Puupolttoaineiden laatuvaatimukset ja vaikutukset päästöihin

Transkriptio

1 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND LTD Puupolttoaineiden laatuvaatimukset ja vaikutukset päästöihin Nuohoojien täydennyskoulutuspäivät 26. elokuuta 2017, Peurunka, Laukaa Eija Alakangas, johtava tutkija, VTT

2 Polttopuun laatu

3 Polttopuun laatuvaatimukset Kansainvälinen polttopuustandardi: SFS-EN ISO :2014 Laatuluokat A1 (korkealaatuinen polttopuu, paras uuneille) A2 (hieman heikompilaatuinen polttopuu) B (heikompilaatuinen polttopuu kattiloille) Velvoittavat ominaisuudet (pakolliset) Raaka-aine (esim Runkopuu) Puulaji (esim. koivu, mänty, kuusi, sekapuu) Halkaisija, D (paksuus), (esim. D15, 5 D 15 cm) Pituus, L (esim. L25, 25 cm ± 2 cm) Kosteus, M (esim M20, 20 w-%, märkäpainosta) Tilavuus tai paino (esim. 2 irto-m 3 tai 400 kg) 27/08/2017 3

4 SFS-EN ISO Paksuus (A1, A2) Halkaisija, D (A1 ja A2) D2; 2 cm D5; 2 cm D 5 cm D15; 5 cm D 15 cm D15+; D > 15 cm (todellinen arvo ilmoitettava) 85% polttopuusta on oltava halkaisijaluokassa. Uunit; suositus D15. Hellat ja sytytyspuu: suositus D2 ja D5. 27/08/ Kuva: VTT (D2, D5, D10, D15)

5 SFS-EN ISO Paksuus (B) Halkaisija, L (luokka B) D15; 5 cm D 15 cm D15+; D > 35 cm 85% polttopuusta on oltava halkaisijaluokassa Luokka B on tarkoitettu kattiloille. Kuvat: VTT (D2, D5, D10, D15) 27/08/2017 5

6 SFS-EN ISO Pituus Pituus, L ( A1 ja A2) L20; 20 cm ± 2 cm L25; 25 cm ± 2 cm L33; 33 cm ± 2 cm L50; 50 cm ± 4 cm L ± 5 cm Pituus, L ( B) L30; 20 cm ± 2 cm L33; 33 cm ± 2 cm L40; 40 cm ± 2 cm L50; 50 cm ± 4 cm L ± 5 cm 15% polttopuista voi olla lyhyempiä. Kuvat: VTT (L20, L25 ja L33) 27/08/2017 6

7 SFS-EN ISO Kosteus Kosteus, (% märkäpainosta), M Luokille A1 ja A2: valitse M20 tai M25 Luokka B: valitse M20, M25 tai M35 Kosteus (kuiva-aineesta), U Opastava (vapaaehtoinen) Luokka A1 ja A2: valitse U25 tai U33 Luokka B: valitse U33 tai U54 Kosteus (M) ei saisi olla alle 12 p-% eikä yli 25 p-%, jotta päästöt eivät kasva. Suosituskosteus; M20. Optimikosteus p-% kattiloille p-% uuneille OPTIMAL w-% Kuvat: VTT 27/08/2017 7

8 SFS-EN ISO Tilavuus tai paino pino-m 3 irto-m 3 Stacked m3 3 irto-m 3 on noin 2 pino-m 3. Piirros: VTT Polttopuusäkin mittaus ennen toimitusta. Kuva: Metsäkeskus 27/08/2017 8

9 SFS-EN ISO opastavat Energiasisältö, E kwh/irto-m 3 kwh/pino-m 3 kwh/kg Kuivaus Luonnonkuivaus Keinokuivaus (kylmä tai kuumailma) Laho ja home (A1 ei näkyvää lahoa tai hometta) Halkaistujen määrä (A1 90% kappaleista halkaistu) Polttopuun katkonta ja pilkonta Kuva: Ari Erkkilä Katkaisupinnan laatu Vasemmalla. Rosoinen A2 tai B, Oikealla: A1 laatu, Kuva: VTT Halkaisupinnan laatu (A1 tasainen, katkaisu moottorisahalla tai sirkkelillä) 27/08/2017 9

10 Kuinka käyttää laatuluokitusta Uuni- tai kattilavalmistaja voi ilmoittaa polttopuun laatuluokan (A1, A2 tai B), joka sopii laitteelle Laatuluokka voidaan merkitä tuotteeseen tai käyttöohjeeseen. Tuoteseloste Uuni Polttopuu Lämpöä varastoiva testattu: SFS-EN Uunivalmis polttopuu SFS-EN ISO (A1) Jos polttopuu on pakattu tieto voidaan ilmoittaa pakkauksessa. Irtopolttopuulle voidaan käyttää tuoteselostetta 27/08/

11 POLTTOPUUN TUOTESELOSTE STANDARDIN SFS-EN ISO :2014 MUKAAN Myyjän nimi: Eijan Laatupilke Oy Myyjän yhteystiedot: Ketunleipä 10, Jyväskylä, puh Toimituserä:. irto-m 3 tai. kg Valmistajan nimi ja yhteystiedot:.... Valmistusaika: Toimituspäivä:.. Raaka-aineen alkuperä (SFS-EN ISO ). Laatuluokka (SFS-EN ISO ): A1 A2 B Puulaji: koivu, leppä, kuusi, mänty, sekapuu Pituusluokka: L cm Halkaisijaluokka: D.cm Kosteus, märkäpainosta: (M) paino-% Halkaistujen määrä: A1 > 90 %, A2 > 50 %, B % pilkkeistä Katkaisupinnan laatu: sileä rosoinen Laho: A1 ei näkyvää lahoa, A2 < 5 % pilkkeistä, B % pilkkeistä Energiasisältö:. kwh/kg Toimituserä yhteensä... kwh Kuivaus: luonnonkuivaus, kylmäilmakuivaus, lämminilmakuivaus 27/08/

12 Polttopuun laadun vaikutus päästöihin 12

13 Kokonaishiukkaset Kosteus ja pölypäästöt (PM) Partikkelikokojakauma 90 mg/nm 80 3 (13 % O 2 ) Staubemission >10µm 2,5-10µm 1-2,5µm <1µm 50 1 % 1 % 4 % 94 % 43 1 % 2 % 4 % 93 % 57 1 % 1 % 4 % 94 % 57 1 % 1 % 4 % 94 % TFZ on mitannut Saksassa 7 kw tiiliuuni insertillä Kun kosteus on alhaisempi kuin 12 p- % tai korkeampi kuin 20 p-% pölypäästöt kasvavat n=4 12 % n=2 18 % n=2 23 % n=2 30 % Kosteus Wassergehalt (M), p-% Lähde: TFZ-Report No. 22 ladattavissa: 27/08/

14 Particle emission Gaseous emission Kosteuden vaikutus pöykillä Pölypäästöt 1,500 Undiluted laimentamaton flue gas Diluted flue gas Laimennettu savukaasu 10,000 mg/nm³ 8,000 (13 % O 2 ) 6,000 CO OGC mg/nm³ (13 1,200 % O 2 ) 4,000 2, % 45 Polttopuun Fuel kosteus, moisture M, content p-% % 45 Fuel moisture content Polttopuun kosteus, M p-% Testipolttopuu 8 kw uuni Hartmann Schön Lähde: TFZ-Report No. 36 ladattavissa 14

15 Particle emission Kosteuden vaikutus päästöihin (kuusi, pöykki) Pölypäästöt 300 mg/nm³ 250 (13 % O 2 ) Beech Spruce Undiluted flue gas Pyökki Kuusi Laimentamaton savukaasu rain sade Hartmann Schön, TFZ % 30 Polttopuun Fuel moisture kosteus, content M, p-% 8 kw uuni Lähde: TFZ-Report No. 36 Ladattavissa: 15

16 Particle emission Polttopuun koon vaikutus pölypäästöihin 300 mg/nm³ ( % O 2 ) Stove Uuni 1 1 Stove Uuni 2 2 Stove Uuni 3 3 Undiluted flue gas Laimentamaton savukaasu Uuni 1 Uuni 2 Uuni 3 0 n=3 5x5 cm n=3 7x7 cm Log size Polttopuun koko n=3 9x9 cm Lähde: TFZ-Report No. 36 Ladattavissa: Schön Hartmann 16

17 Particle emission Polttoainepanoksen vaikutus pölypäästöihin 1,000 mg/nm³ 800 (13 % O 2 ) 600 Stove Uuni 1 1 Stove Uuni 2 2 Stove Uuni 3 3 Uuni 1 Uuni 2 Uuni 3 Undiluted flue gas Laimentamaton savukaasu Hartmann Schön Pieni panos n=3 7x7x1 Low load Normaali Iso panos n=3 7x7x3 Nominal load Fuel load 161 n=3 7x7x5 Overload 112 Pieni panos Normaali Suuri panos Lähde: TFZ-Report No. 36 ladattavissa: 17

18 Kokonaispölypäästöt päältä ja alta sytyttämisessä päältä sytytys sytytys alta päältä sytytys sytytys alta Uuni A Uuni B Päältä Kuusi+pyökki Päältä Pyökki+pyökki Alta Kuusi+pyökki Alta Pyökki+pyökki Päältä Kuusi+pyökki Päältä Pyökki+pyökki Alta Kuusi+pyökki Alta Pyökki+pyökki päältä sytytys sytytys alta Lähde: Bioenergy 2020 & TFZ ( bereal-projektissa ) Reichert Schön Hartmann 18

19 Kumulatiiviset häkäpäästöt Cumulated CO-emission CO-päästöt, kun sytytys päältä ja alta 160 g sytytys alta bottom-up ignition sytytys päältä "top-down" ignition :00 0:10 0:20 0:30 0:40 0:50 h 1:00 Palamisaika Burning time Kokeet tehty 8 kw rakoarinalla varustetulla uunilla Tulokset ovat keskiarvo kolmella mittauksessa kylmätilasta alkaen Lähde: Hans Hartman 19

20 Hakkeen laatu

21 21 Hakkeen laatustandardi SFS-EN ISO Laatuluokat A1, A2, B1 ja B2 Kotitalouden kattiloille suositellaan laatuluokkaa A1. Laatuluokat A1 ja A2 vain puhdasta puuta (1.1, 1.2.1) Ei lyhytkiertoviljelypuuta (raaka-aineluokka esim. paju), jos lannoitettu jätevesilietteellä (kuuluu silloin luokkaan B1) Velvoittavat (pakolliset) laatuvaatimukset Raaka-aine (esim karsittu ranka) Palakoko, P (esim. P31) Kosteus, M (märkäpainosta), % (esim. M30) Tuhka, A (kuiva-aineesta), % (esim. A1.0) Irtotiheys, BD (esim. 250 kg/m 3 ) Opastavia (vapaaehtoiset) laatuvaatimukset Tehollinen lämpöarvo saapumistilassa, Q, MJ/kg tai kwh/kg (esim. 3,5 kwh/kg) Vaihtoehtoisesti energiatiheys, E, kwh/irto-m 3 (esim. 850 kwh/irto-m 3 ) 27/08/

22 Palakoko SFS-EN ISO Luokka Hienoaines (< 3.15 mm), p-% Pääfraktio (min. 60 p-%) mm Karkea fraktio, p-% (mm) Pisimmän kappaleen pituuse, mm P16S <P < 16 <6% >31,5 mm < 45 mm < 2 P31S 10 3,15 <P< 31,5 <6% >45 mm <150 mm < 4 P45S 10 3,15 <P < 45 <10% >63 mm < 200 mm < 6 Poikkileikkauspinta-ala, cm 2 22 Seulat 3.15, 8,16, 31.5, 45, 63 ja 100 mm. Yleensä ei mitata Luokat P16S ja P31S ovat sopivia pienkattiloille. 27/08/

23 Esimerkki palakokojakaumasta Fraktio Seulan koko Massa, p-% Mittaus (vaatimus) Luokka 1 Hienoaines < 3,15 mm 6,9 6,9% ( 10 %) P31S Pää 3,15 8 mm 11, mm 28, ,5 mm 42, % ( 60 %) P31S 31,5 45 mm 10,8 Kuuluu pääfraktioon Karkea mm % 45 mm, kaikki alle 63 mm mm 0 < 100 mm 0 Suurimman kappaleen 3,4 cm 2 poikkileikkauspinta-ala (P31S, 6 % 45 mm ja kaikki alle 150 mm) P31S 1 Pienin luokka valitaan ja vain yksi luokka. Tämän karsitusta rangasta tehdyn hakkeen palakokoluokka on P31S standardin SFS-EN ISO mukaan. Pienkattiloille suositellaan tasaista palakokoa. 27/08/

24 24 Irtotiheys, BD (kg/m 3 ) A1-luokka: BD150; BD200; BD250; A2-luokka: BD150; BD200; BD250 BD300; Puulaji ja kosteus vaikuttavat irtotiheyteen. Mitataan pienissä lämpöyrittäjäkohteissa 50 litran astialla joka kuormasta, koska kauppa perustuu tilavuuteen ja energiasisältöä varten tarvitaan myös irtotiheys kosteuden lisäksi. 27/08/

25 25 Hakestandardi SFS-EN ISO Kosteus (M) A1-luokat; valitaan M10 tai M25, A2 luokka; M35, Mitataan joka kuormasta (10 näytettä 3 litran näytteenottimella) Tuhka (A) A1-luokka; A1.0, rankahake kuuluu tähän luokkaan A2-luokka; A1.5 Tehollinen lämpöarvo saapumistilassa (Q) Tärkeä, kun hakkeen kauppa perustuu energiasisältöön (esim. /MWh) Tehollinen lämpöarvo voidaan laskea kosteuden ja tehollisen lämpöarvon kuiva-aineesta avulla. Tehollinen lämpöarvo kuiva-aineesta voidaan ottaa kirjallisuudesta. Hyvä keskiarvo on 18,8 MJ/kg (5,2 kwh/kg) Tehollinen lämpöarvo saapumistilassa riippuu kosteudesta ja kuivahtaneelle rankahakkeelle se on noin 12,4 MJ/kg 3,5 kwh/kg, kun kosteus on 30 p-%). 1 MWh = kwh 27/08/

26 Hakkeen laadun vaikutus päästöihin 26

27 Hakkeen laadunvaikutukset Liian kuiva hake Takatuli Kattila palaa pilalle Matalan kulutuksen aikana aiheuttaa käyntiongelmia Kostea hake Lämmitysteho ei riitä Savukaasuimurien teho ei riitä Matalan kulutuksen aikana voi olla hyvä polttoaine Savutus Vaihteleva palakoko vaikeuttaa polton ohjausta Puhaltimien toiminta häiriintyy Hyötysuhde ei ole optimaalinen Savutus, kun osassa kattilaa palaa hyvin ja toisaalla huonosti Hienojakoiset aineet voivat joutua savukaasuimureiden imuun ennen palamista. 27/08/

28 Hakkeen laadun vaikutukset Savukaasuimureiden teho loppuu kesken liian kostealla hakkeella tavoiteltaessa kovaa tehoa Tällöin savu ei mahdu piipusta ulos ja maksimiteho rajottuu. Kuiva ja hienojakoinen polttoaine voi imeytyä Kuiva ja hienojakoinen polttoaine voi imeytyä palamattomana tai osittain palaneena taivaalle Lähialueen pyykit ja autot pesuun. Kostean ja huonolaatuisen hakkeen poltto Matalan kulutuksen aikana voi aiheuttaa kytemistä ja savuttamista. Päästörajat 27/08/

29 Päästöt Hakkeen kosteuden vaikutus savukaasupäästöihin Polttoaineen kosteus WG hake, MC kosteus, TPM = kokonaispölypäästöt Lähde: Schön et al. :Influence of wood chip quality on emission behaviour in small-scale wood chip boilers, Biomass Conv. Bioref., March /08/

30 Päästöt Normaali- ja osakuorman vaikutus savukaasupäästöihin Normaali Osakuorma Normaali Osakuorma Normaali Osakuorma WG hake, MC kosteus, Fines, hienoaines, TPM = kokonaispölypäästöt 27/08/ Lähde: Schön et al. :Influence of wood chip quality on emission behaviour in small-scale wood chip boilers, Biomass Conv. Bioref., March 2017

31 Lisätietoja Tulisijoista Tehokas ja ympäristöä säästävä tulisijalämmitys /VTT-R pdf Polttoaineista Alakangas, E. yms. Suomessa käytettävien polttoaineiden ominaisuuksia, VTT Technology 258 ( y/2016/t258.pdf). 31

32 Lisätietoja