Polttoaineen laadun ja poltossa käytetyn ilmamäärän vaikutukset palamisen hallintaan uudenlaista pellettipoltinta käytettäessä

Transkriptio

1 Polttoaineen laadun ja poltossa käytetyn ilmamäärän vaikutukset palamisen hallintaan uudenlaista pellettipoltinta käytettäessä Simo Paukkunen Markus Hirvonen Karelia ammattikorkeakoulu Biotalouden keskus maaliskuu 2014

2 SISÄLLYSLUETTELO Sisällysluettelo 1 Johdanto Aineisto ja menetelmät Tulokset Polttoaineen vaikutus lämpötilaan ja savukaasujen päästöihin Puupelletti Järviruokopelletti Järviruoko ja puupelletti Kuiva hake Seulottu kuiva hake Seulomaton kuiva hake Kostea hake Seulottu kostea hake Seulomaton kostea hake Johtopäätökset Lähteet

3 1 Johdanto Tämä raportti käsittelee kiinteän polttoaineen polttokokeita, jotka suoritetiin Hajautetut biojalostamot hankkeen toimenpiteenä. Hajautetut biojalostamot hankkeen päärahoittaja oli Euroopan sosiaalirahasto. Lisäksi rahoittajina ovat: Josek Oy, Karelia ammattikorkeakoulu (Karelia) ja Itä-Suomen yliopisto (UEF). Hankkeen koordinaattori oli UEF ja osatoteuttajana toimi Karelia. Tässä raportissa käsitellyt polttokokeet kuuluivat hankkeen osahankkeeseen polttoaineen laatu ja liiketoimintamallit. Pienen kokoluokan (esim. omakotitalot ja pienet maatilat, poltin-kattiloiden teho kw) pellettilämmitysjärjestelmien ominaisuus on ollut polttoainesidonnaisuus. Pienen kokoluokan pellettilämmitysjärjestelmien polttoaineeksi on sopinut ainoastaan ja vain puupelletti. Polttoainesidonnaisuus ja markkinoilla olevien puupellettien tuottajien vähyys Suomessa on johtanut tilanteeseen, missä kuluttajilla ei ole aina ollut aitoa mahdollisuutta valita polttoainettaan vapaasti, vaan markkinoiden vääristynyt tilanne on pakottanut kuluttajan ostamaan sitä polttoainetta, jota on ollut saatavilla. Pohjois-Karjalan maakunnassa on kehitetty pellettipoltin, jonka tekninen rakenne voi mahdollistaa muunkin kuin puupelletin käytön omakotitalokokoluokan pellettilämmitysjärjestelmässä. Tilanteessa, jossa kuluttuja voi valita käyttämänsä polttoaineen vapaammin, polttoaineen hinnan ja laadun pitäisi kohdata paremmin kuin tilanteessa, jossa kuluttaja tosiasiallisesti pakotetaan tietynlaisiin valintoihin. Tämä raportti ei käsittele muiden polttoaineiden taloudellista kilpailukykyä verrattuna puupelletteihin. Polttokokeiden tarkoitus oli tutkia uuden pellettipolttimen teknistä soveltumista muille polttoaineille kuin puupelleteille. 2 Aineisto ja menetelmät Polttokokeet suoritettiin Halkovaarassa Polvijärvellä Kokeessa käytettiin Konepaja M. Pappinen Oy:n (Pappinen 2014) valmistamaa HylicFlame- mallin pellettipoltinta (teho 35 kw) ja Arimax 360 (60 kw) mallista kiinteän polttoaineen kattilaa. Mittaukset suorittivat Karelia ammattikorkeakoulun henkilökunnan jäsenet. Kattilaan asennettiin kuusi termoelementtikaapelia 1 kattilan ilmaluukun kautta (kuva 1) siten, että kaksi termoelement- 1 Termoparikaapelin valmistaja Watlow, Serv-Rite, tyyppimerkintä K , jatkuva lämmönkestävyys 1205 astetta Celsiusta. 2

4 tiä mittasi lämpötilaa samalta korkeudelta palotilasta. Pellettipolttimen kautta asennettiin yksi termoelementtikaapeli mittamaan pellettipolttimen pään lämpötilaa. Yksi termoelementtikaapeli asennettiin savuhormiin mittaamaan savukaasujen lämpötilaa. Lämpötila anturit nimettiin seuraavasti: palopää = palopään lämpötilaa mittaava anturi, Savukaasut = savuhormista lämpötilaa mitannut anturi, palotila 1.1 ja 1.2 = palotilasta alimpana lämpötilaa mitanneet anturit, palotila 2.1 ja 2.2 = palotilasta keskimmäisenä lämpötilaa mitanneet anturit ja palotila 3.1 ja 3.2 = palotilasta ylimpänä lämpötilaa mitanneet anturit. Lämpötilat tallennettiin Grant Instrumentsin Squirrel SQ2020 dataloggerilla. Lämpötiloja mitattiin Kuva 1. Kiinteän kattilan monitorointi termoelementeillä. 3

5 viiden sekunnin frekvenssillä. Palotapahtuman tilannetta mitattiin savukaasuanalysaattorilla (Testo 330-2) ja savukaasuanalyysin tulokset tallennettiin tietokoneelle viiden sekunnin frekvenssillä. Numeerista aineistoa käsiteltiin Exel 2013 ja IBM SPSS 21 taulukkolaskentaohjelmilla. Kokeessa poltettava puupelletti oli kaupallinen tuote. Järviruokopelletit olivat UEF:n Mekrijärven tutkimusaseman tekemiä pellettejä. Järviruokopellettien raaka-aineen keruu, esivalmistelu ja pelletöinti tapahtui Järeä- hankkeen toimenpiteenä (Järeä 2014). Kuva 2. Järviruokopellettejä muovivasussa. Kokeessa käytetyn kuivan puuhakkeen (kuva 3) toimitti MJ Forest Oy. Puuhake oli tehty karsitusta ensiharvennus koivusta eli kyseessä oli rankahaketta. Rangat haketettiin ja kostea hake kuivattiin suursäkeissä kamarikuivurissa, jossa lämpö tuotetaan lämmönvaihtimen avulla eli kuivattu hake ei kontaminoitunut savukaasuille kuivattaessa. 4

6 Kuva 3. Kuivaa haketta siilossa. Koste hake oli peräisin paikallisen lämpölaitoksen siilosta. Hakkeen raaka-aineen alkuperä ei ole tiedossa. Kuiva ja kostea hake murskattiin Konepaja M. Pappisen tekemällä murskaimella sopivaan palakokoon ennen polttamista. Murskatusta hakkeesta tuotettiin käsin verkkoseulaa käyttämällä seulottua haketta. 5

7 3 Tulokset Polttokokeen tulokset on jaoteltu käsittelyittäin siten, että jokaisen numeroidun luvun suureita voi vertailla keskenään luvun sisäisesti, mutta ei eri lukujen välillä. Tämä johtuu siitä, että polttokokeessa ei pystytty toistamaan jokaisella polttoaineilla polttokoetta samanlaisilla asetuksilla. Muuttuneet asetukset voivat johtaa tilanteeseen, missä eri käsittelyjen välisiä eroja ei ole mielekästä vertailla keskenään. Edellä kuvatusta poiketen luvun 3.1 suureita ei voi aivan suoraan verrata keskenään, koska keskiarvoina ilmoitetut luvut pitävät sisällään erilaisilla polttimen asetuksilla tehtyjen kokeiden mitattuja suureita. Taulukko 1. Polttoaineiden kosteudet ja polttimen tehot Polttoaine Kosteus % Hienoaineksen määrä % Polttimen käytetty teho, kw Järviruokopelletti 5,8 n.a. 13,9 Puupelletti 8,2 n.a. 18,8 Seulomaton kuiva hake 6, ,4 Seulottu kuiva hake 6, ,7 Seulomaton kostea hake 23,6 n.a. 12,4 Seulottu kostea hake 21,6 0 12,8 6

8 3.1 Polttoaineen vaikutus lämpötilaan ja savukaasujen päästöihin Taulukko 2. Polttoaineen vaikutus mitattuihin lämpötiloihin. Palopää 95% Confidence Interval for Mean N Keskiarvo Std. Deviation Std. Error Lower Bound Upper Bound Minimum Maximum Järviruokopelletti , ,6979 6, , , ,1 895,6 Puupelletti ,501 47,1462 2, , , ,7 888,5 Seulomaton kuiva hake ,732 30,1233, , , ,4 1027,4 Seulottu kuiva hake ,387 33,4000 1, , , ,9 938,6 Seulomaton kostea hake , ,7495 8, , , ,3 706,3 Seulottu kostea hake ,159 76,8033 3, , , ,5 806,8 Total , ,1893 2, , , ,1 1027,4 Savukaasut Järviruokopelletti ,353 6,7776, ,751 85,955 68,8 96,7 Puupelletti ,172 1,6206, ,004 92,339 82,4 95,3 Seulomaton kuiva hake ,800 7,3042, ,392 89,209 74,3 99,3 Seulottu kuiva hake ,788 2,6685, ,604 87,972 79,0 92,0 Seulomaton kostea hake ,379 2,8117, ,920 56,839 50,5 60,0 Seulottu kostea hake ,189 4,6832, ,813 66,565 60,4 75,1 Total ,418 11,4219, ,047 83,790 50,5 99,3 Palotila 1.1 Järviruokopelletti , ,8694 5, , , ,9 648,4 Puupelletti ,231 37,4214 1, , , ,8 610,7 Seulomaton kuiva hake ,906 35,3997 1, , , ,2 665,6 Seulottu kuiva hake ,124 33,8405 1, , , ,9 545,4 Seulomaton kostea hake ,462 57,5197 4, , , ,6 336,3 Seulottu kostea hake ,406 44,3634 1, , , ,9 412,6 Total , ,6910 2, , , ,9 665,6 Palotila 1.2 Järviruokopelletti , ,9417 6, , , ,7 643,3 Puupelletti ,691 37,8034 1, , , ,8 683,7 Seulomaton kuiva hake ,683 49,1532 1, , , ,3 704,9 Seulottu kuiva hake ,045 49,0597 1, , , ,4 580,4 Seulomaton kostea hake ,826 36,4178 3, , , ,6 264,7 Seulottu kostea hake ,473 38,5659 1, , , ,3 425,1 Total , ,4189 2, , , ,7 704,9 Palotila 2.1 Järviruokopelletti ,423 60,1228 2, , , ,5 447,8 Puupelletti ,044 19,2722 1, , , ,3 499,9 Seulomaton kuiva hake ,797 33,6353, , , ,3 607,0 Seulottu kuiva hake ,671 30,3287 1, , , ,6 538,2 Seulomaton kostea hake ,162 67,1185 5, , , ,2 400,2 Seulottu kostea hake ,419 47,1735 1, , , ,4 449,1 Total ,467 75,5805 1, , , ,2 607,0 Palotila 2.2 Järviruokopelletti ,588 70,8334 3, , , ,2 481,0 Puupelletti ,493 24,1849 1, , , ,6 567,0 Seulomaton kuiva hake ,446 30,2608, , , ,5 626,5 Seulottu kuiva hake ,053 28,8036 1, , , ,4 531,0 Seulomaton kostea hake ,138 67,0474 5, , , ,0 389,4 Seulottu kostea hake ,744 41,3831 1, , , ,4 402,6 Total ,029 90,1687 1, , , ,0 626,5 Palotila 3.1 Järviruokopelletti ,742 63,6153 2, , , ,1 394,7 Puupelletti ,607 16,0671, , , ,4 446,2 Seulomaton kuiva hake ,751 10,8043, , , ,4 476,8 Seulottu kuiva hake ,707 11,7398, , , ,3 408,4 Seulomaton kostea hake ,667 30,7373 2, , , ,0 301,3 Seulottu kostea hake ,668 20,9661, , , ,1 314,9 Total ,745 69,4953 1, , , ,1 476,8 Palotila 3.2 Järviruokopelletti ,973 62,8032 2, , , ,7 394,5 Puupelletti ,638 15,7204, , , ,1 445,9 Seulomaton kuiva hake ,143 10,1107, , , ,3 476,5 Seulottu kuiva hake ,399 10,6456, , , ,2 415,0 Seulomaton kostea hake ,151 31,7281 2, , , ,2 303,0 Seulottu kostea hake ,125 21,2716, , , ,8 317,6 Total ,895 68,3148 1, , , ,7 476,5 7

9 Yksisuuntaisen varianssianalyysin tulos oli, että polttoaineen vaihtumisella oli tilastollisesti merkittävä vaikutus kaikkiin mitattuihin lämpötiloihin (tähän tulokseen pitää suhtautua kriittisesti, koska eri polttoaineiden välillä käytettiin hieman erilaisia polttimen asetuksia). Lämpötilamuutos oli samansuuntainen jokaisessa mittauspisteessä, kun muutoksia vertailtiin polttoaineiden kesken. Puupelletin aiheuttamat lämpötilat olivat korkeampia kuin järviruokopellettien aiheuttamat lämpötilat. Seulomaton kuiva hake tuotti korkeammat lämpötilat kuin seulottu kuiva hake. Seulomaton kostea hake tuotti matalammat lämpötilat kuin seulottu kostea hake. Kuviossa 1 on esitetty palopäästä mitattujen lämpötilojen käyttäytymistä polttoaineittain. Kuvio = järviruokopelletti, 2= puupelletti, 3= seulomaton kuiva hake, 4= seulottu kuiva hake, 5= seulomaton kostea hake ja 6= seulottu kostea hake. Tämän polttokokeen puupellettiä polttamalla saadut palokaasujen lämpötilat ovat samankaltaiset kirjallisuudesta löydettyjen mittaustulosten kanssa. Sikanen ja Vilppo (2012) ilmoittivat havainneensa erilaisia puupellettejä pellettitakalla polttaessaan palokaasujen lämpötiloiksi ºC. 8

10 Taulukko 3. Eri polttoaineilla tehtyjen polttokokeiden savukaasuanalyysien tulokset 95% Confidence Interval for Mean Savukaasuläm pötila, celsius N Keskiarvo Std. Deviation Std. Error Lower Bound Upper Bound Minimum Maximum Järviruokopelletti ,497 8,0247, ,784 87,210 67,1 101,0 Puupelletti ,315 3,8888, ,913 95,717 66,1 100,6 Seulomaton kuiva hake ,539 7,3306, ,129 91,950 23,2 102,7 Seulottu kuiva hake ,669 3,7820, ,408 93,930 70,3 100,0 Seulomaton kostea hake ,454 3,0328, ,958 56,950 49,6 60,7 Seulottu kostea hake ,678 5,3457, ,249 70,107 57,8 81,6 Total ,700 12,1335, ,305 87,094 23,2 102,7 Hiilidioksidi, % Järviruokopelletti 489 4,9713 1,77461, ,8136 5,1290 1,35 8,12 Puupelletti 362 8,7247 1,00183, ,6211 8,8282 3,19 10,73 Seulomaton kuiva hake ,6027 1,12375, ,5398 9,6656 2,03 13,82 Seulottu kuiva hake 648 6,9413,87353, ,8739 7,0086 1,84 8,80 Seulomaton kostea hake 146 3,7560 1,21543, ,5571 3,9548,97 5,80 Seulottu kostea hake 599 4,4914,91798, ,4178 4,5651 1,35 6,48 Total ,2351 2,47058, ,1530 7,3173,97 13,82 lamda Järviruokopelletti 489 4,9110 2,55123, ,6843 5,1377 2,50 15,00 Jäännöshappi, % häkäpitoisuus, ppm Puupelletti 362 2,3634,34766, ,3274 2,3993 1,89 6,36 Seulomaton kuiva hake ,1468,33564, ,1280 2,1655 1,47 10,00 Seulottu kuiva hake 810 3,0625,53216, ,0258 3,0992 2,31 11,05 Seulomaton kostea hake 146 6,3199 3,18293, ,7993 6,8406 3,50 21,00 Seulottu kostea hake 599 4,8723 1,88683, ,7209 5,0237 3,13 15,00 Total ,3610 1,90955, ,2989 3,4231 1,47 21,00 Järviruokopelletti ,857 1,8359, ,694 16,020 12,6 19,6 Puupelletti ,974 1,0366, ,867 12,081 9,9 17,7 Seulomaton kuiva hake ,066 1,1625, ,001 11,131 6,7 18,9 Seulottu kuiva hake ,819,9037, ,750 13,889 11,9 19,1 Seulomaton kostea hake ,114 1,2574, ,909 17,320 15,0 20,0 Seulottu kostea hake ,354,9497, ,278 16,430 14,3 19,6 Total ,515 2,5557, ,430 13,600 6,7 20,0 Järviruokopelletti ,86 102,855 4, ,72 180, Puupelletti ,02 45,329 2, ,33 176, Seulomaton kuiva hake , ,391 74, , , Seulottu kuiva hake ,28 113,322 3, ,47 302, Seulomaton kostea hake ,99 252,788 20, ,64 653, Seulottu kostea hake ,52 92,273 3, ,12 536, Total , ,533 25, ,02 579, Palokaasujen analyysituloksista huomiota kiinnitti häkäpitoisuus. Järviruoko- ja puupellettiä poltettaessa häkäpitoisuudet olivat huomattavasti alemmat kuin muilla polttoaineilla. Häkäpäästöjen mittaukseen liittyy huomionarvoinen seikka, joka kannattaa ottaa huomioon häkäpäästöjä vertailtaessa. Taulukossa 3 ilmoitettu häkäpitoisuus on pelkkä savukaasusta mitattu häkäpitoisuus. Yleisesti tunnettua on, että savukaasun häkäpitoisuuteen liittyy erittäin merkittävästi savukaasun jäännöshappipitoisuus. Tästä syystä häkäpitoisuus yleensä esitetään ilmoitetulla jäännöshappipitoisuudella. Myöhemmissä taulukoissa savukaasujen häkäpitoisuutta kuvataan muuttujalla Co x Lamda, jossa tekijä Lamda käytännössä poistaa jäännöshappipitoisuuteen liittyvän virhelänteen. Täten tekijä Co x Lamda pitoisuuksia voi verrata toisiinsa, jos vertailun muut muuttujat ovat samoja. 9

11 3.2 Puupelletti Puupellettiä käytettiin polttoaineena vain yhdessä polttokokeessa, joten aineistosta ei ollut mahdollisuutta tehdä tilastollisia analyysejä. Puhaltimen teho puupellettiä poltettaessa oli 29, 36 Hz. Taulukko 4. Puupelletillä tehdyn polttokokeen tulokset, luvut ovat celsius asteita. N Minimum Maximum Keskiarvo Std. Deviation Palopää ,7 888,5 781,501 47,1462 Savukaasut ,4 95,3 92,172 1,6206 Palotila ,8 610,7 514,231 37,4214 Palotila ,8 683,7 592,691 37,8034 Palotila ,3 499,9 457,044 19,2722 Palotila ,6 567,0 489,493 24,1849 Palotila ,4 446,2 420,607 16,0671 Palotila ,1 445,9 415,638 15,7204 lamda 362 1,89 6,36 2,3634,34766 Co x lamda ,34 121,147 Hyötysuhde ,4 95,2 94,360,4770 Valid N (listwise) 362 Puupellettiä poltettaessa poltin toimi moitteettomasti. Palokaasujen lämpötila on hyvin samankaltainen, mitä markkinoilla olevien polttimien valmistajat ilmoittavat. Polttimen häkäpäästöt ovat hyvin pienet ja lamda-arvo on myös alhainen. Näistä suureista voidaan tehdä johtopäätös, että poltin polttaa puupelletit hyvin tehokkaasti ja tätä tukee myös havaittu korkea hyötysuhde. 3.3 Järviruokopelletti Järviruokopellettiä käytettiin polttoaineena vain yhdessä polttokokeessa, joten aineistosta ei ollut mahdollisuutta tehdä tilastollisia analyysejä. Puhaltimen teho järviruokopellettiä poltettaessa oli 30,14 Hz. 10

12 Taulukko 5. Järviruokopelletillä tehdyn polttokokeen tulokset, luvut ovat celsius asteita. N Minimum Maximum Keskiarvo Std. Deviation Palopää ,1 895,6 728, ,6979 Savukaasut ,8 96,7 85,353 6,7776 Palotila ,9 648,4 399, ,8694 Palotila ,7 643,3 431, ,9417 Palotila ,5 447,8 350,423 60,1228 Palotila ,2 481,0 369,588 70,8334 Palotila ,1 394,7 312,742 63,6153 Palotila ,7 394,5 312,973 62,8032 lamda 489 2,50 15,00 4,9110 2,55123 Co x lamda ,52 881,791 Hyötysuhde, % ,9 94,3 90,363 4,6027 Valid N (listwise) 489 Poltin toimi kohtuullisesti järviruokopellettiä poltettaessa noin 20 min, kunnes polttoaineen runsas tuhka tukki polttimen ja aiheutti polttimen tukkeutumisen (kuva 4). Kuva 4. Pellettipolttimen palopää kuvattuna kattilasta kohti poltinta. Järviruokopelletin tuhkan on tukkinut polttimen palopään, jonka keskeltä työntyy termoelementtikaapeli kattilaa kohti. 11

13 Talvella korjatun järviruokon tuhkapitoisuus on kirjallisuuden mukaan 2-4 % (Isotalo et al. 1981, Kask et al 2013) eli moninkertainen verrattuna puupohjaosiin polttoaineisiin. Polttimen kehittäjillä oli jo mielessä tuhkan poistamisen liittyvä tekninen ratkaisu, mutta sitä ei ehditty tässä kokeessa testaamaan. Kuva 5. Pellettipolttimen palopään tuhkanpoistoon liittyvä tekninen ratkaisu. 12

14 3.4 Järviruoko ja puupelletti Taulukko 6. Järviruokopelletillä ja puupelletillä tehtyjen polttokokeiden tuloksien vertailu. 95% Confidence Interval for Mean Palopää N Keskiarvo Std. Deviation Std. Error Lower Bound Upper Bound Minimum Maximum järviruoko , ,6979 6, , , ,1 895,6 puupelletti ,501 47,1462 2, , , ,7 888,5 Total , ,3807 4, , , ,1 895,6 Savukaasut järviruoko ,353 6,7776, ,751 85,955 68,8 96,7 puupelletti ,172 1,6206, ,004 92,339 82,4 95,3 Total ,253 6,2343, ,834 88,673 68,8 96,7 Palotila 1.1 järviruoko , ,8694 5, , , ,9 648,4 puupelletti ,231 37,4214 1, , , ,8 610,7 Total , ,6861 3, , , ,9 648,4 Palotila 1.2 järviruoko , ,9417 6, , , ,7 643,3 puupelletti ,691 37,8034 1, , , ,8 683,7 Total , ,7599 4, , , ,7 683,7 Palotila 2.1 järviruoko ,423 60,1228 2, , , ,5 447,8 puupelletti ,044 19,2722 1, , , ,3 499,9 Total ,778 70,8166 2, , , ,5 499,9 Palotila 2.2 järviruoko ,588 70,8334 3, , , ,2 481,0 puupelletti ,493 24,1849 1, , , ,6 567,0 Total ,593 81,5312 2, , , ,2 567,0 Palotila 3.1 järviruoko ,742 63,6153 2, , , ,1 394,7 puupelletti ,607 16,0671, , , ,4 446,2 Total ,625 72,6657 2, , , ,1 446,2 Palotila 3.2 järviruoko ,973 62,8032 2, , , ,7 394,5 puupelletti ,638 15,7204, , , ,1 445,9 Total ,645 70,3476 2, , , ,7 445,9 Lamda järviruoko 489 4,9110 2,55123, ,6843 5,1377 2,50 15,00 puupelletti 362 2,3634,34766, ,3274 2,3993 1,89 6,36 Total 851 3,8273 2,31872, ,6713 3,9833 1,89 15,00 CO x lamda järviruoko ,52 881,791 39, , , puupelletti ,34 121,147 6, ,82 416, Total ,18 725,014 24, ,40 766, hyötysuhde järviruoko ,363 4,6027, ,954 90,772 69,9 94,3 puupelletti ,360,4770, ,310 94,409 91,4 95,2 Total ,063 4,0210, ,792 92,334 69,9 95,2 Kumpaakin pellettipolttoainetta poltettiin samoilla polttimen asetuksilla eli mitatut suureet ovat vertailukelpoisia. Puupelletillä palokaasujen lämpötilat olivat korkeampia, lamda- arvot pienempiä, häkäpäästöt pienempiä ja hyötysuhde korkeampi. Kaikki vertaillut suureet olivat varianssianalyysilla tutkittuna tilastollisesti merkitseviä. Tuloksien perusteella voidaan arvioida, että poltin pystyy polttamaan sekä järviruokopellettiä että puupellettiä, mutta poltin soveltuu paljon paremmin puupelletin polttamiseen. 13

15 3.5 Kuiva hake Kuivan hakkeen polttokokeissa verrattiin polttoaineen laadun (seulottu-seulomaton) merkitystä palotapahtumaan, kun polttimen ilmapuhaltimen teho pysyi vakiona (30 Hz). Taulukko 7. Kuivalla hakkeilla tehtyjen polttokokeiden tulosten vertailu. 95% Confidence Interval for Mean Palopää N Keskiarvo Std. Deviation Std. Error Lower Bound Upper Bound Minimum Maximum seulomaton ,306 29,4428 1, , , ,2 1017,1 seulottu ,351 26,1452 1, , , ,2 938,6 Total ,841 45,7345 1, , , ,2 1017,1 Savukaasut seulomaton ,244 6,6004, ,751 84,737 74,3 96,5 seulottu ,991,9323, ,893 85,089 79,0 86,5 Total ,495 5,4186, ,164 84,825 74,3 96,5 Palotila 1.1 seulomaton ,343 30,8488 1, , , ,5 665,6 seulottu ,833 27,6791 1, , , ,1 545,4 Total ,629 59,6984 1, , , ,1 665,6 Palotila 1.2 seulomaton ,911 49,1448 1, , , ,3 704,9 seulottu ,048 45,0252 2, , , ,4 580,4 Total ,044 77,0071 2, , , ,4 704,9 Palotila 2.1 seulomaton ,171 33,5111 1, , , ,3 607,0 seulottu ,558 35,0813 1, , , ,4 538,2 Total ,225 38,6076 1, , , ,4 607,0 Palotila 2.2 seulomaton ,226 30,7887 1, , , ,3 626,5 seulottu ,595 21,9609 1, , , ,3 531,0 Total ,547 43,6357 1, , , ,3 626,5 Palotila 3.1 seulomaton ,197 11,2683, , , ,8 476,8 seulottu ,929 9,4404, , , ,3 408,4 Total ,991 30,4048, , , ,3 476,8 Palotila 3.2 seulomaton ,525 10,5040, , , ,3 476,5 seulottu ,071 9,9275, , , ,0 415,0 Total ,598 28,5875, , , ,0 476,5 Lamda seulomaton 690 2,0257,37389, ,9977 2,0536 1,47 10,00 seulottu 348 2,7130,30356, ,6810 2,7450 2,31 7,00 Total ,2561,47865, ,2270 2,2853 1,47 10,00 CO x Lamda seulomaton , , , , , seulottu ,24 132,366 7, ,29 547, Total , , , , , hyötysuhde seulomaton ,564,5417, ,523 95,604 91,9 103,4 seulottu ,874,4992, ,821 93,926 89,1 95,1 Total ,997,9570, ,939 95,055 89,1 103,4 Kuivaa seulomatonta haketta käytettäessä palokaasujen lämpötilat olivat korkeammat, häkäpäästöt (Co x Lamda) korkeammat, hyötysuhde korkeampi ja lamda-arvo pienempi. Kaikki erot olivat tilastollisesti merkittäviä. Kuivan hakkeen polttokokeen arvoja voi verrata puupelletin polttokokeen arvoihin. Seulotun pelletin polttokokeen Co x Lamda arvo oli hyvin lähellä puupelletin vastaavaa suuretta, kun taas seulomattoman kuivan hakkeen polttokokeen Co x Lamda arvo oli noin neljä kertaa suurempi. Kuivan hakkeen polttokokeiden palopäästä mitattujen palokaasujen lämpötilat taas olivat korkeampia kuin puupelletin polttokokeesta mitattu lämpötila. 14

16 3.5.1 Seulottu kuiva hake Seulottua kuivaa haketta käytettäessä verrattiin ilmamäärän muutoksen vaikutusta palotapahtumaan. Taulukko 8. Seulotulla hakkeella tehtyjen polttokokeiden tulokset. 95% Confidence Interval for Mean Palopää N Mean Std. Deviation Std. Error Lower Bound Upper Bound Minimum Maximum 30 Hz ,351 26,1452 1, , , ,2 938,6 35 Hz ,375 35,4074 1, , , ,9 917,6 Total ,387 33,4000 1, , , ,9 938,6 Savukaasut 30 Hz ,991,9323, ,893 85,089 79,0 86,5 35 Hz ,895 1,2201, ,783 90,006 80,5 92,0 Total ,788 2,6685, ,604 87,972 79,0 92,0 Palotila Hz ,833 27,6791 1, , , ,1 545,4 35 Hz ,759 23,6269 1, , , ,9 492,4 Total ,124 33,8405 1, , , ,9 545,4 Palotila Hz ,048 45,0252 2, , , ,4 580,4 35 Hz ,692 37,7578 1, , , ,9 517,8 Total ,045 49,0597 1, , , ,4 580,4 Palotila Hz ,558 35,0813 1, , , ,4 538,2 35 Hz ,197 16,2598, , , ,6 484,7 Total ,671 30,3287 1, , , ,6 538,2 Palotila Hz ,595 21,9609 1, , , ,3 531,0 35 Hz ,567 17,1970, , , ,4 470,8 Total ,053 28,8036 1, , , ,4 531,0 Palotila Hz ,929 9,4404, , , ,3 408,4 35 Hz ,761 7,8894, , , ,3 392,7 Total ,707 11,7398, , , ,3 408,4 Palotila Hz ,071 9,9275, , , ,0 415,0 35 Hz ,621 6,8413, , , ,2 397,6 Total ,399 10,6456, , , ,2 415,0 Lamda 30 Hz 348 2,7130,30356, ,6810 2,7450 2,31 7,00 35 Hz 462 3,3258,51569, ,2787 3,3730 2,69 11,05 Total 810 3,0625,53216, ,0258 3,0992 2,31 11,05 CO x lamda 30 Hz ,24 132,366 7, ,29 547, Hz ,14 365,282 16, , , Total ,60 446,822 15, ,78 956, hyötysuhde 30 Hz ,874,4992, ,821 93,926 89,1 95,1 35 Hz ,031,9299, ,946 92,116 81,6 94,2 Total ,823 1,1968, ,740 92,905 81,6 95,1 Pienempää ilmamäärää käytettäessä palokaasujen lämpötilat olivat korkeammat, lamdaarvo pienempi, häkä päästö(co x Lamda) pienempi, hyötysuhde korkeampi, mutta savukaasun lämpötila oli matalampi. Nämä suureet voi tulkita siten, että seulottua kuivaa haketta käytettäessä vertailluista palopäähän puhalletuista ilmamääristä pienempi tuotti paremman palotapahtuman. 15

17 3.5.2 Seulomaton kuiva hake Seulomatonta kuivaa haketta käytettäessä verrattiin ilmamäärän muutoksen vaikutusta palotapahtumaan. Taulukko 9. Seulomattoman kuivan hakkeen polttokokeiden tulokset 95% Confidence Interval for Mean Palopää N Keskiarvo Std. Deviation Std. Error Lower Bound Upper Bound Minimum Maximum 30 Hz ,306 29,4428 1, , , ,2 1017,1 35 Hz ,838 30,7212 1, , , ,4 1027,4 Total ,732 30,1233, , , ,4 1027,4 Savukaasut 30 Hz ,244 6,6004, ,751 84,737 74,3 96,5 35 Hz ,633 2,2962, ,439 94,827 89,7 99,3 Total ,800 7,3042, ,392 89,209 74,3 99,3 Palotila Hz ,343 30,8488 1, , , ,5 665,6 35 Hz ,863 29,1793 1, , , ,2 640,4 Total ,906 35,3997 1, , , ,2 665,6 Palotila Hz ,911 49,1448 1, , , ,3 704,9 35 Hz ,188 41,7544 1, , , ,9 672,8 Total ,683 49,1532 1, , , ,3 704,9 Palotila Hz ,171 33,5111 1, , , ,3 607,0 35 Hz ,039 33,7432 1, , , ,3 588,1 Total ,797 33,6353, , , ,3 607,0 Palotila Hz ,226 30,7887 1, , , ,3 626,5 35 Hz ,486 26,4411 1, , , ,5 593,6 Total ,446 30,2608, , , ,5 626,5 Palotila Hz ,197 11,2683, , , ,8 476,8 35 Hz ,621 9,2921, , , ,4 458,4 Total ,751 10,8043, , , ,4 476,8 Palotila Hz ,525 10,5040, , , ,3 476,5 35 Hz ,373 9,2975, , , ,7 462,4 Total ,143 10,1107, , , ,3 476,5 Lamda 30 Hz 690 2,0257,37389, ,9977 2,0536 1,47 10,00 35 Hz 539 2,3018,18766, ,2859 2,3177 1,89 3,00 Total ,1468,33564, ,1280 2,1655 1,47 10,00 CO x lamda 30 Hz , , , , , Hz ,13 263,704 11, , , Total , , , , , hyötysuhde 30 Hz ,564,5417, ,523 95,604 91,9 103,4 35 Hz ,336,4109, ,301 94,371 92,9 95,4 Total ,025,7811, ,982 95,069 91,9 103,4 Pienempää ilmamäärää käytettäessä palopään palokaasujen ja savuhormin savukaasujen lämpötilat olivat alempia, mutta palotilan palokaasujen lämpötilat olivat korkeampia. Pienempää ilmamäärää käytettäessä lamda-arvo oli pienempi, häkä arvo (Co x Lamda) korkeampi ja hyötysuhde suurempi. 16

18 3.6 Kostea hake Vertailtiin polttoaineen laadun (seulottu seulomaton) vaikutusta puhaltimen asetuksella 1 (20 Hz) Taulukko 10. Kostealla hakkeella tehtyjen polttokokeiden tulokset Palopää Keskiarvo 95% Confidence Interval for Mean N Mean Std. Deviation Std. Error Lower Bound Upper Bound Minimum Maximum Seulomaton kostea hake , ,7495 8, , , ,3 706,3 Seulottu kostea hake ,374 38,8028 1, , , ,5 766,2 Total ,067 80,4897 3, , , ,3 766,2 Savukaasut Seulomaton kostea hake ,379 2,8117, ,920 56,839 50,5 60,0 Seulottu kostea hake ,183 2,3059, ,952 63,413 60,4 71,7 Total ,316 3,9048, ,983 61,648 50,5 71,7 Palotila 1.1 Seulomaton kostea hake ,462 57,5197 4, , , ,6 336,3 Seulottu kostea hake ,271 31,8068 1, , , ,8 361,7 Total ,150 45,7489 1, , , ,6 361,7 Palotila 1.2 Seulomaton kostea hake ,826 36,4178 3, , , ,6 264,7 Seulottu kostea hake ,611 23,8582 1, , , ,4 307,3 Total ,595 34,0195 1, , , ,6 307,3 Palotila 2.1 Seulomaton kostea hake ,162 67,1185 5, , , ,2 400,2 Seulottu kostea hake ,931 25,0547 1, , , ,1 449,1 Total ,253 49,2138 2, , , ,2 449,1 Palotila 2.2 Seulomaton kostea hake ,138 67,0474 5, , , ,0 389,4 Seulottu kostea hake ,689 30,0807 1, , , ,4 402,6 Total ,718 49,7721 2, , , ,0 402,6 Palotila 3.1 Seulomaton kostea hake ,667 30,7373 2, , , ,0 301,3 Seulottu kostea hake ,662 10,1406, , , ,5 314,9 Total ,607 23,4465 1, , , ,0 314,9 Palotila 3.2 Seulomaton kostea hake ,151 31,7281 2, , , ,2 303,0 Seulottu kostea hake ,282 9,8509, , , ,7 317,6 Total ,915 24,0342 1, , , ,2 317,6 Lamda Seulomaton kostea hake 146 6,3199 3,18293, ,7993 6,8406 3,50 21,00 Seulottu kostea hake 386 4,2692,52236, ,2170 4,3215 3,13 5,68 Total 532 4,8320 1,95019, ,6659 4,9981 3,13 21,00 CO x lamda Seulomaton kostea hake , , , , , Seulottu kostea hake ,43 485,306 24, , , Total , , , , , hyötysuhde Seulomaton kostea hake ,213 2,6546, ,779 93,647 80,9 95,7 Seulottu kostea hake ,812,8622, ,725 93,898 90,5 95,1 Total ,647 1,5921, ,512 93,783 80,9 95,7 Seulomattoman kostean hakkeen polttokoe tuotti alemmat palokaasujen ja savukaasun lämpötilat, korkeammat lamda - arvot ja häkäpäästöt (Co x Lamda). Polttoaineiden välillä ei havaittu merkittävää eroa hyötysuhteiden välillä. 17

19 3.6.1 Seulottu kostea hake Seulottua kosteaa haketta käytettäessä polttoaineena verrattiin ilmamäärän muutoksen vaikutusta palotapahtumaan. Taulukko 11. Seulotulla kostealla hakkeella tehtyjen polttokokeiden tulokset 95% Confidence Interval for Mean Palopää N Keskiarvo Std. Deviation Std. Error Lower Bound Upper Bound Minimum Maximum 20 Hz ,374 38,8028 1, , , ,5 766,2 30 Hz , ,9166 8, , , ,5 806,8 Total ,159 76,8033 3, , , ,5 806,8 Savukaasut 20 Hz ,183 2,3059, ,952 63,413 60,4 71,7 30 Hz ,637 2,4366, ,308 71,966 65,4 75,1 Total ,189 4,6832, ,813 66,565 60,4 75,1 Palotila Hz ,271 31,8068 1, , , ,8 361,7 30 Hz ,335 58,7680 4, , , ,9 412,6 Total ,406 44,3634 1, , , ,9 412,6 Palotila Hz ,611 23,8582 1, , , ,4 307,3 30 Hz ,969 49,4090 3, , , ,3 425,1 Total ,473 38,5659 1, , , ,3 425,1 Palotila Hz ,931 25,0547 1, , , ,1 449,1 30 Hz ,435 52,6086 3, , , ,4 402,7 Total ,419 47,1735 1, , , ,4 449,1 Palotila Hz ,689 30,0807 1, , , ,4 402,6 30 Hz ,098 49,5676 3, , , ,4 397,3 Total ,744 41,3831 1, , , ,4 402,6 Palotila Hz ,662 10,1406, , , ,5 314,9 30 Hz ,805 29,4822 2, , , ,1 311,0 Total ,668 20,9661, , , ,1 314,9 Palotila Hz ,282 9,8509, , , ,7 317,6 30 Hz ,969 30,1005 2, , , ,8 313,4 Total ,125 21,2716, , , ,8 317,6 Lamda 20 Hz 386 4,2692,52236, ,2170 4,3215 3,13 5,68 30 Hz 213 5,9651 2,77213, ,5907 6,3395 3,50 15,00 Total 599 4,8723 1,88683, ,7209 5,0237 3,13 15,00 CO x lamda 20 Hz ,43 485,306 24, , , Hz , , , , , Total , ,269 63, , , hyötysuhde 20 Hz ,812,8622, ,725 93,898 90,5 95,1 30 Hz ,278 3,3036, ,832 90,725 79,2 93,6 Total ,555 2,6857, ,340 92,771 79,2 95,1 Pienempää ilmamäärää käytettäessä polttokoe tuotti korkeamman lämpötilan palopäässä ja palotilan antureille , mutta alemman lämpötilan savukaasuille ja palotilan antureille 1.1 ja 1.2. Pienempää ilmamäärää käytettäessä polttokoe tuotti alemman lamdaarvon, pienemmän häkäpäästön (Co x Lamda) ja paremman hyötysuhteen. 18

20 3.6.2 Seulomaton kostea hake Seulomatonta kosteaa haketta polttoaineena vain yhdessä polttokokeessa, joten aineistosta ei ollut mahdollisuutta tehdä tilastollisia analyysejä. Puhaltimen teho kosteaa seulomatonta haketta poltettaessa oli 20,0 Hz. Taulukko 12. Seulomattomalla kostealla hakkeella tehdyn polttokokeen tulokset. N Minimum Maximum Keskiarvo Std. Deviation Palopää ,3 706,3 564, ,7495 Savukaasut ,5 60,0 56,379 2,8117 Palotila ,6 336,3 249,462 57,5197 Palotila ,6 264,7 198,826 36,4178 Palotila ,2 400,2 322,162 67,1185 Palotila ,0 389,4 298,138 67,0474 Palotila ,0 301,3 256,667 30,7373 Palotila ,2 303,0 260,151 31,7281 lamda 146 3,50 21,00 6,3199 3,18293 Co x lamda , ,893 Hyötysuhde ,9 95,7 93,213 2,6546 Valid N (listwise) Johtopäätökset Konepaja M. Pappisen HylicFlame poltin pystyi polttamaan kaikkia kokeiltuja polttoaineita. Järviruokopelletin runsas tuhkapitoisuus sai aikaan polttimen tukkeutumisen ja tämä johti polttokokeen keskeytymiseen. Kaikilla muilla polttoaineilla polttokoejaksot saatiin toteutettua ennalta laaditun suunnitelman mukaisesti. Polttokokeen tuloksien perusteella voidaan sanoa, että testattu poltin soveltuu kuivan ja palakooltaan sopivan puuhakkeen polttamiseen hyvin. Seulottua kuivaa haketta poltettaessa palamisen kaasumaiset päästöt olivat hyvin lähellä puupelletin polttokokeen vastaavia mittaustuloksia, joten palotapahtuman hallinnan kannalta seulottua kuivaa haketta voisi käyttää HylicFlame polttimen polttoaineena. Seulomattoman kuivan hakkeen sekä kostean hakkeen polttokokeiden kaasumaiset päästöt, erityisesti Co x Lamda, olivat moninkertaisia verrattuna puupelletin polttokokeen kaasumaisiin päästöihin, joten näitä polttoaineita käytettäessä HylicFlame polttimen polttoaineena palotapahtuman hallinta ei ollut samalla tasolla kuin puupelletin polttokokeissa. Palotapahtuman hallintaa voisi parantaa polttimen automaatiota kehittämällä ja 19

21 siten löytämällä sopivan polttoaineen syötön ja käytetyn ilmamäärän suhteen. Haastavimpina käytetyistä polttoaineista HylicFlame polttimelle lienee kosteat hakepolttoaineet ja järviruokopelletti. 20

22 5 Lähteet Alakangas, E Suomessa käytettävien polttoaineiden ominaisuuksia. Isotalo, I., Kauppi, P., Ojanen, T. Puttonen, P. ja Toivonen, H Järviruoko energiakasvina. Tuotosarvio, tekniset mahdollisuudet ja ympäristönsuojelu. Tiedotus 210. Vesihallitus. Järeä Kask, Ü. ja Kask, L Reed as a renewable energy source, equipment and technologies for using reed in energy industry. Teoksessa: Kask, Ü. (toim.). Guidebook of reed business. COFREEN Reed for bioenergy and construction. Obernberger, I. ja Thek,G The pellet handbook. Earthscan. Pappinen Van Loo,S. ja Koppejan, J The handbook of biomass combustion and Co-firing. Earthscan. 21