Biomassojen tuhkakomponenttien käyttäytyminen ja vuorovaikutus leijupetikattiloissa

Abstract

Ilmastonmuutoksen myötä fossiilisille energianlähteille pyritään löytämään korvaajia. Uusiutuvista energianlähteistä biomassat ovat ainoa hiilipohjainen vaihtoehto. Niitä voidaan polttaa muun muassa leijupetikattiloissa. Biomassojen polttamiseen liittyy kuitenkin useita niiden tuhkista johtuvia ongelmia, joita ovat likaantuminen, kuonaantuminen, sintrautuminen ja korroosio. Ongelmat voivat aiheuttaa voimalaitoksissa hyötysuhteen heikkenemistä, odottamattomia laitosten alasajoja sekä ylimääräisiä seisakkeja.

Työssä selvitettiin miten erilaiset biomassat eroavat toisistaan tuhkapitoisuuden sekä tuhkien komponenttien perusteella, millä tavoin erilaiset tuhkakomponentit käyttäytyvät ja vuorovaikuttavat keskenään, minkälaisia ongelmia tuhkat mahdollisesti aiheuttavat leijupedeissä sekä kuinka erilaiset biomassat soveltuvat leijupetipolttoon niiden tuhkapitoisuuden sekä tuhkien koostumuksen perusteella. Tutkimuskysymyksiin vastattiin vertaisarvioidun tutkimuskirjallisuuden perusteella. Tämän lisäksi biomassojen vertailussa käytettiin kirjallisuudesta löytyviä laskennallisia indeksejä, joita sovellettiin valittuihin biomassoihin.

Kuoren, hakkuutähteiden, pienpuun ja maissin olkien tuhkapitoisuudet vaihtelivat 1–6 % välillä. Elementaariselta koostumukseltaan biomassat olivat hyvin samanlaisia lukuun ottamatta maissin olkia, jotka sisälsivät enemmän klooria ja vähemmän hiiltä kuin muut polttoaineet. Eri biomassojen tuhkien pääoksidien pitoisuudet olivat erilaiset. Kuoren tuhka sisälsi huomattavasti enemmän kalkkia kuin muut biomassat. Tämä lisää kattilan likaantumista. Maissin oljet sisälsivät eniten kaliumoksidia, jonka reaktiotuotteet ovat herkkiä kondensoitumaan eri pinnoille. Hakkuutähteet sisälsivät eniten natriumia, jonka yhdisteet käyttäytyvät hyvin samanlaisesti kuin kaliumyhdisteet.

Palamisen seurauksena vapautuvat tuhkakomponentit vuorovaikuttavat ja reagoivat keskenään synnyttäen kiinteitä ja kaasumaisia tuhkia, jotka aiheuttavat kuonaantumista, likaantumista, sintrautumista sekä korroosiota kattiloissa. Erityisesti herkästi sulavat alkalimetalleista koostuvat tuhkat aiheuttavat kuonaantumista ja likaantumista sekä pedin agglomeraatio-ongelmia. Kloorikaasu aiheuttaa korroosio-ongelmia kattiloissa.

Maissin oljet ovat vaikea polttoaine käyttää, sillä ne sisältävät tyypillisesti enemmän tuhkia kuin muut vertaillut polttoaineet. Laskennallisten indeksien mukaan maissin oljet aiheuttivat myös eniten kuonaantumista, petihiukkasten agglomeraatiota sekä korroosiota verrattuna muihin vertailuihin polttoaineisiin. Ne aiheuttavat myös huomattavan määrän likaantumista, joskin kuoren tuhkan korkea kalkkipitoisuus teki sen, että kuori aiheutti vertailluista polttoaineista eniten likaantumista.