Kaasukattilan elinikäselvitys ja tehtaan höyrytuotannon turvaaminen uudella kattilalla
Niemi, Sami (2019)
Diplomityö
2019
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019040310912
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019040310912
Tiivistelmä
Tässä diplomityössä selvitettiin Stora Enson Imatran tehtaiden voimalaitoksen kaasukattiloiden K9, K10 ja K11 elinikä kuntokartoituksen avulla. Lisäksi selvitettiin, minkälainen kattila olisi sopivin tehtaalle korvaamaan K9 – 11 kaasukattilat tulevaisuudessa. Uudelta kattilalta odotetaan hyvää käyttövarmuutta, säädettävyyttä sekä taloudellista kannattavuutta.
Kuntokartoituksen mukaan K9 – 11 kattiloiden merkittävin käyttöaikaan vaikuttava tekijä on II-tulistin ja sen kokoojatukin pitkälle edennyt viruminen. Myös käyttökokemusten sekä viime vuosien vuototapausten perusteella kattiloiden kunto on huono, minkä takia uuden kattilan hankintaprosessia suositellaan aloitettavan pikimmiten.
Uutta kattilaa lähdettiin suunnittelemaan polttoainevaihtoehtojen kautta, mistä käyttökelpoisiksi Imatran tehtaille todettiin metsätähdehake, pelletit sekä maakaasu. Kattilavaihtoehdoiksi polttoaineiden perusteella valittiin leijupetikattila, pellettikattila ja kaasukattila. Näistä kattilavaihtoehdoista otettiin vertailuun myös matalapainekattilavaihtoehdot. Lisäksi pelletti- ja maakaasukattiloista tutkittiin vaihtoehdot, joissa yhden kattilan sijasta kattiloita on kaksi. Kattilainvestointiin liittyvissä kustannuslaskelmissa otettiin huomioon investointikustannusten lisäksi muuttuvat kustannukset ja polttoainekustannukset 20 vuoden käytön ajalta.
Sopivimmaksi kattilaksi Imatran tehtaille todettiin matalapaineleijupetikattila. Leijupetikattila on useiden mahdollisten polttoainevaihtoehtojen sekä tulevaisuuden hintojen kehityksen kannalta varmin vaihtoehto. Pellettikattilan suurin ongelma on epävarmuus pellettien saatavuudessa ja maakaasukattilan merkittävin haitta on hiilidioksidipäästöt. In this thesis the current conditions of Stora Enso Imatra mills power plant’s gas boilers K9, K10 and K11 were examined with a life expectancy study. Also, different options for a new boiler were investigated to find the most suitable boiler to replace the K9 – 11 boilers in the future. Good dependability, adjustability and financial profitability were expected from the new boiler.
The results from the life expectancy study indicate that the most influential factor impacting the remaining operating time of the K9 – 11 boilers is the secondary superheater’s and its merger section’s long advanced creep. In addition, as indicated by user experience and the multiple leak incidents during the past few years, the condition of the boilers is poor. Therefore, the new boiler’s investment process should be started as soon as possible.
Planning of the new boiler started with investigating different fuel alternatives, of which forest residues, pellets and natural gas were found to be suitable for Imatra mills. Based on these fuels, the chosen boiler options were a fluidized bed boiler, a pellet boiler and a natural gas boiler. Low-pressure versions of the chosen boiler options were also investigated. In addition, options for two pellet or natural gas boilers instead of one were examined. Boiler investment calculations, along with boiler investment costs, operating costs and fuel costs were considered for 20 years of operating time.
The most suitable boiler for Imatra mills was established to be a low pressure fluidized bed boiler. A fluidized bed boiler is the safest option considering the multiple available fuel options and the fuel price developments in the future. The biggest challenge in using a pellet boiler is the uncertainty in the fuel availability, while the natural gas boiler faces its greatest challenge in carbon dioxide emissions.
Kuntokartoituksen mukaan K9 – 11 kattiloiden merkittävin käyttöaikaan vaikuttava tekijä on II-tulistin ja sen kokoojatukin pitkälle edennyt viruminen. Myös käyttökokemusten sekä viime vuosien vuototapausten perusteella kattiloiden kunto on huono, minkä takia uuden kattilan hankintaprosessia suositellaan aloitettavan pikimmiten.
Uutta kattilaa lähdettiin suunnittelemaan polttoainevaihtoehtojen kautta, mistä käyttökelpoisiksi Imatran tehtaille todettiin metsätähdehake, pelletit sekä maakaasu. Kattilavaihtoehdoiksi polttoaineiden perusteella valittiin leijupetikattila, pellettikattila ja kaasukattila. Näistä kattilavaihtoehdoista otettiin vertailuun myös matalapainekattilavaihtoehdot. Lisäksi pelletti- ja maakaasukattiloista tutkittiin vaihtoehdot, joissa yhden kattilan sijasta kattiloita on kaksi. Kattilainvestointiin liittyvissä kustannuslaskelmissa otettiin huomioon investointikustannusten lisäksi muuttuvat kustannukset ja polttoainekustannukset 20 vuoden käytön ajalta.
Sopivimmaksi kattilaksi Imatran tehtaille todettiin matalapaineleijupetikattila. Leijupetikattila on useiden mahdollisten polttoainevaihtoehtojen sekä tulevaisuuden hintojen kehityksen kannalta varmin vaihtoehto. Pellettikattilan suurin ongelma on epävarmuus pellettien saatavuudessa ja maakaasukattilan merkittävin haitta on hiilidioksidipäästöt.
The results from the life expectancy study indicate that the most influential factor impacting the remaining operating time of the K9 – 11 boilers is the secondary superheater’s and its merger section’s long advanced creep. In addition, as indicated by user experience and the multiple leak incidents during the past few years, the condition of the boilers is poor. Therefore, the new boiler’s investment process should be started as soon as possible.
Planning of the new boiler started with investigating different fuel alternatives, of which forest residues, pellets and natural gas were found to be suitable for Imatra mills. Based on these fuels, the chosen boiler options were a fluidized bed boiler, a pellet boiler and a natural gas boiler. Low-pressure versions of the chosen boiler options were also investigated. In addition, options for two pellet or natural gas boilers instead of one were examined. Boiler investment calculations, along with boiler investment costs, operating costs and fuel costs were considered for 20 years of operating time.
The most suitable boiler for Imatra mills was established to be a low pressure fluidized bed boiler. A fluidized bed boiler is the safest option considering the multiple available fuel options and the fuel price developments in the future. The biggest challenge in using a pellet boiler is the uncertainty in the fuel availability, while the natural gas boiler faces its greatest challenge in carbon dioxide emissions.