Sellu- ja kartonkiteollisuuden lietteestä valmistetun biopelletin soveltuvuus ja hyödyntäminen energiantuotannossa

Abstract

Suomen sellu- ja paperitehtaissa syntyy valtavia määriä jätelietteitä, joiden hyödyntäminen on rajallista. Biopellettejä tuottamalla voidaan sellu- ja paperitehtaiden jätelietteiden hyödyntämistä tehostaa. Biopellettejä valmistetaan sellutehtaan jätevedenpuhdistamon jätelietteitä mädättämällä biokaasureakatorissa. Tuotteen saadaan biokaasua ja mädätysjäännös, joka pelletöidään. Prosessilla saadaan siis tuotettua biokaasua jalostamalla liikennepolttoainetta ja biopellettejä energiantuotantoon.

Työn tavoitteena on selvittää biopellettien poltto-ominaisuuksia ja soveltuvuutta energiantuotantoon. Biopelleteillä tehtiin polttokokeita, joissa niitä vertailtiin puu- ja turvepelletteihin. Polttokokeet tehtiin ensin yksittäisille näytteille lasiputkessa. Lisäksi pellettejä poltettiin eri seossuhteilla 80 kW kattilassa. Polttokokeissa mitattiin savukaasupäästöjä ja koostumusta FTIR analyysillä. Kattilapolttokokeessa mitattiin myös savukaasujen ja vesikierron lämpötiloja.

Kokeissa havaittiin biopellettien olevan haastava polttoaine. Polttokokeessa kattilan arinan päälle muodostui kiinteä tuhkakasa. Suuren tuhkamäärän ja tuhkan käyttäytymisen takia biopellettejä ei voi polttaa pelkkänään tai suurella seososuudella pienissä kattiloissa. Savukaasumittausten tulosten perusteella biopellettien päästöt ovat merkittävästi suuremmat, kuin vertailtavina olleilla puu- ja turvepelleteillä. Lisäksi biopellettien sisältämät raskasmetallit voivat mahdollisesti rajoittaa poltossa muodostuvan tuhkan hyödyntämistä.

In pulp and paper mills massive amounts of waste sludges are produced which have limited utilization. By producing biopellets, can utilization of pulp and paper mill waste sludges increase. Biopellets are produced from pulp and paper mill sewage treatment plant sludges in a biogas reactor. The products are biogas and digestate which is pelletized. The process produces fuel for transportation by treatment of biogas and biopellets for energy production.

The objective of the thesis is to examine combustion properties and energy production suitability of biopellets. Biopellets were used in combustion tests in which they were compared with wood- and peat pellets. The tests were first conducted for single samples in a glass tube. Additionally, pellets were combusted in different mixtures in 80 kW boiler. FTIR-analysis was used to determine flue gas properties in the tests. In the boiler test the flue gas- and boiler water flow temperatures were measured.

In the tests it was found that biopellets are a difficult fuel. In the boiler test a solid ash pile was formed on the boiler grate. Due to high ash content and the properties of ash biopellets cannot be used themselves or in large quantities in mixtures in small boilers. In flue gas analysis it was found that the flue gas emission of biopellets are significantly higher than compared wood- and peat pellets. In addition, the heavy metals present in biopellets might restrict the usability of ash formed in the combustion.