Kaukolämpötehon nostovaihtoehtojen tarkastelu Kontiosuon lämpökeskuksella
Ovaskainen, Ari (2021)
Diplomityö
Ovaskainen, Ari
2021
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021112657216
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021112657216
Tiivistelmä
Tämän diplomityön tavoitteena oli tarkastella Savon Voima Joensuu Oy:n omistaman Kontiosuon lämpökeskuksen kaukolämpötehon nostovaihtoehtoja. Työssä tarkasteltiin kaukolämpötehon nostovaihtoehtoina nykyisen leijukattilan polttotehon nostoa sekä savukaasun pesurilauhduttimen hankintaa. Biopolttoaineita käyttävän Kontiosuon lämpökeskuksen tehonnostolla voitaisiin vähentää fossiilisen öljyn käyttöä sekä kaukolämmön tuotannon päästöjä Joensuussa, jotka ovat tärkeitä seikkoja muun muassa ilmastonmuutoksen hillitsemisessä.
Työssä perehdyttiin lämpökeskuksen leijukattilan sekä lämpökeskuksen pääkomponenttien mitoitus- ja toiminta-arvoihin. Arvoja vertailtiin alan kirjallisuudessa annettuihin arvoihin sekä haastateltujen asiantuntijoiden antamiin suositusarvoihin. Suositusarvojen perusteella arvioitiin, kuinka suuri on nykyisen leijukattilan teoreettinen maksimiteho ja millä edellytyksillä se saavutetaan. Lisäksi selvitettiin kattilalaitoksen tehonnoston vaatimien toimenpiteiden kustannuksia. Pesurilauhduttimen osalta työn pääpaino oli investoinnin suuruusluokan sekä taloudellisen kannattavuuden arvioinnissa.
Työn tuloksena saatiin, että Kontiosuon lämpökeskuksen kattilalaitoksen kaukolämpöteho voidaan nostaa nykyisestä 30 megawatista noin 34 megawattiin nostamalla polttoaineensyötön ja palamisilman kapasiteetteja sekä hankkimalla uusi kaukolämmönvaihdin. Kattilalaitoksen tehonnoston vaatimat muutokset kustantavat noin 210 tuhatta euroa ja ne ovat maksettu takaisin alle vuodessa. Savukaasun pesurilauhduttimella voidaan saavuttaa kattilalaitoksen nykyisellä maksimiteholla noin 5 megawatin kaukolämpöteho lämpökeskuksen normaalin tarpeen aikaan. Pesurilauhduttimen investointi on vähintään noin 3,3 miljoonaa euroa ja takaisinmaksuaika on muutaman viime vuoden tuotantohistorian perusteella arvioituna noin 8,5 vuotta. Nostamalla kattilalaitoksen kaukolämpötehoa tässä työssä ehdotettuun 34 megawattiin voidaan pesurilauhduttimella saavuttaa tällöin noin 6 megawatin kaukolämpöteho lämpökeskuksen normaalin tarpeen aikaan. Molempien tehonnostotoimenpiteiden toteuttamiseen tarvittaisiin noin 3,5 miljoonan euron investoinnit ja tällöin takaisinmaksuaika on alle viisi vuotta. The aim of this Master’s thesis was to examine the options for increasing the district heating power of the Kontiosuo heating station owned by Savon Voima Joensuu Oy. The studied options in this thesis for increasing the district heating power were the increase of the combustion power of the current fluidized bed boiler and the purchase of a condensing flue gas scrubber. Increasing the power of the biomass fueled Kontiosuo heating station, could reduce the use of fossil oil and emissions from district heating production in Joensuu, which are important factors in mitigating climate change.
The thesis focused on the design and operating values of the fluidized bed boiler and the main components of the heating station. The values were compared with values from literature and with recommended values given by the interviewed experts. Based on the recommended values, the theoretical maximum power of the current boiler and the required operating conditions was estimated. In addition, the costs of the required measures for power increase of the boiler were determined. Regarding the condensing flue gas scrubber, the focus in the thesis was on assessing the size and economic profitability of the investment.
As the result of the thesis, the district heating power of the boiler plant of Kontiosuo heating station can be increased from the current 30 megawatts to about 34 megawatts with the increase of fuel feeding and combustion air capacities and acquiring a new district heat exchanger. The investment cost for the power increase are about 210 thousand euros and the payback time is less than a year. About five megawatts power increase is achievable with a condensing flue gas scrubber during the normal demand of the heating station with the cur-rent maximum power of the boiler plant. The investment of the condensing flue gas scrubber is at least about 3,3 million euros and the payback time is estimated to be around 8,5 years based on the production history of the last few years. By increasing the district heating power of the boiler plant to the 34 megawatts proposed in this thesis, the condensing flue gas scrubber can then achieve a district heating power of about six megawatts during normal demand of the heating station. Investment of about 3,5 million euros will be required to implement both power increase measures, in which case the payback time will be less than five years.
Työssä perehdyttiin lämpökeskuksen leijukattilan sekä lämpökeskuksen pääkomponenttien mitoitus- ja toiminta-arvoihin. Arvoja vertailtiin alan kirjallisuudessa annettuihin arvoihin sekä haastateltujen asiantuntijoiden antamiin suositusarvoihin. Suositusarvojen perusteella arvioitiin, kuinka suuri on nykyisen leijukattilan teoreettinen maksimiteho ja millä edellytyksillä se saavutetaan. Lisäksi selvitettiin kattilalaitoksen tehonnoston vaatimien toimenpiteiden kustannuksia. Pesurilauhduttimen osalta työn pääpaino oli investoinnin suuruusluokan sekä taloudellisen kannattavuuden arvioinnissa.
Työn tuloksena saatiin, että Kontiosuon lämpökeskuksen kattilalaitoksen kaukolämpöteho voidaan nostaa nykyisestä 30 megawatista noin 34 megawattiin nostamalla polttoaineensyötön ja palamisilman kapasiteetteja sekä hankkimalla uusi kaukolämmönvaihdin. Kattilalaitoksen tehonnoston vaatimat muutokset kustantavat noin 210 tuhatta euroa ja ne ovat maksettu takaisin alle vuodessa. Savukaasun pesurilauhduttimella voidaan saavuttaa kattilalaitoksen nykyisellä maksimiteholla noin 5 megawatin kaukolämpöteho lämpökeskuksen normaalin tarpeen aikaan. Pesurilauhduttimen investointi on vähintään noin 3,3 miljoonaa euroa ja takaisinmaksuaika on muutaman viime vuoden tuotantohistorian perusteella arvioituna noin 8,5 vuotta. Nostamalla kattilalaitoksen kaukolämpötehoa tässä työssä ehdotettuun 34 megawattiin voidaan pesurilauhduttimella saavuttaa tällöin noin 6 megawatin kaukolämpöteho lämpökeskuksen normaalin tarpeen aikaan. Molempien tehonnostotoimenpiteiden toteuttamiseen tarvittaisiin noin 3,5 miljoonan euron investoinnit ja tällöin takaisinmaksuaika on alle viisi vuotta.
The thesis focused on the design and operating values of the fluidized bed boiler and the main components of the heating station. The values were compared with values from literature and with recommended values given by the interviewed experts. Based on the recommended values, the theoretical maximum power of the current boiler and the required operating conditions was estimated. In addition, the costs of the required measures for power increase of the boiler were determined. Regarding the condensing flue gas scrubber, the focus in the thesis was on assessing the size and economic profitability of the investment.
As the result of the thesis, the district heating power of the boiler plant of Kontiosuo heating station can be increased from the current 30 megawatts to about 34 megawatts with the increase of fuel feeding and combustion air capacities and acquiring a new district heat exchanger. The investment cost for the power increase are about 210 thousand euros and the payback time is less than a year. About five megawatts power increase is achievable with a condensing flue gas scrubber during the normal demand of the heating station with the cur-rent maximum power of the boiler plant. The investment of the condensing flue gas scrubber is at least about 3,3 million euros and the payback time is estimated to be around 8,5 years based on the production history of the last few years. By increasing the district heating power of the boiler plant to the 34 megawatts proposed in this thesis, the condensing flue gas scrubber can then achieve a district heating power of about six megawatts during normal demand of the heating station. Investment of about 3,5 million euros will be required to implement both power increase measures, in which case the payback time will be less than five years.