Vihreämmän energian haasteet - Biomassa ja yhdyskuntajäte polttoaineina

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Vihreämmän energian haasteet - Biomassa ja yhdyskuntajäte polttoaineina"

Antero Kokkonen
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Vihreämmän energian haasteet - Biomassa ja yhdyskuntajäte polttoaineina Juho Lehmusto Epäorgaanisen kemian laboratorio Prosessikemian keskus Åbo Akademi Turku

2 Ennen vuotta ei laillisia velvoitteita energian talteenottoon koskien polttoa tai yhteispolttoa Jäte-energia direktiiveissä Direktiivi 2009/28/EC tavoitteena 20% uudistuvaa energiaa Direktiivi 2008/98/EC tehokkaat WtE-laitokset voidaan luokitella energian talteenottolaitoksiksi Direktiivi 2000/76/EC kaikki poltolla tai yhteispoltolla tuotettu lämpö tulee ottaa talteen niin kattavasti kuin mahdollista

3 Jätehuollon hierarkia Suositelluin Ehkäisy Uudelleenkäyttö Kierrätys Energian talteenotto Hävitys Polttoaine Lämpö Polttoaine Vähiten toivottu Sähkö MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät

5 % Hydro 18 % MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät Lähde: Eurostat.

4 Energialähteiden osuudet energian kokonaiskulutuksesta vuonna 2009, EU-27 Biomass and waste 68.6 % Wood and wood waste 67 % MSW 13 % Biofuels 12.4 % Biogas 7.5 % Hydro 18 % MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät Lähde: Eurostat. Energy statistics: Supply, transformation, consumption - all products - annual data.

Biomassa, jätepolttoaineet - Opportunity fuels Metsätähteet Rakennusten purkupuu Viljakasvit Kuoret, akanat Oliivin kivet Jäteperäiset polttoaineet (RDF, refuse derived

5 Biomassa, jätepolttoaineet - Opportunity fuels Metsätähteet Rakennusten purkupuu Viljakasvit Kuoret, akanat Oliivin kivet Jäteperäiset polttoaineet (RDF, refuse derived fuels) Pakkausjätteet (PDF) Rengasjätteet Jätelietteet Liha- ja luujauho (MBM, meat and bone meal) Kanalajäte MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät Lähde: Åbo Akademi Fuel Data Bank

8 Kuusipuun osia Runkopuu Kuori Oksat Neulaset Vuosikasvu MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät

9 Tuhkaa muodostavat alkuaineet kuusen eri osissa Runkopuu Kuori Oksat Neulaset Vuosikasvu MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät Lähde: Johan Werkelin, 2005

Jäteperäiset polttoaineet Jätepuu Recovered waste wood (RWW) Kiinteä yhdyskuntajäte Municipal Solid Waste (MSW) Kiinteä talteenotettu polttoaine Solid recovered Fuel (SRF) Jäteperäiset polttoaineet

10 Jäteperäiset polttoaineet Jätepuu Recovered waste wood (RWW) Kiinteä yhdyskuntajäte Municipal Solid Waste (MSW) Kiinteä talteenotettu polttoaine Solid recovered Fuel (SRF) Jäteperäiset polttoaineet Refude-derived Fuel (RDF) RWW MSW SRF RDF Pintakäsitelty puu Kyllästetty puu Multa Muovit Rauta/teräs Betoni Biojäte Paperi/pahvi Muovit Metalli Lasi Tekstiilit Paperi Muovit Tekstiilit Suuret pitoisuudet: Na, K, Cl, Br, Zn ja Pb Tulosteet Pakkausmuovit Pakkauspaperi Tekstiilit Muu paperi Muut muovit Biojäte Puu MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät

HEATING VALUE, MJ/kg Kiinteiden polttoaineiden soveltuvuus leijupetipolttoon 35 20 10 PETROLEUM COKE ANTRACITE COAL BITUMINOUS COAL BROWN COAL, LIGNITE PEAT BARK POLYOLEFIN PLASTICS (PE, PP, PC.

11 HEATING VALUE, MJ/kg Kiinteiden polttoaineiden soveltuvuus leijupetipolttoon PETROLEUM COKE ANTRACITE COAL BITUMINOUS COAL BROWN COAL, LIGNITE PEAT BARK POLYOLEFIN PLASTICS (PE, PP, PC...) COLORED COLORED OR PRINTED OR PRINTED PLASTICS, CLEAN MIXED PLASTICS CONSUMER REF II - III REF PELLETS MIXED REF PLASTICS REF I CHIP- - PLY- - COMMERCIAL & BOARD BOARD WOOD INDUSTRIAL PVC WOOD & & PLASTICS RDF WOOD BIOMASS DEMOLITION PLASTIC RDF WOOD S PAPER PAPER & & WOOD BIOMASS WOOD WOOD OIL SHALE PVC MSW AGRO BIOMASS CHICKEN LITTER COW MANURE 5 BIO & FIBER SLUDGE DEINKING SLUDGE SEWAGE SLUDGE STANDARD DESIGN SOME CHALLENGES 10 MULTIPLE CHALLENGES Foster Wheelerin luvalla MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät

12 Huonon polttoaineyhdistelmän aiheuttama tulipintojen likaantuminen MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät Lähde: Frandsen et al.

13 Kerrosleijupeti(BFB)boileri Secondary superheater Tertiary superheater Primary superheaters Economizers Freeboard Lower furnace Air preheaters Metso Power Oy:n luvalla MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät

14 MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät Metso Power Oy:n luvalla

15 Tulistinputkihöyry Turbiini Generaattori Sähkö Kaukolämpö MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät

16 Ongelmia lika laskeumat korroosio MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät

17 Kromin seostus Kyky muodostaa ohut, mutta erittäin tiivis oksidikerros Savukaasut Tulistinputki (seostettu teräs) MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät Cr 2 O 3 -kerros

18 Cr, Ni-pitoisuus [massa-%] Suhteellinen hinta /kg Materiaalin valinta tulistinputkiin Cr Ni Cr Ni Cr Ni seostamaton teräs Cr Ni matalaseosteinen teräs austeniittinen ruostumaton teräs korkeaseosteinen austeniittinen ruostumaton teräs St.45.8/III 10CrMo9-10 AISI 347 Sanicro 28 vesiseinät tulistimet 5 0 MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät

19 Biomassan ja jäteperäisen polttoaineen koostumus Suomalainen turve Alkuaine Keskiarvo C (wt% daf) 78,4 H 6,7 O 13,2 N 1,7 S 1,6 Cl 0,1 K (mg/kg kuiva) 1470 Na 1030 Ca Pb 11 Zn 19 MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät Oljet (vehnä) Alkuaine Keskiarvo C (wt% daf) 49,1 H 5,9 O 43,7 N 0,7 S 0,2 Cl 0,5 K (mg/kg kuiva) Na 1840 Ca 3800 Pb 1 Zn 12 RDF ja muovi Alkuaine Keskiarvo C (wt% daf) 58,4 H 9,6 O 30,3 N 1,0 S 0,4 Cl 0,6 K (mg/kg kuiva) -- Na -- Ca -- Pb 350 Zn 500 Lähde:

20 Höyrynlämpöjen kehitys MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät Lähde: ÅA Boilerdata 2006

21 Yleiskuva mittauspisteistä Kaasumittaukset Kamera Laskeumasondi Kaasupyrometri Laser MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät

22 Kerrosleijukattila biopolttoaineille Riisinkuori Eukalyptuksen kuori Voidaanko polttaa seoksena? Tulistimien likaantuminen? MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät

23 Riisinkuoren ja eukalyptuksen kuoren polton lentotuhka Riisinkuoren tuhka Eukalyptuskuoren tuhka Piidioksidia (SiO 2 ) Ei sulanutta Suurikokoisia (mm) (K, Na, Ca)-sulfaatti/kloridi Osin sulaa > 700ºC Höyryjä/hiukkasia (µm) MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät

24 Tuhkan likaavuuden tutkiminen MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät Lähde: Toronton Yliopisto

25 Testiputken pinta 40 min. jälkeen 100% riisinkuori Laskeuman massa = 10 mg Riisi/Eukalyptus 64/36 % Laskeuman massa = 13 mg 100% eukalyptuskaarna Laskeuman massa = 195 mg MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät

26 Metodiikka 1. Näytteen esikäsittely 2. Altistus putkiuunissa 3. Näytteen preparointi SEM/EDXA:a varten 4. Tulosten analysointi MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät

27 Keskimääräinen oksidipaksuus (µm) KCl:n vaikutus Kuivat olosuhteet 10 CrMo 304L Alloy 625 Kosteat olosuhteet < 1 µm < 1 µm Lämpötila ( o C) MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät

Alloy 625 --K 2 CO 3 -- K O Fe Cr 20 μm Ni 168 h, K 2

28 Alloy K 2 CO 3 -- K O Fe Cr 20 μm Ni 168 h, K 2 CO 3, kuiva ilma, 600 C MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät

29 Alloy K 2 CO 3 -- Hartsi Oksidi Teräs Raerajoja 1 µm MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät 168 h, K 2 CO 3, kuiva ilma, 600 C

30 Termogravimetria Näyte kuumennetaan tarkkaan kontrolloiduissa olosuhteissa. Massan muutokset havaitaan ajan ja lämpötilan funktioina. Gallagher and Brown Handbook of thermal analysis and calorimetry: Volume 1 Principle and practice, Elsevier 1998 MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät

31 Differentiaalinen terminen analyysi Muiden fysikaalisten ja kemiallisten muutosten havainnointi MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät Reaktiot, sulaminen, faasimuutokset Gallagher and Brown Handbook of thermal analysis and calorimetry: Volume 1 Principle and practice, Elsevier 1998

Relative mass / % Suhteellinen massa / % Lämpötilaero / C Temperature difference / o C DTA/TG 130 2,0 120 1,5 110 100 DTA TG 1,0 0,5 90 80 Exo

32 Relative mass / % Suhteellinen massa / % Lämpötilaero / C Temperature difference / o C DTA/TG 130 2, , DTA TG 1,0 0, Exo Endo 0,0-0, Temperature Lämpötila / / C o C Antaa hyvän yleiskuvan mahdollisista reaktioista. MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät

33 Kiitokset Professori Mikko Hupa Ph.D. Dorota Bankiewicz MAOL Ry: n syyskoulutuspäivät

34 Kiitos huomiostanne! Vicza

Samankaltaiset tiedostot

Tulistimien kloorikorroosion estäminen lisäainein Corraway. Tutkimuslaitosprojekti VTT, Åbo Akademi

Tulistimien kloorikorroosion estäminen lisäainein Corraway Tutkimuslaitosprojekti VTT, Åbo Akademi 2 Lähtökohdat: Kerrostuneella kloorilla on osuus tulistimien korroosiolle leijupolttotilanteessa Ei ole