Fotofragmentaatioon perustuva kaliumkloridin ja kaliumhydroksidin pitoisuuksien määritys palokaasussa
Rossi, Jussi (2017)
Rossi, Jussi
2017
Teknis-luonnontieteellinen
Teknis-luonnontieteellinen tiedekunta - Faculty of Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2017-05-03
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201704201309
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201704201309
Tiivistelmä
Ilmaston lämpenemisen ja ympäristöpoliittisten päätösten johdosta biopolttoaineiden suhteellinen osuus polttoprosessissa käytetyissä polttoaineissa kasvaa kovaa vauhtia. Näiden käyttäminen polttoaineena esimerkiksi hiilen, öljyn ja maakaasun sijaan ei kuitenkaan ole täysin ongelmatonta. Biomassasta vapautuu sen palaessa huomattavia määriä kaasumaisia alkaliyhdisteitä, joiden on todettu härmistyvän polttokattilan tulistinputkien metallipinnoille heikentäen lämmön siirtymistä, ja aiheuttavan metallipintojen syöpymistä. Nämä puolestaan huonontavat lämmöntalteenoton hyötysuhdetta ja lyhentävät voimalan käyttöaikaa. Alkaliyhdisteiden pitoisuuksia voidaan pienentää ruiskuttamalla palotilaan lisäaineita, jolloin aineen vaikutusta alkaliyhdisteiden muodostumiseen tulee pystyä mittaamaan reaaliajassa. Tässä diplomityössä esitellään Tampereen teknillisen yliopiston Fotoniikan laboratoriossa tähän tarkoitukseen suunniteltu atomisen kaliumin, kaliumkloridin ja kaliumhydroksidin yhtäaikaiseen optiseen mittaamiseen soveltuva menetelmä. Menetelmään perustuva mittauslaite rakennettiin osana FUSEC-projektia (eng. FUture fuels for Sustainable Energy Sources), jonka tarkoituksena on löytää lämpövoimalakäyttöön sopivia biopolttoaineita ja kehitellä polttoprosessin optimoinnissa tarvittavia mittalaitteita ja menetelmiä.
Mittausmenetelmä perustuu kolmen eri lasersäteen ohjaamiseen samalle optiselle reitille. Palamisprosessissa vapautuva atominen kalium havaitaan tarkasti kaliumin absorptioon säädetyn jatkuvatoimisen koetinlaserin intensiteetin perustason vaimenemasta. Kaliumyhdisteet puolestaan havaitaan niiden dissosiointiin käytettyjen fragmentaatiolaserien pulssien vapauttamien kaliumatomien aiheuttamista koetinsäteen hetkellisistä vaimenemista. Tällöin koetinlaserin intensiteetin suhteellisten vaimenemien avulla voidaan määrittää palamisreaktiossa vapautuvien kaliumin yhdisteiden pitoisuudet. Mittauksissa poltettiin paahdettua puuta, poppelia, kuusen kaarnaa, olkea, kaislaa ja eri mustalipeänäytteitä. Mitattuja pitoisuuksia vertailtiin kirjallisuudessa aikaisemmin raportoituihin arvoihin.
Mittausmenetelmä perustuu kolmen eri lasersäteen ohjaamiseen samalle optiselle reitille. Palamisprosessissa vapautuva atominen kalium havaitaan tarkasti kaliumin absorptioon säädetyn jatkuvatoimisen koetinlaserin intensiteetin perustason vaimenemasta. Kaliumyhdisteet puolestaan havaitaan niiden dissosiointiin käytettyjen fragmentaatiolaserien pulssien vapauttamien kaliumatomien aiheuttamista koetinsäteen hetkellisistä vaimenemista. Tällöin koetinlaserin intensiteetin suhteellisten vaimenemien avulla voidaan määrittää palamisreaktiossa vapautuvien kaliumin yhdisteiden pitoisuudet. Mittauksissa poltettiin paahdettua puuta, poppelia, kuusen kaarnaa, olkea, kaislaa ja eri mustalipeänäytteitä. Mitattuja pitoisuuksia vertailtiin kirjallisuudessa aikaisemmin raportoituihin arvoihin.