ENE-C2001 Käytännön energiatekniikkaa (KET) VTT Bioruukki / tehtävänanto

Transkriptio

1 ENE-C2001 Käytännön energiatekniikkaa (KET) VTT Bioruukki / tehtävänanto v04 / JS 1 Yleistä Tässä asiakirjassa määritellään VTTn biotutkimusyksikkö ryhmätyöhön liittyvät tehtävät. Vierailuun liittyvät käytännön asiat (aikataulut jne.) esitetään erillisessä ohjeessa. Kukin ryhmä palauttaa kirjallisen raportin, jonka ulkoasusta ja jäsentelystä annetaan erillinen ohje. Raportista annetaan ryhmälle yhteinen arvosana. Erikseen valitaan ryhmä tai ryhmät, jotka pitävät myös suullisen esityksen loppuseminaarissa. 2 Ennakkoperehtyminen ja siihen liittyviä tietolähteitä Ennakkoperehtyminen ennen vierailua: 1. Perehdy tähän tehtävänantoon ja erikseen annettuihin käytännön ohjeisiin. 2. Tutustu VTT:hen yrityksenä ja bioruukin tutkimusyksikköön. 3. Aloita perehtyminen termokemiallisen konversion ja biomassa-alan kirjallisuuteen. Mahdollisia tietolähteitä alkajaisiksi: Basu, P., Combustion and Gasification in Fluidized Beds Tietolähteitä saa ja pitää etsiä muitakin. 1

2 3 Tehtävät 3.1 Yleistä Seuraavassa on esitetty joukko kysymyksiä, joiden vastaukset esitetään ryhmän tuottamassa raportissa. Osa kysymyksistä on pakollisia. Näitä kysymyksiä pitää pohtia. Osa kysymyksistä on vapaaehtoisia. Nämä kysymykset toimivat esimerkkeinä siitä, millaisia asioita työssä voisi pohtia. Vapaaehtoisten kysymysten osalta ryhmillä on oikeus tehdä valintoja työn rajausten suhteen: työssä voi joko keskittyä harvempiin asioihin perusteellisemmin tai useampiin asioihin pinnallisemmin. Työhön voi sisällyttää myös sellaisia kysymyksiä, joita ei ole lainkaan ehdotettu tässä listassa. Loppuraportin pitää olla itsenäinen tieteellinen kirjoitus siinä mielessä, että lukijan pitää ymmärtää se, vaikka hän ei näkisikään alkuperäistä tehtävänantoa. Työssä pitää siis omin sanoin kertoa, mihin kysymyksiin työ pyrkii vastaamaan. Työssä on myös hyvä keskustella työhön liittyvistä rajauksista. Miksi valittiin juuri nämä kysymykset? Mitä muita kysymyksiä olisi voinut valita, mutta jätettiin kuitenkin pois? Miksi? Loppuraportin selkeys ja johdonmukaisuus sekä raporttia laadittaessa tehdyt rajaukset ja niiden perustelut ovat osa kriteeristöä, jolla työtä arvioidaan. Loppuraporttiin tulee sisältyä myös osio, jossa kerrotaan ryhmän työskentelystä. Ryhmätyöskentelyn arvioinnissa voi vastata esimerkiksi seuraaviin kysymyksiin: Kuka ryhmässä teki mitäkin ja miten ryhmän työskentely onnistui kokonaisuudessaan? Mikä ryhmätyöskentelyssä meni hyvin ja mitä tekisitte toisin? Suhteuttakaa tämä kurssi myös tähänastisiin opintoihinne. Mitkä tähän mennessä oppimanne asiat olivat erityisen hyödyllisiä työn kannalta? 3.2 Tekniset kysymykset Mitkä ovat päätutkimuslaitteet? Miksi juuri näitä on rakennettu ja miten päätettiin laitteiden kokoluokat? Millainen on tutkimusyksikön joustavuutta laitteiden katsoen? Miten automatisointitaso on päätetty? Mitkä laitteet käytetään päästöjen vähentämiseen? Miksi tehdään kokeellista töitä eikä vain mallinnusta? Mitkä asiat ovat erityisesti vaikeita mallintaa bioruukin prosesseista? 3.3 Liiketoimintaan liittyvät kysymykset Kuka rakensi kiinteistö ja kuka rakensi tutkimuslaitteet? Koska ja miksi tutkimusyksikkö rakennettiin? Ketkä ovat toimittaneet tutkimusyksikön päälaitteet? 2

3 Mitkä ovat bioruukin päätuotteet ja ketkä ovat isoimmat asiakkaat? Ketkä ovat pääkumpaanit ja pääkilpailijat? Mistä on isoin kysyntä? Vapaaehtoisia kysymyksiä: Kauanko bioruukin rakentaminen kesti ja paljonko se on maksanut? Saatiinko rakentamiseen yhteiskunnan tukea (esim. investointitukea tai verohelpotuksia)? Paljonko? Millä perusteella? Millä hinnoilla asiakkaat ostavat tutkimusta tehty kiertoleijupetikaasuttimessa? Miten hinnat määräytyvät? Onko nähtävillä muutoksia kysynnässä? Onko niihin varauduttu? Miten? Mitkä polttoaineet tutkitaan bioruukissa? Miksi halutaan tutkia juuri näitä polttoaineita? 3.4 Yhteiskunnallinen näkökulma Minkälaisia lupia tarvittiin tutkimuslaitteiden rakentamiseen? Kuka myönsi luvat? Mitä velvoitteita ja valvontaa lupiin mahdollisesti liittyi tai liittyy? Kiinnitä erityistä huomiota ympäristöasioihin liittyviin lupiin. Esitä myös lupaprosessin perusteet lainsäädännössä ja muissa viranomaismääräyksissä. Minkälaisia lupia tarvitaan tutkimuslaitteiden toimintaan? Kuka myöntää luvat? Mitä velvoitteita ja valvontaa lupiin mahdollisesti liittyy? Kiinnitä erityistä huomiota ympäristöasioihin liittyviin lupiin. Esitä myös lupaprosessin perusteet lainsäädännössä ja muissa viranomaismääräyksissä. Vapaaehtoisia kysymyksiä: Analysoi tutkimusyksikkö laajemmin yhteiskunnan kannalta. Voit kiinnittää huomiota esim. seuraaviin seikkoihin: 1. Kotimaisen energian käyttö ja huoltovarmuus 2. Bioenergian käyttö ja Suomen velvoitteet kansainvälisissä ilmastosopimuksissa 3. Tutkimuslaitoksen ja sen alihankkijoiden tarjoamat työpaikat 3.5 Laskutehtävä Kaasuttimen hyötysuhde voidaan määritellä monella eri tavoilla. Mitkä ovat yleisimmät käytetyt hyötysuhdekäsitteet ja miksi niitä on useita? Taulukko 1 listaa eräs puupelletin polttoanalyysi ja taulukko 2 sen tuotekaasun koostumusta ja toiminalliset tiedot pellettikaasutuksesta VTT:n paineistetuissa kiertoleijupedissä (kuva 1). Laske kaasuttimen hiilikonversio ja kylmäkaasuhyötysuhde. Miten laskettu hiilikonversio verrattu taulukossa annettu arvoon? Mikä jatkokäyttö on mahdollista tuotekaasulle ja mitkä ovat vaihtoehtojen etu- ja vastapuolia? Vertaile tuotekaasun koostumus muualla tehty puukaasutukseen. 3

4 Taulukko 1 Puupelletin ominaisuudet [1]. LHV, MJ/kg (db) 19 Moisture, wt % 7,40 Volatile matter, wt % (db) 83,2 Fixed carbon, wt % (db) 16,40 Ash, wt % (db) 0,4 Ultimate analysis, wt % (db) C 50,5 H 6 N 0,1 S 0,01 O (as difference) 43 Ash 0,4 Kuva 1 VTT:n painestettu CFB [1]. 4

5 Taulukko 2 Toiminalliset parametrit VTT:n paineistetussa CFB:ssä [1]. Fuel feed rate, g/s 15,50 Dry gas, vol %, measured Bed material feed rate, g/s 0,60 CO 21,50 Primary air 1,00 CO 2 31,10 Primary steam 6,50 H 2 28,80 Primary oxygen 5,00 N 2 (calc. as difference) 8,63 Secondary oxygen 0,00 CH 4 8,39 Secondary nitrogen 0,00 C 2H 2 0,02 Purge nitrogen feed 2,00 C 2H 4 1,24 Steam-to-fuel, kg/kg-daf 0,45 C 2H 6 0,18 O2 feed, % of stoich, combustion, % 26,10 Ar (O 2 + Ar) 0,15 O 2 feed, wt % of gasifier feed gases 41,90 Benzene, g/m 3 n (dry gas) 12,90 Average bed-t, C 927,00 Sum of Tars, g/m 3 n (dry gas) 6,50 Average upper part T, C 898,00 Heavier PAC, g/m 3 n (dry gas) 2,40 P-freeboard, MPa (abs) 0,25 Ammonia, mg/m 3 n (dry gas) nd T-filter, C 520,00 HCN, mg/m 3 n (dry gas) nd Filter Pd, mbar 20,00 Fluidizing velocity, m/s 2,60 Dust in filter inlet, g/m 3 n 4,20 Gas velocity at riser top, m/s 2,70 Filter face velocity, cm/s 1,80 Gas residence time at riser top, s 2,60 Bottom ash, g/s 0,37 Wet gas flow rate, g/s 29,60 Bottom ash content, wt % 99,70 H 2O content in wet gas, vol % 30,80 Filter dust, g/s 0,12 T-shift-equilibrium, C 835,00 Filter dust, C content, wt % 25,20 C conversion to gas and tar, % 99,60 Oxygen balance closure, out/in 1,01 Ash balance closure, out/in 0,96 Lähteet 1 Kurkela, E., Kurkela, M., Hiltunen, I., The effects of wood particle size and different process variables on the performance of steam-oxygen blown circulating fluidized-bed gasifier, Environmental progress & sustainable energy, 2014, pp