Leijupetikattilan arinan suorituskyvyn tarkastelu diskreetisti skaalautuvalla arinamallilla
Vuorinen, Ilari (2018)
2018
Ympäristö- ja energiatekniikka
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
2018-04-04
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201803201396
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201803201396
Tiivistelmä
Puubiomassoja voidaan hyödyntää polttamalla energiantuotannossa ja niiden käytöllä voidaan korvata fossiilisia polttoaineita. Merkittävin puubiomassojen laatuun vaikuttava muuttuja on polttoaineen kosteus. Leijupetikattila soveltuu tekniikaltaan hyvin erilaatuisten puubiomassojen polttoon. Palaminen leijupetikattilassa tapahtuu inertissä materiaalikerroksessa, jota leijutetaan kerroksen alapuolella olevan arinan kautta tuotavalla leijutuskaasulla. Leijupetikattilan mitoitus lähtee liikkeelle arinan koon mitoittamisesta kattilalaitoksen tilaajan tehontarpeen ja polttoaineiden mukaan. Arinan koko määrittää palamiseen käytössä olevan petipinta-alan sekä leijupetikattilan poikkipinta-alan. Kattilan monen muun osan mitat määräytyvät arinan mittojen perusteella.
Tämän työn tavoitteena on tarkastella, mitkä tekijät vaikuttavat arinan mitoitukseen ja kuinka leijupetikattilan arinan minimi- ja maksimipolttoaineteho vaihtelevat poltettaessa erilaatuisia puubiomassoja. Näitä tietoja hyödynnetään työn mitoitustarkastelussa, jonka tavoite on tutkia, voidaanko mekaaniselta rakenteelta vakioitua arinaa skaalaamalla muodostaa keskisuurilla kattiloilla kohtuullisen kokoinen tuoteportfolio, jolla pystytään tarjoamaan riittävän laaja suorituskykyvalikoima eri laitosten tilaajien tarpeisiin.
Työn teorialuvuissa tarkastellaan leijutekniikan, leijupetikattilan toiminnan ja leijupetikattilan arinan mitoituksen teoriaa. Teoriatarkastelun perusteella määritetään arinan suorituskykyyn vaikuttavat parametrit ja muuttujat ja niistä luodaan kattilakonsepti puubiomassoja polttavalle leijupetikattilalle. Työn mitoitustarkastelussa mitoitetaan 5 erikokoisen arinan suorituskyky laskennallisesti polttoaineen kosteuden funktiona. Arinoiden suorituskykyjä vertaillaan tapaustutkimuksen avulla. Lähteinä työssä on hyödynnetty leijupetitekniikan käsikirjoja, tieteellisiä artikkeleita leijupetikattiloiden toiminnasta ja kokemusperäistä tietoa arinan mitoituksesta. Mitoitustarkastelu suoritettiin leijupetikattiloiden mitoitukseen tarkoitetulla yrityksen sisäisellä laskentatyökalulla.
Mitoitustarkastelun tuloksien perusteella vakiokokoisen leijupetikattilan arinan suorituskykyalue on voimakkaasti riippuvainen polttoaineen kosteudesta ja arinan optimaalinen suorituskykyalue alue löytyy keskikosteilla polttoaineilla. Arinan tuotteistaminen liian suurin kokovälein aiheuttaa haasteita, jos kattilan tilaajalle halutaan tarjota laaja arinan suorituskykyalue kosteilla polttoaineilla, kuivilla polttoaineilla tai useille polttoaineille laajalla kosteusalueella. Työn tulosten perusteella leijupetikattilan arinan vakioiminen kasvattamalla arinapinta-alaa yli 10% edelliseen arinakokoon verrattuna ei ole järkevää.
Tämän työn tavoitteena on tarkastella, mitkä tekijät vaikuttavat arinan mitoitukseen ja kuinka leijupetikattilan arinan minimi- ja maksimipolttoaineteho vaihtelevat poltettaessa erilaatuisia puubiomassoja. Näitä tietoja hyödynnetään työn mitoitustarkastelussa, jonka tavoite on tutkia, voidaanko mekaaniselta rakenteelta vakioitua arinaa skaalaamalla muodostaa keskisuurilla kattiloilla kohtuullisen kokoinen tuoteportfolio, jolla pystytään tarjoamaan riittävän laaja suorituskykyvalikoima eri laitosten tilaajien tarpeisiin.
Työn teorialuvuissa tarkastellaan leijutekniikan, leijupetikattilan toiminnan ja leijupetikattilan arinan mitoituksen teoriaa. Teoriatarkastelun perusteella määritetään arinan suorituskykyyn vaikuttavat parametrit ja muuttujat ja niistä luodaan kattilakonsepti puubiomassoja polttavalle leijupetikattilalle. Työn mitoitustarkastelussa mitoitetaan 5 erikokoisen arinan suorituskyky laskennallisesti polttoaineen kosteuden funktiona. Arinoiden suorituskykyjä vertaillaan tapaustutkimuksen avulla. Lähteinä työssä on hyödynnetty leijupetitekniikan käsikirjoja, tieteellisiä artikkeleita leijupetikattiloiden toiminnasta ja kokemusperäistä tietoa arinan mitoituksesta. Mitoitustarkastelu suoritettiin leijupetikattiloiden mitoitukseen tarkoitetulla yrityksen sisäisellä laskentatyökalulla.
Mitoitustarkastelun tuloksien perusteella vakiokokoisen leijupetikattilan arinan suorituskykyalue on voimakkaasti riippuvainen polttoaineen kosteudesta ja arinan optimaalinen suorituskykyalue alue löytyy keskikosteilla polttoaineilla. Arinan tuotteistaminen liian suurin kokovälein aiheuttaa haasteita, jos kattilan tilaajalle halutaan tarjota laaja arinan suorituskykyalue kosteilla polttoaineilla, kuivilla polttoaineilla tai useille polttoaineille laajalla kosteusalueella. Työn tulosten perusteella leijupetikattilan arinan vakioiminen kasvattamalla arinapinta-alaa yli 10% edelliseen arinakokoon verrattuna ei ole järkevää.