Laatuhakkeen polttokokeilu Kuivaniemellä

Transkriptio

1 Laatuhakkeen polttokokeilu Kuivaniemellä Raportin laatija: Tero Paananen, Projektipäällikkö Uusiutuvan energian yrityskeskus hanke

2 1 JOHDANTO JA TYÖN TAUSTAT Polttokokeen suunnittelu aloitettiin yhteistyössä Vapon, Uusiutuvan energian yrityskeskus - hankkeen, Kuivaturpeen ja laitoksen käyttäjien kesken kevättalvella Tavoitteena oli tehdä olemassa olevalla laitoksella käytännön oloissa testi, jolla selvitetään laadukkaan hakkeen soveltuvuus pellettikäyttöisen lämpölaitoksen polttoaineeksi. Tavoitteena oli selvitä mahdollisimman pienillä muutostöillä itse laitokseen. Selvityksen oli tarkoitus toimia myös vertailukohtana myöhemmin Jyväskylän ammattikorkeakoulun Bioenergiakeskuksen kattilalaboratoriossa toteutetulle laboratoriotestille. Iso kiitos kaikille testissä mukana olleille.

3 2. TIETOJA KOELAITOKSESTA Kuivaniemellä kaukolämmön tuotanto hoidetaan kahdella polttolaitoksella. Noin 0,8 MW:n palaturvetta käyttävän kunnan oman laitoksen hoidosta vastaa kunta itse. Tällä laitoksella ei pystytty enää kattamaan riittävää lämmön tuotantoa kunnan keskustan alueelle, joten vuonna 2005 kunta teki Vapon kanssa lämmön hankintasopimuksen. Vapo tuottaa tarvittavan lämmön keskustan tuntumassa sijaitsevassa 500 kw:n lämpölaitoksella, jossa polttoaineena käytetään puupellettiä. Vanhempi turvekattila ja uusi pellettikattila tuottavat lämpöä samaan kaukolämpöverkkoon ja molemmista laitoksista lähtevän lämmön määrää voidaan säätää. Lisäksi turvelaitoksen yhteydessä on öljykattila, jolla lämpöä voidaan myös tarvittaessa tuottaa. Polttolaitosten käytöstä ja ylläpidosta vastaavat yrittäjät Matti Kumpulainen ja Arttu Höyhtyä. Pellettilaitoksen laitteet Vapo on hankkinut Ariterm Oy:ltä. Arinakattilan arinat on vaihdettu palopäähän. Palopään lämpötila on ilmeisesti liian korkea arinamateriaaleille. Arinat eivät ole liikkuvia eikä niissä ole portaita. Palopään lämpötilaa ei ole mahdollista jatkuvatoimisesti seurata. Palopäähän puhallettavaa ensiö- ja toisioilmaa on mahdollista säätää manuaalisesti. Kattilan lämpötilaa on mahdollista seurata kattilan yläosassa olevasta lämpömittarista. Polttoainevaraston koko on 40 m 3, joka täytetään puhaltamalla tankkiautosta. Varastosiilosta pelletti puretaan palopäähän kahdella ruuvikuljettimella, joiden pyörimis- ja seisonta-aikaa on mahdollista säätää portaattomasti. Ruuvikuljettimelta kattilaan syötettävän polttoaineen määrätietoja (esim. kg/h) ei ollut käytettävissä. Tuhka poistetaan kattilan pohjassa ja laitoksen takaseinällä olevien ruuvien avulla tuhkakonttiin. Laitos on varustettu savukaasupuhdistimella, jolla on erillinen tuhkasäiliö. Laitoksessa tuotettavan energian määrää, lähtevän veden lämpötilaa ja määrää seurataan jatkuvatoimisesti ja tiedot voi halutessaan kerätä. Kuva 1. Kattilan palopää ja syöttöruuvi

4 3. KOKEESSA KÄYTETTY POLTTOAINE Polttoaineena kokeen aikana käytettiin CCM-Power Oy:n hakekuivurilla kuivattua haketta. Hake oli kuivattu ja siirretty konttiin. Haketta ei ollut kuitenkaan seulottu, mikä parantaisi laatua ja käytettävyyttä erityisesti pienkohteissa merkittävästi. Lisäksi hakkeen laatuun vaikutti kontin katto, joka ei ollut täysin vesitiivis, mistä seurasi hakkeen kastuminen kontin laidoilta. Kuva 2. haketta varastokontissa Haketta käytettiin kaikkiaan 7,5 m 3, joka painoi 1950 kg. Hakkeelle oli rakennettu syöttösuppilo, johon se kannettiin kontista saavilla ja punnittiin. Syöttösuppilosta hake johdettiin varastoruuvilla syöttöruuville. Liitteenä (1) on analyysitodistus laatuhakkeesta.

5 3. POLTTOKOKEEN TULOKSIA Polttokoe aloitettiin kattilan nuohouksella maanantain Varsinainen polttokoe aloitettiin 3.5. klo 8. Kokeen aikana laitoksella oli jatkuvasti vähintään kaksi henkilöä, joista toinen oli laitoksen hoitaja. Sää kokeen toteuttamisen ajan oli normaali toukokuun alun vähätuulinen kevätsää. Lämpötila laski öisin lähelle nollaa ja nousi päivisin noin + 5 C:een. Laitos jouduttiin ajamaan alas 4.5. klo 5 syöttöruuvin tukkeutumisen vuoksi. Häiriöt varastoruuvilla jatkuivat klo 9 saakka, jolloin vanhan ja kuluneen ruuvin tilalle vaihdettiin uusi ruuvi ja testi jatkui Kattilan palamisarvot Testin aikana kattilassa tapahtuvaa palamista seurattiin mittaamalla hapen määrää savukaasuissa(%), savukaasujen lämpötilaa( C), häkämäärää(ppm), sekä kaukolämmön meno- ja paluuveden lämpötilaa( C) sekä tehoa(kw). Hapen määrä: Hapen määrä kattilassa pysyi koko testin ajan pellettikäyttöä korkeammalla, noin 9-16 %:ssa. Hapen määrän säätämistä vaikeuttivat syöttöruuvin tukoksesta johtunut kattilan alasajo 4.5 klo 5 sekä puhaltimien hankala säädettävyys. Kaavio 1. Hapen määrä savukaasuissa

6 Kattilan teho: Kattilan teho käytettäessä haketta tippui hieman alle puoleen verrattuna pellettikäyttöön. Parhaimmillaan testin aikana teho oli hetkellisesti yli 400 kw. Yli 400 kw:n teho on todennäköisesti mittausvirhe ja oikeampi huipputeho kyseiselle kattilalle hakkeella on noin 350 kw. Tehossa näkyy selvästi siirtyminen pelletin käyttöön. Vertailuajo pelletillä aloitettiin Kaavio 2. Kattilan teho testin aikana Häkäpitoisuus: Savukaasujen häkäpitoisuus väheni oleellisesti testin alun jälkeen, kun oikeat säädöt oli löydetty. Häkäpitoisuudet eivät olennaisesti poikkea pellettikäyttöön verrattuna. Kaavio 3. Häkäpitoisuus testin aikana

7 Tuotetun energian määrä: Tuotetun energian määrä hakkeella oli 5,41 MWh. Kaavio 4. Tuotetun energian määrä hakkeella Savukaasujen lämpötila: Savukaasujen lämpötila vaihteli testin aikana välillä C.

8 Vertailuajo pelletillä: Vertailuajo pelletillä suoritettiin välittömästi haketestin päättymisen jälkeen. Tulokset vertailuajolla olivat oletusten mukaisia. Teho kasvoi ja palamisen päästöt pienenivät. Kaavio 5. Teho pelletillä Kaavio 6. Häkäpäästöt pelletillä

9 4. YHTEENVETO Laatuhakkeen polttaminen pellettilaitoksessa onnistuu. Ainoastaan varastosiilon ja syöttöruuvin rakennetta on tarpeen miettiä uudelleen, sillä hake holvaantui testin aikana useamman kerran ja toisaalta 4.5. klo 5 eteenpäin syöttöruuvin kanssa oli ongelmia, sillä ruuvi oli huonokuntoinen jo ennen testiä ja siitä puuttui päästä vastakierre, joka estäisi hakkeen paakkuuntumisen ruuvin päähän. Myös hakkeessa oli osin kuljetuskontista johtuneita laatuvaihteluita ja isohkoja partikkeleita, jotka haittasivat testin toteuttamista. Syöttöruuviin lisättiin taajuusmuuttaja jolla nopeutettiin sen pyörintä noin kaksinkertaiseksi, mikäli osaltaan mahdollisti testissä saavutettujen tehojen saavuttamisen, ilman taajuusmuuttajaa ja kattilan säätöjen muuttamista testiä ei olisi voitu suorittaa. Kaiken kaikkiaan hakkeen poltto pellettilaitoksessa on mahdollista, mutta se vaatii jonkin verran etukäteisvalmisteluita ja muutoksia. Laboratoriotesti asiasta on saatavilla osoitteesta: tavyys%20polttoaineena%20pellettijarjestelmissa.pdf

10 LIITE 1 Analyysitodistukset kokeessa käytetystä hakkeesta

11