Turve oli vuosikymmeniä voimakattiloiden suoja – näin sen polton loppuminen pakottaa muuttamaan kattiloiden rakennetta

Käsillä oleva energiakriisi on kirkastanut turpeen merkitystä Suomen huoltovarmuuden kannalta, mutta pidemmän päälle valittu linja vaikuttaa peruuttamattomalta: turpeen energiakäytöstä halutaan eroon tekemällä sen polttamisesta mahdottoman kallista päästökaupan kautta ja leikkaamalla turpeen tukia.

Tavoite turpeen energiakäytön vähen­tämisestä on myös kirjattu pääministeri Sanna Marinin (sd.) hallitusohjelmaan.

Vaikutukset eivät rajoitu voimaloiden polttoaineen hankintaan, vaan turpeen polton vähenemisellä on iso merkitys voimakattiloiden toimintaan ja ylläpitoon.

Konsulttitoimisto Afryn tekemän selvityksen mukaan Suomessa on 260 turvetta käyttävää kattilaa, joista 47:n toiminta vaatii turpeen polttoa.

Niiden rakennetta pitää tavalla tai toisella muuttaa, jos niitä halutaan käyttää täysin ilman turvetta. Afryn mukaan turpeesta luopuminen tarkoittaa jo käytössä oleviin kattiloihin 150–250 miljoonan euron investointeja.

Hitsarit Pekka Nuutinen ja Venla Lindberg hitsaavat voimakattilan tulistinta, jonka materiaalit on suunniteltu kestämään biopolttoainetta käyttävässä kattilassa ilman turvetta. Kuva: Rami Marjamäki

Kattilanrakentajien ja -käyttäjien näkökulmasta turve on ollut tarpeellinen lisä biopolttoaineen joukossa. Turpeen sisältämä vähäinen rikkimäärä neutraloi biomassojen poltossa syntyvää klooria, joka kuumissa olosuhteissa aiheuttaa korroosiota kattilan rakenteissa.

Siksi käytännössä kaikki vähänkään suuremmat bioenergiaa polttavat voimakattilat ovat käyttäneet turvetta seospolttoaineena esimerkiksi metsähakkeen joukossa.

Turpeen osuus polttoaineessa on vaihdellut kattilatyypeistä riippuen 30–40 prosentin välillä.

Kun turpeen poltto vähenee ja ehkä loppuu, biopolttoaineita käyttävät kattilat pitää varustaa rikin syötöllä tai suunnitella ne uudelleen.

Valmetin kattilatehtaalla Tampereella tunnetaan, minkälaisia muutoksia turpeesta luopuminen tarkoittaa uusien voimakattiloiden rakenteille.

”Muutoksia tulee materiaalipuolelle, jossa voidaan joutua ottamaan käyttöön korkeaseosteisia teräksiä, jotka kestävät kuumakorroosiota”, teknologiajohtaja Ari Kokko Valmetin Energia-liiketoimin­tayksiköstä tiivistää.

Uusien kattiloiden kriittisissä osissa käytettävien materiaalien hinnat ovat moninkertaisia aikaisemmin käytettyihin nähden.

”Kymmenien miljoonien hintaisessa kattilassa materiaalin muutos ei kuitenkaan ole ratkaiseva, vaikka erotus entiseen voi olla suuri”, Kokko sanoo.

Kokko tuli alalle 1990-luvulla, jolloin hiilen polttaminen oli vielä valtavirtaa. Vähitellen teollisuuden sivuvirtojen hyödyntäminen on yleistynyt.

Suomessa siihen liittyi erityistä osaamista, sillä metsäteollisuus tuotti meillä huomattavia määriä kosteita lietteitä ja kuorijätettä, joiden polttaminen energiaksi piti ratkaista. Leijukerrospoltto osoittautui toimivaksi tekniikaksi kosteiden biomassojen polttamisessa.

Valmet valmistaa kahta leijupolttoa hyödyntävää kattilatyyppiä eli kiertoleijukattilaa (CFB) ja kerrosleijukattilaa (BFB). Molemmissa kattiloissa kiinteä polttoaine palaa kuuman hiekan seassa.

Suurin ero rakenteissa on, että kierto­leijukattilassa kuuma hiekka lähtee kiertoon ja palaa takaisin kattilan alaosaan. Kerrosleijukattilassa hiekka pysyy tulisijan pohjalla.

Valmetin Lahdesjärven kattilatehtaanjohtaja Ville Lehtikangas avaa oven tuotannon puolelle. ”Ihan kaikkea ei täällä saa kuvata, muutamat asiat kiinnostavat varmasti kilpailijoitamme”, hän sanoo.

Hallissa on valmisteilla kammio­putki, joka on yksi kattilan painerungon keskeisistä osista. Läpimitaltaan noin 40-senttiseen kuumalujasta painelaiteteräksestä valmistettuun saumattomaan putkeen liittyy tig-hitsauksella kymmeniä pienempiä putkia tulistimeksi, jonka tehtävä on ottaa bioenergian poltossa syntyvä lämpö talteen.

Tulistinputket on valmistettu kuuma­korroosionkestävästä X8CrNi19-11 terässeoksesta, jonka hinta on tyystin eri luokkaa kuin vanhojen kattiloiden mustien kattilaterästen.

Maallikko ei tule ajatelleeksi, että jokapäiväisen lämpimän suihkuveden tuottamiseen käytettävä tekniikka on viritetty uusissa kattiloissa äärimmilleen.

Lahdesjärvellä hitsattavien kattiloiden työpaineet ovat enimmillään 160 baaria ja höyry kuumennetaan 570 asteeseen. Arvot ovat tuntuvasti korkeampia, millä ydinvoimaloita pyöritetään.

Kiertoleijukattilassa kuumentuneessa pöllyävästä hiekasta otetaan lämpö talteen hiekkatulistimessa, jonka läpi 900-asteinen hiekka kiertää kattilassa.

Juuri tällaisten osien korroosio­kestävyyteen joudutaan kiinnittämään huomiota, kun polttoaineet muuttuvat yhä vaativammiksi.

Kattilat räätälöidään asiakkaan käyttämän polttoaineen mukaan. Valmetilla on Tampereen Messukylässä muutaman megawatin koekattilalaitos, jossa voidaan polttaa erilaisia materiaaleja.

Tuotekehityksen ylläpitämässä polttoainekirjastossa on yli 9 000 poltto­aineen profiilit, ja tietokanta karttuu jatkuvasti.

”Erään asiakkaan materiaali oli öljypalmun siemenkuoria ja ydintä, jonka poltossa syntyi runsaasti klooria ja alkaleita. Kattila suunniteltiin tämän materiaalin pohjalta, ja saatiin toimimaan”, Ari Kokko kertoo.

Turpeen korvautuminen esimerkiksi havupuiden runsaasti neulasia sisältävällä latvusmassalla tuottaa klooria ja typpeä palokaasuihin, mikä pitää ottaa huomioon kattilan rakenteessa.

Runkopuusta tai kannoista tehty hake tuottaa vähemmän ärjyjä palokaasuja, jolloin kattilan korroosiorasituksen hallitseminen on helpompaa.