Väittelijä
Diplomi-insinööri Kimmo Leppäkoski

Tiedekunta ja laitos
Teknillinen tiedekunta, prosessi- ja ympäristötekniikan osasto
08 553 2301

Oppiaine
Prosessitekniikka

Väitöstilaisuus
3.11.2006 klo 12

Väitöstilaisuuden paikka
Linnanmaa, Kuusamonsali (YB210)

Aihe
Utilisation of non-linear modelling methods in flue-gas oxygen-content control

Epälineaaristen mallinnusmenetelmien hyödyntäminen savukaasun jäännöshappipitoisuuden säädössä

Vastaväittäjät
Professori (emeritus) Raimo Ylinen, Teknillinen korkeakoulu ja
professori Heikki Koivo, Teknillinen korkeakoulu

Kustos
Professori Urpo Kortela

Väitöskirja

Savukaasupäästöjen vähentäminen säätöjärjestelmien toimintaa parantamalla

Savukaasupäästöjen (NOx, CO, SOx) rajoitusten kiristyminen, sähkömarkkinoiden muutos ja lisääntyvä biopolttoaineiden käyttö ovat lisänneet tarvetta parantaa voimalaitosten säätöjärjestelmiä. Erityisesti biopolttoaineiden laadun vaihtelut verrattuna aiemmin käytettyihin polttoaineisiin, öljyyn ja hiileen, asettavat säätöjärjestelmien toiminnalle omat haasteensa. Myös voimakattilan energiatehokkuutta ja täten hiilidioksidipäästöjä kyetään vähentämään voimalaitoksen säätöjärjestelmiä parantamalla.

Väitöstutkimuksessa on käytetty säätösuunnittelua varten matemaattisia mallinnusmenetelmiä, nk. Wiener/Hammerstein-rakenteita, joissa on voitu yhdistää prosessitietämys ja kokeellinen tieto. Tällöin mallien viritys on aiempaa kätevämmin toteutettavissa. Palamisprosessia on mallinnettu paljon prosessisuunnittelua varten, mutta näistä malleista harvat sopivat säätösuunnitteluun. Useimmat prosessisuunnitteluun tarkoitetuista malleista ovat laskennallisesti liian raskaita eikä prosessitietämystä voida kätevästi lisätä.

Voimalaitosten säätöjärjestelmiä on viritetty käyttämällä kehitettyjä malleja säätösuunnitteluun tarkoitetun laskentaohjelman, nk. simulaattorin, osana. Tällöin voimalaitosten säätöjärjestelmiä on kyetty virittämään aiempaa paremmin, koska prosessissa tapahtuvat muutokset on voitu ottaa huomioon. Savukaasupäästöjä (NOx) on ollut mahdollista vähentää merkittävästi, joissakin tapauksissa noin 30 %. Hiilimonoksidipäästöjä on ollut mahdollista vähentää joissakin tapauksissa vieläkin enemmän, noin 70 %.

Kehitettyjen mallien käyttöönottokynnys säätösuunnittelussa alenee, koska malleihin voidaan liittää prosessitietämystä. Niinpä säätösuunnittelua kyetään huomattavasti parantamaan ja siten vähentämään savukaasupäästöjä ja voimakattilan mekaanisia rasituksia sekä parantamaan voimakattilan energiatehokkuutta. Lisäksi matemaattisia malleja voidaan hyödyntää kehittyneiden säätömenetelmien osana säätöjärjestelmiä edelleen parannettaessa.