Hapen käyttö teollisuuspolttimissa vähentää päästöjä prosesseissa, jotka vaativat erittäin korkeita lämpötiloja. Happipolton avulla voidaan yltää jopa 3 000 asteen lämpötiloihin. Teknologia on käytössä muun muassa metallisulattojen uuneissa, joissa sulatetaan kierrätettyä kuparia.
Happipoltto tarkoittaa, että palamisilma korvataan kokonaan tai osittain hapella. Kun palamisprosessissa on mukana vähemmän typpipitoista ilmaa, syntyy vähemmän typen oksideja (NOx). Jos käytetään puhdasta happea, ympäristölle ja terveydelle haitallisia NOx-päästöjä ei synny lainkaan.
”Lait rajoittavat NOx-päästöjä koko ajan tiukemmin. Teollisuudessa etsitään siksi uusia tekniikoita, ja kiinnostus happipolttoa kohtaan on selvästi kasvussa”, sanoo Oilonin liiketoimintajohtaja Olli Tevä.
Happipolttoa käytetään esimerkiksi metallien ja lasin valmistuksessa, joissa tarvitaan poikkeuksellisen kuumia lämpötiloja. Hapen avulla polttimen liekin lämpötila nousee jopa 3 000 asteeseen, kun tavallisessa ilmapoltossa maksimi on noin 2 000 astetta. Puhtaan ja kuuman palamisen vuoksi liekki on lisäksi jopa 300 kertaa kirkkaampi.
Happipoltto parantaa prosessien energiatehokkuutta monella tavalla. Korkea lämpötila esimerkiksi tehostaa lämmönsiirtoa. Kun savukaasujen lämpötila on korkeampi, lämmön talteenottojärjestelmät toimivat tehokkaammin. Myös lämpöhäviöitä syntyy vähemmän.
”Happirikastus voi parantaa polttoprosessin energiatehokkuutta jopa kymmeniä prosentteja. Samalla hiilidioksidipäästöt alenevat, kun polttoainetta kuluu vähemmän”, Olli Tevä kertoo.
Kirkkaasti parempi
Kuuma liekki on haaste polttimien materiaaleille, joiden täytyy kestää äärimmäisiä lämpötiloja. Liekin fyysistä sijaintia ja palamisprosessin dynamiikkaa suunnitellaan CFD-mallinnuksen (Computational Fluid Dynamics) avulla.
”Käytännössä yksi tärkeimmistä asioista on pitää liekki tarpeeksi kaukana polttimen suuttimesta, jotta suutin kestäisi lämpörasituksen. Se on happipoltossa vaikeampaa kuin tavallisessa ilmapoltossa, koska palamisnopeus on kymmenkertainen”, Olli Tevä sanoo.
Oilon on kehittänyt happipolton teknologiaa 1990-luvulta alkaen. Happea hyödyntävät polttimet ovat aina erikoistoimituksia, jotka suunnitellaan asiakkaille yksilöllisesti. Hapen ja polttoaineen syöttö ja sekoittuminen mallinnetaan jokaiseen kohteeseen erikseen.
Yksi tällainen projekti toimitettiin suureen kuparisulattoon Saksaan. Oilon toimitti viiden megawatin erikoisvalmisteiset polttimet kahteen anodiuuniin, joita käytetään kierrätyskuparin sulattamiseen. Oilonin toimitukseen sisältyi polttimien lisäksi venttiilikoneikot ja ohjausjärjestelmät, joilla säädetään hapen ja polttoaineen eli maakaasun virtauksia. Uunit otettiin käyttöön keväällä 2024.
Vetytalous edistää happipolttoa
Siirtyminen perinteisestä polttamisesta happea hyödyntävään polttoon vaatii suhteellisen suuren investoinnin, eikä se yleensä ole kannattavaa pienissä uuneissa. Sen sijaan isoissa ja jatkuvatoimisissa uuneissa teknologian uusiminen kannattaa, koska parantunut energiatehokkuus maksaa investoinnin takaisin.
Happipolton yleistymistä hidastaa kuitenkin se, että hapen tuotanto ja kuljetus on kallista. Tämä voi muuttua, kun vedyn käyttäminen yleistyy energiantuotannossa ja liikenteessä. Kun vetyä valmistetaan elektrolyysin avulla, sivutuotteena syntyy happea.
”Vedyn tuotannossa syntyvä happi voidaan käyttää suoraan teollisuuden polttoprosesseissa. Saattaa olla, että tulevaisuudessa happipolttoa hyödyntävää teollisuutta syntyy nimenomaan vetylaitosten läheisyyteen”, Olli Tevä sanoo.
Lisätiedot
Olli Tevä
Liiketoimintajohtaja, Polttimet
+358 40 1733 0555
olli.teva@oilon.com