Puunpolton mahdollisuudet Suomenojan voimalaitoksella

Puuenergian käyttö on viime vuosina lisääntynyt kaukolämmön tuotannossa sekä yhdistetyssä sähkön ja lämmön tuotannossa. Puun kilpailukykyä polttoaineena ovat lisänneet polttotekniikan ja korjuutekniikoiden kehittyminen. Puun energiakäyttöä on edistänyt myös valtiovalta tukien ja veroratkaisuiden avulla, koska fossiilisten polttoaineiden korvaaminen puupolttoaineilla tukee Suomen ilmastopoliittisia tavoitteita. Tämän työn tavoitteena oli selvittää puupolttoaineiden käytön mahdollisuudet Espoon Sähkön Suomenojan voimalaitoksella. Nykyiset Suomenojan pääpolttoaineet ovat kivihiili ja maakaasu. Suomenojalle toimitetut puupolttoaineet koostuisivat sahoilta saatavista sivutuotteista, metsätähdehakkeesta ja kierrätyspuusta. Puupolttoaineiden taloudellinen saatavuus vaihtelee alueittain huomattavasti. Espoo ei tässä suhteessa ole sijainniltaan edullinen. Saatujen polttoainetarjousten perusteella puunpolton kustannukset nousevat kivihiilen kustannuksia korkeammiksi kuljetusetäisyyksistä johtuen, kun puunpoltto on yli 300 GWh/a. Tämä vastaisi 10 prosenttia Espoon Sähkön vuoden 2000 kokonaispolttoainekäytöstä ja 8 prosenttia arvioidusta polttoaineiden käytöstä vuodelle 2010. Puuta voidaan polttaa leijukerrostekniikkaan perustuvissa kattiloissa, arinakattiloissa, pölypolttona tai kaasuttamalla ja johtamalla tuotekaasu poltettavaksi. Puun ravinneaineista kloori voi aiheuttaa kuumakorroosiota höyrykattiloiden tulistimissa. Tätä pyritään estämään seospoltolla rikkipitoisten polttoaineiden, kuten turpeen tai kivihiilen kanssa. Seospoltto muiden polttoaineiden kanssa parantaa myös puun palamistulosta. Puupolttoaineiden kosteus voi olla jopa 60 prosenttia. Tässä työssä tutkittiin puun energiakäytölle pääasiassa kuutta eri ratkaisua. Ne olivat: kaasuttimen rakentaminen ja tuotekaasun poltto nykyisessä hiilipölykattilassa, hiilipölykattilan muuttaminen leijukerrospolttoon, uuden vastapainevoimalaitoksen rakentaminen, Suomenojalla olevan hiilivesikattilan muuttaminen puupolttoaineille, kivihiilen ja puun yhteispoltto hiilipölykattilassa puu/hiilipölypolttimilla sekä leijukerroskattilan rakentaminen ja sen yhdistäminen olemassa olevaan höyryturbiiniin. Taloudellisesti kannattaviksi ratkaisuiksi osoittautui kaksi viimeksi mainittua. Jos voimalaitostonttia halutaan säästää myöhempää maakaasuvoimalaitoshanketta varten, nousee puun ja kivihiilen yhteispoltto puu/hiilipölypolttimilla oleellisesti paremmaksi vaih-toehdoksi. Tämän vaihtoehdon korollinen takaisinmaksuaika on 7-11 vuotta, riippuen puunpolton laajuudesta. Kannattavuudelle on hyvin tärkeää puulla tuotetun sähkön tuki. Yhteispolton ansiosta hiilipölykattilan rikkidioksidi- ja hiilidioksidipäästöt sekä mahdollisesti myös typenoksidipäästöt vähenisivät. Puunpoltto lisää savukaasuvirtaa, nostaa savukaasun loppulämpötilaa ja mahdollisesti laskee hyötysuhdetta. Laitoksen rekkaliikenne lisääntyy. Kaikki esitetyt ratkaisuvaihtoehdot vähentäisivät hiilidioksidipäästöjä. Puunpolttoratkaisuilla ei kuitenkaan pystytä vähentämään Espoon Sähkön energiantuotannon hiilidioksidipäästöjä alle vuoden 1990 tason, mutta hiilidioksidin ominaispäästöissä edellä mainitun tason alle päästäisiin.

Utilisation of wood fuels has been increased in district heating and in combined heat and electricity production in the past few years. Combustion and wood harvesting technologies have been developed, which has improved the competitiveness of wood fuel. Finland aims at replacing fossil fuels by wood in accordance with its policy to favour renewable sources of energy in order to lessen the burden on the environment. Laws have been passed to enhance implementation of environmentally-friendly technologies and investments in related technologies are subsidised. This study examines the possibilities of utilising wood fuel at the Suomenoja Power Plant of Espoon Sähkö Oyj. At present coal and natural gas are the primary fuels used at Suomenoja. Wood fuel to be used at Suomenoja would consist of by-products from sawmills, logging residue chips and recovery wood. Espoo is not situated ideally regarding easy availability of wood and because of long haulage it is not economical to use more than 300 GWh/a of wood fuel. This accounts for 10 percent of the total consumption of fuel at Espoon Sähkö in the year 2000 and 8 percent of the estimated consumption in 2010. Wood can be burned in fluidised bed boilers, grate boilers or in wood dust burners. Wood can also be gasified, after which the gas is burned in the boiler. Wood contains chlorine, which may cause heat corrosion in the superheaters of the steam boiler. The problem can be avoided by combustion of wood with peat or coal, which both include sulphur. Co-firing wood with other fuels also improves combustion of wood. The moisture content of wood can be as high as 60 percent. Six different methods for producing energy from wood were examined in this study: building a gasifier and burning the gas produced in the existing pulverised coal boiler, converting the pulverised coal boiler into a fluidised bed boiler, building a new district heating power station, changing the coal-fired fluidised bed boiler to suit wood fuel, co-firing coal and wood in a pulverised coal boiler using wood/coal burners and building a fluidised bed boiler, which would be connected to the existing steam turbine. The two last-mentioned solutions proved to be economically cost-effective. If space is to be reserved for a natural gas-fired power station being planned, co-firing of coal and wood in wood/coal burners is the best option of the alternatives studied. The investment would pay off in 7-11 years, depending on how extensively wood fuel is to be used. State subsidies are of utmost importance to the profitability. Thanks to co-firing wood with coal the sulphur dioxide, carbon dioxide and possibly also nitrogen oxide emissions from the pulverised coal boiler would be reduced. Wood combustion causes increased flow of flue gas, increases its final temperature, and probably decreases efficiency. Lorry traffic at Suomenoja would increase. All the solutions examined would reduce carbon dioxide emissions. As a result of combustion of wood, total emissions of carbon dioxide generated by the energy production of Espoon Sähkö cannot be dropped below the level of 1990 whereas the level of specific emissions of carbon dioxide, however, would fall below that.