Taustaa Ensimmäiset höyrykattilat 1700- ja 1800-luvuilla olivat rakenteeltaan kotitalouksien ruuanvalmistuskattiloiden kaltaisia. Umpinaista, puoliksi vedellä täytettyä kattilaa lämmitettiin altapäin liekillä. Vastaavalla idealla toimivissa nykyaikaisissa suurvesitilakattiloissa lämpöä siirretään veteen kattilassa kulkevien savukaasuputkistojen pinnalta.
Höyryturbiinin keksiminen johti kasvaviin vaatimuksiin höyrynpaineen kohottamiseksi. Paineen nostaminen suurvesitilakattilassa vaati kattilalta suuria materiaalivahvuuksia, jolloin päädyttiin ratkaisuun, jossa vesi kiertää putkissa.
Pienen halkaisijan putkistoissa höyrynpainetta pystyttiin nostamaan, jolloin sähköntuotannon hyötysuhde parani. Tämän ratkaisun myötä syntyi vesiputkikattilarakenne, joka on käytössä suurissa voimalaitoksissa.
Jaottelua: kattilat Laitoskokoluokassa kattiloiden päätyyppejä on nykyisin kaksi: suurvesitilakattila eli käytännössä tulitorvi-tuliputkikattila ja vesiputkikattilat (luonnonkiertokattila, pakkokiertokattila ja läpivirtauskattila). Kattiloiden keskeisenä erona on putkistoon ohjattu aine.
Tulitorvi-tuliputkikattilan putkistossa virtaa kuuma savukaasu, kun taas vesiputkikattilassa putkissa on vesi. Tulitorvi-tuliputkikattilassa savukaasu kulkee aluksi isommassa tulitorvessa ja jakaantuu kattilan päässä pienempiin tuliputkiin. Lieriön muotoisen kattilan vapaassa tilassa on lämmitettävä vesi.
Vesiputkikattila on yleisempi kiinteän polttoaineen käytössä. Vesiputkikattilat voivat olla kuumavesikattiloita, kylläisen höyryn tai tulistetun höyryn kattiloita. Vesiputkikattilan tulipinta on suurempi verrattuna vesitilavuuteen kuin tulitorvi-tuliputkikattilassa. Vesiputkien pieni läpimitta mahdollistaa suuren paineen vesikierrossa ilman, että putkien ainepaksuus tulisi suhteettoman suureksi.
Jaottelua: laitokset Höyryvoimalaitokset ovat tyypiltään lauhde- tai vastapainevoimalaitoksia. Nimestään huolimatta kummassakin on lauhdutin, joka sijaitsee höyryturbiinin jälkeen. Lauhdevoimalaitoksessa höyryyn sitoutunut energia pyritään muuttamaan mahdollisimman täydellisesti sähköksi.
Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että turbiinin jälkeen vedessä ei ole juurikaan lämpöä ja paine on lähellä absoluuttista tyhjiötä (0,02-0,05 bar). Lauhdevoimalaitoksen lauhduttimessa kiertää 10-20 asteen vesi, kun taas vastapainevoimalaitoksen lauhduttimessa 70-120 asteen vesi.
Vastapainelaitoksessa höyry otetaan turbiinista ulos korkeammassa lämpötilassa ja paineessa (0,2-0,6 bar). Prosessin nimi juontaa lauhduttimessa olevasta paineesta. Vastapainelaitoksessa tuotetaan sekä sähköä että lämpöä/höyryä. Lämpö on vastapainelaitoksen ensisijainen tuote ja sähkö toissijainen, joten laitos mitoitetaan lämmöntarpeen mukaan. Prosessin luonteen vuoksi sähköä syntyy eniten talvikautena, jolloin myös tarve on suuri valaistus- ja lämmityskäytössä.
Lauhdevoimalaitoksessa polttoaineen energiasisällöstä sähköenergiaksi pystytään parhaimmillaan muuttamaan 44 prosenttia ja kaukolämpöä tuottavassa vastapainevoimalaitoksessa noin 90 prosenttia. Pelkkää lämpöä yhdyskunnalle tuottavat laitokset pääsevät noin 85-93 prosentin hyötysuhteeseen.
Periaate Sähköä tuottavassa höyryvoimalaitoksessa vesi lämmitetään kiehumispisteeseen, höyrystetään ja höyry tulistetaan. Lisäksi höyryn painetta nostetaan höyryturbiinia varten. Höyry kulkee turbiinin läpi laajentuen turbiinin siivekkeitä pyörittäen. Pyörimisliike muutetaan generaattorissa sähkövirraksi.
Kotitalouksien käyttämät poltin ja kattilayhdistelmät ovat rakenteeltaan yksinkertaisempia. Suorakytkennässä kattilassa kiertävä vesi ohjataan talon lämpöpattereihin ja varaavassa kytkennässä kattilavesi kiertää varaajaan. Käyttövesi kulkee kattilaveden läpi lämpökierukassa ja on siis erillisessä vesipiirissä. Varaajakytkennässä myös talon lämpöpatterien lämmitetään kierukalla.
Lähdekirjallisuus
Huhtinen, M., Kettunen, A., Nurminen, P. ja Pakkanen, H. 2000. Höyrykattilatekniikka (5. uudistettu painos). Opetushallitus, Edita Oy. Helsinki.
Jalovaara, J. Aho, J. ja Hietamäki, E. 2003. Paras käytettävissä oleva tekniikka (BAT) 5-50 MW polttolaitoksissa Suomessa. Suomen ympäristökeskus, Suomen ympäristö 649. Helsinki.
Julkaisu saatavissa pdf-muodossa SYKEen www-sivuilta: www.ymparisto.fi/bat
sivun alkuun