# Polttolaitoksille haitallisten alkalikloridien määrittämiseen tarkoitetun mittalaitteen hankinta Varkauden kampuksen energiatutkimuskeskuksen kattilaan - Savonia-AMK

> Varkauden kampuksen energiatutkimuskeskuksen kattilaan asennetun IACM-mittalaitteen tarve, asennus ja käyttöönotto.

## Tausta ja haasteet energiantuotannossa
Voimalaitoskattilat ovat keskeisessä roolissa yhteiskunnan energiahuoltovarmuuden ja uusiutuvan energian tavoitteiden kannalta. Vihreän siirtymän ja energiaomavaraisuuden myötä voimalaitoksilla on tarve käyttää haastavampia polttoainejakeita, kuten heikkolaatuisia biomassoja, kierrätyspolttoaineita sekä teollisuuden ja yhdyskuntien sivu- ja jätevirtoja.

Näiden polttoaineiden käyttö tuo mukanaan teknisiä haasteita, kuten:
* Korroosio
* Likaantuminen
* Pedin agglomeroituminen
* Savukaasupäästöt
* Tuhkien korkeat haitta-ainepitoisuudet

## Alkalikloridien vaikutus kattiloiden elinkaareen
VOKUS-hankkeen yhtenä tavoitteena on löytää ratkaisuja polttoaineiden aiheuttamiin kattilaongelmiin. Erityisen haitallisia ovat polttoprosessissa syntyvät alkalikloridit, kuten kaliumkloridi (KCl).

* **Korroosiomekanismi:** Polttoaineen sisältämä kloori reagoi tulipesässä muiden alkuaineiden kanssa muodostaen klooriyhdisteitä. Nämä kondensoituvat savukaasukanavien pinnoille, mikä edesauttaa kuumakorroosiota metallipinnoilla, joiden lämpötila ylittää 420 °C.
* **Ehkäisy:** Kuumakorroosiota voidaan hillitä estämällä alkalimetallien ja kloorin välinen synteesireaktio. Esimerkiksi turpeen sisältämä rikki ja alumiinisilikaatit voivat reagoida alkalimetallien kanssa muodostaen haitattomampia yhdisteitä.

## IACM-mittalaitteiston hankinta ja asennus
Osana VOKUS-hanketta Varkauden energiatutkimuskeskukseen hankittiin Vattenfallin omistaman Chlor Out AB:n IACM (In-situ Alkali Chloride Monitor) -mittalaitteisto.

* **Toimintaperiaate:** Laitteisto perustuu optiseen tunnistamiseen. Lähettimen xenon-valo lähettää UV-valoa savukaasun läpi, ja vastakkaisella puolella oleva vastaanotin analysoi absorboituneen spektrin määrittääkseen KCl- ja SO2-pitoisuudet.
* **Asennus:** Koska kaasumaiset alkalikloridit vaativat vähintään 700 °C lämpötilan, mittalaite asennettiin kattilan tulipesän yläosaan. Asennus vaati uuden hoitotason rakentamisen sekä tarkan reiän poraamisen kattilan ulkovaipan ja eristeiden läpi, jotta lähetin ja vastaanotin saatiin täydellisesti kohdistettua.

## Käyttöönotto ja testaus
Laitteiston käyttöönotto kesti neljä päivää, sisältäen kattilan esilämmityksen ja testiajot.
* **Testaus:** Testauksessa käytettiin kaurankuoripellettiä (korkea alkalimetallipitoisuus) ja PVC-jauhetta (kloorilähde) kaliumkloridin muodostumisen varmistamiseksi.
* **Kalibrointi:** Laitteistoon syötettiin kalibrointispektrit ja vasteajat. Mittalaite osoittautui toimivaksi ja kykeneväksi havaitsemaan korkeita KCl-pitoisuuksia.

## Tulevaisuuden tutkimus ja kehitys
Jatkossa laitetta käytetään tutkimus- ja kehitystarkoituksessa eri polttoaineiden ja lisäaineiden vaikutusten tutkimiseen. Savonia voi nyt tuottaa energiasektorin yrityksille tarkempaa tietoa kuumakorroosiota jouduttavien komponenttien synnystä ja niiden ehkäisystä. Laitteistoon on tulossa myös lisäosa kaasumaisen kaliumhydroksidin (KOH) mittaamiseen.

## Lähteet
* Uusi tutkimushanke edistää kestävää energiantuotantoa Pohjois-Savossa. Savonia.
* Turvatuotanto. Ympäristöhallinnon verkkopalvelu.
* ChlorOut – reducing corrosion, fouling and emissions in bio-fired power plants. Vattenfall.
* Broström, M., et al. (2007). Sulfation of corrosive alkali chlorides by ammonium sulfate in a biomass fired CFB boiler. *Fuel Processing Technology*.
* Kassman, H., et al. (2010). Measures to reduce chlorine in deposits: Application in a large-scale circulating fluidised bed boiler firing biomass. *FUEL*.