Analysis and optimisation of raw water systems in a district heating plant : case Vanaja power plant

Abstract

This master’s thesis investigated the water use of Loimua Oy’s Vanaja power plant. The purpose of the work was to analyse the use of raw water taken from Vanajavesi and the electricity consumption related to water transfer and treatment. The background to the study was the power plant’s high raw water intake and the interest in identifying opportunities to reduce it. The study was carried out as a case study by combining the analysis of process data collected from the automation system and monthly personnel reports with a literature review. The data covers the years 2023–2025.

The total amount of water taken from Vanajavesi varied between approximately 776 000 and 925 000 m³ per year. Cooling water constituted approximately 90 % of the total intake, and the most significant single cause of peaks was the once-through cooling of the gas turbine. The estimated annual electricity consumption of the process water treatment cycle was 73 465 kWh/a, of which the pumps accounted for 65 % and the continuous electrodeionisation modules for 35.3%. The total specific electricity consumption of the treatment chain was estimated to be 2.65 kWh/m³ of product water.

The most significant improvement identified was the bypassing of the continuous electrodeionisation and mixed bed filtration stages in situations where complete demineralization is not required. These stages were installed in 2020 for the needs of the decommissioned steam turbine but are still in continuous use. In addition, opportunities were identified to decommission the auxiliary raw water circuit and to better match the raw water pumping to the actual process needs. The measures require further technical investigation before commissioning.

Tässä diplomityössä tutkittiin Loimua Oy:n Vanajan voimalaitoksen veden käyttöä. Työn tarkoitus oli analysoida Vanajavedestä otettavan raakaveden käyttöä sekä veden siirtoon ja käsittelyyn liittyvää sähkönkulutusta. Tutkimuksen taustalla oli voimalaitoksen korkea raakaveden ottomäärä ja kiinnostus tunnistaa mahdollisuuksia sen vähentämiseksi.

Tutkimus toteutettiin tapaustutkimuksena yhdistämällä automaatiojärjestelmästä sekä henkilöstön kuukausiraporteista kerätyn prosessidatan analyysi kirjallisuuskatsaukseen. Aineisto kattaa vuodet 2023–2025.

Vanajavedestä otettava kokonaisvesimäärä vaihteli noin 776 000–925 000 m³ vuodessa. Jäähdytysvesi muodosti noin 90 % kokonaisottomäärästä, ja merkittävin yksittäinen piikkien aiheuttaja oli kaasuturbiinin kertavirtausjäähdytys. Prosessiveden käsittelykierron arvioitu vuotuinen sähkönkulutus oli 73 465 kWh/a, josta pumppujen osuus oli 64,6 % ja jatkuvan elektrodi-ionisaatiomoduulien 35,3 %. Käsittelyketjun kokonaisominaissähkönkulutukseksi arvioitiin 2,65 kWh/m³ tuotevettä.

Merkittävimmäksi parannuskohteeksi tunnistettiin jatkuvan elektrodi-ionisaation ja sekakerrossuodatuksen vaiheiden ohittaminen tilanteissa, joissa täydellistä demineralisointia ei tarvita. Nämä vaiheet asennettiin vuonna 2020 käytöstä poistetun höyryturbiinin tarpeisiin, mutta ovat edelleen jatkuvassa käytössä. Lisäksi tunnistettiin mahdollisuus lisäraakavesipiirin käytöstä poistamiseen sekä raakaveden pumppauksen sovittamiseen paremmin nykyiseen prosessitarpeeseen. Toimenpiteet edellyttävät teknistä lisäselvitystä ennen käyttöönottoa.