Happipolton itseoptimoiva säätö kiertoleijukattiloissa

Energiantuotanto polttovoimalaitoksissa on merkittävä hiilidioksidipäästöjen lähde, ja kansainväliset ilmastotavoitteet edellyttävät kaikkien käytettävissä olevien teknologioiden hyödyntämistä päästövähennysten aikaansaamiseksi nopeasti ja kustannustehokkaasti. Happipoltto on yksi hiilidioksidin talteenottotekniikoista, joita voidaan soveltaa polttovoimalaitoksiin.

Väitöstutkimuksessa käytettiin itseoptimoivaa säätöä kiertoleijukattilan säätörakenteiden suunnitteluun. Kiertoleijukattilat ovat saavuttaneet kasvavaa suosiota etuinaan hyvä käytettävyys, tehokas päästöjen hallinta, soveltuvuus erilaisten haastavienkin polttoaineiden hyödyntämiseen ja mahdollisuus tehokkaiden höyrykiertojen käyttöön. Uudessa happipolttoprosessissa palamisilma korvataan hapen ja kierrätetyn savukaasun seoksella, jolloin hiilidioksidipitoisuus savukaasussa on korkea ja talteenotto helpottuu. Säädön kannalta vapausasteet lisääntyvät, kun leijutukseen ja polttamiseen käytettävän kaasun määrää ja koostumusta voidaan säätää erikseen.

Itseoptimoiva säätö tarjoaa systemaattisen menetelmän säätösuunnittelun alkuvaiheeseen, jossa päätöksenteko on perinteisesti tehty esimerkiksi intuition ja aiempien ratkaisujen perusteella. Menetelmän tavoitteena on löytää säädettävät muuttujat, joiden asetusarvot eivät vaadi jatkuvaa optimointia, vaikka prosessiin vaikuttavat erilaiset häiriöt ja mittausvirheet. Säädön tarkoituksena ei ole muuttujien pitäminen tietyissä asetusarvoissaan, vaan ennen kaikkea prosessin toiminnalle asetettujen tavoitteiden saavuttaminen.

Väitöstutkimuksen tulokset osoittavat, että itseoptimoiva säätö soveltuu kiertoleijupolton säätörakenteiden suunnitteluun. Erilaisten säätörakenteiden toimivuutta arvioitiin käyttäen validoitua prosessimallia. Uudelle happipolttoprosessille löydettiin lupaavia säätörakenteita, joiden toimintaa voitiin demonstroida myös dynaamisesti.