Abstract
Tämän työn tavoitteena oli kehittää matemaattinen malli, jolla voidaan estimoida kaasukäyttöisten huippu-kuormalaitosten NOx-päästöjä prosessista mitattujen sekundääristen suureiden avulla. Kiinnostus NOx-estimoinnille nousi esiin EU:n teollisuuspäästödirektiivin (IED) uusien monitorointivelvoitteiden myötä, jotka astuvat voimaan vanhoilla kattiloilla vuoden 2016 alusta. Kiristyneiden päästövaatimusten lisäksi uutta on myös ns. piippusääntö, joka tuo IE-direktiivin piiriin uusia alle 50 MW energiantuotantoyksiköitä.
NOx-estimoinnin esimerkkiprosessi oli Helsingin Energian Patolan lämpökeskus, jossa on kuusi 43 MW kuuma-vesikattilaa muodostaen yhteensä 258 MW polttoainetehokapasiteetin. Kattiloista kolme on kaasu-/öljy- ja kolme öljykäyttöisiä. Kattiloiden savukaasut ohjataan yhteen piippuun, joten kapasiteettien yhteenlaskusäännön mukaan kattilat kuuluvat jatkossa IE-direktiivin piiriin. Patolan voimalaitos toimii Helsingin kauko¬lämpöverkon tukiasemana ja huippukuormalaitoksena.
Tutkimushankkeen osana Patolassa tehtiin koeajoja käyttäen polttoaineena maakaasua. Kokeiden tarkoituksena oli selvittää eri prosessisuureiden vaikutukset syntyneisiin NOx päästöihin. Mittausten pohjalta laadittiin päästöjä ennustava malli ja tutkittiin sen tarkkuutta ja herkkyyttä eri muuttujien suhteen. Lisäksi tutkittiin miten mallin identifiointi ja validointi voidaan toteuttaa mahdollisimman kustannustehokkailla mittausjaksoilla. Tulosten perusteella testikattilalla voidaan päästä alle IED:n edellyttämän NOx-päästörajan nykyisellä laitteistorakenteella, erityisesti alhaisilla teho- ja jäännöshappitasoilla. Koeajodatojen perusteella identifioitiin lineaarisia ja epä¬lineaarisia malleja (lineaarinen regressio ja MLP-neuroverkko) eri tavoin valituilla datajoukoilla. Tulosten perusteella lineaariset ja epälineaariset mallit antavat käytännössä samanlaiset estimointivirheet. Analyysin perusteella validointidatan maksimivirhe oli alle 4 % ja keskivirhe (RMSE) alle 3 % käytettäessä kahden muuttujan lineaarista regressiomallia.
NOx-estimoinnin esimerkkiprosessi oli Helsingin Energian Patolan lämpökeskus, jossa on kuusi 43 MW kuuma-vesikattilaa muodostaen yhteensä 258 MW polttoainetehokapasiteetin. Kattiloista kolme on kaasu-/öljy- ja kolme öljykäyttöisiä. Kattiloiden savukaasut ohjataan yhteen piippuun, joten kapasiteettien yhteenlaskusäännön mukaan kattilat kuuluvat jatkossa IE-direktiivin piiriin. Patolan voimalaitos toimii Helsingin kauko¬lämpöverkon tukiasemana ja huippukuormalaitoksena.
Tutkimushankkeen osana Patolassa tehtiin koeajoja käyttäen polttoaineena maakaasua. Kokeiden tarkoituksena oli selvittää eri prosessisuureiden vaikutukset syntyneisiin NOx päästöihin. Mittausten pohjalta laadittiin päästöjä ennustava malli ja tutkittiin sen tarkkuutta ja herkkyyttä eri muuttujien suhteen. Lisäksi tutkittiin miten mallin identifiointi ja validointi voidaan toteuttaa mahdollisimman kustannustehokkailla mittausjaksoilla. Tulosten perusteella testikattilalla voidaan päästä alle IED:n edellyttämän NOx-päästörajan nykyisellä laitteistorakenteella, erityisesti alhaisilla teho- ja jäännöshappitasoilla. Koeajodatojen perusteella identifioitiin lineaarisia ja epä¬lineaarisia malleja (lineaarinen regressio ja MLP-neuroverkko) eri tavoin valituilla datajoukoilla. Tulosten perusteella lineaariset ja epälineaariset mallit antavat käytännössä samanlaiset estimointivirheet. Analyysin perusteella validointidatan maksimivirhe oli alle 4 % ja keskivirhe (RMSE) alle 3 % käytettäessä kahden muuttujan lineaarista regressiomallia.
| Original language | Finnish |
|---|---|
| Title of host publication | Automaatio XXI seminaari |
| Editors | Sirkka-Liisa Jämsä-Jounela |
| Publisher | Suomen Automaatioseura |
| Pages | 1-6 |
| Number of pages | 6 |
| ISBN (Print) | 978-952-5183-46-7 |
| Publication status | Published - 2015 |
| Publication type | A4 Article in conference proceedings |
| Event | Automaatioseminaari - , Finland Duration: 1 Jan 1980 → … |
Publication series
| Name | SAS julkaisusarja |
|---|---|
| Number | 44 |
| ISSN (Print) | 1455-6502 |
Conference
| Conference | Automaatioseminaari |
|---|---|
| Country/Territory | Finland |
| Period | 1/01/80 → … |
Publication forum classification
- Publication forum level 0