Voimalaitosautomaatio Automaatiotekniikan seminaari Timo Heikkinen
Esimerkkivoimalaitos: Rautaruukki, Raahe K4 otettu käyttöön 1991 esimerkissä kuvataan voimalaitoksen toiminta sen valmistuttua toimintaperiaate ajotavat kattilan prosessit ja säädöt Timo Heikkinen
K4 rakentamisen syyt terästehtaalla suuri energian kulutus tarjolla runsaasti omia polttoaineita masuunikaasu (CO) koksikaasu (H, CnHm) Timo Heikkinen
Suunnittelun haasteita (1) monipolttoainekattila masuunikaasu (maka) koksikaasu (koka) kevyt polttoöljy (POK) raskas polttoöljy (PORV) erittäin raskas polttoöljy (PORE) kivihiiliterva Timo Heikkinen
Suunnittelun haasteita (2) yksi ensimmäisistä PLU-kortteja sisältäviä Damatic XD –projekteja moottori-, venttiili- ja poltinohjaukset kattilasuoja kahdennuksineen Timo Heikkinen
Automaatiojärjestelmä Damatic XD (metsoDNA:n edeltäjä) 11 prosessiasemaa (AP01-04, AP07-13) liityntäasema (gateway) tietojen välittämiseksi PMS-tiedonhallintajärjestelmään sekä Rautaruukin energianhallintajärjestelmään 4 operointiasemaa, joista 1 automaatiotilassa mosaiikkitaulu! Timo Heikkinen
Höyryvoimalaitoksen toimintaperiaate (1) tehtävänä vapauttaa polttoaineeseen sitoutunut (kemiallinen) energia vesihöyryn energiaksi ja siitä edelleen sähköksi höyrynkehitin tulipesä höyrykattila Timo Heikkinen
Höyryvoimalaitoksen toimintaperiaate (2) tulipesässä polttoaineeseen sitoutunut energia muutetaan lämmöksi lämpö siirretään vesihöyryyn pääosin tulistimissa höyryn energia muutetaan turbiinissa mekaaniseksi energiaksi mekaaninen energia muutetaan generaattorissa sähköenergiaksi Timo Heikkinen
Höyryvoimalaitoksen toimintaperiaate (3) osa höyrystä käytetään prosessihöyrynä sekä kaukolämpönä prosessin hallinnassa tavoitellaan massa- ja energiavirtojen stationääristä tilaa energiantuottoprosessin prosessimuuttujat epätasapaino voidaan ilmaista tasapainoon pyritään automaation avulla Timo Heikkinen
Tuotantoprosessi prosessissa pyritään tasapainoon prosessimuuttujien pysyttävä sallitulla alueella turvallisuus päästövaatimukset taloudellisuus Timo Heikkinen
Osaprosessit palamisprosessi vesi-/höyryprosessi turbiini ja generaattori kaukolämpö Timo Heikkinen
Osaprosessit: palamisprosessi polttoainevirtaus muuttuu tulipesässä palamisen avulla lämpövirraksi palamistuloksen optimointi säätökohde: polttoaine- ja ilmavirtauksen suhde indikaattori: savukaasujen happipitoisuus Timo Heikkinen
Osaprosessit: vesi-/höyryprosessi vesi nostetaan korkeammalle energiatasolle energiavirtojen tulee olla tasapainossa säätökohde: kattilassa esiintyvät lämpötilat indikaattori: lämpötilat Timo Heikkinen
Osaprosessit: turbiini ja generaattori terminen energia muutetaan turbiinissa mekaaniseksi energiaksi mekaaninen energia muutetaan generaattorissa sähköenergiaksi sähköntuotannon ja kulutuksen oltava tasapainossa säätökohde: sähkön tuotanto indikaattori: sähköverkon taajuuden poikkeamat Timo Heikkinen
Osaprosessit: kaukolämpö ajoittain osa kattilan lämpötehosta johdetaan kaukolämpöverkkoon lämmöntuotannon ja kulutuksen oltava tasapainossa säätökohde: lämmöntuotanto indikaattori: paluuveden lämpötilan tai kaukolämpöverkon paine-eron poikkeamat Timo Heikkinen
Polttoaineet pääpolttoaineet maka ja koka polttoöljyt kivihiiliterva lähinnä tukipolttoaineina muiden polttoaineiden puutteessa kivihiiliterva Timo Heikkinen
Polttimet 14 toisistaan riippumatonta poltinta 6 makapoltinta (1-6) 4 yhdistelmäpoltinta (7-10) pääosin koka PORV 4 öljypoltinta (11-14) PORV, PORE, kivihiiliterva (11-14) POK (11, 14) Timo Heikkinen
Säädön ongelmia polttimien suuri määrä polttoaineiden erilaisuus koksikaasusta kivihiilitervaan kattiloiden K3 ja K4 yhteiskäyttö vaihteleva tehontarve 40..100 % Timo Heikkinen
Voimalaitoksen ajotavat (1) kiinteän paineen ajotapa ”kattila seuraa” etupaineen ajotapa ”turbiini seuraa” Timo Heikkinen
Voimalaitoksen ajotavat (2) Timo Heikkinen
Kiinteän paineen ajotapa (1) Timo Heikkinen
Kiinteän paineen ajotapa (2) kattila pyrkii pitämään höyrynpaineen vakiona turbiini säätelee sähkötehoa tehovaateen kasvaessa: turbiini kuluttaa enemmän höyryä lieriön pinta laskee höyrynpaine laskee kattila nostaa polttotehoa Timo Heikkinen
Etupaineen ajotapa (1) Timo Heikkinen
Etupaineen ajotapa (2) kattila pyrkii pitämään tuotetun sähkötehon vakiona turbiini säätelee höyrynpainetta tehovaateen kasvaessa: kattila nostaa polttotehoa kattilan tuottama höyrymäärä kasvaa höyrynpaine pyrkii nousemaan turbiini avaa säätöventtiiliään Timo Heikkinen