe. The flue gas part is modelled from the fuel feeding system and combustion air channels to the flue gas stack. Flue gas cleaning system is left out of the simulation model.
In this thesis biofuels, boiler plants and furnaces are described in general. The simulated boiler plant and control system are explored with more detail. An overview is given of simulation and its possibilities, after which the completed simulation model is introduced. Simulation results are compared with the boiler’s design values and changes in the main process variables are researched in load changing situations. Finally, the results are summarized and development possibilities are planned.
The simulated boiler plan generates a desired amount of saturated steam of the right pressure and temperature. The boiler’s process variables correspond quite well to the design values and the simulation model operates steadily also in load changing situations. The biggest compromises and simplifications have been done in the modelling of the furnace and the fuel feeding system. By developing these areas, the accuracy of the simulation could be improved even more. The plan is to develop the simulation model by extending its scope to include also the complete secondary circuit. Based on the results, the simulation is a successful model of a Biograte boiler plant.