Hevosenlannan poltossa ilmaan vapautuvien päästöjen karakterisointi

Transkriptio

1 TUTKIMUSRAPORTTI VTT-R Hevosenlannan poltossa ilmaan vapautuvien päästöjen karakterisointi Kirjoittajat: Puustinen, H., ja Kajolinna, T., Pellikka, T., VTT sekä Kouki, J., Vuorio, K., TTS Luottamuksellisuus: julkinen

2 2 (18) Raportin nimi Hevosenlannan poltossa ilmaan vapautuvien päästöjen karakterisointi Asiakkaan nimi, yhteyshenkilö ja yhteystiedot Asiakkaan viite Ympäristöministeriö, Ari Seppänen YM46/481/2008 Hippos ry, Pekka Soini Projektin nimi Projektin numero/lyhytnimi Hevosenlannan poltossa ilmaan vapautuvien päästöjen Lanta karakterisointi Raportin laatija(t) Sivujen/liitesivujen lukumäärä Puustinen, H., ja Kajolinna, T., Pellikka, T., (VTT) sekä Kouki, 18 s. J. ja Vuorio, K., (TTS) Avainsanat Raportin numero jätteenpolttoasetus, hevosenlanta, päästöt VTT-R Tiivistelmä Vuonna 2003 voimaantulleessa jätteenpolttoasetuksessa nro:362/2003 on määritetty, että jätteenpolttoasetusta sovelletaan sellaisiin poltto- tai rinnakkaispolttolaitoksiin, joissa poltetaan kiinteää tai nestemäistä jätelaissa (1072/1993) tarkoitettua jätettä. Asetuksessa on tämän lisäksi mainittu ne jätetyypit tai kohteet, mihin sitä ei sovelleta. Suomessa on keskusteltu usean vuoden ajan siitä, voidaanko hevosenlannan katsoa olevan sellaista kasviperäistä maa- ja metsätalousjätettä, joka on mainittu jätteenpolttoasetuksessa ja johon ei tarvitsisi soveltaa jätteenpolttolaitoksille asetettuja vaatimuksia. Tässä hankkeessa tutkittiin käytännön kenttäkokeiden avulla hevosenlannan ja kuivikkeen seoksen polton ilmaan vapautuvia päästöjä kenttäkokeiden avulla, jotta voidaan arvioida, onko jätteenpolttoasetuksen soveltaminen lannanpolttoon tarpeellista ilmaan vapautuvien päästöjen johdosta. Polttokokeet sovittiin tutkimuksen tilaajien (Ympäristöministeriö, Hippos ry) kanssa tehtävän kiinteistökokoluokan kaupallisella kattilalla, joka sijaitsi Työtehoseuran tiloissa Rajamäellä. Jätteenpolttoasetuksen raja-arvot on annettu laitoksille, joissa palaminen ja savukaasujen puhdistaminen on hallittua. Poltettaessa lantakuivike-hake-seosta kiinteistökokoluokan kattilassa, ylittivät savukaasujen hiukkas-, TOC-, CO-, ja PCDD/F-pitoisuudet jätteenpolttoasetuksen raja-arvot poltettaessa sahanpurulanta + hake-seosta. Turvelanta-hake-seosta poltettaessa ylittyivät lisäksi sallitut NO x - pitoisuudet. Kun tässä hankkeessa mitattuja tuloksia verrataan puhtaan puun pienpolton päästöihin, havaitaan, etteivät näissä kokeissa mitatut lantakuivike + hake- polton päästöt oleellisesti poikkea puhtaan puun pienpolton päästöistä. Luottamuksellisuus Espoo Laatija julkinen Laatija Hyväksyjä Harri Puustinen, tutkimusinsinööri Tuula Kajolinna, tutkimusinsinööri Jukka Lehtomäki, teknologiapäällikkö VTT:n yhteystiedot PL 1000, VTT Jakelu (asiakkaat ja VTT) YM/Seppänen (1 kpl), Hippos ry/soini (1 kpl), Työtehoseura/Kouki ja Vuorio ( yht.2 kpl), VTT/Puustinen, Kajolinna, Pellikka ( yht.3 kpl) ja VTT: n arkisto VTT:n nimen käyttäminen mainonnassa tai tämän raportin osittainen julkaiseminen on sallittu vain VTT:ltä saadun kirjallisen luvan perusteella.

3 3 (18) Sisällysluettelo 1 Johdanto Tutkimuksen kuvaus Koejärjestelyt Kokeissa käytetty polttotekniikka Tutkitut polttoaineet ja niiden seokset Optimointikokeet Mittausmenetelmät Työtehoseuran kattilaparametrien mittausmenetelmät Päästöjen mittausmenetelmät Tulokset Hevosenlannanpoltosta mitatut pitoisuudet Mitattujen tulosten evaluointi Ruotsalaisen tutkimusraportin evaluointi Yhteenveto Lähdeluettelo...18

4 4 (18) 1 Johdanto Vuonna 2003 voimaantulleessa jätteenpolttoasetuksessa nro:362/2003 on määritetty, että jätteenpolttoasetusta sovelletaan sellaisiin poltto- tai rinnakkaispolttolaitoksiin, joissa poltetaan kiinteää tai nestemäistä jätelaissa (1072/1993) tarkoitettua jätettä. Asetuksessa on tämän lisäksi mainittu ne jätetyypit tai kohteet, mihin sitä ei sovelleta. Suomessa on keskusteltu usean vuoden ajan siitä, voidaanko hevosenlannan katsoa olevan sellaista kasviperäistä maa- ja metsätalousjätettä, joka on mainittu jätteenpolttoasetuksessa ja johon ei tarvitsisi soveltaa jätteenpolttolaitoksille asetettuja vaatimuksia. Jätteenpolttoasetuksen vaatimukset sekä poltolle että päästöjen monitoroinnille ovat huomattavasti tiukemmat kuin esimerkiksi muille polttolaitoksille. Näin ollen myös jätteenpolton kustannukset muodostuvat suuremmiksi. Mikäli lantaa voidaan polttaa jätteenpolton päästöjen pitoisuusrajoja ylittämättä, voinee viranomainen tehdä päätöksen olla soveltamatta lannan polttoon jätteenpolttoasetusta tai soveltaa lievempää menettelyä. Tämä toisi toiminnanharjoittajalle tuntuvia kustannussäästöjä. Mikäli lannanpoltto jatkossakin luokitellaan jätteenpoltoksi, on vaarana, että kustannussyistä lantaa levitetään edelleen lietteenä pelloille, jolloin vesistöön pääsevät fosforimäärät ylittyvät monin paikoin tai vastaavasti kaatopaikat täyttyvät lannalla. Tässä tutkimuksen tavoitteena oli tutkia käytännön kenttäkokeiden avulla hevosenlannan ja kuivikkeen seoksen polton ilmaan vapautuvia päästöjä kenttäkokeiden avulla, jotta voidaan arvioida, onko jätteenpolttoasetuksen soveltaminen lannanpolttoon tarpeellista ilmaan vapautuvien päästöjen johdosta. Polttokokeet sovittiin tutkimuksen tilaajien (Ympäristöministeriö, Hippos ry) kanssa tehtävän kiinteistökokoluokan kaupallisella kattilalla, joka sijaitsi Työtehoseuran tiloissa Rajamäellä. Hevosenlannan polton päästöjä on tutkittu aiemmin Ruotsissa Luulajan yliopistossa, jossa on selvitetty muun muassa AB Swebo Flis and Energyn kehittämän kattilan polton päästöjä. Tässä hankkeessa sovittiin, että VTT evaluoi lisäksi Swebon toimittaman mittausraportin sisältöä verraten mitattuja pitoisuuksia jätteenpolttoasetuksen arvoihin ja huomiot tästä evaluoinnista kirjataan loppuraporttiin. Projektin tutkimusosapuolina hankkeessa toimivat Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus, VTT sekä Työtehoseura, TTS. Projektiryhmässä olivat mukana tutkimusinsinööri Tuula Kajolinna ja erikoistutkija Tuula Pellikka VTT:ltä sekä tutkimusinsinööri Jyrki Kouki ja tutkimusinsinööri Kari Vuorio TTS:stä. Projektipäällikkönä toimi tutkimusinsinööri Harri Puustinen VTT:tlä.

5 5 (18) 2 Tutkimuksen kuvaus Tutkimuksessa tehtiin koesarjat hevosenlannan polton ilmaan vapautuvien päästöjen selvittämiseksi Työtehoseuran (TTS) mittauslaboratoriossa Koekattilana oli kiinteistökokoluokan stokerisyöttöinen kaupallinen kattila (40 kw) ja tutkittavina polttoaineseoksina olivat: -hevosenlanta-sahanpuru sekoitettuna hakkeeseen -hevosenlanta-turve sekoitettuna hakkeeseen Tukipolttoaineena molemmissa seoksissa käytettiin haketta sellaisissa suhteessa, että poltto oli optimaalista lämpötehon ja savukaasun CO- pitoisuuden suhteen. Koekattila optimoitiin ajoparametrien suhteen, jonka jälkeen tehtiin jätteenpolttoasetuksen nro:362/2003 (WID) mukaiset päästömittaukset seuraavien komponenttien suhteen: Jatkuvatoimiset mittaukset: - rikkidioksidi, SO 2 - typen oksidit, NO x - orgaaninen kokonaishiili, TOC - hiilimonoksidi, CO - vetykloridi, HCl - vetyfluoridi, HF Kertaluonteiset mittaukset: - hiukkaset - raskasmetallit (kertaluonteinen näytteenotto ja analysointi) - dioksiinit ja furaanit (kertaluonteinen näytteenotto ja analysointi), PCDD/F Jatkuvatoimisia kaasumaisten komponenttien mittauksia tehtiin usean päivän aikana, jotta kattilan ajo-olosuhteet saadaan optimoitua. Hiukkasmittauksia tehtiin 3-4 kpl/tutkittava näyte. Muita kertaluonteisia, kerääviä näytteenottoja (dioksiini- ja furaanimääritykset sekä raskasmetallimittaukset) tehtiin yksi/ tutkittava polttoaine. Dioksiini- ja furaani- sekä raskasmetallimittaukset teetettiin alihankintana (Nablabs Oy).

6 6 (18) 3 Koejärjestelyt 3.1 Kokeissa käytetty polttotekniikka Polttokokeet tehtiin Säätötuli 20 stokeripolttimella, johon oli vaihdettu 40 kw:n palopää. Stokeripoltin oli kytketty Veto 30 poltinkattilaan (Veljekset Ala-Talkkari). Kattilan kilpiteho oli 30 kw. Kuvassa 1 on esitetty poltin-kattila-yhdistelmä kytkettynä Työtehoseuran lämpökoeasemalla Nurmijärven Rajamäellä. Kuva 1. Säätötuli stokeripoltin kytkettynä Veto 30 poltinkattilaan Työtehoseuran lämpökoeasemalla. Stokerissa polttoaine syötetään polttoainesiilosta kuljettimella palopäähän, joka on sijoitettu osittain kattilan tulipesään. Palopäässä on palamisilmapuhallin, jonka ilmamäärää voidaan säätää joko puhaltimen kierroksia muuttamalla tai kuristamalla imuaukkoa erityisellä säätöpellillä. Stokerin toimintoja ohjaa säätökeskus kattilaveteen sijoitetun termostaatin avulla. Kokeessa käytetyssä stokerissa ei ole automaattista sytytystä, vaan kattilaveden lämpötilan noustua säädetylle tasolle laite siirtyy ylläpitovaiheeseen. Siinä polttoainetta syötetään palopäähän vain sen verran, että palopäässä säilyy hiillos seuraavaa tehokäyntiä varten. Ohjauskeskuksessa on kaksi erillistä aikarelettä, joilla säädetään syöttöruuvin pyörimisen avulla polttoaineen määrää palopäässä.

7 7 (18) 3.2 Tutkitut polttoaineet ja niiden seokset Tukipolttoaineena käytettiin ylivuotisista rangoista tehtyä sekahaketta, joka sisälsi sekä lehtiettä havupuuta. Ylivuotisuudesta johtuen hake oli erittäin kuivaa. Hakkeen tilavuuspaino oli 160 kg/i-m 3 (kg/irtokuutiometri), muut hakkeen ominaisuudet on ilmoitettu taulukossa 1. TTS:n tekemien haastattelujen ja havainnoinnin perusteella ilmeni, että hevostalleilla käytetään kuivikkeena pääasiassa sahanpurua tai turvetta. Polttokokeisiin koepolttoaineet haettiin kahdelta suurelta tallilta, joissa kuivikkeen ja lannan seossuhteet olivat vakiintuneet. Metlan Kannuksen tutkimusaseman tekemät hakkeen ja lanta-kuivike-seosten analyysien tulokset esitetään taulukossa 1. Taulukko 1. Polttoaineiden analyysitulokset (Metla) Polttoaine Hake Sahanpurulanta Turvelanta Kosteus saapuessa, % 7,7 69,9 68,8 Tuhkapitoisuus kuiva-aineessa, % 0,45 2,86 17,5 Kalorimetrinen lämpöarvo, MJ/kg 19,98 19,84 17,03 Tehollinen lämpöarvo kuiva-aineessa, MJ/kg 18,56 18,55 15,75 Tehollinen lämpöarvo saapumiskosteudessa, MJ/kg 16,94 3,86 3,22 Tehollinen lämpöarvo saapumiskosteudessa, 4,7 1,1 0,9 kwh/kg 3.3 Optimointikokeet Koekattila optimoitiin ajoparametrien suhteen ennen mittauksia. Apuna tässä optimoinnissa käytettiin Työtehoseurassa pienille hakestokereille vakiintunutta mittauskäytäntöä, jossa stokeripolttimelle haetaan parhaat mahdolliset säätöarvot polttimen nimellisteholla polttoainekohtaisesti. Säädöillä pyritään löytämään palamisilmapuhaltimelle sellaiset säädöt, että kattilan nimellisteholla CO pitoisuus on mahdollisimman pieni ja CO 2 pitoisuus mahdollisimman suuri. Tämä säätöjen haku tehtiin puhtaalla hakkeella, jonka jälkeen samoja säätöjä käytettiin myös hake-lanta-seoksilla. Aluksi hakkeen joukkoon lisättiin lanta-kuivikeseosta siten, että hakkeen osuudeksi koko seoksesta tuli ensin 90 painoprosenttia. Tämän jälkeen hakkeen osuutta pienennettiin seuraavassa kokeessa aina 10 prosenttiyksikköä ja vastaavasti lanta-kuivike-seoksen osuutta suurennettiin 10 prosenttiyksikköä. Samanaikaisesti mitattiin kattilan tehoja ja COpitoisuuksia. Taulukoissa 2 ja 3 esitetään TTS:n optimointikokeissa tekemiä mittaustuloksia. Taulukko 2. Optimointikokeessa saatuja arvoja eri sahanpurun + lannan pitoisuuksilla. (Arvot ovat keskiarvoja tunnin mittausjaksolta). Sahanpurun + lannan osuus, % Savukaasun lämpötila, ºC Tulipesän yläosan lämpötila, ºC Kattilaveden lämpötila, ºC CO pitoisuus, ppm CO 2 pitoisuus, % 11,4 12,0 11,8 12,5 9,1 O 2 pitoisuus, % 9,3 8,7 8,9 8,2 11,3 Teho, kw 22,3 24, ,5 14,2

8 8 (18) Taulukko 3. Optimointikokeessa saatuja arvoja eri turve + lannan pitoisuuksilla. (Arvot ovat keskiarvoja tunnin mittausjaksolta). Turve + lannan osuus, % Savukaasun lämpötila, ºC Tulipesän yläosan lämpötila, ºC Kattilaveden lämpötila, ºC CO pitoisuus, ppm CO 2 pitoisuus, % 11,1 11,5 9,1 O 2 pitoisuus, % 9,7 9,3 11,5 Teho, kw 17,2 20,7 16,1 Taulukosta 2 ja 3 nähdään, miten CO pitoisuus alkaa nousta, kun seoksessa on yli 40 % kuivike-lantaseosta ja tällöin vastaavasti teho alkaa laskea. Tämän perusteella päädyttiin tekemään varsinaiset päästömittauskokeet seoksilla, joissa oli 60 % haketta ja loput 40 % lanta-kuivikeseosta. Kokeet tehtiin nimellisteholla. 4 Mittausmenetelmät 4.1 Työtehoseuran kattilaparametrien mittausmenetelmät Savukaasuista mitattiin happi-, hiilimonoksidi- ja hiilidioksidi-pitoisuudet jatkuvatoimisella savukaasuanalysaattorilla (Hartman & Braun). Hormin veto mitattiin alipainemittareilla. Keskuslämmitysveteen siirtynyt lämpömäärä mitattiin kahdella sarjaan kytketyllä lämpömäärälaskurilla. Savukaasun loppulämpötilat ja laitteen pintalämpötilat mitattiin termoelementeillä. Palamisilman lämpötila ja kosteus mitattiin Humitter 50U-anturilla (Vaisala) ja ilmanpaine mitattiin PTB101C-barometrilla (Vaisala). Polttoaineen sisältämä lämpömäärä määritettiin kalorimetrisen lämpöarvon ja kosteuden perusteella. Polttoaineen kulutus mitattiin punnitsemalla laitteissa käytetty polttoaine. 4.2 Päästöjen mittausmenetelmät Kaasumaisten komponenttien (SO 2, NO x, TOC, CO, HCl ja HF) pitoisuudet analysoitiin savukaasuista jatkuvatoimisella FTIR - monikomponenttianalysaattorilla (Gasmet Dx4000), jonka absorptiomatka oli 5 m. Mittausaikana kokeissa käytettiin 20 sekuntia. Happipitoisuus analysoitiin zirkoniumoksidikennolla (Gasmet Portable Sampling system). Kuvassa 2 esitetään tutkimuksessa käytetty FTIR- mittausmenetelmä.

9 9 (18) FT-IR C N2 4 Kuva 2. FTIR- mittausmenetelmä (1= karkeasuodatin, 2= lämmitettävä sondi, 3= lämmitettävä hienosuodin, 4= lämmitettävä linja, 5= pumppu, 6= kolmitieventtiili, 7= FTIR, 8= poisto) Savukaasujen hiukkaspitoisuudet määritettiin gravimetrisesti in-stack- menetelmällä, jossa hiukkaset kerätään savukanavassa olevalle kvartsikuitusuodattimelle ja suodattimen läpi imetty näytekaasumäärä määritetään kaasukellon avulla. Punnitun suodattimen ja imetyn näytekaasumäärän avulla lasketaan savukaasujen hiukkaspitoisuus (mg/m 3 ). Menetelmä perustuu standardiin EN Tutkimuksessa tehtyjen hiukkasnäytteenottojaksojen pituus oli 7 30 minuuttia. Kuvassa 3 esitetään hiukkasmittausjärjestelyt. Kuva 3. Hiukkaspitoisuuden mittausmenetelmä

10 10 (18) Raskasmetallipitoisuudet (As, Cd, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, Tl ja V) määritettiin kuplittamalla standardiin SFS-EN mukaisesti savukaasunäyte typpihappovetyperoksidiliuokseen. Näytteenottoaika oli kolme tuntia.. Elohopeapitoisuudet määritettiin kuplittamalla näyte standardin SFS-EN 13211:n mukaisesti kaliumdikromaattityppihappoliuokseen. Dioksiini-ja furaaniyhdisteet määritettiin kuuden tunnin näytteenotolla standardin EN 1948 mukaisesti. Kuvassa 4 esitetään raskasmetallien mittauksen periaate. Kuva 4. Raskasmetallien mittauksen periaate Kuvassa 5 esitetään dioksiinien ja furaanien mittauksen periaate Kuva 5. Dioksiinien ja furaanien mittauksen periaate

11 11 (18) 5 Tulokset 5.1 Hevosenlannanpoltosta mitatut pitoisuudet Työtehoseuran lämpökoeasemalla Nurmijärven Rajamäellä tehtyjen polttokokeiden tulokset esitetään taulukossa 4 ja mitatut pitoisuudet on esitetty taulukossa 5. Taulukko 4. Päästöjen mittausajankohdat Sahanpurulanta klo Kaasumaisten komponenttien (O 2, SO 2, NO x, TOC, CO, HCl ja HF) jatkuvatoiminen mittaus Turvelanta klo 10:22 19:05 10:39 18:44 PCDD/F-näytteenotto 10:45 16:45 11:20 17:20 Raskasmetallinäytteenotto 13:20-16:20 12:29 15:29 Hiukkasmittaukset 10:22-10:29, 16:53-17:23 17:45-18:15, 18:35-19:05 10:39-11:09, 17:30-18:00 18:13 18:43 Taulukko 5. Pitoisuudet kuivissa kaasuissa, NTP, (t= 0 C, p= 1013 Pa) ja O 2 = 11 %) Mitatut pitoisuudet koe Sahanpurulanta (40 %) + hake (60 %) Mitatut pitoisuudet koe Turvelanta (40 %) + hake (60 %) Hiukkaset mg/m ) 230 2) TOC mg/m ) 180 3) HCl mg/m HF mg/m 3 < 2 4) < 2 4) SO 2 mg/m NO x (NO + NO 2 ) mg/m (ilmaistuna NO 2 :na ) CO mg/m Cd+ TI mg/m 3 0,009 0,010 Hg mg/m 3 0,001 0,001 Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V mg/m 3 0,17 0,32 PCDD/F I-TEQ ng/m 3 0,17 0,24 1) Neljän kokeen keskiarvo 2) Kolmen kokeen keskiarvo 3) TOC ilmoitettu kokonaishiilenä 4) HF- pitoisuudet alle määritysrajan, joka tässä matriisissa oli 2 mg/m 3 Kuvissa 6 9 on esitetty mitattujen kaasumaisten komponenttien (SO 2, NO x, TOC, CO ja HCl) pitoisuuksien ajalliset vaihtelut ja

12 12 (18) Purulanta (40 %) + hake (60 %) mg/m3, NTP, 11% O SO2 HCl 0 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 aika Kuva 6. SO 2 -ja HCl- pitoisuuksien ajallinen vaihtelu sahanpurulanta (40 %) + hake (60 %)- seoksella Purulanta (40 %) + hake (60 %) mg/m3, NTP, 11% O CO NOx TOC 0 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 aika Kuva 7. CO-, NO x (NO 2 :na ilmaistuna)- ja TOC- pitoisuuksien ajallinen vaihtelu sahanpurulanta (40 %) + hake (60 %)- seoksella

13 13 (18) Turvelanta (40 %) + hake (60 %) mg/m3, NTP, 11% O SO2 HCl 0 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 aika Kuva 8. SO 2 - ja HCl- pitoisuuksien ajallinen vaihtelu turvelanta (40 %) + hake (60 %)- seoksella Turvelanta (40 %) + hake (60 %) mg/m3, NTP, 11% O CO NOx TOC 0 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 aika Kuva 9. CO-, NO x (NO 2 :na ilmaistuna)- ja TOC- pitoisuuksien ajallinen vaihtelu turvelanta (40 %) + hake (60 %)- seoksella

14 14 (18) 5.2 Mitattujen tulosten evaluointi Taulukossa 6 on mitattuja tuloksia verrattu jätteenpolttoasetuksessa esitettyihin raja-arvoihin. Taulukko 6. Hevosenlannanpolttokokeet, mitattujen pitoisuuksien vertailu jätteenpolton rajaarvoihin. Pitoisuudet kuivissa kaasuissa, NTP,(t= 0 C, p= 101,3 kpa) ja O 2 = 11 %) Jätteenpolttoasetus, n:o 362/2003 raja-arvot vuorokausi ka. Mitatut pitoisuudet koe Sahanpurulanta (40 %) +hake (60 %) Mitatut pitoisuudet koe Turvelanta (40 %) + hake (60 %) Hiukkaset mg/m ) 230 2) TOC mg/m ) 180 3) HCl mg/m HF mg/m 3 1 < 2 4) < 2 4) SO 2 mg/m NO x (NO + NO 2 ) (ilmaistuna NO 2 :na ) mg/m ) CO mg/m Cd+ TI mg/m 3 0,05 0,009 0,010 Hg mg/m 3 0,05 0,001 0,001 Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V mg/m 3 0,5 0,17 0,32 PCDD/F I-TEQ 1) Neljän kokeen keskiarvo 2) Kolmen kokeen keskiarvo 3) TOC ilmoitettuna kokonaishiilenä 4) HF- pitoisuudet alle määritysrajan, joka tässä matriisissa oli 2 mg/m 3 ng/m 3 0,1 0,17 0,24 5) Nimelliskapasiteetti enintään 6 tonnia / tunti Taulukosta 6 nähdään, että kokeessa 1 (sahanpurulanta+hake) savukaasujen mitatut hiukkas-, TOC-, CO-, ja PCDD/F-pitoisuudet ylittävät jätteenpolttoasetuksen vastaavat raja-arvot ja HCl-, SO 2 -, NO x -, Cd + TI-, Hg- ja raskasmetallipitoisuudet alittavat kyseiset raja-arvot. Vastaavasti kokeessa 2 (turvelanta + hake) mitatut hiukkas-, TOC-, NO x -, CO- ja PCDD/Fpitoisuudet ylittävät jätteenpolttoasetuksen vastaavat raja-arvot ja HCl-, SO 2 -, Cd + TI- ja Hg- ja raskasmetallipitoisuudet taas alittavat raja-arvot. HF- pitoisuus oli molemmissa kokeissa pienempi kuin käytetyn mittausmenetelmän havaittavuusraja (2 mg/m 3 ) näissä olosuhteissa, eikä vertailua jätteenpolttoasetuksen rajaarvoon (1 mg/m 3 ) voida tehdä. Käytännössä lannanpoltto kuivikemateriaalin kanssa tulkitaan jätteen rinnakkaispoltoksi, jolle päästöraja-arvot lasketaan niin sanotun sekoitussäännön mukaisesti jätteenpolttoasetuksen liitteessä II esitetyllä laskukaavalla. Tässä laskennassa huomioidaan jätteenpoltosta ja tavanomaisesti käytettyjen, sallittujen polttoaineiden poltosta syntyvien epäpuhtauksien rajaarvot laskettaessa rinnakkaispolton raja-arvoja.

15 15 (18) Jätteenpolttoasetuksessa on annettu päästö-raja-arvot jätteen rinnakkaispoltolle ainoastaan Cd + TI-, Hg-, raskasmetalli- ja PCDD/F-pitoisuuksille liitteessä II, kohdassa 3. Nämä raja-arvot ovat lukuarvoltaan samat kuin itse jätteenpoltossakin, mutta ne on määritetty 6 % O 2 - pitoisuudessa. Tämä tarkoittaa sitä, että käytännössä rinnakkaispolton raja-arvot edellä mainittujen komponenttien suhteen ovat tiukemmat kuin itse jätteenpoltossa. Taulukossa 7 on esitetty taulukon 6 pitoisuudet laskettuna 6 % O 2 pitoisuuteen ja verrattu niitä rinnakkaispolton raja-arvoihin. Taulukko 7. Hevosenlannanpolttokokeet, mitatut pitoisuudet kuivissa kaasuissa (NTP ja O 2 = 6 %) Jätteenpolttoasetus, n:o 362/2003 raja-arvot liite II, kohta 3 Mitatut pitoisuudet koe Purulanta (40 %) +hake (60 %) Mitatut pitoisuudet koe Turvelanta (40 %) + hake (60 %) Cd+ TI mg/m 3 0,05 0,014 0,015 Hg mg/m 3 0,05 0,0014 0,0011 mg/m 3 0,5 0,26 0,38 Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V PCDD/F I-TEQ ng/m 3 0,1 0,25 0,36 Taulukosta 7 voidaan todeta, että PCDD/F-pitoisuudet ylittyvät molemmissa kokeissa, Cd + TI ja raskasmetallipitoisuuksien jäädessä jätteenpolton raja-arvoja pienemmiksi. Tässä on huomioitava se, että muille mitatuille komponenteille ei voida tehdä vertailua rinnakkaispolton raja-arvoihin, sillä näissä kokeissa käytetylle kattilakokoluokalle ja puupolttoaineelle ei missään asetuksissa ole annettu päästöjen raja-arvoja. Jätteenpolttolaitokset ovat kooltaan huomattavasti suurempia kuin maatilakokoluokassa käytettävät kattilat, ja ne on varustettu asianmukaisilla savukaasujen puhdistinlaitteilla. Vertailun vuoksi on taulukossa 8 esitetty puun pienpoltossa mitattuja pitoisuuksia hiukkasille sekä dioksiineille ja furaaneille (PCDD/F). Lähdetietona ovat Kuopion Yliopiston Puun pienpolton päästöt, ilmanlaatu ja terveys - tutkimus (Pupo) sekä artikkeli Hübner, C., Boos, R, ja Prey, T. In-field measurements of PCDD/F emissions from domestic heating appliances for solid fuels.

16 16 (18) Taulukko 8. Puun pienpoltosta mitattuja hiukkas- ja PCDD/F-pitoisuuksia, (I-TEQekv.), kuiva kaasu, NTP, (t= 0 C, p= 101,3 kpa), O 2 =11 %. Pupo-projekti 1) Kiukaat Takkaleivinuunit Alapalokattilat Hakestokerit Hiukkaset 2) mg/mj ,2-161 Hiukkaset mg/m O 2 = 11 % 3) PCDD/PCDF, ng/mj 0,3 0,08 0,002 0,02 I-TEQ 1) PCDD/PCDF, I-TEQ, O 2 = 11 % 2) ng/m 3 0,6 0,2 0,004 0,04 Hübner & Boos & Prey 4) single stove boilers min max min max PCDD/PCDF, ng/mj 0,023 4,5 0,002 2,6 I-TEQ 1) PCDD/PCDF, I-TEQ O 2 = 11 % 2) ng/m 3 0,044 8,5 0,011 4,9 1) Kuopion Yliopiston Puun pienpolton päästöt, ilmanlaatu ja terveys - tutkimus (Pupo) 2) Julkaisuissa ilmoitetut ominaispäästöt 3) Pitoisuudet on laskettu julkaisujen ominaispäästöistä standardin SFS 5624 mukaan. 4) Hübner, C., Boos, R, ja Prey, T. In-field measurements of PCDD/F emissions from domestic heating appliances for solid fuels. 6 Ruotsalaisen tutkimusraportin evaluointi Tämän tutkimuksen yhteydessä evaluoitiin myös ruotsalaisen tutkimusraportin Hevosenlannan ympäristöystävällinen polttaminen suomenkielinen käännös (R. Hermansson ja J. Lundgren/Luulajan teknillinen yliopisto, E. Pettersson/Energiatekninen keskus, ETC, Piteå, A. Lindgren, M. Forsberg/ABELKO Innovation sekä M. Jansson/AB Swebo Flis och Energi). Evaluoinnin tavoitteena oli selvittää, mitä jätteenpolttoasetuksen edellyttämiä mittauksia raportin tutkimuksissa oli tehty ja minkälaiset niiden antamat mittaustulokset ovat verrattuna jätteenpolttoasetuksen raja-arvoihin tai Työtehoseuran kattilalla suoritettuihin mittauksiin nähden. Raportissa kuvatut mittaukset oli tehty Bodenin koepolttolaitoksella ja Timrån ratsastusstadionin polttolaitoksella, mittausten tarkempi ajankohta ei kuitenkaan käy raportista selville. Bodenin koepolttolaitoksessa polttoaineena oli olkikuivike-hevosenlanta -seos ja Timråssa poltettiin kutterinpurukuivike-hevosenlanta -seosta. Jätteenpolttoasetuksen mukaisesti jätteenpoltossa mitattavia komponentteja ovat: - rikkidioksidi, SO 2 - typen oksidit, NO x - orgaaninen kokonaishiili, TOC - hiilimonoksidi, CO - vetykloridi, HCl

17 17 (18) - vetyfluoridi, HF - hiukkaset - raskasmetallit (kertaluonteinen näytteenotto ja analysointi) - dioksiinit ja furaanit (kertaluonteinen näytteenotto ja analysointi), PCDD/F Näistä komponenteista Luulajan yliopiston tekemässä raportissa oli esitetty mittaustuloksia CO-, NO x - ja hiukkaspitoisuuksille, ja näin ollen muiden komponenttien osalta arviointia ei voida tehdä. Taulukossa 9 esitetään Bodenin ja Timrån kokeiden tuloksia, joita raportista oli esitetty. Taulukossa 9 nämä pitoisuudet on muunnettu 11 % O 2 - pitoisuuteen jätteenpolttoasetuksen vaatimusten mukaisesti ruotsalaisessa raportissa pitoisuudet on laskettu 10 % O 2 - pitoisuuteen. Taulukko 9. Bodenin ja Timrån koetuloksia (kuiva, NTP, 11% O 2 ) Boden Timrå Teho, kw CO, mg/m NO x, mg/m hiukkaset, mg/m Kun näitä tuloksia verrataan tässä raportissa esitettyihin Työtehoseurassa mitattuihin tuloksiin, nähdään, että Timrån hiukkaspitoisuudet ovat 65 kw:n kattilateholla % suuremmat ja 100 kw:n kattilateholla % suuremmat kuin tämän raportin hiukkaspäästöt sahanpurulanta + hake-poltossa. Turvelanta + hake-kokeessa vastaavat arvot ovat 65 kw:n kattilateholla % ja 100 kw:n kattilateholla % suuremmat. CO- pitoisuudet ovat samaa suuruusluokkaa kuin tämän raportin sahanpurulanta+hakemittausten CO- tulokset, mutta selvästi pienempiä kuin turvelanta +hake - kokeen tulokset, jotka johtuvat turvelannan ajoittain huonosta palamisesta. NO x - pitoisuudet ovat samaa suuruusluokkaa kuin tässä hankkeessa mitatut tulokset. Evaluoinnin johtopäätöksenä voidaan todeta, että raportissa esitetyt mittaustulokset Boden ja Timrån kokeista hiukkasten, CO- ja NOx- pitoisuuksien suhteen eivät oleellisesti poikkea Työtehoseuran kattilalla mitatuista arvoista, eivätkä näin ollen tuo oleellista uutta tietoa lannan poltosta. Lisäksi näissä kokeissa ei ollut mitattu muita jätteenpolttoasetuksen edellyttämiä komponentteja, joten vertailua näihin pitoisuuksiin ei voida tehdä. Tulosten vertailua vaikeuttaa myös se, että Bodenin ja Timrån kokeissa polttoaine oli ilmeisesti pelkkää lantakuivikeseosta, kun taas tässä hankkeessa polttoaineena käytettiin lannan, kuivikkeiden ja hakkeen seosta. 7 Yhteenveto Mittaustulokset osoittavat, että kokeessa 1 (taulukko 6, sahanpurulanta + hake) savukaasujen hiukkas-, TOC-, CO-, ja PCDD/F-pitoisuudet ylittävät jätteenpolttoasetuksen raja-arvot ja HCl-, SO 2 -, NO x -, Cd + TI-, Hg- ja raskasmetallipitoisuudet alittavat niille asetetut raja-arvot. Vastaavasti kokeessa 2 (taulukko 6, turvelanta + hake) mitatut hiukkas-, TOC-, NO x -, CO- ja PCDD/F-pitoisuudet ylittävät jätteenpolttoasetuksen vastaavat raja-arvot ja HCl-, SO 2 -, Cd + TI- ja Hg- ja raskasmetallipitoisuudet taas alittavat kyseiset raja-arvot.

18 18 (18) HF- pitoisuus oli molemmissa kokeissa pienempi kuin mittausmenetelmän havaittavuusraja (2 mg/m 3 ) näissä olosuhteissa, eikä vertailua jätteenpolttoasetuksen raja-arvoon 1 mg/m 3 voida tehdä. Kokeiden tulokset osoittavat, että sahanpurulanta + hake -seos palaa näissä olosuhteissa selvästi paremmin kuin turvelanta + hake -seos. Turvelanta + hake -seoksen huonompi palaminen voi johtua polttoaineen suuremmasta tuhkapitoisuudesta, pienemmästä lämpöarvosta ja paakkuuntumisominaisuuksista syöttösiilossa ja tulipesässä. Jätteenpolttoasetuksen raja-arvot on annettu laitoksille, joissa palaminen ja savukaasujen puhdistaminen on hallittua. Poltettaessa lantakuivike-hake-seosta kiinteistökokoluokan kattilassa, ylittivät savukaasujen hiukkas-, TOC-, CO-, ja PCDD/F-pitoisuudet jätteenpolttoasetuksen raja-arvot poltettaessa sahanpurulanta+hake-seosta.turvelanta-hakeseosta poltettaessa ylittyivät lisäksi sallitut NO x - pitoisuudet. Kun tässä hankkeessa mitattuja tuloksia verrataan puhtaan puun pienpolton päästöihin, havaitaan, etteivät näissä kokeissa mitatut lantakuivike + hake- polton päästöt oleellisesti poikkea puhtaan puun pienpolton päästöistä. 8 Lähdeluettelo Hevosenlannan ympäristöystävällinen polttaminen, Hermansson, R., Lundgren, J., Energiatekniikan osasto, Luulajan teknillinen yliopisto, Pettersson,E., Energiatekninen keskus, ETC, Pteå, Lindgren, A., Forsberg,M., ABELKO Innovation ja Jansson,M., AB Swebo Flis och Energi, 24 s. In-field measurements of PCDD/F emissions from domestic heating appliances for solid fuels, Hübner. C, Boos, R, ja Prey, T., 2003, Chemosphere 58 (2005) Puun pienpolton päästöt, ilmanlaatu ja terveys (Pupo-projekti), Tissari, J., Salonen, R., Vesterinen, R., Jokiniemi, J., Kuopion Yliopiston Ympäristötieteen laitoksen monistesarja 2/2007, 138 s.+ 1 liite SFS-EN : Air quality. Stationary source emissions- Determination of low range mass concentration of dust-part 1: Manual gravimetric method, 2002 SFS-EN 13211: Air quality. Stationary source emissions. Manual method of determination of the concentration of total mercury, 2001 SFS-EN 14385: Air quality. Stationary source emissions. Determination of the total emission of As, Cd, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, TI and V, 2004 EN 1948: Air quality Stationary source emissions. Determination of the mass concentration of PCDDs/PCDFs and dioxin-like PCBs, 2006 Valtioneuvoston asetus jätteen polttamisesta N:o 362/2003