Puun keinokuivauksen perusteet Polttopuuyrittäjyyden teemapäivä Joensuu Jyrki Raitila, erikoistutkija VTT

Samankaltaiset tiedostot
Pilkkeiden keinokuivaus Pilkepäivä, Energiametsä-hanke Oulu Jyrki Raitila, erikoistutkija VTT

Puun keinokuivauksen perusteet ja aurinkoenergian käyttö kuivauksessa Jyrki Raitila, erikoistutkija VTT

Puun keinokuivauksen perusteet

Puun keinokuivauksen perusteet ja energiasisältöön perustuva pilkekauppa

VTT:n polttopuututkimuksia

Polttopuun luonnonkuivaus, keinokuivaus ja laadun hallinta

Energiapuun kuivuminen rankana ja hakkeena

Polttopuun kuivaus Uimaharjun lämpölaitoksen yhteydessä

Laadun hallinta pilkkeen tuotannossa

Viljankuivaus Tarvaala

1. Polttopuun käyttö Suomessa

Energiansäästö viljankuivauksessa

Energiatehokas ja kotimaista polttoainetta käyttävä kuivuri Jouni Virtaniemi Antti-Teollisuus Oy

Kuivausprosessin optimointi pellettituotannossa

Kuivauksen fysiikkaa. Hannu Sarkkinen

Metsäenergian mahdollisuuudet Hake, pelletti, pilke

Puupolttoaineen kuivuriopas

Viljankuivaus ja siihen liittyvät energianäkökulmat

Puupolttoaineen kuivuriopas

Hakkeen ja klapien asfalttikenttäkuivaus. Kestävä metsäenergia hanke Tuomas Hakonen

Viljankäsittelyn tehostaminen tulevaisuuden yksiköissä Jukka Ahokas & Hannu Mikkola Maataloustieteiden laitos Helsingin yliopisto

VAKOLA Koetusselostus 267 VALTION MAATALOUSKONEIDEN TUTKIMUSLAITOS AITO-VILJANKUIVURI

DI Oulun Yliopisto Prosessitekniikka Lehtori Kokkolan Teknillinen oppilaitos Saudi Iron and Steel Co Saudi-Arabia

Lämpöyrittäjyyden ja polttopuuliiketoiminnan kehittämishanke

Fysikaaliset ja mekaaniset menetelmät kiinteille biopolttoaineille

Kuva 1. öljypolttimella varustetun Jaakko-lavakuivurin lämmityslaite, puheilla ja putki, joka ohjaa savukaasut uunia sytytettäessä säkkilavan ohi.

Viljan kuivatuksessa säästöjä nopeasti ProAgria Pirkanmaa

Kustannustehokas pilketuotanto Pilkepäivä, Energiametsä-hanke Oulu Jyrki Raitila, erikoistutkija VTT

Futura kuivaimen edut takaavat patentoidut tekniset ratkaisut

Puukaasutekniikka energiantuotannossa

Viljankäsittelyn tehostaminen tulevaisuuden yksiköissä

Mitkä tekniikat ovat käytössä 2020 mennessä, sahojen realismi! Sidosryhmäpäivä 09. Vuosaari Teknologiajohtaja Satu Helynen VTT

Maatilojen energiatehokkuus. Oulu Mikko Posio

Tulevaisuuden kuivausmenetelmät

Uusiutuvan energian yhdistäminen kaasulämmitykseen

Kalevi Pietikäinen Tätä tutkimusta on tukenut Eino ja Marjatta Kollinsäätiö

SolarMagic M70 kesämökissä. Mökki sijaitsee Närpiön lähellä.

KERROSTALOILMANVAIHTO 2019

Uuden kauden kuivuri. Biotaloudesta menestystä maaseudun yrityksille -teemapäivä. Loimaa Suomen maatalousmuseo Sarka.

Energia-alan keskeisiä termejä. 1. Energiatase (energy balance)

1967 Koetusselostus 651 Test report

Kalevi Pietikäinen Tätä tutkimusta on tukenut Eino ja Marjatta Kollin säätiö

Kuivauksen teoriaa ja käytäntöä Jaana Väisänen, OAMK Arvopilotti-hanke

VAKOLA Koetusselostus 387 SINUS 6 DUPLEX TWIN-VILJANKUIVURI. Koetuttaja ja valmistaja: 0 y Sav onius & C o A b, Helsinki.

Metsäenergia Mikko Tilvis Suomen metsäkeskus

Esimerkkejä energiatehokkaista korjausratkaisuista

Kalevi Pietikäinen Tätä tutkimusta on tukenut Eino ja Marjatta Kollin säätiö

Suomen lämpöpumppuyhdistys. SULPU ry.

KOE 3, A-OSIO Agroteknologia Agroteknologian pääsykokeessa saa olla mukana kaavakokoelma

Rakennusten energiatehokkuus. Tulikivi Oyj Helsinki Mikko Saari VTT Expert Services Oy

Suomen lämpöpumppuyhdistys. SULPU ry.

Lämpöpumput ja aurinko energianlähteinä Energiaehtoo

Naavatar - järjestelmällä säästöjä kerrostalojen ja muiden kiinteistöjen lämmityskuluihin

Arskametalli Oy ARSKA AINA ASKELEEN EDELLÄ. NURMISIEMENSEMINAARI / Huittinen TIETOA YRITYKSESTÄ. Janne Käkönen

Y.Muilu. Puukaasutekniikka energiantuotannossa

Terminaalit tehoa energiapuun hankintaan? Bioenergiasta voimaa aluetalouteen seminaari Jyrki Raitila, erikoistutkija VTT

Pellettikoe. Kosteuden vaikutus savukaasuihin Koetestaukset, Energon Jussi Kuusela

FRAME-seminaari

Energiataloudellinen uudisrakennus tai lyhyt takaisinmaksuaika yhdistämällä energiasaneeraus Julkisen rakennuksen remonttiin

Uuden sukupolven energiaratkaisu kiinteistöjen lämmitykseen. Erik Raita Polarsol Oy

Aurinkolämpöjärjestelmät

Jukka Kontulainen ProAgria Satakunta ry

Tuloilmaikkunoiden edut ja kannattavuus

Biobisnestä Pirkanmaalle Aurinkoenergia. Mikko Tilvis Suomen metsäkeskus

Biobisnestä Pirkanmaalle Aurinkoenergia. Juha Hiitelä Suomen metsäkeskus

Uudet energiainvestoinnit Etelä-Savossa Aurinkokeräimet Jari Varjotie, CEO

PUUTA-hanke. Yrittäjätapaaminen ULLA LEHTINEN

Aurinkoenergian mahdollisuudet maatilalla Pihtauspäivä, Pori

Aurinkoenergia Suomessa

Puupolttoaineiden laatuvaatimukset ja vaikutukset päästöihin

Hybridilämmitys kiinteistökohteissa

Tuloilmaikkunoiden edut ja kannattavuus. As Oy Espoon Rauhalanpuisto 8

Aurinkolämpö Kerros- ja rivitaloihin Anssi Laine Tuotepäällikkö Riihimäen Metallikaluste Oy

Betonin kuivuminen. Rudus Betoniakatemia. Hannu Timonen-Nissi

JF-LAVAKUIVURI Koetuttaja ja valmistaja:.t : m i F. Jungf el d, Tampere. Ilmoitettu hinta ( ) : täydellisenä, 10 säkin lavalla varustettuna

Velco pyykinkuivausjärjestelmän toimivuus

Energia- ja ilmastotiekartta 2050 aurinkoenergian osuus

ATY AURINKOSEMINAARI Katsaus OKT- ja rivi-/kerrostalo ratkaisuista suomen tasolla. Jarno Kuokkanen Sundial Finland Oy

valmistaa ilmanvaihtokoneita Parmair Eximus JrS

Esimerkki broilerintuotannon energiankäytöstä

Viljankäsittelyn tehostaminen tulevaisuuden yksiköissä

Lämmityskustannusten SÄÄSTÖOPAS. asuntoyhtiöille

Kuivumismallit Metsätieteen päivät, Metsäteknologiklubi UEF Tutkimuksen tarve UEF

Radonkaivo. Radonkorjauskoulutus. Tampere Olli Holmgren SÄTEILYTURVAKESKUS STRÅLSÄKERHETSCENTRALEN RADIATION AND NUCLEAR SAFETY AUTHORITY

Energiapilke-konsepti polttopuun tuotanto- ja toimitusketjussa TUTKIMUSRAPORTTI. Ari Erkkilä, Tuula Strömberg, Kari Hillebrand. Luottamuksellisuus:

Varaavan tulisijan liittäminen rakennuksen energiajärjestelmään

Aurinko lämmittää Kotitalouksia ja energiantuottajia Keski-Suomen Energiapäivä

Viljan kuivauksen kokemuksia PARI polttoöljyjen lisäaineen kanssa. PARI polttoöljyjen lisäaineen käyttökokemus ohran kuivauksessa

Viljankäsittelyn tehostaminen tulevaisuuden yksiköissä

Kanavapatterit D160-2 D x 150 x x x 300

Energiapilke-konsepti polttopuun tuotanto- ja toimitusketjussa LUONNOS TUTKIMUSRAPORTTI. Ari Erkkilä, Tuula Strömberg, Kari Hillebrand

VAUNUKUIVURIT K-SARJA M K

K-SARJAN VAUNUKUIVURIT

VILJANKUIVAUKSEN ENERGIATEHOKKUUDEN SELVITTÄMINEN SIMULOIMALLA

LÄMPÖPUMPUN ANTOTEHO JA COP Täytä tiedot vihreisiin ruutuihin Mittauspäivä ja aika LASKE VIRTAAMA, JOS TIEDÄT TEHON JA LÄMPÖTILAERON

Tulevaisuuden kaukolämpöasuinalueen energiaratkaisut (TUKALEN) Loppuseminaari

Tornio RAMK Petri Kuisma

Puu luovuttaa (desorptio) ilmaan kosteutta ja sitoo (adsorptio) ilmasta kosteutta.

PUULÄMMITTÄJÄN TIETOLAARI KULLAA

Hakkeen kuivaaminen osana lämpöyrittäjyyttä. Forest Energy 2020 vuosiseminaari Jyväskylä, Jyrki Raitila, VTT

Transkriptio:

Kuvapaikka (ei kehyksiä kuviin) Puun keinokuivauksen perusteet Polttopuuyrittäjyyden teemapäivä Joensuu 10.11.2017 Jyrki Raitila, erikoistutkija VTT

Johdanto 13.11.2017 2

Yleistä Polttopuun ja hakkeen tärkeimmät ominaisuudet käyttäjän kannalta ovat Riittävän alhainen kosteus; pilkkeellä <20 % Sopivat mitat ja palakoko riippuu tulisijasta Puhtaus ei hometta eikä epäpuhtauksia (hiekka, vieraat esineet, ym.) Useissa tutkimushankkeissa (VTT) on seurattu energiapuun kuivumiseen vaikuttavia tekijöitä ja erilaisia kuivaustapoja Pääasialliset lähteet: Lämpöyrittäjyyden ja polttopuuliiketoiminnan kehittäminen (Energiapilke) ja Biolämpöliiketoiminnan laatu- ja kannattavuushanke (Biolämpö) sekä Lähienergialla omavaraisuuteen -hanke 13.11.2017 3

Kuivumiseen vaikuttavat tekijät Tärkeimmät kuivausaikaan ja puukappaleiden väliseen kosteuseroon vaikuttavat tekijät: Pilkkeen ominaisuudet Alkukosteus Pilkkeen mitat (tilavuus/pinta-alasuhde, pituus/paksuussuhde) Kuoren peittämä osuus, halkaistun pinnan osuus Puulajikohtaiset ominaisuudet, erityisesti diffusiviteetti, muita: tiheys, lämmönjohtavuus, ominaislämpö) Ympäristö Kuivauslämpötila Ilman suhteellinen kosteus Ilman virtausnopeus Mahdollinen auringon säteily Sade Keinokuivaus: kuivausjärjestelyt Luonnonkuivaus: mm. pilkekasan koko, aluspuut, peittäminen, kuivauspaikka 13.11.2017 4

Raaka-aineen vaikutus Puun luontainen kosteus Vaihtelee puulajeittain, kasvupaikoittain ja yksilöittäin Vaihtelee puun sisällä Vaihtelee vuodenaikojen mukaan Raaka-aineen kuivuminen Kuoren rikkominen edistää kuivumista Kuivattaminen osittain kuorittuna jatkaa pilkontaaikaa 13.11.2017 Lähteet: Sikanen ym. 2008, Routa 2014 5

Polttopuun kuivaustavat Luonnonkuivaus, ulkoilman lämpötila Edullinen, hidas, voi heikentää laatua, sääriippuva Kylmäilmakuivaus, ulkoilman lämpötila Nopeuttaa kuivumista, tasaisempi laatu, sääriippuva Lämminilmakuivaus, T<100 o C Mahdollistaa ympärivuotisen toiminnan ja suuremman volyymin Nopeuttaa raaka-aineeseen sitoutunutta pääoman kiertoa Lämpöenergian kulutus (ilman lämmön talteenottoa) n. 100 kwh/i-m 3, kun ulkolämpötila on +15 n. 160 kwh/i-m 3, kun ulkolämpötila on -15 13.11.2017 6

Kuivauksen teoriaa 13.11.2017 7

Kuivauksen aikana irtokuutiosta haihdutettu vesimäärä 1 m 3 w = 45 % 1 m 3 w = 15 % Kokonaismassa 350 kg 226 kg Veden massa 158 kg 34 kg Kuiva-aineen massa 192 kg 192 kg Haihdutettu vesimäärä 124 kg/i-m 3 Tarvittava lämpömäärä (T = 60 C) (ilman häviöitä) 81 kwh/i-m 3 13.11.2017 8

Lämpöarvo, MJ/kg Kosteuden vaikutus puun lämpöarvoon ja energiatiheyteen 25 1,1 20 (koivu, runkopuu) 1 Energiatiheys, MWh/i-m 3 15 0,9 10 5 MJ/kg MWh/i-m3 0,8 0,7 0 0 10 20 30 40 50 60 Kosteus, % 0,6 1 MJ = 0,2778 kwh, 1 MWh = 1000 kwh 13.11.2017 9

Ilman lämmitys Lämminilmakuivuri vs. kylmäilmakuivuri Water content (g/kg) 0 5 10 15 20 25 30 35 Δx = 10 g/kg 13.11.2017 10

Pilkkeen kosteus, % Kuivausilman lämpötilan vaikutus kuivausaikaan 60 50 40 30 45 C 70 C 90 C 110 C 150 C 20 10 0 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 Aika, h 13.11.2017 11

Kuivuriesimerkkejä ja kuivaustuloksia 13.11.2017 12

Yli- ja alipainekuivuri Kuivuri Kuivuri Kuivausilman puhallus (ylipainekuivuri) Kuivausilman imu (alipainekuivuri) Kuivuri Kuivuri 13.11.2017 13

Kuivausilman kierrätys Kostea ilma ulos Ei ilman takaisinkierrätystä Kuivausilma sisään Kostea ilma ulos Ilman sisäinen takaisinkierrätys, suht.kost. kasvaa Kuivausilma sisään Kostea ilma ulos Ilman sisäinen takaisinkierrätys, suht.kost. pystytään pitämään halutulla tasolla Kuivausilma sisään 13.11.2017 14

Jatkuvatoiminen kuivuri Kostea ilma ulos Kuivausilma sisään Kostea ilma ulos Kuivausilma sisään Uusi pilke-erä sisään Kuiva pilke-erä ulos 13.11.2017 15

Pilkkeiden kylmäilmakuivausta 13.11.2017 16

Merikontista tehty kuivuri Tässä versiossa myös tuloilman lämmitys auringolla 13.11.2017 17

Konttikuivurin pohjaratkaisu 13.11.2017 18

Lämminilmakuivuri esimerkki kuivausilman kanavoinnista Kuivausilman tulokanava katossa Poistoilman kanavat 13.11.2017 19

Latomallinen lämminilmakuivuri esimerkki kuivausilman kanavoinnista 2 Ilma imetään pohjasta reikälevyn läpi, jonka alla ilmakanavat Lämmönvaihdin on kuivurin katossa, tuloilma katon raoista 13.11.2017 20

Pilkkeen kosteus, % Pilkkeen kosteus, % Kuivaus 80 kuution kylmäilmakonttikuivurissa Kontin 1. koivupilke-erä Kuivaus huhtikuun alusta., keskiarvokosteus: 31.5. 19,5 % keskihajonta 2,9 %. Kontin 2. koivupilke-erä Kuivaus alkoi 6.6., keskiarvokosteudet: 4.7. 21,7 % 27.10. 17,2 % 4.11. 20,7 % keskihajonnat 1,9 % 2,1 %. 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Pilkkeen kuivamassa, g Puhaltimia käytetään sääolosuhteiden (T, rh) ja kuivumisvaiheen mukaan. Tuloksena tasalaatuiset kuivat pilkkeet. Toisen kontin 1. koivupilke-erä Kuivaus alkoi 20.7.2011., keskiarvokosteus: 14.12. 19,9 % keskihajonta 1,4 %. 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Pilkkeen kuivamassa, g 21

Kuivaus latomallisessa kylmäilmakuivurissa Kylmäilmakuivurin rakenne Puhallin 9 kw, tuulitunneli, puusiilo Raaka-aineet Talvella tehtyä sekaklapia Keväällä pilkottua sekaklapia Kylmäilmakuivurin mitta-anturointi Imupuolen seinusta, puhalluskanava, 0,7 m pohjasta, 1,3 m pohjasta, puiden yläpuolella ilmassa Kuivausjaksot 10.5. 14.6. anturit Pilkenäytteet 0,5 metrin ja noin 1 metrin syvyydeltä pinnasta Pilkekerroksen paksuus noin 2 metriä

Pilkkeiden kuivuminen Kylmäilmakuivurissa kuivausaika 5 viikkoa pilkkeiden alkukosteus 45 59 %, loppukosteus 15 43 % Kanavan vieressä kuivui, seinustalla ei, irronnut kuori yms. sälä vaikeuttaa ilman liikkumisen, värimuutoksia C A D E B F

Peräkärrykuivuri Kärryn tilavuus 23 i-m 3, pilkkeet etukuormaajalla sisään Lämmin ilma pohjasta sisään, katosta ulos; lämpö maatilan lämpökattilasta Kuivat pilkkeet suoraan asiakkaalle

Lämpötila, C Suhteellinen kosteus, % Kuivauksen poistoilman säätö 40 35 Kuivurin poistoilman lämpötila ja suht. kosteus 100 90 30 25 20 15 80 70 60 50 40 10 5 Poistoilman lämpötila Poistoilman kosteus 30 20 10 0 0 14.6. 16.6. 18.6. 20.6. 22.6. 24.6. 26.6. 28.6. 30.6. 2.7. Tyypillisesti poistuvan ilman kosteus vähenee, kun puut alkavat kuivua Hyötysuhteen parantamiseksi ilman säätöä pitää optimoida

Kuivaus lämminilmakuivurissa Lämminilmakuivuri DRY-AIR DA 6 -puutavarakuivaamo Kostean ilman kondensointi (lämpöpumppuperiaate), nimellistäyttö 15 m 3, kuivauslämpötila 60 C, nimellishaihdutusteho 450 litraa/vrk, kiertoilmapuhaltimet 6 kpl 0,55 kw, joissa pyörimissuunnan vaihto, kompressorin teho 5,8 kw Lämmöntuotanto pellettilämpökeskuksesta 26

Pilkkeiden valmistus Pilkonta häkkeihin Pilkonnan tehotuntituottavuus (2 hlöä) 27.4. koivu: 6,8 i-m 3 /h 23.5. sekapuu: 8,6 i-m 3 /h Punnitus Kesto 3 5 min/häkki (2,4 i-m 3 ) Kuivaus lämminilmakuivurissa 27

Pilkkeiden kuivuminen lämminilmakuivurissa 27.4.-4.5.2011 koivupilkkeet Raaka-aineen läpimitta kuivamassa 1/2-klapi 1/4-klapi 500 g 9 cm 13 cm 1000 g 13 cm 18 cm 1500 g 16 cm 22 cm 13.11.2017 28

Kuivauksen kustannukset Kuivauksen kustannus riippuu Kuivurin kustannuksista (pääomakulut) Kuivurin käyttökustannuksista (muuttuvat kulut) Lämmön hinta Puhallusilman tarve (sähkö) Työ Yksikkökustannus riippuu kuivausvolyymistä, /i-m 3 13.11.2017 29

Kuivauskustannusesimerkki Kuivuri Kapasiteetti 25 m 3 Investointikustannus 30.000 Käytettävä lämpöenergian hinta 35 /MWh Vertailu: Kylmäilmakuivauksen kustannus jäänee n. 1 /i-m 3 Kuivaus 100 erää vuodessa Kuivauksen energiantarve 340 MWh Kuivauskustannukset yht. n. 17.000, josta 77 % muuttuvia kustannuksia Eli 6,7 /i-m 3 13.11.2017 30

Aurinkokuivaus 13.11.2017 31

VTT:n Jyväskylän toimipisteen aurinkokeräimet. Yhteensä 12m 2 keräinpinta-alalla voidaan saavuttaa noin 10 kw huipputeho. Keräimet on asennettu siten, että niillä voidaan tutkia myös erilaisten suuntausten vaikusta. Kuvan suuntaustavalla on pyritty maksimoimaan tehokas kuivausaika aamusta iltapäivään Aurinkolämpö ohjataan joko kuivausilman lämmitykseen, hiilidioksidin erotukseen tai kaukolämmönvaihtimelle. VTT:llä tutkitaan mallintamalla myös mm. keskittävän aurinkoenergian (CSP) hyödyntämistä sähköntuotannossa. Suomessa keskittävää aurinkoenergiaa on hyödynnetty 13.11.2017 32 toistaiseksi makkaran paistamiseen.

Uudet aurinkolämmön käyttökohteet Biokuivuri VTT:n kuivauslaitteistolla voidaan kuivata n. 1-2 m 3 haketta kerrallaan. Kuivausilma voidaan lämmittää aurinkokeräimillä tai sähkövastuksilla, joilla voidaan simuloida hallitusti koeajoon halutut olosuhteet. Aurinkokeräimillä tuotettu lämpö soveltuu hyvin pilkkeen kuivaukseen. 13.11.2017 33

Yhteenveto 13.11.2017 34

Yhteenveto Raaka-aine vaikuttaa alkukosteuteen ja kuivumiseen raaka-ainetta voidaan kuivata jo ennen pilkkeiden valmistusta Keinokuivauksella voidaan nopeuttaa puun kuivumista ja hallita kuivausprosessia paremmin kuivaustapa riippuu tuotantovolyymistä, toimintamallista ja investointihalukkuudesta Pilkkeen tuotannon sesonkiluonteisuus vähenee Varaston kierto lyhenee Voidaan vastata paremmin muuttuvaan kysyntään Parempi hinta? Tehokkaan ja toimivan kuivurin voi rakentaa edullisesti, mutta kuivauksen taselaskentaan ja mitoitukseen kannattaa kiinnittää huomiota Kaikilla kuivaustavoilla voidaan saavuttaa hyvää polttopuuta ja kunhan kiinnitetään huomiota koko tuotantoketjuun 35

TEKNOLOGIASTA TULOSTA