Kuumaöljykattilan palaminen ja hyötysuhde

Abstract

Tämä diplomityö on tehty eräälle biojalostamolle. Diplomityössä käsitellään biojalostamon kuumaöljykattilalla poltettavien prosessikaasujen polton haasteita kattilan likaantumisen, päästöjen ja hyötysuhteen osalta. Ongelma kuumaöljykattilalla on savukaasun lämpötilan nousu ajojakson aikana pikkuhiljaa kohti lukitusrajaa, joka johtaa pahimmillaan kattilan kuorman rajoitukseen tuotannon kustannuksella. Korkea savukaasun lämpötila johtuu kattilan korkeista savukaasun termisistä lämpöhäviöistä, jotka ovat yleisesti suurimmat kattiloiden häviöiden aiheuttajat. Kasvavat häviöt taas aiheuttavat kattilan hyötysuhteen laskua. Termisiä savukaasun lämpöhäviöitä aiheuttaa muun muassa korkea savukaasun jäännöshappipitoisuus ja kattilan lämpöpintojen likaantuminen.

Työn tavoitteena oli etsiä syitä kattilan lämpöpintojen likaantumiselle, etsiä keinoja parantaa kattilan palamistapahtumaa sekä tutkia syitä kattilan satunnaisille palamishäiriöille. Lisäksi painetta kattilan palamisen optimointiin antoi kuumaöljykattilalle vuonna 2022 määritetyt päästörajat. Kirjallisuuteen perustuen esitellään polttimien operointia ja päästöjen vähennysmenetelmiä sekä kattilan hyötysuhteeseen vaikuttavia tekijöitä. Kirjallisuuden lisäksi lähteenä työssä käytettiin polttimiin ja palamiseen erikoistunutta insinööriä.

Kattilan palamista saatiin parannettua polttimen optimointikoeajoilla. Koeajon lopputuloksena päästiin pienempään savukaasun jäännöshappipitoisuuteen sekä matalampaan savukaasun lämpötilaan, joista molemmat indikoivat kattilahyötysuhteen noususta. Työssä löydettiin syitä kattilan likaantumiselle sekä esitettiin ratkaisusuosituksia tulevaisuuteen, joilla likaantumista voitaisiin vähentää tai välttää kokonaan.

This master’s thesis was done for a certain biorefinery. The diploma thesis discusses the challenges of burnable process gases burned in a biorefinery's hot oil boiler in terms of boiler fouling, greenhouse gas emissions and efficiency. The problem with the hot oil boiler is that the temperature of the flue gas gradually increases during running days towards to process locking limit, which at worst leads to a limitation of the boiler's load at the expense of production. The high flue gas temperature is due to the boiler’s high flue gas thermal heat losses, which are generally the biggest causes of losses in boilers. Increasing losses, on the other hand, cause a decrease in boiler efficiency. Thermal heat losses in the flue gas are caused, among other things, by the high oxygen content of the flue gas and the fouling of the heating surfaces of the boiler.

The aim of the work was to identify causes for the boiler's heating surfaces fouling, to find ways to improve the boiler's combustion process, and to investigate the causes of the boiler's random combustion malfunctions. In addition, pressure to optimize boiler combustion was given by the official emission limits set for hot oil boilers in 2022. Based on the literature, the operation of burners and emission reduction methods are presented, as well as factors affecting the efficiency of the boiler. In addition to literature, an engineer specializing in burners and combustion was used as a source.

The combustion of the boiler was improved during burner optimization trials. The result of the trials was a lower oxygen content of the flue gas and a lower flue gas temperature, both indicating in an increase in boiler efficiency. In the diploma thesis, there was found reasons for boiler fouling, as well as suggested solutions for the future, which could reduce or completely avoid the contamination.