Pellettien pienpolton haasteet TUOTEPÄÄLLIKKÖ HEIKKI ORAVAINEN VTT EXPERT SERVICES OY
Esityksen sisältö Ekopellettien ja puupellettien vertailua polttotekniikan kannalta Koetuloksia ekopellettien poltosta Johtopäätökset 2
Ominaisuuksien vertailua 3 Yksikkö Puu Kuori Rypsin olki Ruokohelpi Ohran olki Kosteus % 6,5 9,1 9,6 12 9,3 Tuhkapitoisuus % 0,3 3,4 4,7 7,9 6,6 Kuiva-ainen lämpöarvo MJ/kg 19,13 17,77 17,57 17,31 17,41 Rikkipitoisuus % ka <0,01 0,03 0,13 0,11 0,13 Typpipitoisuus % ka 0,1 0,4 0,5 0,9 0,7 Vetypitoisuus % ka 6 5,9 6 5,9 5,7 Hiilipitoisuus % ka 50,6 52,5 47,2 45,9 46 Happipitoisuus % ka 43 37,8 41,3 39,4 40,2 Klooripitoisuus % ka <0,01 0,01 0,18 0,04 0,71 Haihtuvat aineet % ka 85,1 73,2 78,9 76 75,2 Tuhkan sulamispiste DT C 1550 1250 1590 1350 <980 Tuhkan sulamispiste ST C 1550 1340 1590 1530 990 Tuhkan sulamispiste HT C 1550 1400 1590 1580 1100 Tuhkan sulamispiste FT C 1550 1420 1590 1590 1190
Polttokokeiden tuloksia Tehtiin aikanaan kansainvälisenä yhteistyönä Eranetprojektissa Pelletit tehtiin Ruotsissa (SLU Umeå) 4
60 kw:n stokeripoltin (proto) 5
Polttimessa oli liikkuva arina. 6
Polttoaineet 7 Käytetyt pelletit: puu, kuori, rypsin olki, ruokohelpi ohran olki. Pelletit tehty Ruotsissa, Swedish University of Agricultural Science (SLU).
Mittaukset 8 Mittaukset EN 303-5 standardin mukaan nimellisteholla CO2, O2, CO, OGC (kokonaishiilivedyt), NOx ja SO2 Pienhiukkaset (PM10, koko < 10 µm) mitattu ELPI:llä (partikkelien lukumäärä) ja normaalilla impaktorilla (massan jakauma) HCl (vetykloridi) ja muita alkuaineita FTIR:llä Pienhiukkaset ja tuhka analysoitu IC:llä, AAS:llä ja ICP-MS:llä
Tuloksia kokeista 9 Kaikki paitsi puupolttoaineet sisälsivät runsaasti tuhkaa, mikä vaikeutti palamista. Rikki- ja typpipitoisuudet lisäsivät SO 2 ja NO x -päästöjä verrattuna puupelleteihin. Osa rikistä sitoutui pohjatuhkaan Tuhkan sulamislämpötilat laboratoriomäärityksen mukaan olivat melko korkeita paitsi ohran oljesta tehdyillä pelleteillä. Kaikilla polttoaineilla paitsi puupelleteilla tuhka muodostui höttöseksi kakkuksi. Tuhkan muodostuminen, kun on poltettu 114 kg ruokohelpipellettejä.
Tuloksia 10 Aika Polttoaine Polttoainemäärä NO x SO 2 Savukaasun lämpötila tuntia kg kw % % ppm mg/m 3 ppm ppm o C 7.0 115.4 63.6 11.2 9.4 782 24 65-225 3.0 38.9 54.5 9.3 11.4 346 4 147-209 3.0 53.8 51.3 8.7 11.9 1 149 8 187 3 219 3.3 55.7 44.4 7.4 13.4 413 5 198 41 201 Teho CO 2 O 2 CO Hiilivedyt Puupelletit Kuoripelletit Rypsinolkipelletit Ruokohelpipelletit Ohranolkipelletit 1.9 35.9 50.7 8.1 12.6 1 818 16 145 32 231
Tuloksia 11 Kokonaishiukkaset ja PM 10 korkeat rypsinolki- ja ohranolkipelleteillä HCl-pitoisuudet savukaasussa olivat korkeat runsastuhkaisilla pelleteillä paitsi kuoripelletillä ja voi aiheuttaa kattilan korroosiota. Suurin osa pienhiukkasista oli alle 1 m Pienhiukkasten pääkomponentit olivat kalium, natrium, kalsium, sinkki ja kloori (eivät johdu huonosta palamisesta) Pienhiukkasten massa (mg/nm 3 ) 4000 3500 dm/d log(dp) [mg/nm3] at 10% O2 3000 2500 2000 1500 1000 Ohra Rypsi Wood pellets/test 1 Wood pellets/test 2 Bark pellets Rape straw pellets RCG pellets Barley straw pellets 500 0 0.01 0.1 1 10 100 Dp[µm]
Tuloksia pienhiukkasista 12 Pienhiukkasten lukumäärä oli korkea, vaikka massapitoisuus on pieni. Pienhiukkasten lukumäärä (kpl/cm 3 ) 7.E+08 Ohra 6.E+08 Wood pellets/test 1 Wood pellets/test 2 dn/dlogdp[1/cm3] at 10% O2 5.E+08 4.E+08 3.E+08 2.E+08 Rypsi Ruokohelpi Bark pellets Rape straw pellets RCG pellets Barley straw pellets 1.E+08 0.E+00 0.01 0.1 1 10 Dp[µm]
Rikki 13 180 mg S/Nm3 at 10% O2 160 140 120 100 80 60 Sulphur in PM10 SO2 as S in flue gas sum S in PM10 and flue gas SO2 as S theoretical maximum 40 20 0 Wood Bark Rape straw RCG Barley Puu Kuori Rypsi Ruokohelpi Ohra
1600 1400 Kokonaishiukkaset ja PM10 14 1453 mg/nm3 at 10% O2 1200 1000 800 600 TSP at 10% O2 PM10 at 10% O2 599 799 1224 400 200 64 62 84 92 98 119 0 Wood pellets Bark pellets Reed Canary Grass pellets Puu Kuori Rape straw pellets Ruokohelpi Rypsi Huom! Kokonaishiukkasmittauksissa tervat eivät jää kuumennetulle mittaussuodattimelle. Barley straw pellets Ohra
Kalium ja natrium PM 10-hiukkasissa 15 700 600 mg/nm3, at 10% O2 500 400 300 200 100 Sodium Potassium Natrium Kalium 0 Wood Bark Rape straw RCG Barley Puu Kuori Rypsi Ruokohelpi Ohra
Klooripitoisuus savukaasuissa 1000 16 mg Cl/Nm3 at 10% O2 900 800 700 600 500 400 300 Cl - in fine particles Cl - in flue gas Sum (CL in PM10 and flue gas) Theoretical maximum Cl 200 100 0 Wood/test 2 Bark Rape straw RCG Barley straw Puu Kuori Rypsi Ruokohelpi Ohra
Elementaarianalyysi puupellettien pienhiukkasten epäorgaanisesta aineksesta ICP-MS-menetelmällä 17 ICP-MS, Wood pellets 1 0.8 max. = 12 Max. = 12 mg/nm3, red. 10% O2 0.6 0.4 0.2 0 Ag Al As B Ba Be Bi Ca Cd Cr Cu Fe K Li Mg Mn Mo Na Ni Pb Rb Se Th Ti Tl U V Zn
Elementaarianalyysi ohranolkipellettien pienhiukkasten epäorgaanisesta aineksesta ICP-MS menetelmällä. 18 ICP-MS, Barley straw pellets 40 35 max. = 536 Max. = 536 30 mg/nm3, red. 10% O2 25 20 15 10 5 0 Ag Al As B Ba Be Bi Ca Cd Cr Cu Fe K Li Mg Mn Mo Na Ni Pb Rb Se Th Ti Tl U V Zn
100 % Pohjatuhkan elementaarianalyysi 19 IC -ja AAS-menetelmillä määritettyjen vesiliukoisten Na, K, Cl ja S keskenäiset prosenttiosuudet pohjatuhkassa 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % S Cl K Na 30 % 20 % 10 % 0 % Puu Kuori Rypsin olki Ruokohelpi Ohran olki
Johtopäätöksiä EkoPellettien polton haasteista 20 Ekopelletit tuhkapitoisuus on yleensä suuri ja tuhka on sulamisherkkää Kloori-, kalium-, typpi- ja rikkipitoisuudet ovat korkeita verrattuna puuhun Päästöt ovat suurempia kokonaisuudessaan Puupellettien polttolaitteet eivät sovellu ekopellettien polttoon Vaatii omat polttolaitteet, jotka kykenevät mm. käsittelemään suuria tuhkamääriä HCL-päästöt voivat vaikuttaa kattilamateriaaleihin Korkea kaliumpitoisuus vaikuttaa mm. Pienhiukkaspäästöihin Suhteellisen helppoa tehdä pellettejä, mutta niitä on vaikea polttaa