Optimization of biomass-fired power plant by utilizing real-time fuel storage model
Partti, Jenni (2021)
Diplomityö
2021
School of Energy Systems, Ympäristötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021120759364
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021120759364
Tiivistelmä
This master’s thesis was assigned by the Inray Oy Ltd to study the optimization opportunities of the power plant by utilizing the real-time storage model developed by the company. The aim of the study was to verify the performance of the storage model at Järvenpää’s power plant by studying different factors of the storage model. Another purpose was to make a tool for implementing the elemental analysis of the fuels to the model.
The thesis consists of a literature review and an experimental section. Concepts such as characteristics of the solid biofuels and recycled fuels, multifuel operation in the power plants and the issues related to the biomass combustion caused by the fuels were presented in the theory. In the experimental section the fuel stream that was unloaded from the storage silos was sampled and compared to the storage model according to the composition and the moisture of the fuel mixture. The results indicates that the storage model corresponds well to the fuel stream unloaded from the storage model according to the studied factors. The elemental analysis of the fuel was implemented to the storage model by calculating fuel indexes and the use of them was demonstrated.
The research concluded that the storage model can assist the plant by providing real-time information for plant operators and automation system about the quality of the fuel. The model can be used to prevent problems due to fluctuations in the fuel quality and to facilitate the control of the combustion process. The storage model has potential to short- and long-term fuel supply and cost optimization as well as plant daily operation, maintenance, and consumable utilization optimization. Tämän Inray Oy:n tilaaman diplomityön tavoitteena oli tutkia voimalaitoksen optimointimahdollisuuksia hyödyntämällä yrityksen kehittämää reaaliaikaista varastomallia. Tutkimuksen tarkoituksena oli todentaa varastomallin paikkansapitävyys tutkimalla eri tekijöitä. Toinen tavoite oli kehittää työkalu, jonka avulla polttoaineiden alkuaineanalyysit voidaan lisätä varastomalliin.
Diplomityö koostuu teoriasta ja kokeellisesta osasta. Teoriaosuudessa esiteltiin kiinteiden biopolttoaineiden ja kierrätyspolttoaineiden ominaisuuksia, monipolttoainevoimalaitosten toimintaa ja biopolttoaineiden poltosta aiheutuvia ongelmia ja niiden syitä. Kokeellisessa osassa varastosiiloista purettavasta polttoainevirrasta otettiin vertailunäytteitä, joita analysoitiin ja verrattiin varastomalliin reaaliaikaisuuden, polttoaineseoksen koostumuksen ja kosteuden suhteen. Tämän tutkimuksen valossa voidaan todeta, että varastomalli vastaa hyvin varastosiiloista puretun polttoainevirran suhteen. Polttoaineen kemiallisten ominaisuuksien lisääminen varastomalliin toteutettiin laskemalla niille polttoaineindeksit, joiden toimivuus demonstroitiin.
Varastomalli voi auttaa voimalaitosta tarjoamalla reaaliaikaista tietoa laitoksen työntekijöille ja automaatiojärjestelmälle polttoaineen laadusta. Mallin avulla voidaan ennaltaehkäistä polttoaineiden laatuvaihteluista johtuvia ongelmia ja helpottaa polttoprosessin säätöä. Varastomalli parhaimmillaan mahdollistaa lyhyen ja pitkän aikavälin polttoaineen hankinnan ja kustannusten optimoinnin sekä laitoksen päivittäisen käytön, ylläpidon ja polttoaineen käytön optimoinnin.
The thesis consists of a literature review and an experimental section. Concepts such as characteristics of the solid biofuels and recycled fuels, multifuel operation in the power plants and the issues related to the biomass combustion caused by the fuels were presented in the theory. In the experimental section the fuel stream that was unloaded from the storage silos was sampled and compared to the storage model according to the composition and the moisture of the fuel mixture. The results indicates that the storage model corresponds well to the fuel stream unloaded from the storage model according to the studied factors. The elemental analysis of the fuel was implemented to the storage model by calculating fuel indexes and the use of them was demonstrated.
The research concluded that the storage model can assist the plant by providing real-time information for plant operators and automation system about the quality of the fuel. The model can be used to prevent problems due to fluctuations in the fuel quality and to facilitate the control of the combustion process. The storage model has potential to short- and long-term fuel supply and cost optimization as well as plant daily operation, maintenance, and consumable utilization optimization.
Diplomityö koostuu teoriasta ja kokeellisesta osasta. Teoriaosuudessa esiteltiin kiinteiden biopolttoaineiden ja kierrätyspolttoaineiden ominaisuuksia, monipolttoainevoimalaitosten toimintaa ja biopolttoaineiden poltosta aiheutuvia ongelmia ja niiden syitä. Kokeellisessa osassa varastosiiloista purettavasta polttoainevirrasta otettiin vertailunäytteitä, joita analysoitiin ja verrattiin varastomalliin reaaliaikaisuuden, polttoaineseoksen koostumuksen ja kosteuden suhteen. Tämän tutkimuksen valossa voidaan todeta, että varastomalli vastaa hyvin varastosiiloista puretun polttoainevirran suhteen. Polttoaineen kemiallisten ominaisuuksien lisääminen varastomalliin toteutettiin laskemalla niille polttoaineindeksit, joiden toimivuus demonstroitiin.
Varastomalli voi auttaa voimalaitosta tarjoamalla reaaliaikaista tietoa laitoksen työntekijöille ja automaatiojärjestelmälle polttoaineen laadusta. Mallin avulla voidaan ennaltaehkäistä polttoaineiden laatuvaihteluista johtuvia ongelmia ja helpottaa polttoprosessin säätöä. Varastomalli parhaimmillaan mahdollistaa lyhyen ja pitkän aikavälin polttoaineen hankinnan ja kustannusten optimoinnin sekä laitoksen päivittäisen käytön, ylläpidon ja polttoaineen käytön optimoinnin.