TORREFACTION - UUDET VERKOTTUNEET BIOJALOSTAMOT EUROOPAN PELTO- JA METSÄBIOMASSAN ENERGIAKANTAJIKSI. Varastointi/säänkestokokeet Timo Järvinen VTT

Transkriptio

1 TORREFACTION - UUDET VERKOTTUNEET BIOJALOSTAMOT EUROOPAN PELTO- JA METSÄBIOMASSAN ENERGIAKANTAJIKSI Varastointi/säänkestokokeet VTT

2 2 Varastointikokeet: tavoitteet Tuottaa tietoa pienimittaisilla kokeilla torrefioidun pelletin varastointitekniikkaan Perusteita teknologian suunnitteluun ja toteutukseen, käsittelykestävyys: vertailu puu- ja olkipellettiin? Eri tekijöiden vaikutus käsittelyssä, säilyvyys; miten parhaiten toteutuu, lämpeneminen, itsesyttyminen (ei tässä tehtävässä)? turvallisuus (mm. pölyäminen, joka tässä tehtävässä epäsuorasti käsittelykestävyyden kautta) etc.

3 3 Varastointikokeet TORREFACTION Vertailevat kokeet: TOR pelletti, eri raaka-aineet ja lämpötilat Puupelletti Kuoripelletti Olkipelletti LignoBoost Puristuskujuus Mekaaninen käsittely Kestävyys (lujuus) Kostuminen: VTT:n kiertoilmakuivuri Upotuskoe Sadetuskoe

4 4 Kokeissa ja testeissä käytetyt pellettityypit sekä niiden ominaisuudet TOR WC 235C WC= wood chips torr. temperature, o C TOR WC 245C TOR WC 255C TOR FR 240C TOR FR 250C B3 TOR CENER Puupelletti Kuoripelletti Olkipelletti LignoBoost FR= forest residue torr. temperature, o C B3: lisätty n. 3 % (vehnä)jauhoja sideaineeksi pelletoinnissa CENER = torr. pyökkihakkeesta tehty puriste, temp. 273 o C mäntypurupelletti kuusen kuoresta (>95%) tehty pelletti tanskalaisesta vehnän oljesta tehty pelletti ligniinipelletti

5 5 CENERin PELLETTI: pyökkipilkkeestä torrefioituun hakkeeseen ja edelleen pelletiksi

6 6 TORREFACTION: Varastointi/säänkestokokeet

7 7 Tiheysmittauksien tuloksia TORREFACTION: Varastointi/säänkestokokeet Torrefioiduista pelleteistä tiheintä CENER pelletti, kuoripelletti kaikista tutkituista tiheintä, puupelletti myös painavaa lähes yhtä tiheää kuin, seuraavaksi tullut torrefioitu pelletti, joka metsätähteestä (240 o C), lignoboost pelletti keveintä ; myös olkipelletti kevyttä, energiatiheydeltään parasta torrefioitu CENER pelletti; lähes saman veroista torr. metsätähdepelletti 240 o C (13,73 ja 13,40 GJ/m 3 ), kuori- ja puupelletti myös hyvää tavaraa : 12,6 ja 12,0 GJ/m 3 energiatiheyserot odotettua pienempiä: torrefioidut pelletit jonkun verran energiatiheämpiä kuin kuori- ja puupelletti, paitsi alimmassa lämpötilassa torrefioitu hakepelletti

8 8 TORREFACTION: Varastointi/säänkestokokeet/kokeet kiertoilmakuivurissa pelletin kosteus, p-% 11 Eri tyyppisten torrefioitujen pellettien tasapainokosteuskäyrä 85 %:n ilman suhteellisella kosteudella (RH) lämpötilassa 22 o C TOR WC 235 C TOR WC 245 C TOR WC 255 C TOR FR 240 C TOR FR 250 C 5 TOR CENER aika, min

9 9 TORREFACTION: Varastointi/säänkestokokeet/kokeet kiertoilmakuivurissa Eri tyyppisten pellettien tasapainokosteuskäyrä 85 %:n ilman suhteellisella kosteudella (RH) lämpötilassa 22 o C pelletin kosteus, p-% puupellettierä 1, kost. p-% puupellettierä 2, kost. p-% 7 TOR WC 235 C 6 TOR WC 245 C 5 TOR WC 255 C 4 TOR FR 240 C 3 TOR FR 250 C 2 TOR CENER 1 OLKIPELLETTI aika, min

10 10 TORREFACTION: Varastointi/säänkestokokeet Kiertoilmakuivuriajojen tuloksia Kaikki pellettilaadut saavuttivat tasapainokosteuden (tp) n. vuorokaudessa RH 85 % ja T/ o C = 22, olkipelletti odotetusti kosteinta: tp n. 15 p-%, puupelletti seuraavaksi kosteinta: tp n. 12 p-% ja alkukosteus lähellä keskimääräistä torrefioitujen pellettien kosteutta, torrefioidut pelletit eivät ota vettä kosteasta ilmasta niin paljon kuin olki- ja puupelletti eli tässä suhteessa hydrofobisempia, pienin tasapainokosteus (n. 9 p-%) CENER -pelletillä, myös kostuminen hitainta, korkein torrefiointilämpötila, eniten torrefioiduista pelleteistä kostui alhaisimmassa lämpötilassa (235 o C) torrefioitu hakepelletti, muiden torrefioitujen pellettien kostuminen samantyyppistä; lähinnä alkukosteudesta johtuvat erot säilyvät.

11 11 TORREFACTION: Varastointi/säänkestokokeet

12 12 TORREFACTION: Varastointi/säänkestokokeet

13 13 TORREFACTION: Varastointi/säänkestokokeet Käsittelykestävyysmittauksien tuloksia mekaanisen lujuuden osalta Torrefioitujen pellettien mekaaninen käsittelykestävyys keskimäärin pienempi kuin puu-, kuori- ja olkipellettien, vain CENER pelletti samalla tasolla kuin em. pelletit, CENER pelletti myös silmämäärin kova- ja kiiltäväpintaisinta sekä väriltään tumminta; pyökkihakkeen torrefiointi ja pelletointi tapahtui allekirjoittaneen ollessa paikalla, ja ne onnistuivat hyvin (vrt. kalvo 6)! torrefioiduista pelleteistä vain yksi (TOR WC 245 C) ylitti alussa 90 %:a, käsittelykestävyys laski n. 10 %-yksikköä torrefioiduilla pelleteillä alkuperäiseen verrattuna, kun pelletit olivat ottaneet kosteasta ilmasta (RH 85 % ja T/ o C = 22) vettä tasapainokosteuteen, olkipelletillä käsittelykestävyys ei juuri muuttunut 15 %:n tasapainokosteudessa.

14 14 TORREFACTION: Varastointi/säänkestokokeet Käsittelykestävyysmittauksien tuloksia puristuslujuuden osalta Torrefioidut pelletit kestivät parhaiten puristusta, paitsi metsätähdehakkeesta tehty torrefioitu pelletti (FR 250 C B3), joka oli lignoboost pelletin tasolla, olkipelletit kestävät puristusta jonkin verran huonommin kuin muut, kun taas puu- ja kuoripelletit kestävät suhteellisen hyvin verrattuna muihin, olkipelletillä puristuslujuus myös heikkeni suuremmassa tasapainokosteudessa. suurempi tasapainokosteus ei juuri vaikuta tai jopa lisää puristuslujuutta; pelletit olivat nahkeita/sitkeämpiä suuremmassa tasapainokosteudessa, kaikissa tapauksissa puristuslujuudesta ei saatu selvää arvoa johtuen pelletin sitkeydestä.

15 15 TORREFACTION: Varastointi/säänkestokokeet/sadetuskokeet

16 16 TORREFACTION: Varastointi/säänkestokokeet/sadetuskokeet

17 17 TORREFACTION: Varastointi/säänkestokokeet/sadetuskokeet CENER pelletti ennen sadetusta (vasen) ja sen jälkeen (oikea)

18 18 TORREFACTION: Varastointi/säänkestokokeet/sadetuskokeet TOR WC 235 pelletti ennen sadetusta (vasen) ja sen jälkeen (oikea)

19 19 TORREFACTION: Varastointi/säänkestokokeet/sadetuskokeet Puupelletti ennen sadetusta (vasen) ja sen jälkeen (oikea)

20 20 TORREFACTION: Varastointi/säänkestokokeet/sadetus- ja upotuskokeet

21 21 TORREFACTION: Varastointi/säänkestokokeet/upotuskokeet Pelletit 15 min upotuksen jälkeen

22 22 TORREFACTION: Varastointi/säänkestokokeet/upotuskokeet Pelletit 15 min upotuksen jälkeen

23 23 TORREFACTION: Varastointi/säänkestokokeet/sadetuskokeet Sadetuskokeiden tuloksia Eniten sadetuksessa kostui olkipelletti ja vähiten puupelletti, torrefioiduista materiaaleista matalimmassa lämpötilassa paahdettu kostui eniten, muuten kaikkien em. pellettien loppukosteus oli p-%, sadetuksesta eniten vettä imeytyi matalimmassa lämpötilassa torrefioituun pellettiin ja vähiten puupellettiin; torrefioiduista pelleteistä vähiten vettä imeytyi CENER pellettiin, sadetuksesta imeytynyt vesimäärä riippuu torrefioidun pelletin tiheydestä; ilmeisesti huokoisuudesta, puupelletin pienemmän imeytymisasteen selittää pellettien nopea turpoaminen kostutuksessa, mikä johtaa veden helpompaan poisvalumiseen, joka näkyy myös loppukosteudessa, torrefoidut pelletit muodostavat kostutuksessa tiiviimmän kerroksen, joka aiheuttaa suuremman imeytymisasteen ja loppukosteuden kostutetuista pelleteistä ei voitu tehdä käsittelytestejä.

24 24 TORREFACTION: Varastointi/säänkestokokeet Sadetus- ja upotuskokeiden tuloksia Eniten upotuksessa kostui puu- ja olkipelletti, torrefioiduista materiaaleista vähiten kostui korkeimmassa lämpötilassa paahdettu CENER -pelletti, torrefioiduilla pelleteillä kostuminen upotuksessa seurasi melko tarkkaan paahtolämpötilaa: mitä korkeampi sitä pienempi loppukosteus, upotuskokeet osoittavat pelletin pinnan hydrofobisuuden muutoksen torrefiointilämpötilan noustessa: korkeammassa lämpötilassa pelletin pintaan muodostuu kova kiillottunut hiilipinta, verrattuna puu- ja olkipellettiin torrefioidusta puuraaka-aineista tehty pelletti kestää vettä paremmin, korkea lämpötila (so. hiiltoaste) lisää hydrofobisuutta, sateelle altiissa varastokasoissa tämä voi näkyä mm. siten, että torrefioitu pelletti muodosta helpommin tiiviimmän kostuneen kerroksen pintaan kuin puu- tai olkipelletti.

25 25 TORREFACTION: Varastointi/säänkestokokeet/SECTOR -hanke Jatkotoimet CENER`ltä, ECN`ltä ja Uumajan yliopistosta saadaan lisää erilaisia pellettejä testaukseen, em. materiaaleista tehdään kiertokuivuritestausajot sekä sadetus- ja upotuskokeet, materiaaleina priorisoidaan torrefioidusta oljesta tehtyä pellettiä, jota saadaan CENER`stä, ECN`ltä stern (perä) puusta tehtyä torr. pellettiä (ECN esittänyt), Uumajasta metsätähteestä tehtyä torr.pellettiä, tulosten käsittely, esitykset ja raportointi.

26 WP 6.2. D.6.1: Vattenfall Germany Heizkraftwerk Reuter West: From harbour hopper to conveyor belt with water dispersion system and pellets from top of reclaimer and its operation during full scale test

27 WP 6.2. D.6.1: Specific issues foreseen in handling and storage of (torrefied) biomass Solution to avoid /minimize effect of dusting are needed, safety measures connected to dust explosion must be applied, keep equipment and surfaces free from dust, avoid pellets fall off from the conveyor or backwards due to high inclination, evacuation system may be needed to avoid odour and off-gassing, modify existing excavators and existing scrapers. System for smooth feeding into silo may be needed to avoid fines, in case of outdoor storage use of front loaders might be limited, safety protection system to avoid self-ignition will be needed, system for handling of eluate will be needed, control of feeding rate, extra mill supervision for optimal operation, either co-milling in existing mills or dedicated milling in new mills.