Fysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksien määritys (CEN TC335 / WG4)

Transkriptio

1 Fysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksien määritys (CEN TC335 / WG4) koskevat myös Energiaturpeen laatuohjetta 2006, NT ENVIR 009 Jaakko Lehtovaara erityisasiantuntija / polttoaineet VAPO OY Konsernihallinto / LTK PL 22, Yrjönkatu Jyväskylä puh jaakko.lehtovaara@vapo.fi BD / Jaakko Lehtovaara

2 Tähän mennessä julkaistut EN-standardit: Lämpöarvo EN 498:2009 Irtotiheys EN 503:2009 Kosteus EN 4774-:2009, referenssimenetelmä Kosteus EN :2009, yksinkertaistettu menetelmä Kosteus EN :2009, analyysinäytteen kosteus Haihtuvat aineet EN 548:2009 Tuhkapitoisuus CEN/TS 4775:2009 Mekaaninen kestävyys EN 520-:2009 pelletit 2 BD / Jaakko Lehtovaara

3 Biopolttoainemarkkinat ja standardit-seminaari Päivitystyön alla olevat määritysmenetelmät (TS => EN): Partikkelikokojakauma pren 549-, > mm, (EN /202) Partikkelikokojakauma pren 549-2, < 3,5 mm, (EN /202) Partikkelitiheys pren 550, pelletit/briketit, (EN /202) Mekaaninen kestävyys pren 520-2, briketit, (EN /200) Tuhkan sulamiskäyttäytyminen pren/ts 5370-, Lämpömikroskooppi-menetelmä, (EN /200) 3 BD / Jaakko Lehtovaara

4 Biopolttoainemarkkinat ja standardit-seminaari Työn alla olevat uudet määritysmenetelmät (suoraan EN): Pellettien sisäinen partikkelikokojakauma prenxxxxx, (EN /203) Pellettien ja sylinterimäisten brikettien halkaisija ja pituus, prenxxxxx, (EN 7/202) Kiinteät epäpuhtaudet prenxxxxx-: Karkeat epäpuhtaudet, > 2 mm, (EN?/?) Kiinteät epäpuhtaudet prenxxxxx-2: Hienot mineraaliset epäpuhtaudet, < 2 mm, (EN?/?) 4 BD / Jaakko Lehtovaara

5 Biopolttoainemarkkinat ja standardit-seminaari Työn alla olevat tekniset raportit (TS => TR tai suoraan TR): Partikkelikokojakauma prcen/tr 549-3, rumpuseula, (TR /202) Holvaantumisominaisuudet, (TR /203) Partikkelikokojakauma, kuva-analyysillä (image analysis), (EN?/?) 5 BD / Jaakko Lehtovaara

6 Kosteus EN :2009, yksinkertaistettu menetelmä (ns. rutiinimenetelmä), kokonaiskosteuden M ar määritys kuivataan lämpökaapissa C vakiopainoon (massan muutos < 0,2 % /60 min), ei yleensä tule ylittää 24 h, punnitus kuumana) kuivattavan näytteen partikkelikoko < 30 mm (3,5 mm seula!) kuivattavan näytteen massa min. 300 g, hienojakoisilla polttoaineilla voidaan käyttää min. 200 g, punnitustarkkuus vähint. 0, g tai jos punn.tarkkuus vähintään 0,0 g, niin voidaan käyttää min. 00 g yksi kuivattava näyte riittää (ei rinnakkaismääritystä) tulos ilmoitetaan 0, m-%-yksikön tarkkuudella 6 BD / Jaakko Lehtovaara

7 Tuhkapitoisuuden A d määritys EN 4775:2009 hehkutetaan (tuhkitetaan) muhveliuunissa vakiopainoon; (huoneenlämpötila 250 C minuutissa, pito 250 C 60 min, nosto 550 C 30 minuutissa tai 0 C/min, pito loppulämpötilassa C 20 min, jäähdytys ensin ilmassa sitten eksikaattorissa) alhaisemmasta lämpötilasta johtuen tuloksena hiukan korkeampia tuhkapitoisuuksia kuin 85 C!! (karbonaatit jäävät hajoamatta, helposti haihtuvia alkaleja ei poistu, ei tapahdu jatko-hapettumista; vaikuttavat myös tuhkan sulamiskäyttäytymiseen/sen määritykseen) eron suuruus riippuu paljon biopolttoaineesta itsestään (sen mineraalikoostumuksesta) 7 BD / Jaakko Lehtovaara

8 Biopolttoainemarkkinat ja standardit-seminaari Esimerkki, tuhkapitoisuus 550 C - 85 C Tuhkapitoisuus ero 550 C 85 C C Polttoaine m-% m-% m-%-yks. Puupelletti 0,3 0,4-0, Puupelletti 0,5 0,6-0, Puupelletti 0,5 0,6-0, Puupelletti,, 0,0 Puupelletti 0,6 0,6 0,0 Puupelletti 0,4 0,4 0,0 Puupelletti 0,3 0,3 0,0 Puupelletti 0,2 0,2 0,0 Puupelletti 0,28 0,20 0,08 Puupelletti 0,38 0,28 0,0 Sahanpuru 0,3 0,2 0, Puupelletti,,0 0, Sahanpuru 0,6 0,4 0,2 Puupelletti 0,8 0,6 0,2 Metsätähdehake 3, 2,7 0,4 Puupelletti,8,4 0,4 Metsätähdehake 2,7 2,3 0,4 Kuori 2,5 2,0 0,5 Puupelletti 2,0,4 0,6 Ruokohelpipelletti 4,6 3,,5 keskiarvo 0,2 maks,5 min -0, Tuhkapitoisuus 85 C Tuhkapitoisuus C 5,0 y = 0,7247x + 0,7 R 2 = 0,9679 4,0 3,0 2,0,0 0,0 0,0,0 2,0 3,0 4,0 5,0 Tuhkapitoisuus 550 C 8 BD / Jaakko Lehtovaara

9 ,0 Tuhkapitoisuuden, A d, määritys CEN / 550 C versus Polttoturpeen laatuohje / 85 C keskiarvot: CEN 8,30 m-%, laatuohje 7,99 m-% ero keskimäärin 0.32 m-%-yks. (vaihtelu - 0,4-0,7 m-%-yks.) 6,0 5,0 4,0 3,0 y = 0,9828x - 0,72 R 2 = 0,9967 Ad m-%, 85 C 2,0,0 0,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0,0 0,0 0,0,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 0,0,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 A d m-%, 550 C 9 BD / Jaakko Lehtovaara

10 Biopolttoainemarkkinat ja standardit-seminaari rinnakkaismääritysten sallittu ero: kun A d < 0 m-%, niin enintään 0,2 m-%-yks. kun A d > 0 m-%, niin 2,0 % rinn.keskiarvosta eri laboratorioden määritysten sallittu ero: kun A d < 0 m-%, niin 0,3 m-%-yks. kun A d > 0 m-%, niin 3,0 % rinn.keskiarvosta 0 BD / Jaakko Lehtovaara

11 Partikkelikokojakauma pren 549- Seulakoot > mm seulonta seulontalaitteella seulontaliike 2-dimensionaalinen (vaakasuunnassa edestakainen tai kiertävä) reikälevyseulat, ISO 330-2, mm verkkoseula ISO 330- seulan tehollinen pinta-ala vähintään 200 cm 2 (halk. > 40 cm) näytteen minimikoko 8 litraa (4 litraa jos palakoko alle 45 mm) maks. 5 cm kerros ylimmälle seulalle kosteus määritettävä samalla, seulonta alle 20 m-% kosteudessa (tasapainokosteudessa, ilmakuivana) ylipitkien kappaleiden määrän ja pituuden mittaus esim. partikkelikoon ylä- tai alarajan tai jakauman toteaminen BD / Jaakko Lehtovaara

12 Biopolttoainemarkkinat ja standardit-seminaari Partikkelikokojakauma pren Seulakoot < 3,5 mm seulonta seulontalaitteella seulontaliike 3-dimensionaalinen (vaakasuunnassa ja pystysuunnassa edestakainen täryseula ) verkkoseulat ISO 330-, reikälevyseula 3,5 mm, ISO seulan tehollinen pinta-ala vähintään 250 cm 2 (halk. > 8 cm) näytteen minimikoko 50 g maks. 2 cm kerros ylimmälle seulalle kosteus määritettävä samalla, seulonta alle 20 m-% kosteudessa (tasapainokosteudessa, ilmakuivana) esim. pellettien sisäinen partikkelikokojakauma 2 BD / Jaakko Lehtovaara

13 Partikkelikoon määritys käytössä olevissa laatuohjeissa Energiaturpeen laatuohje 2006 Hienoaines palaturpeessa erikseen kerätty vähintään 200 litran näyte, seulat 5 mm tai 20 mm palakokoluokan mukaan CEN:n mukainen määritystapa Puupolttoaineiden laatuohje 998 erillinen vähintään 20 litran näyte sovittu seulontamenetelmä seulakoon laatutaulukon partikkelikokojen mukaan (5, 0, 20, 30, 45, 60, 00 ja 200 mm) 3 BD / Jaakko Lehtovaara

14 Lämpöarvo EN 498:2009 perustuu ISO 928:995 (Polttoturpeen laatuohjeet 989, 99 ja Puupolttoaineiden laatuohje 998: perustuvat sekä ISO 928 että DIN 5900 vanhempiin versioihin), Energiaturpeen laatuohje 2006 NT ENVIR 009 on EN 498:n mukainen Merkittävimmät erot laatuohjeisiin. Symbolit kalorimetrinen lämpöarvo kuiva-aineessa Q gr,d => q V,gr,d tehollinen lämpöarvo kuiva-aineessa Q net,d => q p,net,d tehollinen lämpöarvo saapumistilassa Q net,ar => q p,net,ar Huom! Kalorimetrinen on vakio tilavuudessa, mutta teholliset ovat vakio paineessa! 4 BD / Jaakko Lehtovaara

15 Tehollisen lämpöarvon q p,net,d laskenta kalorimetrisesta Laatuohjeet: x 8,05 Q net,d = Q gr,d x H% [MJ/kg] 2,06 EN 498: q p,net,d = q V,gr,d 22,2 x w(h) d 0,8 x [w(o) d + w(n) d ] [J/g] eli tarvitaan vetypitoisuuden lisäksi happi ja typpipitoisuus; joko määritettyinä tai vakioarvoina (tyypillisinä arvoina polttoaineelle) w(o) d = 00 w(c) d w(h) d w(n) d w(s) d w(cl) d w(a) d tai [w(o) d + w(n) d ] = 00 w(c) d w(h) d w(s) d w(cl) d w(a) d 5 BD / Jaakko Lehtovaara

16 Biopolttoainemarkkinat ja standardit-seminaari METSÄTÄHDEHAKE Puupolttoaineiden laatuohje 998 Q net,d = Q gr,d - 0,0244 x M = Q gr,d - [0,0244 x H% x (8,05/2,06)] Q gr,d = J/g 20,50 MJ/kg H% = 6, m-% Q net,d = 969 J/g 9,7 MJ/kg ISO 928:995 ja EN 498:2009 q p,net,d = q V,gr,d - 22,2 x w(h) d - 0,8 x [w(o) d + w(n) d ] q V,gr,d = J/g w (H) d = 6, m-% [w (O) d + w (N) d ] = 4,8 m-% = 00 - w(c)d - w (H) d - w (S) d - w(cl) d - A d w (C) d = 50,0 m-% w (S) d = 0,05 m-% w (N) d = 0,4 m-% w (Cl) d = 0,03 m-% A d = 2,0 m-% q p,net,d = 972 J/g 9,7 MJ/kg ERO: 2,7 J/g 0,00 MJ/kg 6 BD / Jaakko Lehtovaara

17 Biopolttoainemarkkinat ja standardit-seminaari JYRSINTURVE Polttoturpeen laatuohjeet 989 ja 99 Q net,d = Q gr,d - 0,0244 x M = Q gr,d - [0,0244 x H% x (8,05/2,06)] Q gr,d = J/g 22,00 MJ/kg H% = 5,6 m-% Q net,d = J/g 20,78 MJ/kg ISO 928:995 ja EN 498:2009 q p,net,d = q V,gr,d - 22,2 x w(h) d - 0,8 x [w(o) d + w(n) d ] q V,gr,d = J/g w (H) d = 5,6 m-% [w (O) d + w (N) d ] = 34,3 m-% = 00 - w(c)d - w (H) d - w (S) d - w(cl) d - A d w (C) d = 54,0 m-% w (S) d = 0,22 m-% w (N) d =,7 m-% w (Cl) d = 0,03 m-% A d = 5,9 m-% q p,net,d = J/g 20,78 MJ/kg ERO: 5,8 J/g 0,0 MJ/kg 7 BD / Jaakko Lehtovaara

18 Saapumistilan tehollisen lämpöarvon q p,net,ar laskenta kuiva-aineen tehollisesta lämpöarvosta q p,net,d (00 - M ar ) Laatuohjeet: Q net,ar = x Qnet,d x M ar [MJ/kg] 00 EN498: eli q p,net,ar = q p,net,d x ( 0,0M ar ) 24,43 x M ar [J/g] (00 - M ar ) q p,net,ar = x q p,net,d x M ar [MJ/kg] 00 missä DIN 5900 (vanhemman version) mukainen veden höyrystymislämmöstä aiheutuva korjaustekijä 24,4 on korvautunut ISO 928 mukaisella arvolla 24,43 8 BD / Jaakko Lehtovaara

19 Biopolttoainemarkkinat ja standardit-seminaari Puupolttoaineiden laatuohje 998 Polttoturpeen laatuohjeet 989 ja 99 Q net,ar = Q net,d x (00 - M ar )/00-0,0244 x M ar Q net,d = 969 J/g 9,7 MJ/kg M ar = 50,0 m-% Q net,ar = 8364 J/g 8,36 MJ/kg EN 498:2009 Q net,ar = Q net,d x (00 - M ar )/00-0,0244 x M ar Q net,d = J/g 20,78 MJ/kg M ar = 45,0 m-% Q net,ar = 0330 J/g 0,33 MJ/kg EN 498:2009 q p,net,ar = q p,net,d x (00 - M ar )/00-0,02443 x M ar q p,net,d = 972 J/g 9,7 MJ/kg M ar = 50,0 m-% q p,net,ar = 8365 J/g 8,36 MJ/kg ERO: 0,4 J/g 0,00 MJ/kg q p,net,ar = q p,net,d x (00 - M ar )/00-0,02443 x M ar q p,net,d = J/g 20,78 MJ/kg M ar = 45,0 m-% q p,net,ar = 0332 J/g 0,33 MJ/kg ERO: 2,3 J/g 0,00 MJ/kg 9 BD / Jaakko Lehtovaara