Biohiilipellettien soveltuvuus pienmittakaavaan Puhdas vesi ja ympäristö seminaari 8.12.2016 Juha-Pekka Lemponen, TKI -asiantuntija
Hajautettu energiantuotanto biohiilipelleteillä
Biomassan torrefiointi - Torrefiointi on biomassan paahtamista hapettomassa tilassa 250-270 C lämpötilassa. - Usein biomassa myös pelletoidaan
Torrefioidun biomassapelletin ominaisuuksia Sitkeys pienenee, jauhautuvuus paranee Hydrofobinen, ei ime vettä Kestää paremmin kuljetusta ja varastointia Energiatiheys (lämpöarvo) paranee Ominaisuudet lähellä kivihiiltä
Hanke: Hajautettu energiantuotanto biohiilipelleteillä 1.1.2016-30.9.2017 Hankkeen toimenpiteet: 1. Uusiutuvan energian vähähiilisyyttä edistävät demonstraatiot laboratorioja täysmittakaavassa. Mamk 2. Selvitys asiakassektorin laajuudesta. LUT 3. Biomassojen logistiikka- ja elinkaaritarkastelu. LUT
Polttokokeiden tavoite Selvitetään torrefioidun biohiilipelletin soveltuvuutta pieniin pellettikattiloihin. Polttokokeiden toteutus - Pienet polttokokeet 20 kw kattilassa - Demonstraatiokokeet 120 kw kattilassa - Vertailumateriaalina käytetään tavallista valkoista puupellettiä.
Pienten polttokokeiden toteutus Pienet polttokokeet Mamkin LVI -laboratorion kattilassa. Pellettikattila Ariterm Biomatic+ 20kW
Lyhyet polttokokeet 20 kw kattilassa Savukaasun keskimääräinen jäännöshappi (%) 1 tunnin kokeen aikana.
Lyhyet polttokokeet 20 kw kattilassa Savukaasun keskimääräinen CO-ominaispäästö (mg/mj) 1 tunnin kokeen aikana.
Lyhyet polttokokeet 20 kw kattilassa Torrefioidun sekapuupelletin ja valkoisen pelletin savukaasun hiilimonoksidipitoisuus (CO).
Pitkä polttokoe 20 kw kattilassa Tavoitteena tutkia tuhkan muodostumista ja kattilan käyttäytymistä yleensä. Kokeen kestoa rajoittaa vesikierron varaajien rajallinen kyky ottaa vastaan kattilan tuottamaa lämpökuormaa. Koe suoritettiin osateholla ja täydellä teholla. Kokeen kesto 6 tuntia.
Pitkä polttokoe suurella teholla (18.2 kw) Torrefioitu koivupelletti
Pitkä polttokoe suurella teholla (18.2 kw) Muutoksia CO -päästöissä nähtävissä 2 tunnin kuluttua kokeen aloituksesta. Sintraantunut tuhkakappale palopäässä (7x8 cm)
Hiukkaspäästön mittaus 20 kw kattilassa Reaaliaikainen mittaus Dekati Oy:n ELPI impaktorilla.
Savukaasun hiukkasten kokojakauma ja lukumäärä Valkoinen pelletti Torrefioitu mäntypelletti Hiukkasten lkm 5,25x10 7 cm -3 Hiukkasten lkm 2,48x10 7 cm -3
Savukaasun hiukkasten kokojakauma ja massa Valkoinen pelletti Hiukkasten massa 37,2 mg/m 3 Torrefioitu mäntypelletti Hiukkasten massa 114 mg/m 3
Hiukkaspäästö ja partikkeleiden lukumäärä Torrefioitu pelletti palaa hitaammin, jolloin savukaasun mukaan voi päätyä osittain palamatonta ainesta. Hiillos on myös kuumempi, jolloin tuhkapartikkelit voivat tarttua toisiinsa (sintraantua)» Savukaasuissa olevien partikkeleiden massa torrefioiduilla pelleteillä selvästi suurempi» Partikkeleiden lukumäärä torrefioiduilla pelleteillä pienempi Kattilan säätö ja optimointi torrefioidulle polttoaineelle tarpeen
Demonstraatiokoe Ariterm Oy Saarijärvi Ariterm BioComp 120 kw pellettikattila Polttoaineen syöttö ruuvilla suoraan arinalle Liikkuva, porrastettu arina Vaiheistettu palamisilman syöttö kahdella puhaltimella Polttoaine torrefioitu koivupelletti Koe täysteholla 133 kw ja osateholla 72 kw
Demonstraatiokokeiden toteutus Demonstraatiopolttokokeet Ariterm Oy:n tutkimuskeskuksessa Saarijärvellä. Pellettikattila Ariterm BioComp 120kW
Savukaasumittaukset osateholla 71.8 kw [ppm] 600 500 400 300 200 100 0 % 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 CO [ppm] Nox [ppm] O2 [%] AIKA
Savukaasumittaukset täysteholla 133.1 kw ppm 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 18 % 16 14 12 10 8 6 4 2 0 CO [ppm] Nox [ppm] O2[%]
Demonstraatiokoe, johtopäätökset Torrefioitu (koivu)pelletti soveltuu käytettäväksi liikkuvalla arinalla varustetussa kattilassa. Osateholla saattaa esiintyä tuhkan sintraantumista. Teho Polttoaineenkulutus Tuhka Tuhkaa Palamattomat tuhkassa [kw] [kg] [g] [g/kg pa ] [p%] Osateho 71,8 117,7 1075 9,13 1,9 Täysteho 133,1 153,8 785 5,1 0,91
Yhteenveto Torrefioitu puupelletti näyttää soveltuvan käytettäväksi liikkuvalla arinalla varustetussa kattilassa, etenkin jos kattilaa ajetaan pääsääntöisesti nimellisteholla. Kattiloissa, joissa on maljamainen palopää, tuhkan sintraantuminen voi aiheuttaa ongelmia. Palamistapahtuman optimoinnilla voidaan todennäköisesti vähentää mahdollisia ongelmia.