Ciepło i prąd dla całego Kuopio – i udowodniona niższa emisja zanieczyszczeń

Kuopion Energia monitoruje emisję zanieczyszczeń korzystając z systemu do analizy wieloskładnikowej MCS200HW. Stary układ pomiarowy, zamontowany w kominie, został zastąpiony nowym systemem analitycznym z funkcją pobierania próbek, który jest znacznie bardziej wszechstronny i wymaga mniejszych nakładów na konserwację podczas pracy. Dzięki temu fińskie miasto Kuopio ma zagwarantowane dostawy ciepła i energii elektrycznej.

• Elektrownia Kuopion Energia w Haapaniemi składa się z dwóch bloków: Haapaniemi II i III. Pierwszy blok uruchomiono w 1972 roku i była to pierwsza elektrociepłownia w Finlandii opalana torfem. Blok Haapaniemi II, ukończony dziesięć lat temu, zastąpił pierwszy blok, który następnie wyłączono z eksploatacji. 
• Drugi blok to główny kocioł elektrowni, w którym obecnie pracuje nowy system analityczny. Zestaw do pomiarów emisji całkowitej uzupełniają: urządzenie do pomiaru zapylenia FWE200 i przepływomierz ultradźwiękowy FLOWSIC100.
• Niniejszy artykuł został po raz pierwszy opublikowany 12 stycznia 2022 roku, na stronie www.sick.com.  Od 1 stycznia 2025 r. Endress+Hauser jest wyłącznym dystrybutorem na całym świecie technologii analiz i pomiaru przepływu gazu firmy SICK.

Zgodnie z informacjami, które ukazały się w pogodny marcowy poranek na stronie Kuopion Energia, elektrownia Haapaniemi właśnie osiągnęła moc cieplną 146 megawatów (MW) i wyprodukowała 45 MW energii elektrycznej. Można przypuszczać, że nocna produkcja była nawet nieco wyższa, ponieważ temperatura nadal utrzymywała się powyżej zera.

Z biegiem lat, udział torfu wykorzystywanego w Haapaniemi jako paliwo, uległ zmniejszeniu. Obecnie biopaliwa wytwarzane z drewna stanowią ponad 60% używanych paliw. Do produkcji wykorzystuje się odpady leśne i produkty uboczne rolnictwa. Te surowce pozyskiwane są głównie na obszarze rozciągającym się w promieniu 150 kilometrów od Kuopio, a następnie dostarczane do elektrowni.

Sieć ciepłownicza Kuopion Energia obsługuje większą część centrum miasta Kuopio, a także rejony znajdujące się kilka kilometrów na południe i na północ od miasta. Elektrownia produkuje ok. 900-1000 gigawatogodzin (GWh) ciepła i 300-350 GWh energii elektrycznej. W chłodne zimowe dni, do elektrowni codziennie dostarcza się ponad 100 ciężarówek paliwa.

"Elektrownia musi być stale modernizowana" – mówi Samuli Räisänen , dyrektor ds. eksploatacji z działu produkcji energii Kuopion Energia. "Nasz drugi kocioł został oddany do użytku w 1982 roku, a w 2013 roku przeszedł modernizację, aby móc spełnić obowiązujące obecnie przepisy dotyczące emisji zanieczyszczeń. Ten drugi kocioł można wykorzystywać w uniwersalny sposób i działa on bardzo dobrze również przy częściowym obciążeniu. W 2015 roku, w kotle zainstalowano skruber spalin, który pierwotnie służył do usuwania siarki. Ten skruber również pozwala uzyskać znaczną ilość energii, gdy temperatura spalin zostanie obniżona z poprzednich 150-160°C, do 40-50°C. Uzyskujemy ok. 50 MW energii cieplnej pochodzącej z kondensacji, a w zależności od ilości spalin, nawet do 70 MW. To daje roczną oszczędność paliwa rzędu 200-250 GWh, czyli ok. 15% zużycia paliwa całej elektrowni. Wszystko to przyczynia się również do zmniejszenia ogólnej emisji pierwotnej, ponieważ zużywamy mniej paliwa."

W ubiegłym roku w elektrowni oddano również do użytku akumulator ciepła sieciowego o pojemności 15 000 metrów sześciennych, co – zdaniem Räisänena – zwiększyło elastyczność i niezawodność działania elektrowni. Taki akumulator pozwala zoptymalizować wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła pod kątem cen energii elektrycznej zależnych od pory dnia oraz zmniejszyć zużycie paliwa, np. oleju w godzinach szczytu podczas przejściowych okresów niższej temperatury.

System analityczny zamontowany w kominie drugiego kotła pracował od 2004 roku, więc ze względu na długi czas eksploatacji wymagał już wymiany. Ponadto, konieczność przedłużenia zezwoleń środowiskowych w 2019 roku, jak również zaktualizowane przepisy rządowe nałożyły nowe obowiązki w zakresie pomiarów.

"W przypadku systemu wyposażonego w funkcję pobierania próbek, wystarczy zamontować w kominie sondę, która pobiera próbki gazu do analizy i kieruje je do analizatora znajdującego się w małym pojemniku na podłożu" – wyjaśnia Räisänen. "Na początku mieliśmy pewne wątpliwości, jeśli chodzi o dokładność poboru próbki, ale po przeprowadzeniu szczegółowych testów przygotowanych przez firmę SICK okazało się, że nie ma żadnych blokad ani innych problemów. Próbkę pobrano za pomocą bezobsługowego eżektora, więc nie było potrzeby użycia pompy, która wymagałaby konserwacji."

System analityczny SICK MCS200HW pojawił się na rynku w 2019 roku i wkrótce został zaprezentowany w Kuopion Energia. Nazwa modelu "HW" oznacza "hot-wet" (gorąco- mokro). W praktyce oznacza to, że cała ścieżka przesyłu gazu, od sondy pomiarowej do analizatora, jest podgrzewana do temperatury wyższej od punktu rosy, co pozwala zmierzyć rozpuszczalne w wodzie składniki gazu i zapobiec kondensacji. W ten sposób można mieć pewność, że żadne składniki gazu nie są wypłukiwane i nie dochodzi do korozji.

System do analizy wieloskładnikowej MCS200HW został skonstruowany w oparciu o spektrofotometr jednowiązkowy do badań w podczerwieni (NDIR), który wykorzystuje zjawisko interferencji oraz metodę korelacji z filtrem gazowym. System może jednocześnie zmierzyć nawet dziesięć składników gazu aktywnych w zakresie podczerwieni (HCl, SO₂, NO, NO₂, CO, CO₂, NH₃, N₂O, H₂O, CH₄), jak również zawartość tlenu (O₂) i ogólnego węgla organicznego (OWO).

System został wyposażony w wewnętrzne filtry kalibracyjne, które odpowiadają za automatyczną kontrolę jakości zgodnie z wymaganiami QAL3. Żadne specjalne gazy testowe nie są konieczne. System można skonfigurować pod kątem pomiaru konkretnych składników gazu. W rezultacie mamy ekonomiczne i niezawodne rozwiązanie, idealnie dostosowane do potrzeb użytkownika.

"Spodziewamy się, że system analityczny spełni wymagania ustawowych przepisów, okaże się łatwy w obsłudze i będzie działać niezawodnie” – mówi Räisänen. "Analizator idealnie spełnia nasze oczekiwania. Zestaw do pomiarów emisji całkowitej uzupełniają: pyłomierz FWE200 i gazomierz FLOWSIC100. Zawarliśmy roczną umowę na konserwację systemu i jak dotąd nie były konieczne żadne dodatkowe wizyty serwisu. Mamy dobre relacje z firmą SICK (obecnie Endress+Hauser Finnland) i od ponad 15 lat korzystamy z ich doskonałych usług."