Työpaketti TP2.1. polton ja termisen kaasutuksen demonstraatiot Kimmo Puolamäki, Jyväskylän ammattikorkeakoulu

Transkriptio

1 Kimmo Puolamäki, Jyväskylän ammattikorkeakoulu Tavoitteet Haetaan polton optimiparametrit kuivikelannan ja hakkeen seokselle tutkimuslaboratorion 40 kw ja 500 kw kiinteän polttoaineen testikattiloilla Testataan eri hakkeen ja kuivikelannan seossuhteiden toimivuutta. Seossuhteet hake+kuivikelanta: 100%+0%,, 50%+50%, 25%+75% Mitataan päästöt ja verrataan niitä Komission asetuksen (EU) N:o 592/2014 määrittämiin savukaasupäästöjen raja-arvoihin ja valvontavaatimuksiin Tutkitaan kuivikelannan toimivuutta energiantuotantoon termisellä menetelmällä Menetelmänä terminen kaasutus Polton pilotointi siipikarjan tiloilla, 500 kw polttokokeiden tulosten perusteella

2 Demonstraatioiden toteutus 40 kw hakekattila, 100%,, 50%+50%, w-% 28, 30, kw hakekattila, 100%,, 50%+50%, w-% 33, 22, 32 Fiskarsin Voima Oy/Qvidja Gård Oy 170 kw hakekaasutin 100%,, w-% 15, 13 (kuivikelantabriketti) Tilamittaus 1, Mahlamäki Oy, Huittinen 950 kw hakekattila 100% (kaurankuori),, 50%+50% w-% 10, 35, Tilamittaus 2, Rönnvik Oy, Pälkäne 760 kw hakekattila 100%,, 60%+40%, w-% 35, 31, 29

3 Broilerin kuivikelannan ja hakkeen ominaisuudet demonstraatioissa Demonstraatio Polttoaine Kosteus % Tehollinen lämpöarvo saapumistilassa kj/kg Tuhkapitoisuus m-% k-a 40 kw hakekattila 100 % koivuhake 50%+50% ,4 3,8 7,1 500 kw hakekattila 100 % mäntyhake koivuhake 50%+50% koivuhake ,4 3,6 6,7 170 kw hakekaasutin 100% koivuhake kuivikelantabriketti ,4 4,0 Tilamittaus 1, 950 kw hakekattila 100% kaurankuori 50%+50% ,6 3,6 6,2 Tilamittaus 2, 760 kw hakekattila 100% 60%+40% analyysit kesken analyysit kesken

4 Kuivikelannan polton toteutumisen velvoitteet Komission asetuksen (EU) N:o 592/2014 määrittämät raja-arvot ja valvontavaatimukset eläinperäisen jätteen hävittämiseksi polttamalla Teho 5000 kw Prosessin toteutumisen haaste Viipymäaika (850 C) 2,0 s Polton tasaisuus, vaatii täyden tehon Viipymäaika (1100 C) 0,2 s Palamisen ja virtausten jatkuva hallinta Orgaanisen hiilen määrä pohjatuhkassa < 3 % Onnistuu, jos edelliset kunnossa käyttöhäiriöt SO 2 50 mg/nm3 Seospolton ja lämpötilojen hallinta NO x 200 mg/nm3 Ristiriita lämpötilavelvoitteiden kanssa Palamisilman ja arinatapahtumien hallinta Hiukkaset 10 mg/nm3 Vaatii hiukkasten erottamisen Pussisuodatin Kaikkien toteutuminen vaatii polton ehdoilla menemistä täydellä teholla. Velvoitteita on vaikea toteuttaa muuttuvassa energiantuotannossa.

5 Tulokset 500 kw hakekattila, Broilerin kuivikelannan ja hakkeen seospolton esikokeiden tulipesän, palopään ja savukaasun lämpötilojen keskiarvot Polton vaatimukset: lämpötilat/viipymäaika (850 o C /2,0 s) tai (1100 o C/0,2 s) Polttoaine Tulipesä TT54 o C Tulipesä TT56 o C Palopää TT61 o C Palopää TT63 o C Savukaasu o C Viipymämatka m /aika s Mäntyhake 100 % ,16 / 0,31 Koivuhake 75% +broilerin kuivikelanta 25% Koivuhake 50% +broilerin kuivikelanta 50% ,22 / 0, ,13 / 0,26 Tulipesässä liekin lämpötila laskee nopeasti palopään jälkeen savukaasujen kohdatessa kylmiä kattilan vesipintoja ja ylimääräisen palamisilman vaikutuksesta. Koekattilassa tulipesän ja palopään välinen matka on noin 0,5 m. Polttoaine, Tilamittaus 2, 950 kw Tulipesä 1 o C Tulipesä 2 o C Savukaasu o C Sekahake 100 % Koivuhake 75% +broilerin kuivikelanta 25% Koivuhake 50% +broilerin kuivikelanta 50%

6 Tulokset Orgaanisen hiilen määrä pohjatuhkassa (< 3 %) 500 kw testikattila 50% broilerin kuivikelanta + 50% koivuhake Kaasutuskontti Mäntyhake Tilamittaus 1 50% broilerin kuivikelanta + 50% koivuhake Näyte Palavat orgaaniset yhdisteet m-% k-a Tulipesän pohjatuhka 0,4 87,4 (1 2,6 (kaurankuori 3,1) Arinatuhka 1,3 Konvektio 1 11,0 Konvektio 2 11,8 Savukaasun lentotuhka 9,9 (1 Hiilituhkanäyte kaasutuksen jälkeen. Kaasutuksessa tuotettu kaasu suodatettiin pussisuodattimella ja poltettiin kaasupolttimella 500 kw testikattilassa.

7 Tulokset Savukaasupäästöt Komission asetuksen (EU) N:o 592/2014 määrittämät päästöjen raja-arvot (O 2red = 11%) SO 2 NO x Hiukkaset 50 mg/nm3 200 mg/nm3 10 mg/nm3 Demonstraatio Polttoaineseos hake+kuivikelanta SO 2 (2 mg/nm3 NO / NO 2 mg/nm3 Hiukkaset mg/nm3 O 2 % CO mg/nm3 40 kw hakekattila, / , kw hakekattila, 50%+50% 50%+50% 170 kw hakekaasutin 100% sekahake Tilamittaus 1, 950 kw hakekattila Tilamittaus 2, 760 kw hakekattila 100% kaurankuori 50%+50% 100% sekahake 60%+40% ei mittausta 21 ei mittausta / / / / / / / / / / / ,4 11,0 6,7 9,7 7,8 12,1 14,1 14,7 15,4 14,5 15, Sk-lt o C

8 Tulokset Johtopäätöksiä ja muita huomioita 40 kw hakekattila Ei sovellu kuivikelannan polttoon. Alhaiset lämpötilat, palamisen vaihtelevuus panosmaisen syötön ja lämmönkulutuksen seurauksena. 500 kw hakekattila Kaasutuskontti Tilamittaukset Jätepolton vaatimusten saavuttaminen on mahdollista optimisäädöillä ja täydellä teholla. Vaatii kuitenkin kattilaan tulipesän muuraukset, hiukkaserottimet, tukipolttimen, kaksi polttoaineen syöttöjärjestelmää ja lämmön tuottamista optimipalamisen ehdoilla, esim. perustuotantokattilana. Suuremmilla kattiloilla vaatimusten saavuttaminen helpottuu. Suuremmat investointi-ja tuotantokustannukset. Potentiaalinen vaihtoehto lämpötilojen ja päästöjen kannalta. Kaasutus vaatii kuivan polttoaineen. Teknisesti ei sellaisenaan sovellu irtotavarana olevalle hienojakoiselle kuivikelannalle, kaasutin tukkeentuu. Hiilituhka = pohjatuhka? Kaasutuksessa syntyy kondensoitunutta vettä. Pienen mittakaavan kaasutus ei ole vielä teknisestä toimivaa valvomattomana tai jatkuvatoimisena Kuivikelannan käyttöönotto lämmöntuotannossa lisää tilojen työmäärää ja vaatii lisäinvestointeja, esim. omat polttoaineen varasto- ja syöttöjärjestelmät. Kuiva kuivikelanta ei ole yhtä juoksevaa kuin hake, aiheuttaa hakkeen seassa tukkeentumia ja holvaantumista. Turpeen ja hakkeen seospoltto pitää kattilapinnat puhtaampana tuhkasta, mutta tuhkaa syntyy enemmän. Kunnossapito-, huolto- ja ylläpitotyömäärä lisääntyy. Lämpötiloissa huomioitava korroosioriskit (savukaasun kastepiste, kuumakorroosio) Päästövaatimukset ei siedä käyttöhäiriöitä.

9

10 KIITOS! Kysymyksiä?, keskustelua