Jäteperäistä biomassaa voimaloihin suurilla osuuksilla Biosafe TEKES 40181/06 Martti Aho, VTT, Liekki III päivä 31.1.2007
Biosafe-projektin johtoryhmän kokoonpano Henkilö Asema Puh. TEKES/TE-keskus Mauri Marjaniemi teknologiaasiantuntija 010 521 5224 Jatta Jussila* VTT prosessit Martti Aho** Var. Pasi Vainikka johtava tutkija tiimin vetäjä 040 558 6945 014 672 514 Åbo Akademi Mikko Hupa Var. Patrik Yrjas professori TkT 02 215 31 02 215 31 Kuopion yliopisto Jorma Jokiniemi: professori 040 5050 668 Var. Olli Sippula DI Kvaerner Power Jaani Silvennoinen Tutkija 020 14 121 Kemira OYJ Jari Kukkonen Tutkija Oulun yks. 010 862 5611 Lassila & Tikanoja Lassi Hietanen Tuotepäälllikkö 010 636 5412 Helsingin vesi Yrjö Lundstöm Ympäristöpäällikkö 09 4734 3425 *Climbus-ohjelman koordinaattori, jakelulistalla ** Projektiyhteenliittymän kokoonkutsuja
Tutkimussuunnitelma lyhyesti
Tavoitteet Päätavoite: Tehostetaan vaativien jäteperäisten biomassojen hyödyntämistä sähköntuotannossa Alatavoitteet: (käytettävyysongelmien poistoon) (a) Parannetaan tulipesänäytteenottoa (b) Parannetaan ongelmakomponenttien syntymisen ja tuhoutumisen hallintaa yhdistetyn koetoiminnan ja mallinnuksen avulla (c) Hyödynnetään viemäri- ja kemikaalilietteiden suojaaineita estämään tulipesäongelmat
Tuhoutuneita tulistinputkia
Osatehtävät 1 Polttoaineet ja analyysit (Teollisuus, VTT, ÅAU) 2 Pilot-polttokokeet, (VTT, ÅAU) 3 Alkalikloridien käyttäytyminen näytteenoton yhteydessä (UKU) 4 Riskiyhdisteiden kerrostumisen ja kerrostumien vaikutusten parempi hallinta (ÅAU + vaihtotutkija VTT -> ÅAU (P.Vainikka) Sulamiskäyttäytyminen <-> tarttuminen <-> korroosio 5 Lisäaineen sekoittumisen mallinnus tulipesäolosuhteissa (Vaihtotutkija Tsinghua- yliopistosta Pekingistä, Kiinasta 50%:n kustannuksin) (VTT ohjaa -> U Tsi)
Aikataulu 1.8.2006-> 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 T1 x x x x x T2 x x x x x x x x x x x x T3 x x x x x x x x x x x T4 x x x x x x x x x T5 x x x
Tehtävien välinen yhteistyö
Taustaa
Alkalikloridien tuhoaminen kivihiilen suoja-aineilla: CASE 2. PROTECTING POWER OF COAL PROTECTING ALKALI REACTIONS SILICATES, SULPHATES RISKY COMPOUNS ALKALI CHLORIDES PROTECTIVES SULPHUR DIOXIDE, Al-SILICATES FOREST RESIDUE COAL Co-combustion
Paperinvalmistuksen sivuvirran (s) ja paperin täyteaineen (k) hyödyntäminen kloorin kerrostumisen estäjänä Influence of Al-containing additives to Cl-deposition 60.0 50.0 wt% 40.0 30.0 20.0 820 C 100B 100B 100B 95B5S 88B12S 98B2K 10.0 0.0 Na2O MgO Al2O3 SiO2 SO3 Cl K2O CaO
Alkalikloridien tuhoaminen liuosmuotoisilla reagensseilla (Corraway) 2MCl + SO3 + H2O -> M2SO4 + 2 HCl Na2SO4 K2SO4 HCl SO3 attach NaCl, KCl
Suutin freeboardissa
Esimerkki kehittämiemme Corraway- kemikaalien vaikutuksesta hienoon lentotuhkaan sitoutuneeseen kloorivirtaan. 40%REF 60% kuori 140 Cl mg/nm3 120 100 80 60 Dosage S/Cl2 = 0.45 Fly ash particle size range 1.61-4.02 µm 0.64-1.61 µm 0.26-0.64 µm 0.1-0.26 µm 0.03-0.1 µm 40 20 Dosage S/Cl2= 1.5 0 No additives Al2(SO4)3 Fe2(SO4)3 Al2(SO4)3 Fe2(SO4)3
Esimerkki kehittämiemme Corrawaykemikaalien vaikutuksista kloorin kerrostumiseen 40%REF/60% Kuori seoksella 35 30 S/Cl2= 0.45 25 Cl wt% 20 15 Wind 50o Lee 10 5 S/Cl2= 1.5 0 No additives Al2(SO4)3 Fe2(SO4)3 Al2(SO4)3 Fe2(SO4)3
Projektityön vaiheista yksityiskohtaisemmin
Tehtävä 1 Poltto- ja suoja-aineet Riskipolttoaineet: KCl, NaCl-lähteitä RDF, kuori => perusseos jolla kloori kerrostuu Sulfatoitumisreaktiolla suojaava liete 2MCl + SO2 + ½ O2 + H2O -> M2SO4 + 2 HCl Missä K on K tai Na Rikkipitoinen yhdyskuntajätevesiliete (polttoaineeseen) (rikki tulee rautasulfaatista joka on flokkauskemikaali) Rautasulfaattipitoista lietettä sekoitetaan polttoaineeseen (ns. jätevirta jonka rautasulfaattipitoisuus on suuri)
Tehtävä1: Liukoisuusanalyysit: Vaativa biomassa 3,5 Hyvä kivihiili 3 3 2,5 2,5 % in fuel 2 1,5 1 % in fuel 2 1,5 1 Rest (calculated) HCl Acetate H2O Untreated Rest (calculated) HCl Acetate H2O Untreated 0,5 0,5 0 Al Ca Fe K Na P S Si Cl Mg 0 Al Ca Fe K Na P S Si Cl Mg
Tehtävä 2: Koelaite 20 kw BFB pilot Observation port Gas probe Gas cooling Deposit probe Gas sample Sampling port To stack Temperature control Bag filter Sampling port Heating zone 4 Obervation port/ Deposit probe Sampling port Cyclone Heating zone 3 Tertiary air optional Obervation port Tertiary air optional Tertiary air (preheated) Heating zone 2/ Cooling zone 2 Fuel container 2 Fuel container 1 Additive container Obervation port Heating zone 1/ Cooling zone 1 Obervation port BED made of quarz PC control and data logging system Secondary air (preheated) Primary gas heating Nitrogen Air
Tehtävät 2, 3: Näytteenotto impaktoreille dib. air Ejektor ELPI T 800-1000 C Cyclone VTT diluter MFC Ejektor Cooling system Cyclone DLPI Exh nitrogen Ftir & CO 2
Tehtävä 2. Kerrostumien keruu analyysiin
Tehtävä 2. Kerrostumien keruusta: Åbo Akademi 30mm 16mm
Tehtävä 5 problematiikka Al2(SO4)3 T= n. 900 C Na2SO4 K2SO4 HCl SO3 Fe2(SO4)3 NaCl, KCl
Tehtävä 5: Suuttimen kylmätestit (Corraway)
Pisaroituminen käyttämällämme suuttimella Sauterin keskihalkaisija, µm 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Vesivirtaama 6 ml/min Vesivirtaama 10 ml/min 6 8 10 12 14 16 18 Ilmavirtaus, l/min
Kemikaalin lisäys tulipesään/ mallinnustyö Reaction products: HCl, Me 2 SO 4 Dissolved additive Spraying gas Spray with Mean Droplet Size 10-20 µm Reactions between SO 3 and MeCl Met 2 (SO 4 ) 3 -> Met 2 O 3 +SO 3 Met 2 (SO 4 ) 3 nanoparticles Water evaporation Tg=850-900 o C) KCl NaCl Gas velocity 0.5-0.6 m/s O2= 4-7% CO2= 10-13% H2O = 15-20% T = 1.5 s, Tg 850-> 650 o C Modeling object of Mr. Xu Me is K or Na Met are metals in our sulphate-based additives VTT s 20 kw Bubbling bed reactor
Fluent-mallinnusta Mr. Xu: kemikaalipisarasuihkun nopeusprofiili Pystysuora suunta
Fluent-mallinnusta/ Xu: Vesihöyryn pitoisuusprofiili Pystysuora suunta
Kiitokset rahoittajille: TEKES Kvaerner Power Kemira Lassila-Tikanoja