Maakaasun kuumailmapolton teoria ja koelaitteiston suunnittelu

Tässä diplomityössä on tarkasteltu maakaasun kuumailmapolton teoriaa ja suunniteltu koelaitteisto. Työn alkuosassa on käsitelty maakaasun ominaisuuksia kuumailmapolton polttoaineena. Lisäksi on vertailtu kuumailmapolttoa perinteiseen polttoon. Teoreettinen tarkastelu on painottunut kuumailmapolton toiminnallisiin vaatimuksiin, joiden perusteella koelaitteisto on suunniteltu. Uuden koelaitteiston lähtökohtana on ollut Lappeenrannan teknillisen yliopiston voimalaitostekniikan laboratorion polttolaitteisto, johon on suunniteltu ja rakennettu kuumailmapolton edellyttämät muutokset. Koelaitteistolla tehtäviä maakaasun kuumailmapolttokokeita varten on laadittu koesuunnitelma, mutta koepolttoja ei tämän diplomityön puitteissa ole tehty. Laitteiston toiminta-arvoja on tarkasteltu esimerkkilaskulla, jossa käsitellään tyypillistä maakaasun kuumailmapolton koetilannetta.

Kuplivan leijukerroksen poltto- ja lämpötekninen tarkastelu

Työn tavoitteena oli luoda menetelmä leijukerroskattilan petin lämpötilojen ja toiminta-alueen arvioimiseksi annetuilla lähtötiedoilla. Toimintatapana oli tutkia polttoaineen ominaisuuksien ja kattilan geometrian vaikutuksia petin energiataseeseen ja tätä kautta petin lämpötilaan kattilan ajotapa huomioiden. Työn teoriaosassa esitellään aluksi biopolttoaineiden ominaisuuksia ja leijukerroskattilan toimintaa petin toimintaympäristön selvittämiseksi. Teoriaosan lopussa käsitellään perusteellisesti petin hydrodynamiikkaa ja reaktiokinettikkaa sekä petin alueen mekaanista mitoitusta. Lisäksi polttoaineen syöttötapa ja palaminen petissä tuodaan esille. Tutkimusosassa selvitetään petin energiatasemallin määrittämistä teoriaan ja diplomityön aikana eri kattiloilla suoritettuihin mittauksiin perustuen. Mittauksista on erillinen selvitys seitsemännessä kappaleessa. Lopuksi kuvaillaan petin energiatasetta mallintavan menetelmän toimintaa sekä siihen syötettäviä lähtötietoja. Tuloksena on saatu suppealla alueella toimiva laajennettavissa oleva petin energiataseen malli. Menetelmän testaamiseen käytetään mittaustietoa kahdelta kattilalta, joita ei olla käytetty petin energiatasemallin virityksessä.

Puuhakkeen käsittely- ja poltto-ominaisuuksien parantaminen

Nykyaikana yhteiskunta tavoittelee uusiutuvaa ja ympäristöä säästävää energiantuotantoa. Biopolttoaineiden käyttö vähentää fossiilisten polttoaineiden osuutta energiantuotannossa. Jotta biopolttoaineilla voidaan korvata fossiilisia polttoaineita, biopolttoaineita täytyy jalostaa. Tämän diplomityön tarkoituksena on selvittää puuhakkeen jalostuksen merkitystä hakkeen käytölle ja kannattavuudelle. Hakkeen kuivaamisella ja seulonnalla voidaan parantaa hakkeen käsittely- ja poltto-ominaisuuksia. Kosteuden ja tasalaatuisuuden merkitys suurenee, kun haketta käytetään pienissä kattiloissa. Pienissä kattiloissa lämmöntuotannon hyötysuhde pienenee merkittävästi kosteuden suurentuessa. Tällöin polttoaineen kulutus ja energiantuotantokustannukset suurenevat. Suuremmissa kattiloissa hyvälaatuisella hakkeella on mahdollista korvata kalliimpia vara- ja huippukuormapolttoaineita, kuten öljyä. Tällöin fossiilisten polttoaineiden osuus pienenee. Lisäksi kuivaaminen ja seulominen ovat edullisia jalostusprosesseja esimerkiksi pelletin tuotantoon verrattuna.

Yhdyskuntalietteen ja biopolttoaineiden käsittelyketjujen ja polton teknistaloudellinen tarkastelu

Työn tavoitteena on kartoittaa yhdyskuntalietteen ja kierrätys- sekä biopolttoaineiden käsittelyä ja polttoa lietteenpolttolaitoksen tarpeita ajatellen. Lietteen käsittelyketjun ja kierrätys- sekä biopolttoaineketjujen tekninen tarkastelu on siis työn keskeinen tavoite. Lisäksi lasketaan polttolaitoksen suurimpia mahdollisia investointikustannuksia eri polttoainevaihtoehdoilla. Työssä tehdään muun ohella case-tarkastelua Kaakkois- Suomen alueeseen liittyen. Tavoitteena on muodostaa tarkoitukseen soveltuva polttoaineratkaisu kullekin tapauk-selle. Työn alkuosassa tutustutaan yleisesti lietteeseen sekä polttoaineen että jätteen roolissa. Tarkastelu sisältää tietoja lietteen ominaisuuksista sekä lietteenkäsittelyssä olennaisista lainsäädännöllisistä seikoista. Samoin katsastetaan hieman lietteen esikäsittelyä, mekaanista vedenerotusta, termistä kuivausta ja polttoa tarkastellaan yleisessä valossa. Lisäksi alkuosassa keskitytään eri bio- jakierrätyspolttoainevaihtoehtoihin tarkastelemalla niiden yleisyyttä polttoaineena sekä esittelemällä niiden käsittelyketjuja. Työn loppupuoliskolla kiinnitetään huomiota case tapausten avulla polttolaitoksesta saataviin tuottoihin sekä millaisen liikkumavaran eri polttoainevaihtoehdot investointien osalta sallivat. Case-tapauksissa pohditaan Kymenlaakson ja Etelä-Karjalan paikallisia lietteen-polttomahdollisuuksia yhdistettynä kierrätys- tai biopolttoaineisiin. Mekaanisesti kuivattua lietettä käsitellään kyseisissä tapauksissa vuosittain 6000 t ja 15 000 t. Lietteen polton tuottama sähkö- ja lämpöteho näyttävät riippuvan voimakkaasti lietteen kuiva-ainepitoisuudesta, eivät niinkään lietteen muista ominaisuuksista. Lisäksi joko bio- tai kierrätyspolttoaineella saadaan sähkön- ja lämmöntuotantoa nostettua huomattavasti.

Combustibility of Paper Mill Rejects

Tämän työn tarkoituksena oli selvittää mekaanisen massan valmistuksen käsittävän paperitehtaan rejektija jätevirtojen poltettavuutta, jos paperitehtaan vesikiertojen sulkemisastetta lisätään. Jotta prosessin tilannetta sulkemisen jälkeen saatiin arvioitua, Anjalan paperitehtaan nykypäivän PK3:n prosessia tutkittiin kuorimolta jätevesilaitokselle. Kirjallisuusosassa käsiteltiin rejekti- ja jätevirtojen alkuperää mekaanista massaa käyttävässä paperitehtaassa. Myös tämän päivän jätevedenkäsittelyprosessit sekä sulkemisessa mahdolliset prosessiveden puhdistustekniikat esiteltiin lyhyesti. Lisäksikäytiin läpi nykypäivänä metsäteollisuudessa käytössä olevat polttotekniikat sekä polttoaineiden karakterisointi kattilan käytettävyyden ja päästöjen kannalta. Anjalan PK3:lla käytetään sekä peroksidi- että ditioniittivalkaistua tai pelkästään ditioniittivalkaistua hioketta riippuen tuotannossa olevasta lajista. PK3-prosessissa syntyneet jätevesi-, liete- ja muut jätevirrat selvitettiin molemmissa valkaisuolosuhteissa. Prosessin eniten liuennutta orgaanista ainesta sisältävät jätevesijakeet, 3-hiomon kuumankierron ja kirkassuodoksen ulosajot sekä kuoripuristimen suodos, valittiin puhdistettaviksi virroiksi prosessin sulkemista arvioitaessa. Kun peroksidivalkaisua käytettiin 3-hiomolla, TOC-kuorma jokeen oli 30 % suurempi kuin pelkällä ditioniittivalkaisulla. Jos prosessin sulkemisastetta lisättäisiin, TOC-kuorma olisi 30 %pienempi kuin tänäpäivänä peroksidivalkaisua käytettäessä (80 % puhdistustehokkuudella). Prosessin sulkemisastetta lisättäessä biolietettä muodostuisi n. 30 % vähemmän verrattuna nykytilanteeseen, sillä mikrobien ravintona käyttämää orgaanista ainesta päätyisi vähemmän jäteveteen. 3-hiomon peroksidivalkaisun vaikutus kattilan käytettävyyteen ja päästöihin oli pieni, sillä biolietteen osuus polttoaineen syötöstä oli vain 4 %. Vain osa biolietteestä muodostui 3-hiomolta peräisin olevaa orgaanista ainesta poistettaessa. Jos nykyisen pääpolttoaineen, PDF:n,osuuden jättää huomioimatta, SO2- ja NOx-päästöt sekä leijupedin sintrautuvuus ovat hiukan suuremmat käytettäessä peroksidivalkaisua 3-hiomolla kuin pelkästään ditioniittivalkaisulla. Jos kuoripuristimen ja hiomon suodosten puhdistuksen konsentraatit johdetaan poltettaviksi BFB-tyyppiseen kattilaan, leijupedin sintrautuminen tulisi olemaan suurin ongelma. Myös raskasmetalli-, SO2- ja NOx-päästöt lisääntyisivät merkittävästi verrattuna nykyiseen tilanteeseen. Sen sijaan kattilan korroosioriski tuskin lisääntyisi. Lisäksi konsentraattien kosteuspitoisuus olisi korkea, mikä tekisi poltosta kannattamatonta veden haihdutuksen vaatiessa paljon energiaa. Yksityiskohtaisempaa tutkimusta tarvitaan vielä prosessin sulkemisen vaikutuksista päästöihin ja kattilan käytettävyyteen. Myös muita konsentraattien hävittämismahdollisuuksia tulisi tutkia lisää.

Seospellettien pienpoltto

This work is a part of Vapos research over mixed pellets. In this work combustion of ten different mixed pellets are examined. This is done by two kinds of tests, burning tests and ash melting tests. First there is a short review how different bio fuels burn and what kind of problems they cause. After this burning characteristics and flue gas calculation methods are acquainted. In test part burning tests and ash melting tests and their results are reported. Lastly conclusions and considerations over further study are done.

Metsäteollisuuden jätevedenpuhdistamon lietteiden vaihtoehtoiset käsittelymenetelmät.

Työ on tehty osana ympäristöklusterin tutkimusohjelmaa "Materiaalivirrat ja energiankäyttö metsäteollisuusintegraatissa ja niihin liittyvät toimintastrategiat ympäristövaikutuslähtöisesti". Juha Räsänen on tehnyt metsäteollisuuden sivuainevirroista projektissa perusselvityksen, joka on tämän työn pohjana. Työn tavoitteena on ollut selvittää neljän itäsuomalaisen metsäteollisuusintegraatin tapauksissa vaihtoehtoisten lietteenkäsittelymenetelmien tekninen ja taloudellinen soveltuvuus nykyiseen käsittelyyn verrattuna. Tutkimuksessa hyödynnettiin aikaisempia tutkimustuloksia ja eri laitevalmistajien ja metsäteollisuusintegraattien kokemuksia. Työssä esitettäviä arvioita voidaan hyödyntää myös sektoritasolla. Metsäteollisuuden jätevedenpuhdistamon lietteistä käsiteltävyyden kannalta vaativin on bioliete, jonka osuuden kasvaessa perinteinen mekaaninen puristaminen ja poltto vaikeutuvat useilla tehtailla merkittävästikin nykyään ja lähivuosina. Polton ongelmat ja niistä aiheutuva ajoittainen aumakompostointitarve voivat puoltaa joko sekalietteen termistä tai biotermistä kuivausta ennen polttamista. Toinen tapa ratkaista lieteongelma on käsitellä bio- ja primäärilietteet erikseen. Biolietteen lipeälinjakäsittelyssä liete lingotaan, käsitellään mustalipeällä, haihdutetaan ja poltetaan soodakattilassa. Bioliete voidaan myös mädättää ja käsitellä sen jälkeen perinteisessä mekaanisessa puristuksessa. Kaikki käsitellyt menetelmät ovat teknisesti toteutettavissa, kunhan tietyt prosessireunaehdot täyttyvät. Vaihtoehtoiset käsittelymenetelmät vähentävät lietteen jäteluonnetta, mutta vastaavasti kustannukset lisääntyvät usein merkittävästi. Menetelmien käytöstä aiheutuvat integraatin puhdistamolietteen käsittelyn kokonaiskustannukset laskettiin työn osana olevalla taulukkolaskentasovelluksella laitetoimittajien budjettitarjouksia hyödyntäen. Biolietteen poltto soodakattilassa tarjoaa kustannusten kannalta houkuttelevimman ratkaisun. Työhön sisältyvää laskentamenettelyä voidaan soveltaa periaatteessa minkä tahansa metsäteollisuusintegraatin tapaukseen.

Pienten biopolttolaitosten modulointi

Biopolttoaineiden käyttö energiantuotannossa lisääntyy ja syrjäyttää samalla fossiilisia polttoaineita. Etenkin puupohjaisten polttoaineiden käyttö pienenergiantuotannossa on lisääntynyt nopeasti. Tätä kehitystä puoltavat tiukentuneet päästörajat ja yleinen mielipide fossiilisia polttoaineita vastaan sekä biopolttoaineiden verottomuus. Tästä johtuen biopolttoainetta käyttävien laitosten kysyntä kasvaa jatkuvasti. Kysynnän kasvaessa biopolttolaitosten valmistajien on pystyttävä nopeaan, tehokkaaseen ja laadukkaaseen toimintaan, sekä täyttämään asiakkaan tarpeet pystyäkseen vastaamaan alan kasvavaan kilpailuun. Tässä diplomityössä kehitetään standardoitua moduulirakennetta Sermet BioGrate ja BioGrate compact kattilalaitoksille. Moduloinnin tarkoituksena on helpottaa laitoskonseptin kokoonpanon suunnittelua, tarjousten ja tarjouslaskelmien tekemistä sekä yhtenäistää toimintatapoja, mikä vähentää työmäärää ja nopeuttaa toimituksia.

Kiinteäkerroskaasuttimen toiminnan teoreettinen tarkastelu ja puupellettien kaasutuskokeet myötävirtareaktorilla

Tämä työ on osa tutkimusprojektia, jonka tarkoituksena on kehittää uudentyyppinen kaasutustekniikkaan perustuva kiinteistöjen lämmitysjärjestelmä. Työ on tehty osaksi kirjallisuustutkimuksena käyttämällä hyödyksi alalla tehtyjä tutkimuksia ja kirjallisuutta. Kirjallisuustutkimuksen tavoitteena oli luoda yhtenäinen tietopaketti lämmitysjärjestelmän kehityksen tueksi. Työn kokeellisen osion tavoitteena oli tutkia lämmitysjärjestelmän kaasuttimen prototyypin toimintaa ja selvittää sen käyttöön liittyviä ongelmia. Kirjallisuusosiossa käsitellään kaasutuksen vaiheita: alkulämpeneminen ja kuivuminen, syttyminen, pyrolyysi sekä jäännöshiilen palaminen ja kaasutus. Varsinkin pyrolyysiprosessin tunteminen on merkittävää, kun halutaan parantaa biomassan poltto- ja kaasutusprosessien suunnittelua. Lisäksi kirjallisuusosiossa käsitellään kaasutuksessa syntyvän tuotekaasun ominaisuuksia: koostumus, lämpöarvo, tiheys ja palamisominaisuudet. Tuotekaasun ominaisuudet vaihtelevat suuresti kaasutusprosessista ja -olosuhteista sekä polttoaineesta riippuen. Tuotekaasun kohdalta käsitellään myös sen käyttökohteita. Perinteisesti kaasutuksen tuotekaasua käytetään lämmöntuotantoon, mutta tulevaisuuden haasteena on tuotekaasun käyttö kaasuturbiineissa sähköntuotantoon. Tuotekaasun käyttöä laajemmin rajoittaa sen sisältämät epäpuhtaudet. Tämän vuoksi kirjallisuusosiossa käsitellään myös tuotekaasun puhdistusmenetelmiä ja sen poltossa syntyvien päästöjen vähentämiskeinoja. Kokeellisessa osiossa suoritettiin puupellettien kaasutuskokeita TTKK:n Energia- ja prosessitekniikan laitoksen raskaaseen laboratorioon rakennetulla kaasutusreaktorilla. Kaasutuskokeiden avulla löydettiin kaasutusreaktorin toiminnan ongelmakohdat ja pystyttiin aloittamaan lämmitysjärjestelmän jatkokehitys.

Puupellettien tuotanto-, jakelu- ja käyttöketjun tekniikka, talous ja markkinat

Puupelletti on puumurskeesta puristamalla valmistettu polttoainejaloste, jonka raaka- aineita ovat mekaanisen metsäteollisuuden sivutuotteet kutterinlastu ja sahanpuru. Sylinterin muotoiset pelletit ovat yleensä halkaisijaltaan 6-10 mm ja pituudeltaan 10 - 30 mm. Tässä diplomityössä tarkastellaan pellettiketjua valmistuksesta loppukäyttöön. Työ sisältää valmistuksen, kuljetuksen ja käytön niin tekniset puolet, kuin taloudelliset näkökohdatkin. Myös muiden maiden pellettimarkkinoiden tilanne tuodaan esille. Työn lopussa kuvataan muutama case-esimerkki onnistuneista pellettiketjuista. Suomessa puupellettimarkkinoiden kehitys alkoi 1998 Vöyrissä auenneen pellettitehtaan myötä. Pellettien tuotanto ja kulutus ovat sen jälkeen kasvaneet nopeasti ja nyt vuonna 2001 pellettien tuotantokapasiteetti on 150 000 t/a. Pellettimarkkinoiden nopea kehitys Suomessa perustuu öljyn korkeaan hintaan, käytön helppouteen ja ympäristöystävällisyyteen. Käyttölaitteistojen yleistyessä ja jakelun tehostuessa pellettiliiketoiminta tulee vahvistamaan asemaansa entisestään Suomessa

Jätteenpolttolaitoksen kunnossapidon erityispiirteet

Työn tavoitteena oli selvittää arinatekniikkaan perustuvan jätteenpolttolaitoksen kunnossapidon erityispiirteet. Laajemmassa mittakaavassa tapahtuva jätteenpoltto on suomessa uusi asia. Työn alussa tarkastellaan jätteenpolttovaihtoehdon perusteluita sekä yhdyskuntajätteen poltto-ominaisuuksia ja polttotekniikkaa. Jätteenpolttolaitoksen kunnossapidon erityispiirteet ja normaalia suurempi kunnossapitotarve ovat seurausta jätteenpoltossa käytettävän polttotekniikan ja laitoksen käyttötavan eroista sekä jätteiden perinteisiä polttoaineita epämääräisemmästä koostumuksesta. Tässä työssä tehtävä tarkastelu rajattiin koskemaan vain polttoaineen ja poltosta vapautuvien savukaasujen kanssa kosketuksissa olevia laitoksen osia, eli käytännössä kattilaa ja savukaasunpuhdistuslaitteistoa. Työn aikana tehtiin vierailut kahdelle eri jätteenpolttolaitokselle, joista saatujen käyttökokemustietojen pohjalta muodostettiin käsitys laitoksen kunnossapidollisesti tärkeimmistä kohteista. Näiden kohteiden kunnossapitoa sekä vikaantumismekanismeja tarkasteltiin yksityiskohtaisemmin. Jätteenpolttolaitoksen kunnossapitokustannuksista ei voitu muodostaa tämän tarkastelun pohjalta riittävän luotettavaa kuvaa. Arinatekniikkaan perustuvan jätteenpolttolaitoksen kunnossapidollisesti merkittävimmät kohteet ovat arina, muuraukset ja tulistimet. Merkittävin vikaantumiskohde laitoksen ikääntyessä ovat lämpöpintojen putkistot. Putkistojen tarkastukset ja seinämäpaksuuksien mittaukset on suoritettava vuosittain huolellisesti johtuen kattilassa vallitsevista korroosiolle erittäin otollisista olosuhteista. Korkeaseosteisten pinnoitusten sekä käynninaikaisten kattilanpuhdistusmenetelmien käyttöä tulee harkita tarkoin. Arinalla tapahtuvan palamisen hallinta ja kattilan tarkennettu virtaustekninen mitoitus nähdään yhtenä merkittävimpänä keinona hallita kattilakorroosiota ja täten myös kunnossapitotarvetta. Jätteenpolttolaitoksen suunnittelussa kunnossapitotöiden suorittamisen helppouteen sekä työskentelyhygieniaan tulisi kiinnittää erityishuomio niissä laitoksen osissa kuin se suinkin on mahdollista ja taloudellisesti järkevää. Yhdyskuntajätteen vaihteleva lämpöarvo on polttotapahtuman kannalta vaikeimmin hallittava jätteen ominaisuus. Arinatekniikassa poltettavan jätteen laatuun voidaan vaikuttaa erityisesti bunkkerissa tapahtuvalla jätteen sekoituksella sekä syntypistelajittelua tehostamalla.

Puunpolton mahdollisuudet Suomenojan voimalaitoksella

Puuenergian käyttö on viime vuosina lisääntynyt kaukolämmön tuotannossa sekä yhdistetyssä sähkön ja lämmön tuotannossa. Puun kilpailukykyä polttoaineena ovat lisänneet polttotekniikan ja korjuutekniikoiden kehittyminen. Puun energiakäyttöä on edistänyt myös valtiovalta tukien ja veroratkaisuiden avulla, koska fossiilisten polttoaineiden korvaaminen puupolttoaineilla tukee Suomen ilmastopoliittisia tavoitteita. Tämän työn tavoitteena oli selvittää puupolttoaineiden käytön mahdollisuudet Espoon Sähkön Suomenojan voimalaitoksella. Nykyiset Suomenojan pääpolttoaineet ovat kivihiili ja maakaasu. Suomenojalle toimitetut puupolttoaineet koostuisivat sahoilta saatavista sivutuotteista, metsätähdehakkeesta ja kierrätyspuusta. Puupolttoaineiden taloudellinen saatavuus vaihtelee alueittain huomattavasti. Espoo ei tässä suhteessa ole sijainniltaan edullinen. Saatujen polttoainetarjousten perusteella puunpolton kustannukset nousevat kivihiilen kustannuksia korkeammiksi kuljetusetäisyyksistä johtuen, kun puunpoltto on yli 300 GWh/a. Tämä vastaisi 10 prosenttia Espoon Sähkön vuoden 2000 kokonaispolttoainekäytöstä ja 8 prosenttia arvioidusta polttoaineiden käytöstä vuodelle 2010. Puuta voidaan polttaa leijukerrostekniikkaan perustuvissa kattiloissa, arinakattiloissa, pölypolttona tai kaasuttamalla ja johtamalla tuotekaasu poltettavaksi. Puun ravinneaineista kloori voi aiheuttaa kuumakorroosiota höyrykattiloiden tulistimissa. Tätä pyritään estämään seospoltolla rikkipitoisten polttoaineiden, kuten turpeen tai kivihiilen kanssa. Seospoltto muiden polttoaineiden kanssa parantaa myös puun palamistulosta. Puupolttoaineiden kosteus voi olla jopa 60 prosenttia. Tässä työssä tutkittiin puun energiakäytölle pääasiassa kuutta eri ratkaisua. Ne olivat: kaasuttimen rakentaminen ja tuotekaasun poltto nykyisessä hiilipölykattilassa, hiilipölykattilan muuttaminen leijukerrospolttoon, uuden vastapainevoimalaitoksen rakentaminen, Suomenojalla olevan hiilivesikattilan muuttaminen puupolttoaineille, kivihiilen ja puun yhteispoltto hiilipölykattilassa puu/hiilipölypolttimilla sekä leijukerroskattilan rakentaminen ja sen yhdistäminen olemassa olevaan höyryturbiiniin. Taloudellisesti kannattaviksi ratkaisuiksi osoittautui kaksi viimeksi mainittua. Jos voimalaitostonttia halutaan säästää myöhempää maakaasuvoimalaitoshanketta varten, nousee puun ja kivihiilen yhteispoltto puu/hiilipölypolttimilla oleellisesti paremmaksi vaih-toehdoksi. Tämän vaihtoehdon korollinen takaisinmaksuaika on 7-11 vuotta, riippuen puunpolton laajuudesta. Kannattavuudelle on hyvin tärkeää puulla tuotetun sähkön tuki. Yhteispolton ansiosta hiilipölykattilan rikkidioksidi- ja hiilidioksidipäästöt sekä mahdollisesti myös typenoksidipäästöt vähenisivät. Puunpoltto lisää savukaasuvirtaa, nostaa savukaasun loppulämpötilaa ja mahdollisesti laskee hyötysuhdetta. Laitoksen rekkaliikenne lisääntyy. Kaikki esitetyt ratkaisuvaihtoehdot vähentäisivät hiilidioksidipäästöjä. Puunpolttoratkaisuilla ei kuitenkaan pystytä vähentämään Espoon Sähkön energiantuotannon hiilidioksidipäästöjä alle vuoden 1990 tason, mutta hiilidioksidin ominaispäästöissä edellä mainitun tason alle päästäisiin.

Metsäteollisuuden jävedenpuhdistamon lietteiden ulkoistaminen

Työ on osa ympäristöklusterin tutkimusohjelmaa Materiaalivirrat ja energiankäyttö metsäteollisuusintegraatissa ja niihin liittyvät toimintastrategiat ympäristövaikutuslähtöisesti. Työn tavoitteena on selvittää yhteistyössä neljän Itä- ja Kaakkois-Suomessa sijaitsevan metsäteollisuusintegraatin kanssa metsäteollisuuden jätevedenpuhdistamon lietteen nykyisen käsittelyn ongelmia sekä kustannusvaikutuksia ja tutkia miten lietteen käsittelyn ulkoistamisella, eli tehdasintegraatin ulkopuolisella käsittelyllä, voidaan parantaa lietteen soveltuvuutta hyötykäyttöön. Työ toimii tutkimusohjelmassa jatkotutkimuksena aiemmin tehdylle perustutkimukselle. Lietettä syntyy tutkimuksessa mukana olevilla tehtailla noin 235 000 märkätonnia vuodessa. Merkittävimpänä ongelmana lietteen käsittelyssä on lietteen suuri kosteuspitoisuus lietteen mekaanisen käsittelyn jälkeen. Lietteen tehollinen lämpöarvo käyttötilassa on 1,4...5 MJ/kg. Lietteen poltolla ei ole käytännön merkitystä tehdasintegraattien energian tuotannossa. Kokonaiskustannukset lietteen käsittelystä ovat tehdasintegraateissa 4...58 mk/märkätonni. Vuosikustannuksena lietteen käsittelystä aiheutuva kustannus on 0,14...2,6 miljoonaa markkaa vuodessa. Lietteen käsittelyn ulkoistaminen on selvä tulevaisuuden suuntaus metsäteollisuuden lietteiden käsittelyssä. Ulkoiseen lietteen käsittelyyn soveltuvimmat käsittelymenetelmät ovat biokuivaus, mädätys ja kompostirakeen muodostukseen perustuva menetelmä. Todennäköisin käyttökohde ulkoistetun käsittelyn tuloksena syntyneelle tuotteelle on lietteen poltto metsäteollisuuden suurien lietemäärien vuoksi. Suurimpana etuna tehdasintegraatille lietteen käsittelyn ulkoistamisesta on parempi ydinosaamiseen keskittyminen. Palvelu-urakoinnissa, joissa ulkoinen urakoitsija vastaa laitosinvestoinnista ja käytöstä, lietteen käsittelymaksu on 100...300 mk/t, lietteen ominaisuuksista, käsittelytavasta ja määrästä riippuen.

Polttoainekoostumuksen vaikutus lentotuhkan laatuun ja hyötykäyttömahdollisuuksiin UPM-Kymmene Oyj:n Kaukaan tehtailla

Tavoitteena tässä diplomityössä oli selvittää UPM-Kymmene Oyj:n Kaukaan tehtaiden lentotuhkan hyötykäyttömahdollisuuksia. Tarkastelussa olivat mukana metsälannoite-, maarakennus- sekä sementtiteollisuuskäytöt. Ensin työssä tarkasteltiin näitä vaihtoehtoja kirjallisuuden perusteella. Tämän jälkeen pohdittiin Kaukaan lentotuhkasta tehtyjen analyysien perusteella, mihin käyttökohteisiin lentotuhka soveltuu tällä hetkellä, sekä tulevaisuudessa uuden biopolttoainekattilan myötä. Lentotuhkan hyötykäyttöä lannoitteena ja maarakentamisessa säätelee lainsäädäntö. Lannoitteille on asetuksessa säädetty tietyille haitta-aineille enimmäispitoisuudet, jotka tuhkan tulee alittaa, jotta sitä voitaisiin hyödyntää. Maarakennuskäytölle on asetuksessa määritelty raja-arvot, jotka alitettaessa voidaan tuhkaa hyödyntää rakenteissa ilmoitusmenettelyllä. Tämä menettely helpottaa rakennusprojekteja huomattavan paljon, sillä tällöin ympäristölupaa ei tarvitse hakea jokaiselle projektille erikseen. Maarakennuskäyttö on mahdollista, vaikkei raja-arvoja alitettaisikaan, mutta tällöin ympäristöluvan hakeminen hankaloittaa projektien etenemistä ja aiheuttaa kustannuksia. Tuhkan on lisäksi oltava ominaisuuksiltaan riittävän hyvää, jotta hyötykäyttö olisi mahdollista. Kaukaan tuhkasta tehtyjen analyysien perusteella huomattiin, että se sopii hyvin metsälannoitteeksi ja todennäköisesti myös sementtiteollisuuskäyttöön. Maarakennuskäytön osalta tulokset osoittivat tuhkan olevan juuri rajoilla ilmoitusmenettelyn hyödyntämisen suhteen. Maarakennuskäytöstä tarvitaankin vielä lisäselvityksiä jatkossa. Uudessa polttolaitoksessa poltetaan myös turvetta puuperäisen lisäksi. Kirjallisuuden perusteella voitiin tehdä arvio, mihin suuntaan turve tulee tuhkaa todennäköisesti muuttamaan. Todettiin, että turpeen poltto parantaa todennäköisesti tuhkan laatua sementtiteollisuudessa käytön kannalta. Tuhkan lannoitekäyttöön turpeen poltolla todettiin taas olevan negatiivisia vaikutuksia. Maarakennuskäytön kannalta turpeella saattaa myös olla negatiivisia vaikutuksia. Tuhkaa kannattaisikin käyttää sementtiteollisuudessa silloin kun turvetta on polttoaineessa paljon ja muuhun käyttöön silloin kun turvetta on vähän.

Fouling tendency in biomass-fired boilers

Although it is well known that firing biomass fuels leads to increased deposition buildup on heat transfer surfaces in boiler compared with firing coal, existing empirical knowledge about combustion of different types of biofuels is limited. The aim of this study is to give greater awareness and understanding of the circumstances which are able to decrease considerably deposition build up on heat transfer surfaces when firing different types of biofuels. The crucial part of this thesis is experimental investigation of fouling tendency while firing biomass fuels, such as straw, bark, and peat having different chemical composition. In order to give comprehensive overview of ash deposition phenomena the number of not less important issues such as mechanisms of ash deposition, effect of fouling on heat transfer, and design of boilers subjected to ash buildup were examined as well. The answers obtained in this study may be a step towards a better knowledge of firing biofuels as separately as in mixtures, and may provide solutions for successful combustion technique of biomass fuels.