Savukaasun suodatuksen vaikutus puupohjaisten pellettien voimalaitospolton päästöihin

Abstract

Osalla aerosolihiukkasista on havaittu olevan haittavaikutuksia ympäristöön ja ihmiskuntaan, joten niiden pääsyä ilmakehään on estettävä tai sitä on vähintäänkin rajoitettava. Aerosolihiukkasia muodostuu monissa prosesseissa, joista eräs on voimalaitosten palamisreaktio. Puun puhtaassa palamisessa puusta vapautuu hiilidioksidin lisäksi myös hivenaineita, jotka muodostavat aerosolihiukkasia. Kun aerosolihiukkasten perusominaisuudet tunnetaan, voidaan kehittää keinoja, joilla ne voidaan ottaa talteen ennen ilmakehään pääsyä. Siihen on olemassa erilaisia suodatusmenetelmiä, joista tämän työn kannalta oleelliset ovat letku- ja sähkösuodattaminen. Letkusuodattimien toiminta perustuu niiden mikroskooppiseen rakenteeseen, johon aerosolihiukkaset takertuvat muun kaasun virratessa sen läpi. Sähkösuodattimen perusperiaatteena on varata aerosolihiukkaset sähköisesti, jonka jälkeen ne ajautuvat sähkökentässä maadoituslevylle sähköisen voiman vaikutuksesta muun kaasun virratessa suodattimen läpi.

Työssä käytetty data on Tampereen yliopiston Aerosolifysiikan laitoksen suorittama mittaus puupellettilämpövoimalaitoksesta. Voimalaitoksen toimintatehokkuutta voidaan säädellä riippuen energian kysynnästä. Työn tarkoitus oli laskea kyseisen voimalaitoksen letkusuodattimien suodatustehokkuus annettua dataa hyödyntäen. Tämän lisäksi työssä mallinnettiin yksinkertaistetusti sähkösuodattimen toimintaa ja laskettiin sen suodatustehokkuutta saman datan avulla.

Letkusuodattimien suodatustehokkuuksiksi saatiin yli 99,9 % laitoksen pienimmällä ja suurimmalla toimintatehokkuudella. Sähkösuodattimen mallinnusta tehtiin eripituisille sähkökentille pitäen kentän yli oleva jännite vakiona sekä erisuuruisille jännitteille valitsemalla tietty kentän pituus. Sopivilla parametreilla saavutettiin sähkösuodattimelle 100 %:n suodatustehokkuus samoilla voimalaitoksen toimintatehokkuuksilla, kuin letkusuodattimen laskuissa. Liian lyhyellä sähkökentällä ja liian pienellä jännitteellä sähkösuodattimen tehokkuus jäi huomattavasti letkusuodatinta pienemmäksi. Sähkösuodattimen mallinnuksessa tehdyillä oletuksilla oli selkeä vaikutus saatuihin tuloksiin ja todellisella suodattimella tulokset olisivat olleet todennäköisesti huonompia. Lisäksi suodatusmenetelmien välillä huomattiin eroja muun muassa niiden energiankulutuksessa.