Valtioneuvoston asetus suurten polttolaitosten päästöjen rajoittamisesta (suuret polttolaitokset, SuPo, 936/2014) astuu voimaan IE-direktiivin (teollisuuspäästödirektiivi, 2010/75/EU) mukaisesti vuonna 2016. Erityisesti savukaasujen sisältämien typen oksidien, rikkidioksidin ja hiukkasten päästörajaarvoja kiristetään, minkä lähtökohtana on parhaan käyttökelpoisen tekniikan (BAT) ja niin sanottujen BAT-päätelmien asettamien toimialakohtaisten päästötasojen soveltaminen. Tämä onkin ehkä merkittävin muutos aiempaan SuPo-asetukseen verrattuna, samalla kun direktiivin soveltamisala laajenee kaikkiin vähintään 15 megawatin kattiloihin, mikäli niiden yhteenlaskettu kokonaispolttoaineteho ylittää 50 megawattia ja savukaasut johdetaan samaan ulkopiippuun.

Epävarmuutta suurten polttolaitosten osalta luo se, että kyseisiä BATpäätelmiä ei ole vielä julkaistu. Ne voivat asettaa lisää tiukennuksia teollisuuspäästödirektiivin liitteessä V mainittuihin vähimmäistasoihin nähden, ja niiden voimaanastuminen tulee ajoittumaan neljän vuoden päähän tulevasta julkaisemisajankohdasta.

Yhdessä eri joustomahdollisuuksien kanssa yksittäistä olemassa olevaa voimakattilaa koskevat uudet päästörajaarvot voivatkin astua voimaan vasta jopa vuoden 2023 alussa, kun huomioidaan esimerkiksi direktiivin sisältämä kaukolämpöpoikkeus. Tiukentuvien päästömääräysten täyttäminen edellyttää joka tapauksessa muutoksia käytettävän polttoaineen laatuun ja/tai investointeja sovellettaviin poltto- ja puhdistustekniikoihin.

Voimalaitosten typenpoistomenetelmät

Voimalaitoksilla kattilalaitosten ja polttoprosessien typenpoiston (DeNOx) tehostaminen uusien vaatimusten täyttämiseksi voidaan toteuttaa joko primäärisillä tai sekundäärisillä typenpoistomenetelmillä.

Primääriset menetelmät kohdistuvat kattilan toimintaan ja sen palamisprosessiin. Kattilan polttimien uusinnalla sekä ilmajakoa muuttamalla ehkäistään typenoksidien (NO ja NO2) syntyminen palamisilman typestä (N2) palamisreaktiossa. Poltinmuutosten lisäksi minimoidaan kattilan muissa osissa syntyviä typenoksideja säätämällä kattilan yläilmajakoa (OFA, Over Firing Air) kattilan eri osissa.

Sekundäärisiä menetelmiä, joissa typen oksidit muutetaan joko ilman katalyyttiä tai sen avulla typeksi, ovat SNCR (Selective Non Catalyst Reduction) ja SCR (Selective Catalyst Reduction) -menetelmät.

SNCR -menetelmässä ruiskutetaan kattilaan ammoniakkia tai ureaa oikeaan lämpötila-alueeseen, jossa typen oksidit ehtivät hajoamaan typeksi. Tämä menetelmä ei kuitenkaan ole teholtaan niin hyvä (konversiokyky noin 50 prosenttia) kuin katalyytin avustama SCR -menetelmä, jossa yli 95 prosenttia typen oksideista voidaan hajottaa typeksi.

Typen oksidien poiston tehostaminen ja valittu ratkaisu menetelmineen vaatii aina kattilakohtaisen selvityksen. Parhaan teknistaloudellisen menetelmän löytäminen edellyttää laajaa kattilateknistä osaamista ja kattilan mallintamista. Kaikkiin kattiloihin ei ole mahdollista soveltaa teknisesti halvinta ratkaisua johtuen kattilan geometriasta tai olemassa olevasta ilman- ja polttoaineenjakojärjestelmästä. Investoinnin suuruuteen ja kannattavuuteen vaikuttaa myös kattilan jäljellä oleva käyttöikä.

Hiukkaspäästöjen puhdistus

Kattilalaitokset joutuvat tarkastamaan nykyiset hiukkaspäästötasonsa ja harkitsemaan tapauskohtaisesti laitteistojen parantamista. Voimalaitoksen layoutista ja nykyisestä teknisestä ratkaisusta riippuen on mahdollista laajentaa sähkösuodattimen erotuspinta-alaa lisäämällä suodattimeen uusi kenttä tai korottaa sähkösuodattimen kenttiä.

Sähkösuodattimen nykyinen päästötaso voidaan jopa puolittaa korvaamalla tasasuuntaimet tai osan niistä uudella SIR -korkeataajuustasasuuntaimella. Tämä edellyttää, että sähkösuodatin on mekaanisesti moitteettomassa kunnossa. Oheisessa taulukossa esitetään eri prosesseissa saatua hiukkaspäästön vähenemistä pelkällä uuden korkeataajuustasasuuntaimen käyttöönotolla.

Kuitusuodattimet ovat jo käytössä osalla teollisuuden voimakattiloista sekä kivihiililaitosten rikinpoistolaitosten osina. Kuitusuodattimen erotuskyky on parasta olemassa olevaa tekniikkaa hiukkasten erottamisessa kaasuista. Letkusuodattimen käyttö hiukkaserottimena tarjoaa mahdollisuuden kaasumaisten päästöjen hallintaan.

Eri prosesseissa saavutettu hiukkaspäästöjen väheneminen uuden korkeataajuustasasuuntaimen käyttöönotolla.

Lisäämällä letkusuodattimeen absorbentin syöttöjärjestelmä, joka voi käyttää esimerkiksi sammutettua kalkkia absorbenttinä, saadaan erotettua happamat kaasut (kuten SO2 ja HCl) savukaasuista. Tarvittava erotusaste kuitenkin määrää tarvittavan laitekokonaisuuden ja sitä kautta investointi- ja käyttökustannuksen suuruuden. Tämä Alstomin Filsorption-menetelmä on käytössä teollisuudessa sekä erikoissovellutuksissa.

Kuitusuodattimen erotuskyvyn parantaminen perustuu suodattimen ja puhdistuslaitteiston toimintaan ja kuormitukseen sekä letkutyypin materiaalivalintoihin. Mikäli päästörajan ylittymisen syynä ovat palavien hiukkasten aiheuttamat vuodot letkuissa, ongelmaan voidaan vaikuttaa polttoteknisin keinoin tai lisäämällä ennen letkusuodatinta kipinän sammuttimena toimiva esierotin. Kuitusuodattimen käytön optimointi ja erityisesti letkujen käsittely käytön aikaisella precoating-käsittelyllä on tärkeää päästötason säilyttämiseksi ja suodattimen toiminnan varmistamiseksi.

Rikinpoistojärjestelmien parannus

Uusia rikkidioksidin päästörajoja tarkasteltaessa on huomioitava polttoainekohtaisesti sopiva tekniikka. Alkuperäiset päästörajat tulevat useimmissa tapauksissa puoliintumaan. Alkuperäinen mitoitus ja käytettävien polttoaineiden rikkipitoisuus määrittävät rikinpoiston tehokkuuden.

Rikinpoistoa voidaan myös tehostaa laitteiston asiantuntevalla säädöllä kokonaiskustannusten optimoimiseksi, sillä polttoaineen laatu ja hinta vaikuttavat myös käyttö- ja kunnossapitokustannuksiin. Tähän voidaan vaikuttaa polttoainemuutoksen yhteydessä myös asentamalla kondenssipesureita tai savukaasun lämmönvaihdin, jolla saadaan investoinnille kustannustukea myytävän lämpöenergian kautta.

Tehokkain ja myös pienille bio- ja muutettaville öljylaitoksille soveltuva rikinpoistomenetelmä on Alstomin puolikuiva NID™-konsepti, joka on käytössä muun muassa ongelmajätelaitoksilla kuten Ekokemillä Riihimäellä. Tässä menetelmässä savukaasujen lämpötilaa säädetään lisäämällä vettä kierrätettävään pölyyn niin sanotussa mikserissä, johon on liitetty myös poltetun kalkin sammutusyksikkö. Tämä muodostaa kompaktin laitteen, joka voidaan lisätä letkusuodattimeen tai sähkösuodattimeen.

Petri Sjöholm,

Solution Manager,

Alstom Power,

petri.sjoholm@alstom.com