Jäteperäistä biomassaa voimaloihin suurilla osuuksilla Biosafe TEKES 40181/06

Transkriptio

1 Jäteperäistä biomassaa voimaloihin suurilla osuuksilla Biosafe TEKES 40181/06 Martti Aho, VTT, Liekki III päivä

2 Biosafe-projektin johtoryhmän kokoonpano Henkilö Asema Puh. TEKES/TE-keskus Mauri Marjaniemi teknologiaasiantuntija Jatta Jussila* VTT prosessit Martti Aho** Var. Pasi Vainikka johtava tutkija tiimin vetäjä Åbo Akademi Mikko Hupa Var. Patrik Yrjas professori TkT Kuopion yliopisto Jorma Jokiniemi: professori Var. Olli Sippula DI Kvaerner Power Jaani Silvennoinen Tutkija Kemira OYJ Jari Kukkonen Tutkija Oulun yks Lassila & Tikanoja Lassi Hietanen Tuotepäälllikkö Helsingin vesi Yrjö Lundstöm Ympäristöpäällikkö *Climbus-ohjelman koordinaattori, jakelulistalla ** Projektiyhteenliittymän kokoonkutsuja

3 Tutkimussuunnitelma lyhyesti

4 Tavoitteet Päätavoite: Tehostetaan vaativien jäteperäisten biomassojen hyödyntämistä sähköntuotannossa Alatavoitteet: (käytettävyysongelmien poistoon) (a) Parannetaan tulipesänäytteenottoa (b) Parannetaan ongelmakomponenttien syntymisen ja tuhoutumisen hallintaa yhdistetyn koetoiminnan ja mallinnuksen avulla (c) Hyödynnetään viemäri- ja kemikaalilietteiden suojaaineita estämään tulipesäongelmat

5

6 Tuhoutuneita tulistinputkia

7 Osatehtävät 1 Polttoaineet ja analyysit (Teollisuus, VTT, ÅAU) 2 Pilot-polttokokeet, (VTT, ÅAU) 3 Alkalikloridien käyttäytyminen näytteenoton yhteydessä (UKU) 4 Riskiyhdisteiden kerrostumisen ja kerrostumien vaikutusten parempi hallinta (ÅAU + vaihtotutkija VTT -> ÅAU (P.Vainikka) Sulamiskäyttäytyminen <-> tarttuminen <-> korroosio 5 Lisäaineen sekoittumisen mallinnus tulipesäolosuhteissa (Vaihtotutkija Tsinghua- yliopistosta Pekingistä, Kiinasta 50%:n kustannuksin) (VTT ohjaa -> U Tsi)

8 Aikataulu > T1 x x x x x T2 x x x x x x x x x x x x T3 x x x x x x x x x x x T4 x x x x x x x x x T5 x x x

9 Tehtävien välinen yhteistyö

10 Taustaa

11 Alkalikloridien tuhoaminen kivihiilen suoja-aineilla: CASE 2. PROTECTING POWER OF COAL PROTECTING ALKALI REACTIONS SILICATES, SULPHATES RISKY COMPOUNS ALKALI CHLORIDES PROTECTIVES SULPHUR DIOXIDE, Al-SILICATES FOREST RESIDUE COAL Co-combustion

12 Paperinvalmistuksen sivuvirran (s) ja paperin täyteaineen (k) hyödyntäminen kloorin kerrostumisen estäjänä Influence of Al-containing additives to Cl-deposition wt% C 100B 100B 100B 95B5S 88B12S 98B2K Na2O MgO Al2O3 SiO2 SO3 Cl K2O CaO

13 Alkalikloridien tuhoaminen liuosmuotoisilla reagensseilla (Corraway) 2MCl + SO3 + H2O -> M2SO4 + 2 HCl Na2SO4 K2SO4 HCl SO3 attach NaCl, KCl

14 Suutin freeboardissa

15 Esimerkki kehittämiemme Corraway- kemikaalien vaikutuksesta hienoon lentotuhkaan sitoutuneeseen kloorivirtaan. 40%REF 60% kuori 140 Cl mg/nm Dosage S/Cl2 = 0.45 Fly ash particle size range µm µm µm µm µm Dosage S/Cl2= No additives Al2(SO4)3 Fe2(SO4)3 Al2(SO4)3 Fe2(SO4)3

16 Esimerkki kehittämiemme Corrawaykemikaalien vaikutuksista kloorin kerrostumiseen 40%REF/60% Kuori seoksella S/Cl2= Cl wt% Wind 50o Lee 10 5 S/Cl2= No additives Al2(SO4)3 Fe2(SO4)3 Al2(SO4)3 Fe2(SO4)3

17 Projektityön vaiheista yksityiskohtaisemmin

18 Tehtävä 1 Poltto- ja suoja-aineet Riskipolttoaineet: KCl, NaCl-lähteitä RDF, kuori => perusseos jolla kloori kerrostuu Sulfatoitumisreaktiolla suojaava liete 2MCl + SO2 + ½ O2 + H2O -> M2SO4 + 2 HCl Missä K on K tai Na Rikkipitoinen yhdyskuntajätevesiliete (polttoaineeseen) (rikki tulee rautasulfaatista joka on flokkauskemikaali) Rautasulfaattipitoista lietettä sekoitetaan polttoaineeseen (ns. jätevirta jonka rautasulfaattipitoisuus on suuri)

19 Tehtävä1: Liukoisuusanalyysit: Vaativa biomassa 3,5 Hyvä kivihiili 3 3 2,5 2,5 % in fuel 2 1,5 1 % in fuel 2 1,5 1 Rest (calculated) HCl Acetate H2O Untreated Rest (calculated) HCl Acetate H2O Untreated 0,5 0,5 0 Al Ca Fe K Na P S Si Cl Mg 0 Al Ca Fe K Na P S Si Cl Mg

20 Tehtävä 2: Koelaite 20 kw BFB pilot Observation port Gas probe Gas cooling Deposit probe Gas sample Sampling port To stack Temperature control Bag filter Sampling port Heating zone 4 Obervation port/ Deposit probe Sampling port Cyclone Heating zone 3 Tertiary air optional Obervation port Tertiary air optional Tertiary air (preheated) Heating zone 2/ Cooling zone 2 Fuel container 2 Fuel container 1 Additive container Obervation port Heating zone 1/ Cooling zone 1 Obervation port BED made of quarz PC control and data logging system Secondary air (preheated) Primary gas heating Nitrogen Air

21 Tehtävät 2, 3: Näytteenotto impaktoreille dib. air Ejektor ELPI T C Cyclone VTT diluter MFC Ejektor Cooling system Cyclone DLPI Exh nitrogen Ftir & CO 2

22 Tehtävä 2. Kerrostumien keruu analyysiin

23 Tehtävä 2. Kerrostumien keruusta: Åbo Akademi 30mm 16mm

24 Tehtävä 5 problematiikka Al2(SO4)3 T= n. 900 C Na2SO4 K2SO4 HCl SO3 Fe2(SO4)3 NaCl, KCl

25 Tehtävä 5: Suuttimen kylmätestit (Corraway)

26 Pisaroituminen käyttämällämme suuttimella Sauterin keskihalkaisija, µm Vesivirtaama 6 ml/min Vesivirtaama 10 ml/min Ilmavirtaus, l/min

27 Kemikaalin lisäys tulipesään/ mallinnustyö Reaction products: HCl, Me 2 SO 4 Dissolved additive Spraying gas Spray with Mean Droplet Size µm Reactions between SO 3 and MeCl Met 2 (SO 4 ) 3 -> Met 2 O 3 +SO 3 Met 2 (SO 4 ) 3 nanoparticles Water evaporation Tg= o C) KCl NaCl Gas velocity m/s O2= 4-7% CO2= 10-13% H2O = 15-20% T = 1.5 s, Tg 850-> 650 o C Modeling object of Mr. Xu Me is K or Na Met are metals in our sulphate-based additives VTT s 20 kw Bubbling bed reactor

28 Fluent-mallinnusta Mr. Xu: kemikaalipisarasuihkun nopeusprofiili Pystysuora suunta

29 Fluent-mallinnusta/ Xu: Vesihöyryn pitoisuusprofiili Pystysuora suunta

30 Kiitokset rahoittajille: TEKES Kvaerner Power Kemira Lassila-Tikanoja