Savukaasun NOx-päästöjen epäsuora monitorointi maakaasukäyttöisissä polttolaitoksissa

Timo Korpela; Pekka Kumpulainen; Yrjö Majanne; Anna Häyrinen

Savukaasun NOx-päästöjen epäsuora monitorointi maakaasukäyttöisissä polttolaitoksissa

Timo Korpela, Pekka Kumpulainen, Yrjö Majanne, Anna Häyrinen

Tutkimustuotos: Konferenssiartikkeli › Tieteellinen › vertaisarvioitu

Abstrakti

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.

Alkuperäiskieli	Suomi
Otsikko	Automaatio XXI seminaari
Toimittajat	Sirkka-Liisa Jämsä-Jounela
Kustantaja	Suomen Automaatioseura
Sivut	1-6
Sivumäärä	6
ISBN (painettu)	978-952-5183-46-7
Tila	Julkaistu - 2015
OKM-julkaisutyyppi	A4 Artikkeli konferenssijulkaisussa
Tapahtuma	Automaatioseminaari - , Suomi Kesto: 1 tammik. 1980 → …

Julkaisusarja

Nimi	SAS julkaisusarja
Numero	44
ISSN (painettu)	1455-6502

Conference

Conference	Automaatioseminaari
Maa/Alue	Suomi
Ajanjakso	1/01/80 → …

Julkaisufoorumi-taso

Jufo-taso 0

Pääsy asiakirjaan

http://xxi.automaatioseura.fi/

Siteeraa tätä

@inproceedings{952e3d17dc134a0282bccf8b0b30b08b,

title = "Savukaasun NOx-p{\"a}{\"a}st{\"o}jen ep{\"a}suora monitorointi maakaasuk{\"a}ytt{\"o}isiss{\"a} polttolaitoksissa",

abstract = "T{\"a}m{\"a}n ty{\"o}n tavoitteena oli kehitt{\"a}{\"a} matemaattinen malli, jolla voidaan estimoida kaasuk{\"a}ytt{\"o}isten huippu-kuormalaitosten NOx-p{\"a}{\"a}st{\"o}j{\"a} prosessista mitattujen sekund{\"a}{\"a}risten suureiden avulla. Kiinnostus NOx-estimoinnille nousi esiin EU:n teollisuusp{\"a}{\"a}st{\"o}direktiivin (IED) uusien monitorointivelvoitteiden my{\"o}t{\"a}, jotka astuvat voimaan vanhoilla kattiloilla vuoden 2016 alusta. Kiristyneiden p{\"a}{\"a}st{\"o}vaatimusten lis{\"a}ksi uutta on my{\"o}s ns. piippus{\"a}{\"a}nt{\"o}, joka tuo IE-direktiivin piiriin uusia alle 50 MW energiantuotantoyksik{\"o}it{\"a}.NOx-estimoinnin esimerkkiprosessi oli Helsingin Energian Patolan l{\"a}mp{\"o}keskus, jossa on kuusi 43 MW kuuma-vesikattilaa muodostaen yhteens{\"a} 258 MW polttoainetehokapasiteetin. Kattiloista kolme on kaasu-/{\"o}ljy- ja kolme {\"o}ljyk{\"a}ytt{\"o}isi{\"a}. Kattiloiden savukaasut ohjataan yhteen piippuun, joten kapasiteettien yhteenlaskus{\"a}{\"a}nn{\"o}n mukaan kattilat kuuluvat jatkossa IE-direktiivin piiriin. Patolan voimalaitos toimii Helsingin kauko¬l{\"a}mp{\"o}verkon tukiasemana ja huippukuormalaitoksena. Tutkimushankkeen osana Patolassa tehtiin koeajoja k{\"a}ytt{\"a}en polttoaineena maakaasua. Kokeiden tarkoituksena oli selvitt{\"a}{\"a} eri prosessisuureiden vaikutukset syntyneisiin NOx p{\"a}{\"a}st{\"o}ihin. Mittausten pohjalta laadittiin p{\"a}{\"a}st{\"o}j{\"a} ennustava malli ja tutkittiin sen tarkkuutta ja herkkyytt{\"a} eri muuttujien suhteen. Lis{\"a}ksi tutkittiin miten mallin identifiointi ja validointi voidaan toteuttaa mahdollisimman kustannustehokkailla mittausjaksoilla. Tulosten perusteella testikattilalla voidaan p{\"a}{\"a}st{\"a} alle IED:n edellytt{\"a}m{\"a}n NOx-p{\"a}{\"a}st{\"o}rajan nykyisell{\"a} laitteistorakenteella, erityisesti alhaisilla teho- ja j{\"a}{\"a}nn{\"o}shappitasoilla. Koeajodatojen perusteella identifioitiin lineaarisia ja ep{\"a}¬lineaarisia malleja (lineaarinen regressio ja MLP-neuroverkko) eri tavoin valituilla datajoukoilla. Tulosten perusteella lineaariset ja ep{\"a}lineaariset mallit antavat k{\"a}yt{\"a}nn{\"o}ss{\"a} samanlaiset estimointivirheet. Analyysin perusteella validointidatan maksimivirhe oli alle 4 % ja keskivirhe (RMSE) alle 3 % k{\"a}ytett{\"a}ess{\"a} kahden muuttujan lineaarista regressiomallia. ",

author = "Timo Korpela and Pekka Kumpulainen and Yrj{\"o} Majanne and Anna H{\"a}yrinen",

year = "2015",

language = "Suomi",

isbn = "978-952-5183-46-7",

series = "SAS julkaisusarja",

publisher = "Suomen Automaatioseura",

number = "44",

pages = "1--6",

editor = "Sirkka-Liisa J{\"a}ms{\"a}-Jounela",

booktitle = "Automaatio XXI seminaari",

note = "Automaatioseminaari ; Conference date: 01-01-1980",

}

TY - GEN

T1 - Savukaasun NOx-päästöjen epäsuora monitorointi maakaasukäyttöisissä polttolaitoksissa

AU - Korpela, Timo

AU - Kumpulainen, Pekka

AU - Majanne, Yrjö

AU - Häyrinen, Anna

PY - 2015

Y1 - 2015

N2 - 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.

AB - 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.

M3 - Konferenssiartikkeli

SN - 978-952-5183-46-7

T3 - SAS julkaisusarja

SP - 1

EP - 6

BT - Automaatio XXI seminaari

A2 - Jämsä-Jounela, Sirkka-Liisa

PB - Suomen Automaatioseura

T2 - Automaatioseminaari

Y2 - 1 January 1980

ER -