Utilization of an online quality measurement system in a biomass power plant
Jäävalli, Jesse (2019)
Diplomityö
Jäävalli, Jesse
2019
School of Engineering Science, Tuotantotalous
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201903128627
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201903128627
Tiivistelmä
Biomass power plants take samples from solid biofuel loads to determine delivered biofuel’s average quality. When moisture is known, a biomass power plant can estimate total energy of solid biofuel and use energy-based payment. Manual sampling is the most common way to take samples from loads. It is slow, requires labour and accuracy of results is suspicious because of biofuel’s heterogeneity and sampling mistakes. Because of limits of manual sampling other solution have been studied and commercialised. Online measurement measures all biofuel of delivered load and provides information of biofuel’s moisture immediately. An X-ray based online measurement system can also recognise impurities, like stones and metals.
Potential benefits of an online measurement for biomass power plants are inspected in this research work. Comparison is mostly done to manual sampling. The research work is made for Inray Oy. The company provides X-ray based online measurement systems and supporting service. The study is made using literature review and semi-structured interview. It includes nine interviewees including two representing biomass supply chain, five representing biomass power plants and two representing biomass combustion suppliers. The focus of study is on solid biofuels from forests.
The research ultimately inspects six different benefits of online measurement. These are feedback for a supply chain, increased accuracy of moisture determining, increased safety, less failures, ash handling saves and no need for sampling labour. An online measurement system can be used to develop supply chain of biomass by providing information to downstream suppliers. However, upstream suppliers have more potential to affect moisture of solid biofuel. More accurate way to determine biofuel’s moisture would provide significant amount of saves at least if the power plant is combusting Finnish logging residue. Using an online measurement system would decrease risks of dust exposure physical accidents for drivers of solid biofuel load. An X-ray measurement system recognise impurities like stones and metals. If this information can be exploit, it would decrease amount of failures in the biomass power plant. It would also reduce occurrent of bottom ash from biofuel’s combustion. Number of needed increments per solid biofuel load, for moisture analysing, is reasonable if a plant only needs average moisture of a defined time period. Number of required increments is unreasonable if loadbased information is needed. Biomassavoimalat ottavat niihin toimitetuista kiinteistä biopolttoainelasteista näytteitä selvittääkseen toimitetun biopolttoaineen keskimääräisen laadun. Kun kosteus tiedetään, biomassavoimala voi määrittää kiinteän biopolttoaineen kokonaisenergian ja maksaa biopolttoaineesta energiaperusteisesti. Manuaalinen näytteenotto on yleisin tapa ottaa lasteista näytteitä. Se on hidas, vaatii työvoimaa ja tulosten tarkkuus epäilyttää biopolttoaineen heterogeenisyyden ja näytteenotossa tapahtuvien virheiden takia. Näytteenoton rajoitusten vuoksi muita ratkaisuja on tutkittu ja kaupallistettu. Online mittaus mittaa koko toimitetun lastin biopolttoaineen ja antaa kosteus tulokset välittömästi. Röntgen teknologiaan perustuva online mittaus tunnistaa myös epäpuhtaudet kuten kivet ja metallin.
Tässä työssä tarkastellaan online mittauksen potentiaalisia hyötyjä biomassavoimaloille. Vertaus tehtiin enimmäkseen manuaaliseen näytteenottoon. Tutkimus on tehty Inray Oy:lle. Yritys tarjoaa röntgen tekniikkaan perustuvia online mittausjärjestelmiä ja niiden ylläpitopalvelua. Tutkimus on toteutettu kirjallisen arvion ja puolirakenteellisen haastattelun avulla. Siihen osallistui yhdeksän henkilöä, joista kaksi edustaa biopolttoaineen toimitusketjuja, viisi edustaa voimalaitoksia ja kaksi edustaa biopolttokaluston toimittajia. Työ keskittyy metsästä haettuihin kiinteisiin biopolttoaineisiin.
Tutkimus tarkasteli lopulta kuutta eri online mittauksen käyttöönoton hyötyä. Nämä ovat palautteenanto toimitusketjuun, kosteuden määrittämisen tarkkuuden parantuminen, työturvallisuuden kasvattaminen, laitteiston käyttövarmuuden paraneminen, tuhkan käsittelykustannussäästöt ja näytteenottoon tarvittavan työnteon poisjättäminen. Online mittausjärjestelmää voi käyttää kiinteän biopolttoaineen toimitusketjun kehittämiseen luomalla informaatioita toimitusketjun loppupään toimittajille. Alkupään toimittajilla on kuitenkin suurempi potentiaali vaikuttaa kiinteän biopolttoaineen kosteuteen. Tarkempi kosteuden määrittämismenetelmä toisi merkittävästi säästöjä, ainakin jos voimalaitos polttaisi suomalaista metsähaketta. Online mittausjärjestelmän käyttö vähentäisi kuljettajien riskiä fyysisille onnettomuuksille ja pölylle altistumiselle. Röntgen-mittaus tunnistaa epäpuhtauksia, kuten kivet ja metallit. Jos tämä informaatio voidaan hyödyntää, vähenisi biovoimalan vikojen määrä. Tällöin myös pohjatuhkaa syntyisi vähemmän biopolttoaineen polttamisesta. Tarvittavien lastikohtaisten yksittäisnäytteiden määrä kosteuden analysointia varten on kohtuullinen, jos voimala haluaa vain tiedon keskimääräisestä kosteudesta määritellylle aikavälillä. Tarvittavien näytteiden määrä on kohtuuton, jos kosteus halutaan tietää kuormakohtaisesti.
Potential benefits of an online measurement for biomass power plants are inspected in this research work. Comparison is mostly done to manual sampling. The research work is made for Inray Oy. The company provides X-ray based online measurement systems and supporting service. The study is made using literature review and semi-structured interview. It includes nine interviewees including two representing biomass supply chain, five representing biomass power plants and two representing biomass combustion suppliers. The focus of study is on solid biofuels from forests.
The research ultimately inspects six different benefits of online measurement. These are feedback for a supply chain, increased accuracy of moisture determining, increased safety, less failures, ash handling saves and no need for sampling labour. An online measurement system can be used to develop supply chain of biomass by providing information to downstream suppliers. However, upstream suppliers have more potential to affect moisture of solid biofuel. More accurate way to determine biofuel’s moisture would provide significant amount of saves at least if the power plant is combusting Finnish logging residue. Using an online measurement system would decrease risks of dust exposure physical accidents for drivers of solid biofuel load. An X-ray measurement system recognise impurities like stones and metals. If this information can be exploit, it would decrease amount of failures in the biomass power plant. It would also reduce occurrent of bottom ash from biofuel’s combustion. Number of needed increments per solid biofuel load, for moisture analysing, is reasonable if a plant only needs average moisture of a defined time period. Number of required increments is unreasonable if loadbased information is needed.
Tässä työssä tarkastellaan online mittauksen potentiaalisia hyötyjä biomassavoimaloille. Vertaus tehtiin enimmäkseen manuaaliseen näytteenottoon. Tutkimus on tehty Inray Oy:lle. Yritys tarjoaa röntgen tekniikkaan perustuvia online mittausjärjestelmiä ja niiden ylläpitopalvelua. Tutkimus on toteutettu kirjallisen arvion ja puolirakenteellisen haastattelun avulla. Siihen osallistui yhdeksän henkilöä, joista kaksi edustaa biopolttoaineen toimitusketjuja, viisi edustaa voimalaitoksia ja kaksi edustaa biopolttokaluston toimittajia. Työ keskittyy metsästä haettuihin kiinteisiin biopolttoaineisiin.
Tutkimus tarkasteli lopulta kuutta eri online mittauksen käyttöönoton hyötyä. Nämä ovat palautteenanto toimitusketjuun, kosteuden määrittämisen tarkkuuden parantuminen, työturvallisuuden kasvattaminen, laitteiston käyttövarmuuden paraneminen, tuhkan käsittelykustannussäästöt ja näytteenottoon tarvittavan työnteon poisjättäminen. Online mittausjärjestelmää voi käyttää kiinteän biopolttoaineen toimitusketjun kehittämiseen luomalla informaatioita toimitusketjun loppupään toimittajille. Alkupään toimittajilla on kuitenkin suurempi potentiaali vaikuttaa kiinteän biopolttoaineen kosteuteen. Tarkempi kosteuden määrittämismenetelmä toisi merkittävästi säästöjä, ainakin jos voimalaitos polttaisi suomalaista metsähaketta. Online mittausjärjestelmän käyttö vähentäisi kuljettajien riskiä fyysisille onnettomuuksille ja pölylle altistumiselle. Röntgen-mittaus tunnistaa epäpuhtauksia, kuten kivet ja metallit. Jos tämä informaatio voidaan hyödyntää, vähenisi biovoimalan vikojen määrä. Tällöin myös pohjatuhkaa syntyisi vähemmän biopolttoaineen polttamisesta. Tarvittavien lastikohtaisten yksittäisnäytteiden määrä kosteuden analysointia varten on kohtuullinen, jos voimala haluaa vain tiedon keskimääräisestä kosteudesta määritellylle aikavälillä. Tarvittavien näytteiden määrä on kohtuuton, jos kosteus halutaan tietää kuormakohtaisesti.