Sahan energiajärjestelmän optimointi : lämpöverkon kartoitus sekä arinakattilan säätöjen optimointi kostealle polttoaineelle
Suortti, Matias (2024)
Diplomityö
2024
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024120499585
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024120499585
Tiivistelmä
Tämän diplomityön tarkoituksena on kartoittaa kohdeyrityksen sahan lämpöjärjestelmän pullonkauloja ja optimoida tuotantoa ja kulutusta. Optimointi on tärkeää, sillä saha suunnittelee kapasiteetin nostoa, jolloin lämpöä käyttävän kuivaamon tehokas toiminta on keskeistä.
Parannuskohteiden kartoitus on jaettu kahteen kokonaisuuteen: Lämpöverkkoon ja lämpölaitokseen. Lämpöverkon analyysissa keskitytään teknisten ongelmien sekä sen käytöstä johtuvien ongelmien tunnistamiseen. Lisäksi työssä suoritetaan sahan lämpölaitoksella käytettävän polttoaineen kosteusmittauksia, joiden avulla pohditaan, miten polttoaineella voidaan tehostaa lämmöntuotantoa ja parantaa polttoainesuunnittelua. Keskeisin osa työssä on kuitenkin arinakattilan säätöjen optimointi, jolla pyritään parantamaan palamisen hallintaa arinakattilassa. Näillä toimilla pyritään parantamaan kattilan suorituskykyä ja tehostamaan joustavaa lämmöntuotantoa.
Sahan lämpöverkosta löydettiin useita parannuskohteita. Keskeisenä ongelmana lämpöverkossa on korkea paluulämpötila, joka huonontaa lämmönsiirtoa kattilaverkosta lämpöverkkoon sekä estää lämpöverkon paluulinjaan liitetyn lämpöpumpun toiminnan. Arinakattilan koeajossa saavutettiin noin 5 prosenttiyksikön hyötysuhteen nosto ja häiriötaajuus laski noin puolella. Hyötysuhteen nousulla arvioidaan saavutettavan merkittävät polttoainesäästöt. Kartoituksen ja säätöjen optimoinnin avulla voidaan parantaa koko lämpösysteemin toimintaa, sillä lämpölaitoksen ja lämpöverkon toiminta ovat vahvasti yhteydessä toisiinsa. The purpose of this thesis is to identify bottlenecks in the heating system of the target company’s sawmill and to optimize production and consumption of heat. Optimization is crucial as the sawmill plans to increase its capacity, making the efficient operation of heat-consuming kilns essential.
The identification of improvement areas is divided into two main categories: the heat network and the heat plant. The analysis focuses on identifying technical issues in the heat network as well as problems related to its operation and use. Additionally, moisture measurements of the fuel used in the sawmill’s heat plant are conducted to examine how fuel properties can enhance heat production and improve fuel management. The central focus of the thesis is the optimization of the grate boiler’s settings to improve combustion control within the boiler. These measures aim to enhance boiler performance and improve the flexibility of heat production.
Several improvement opportunities were identified in the sawmill's heat network. A key issue is the high return temperature in the heat network, which reduces heat transfer efficiency from the boiler network to the heat network and prevents the operation of the heat pump connected to the return line. Grate boiler test runs achieved approximately a 5 percentage point increase in efficiency, and disturbance frequency was reduced by about half. The efficiency improvement is expected to result in significant fuel savings. The overall system performance can be significantly improved by the results of the heat network mapping and grate boiler adjustments.
Parannuskohteiden kartoitus on jaettu kahteen kokonaisuuteen: Lämpöverkkoon ja lämpölaitokseen. Lämpöverkon analyysissa keskitytään teknisten ongelmien sekä sen käytöstä johtuvien ongelmien tunnistamiseen. Lisäksi työssä suoritetaan sahan lämpölaitoksella käytettävän polttoaineen kosteusmittauksia, joiden avulla pohditaan, miten polttoaineella voidaan tehostaa lämmöntuotantoa ja parantaa polttoainesuunnittelua. Keskeisin osa työssä on kuitenkin arinakattilan säätöjen optimointi, jolla pyritään parantamaan palamisen hallintaa arinakattilassa. Näillä toimilla pyritään parantamaan kattilan suorituskykyä ja tehostamaan joustavaa lämmöntuotantoa.
Sahan lämpöverkosta löydettiin useita parannuskohteita. Keskeisenä ongelmana lämpöverkossa on korkea paluulämpötila, joka huonontaa lämmönsiirtoa kattilaverkosta lämpöverkkoon sekä estää lämpöverkon paluulinjaan liitetyn lämpöpumpun toiminnan. Arinakattilan koeajossa saavutettiin noin 5 prosenttiyksikön hyötysuhteen nosto ja häiriötaajuus laski noin puolella. Hyötysuhteen nousulla arvioidaan saavutettavan merkittävät polttoainesäästöt. Kartoituksen ja säätöjen optimoinnin avulla voidaan parantaa koko lämpösysteemin toimintaa, sillä lämpölaitoksen ja lämpöverkon toiminta ovat vahvasti yhteydessä toisiinsa.
The identification of improvement areas is divided into two main categories: the heat network and the heat plant. The analysis focuses on identifying technical issues in the heat network as well as problems related to its operation and use. Additionally, moisture measurements of the fuel used in the sawmill’s heat plant are conducted to examine how fuel properties can enhance heat production and improve fuel management. The central focus of the thesis is the optimization of the grate boiler’s settings to improve combustion control within the boiler. These measures aim to enhance boiler performance and improve the flexibility of heat production.
Several improvement opportunities were identified in the sawmill's heat network. A key issue is the high return temperature in the heat network, which reduces heat transfer efficiency from the boiler network to the heat network and prevents the operation of the heat pump connected to the return line. Grate boiler test runs achieved approximately a 5 percentage point increase in efficiency, and disturbance frequency was reduced by about half. The efficiency improvement is expected to result in significant fuel savings. The overall system performance can be significantly improved by the results of the heat network mapping and grate boiler adjustments.