Biopolttoaineseoksen poltosta aiheutuvien ongelmien arviointityökalu.

Abstract

Biopolttoaineiden erityispiirteitä ovat alhainen lämpöarvo, korkea kosteuspitoisuus ja suuri haihtuvien aineiden määrä. Lisäksi biopolttoaineiden tuhkat sisältävät runsaasti alkaleja. Näistä ominaisuuksista seuraa ongelmia, jotka on otettava huomioon biopolttoainetta polttavan voimalaitoksen suunnittelussa ja käytössä. Diplomityössä selvitetään biopolttoaineiden poltosta aiheutuvat ongelmat ja niiden syyt sekä kehitetään työkalu, jonka avulla voidaan arvioida biopolttoaineseoksen polton ongelmien syntymistä. Arviointi tapahtuu biopolttoaineseoksen ominaisuuksien perusteella. Kattilassa vallitsevien, polton aikaisten olosuhteiden vaikutusta syntyviin ongelmiin ei tässä työssä tarkastella. Kun lähtötiedoista lasketut, ongelmien synnyn kannalta olennaiset polttoaineseoksen ja sen tuhkan ominaisuudet tunnetaan, verrataan niitä työssä koottuihin raja-arvoihin. Jos laskettu arvo on suurempi kuin rajaksi asetettu arvo, on todennäköistä, että kattilassa esiintyy ongelmia. Suurimmat ongelmat biopolttoaineiden leijupoltossa ovat likakerrostumien muodostuminen lämpöpinnoille, leijukerroksen sintraantuminen ja agglomeroituminen sekä lämpöpintojen korkealämpötilakorroosio. Raja-arvoina käytetään sekä tutkimustuloksina saatuja että käytännön kokemuksiin perustuvia arvoja. Raja-arvoja määritettäessä on huomioitu niiden soveltuvuus tarkastelun kohteena olevalle voimalaitokselle, jonka tyyppi ja kokoluokka vaikuttavat käytettäviin raja-arvoihin. Työkalu tukee keskikokoisen biovoimalaitoksen, jossa palaminen tapahtuu kerrosleijukattilassa, tuotteistusprosessia. Työkalua käytetään voimalaitoksen tuotteistuksessa optimaalisen polttoaineseoksen etsimiseen, riskienhallintaan sekä konseptikehitykseen. Lisäksi työkalua tullaan käyttämään valmiin tuotteen myyntiin ja markkinointiin.

Special properties of biofuels are low heat value, high moisture content and large amount of volatile matters. Furthermore ashes of biofuels contain significant amounts of alkali. These properties cause problems that have to be taken in to consideration when designing and running a biomass power plant. The purpose of this thesis is to clarify the problems due to the combustion of biofuels and their reasons and develop a tool for estimating problems caused by combustion of biofuel mixture. The estimation is based on properties of biofuel mixture. The effects of the circumstances prevailing in the boiler during the combustion are not studied in this thesis. When the properties - calculated and fundamental to the arise of problems - of the biofuel mixture and its ash are known they are compared to the limiting values that have been collected in the thesis. If the calculated value is higher than the limiting value it is probable that problems occur in the boiler. The most significant problems in fludized bed combustion are heat surface fouling, corrosion and fluid bed sintering and agglomeration. The limiting values are based both on experiments and empirical knowledge. When defining the limiting values their applicability to the power plant under the study has been taken into consideration because the type and size of the biomass power plant affect the limiting values. The tool supports the product development process of a medium size biomass power plant where the combustion takes place in a bubbling fluidized bed boiler. The tool is used in product development to find the optimal fuel mixture, in risk management and in concept development. The tool is also used to support sales and marketing of a finished product.