Tutkimuskattilan taselaskenta

Diplomityön tavoitteena oli luoda Varkauden energiatutkimuskeskuksen tutkimuskäyttöön tarkoitetun kuplapetikattilan tase- ja säätölaskenta. Työssä on esitelty yleisesti kuplapetikattiloiden teoriaa ja tarkasteltu lyhyesti kuplapetikattilan muodostamaa kokonaisuutta energiantuotannossa. Työssä käsitelty tutkimuskattila ei ehtinyt valmistua ennen tätä diplomityötä, joten mittauksia käytön ajalta ei voitu suorittaa ja sisällyttää tähän työhön. Lisäksi mahdolliset käytössä havaittavat korjaukset ja parannukset taselaskentaan jäivät tämän työn tarkastelun ulkopuolelle. Taselaskennan muodostamisessa hyödynnettiin kattilan suunnitteluvaiheessa luotuja säätö- ja PI-kaavioita. Säätömekaniikkaa luodessa huomioitiin mahdollisimman tarkasti automaatiojärjestelmän vaatimukset ja suorituskyky. Työssä on esitetty suuri määrä kattilalaskennan kannalta keskeisiä yhtälöitä. Prosessia ja säätömekaniikkaa mallinnettiin laskentaperusteisesti, työssä on esitetty yhtälöistä saatavat tulokset kattilaa ajettaessa tyypillisillä arvoilla 100 %:n teholla. Työn tuloksena tutkimuskattilalle saatiin säätömekaniikka, jolla pystytään arvioimaan viipymäaikaa kattilassa. Lasketun viipymäajan avulla polttoprosessi kattilassa voidaan suunnitella ja suorittaa tutkimuskäyttöön vaaditulla tarkkuudella ja laissa säädettyjen määräyksien mukaan, mikäli kierrätyspolttoainetta käytetään yli 50 tonnia vuodessa.

This thesis focuses on creating mass and energy balance calculation for bubbling fluidized bed boiler (BFB) in Varkaus Energy Research Center. General theory and background is presented on BFB technology and a short review on energy system based on a BFB boiler. The research boiler investigated in this thesis did not complete construction before this report was finished, for example online measurements could not be done to the boiler. Due to this, improvements and modifications from operation to the calculations are not included in this work. Mass and energy balance and control calculations are based on P&I and control diagrams created during design phase. Requirements and demands of the automation system were taken into account when creating the calculation. Large number of equations for boiler calculations are presented. The process was modeled based on the calculations, the results from calculations using typical values for operation on 100 % power are included in this work. As result of this thesis, control mechanics for the boiler were created which can estimate residence time of gases inside the boiler. Using the residence time obtained from the calculations, the combustion process can be designed and executed with precision required for research. Also in case recovered fuel (waste) is used in excess of 50 tons per year, the process can be designed to meet requirements made by the law regarding combustion of waste material (151/2013).