Energialähteet ja polttoaineet (Kierrätyspolttoaineet, jätteet)
Energiamarkkinat
Energian tuotanto, jakelu ja varastointi (Jätteenpoltolaitokset, Kaukolämpö- ja kaukojäähdytyslaitokset, Lämpökeskukset ja -laitokset)
Ympäristöteknologia (Kierrätys, jätteiden energiahyödyntäminen, Savukaasujen puhdistus)

Uuden ajan lämpökattiloissa pyritään pieniin päästöarvoihin

Lämpölaitoksia voidaan toteuttaa hyvin erilaisilla tekniikoilla. Nykyaikaisten kattilalaitosten tuotekehityksessä tavoitellaan hyvää hyötysuhdetta, ympäristöpäästöjen minimointia ja pitkää käyttöikää – olipa kyse sitten pienistä biokattiloista tai vaarallista jätettä polttavista suuren luokan jätevoimalaitoksista.

LÄMMITYSKATTILOITA JA lämpölaitoksia Tampereella suunnittelevan ja valmistavan Laatukattila Oy:n toimittamissa laitoksissa tyypillisesti poltetaan kotimaisia biopolttoaineita sekä maakaasua ja öljyä.

”Valmistetuissa biokattiloissa voidaan hyödyntää monenlaatuisia polttoaineita, kuten kosteudeltaan ja palakooltaan vaihtelevaa haketta, turvetta ja pellettejä”, sanoo Laatukattila Oy:n hallituksen puheenjohtaja Simo Lampinen.

Laatukattila Oy on toiminut lämmitystekniikan alalla vuodesta 1953. Kattiloiden käyttäjiä ovat muun muassa kotitaloudet, kiinteistöt, maatilat, lämmitysalan yrittäjät, lämpölaitosvalmistajat, kunnat sekä teollisuuslaitokset Suomessa ja ulkomailla.

”Olemme toimittaneet kattilalaitoksia, joiden kattiloiden yhteisteho on 20 MW (megawattia) ja siitä alaspäin. Isoimmissa näistä on kuitenkin useita kattiloita. Suurin yksittäinen kattila, jonka kuljetusteknisesti voimme toimittaa, on teholtaan 10 MW.”

Kitee Arppe lämpölaitoksen Laka Y-5.5 MW asennus meneillään.
KUVA: LAATUKATTILA OY

Kaasutuspolttotekniikka vähentää hiukkaspäästöjä

Biolämpökeskuksia varten valmistettavien Laatukattila Oy:n LAKA Y-kattiloiden hyötysuhde on yli 90 prosenttia.

”Pölypäästöt ovat luokkaa 10...40 mg/Nm³ tehosta riippuen. Tyypillisesti kattila valmistetaan tehtaalla valmiiksi. Isompi kattila viedään kolmessa osassa asennuspaikalle, missä se nostetaan paikoilleen”, Lampinen toteaa.

LAKA Y-kattiloissa sovelletaan kaasutuspolttotekniikkaa. Vaiheistetun kaasutuspolton ensimmäisessä vaiheessa kiinteä polttoaine palaa paksun hiilloskerroksen sisällä hiilidioksidiksi. Toisessa vaiheessa hiilidioksidi reagoi edelleen hehkuvan hiilen kanssa ja pelkistyy häkäkaasuksi, joka sitten poltetaan pitkän viipymäajan kuumakammiossa.

”Tässä polttomenetelmässä hiillos on niin paksu, että happi loppuu jo hiilloksen sisällä. Hapen puuttuessa polttoaineen typpi muuttuu pääosin typpikaasuksi. Se on passiivinen kaasu eikä muodosta typen oksideja, joten savukaasujen typenoksidipäästöt ovat alhaiset. Kaasutuspoltossa ympäristöpäästöt ovat huomattavasti pienempiä kuin tavanomaisessa arinapoltossa”, Lampinen korostaa.

”Paksu hiilloskerros on aktiivihiilisuodatin, joka sitoo polttoaineen sisältämän tuhkan hiillokseen. Savukaasuihin tuhkaa päätyy vain muutama prosentti tavallisen arinapolton tuhkapäästöistä.”

Tavallisessa arinakattilassa – kun polttoaine on monesti kosteaa tai muutoin huonolaatuista – laitoksilla tarvitaan lisäksi erillisiä savukaasupuhdistimia, esimerkiksi letku- ja sähkösuodattimia.

”Kaasutuspoltossa NOx- ja hiukkaspäästöt ovat pieniä, joten suodattimia ei yleensä tarvitse asentaa. LAKA-kaasutuskattiloiden tekniikka perustuu omaan tuotekehitykseemme”, Lampinen kehaisee.

Lampisen mukaan Laatukattilan arinakattiloita on asennettu paljon puunjalostusteollisuuden lämpölaitoksiin, joissa yleensä käytetään omasta prosessista tulevia kuivia polttoaineita.

”Kaasutuspoltossa NOx- ja hiukkaspäästöt ovat pieniä.

Jatkuvaa tuotekehitystä

Laitostilauksen saatuaan Laatukattila tekee tarvittavat suunnitelmapiirustukset sekä valmistaa lämpölaitoksen kattilat, kuljettimet ja prosessityöt. Laitoksen rakennustyöt yhtiö tilaa yhteistyökumppaniltaan.

Lämpölaitoksen valmistuttua voidaan sopia myös huoltopäivystyksestä ja etävalvonnasta.

”Polttotekniikan alalla teemme koko ajan uutta tuotekehitystä, jotta laitosten päästöjä saadaan yhä pienemmiksi. Tuotekehitysosastollamme on töissä kahdeksan insinööriä”, Lampinen toteaa.

Kattiloita voidaan toimittaa myös ”avaimet käteen” -periaatteella.

”Toimitus kattaa tarvittaessa myös lämpökeskusrakennuksen, automatiikan, savukaasun puhdistinlaitteet, tuhkan poistolaitteen, polttoaineen varastorakennuksen sekä kuljetinlaitteet. Usein laitoksiin asennetaan huipputehon ja häiriön varalta lisäksi esimerkiksi öljykattila.”

”Biolämpökeskusten polttoaineeksi sopivat hake, puru, kutteripuru, kuori, pelletti, briketti, kierrätyspolttoaineet ja palaturve. Polttoaineen kosteus voi olla jopa 65 prosenttia ja palakoko suurimmillaan 400 mm. Kattila tarvitsee vain yhden huoltopysäytyksen vuodessa”, Lampinen täsmentää.

Kitee Arppe lämpölaitokseen kattilan Laka Y-5.5 MW asennus meneillään.
KUVA: LAATUKATTILA OY

Vanhaa ja uutta tekniikkaa

Lämpölaitoksissa on käytetty Suomessa kaasutuspolttoa jo 1960-luvulla, mutta siihen aikaan sen tekniikka oli erilaista kuin nykyisin.

”Laatukattila Oy toimitti ensimmäiset kehittyneemmät kaasutuspolttolaitoksensa Satakunnan Lennostolle vuonna 1984. Siinä oli kaksi 2,0 MW:n kattilaa”, Lampinen kertoo.

”Tämäntyyppisissä kattiloissa voidaan polttaa kaikenlaisia kiinteitä polttoaineita. Ennen vuotta 2000 joissakin LAKAn kaasutuspolttolaitoksissa poltettiin muun kiinteän polttoaineen ohessa myös kotitalousjätteitä, ja joissakin sairaaloissa jätteiden polttoon käytettiin LAKA-kaasutuspolttokattiloita.”

Aiemmin kaasutukseen käytettiin myös erillisiä kaasutusgeneraattoreita. Sellaisia Laatukattila ei ole valmistanut.

”Sittemmin määräykset ovat tiukentuneet. Nyt jätteiden poltto on kannattavaa lähinnä enää isoissa, 100 MW:n suuruusluokkaa olevissa kattiloissa”, arvioi Lampinen.

"Biokattiloissa voidaan hyödyntää monenlaatuisia polttoaineita.

Polttoaineille isompia varastoja

Tätä nykyä Laatukattila Oy toimittaa 2–3 kaasutuskattilalaitosta vuosittain, noin yhden vuoden toimitusajalla. Laitosten kokoluokka vaikuttaa rakentamisaikoihin.

Parhaillaan työn alla ovat Kiteen ja Tamsin (Äystö) lämpölaitokset.

”Viimeksi valmistuneita ovat Ikaalisten, Kymenlaakson Jätteen ja Kangasalan kattilalaitokset”, Lampinen mainitsee.

”Ikaalisten laitoksessa on 4,5 MW:n kattila. Laitos on Leppäkosken Lämmön ja Ikaalisten Luomun yhteishanke, ja kattilan savukaasupesuri tuottaa lämpöä lähellä olevan Ikaalisten Luomun puutarhalle.”

Laitoksen yhteyteen rakennettiin 600 kuution polttoainevarasto hakkeelle ja turpeelle.

”Usein laitoksilla on turhan pieniä polttoainevarastoja. Tämän kokoinen varasto varmistaa polttoaineen riittävyyden ainakin muutamaksi päiväksi.”

Muita Laatukattilan lämpölaitosprojekteja 2020-luvulla ovat olleet muun muassa Sodankylän, Multian, Laukaan ja Kittilän kattilalaitokset, jotka kaikki perustuvat kaasutuspolttotekniikkaan. Laitosten pääpolttoaineena on hake. Kattilatehot vaihtelevat välillä 1,5–6 MW.

Vantaan Energian rakenteilla oleva korkealämpötilatekniikkaa soveltava jätteenpolttolaitos valmistuu heinäkuussa 2025
KUVA: VANTAAN ENERGIA

Vantaalle kolmas jätevoimalaitos

Vantaan Energia Oy rakentaa korkealämpötilatekniikkaa soveltavan jätteenpolttolaitoksen jo toiminnassa olevien Långmossabergenin kahden jätevoimalaitoksen viereen, siis Porvoonväylän ja Kehä-III:n liittymän koillispuolelle.

Korkealämpötilalaitos polttaa energiaksi kierrätykseen kelpaamattomia kotitalouksien vaaralliseksi luokiteltuja jätteitä, kuten lääkkeitä, maaleja ja liuottimia.

Aikataulun mukaan laitos valmistuu heinäkuussa 2025. Projektipäällikkö Jarno Kaskelan mukaan Vantaan kolmannen jätevoimalaitoksen rakennustyöt aloitettiin loka-marraskuun vaihteessa 2022.

Samana vuonna oli jo tullut käyttöön ensimmäisen jätevoimalan laajennusosa, joka keskittyy polttamaan kaupan ja teollisuuden kierrätykseen kelpaamatonta jätettä.

Vantaan Långmossabergenin ensimmäinen jätevoimalaitos, joka tuli käyttöön syksyllä 2014, polttaa tavanomaisia kotitalousjätteitä. Nämä kaksi ensimmäistä laitosta käyttävät kattiloissaan arinapolttotekniikkaa.

”Tähän mennessä työmaalla on saatu valmiiksi Korkealämpötilalaitoksen maanrakennus- ja alueputkiurakka, jätebunkkeri sekä kattilan perustukset, samoin kuin pääporrastorni ja sen viereisen prosessi-, sähkö- ja automaatiotilan runkorakenteet. Voimalaitosrakennuksen teräsrakenneurakka on aloitettu”, Kaskela kertoo.

”Rumpu-uunin asennustyö sekä putkisto- ja putkisilta-asennukset alkavat marraskuussa 2023 ja savukaasunpuhdistusjärjestelmän asennus helmikuussa 2024, jonka jälkeen työmaavahvuus nousee asteittain maksimissaan noin 200–300 työntekijään.”

Laitoksen polttokapasiteetiksi arvioidaan 40 000 tonnia jätettä vuosittain. Tuotantotehoksi tulee 24 MW, mikä vastaa noin 5–10 prosenttia Vantaan kaukolämmöntarpeesta.

Korkea lämpötila tehostaa palamista

Korkealämpötilalaitos mahdollistaa kierrätyskelvottoman jätteen hyödyntämisen kaukolämpönä. Samalla voidaan vähentää fossiilisia polttoaineita Suomen energiantuotannossa.

Korkealämpötilalaitoksessa jäte poltetaan valvotusti rumpuuunissa ja jälkipolttokammiossa korkeassa lämpötilassa. Vastaavanlaisia rumpu-uuneja on jo käytössä useissa polttolaitoksissa sekä maailmalla että Suomessa.

Uutta jätevoimalaitosta toteutetaan yhdessä savukaasunpuhdistuslaitoksen toimittavan Valmet Technologies Oy:n ja rumpu-uunitoimittaja Hitachi Zosen Inova Steinmüller GmbH:n kanssa. Uuni on saksalais-sveitsiläistä tekniikkaa, mutta yrityskauppojen myötä myös japanilainen Hitachi on kuvioissa. Laitoksen suunnittelussa, projektinjohdossa ja rakennuttamisessa on mukana Sweco Industry Oy.

Savukaasut puhdistetaan ja niistä otetaan hukkalämpö talteen lämmöntalteenottojärjestelmällä.

talteen lämmöntalteenottojärjestelmällä. ”Laitokseen rakennettava jälkipolttokammio varmistaa täydellisen palamisen sekä sen, että savukaasujen lämpötila pysyy ympäristöluvan edellyttämän kahden sekunnin viipymäajan jäteseoksen laadusta riippuen +850 tai +1100 °C:n yläpuolella. Uunin puolella palamislämpötila on normaalisti +1000…+1300 °C”, Kaskela selvittää.

”Korkealämpötilalaitos mahdollistaa kierrätyskelvottoman jätteen hyödyntämisen kaukolämpönä.

Savukaasut puhdistukseen

Laitoksella tullaan syöttämään rumpu-uuniin vaarallista jätettä useissa eri olomuodoissa. Kahmarilla tuodaan kiinteitä jätteitä uuniin jätebunkkerista. Toisaalta poltettavaksi tulee myös pastamaista jätettä – kuten jätesäiliöiden pohjalle kertynyttä sakkaa – sekä nestemäisiä jätteitä, tyypillisesti jäteöljyjä, liuottimia ja esimerkiksi jätesäiliöiden pesuvesiä.

Käsiteltävä jäte voi olla myös kappaletavaraa, kuten pienastioita tai tynnyreitä.

”Uunin jälkeen palaminen jatkuu jälkipolttokammiossa, joka varmistaa loppuunpalamisen. Ennen savupiippua linjassa ovat vielä lämmöntalteenottokattila sekä savukaasunpuhdistus. Hyvä hyötysuhde saadaan savukaasunpuhdistuksen LTO-järjestelmän sekä rumpu-uuniin myöhemmin lisättävän vesijäähdytyksen avulla”, kertoo Kaskela.

Rumpu-uuni on pyörivä terässylinteri, jonka pintalämpötila on uunin sisämuurausten kunnosta riippuen +200…+400 °C.

”Savukaasujen puhdistus on tärkeä vaihe, koska laitoksen ympäristöpäästöille on tiukat raja-arvot. Mukaan tulee myös katalyyttipuhdistus typen oksidien poistamiseksi”, Kaskela mainitsee.

”Palamisesta jää jäljelle sekä karkeaa kuona-ainetta että hienojakoisempaa rejektiä savukaasujen puhdistuksesta. Laitoksen tultua käyttöön selviää, voidaanko kuonalle löytää jotain hyötykäyttöä. Vähintäänkin savukaasupuhdistuksen rejekti viedään ongelmajätelaitokselle läjitettäväksi.”

”Laitoksella tullaan syöttämään rumpu-uuniin vaarallista jätettä useissa eri olomuodoissa.

Laitosturvallisuuden näkökulmasta on myös tärkeää, että epäsopivat liuotinkemikaalit eivät varastoinnin aikana pääse reagoimaan keskenään ja aiheuttamaan esimerkiksi räjähdystä.

”Tämän estämiseksi laitoksella käytetään vastaanottosäiliöitä, josta poltettavaksi tulevat liuotinjätteet siirretään vasta laadunvarmistuksen jälkeen suurempaan päävarastosäiliöön. Inhimillisten virheiden mahdollisuudet minimoidaan. Meillä on jo nyt suunnitelmat valmiina jätteiden vastaanoton käytäntöjä varten”, Kaskela vakuuttaa.

Teksti: Ari Mononen

Seuraa Enertec

Enertec uutiskirje