Biomassan pienpolton mallintaminen ja säätö ilmapäästöjen vähentämiseksi

Samankaltaiset tiedostot
Pellettien pienpolton haasteet TUOTEPÄÄLLIKKÖ HEIKKI ORAVAINEN VTT EXPERT SERVICES OY

Kokemuksia muiden kuin puupellettien poltosta

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY PÖYRY FINLAND OY, ENERGIA, MITTAUSPALVELUT

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY PÖYRY FINLAND OY, ENERGIA, MITTAUSPALVELUT

2 Development of Test Method for nonwood Small-scale Combustion Plants. 3 Combustion Characteristics of Ash Rich Pellets

Puupelletit. Biopolttoainepelletin määritelmä (CEN/TS 14588, termi 4.18)

Kaasutukseen perustuvat CHP-tekniikat. ForestEnergy2020 -tutkimus- ja innovaatio-ohjelman vuosiseminaari, Joensuu,

Puun polton pienhiukkaset ja päästöjen vähentäminen

Puunpolton päästöt - pienpoltto tulisijoissa vai pellettien poltto voimalaitoksessa

Synteesikaasuun pohjautuvat 2G-tuotantovaihtoehdot ja niiden aiheuttamat päästövähenemät

Prognos Julkaisusuunnitelmat

Puukaasutekniikka energiantuotannossa

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Jätevesiprosessien monitoroinnin ja ohjauksen tulevaisuus

Metsäenergian käytön kokemukset ja tulevaisuuden haasteet

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

EU:n tarjoamia mahdollisuuksia

Aalto University School of Engineering Ongelmaperusteisen oppimisen innovatiivinen soveltaminen yliopisto-opetuksessa

PIENPOLTON HIUKKASPÄÄSTÖT JA NIIDEN VÄHENTÄMINEN. Kati Nuutinen ja Tommi Karhunen. Northern Solutions Oy. Vuorelankatu Kuopio 18.5.

tärkein laatutekijä Kosteus n. 50% Kosteus n. 30% 7 tonnia puuta 9 tonnia puuta 7 tonnia vettä 5 tonnia vettä

Hevosenlannan mahdollisuudet ja haasteet poltossa ja pyrolyysissä

Miten käytän tulisijaa oikein - lämmitysohjeita

Hevosenlannan mahdollisuudet ja haasteet poltossa ja pyrolyysissä

Sähkön rooli? Jarmo Partanen LUT School of Energy systems

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Suomi muuttuu Energia uusiutuu

Puupolttoaineiden laatuvaatimukset ja vaikutukset päästöihin

Metsäenergian saatavuus, käytön kannattavuus ja työllisyysvaikutukset, Case Mustavaara

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Työpaketti TP2.1. polton ja termisen kaasutuksen demonstraatiot Kimmo Puolamäki, Jyväskylän ammattikorkeakoulu

Polttopuun tehokas ja ympäristöystävällinen käyttö lämmityksessä. Pääasiallinen lähde: VTT, Alakangas

KURSSIEN POISTOT JA MUUTOKSET LUKUVUODEKSI

Konetekniikan koulutusohjelman opintojaksomuutokset

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY NAB LABS OY

Tulisijat TC295. Standardoinnin tilanne

UEF // University of Eastern Finland Esityksen nimi / Tekijä

Asko Vuorinen Ekoenergo Oy

Poistuvat kurssit ja korvaavuudet (RRT ja YYT)

Kaasutus tulevaisuuden teknologiana haasteita ja mahdollisuuksia

Älykäs erikoistuminen. Kristiina Heiniemi-Pulkkinen

Palostandardoinnin tilanne

Tulisijan oikea sytytys ja lämmitys, kannattaako roskia polttaa sekä pienpolton päästöt, onko niistä haittaa?

ECSEL - Electronic Components and Systems for European Leadership

Biohiilipellettien soveltuvuus pienmittakaavaan

Mika Jukkara, Tuotepäällikkö / Scania Suomi Oy. Biokaasu, Biodiesel, HVO vai Sähkö raskaan liikenteen käyttövoimana

Asuinkerrostalojen energiaremontointi ja kustannusoptimaaliset päästövähennykset Janne Hirvonen Juha Jokisalo, Juhani Heljo, Risto Kosonen

Pienpolton markkinanäkymät

KLAPI-ILTA PUUVILLASSA

Miten ymmärtää puubiomassan kaasutusta paremmin? - Hiilen kaasutusmallin kehittäminen

Portfoliolähestymistapa CO2 - kiilapelin analysoinnissa (valmiin työn esittely) Tuomas Lahtinen

METSÄT JA ENERGIA Kannattaako keskittyä hajautettuun? Pekka Peura

Polttoaineen laadun ja poltossa käytetyn ilmamäärän vaikutukset palamisen hallintaan uudenlaista pellettipoltinta käytettäessä

Paikkaontologiat. Tomi Kauppinen ja Jari Väätäinen Aalto-yliopiston teknillinen korkeakoulu tomi.j.kauppinen at gmail.com

Puunpolton ja kiukaiden päästökertoimet ja uudet ilmastovaikutusarviot

Pelletizing trials Autum 2008

TÄUBLER OY. Vuorimiehenkatu Helsinki Finland. Puh: Fax:

Tutkijaseminaari, Espoo

XML-tutkimus Jyväskylän yliopistossa

Teknologian tutkimuskeskus VTT. Energia- ja moottoritutkimus. Nils-Olof Nylund

SIMO ja KIUAS hankkeet: Päästöt ja niiden mittaaminen

Termisen energiahyötykäytön ilmapäästöt

Tehostettu kisällioppiminen tietojenkäsittelytieteen ja matematiikan opetuksessa yliopistossa Thomas Vikberg

5 Yksityiskohtaiset laskentatulokset Aurajoelle

Kevytrakennetekniikka ja hybridisointi alentavat polttoaineen kulutusta. Tommi Mutanen Kabus Oy

Askeleita kohti C02-vapaata tulevaisuutta

Ilmanlaadun arviointi: uusia tuloksia ja tässä hankkeessa tehtävä työ

Aalto-yliopisto Kemian tekniikan korkeakoulu Kemian tekniikan lukujärjestys SYKSY 2012

Tehdasvalmisteiset tulisijat - asetusvalmistelun tilanne ja standardit. Karoliina Meurman Pelastustoimen laitteiden ajankohtaispäivät

Ilman pienhiukkasten ympäristövaikutusten arviointi

Interaktiivinen asiakasrajapinta ja sen hyödyntäminen energiatehokkuudessa

Palostandardoinnin tilanne

Suunnittelutyökalu kustannusten ja päästöjen laskentaan

Kuiva ainetappiot ja kuivumismallit

Smart City -ratkaisut

Vesivoimaketjun optimointi mehiläisalgoritmilla (Valmiin työn esittely)

Energia- ja LVI- sekä Konetekniikan tutkinto-ohjelmien yhteinen lukujärjestys syyslukukaudelle 2011

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

OULUN YLIOPISTON TUTKIMUKSEN JA KOULUTUKSEN NYKYPÄIVÄ

ReFuel 70 % Emission Reduction Using Renewable High Cetane Number Paraffinic Diesel Fuel. Kalle Lehto, Aalto-yliopisto 5.5.

Maatilan kiinteät biopolttoaineet. Esa Kinnunen Biomas hanke

Miksi ja milloin puulämmitys pilkkeillä kannattaa

Ma Lasaretti Oulu. Pien CHP:n mahdollisuudet ja haasteet

Pellettikoe. Kosteuden vaikutus savukaasuihin Koetestaukset, Energon Jussi Kuusela

Y.Muilu. Puukaasutekniikka energiantuotannossa

Keski Pohjanmaan energiaosuuskuntien

Lämpötekniikkaa hakkeelle ja puupelletille. Anssi Kokkonen

Puun pienpolton p hiukkaspäästöt

Päästökertoimista päästöinventaarioihin - Mihin ja miten puun pienpolton päästökertoimia käytetään?

Pienpolton toksikologiset vaikutukset

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Lausuntopyyntöluettelo HUOM. Komiteoiden ja seurantaryhmien kokoonpanot on esitetty SESKOn komitealuettelossa

Älykkäät sähköverkot puuttuuko vielä jotakin? Jukka Tuukkanen. Joulukuu Siemens Osakeyhtiö

Tulevaisuuden energiateknologiat - kehitysnäkymiä ja visioita vuoteen ClimBus-ohjelman päätösseminaari kesäkuuta 2009 Satu Helynen, VTT

AJONEUVOTEKNIIKAN KEHITTYMINEN JA UUSIEN ENERGIAMUOTOJEN SOVELTUMINEN SÄILIÖKULJETUKSIIN. Mika Jukkara, Tuotepäällikkö / Scania Suomi Oy

WP3 Decision Support Technologies

Transkriptio:

Biomassan pienpolton mallintaminen ja säätö ilmapäästöjen vähentämiseksi EnePro-konferenssi, Oulun yliopisto 3.6.2009 Mika.Ruusunen@oulu.fi

Biomassan pienpoltto? Polttoaine Puu: Hake, klapit, halot, briketit, pelletit, synteesikaasu Muut: Vilja, olki, bioöljyt ja kaasu, eläinten raadot, Pieni mittakaava, lämpöteho alle 500 kw 300 kw, puuhake (Stokeri ja Stokeri 2 -projekti, Tekes - Puupolttoaineiden pientuotanto ja -käyttö 2002-2006) 20 kw, puupelletti (ERA-NET Bioenergy, COPECOM-projekti)

Pienpolton ympäristövaikutuksia Merkittävä osuus Suomen kokonaisilmapäästöistä Hiilivedyt ~25% Pienhiukkaset 40-50% Karsinogeenisia haihtuvia yhdisteitä Paikallisesti vaikutus hengitysilmaan Pienhiukkasilla yhteys sydän-, verisuonitauti-, hengitystiekuolleisuuteen ja keuhkosyöpään

Ilmapäästöjen vähentämiskeinoja pienpoltossa Prosessikehitys Polttoaine Säätö ja automaatio Suodattimet ja katalysaattorit Lainsäädäntö

Pienpolton säädön kehittäminen Vastataan Tuleviin päästörajoihin Suuriin kuorma-, polttoaine- ja tehovaihteluihin Palamisen hallinnan kustannustehokkuuteen Tavoitteet Vuosihäviöiden ja -päästöjen jatkuva valvonta ja minimointi anturit ja instrumentointi polton valvonta-, optimointi- ja säätömenetelmät Ylläpito- ja huoltokustannusten alentaminen poikkeustilanteiden havainnointi- ja hallintamenetelmät kunnonvalvonta

Malleihin perustuva säätö palamisyötysuhde polttoainekosteus CO 2 teho Lämpötilojen mittaus mallinnus säätö 50-1100 C Polttoainepatja Polttoaineen syöttö Arina 200-500 C Tulipesä Edullisuus Mukautuvuus, vanhat ja uudet polttolaitteet

310 300 290 280 270 260 250 240 230 0 200 400 600 800 1000 1200 220 11 10 9 8 7 6 5 4 0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 3 0 200 400 600 800 1000 1200 0-0.005 Measured and simulated model output -0.01 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Time Pienpolton simulointi Perustuu kokeelliseen mallinnukseen Vähäpäästöinen säätötapojen testausmenetelmä Polttoaineen syöttö 1 In1 Subsystem 1 Out1 kw hyöty simuloitu mitattu Polttoaineen kosteus Subsystem7 Subsystem1 Simulointi- Subsystem2 malli Subsystem5 2 Out2 O 2 Polttoilma Arinaliike 2 In2 3 In3 Subsystem3 Subsystem4 Subsystem6 3 Out3 CO

Päästöjen minimointi Palamishyötysuhde (tehotaso 30-100%, pa-kosteus 9-40%) Palamishyötysuhde, % Konvektiohyötysuhde Lämpötilaero

Säädön vaikutuksia 300 kw lämminvesikattila stokerisyötöllä, puuhake 0.12 Testien CO (@ 13% O 2 ) -pitoisuuksien keskiarvot (%) ja keskihajonnat, tehotaso 90% - 270 kw 91.5 Kokonaishyötysuhteet (%) Perussäätö Uusi säätöstrategia 0.1 - Hakkeen kosteus: 33% 39% 34% 40% 91 90.5 0.08 90 89.5 0.06 89 88.5 0.04 88 87.5 0.02 87 86.5 0 Ohjaus Ohjaus, prosessikeh. Perussäätö Uusi säätömenetelmä 86 200 kw 270 kw 200 kw 270 kw

Vuosihyötysuhteen kohottaminen 2%-yks. Laskenta-arvot: 300 kw nimellisteho ja huipunkäyttöaika 2500h, puuhake Polttoaineen säästö, 2kg puuhaketta/h 5000kg/v (~17m 3 ) tai lisää hyötyenergiaa 7kWh/h 17.5MWh/v Toteutumattomat hiilidioksidipäästöt 1.4kg/h CO 2 3500kg/v Rahan säästö, polttoaine 8.4 euro cent/h 210EUR/v (vastaa: CO 2 -päästöt, 3 henkilöä, lento Oulu - Seoul - Oulu)

Yhteenveto Biomassan pienpoltto Pieni mittakaava, hajautettu Vaihtelevat olosuhteet: polttoaine, prosessiympäristö Merkittävä ilmapäästöjen osatekijä Keinoja on monia, yhtenä palamisen säätö yhteistyö Kustannustehokkaalla säädöllä päästöjen ja häviöiden ennaltaehkäisyyn

Kirjallisuutta Ruusunen M. & Leiviskä K.: Fuzzy Modelling of Carbon Dioxide in a Burning Process. Control Engineering Practice, Vol 12/5, pp. 607-614, 2004. Ruusunen M. & Leiviskä K.: Fuzzy, Adaptive Modelling of a Burning Process. Proceedings of eunite 2001, European Symposium on Intelligent Technologies, Hybrid Systems and their implementation on Smart Adaptive Systems, Puerto de la Cruz, Tenerife, Spain, December 13-14, 2001. Ruusunen M., Isokangas A. & Leiviskä K.: Model Selection in Large-Scale Databases. Proceedings of the ALSIS' 06, 1st IFAC Workshop on Applications of Large Scale Industrial Systems, Helsinki/Stockholm, 30-31 August, 2006. Ruusunen M.: Real-time Moisture Content Monitoring of Solid Biomass in Grate Combustion. Proceedings of the 17th World Congress of the International Federation of Automatic Control (IFAC), Seoul, South-Korea, July 6-11, 2008. Ruusunen M.: Model-Based Method for Combustion Power Stabilisation in Grate-Fired Boilers. PP&PSC 2009, IFAC Symposium on Power Plants and Power Systems Control, Tampere, Finland, July 5-8, 2009. Accepted. Korpela T., Ruusunen M., Björkqvist T. & Lautala P.: Control structures of a multivariable process applied to small scale biomass combustion. Automaatio 09, seminar days, March 17-18, 2009, Helsinki, Finland. Ruusunen, M., Monitoring of Small-Scale Biomass Combustion Processes, Department of Process and Environmental Engineering, Control Engineering Laboratory, Report Series A 29. March 2006. 28 p. ISBN 951-42-8027-X. Ruusunen M., Pietilä, K., Oravainen H. & Leiviskä K.: Stokeripolttimen kehittynyt säätöjärjestelmä, vaihe 2 - PUUT55. In: Alakangas E. (Ed.). Puupolttoaineiden pientuotannon ja -käytön panostusalue, Annual report 2007. Ruusunen M.: Effect Of Automatic Control Technologies on Emission Reduction in Small-scale Combustion, In: (Eds. Hytönen Kati & Jokiniemi Jorma) Reduction of fine particle emissions from residential wood combustion - final report, Workshop in Kuopio on May 22-23, 2006. University of Kuopio, Report Series 3/2007. 77 p. ISSN 0786-4728. Korpela T, Ruusunen M, Zethraeus B.: Final report of the project Control potential of different operating methods in small-scale wood pellet combustion (COPECOM). To be published in www.eranetbioenergy.net website, July 2009.

Kiitos!