Voimalaitosautomaatio

Esitys aiheesta: "Voimalaitosautomaatio"— Esityksen transkriptio:

1 Voimalaitosautomaatio
Automaatiotekniikan seminaari Timo Heikkinen

2 Esimerkkivoimalaitos: Rautaruukki, Raahe K4
otettu käyttöön 1991 esimerkissä kuvataan voimalaitoksen toiminta sen valmistuttua toimintaperiaate ajotavat kattilan prosessit ja säädöt Timo Heikkinen

3 K4 rakentamisen syyt terästehtaalla suuri energian kulutus
tarjolla runsaasti omia polttoaineita masuunikaasu (CO) koksikaasu (H, CnHm) Timo Heikkinen

4 Suunnittelun haasteita (1)
monipolttoainekattila masuunikaasu (maka) koksikaasu (koka) kevyt polttoöljy (POK) raskas polttoöljy (PORV) erittäin raskas polttoöljy (PORE) kivihiiliterva Timo Heikkinen

5 Suunnittelun haasteita (2)
yksi ensimmäisistä PLU-kortteja sisältäviä Damatic XD –projekteja moottori-, venttiili- ja poltinohjaukset kattilasuoja kahdennuksineen Timo Heikkinen

6 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

7 Höyryvoimalaitoksen toimintaperiaate (1)
tehtävänä vapauttaa polttoaineeseen sitoutunut (kemiallinen) energia vesihöyryn energiaksi ja siitä edelleen sähköksi höyrynkehitin tulipesä höyrykattila Timo Heikkinen

8 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

9 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

10 Tuotantoprosessi prosessissa pyritään tasapainoon
prosessimuuttujien pysyttävä sallitulla alueella turvallisuus päästövaatimukset taloudellisuus Timo Heikkinen

11 Osaprosessit palamisprosessi vesi-/höyryprosessi
turbiini ja generaattori kaukolämpö Timo Heikkinen

12 Osaprosessit: palamisprosessi
polttoainevirtaus muuttuu tulipesässä palamisen avulla lämpövirraksi palamistuloksen optimointi säätökohde: polttoaine- ja ilmavirtauksen suhde indikaattori: savukaasujen happipitoisuus Timo Heikkinen

13 Osaprosessit: vesi-/höyryprosessi
vesi nostetaan korkeammalle energiatasolle energiavirtojen tulee olla tasapainossa säätökohde: kattilassa esiintyvät lämpötilat indikaattori: lämpötilat Timo Heikkinen

14 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

15 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

16 Polttoaineet pääpolttoaineet maka ja koka polttoöljyt kivihiiliterva
lähinnä tukipolttoaineina muiden polttoaineiden puutteessa kivihiiliterva Timo Heikkinen

17 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

18 Säädön ongelmia polttimien suuri määrä
polttoaineiden erilaisuus koksikaasusta kivihiilitervaan kattiloiden K3 ja K4 yhteiskäyttö vaihteleva tehontarve % Timo Heikkinen

19 Voimalaitoksen ajotavat (1)
kiinteän paineen ajotapa ”kattila seuraa” etupaineen ajotapa ”turbiini seuraa” Timo Heikkinen

20 Voimalaitoksen ajotavat (2)
Timo Heikkinen

21 Kiinteän paineen ajotapa (1)
Timo Heikkinen

22 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

23 Etupaineen ajotapa (1) Timo Heikkinen

24 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