46
© Eija Alakangas, VTT Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustega Eija Alakangas, VTT

Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

  • Upload
    others

  • View
    3

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

© Eija Alakangas, VTT

Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustega

Eija Alakangas, VTT

Page 2: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

2

© Eija Alakangas, VTT

Energia ühikud

Pea meeles1 toe = 11.63 MWh 1 MWh= 3 600 MJ = 3.6 GJ

toe = õli tonnekvivalent 1 MW= MJ/s

k kilo 103 T tera 1012

M mega 106 P peta 1015

G giga 109 E eksa 1018

14.18681.1630.1Gcal

0.238810.27780.02388GJ

0.863.610.086MWh

1041.86811.631toe

GcalGJMWhtoe

Page 3: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

3

© Eija Alakangas, VTT

Biomassi kütuste klassifikatsioon

Page 4: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

4

© Eija Alakangas, VTT

Tahkete biokütuste iseloomustus – katel

20

35

Net calorific value, MJ/kg

FUEL RANK

PEAT

BARK

MULTIPLE CHALLENGES SOME CHALLENGES NO CHALLENGE0 0,1 0,5 1

WOOD BIOMASS

DEMOLITION WOOD

FIBER RESIDUE

PDF

INDUSTRIAL

PDF

COMMERCIAL

CHIP-

BOARD

POLYOLEFINPLASTICS(PE, PP, PC...)

COLOREDOR PRINTEDPLASTICS,

CLEAN

COLORED OR PRINTEDMIXED

PLASTICS

RFPELLETS

PLY-

WOOD

5

10

PVC

RDF

MSW

PVC

CONSUMER PDFWOOD AND PLASTICS

CONSUMER PDFMIXED PLASTICS

CONSUMER PDFPAPER AND WOOD

10

BITUMINOUS COALS

BROWN COALS,LIGNITE

STANDARDDESIGN

PETROLEUM COKE

Page 5: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

5

© Eija Alakangas, VTT

Tahkete biokütuste iseloomustus– C, H, Q

Kuivaine alumine kütteväärtus

404.0

4.5 90 85

80

75

70

60

65

55

C=50 %

H=3.5 %

5.05.5 6.0 6.5

30

20

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

MJ/kg

Q

Volatile matter, %

An

tra

cite

Co

ke

Bro

wn

co

ai

Pe

at

Woo

d

Page 6: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

6

© Eija Alakangas, VTT

Klassifikatsioon toorme järgi

Page 7: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

7

© Eija Alakangas, VTT

Puitpõhiste kütuste klassifikatsioon

Page 8: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

8

© Eija Alakangas, VTT

Puitpõhise kütuse omadused ja võrdlus teiste kütustega

Page 9: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

9

© Eija Alakangas, VTT

Keemilised omadused

� Elementaarkoostis− Süsinik (C), vesinik (H) ja lämmastik (N)

− Väävel (S), kloor (Cl), fluor (F) ja broom (Br)

− Täielik analüüs sisaldab tuha ja niiskuse sisalduse, lendosade ja koksi määramist

� Keskkonna seisukohast on olulised väävel, kloor ja raskemetallid

� Kõrge leeliste sisaldus nagu kaalium (K), naatrium (Na) jakloor (Cl) võib põhjustada korrosiooni ja šlakkumist aurukateldes

� Makro- ja mikroelemendid (mg/kg kuivaine)

− Makroelemendid; (Al, Ca, Fe, Mg, P, K, Si, Na and Ti)

− Mikroelemendid; (As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V and Zn)

Page 10: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

10

© Eija Alakangas, VTT

Puidu koostis

� Kloori sisaldus (Cl) värskes puidus on < 0,05w-% kuivaines.

� Tavaliselt mineraalainete sisaldus väiksem kui 1w-% kuivaines. Kõige olulisemad: kaalium (K), magneesium (Mg), mangaan (Mn), kaltsium (Ca), väävel (S), kloor (Cl), fosfor (P), raud (Fe), alumiinium (Al) ja tsink (Zn).

MoistureDry matter

* proportion in dry matter (d), %

CHAR (C)11,4 - 15,6%*

VOLATILES84 - 88%*

Ash0,4-2,0%*

Carbon Hydrogen (H) 6,0 - 6,2%Oxygen (O) 38 - 42 % Nitrogen (N) 0,1 - 0,4 % Sulphur (S) 0,01

*

*

*

-

(C) 49 - 51%*

BARKI 60 %SAW DUST 55 %

FRESH WOOD 50 - 60 %

STEM CHIPS 25 - 40 %

FIREWOOD 20 25 %

LOGGING RESIDUE 35 - 50 %

-WOOD PELLET 8 - 10 %

Eija Alakangas

Page 11: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

11

© Eija Alakangas, VTT

Puidu koostisosad

� Ligniin sisaldab palju süsinikku ja vesinikku – energiat andev

� Ligniini sisaldus suurem okaspuudes (pehme puit) kuilehtpuudes (kõva puit)

WOOD

Energy producing part

Hydrogen

OxygenCarbon

MOISTURE

Nitrogen

Ash

Page 12: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

12

© Eija Alakangas, VTT

Puitpõhiste kütuste omadused

0.02 – 0.150.001 – 0.0020.01– 0.030.3 – 0.5<0.055.4 – 6.048 – 52Kogupuu hake

0.1 – 0.40.075 – 0.0300.01– 0.040.3 – 0.5<0.056.0 – 6.248 – 52Palgijäätmete hake

0.02 – 0.150.001 – 0.0020.01– 0.030.3 – 0.5<0.065.4 – 6.048 – 52Tüvehake

0.02 – 0.150.001 – 0.0020.01– 0.030.3 – 0.5< 0.056.0 – 6.548 – 52Küttepuu(halud)

0.02 – 0.150.001 – 0.0020.01– 0.03< 0.16<0.0076.0 – 6.149 - 50Puidupellet

0.70.25 – 0.50< 0.050.1 – 0.5<0.056.2 – 6.448 – 52Vineer

0.1 – 0.50.007 – 0.0200.01– 0.050.3 – 0.5<0.056.2 – 6.848 – 52Koor

0.02 – 0.150.001 – 0.0050.01– 0.030.3 – 0.4<0.056.2 – 6.448 – 52Saepuru

KNaClNS H2 CKütus

Omadused antud kuivaine massiprotsentides w-%

Page 13: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

13

© Eija Alakangas, VTT

Tahkete biokütuste võrdlus

0.02 – 0.40.001–0.020.01– 0.030.3–0.5<0.055,4-6.848 – 52Puit, üldiselt

30(ash)00.1 (ash)0.5–1.50.07-0.17 5.5–6.548 – 50Oliivi jäätmed

0.70.460.055.548Miscanthushekseldatud

0.69–1.300.01–0.60.14–0.970.4–0.60.10–0.205.8 –

6.045 - 47Põhupelletid

0.69–1.300.01–0.60.14–0.970.4–0.60.10–0.205.8–6.045 - 47Põhk

0.4–1.00.002–0.0050.042.00.146.545Energiateravili

1.2–2.3< 0.0010.40.7–1.10.06–0.255.6–5.944.6–

46.7Pilliroog, sügisene

0.3–0.5<0.030.04–0.090.65-1.10.04–0.135.3–5.845–49Pilliroog, kevadine

KNaClNS H2 CKütus

Omadused antud kuivaine massiprotsentides w-%

Page 14: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

14

© Eija Alakangas, VTT

Comparison to fossil fuels

KNaClNS H2 CKütus

0.02 – 0.40.001–0.02

0.01–0.030.3–0.5<0.055,4-6.848 – 52Puit, üldiselt

---0.01-0.030.113.786.2Kerge kütteõli

-<0.0004-0.3-0.40.8-0.9510.188.4Raske kütteõli

0.020.0070.02-0.061.0-3.00.005–0.35.0 – 6.552 – 56Kütteturvas

0.0030.0120.100.8 – 1.5< 0.53.5 – 5.068 – 78Kivisüsi

Omadused antud kuivaine massiprotsentides w-%

Page 15: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

15

© Eija Alakangas, VTT

Füüsikalised ja mehhaanilised omadused (1)

� Niiskus (M)

− Puikütused tavaliselt märjad v.a. puidupelletid ja briketid

− Niiskus mõjutab kütteväärtust

− Tervisemõjud (hallitus, kõdunemine, seened)

− Niisket kütust raske transportida (voolavus)

� Tuha sisaldus (A)

− Tähtis põlemise ja tuhakäitluse seisukoha

− Põhjamaade puuliigid vähese tuhasusega, Lõuna-Euroopa puuliikidel suurem tuhasus.

− Lisandid nagu liiv, pinnas ja kemikaalid kuuluvad tuhka

− Suurtes kateldes probleemid, kui tuha sisaldus ületab 3w-% ja väikekateldes probleemid kui tuha sisaldus ületab 0.5w-%

− Tuha koostis mõjutab samuti põlemist ja tuha taaskasutust

Page 16: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

16

© Eija Alakangas, VTT

Tuha sisaldus: tähtsus

0 2 4 6 8Tuha sisaldus (A) kütuses

0

100

200

300

400

500

700

% (kuivaine)

mg/Nm3

(13 % O2)

Regression for wood fuels:

y = 13,3 + 22,7 AR² = 0,67 (N = 79) T

ahked h

eitm

ed

Wood chips and pelletsHerbaceous and grain fuels

Tuhasisalduse mõju tahketele õhuheitmetele(49 kW puiduhakke katel)

Source: Hans Hartman, TZF

Page 17: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

17

© Eija Alakangas, VTT

Füüsikalised ja mehhaanilised omadused(2)

� Tuha sulamisomadused− Oluline põlemise, šlakkumise ja saastumise seisukohalt

− Rohtse biomassi tuha sulamistemperatuurid madalamad kui puitpõhisel biomassil

− Mõningatel puuliikidel madalamad tuha sulamistemperatuurid (e.g. eukalüpt, pappel)

� Osakeste suurus (P)− Oluline kütuse töötlemisel ja põletamisel

− Osakese geomeetria samuti oluline (pikk/lühike tükk võisilindriline kuju)

− Eesmärgiks saavutada homogeenne/ühtlane osakeste suurusjaotus

− Pikad tükid ja peened osakesed põhjustavad probleeme

Page 18: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

© Eija Alakangas, VTT

Osakese tihedus/puistetihedus

0 20 40 60 800

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Specific mass demand

Specific

volu

me

dem

and

Heating oilRapeseed oil

Hard coalEthanol Methanol

Straw-pellets

Deciduous wood chipsConiferous wood chips

Cereals - big square balesCereals - chopped

Straw - big square balesCereals - round bales

Straw - round bales

Straw - small square bales

Straw - chopped

Hardwood logsSoftwood logs

Wood-pellets

m³/GJ

kg/GJ

Kütuse tiheduse efektid

� Energiatihedus

� Vajalik ruum transpordil ja ladustamisel

� Logistiline planeerimine

� Põlemisomadused (erisoojusjuhtivus, gaasistumiskiirus)

� (Pressitud materjali tugevus:Osakese tihedus)

Allikas: Hans Hartman, TZF

Page 19: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

19

© Eija Alakangas, VTT

Ruumi vajadus 10 MWh jaoks, m3

Needed Storage Volume for 10 MWh [m³]

1,0 1,12,0

8,0

11,0

3,24,2

8,4

11,4 11,512,5

15,0

21,0

16,1

18,0

21,7

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

Light

fuel

oil

Bio-o

il

Coa

lSod

peat

Mille

d pea

tW

ood

pelle

tS

traw p

elle

t

Shredd

ed ba

rk, d

ry (b

irch

Loggi

ng re

sidue

chip

s, d

ry (s

pruc

e)

Logg

ing

resid

ue ch

ips,

dry

(pin

e)

Loggi

ng re

sidue

chi

ps, f

resh

(spr

uce)

Loggi

ng re

sidue

s bu

ndle,

fres

h (s

pruc

e)

Shred

ded b

ark,

fres

h (p

ine)

Square

big

stra

w bal

e, w

heat &

bar

ley

Rou

nd re

ed c

anary

gra

ss b

ale

Round

stra

w bal

e, w

heat &

bar

ley

Page 20: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

20

© Eija Alakangas, VTT

� Puistetihedus (BD)

−Oluline transportimisel, edastamisel ja kütuse etteandel

−Väikestes jaamades kütusega kauplemisel aluseks puistetihedus ja niiskus

� Osakese tihedus (DE) informatsioon briketi mehhaanilise vastupidavuse kohta

� Mehhaaniline vastupidavus (DU)

−Tähtis pelletite puhul

� Kütteväärtus (Q)− Info kütuse energia sisaldusest

−Keskmistes ja suurtes jaamades kauplemisel aluseks kütuse kaal, niiskus ja alumine kütteväärtus

Puistetiheduse määramine

2 MW katlamajas.

Füüsikalised ja mehhaanilised omadused(3)

Page 21: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

21

© Eija Alakangas, VTT

Füüsikalis/mehhaaniliste omadusteKokkuvõte ja järeldused

Füüsikaliste/mehhaaniliste omaduste vastastikused mõjud

Vastupidavus(pelletid)

Puistetihedus

Niiskuse sisaldus

Osakese tihedus

Suurusjaotus

Võlvumiseomadused

Kütteväärtus (w.b.) Tuha sisaldus

Tuha

sulamisomadused

Lisandid

Allikas: Hans Hartman, TZF

Page 22: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

22

© Eija Alakangas, VTT

Alumine kütteväärtus, kuivaine, MJ/kg*

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Coal

Heav

y fu

el oil

Light

fuel

oil

Mill

ed p

eatS

od pea

tP

eat p

elle

tsS

awdust

Bark

, birc

hB

ark, p

ine

Ply

wood, h

og fuel

Wood p

elle

t

Ste

m w

ood c

hips

Logging r

esid

ue ch

ips

Whole

tree

chip

s

Reed

can

ary

grass,

sprin

gEner

gy gra

in

Str

aw, c

hopped

Solid r

ecove

red fu

el, S

RF

MJ/kg

Page 23: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

23

© Eija Alakangas, VTT

Tarbimisaine alumine kütteväärtus - arvutamine

Tarbimisaine alumine kütteväärtus(Q)� Antakse miinimumväärtus(arvutamisel arvestatakse

valitud niiskuskategooriat ja kuivaine alumise

kütteväärtuse tüüpilist hälvet konstantsel rõhul)

� qp,net,ar tarbimisaine alumine kütteväärtus, (MJ/kg)

� qp,net,d kuivaine alumine kütteväärtus (konstansel rõhul),(MJ/kg)

� Mar üldniiskus (w-%)

� 0,02443 on vee aurustumise entalpiat arvestav tegur (konstantsel rõhul) temperatuuril 25 °C [MJ/kg per 1 w-% niiskuse kohta]

Arvutusvalem toodud EN 14961-1

arar

dnet,arnet, MM

qq p ×−−

×= 02443,0)100

100(,p,

Kalorimeetriline pomm prEN

14918, Photo: ENAS Oy

Page 24: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

24

© Eija Alakangas, VTT

Tarbimisaine alumine kütteväärtus,MJ/kgar*

*Arvutamisel kasutatud tavalist keskmist niiskuse sisaldust.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Coa

l

Rig

ht fu

el o

il

Ligh

t fue

l oil

Mill

ed p

eat

Sod

pea

t

Pea

t pel

lets

Saw

dust

Bar

k, b

irch

Bar

k, c

onife

rous

Ply

woo

d, h

og fu

el

Woo

d pe

llet

Ste

m w

ood

chip

s

Logg

ing

resi

dues

chi

ps

Who

le tr

ee c

hips

Ree

d ca

nary

gra

ss, s

prin

g

Ene

rgy

grai

n

Stra

w, c

hopp

ed

Sol

id re

cove

red

fuel

, SR

F

MJ/kg

Page 25: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

25

© Eija Alakangas, VTT

Tarbimisaine alumine kütteväärtus - puit

Net calorificheating value

as received MJ/kg

20

15

10

5

20 40 60 80

Moisture content, %

Net calorific heating valueper total mass

Net calorific heating valueper dry mass

Gross calorific heating valueper dry mass

Freshforest chips

Dry forestchips

Wetbark

Page 26: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

26

© Eija Alakangas, VTT

Kattilahyötysuhde polttoaineen kosteuspitoisuuden funktiona

88,5

89

89,5

90

90,5

91

91,5

92

92,5

93

93,5

30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

Kosteus [%]

Hy

öty

su

hd

e [

%]

1% kasuteguri muutus

400 MWth katlas

� ~ 40 GWh enam kütust

(= 500 000 € aastas)

Niiskusesisaldus jaamas –segamine (blending)

Allikas: Janne Kärki, VTTNiiskus, w-%

Katla kasutegur, %

Page 27: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

27

© Eija Alakangas, VTT

Alumise kütteväärtuse sõltuvus tuhasisaldusest

0 5 10 15 20 25

Tuha sisaldus kuivaines

13

14

15

16

17

18

19

21

13

14

15

16

17

18

19

21

%

Rohtne biomass

Puitpõhised kütused

042ha010.ppt

Allikas: TFZ

Alumine kütteväärtus kuivaines, MJ/kg

Page 28: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

28

© Eija Alakangas, VTT

Koor – niiskus ja energia sisaldus

July September October November March April

10 20 30 40 50

Moisture content

Energy density

70

60

50

40

30

20

10

1.1

1.0

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

Moisture content, % Energy density MWh/m3

loose

Consecutive number of load measured Allikas: Risto Impola, VTT

Page 29: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

29

© Eija Alakangas, VTT

Niiskus palgijäätmetes

Allikas: Risto Impola, VTT

10

20

30

40

50

60

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

100

200

300

400

500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

10

20

30

40

50

Month / 2001

Moisture %

Waterkg/m3

Moisture content, %

Large power plants, average 48.3 %

Small heating plants, average 38.4 %

Large power plants, average 392 kg/m3

Small heating plants, average 262 kg/m3

Page 30: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

30

© Eija Alakangas, VTT

Energiasisaldus palgijäätmete hakkes

Allikas: Risto Impola, VTT

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Month / 2001

Large power plants, average 0.77 kWh/m 3

0.6

0.7

0.8

0.9

Energy density MWh/m3 loose

Page 31: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

31

© Eija Alakangas, VTT

Kasutatud puidu omadused ja võrdlus toore puiduga

Page 32: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

32

© Eija Alakangas, VTT

Kasutatud puit versus toores puit – 1/3

<0,0005 – 0,002< 0,002w-% kuivaineFl

<0,01 – 0,050,02 – 0,12w-% kuivaineCl

<0,01 – 0,20<0,02 – 0,08w-% kuivaineS

<0,1 – 1,10,25 – 1,00w-% kuivaineN

5,6 – 7,05,9 – 6,4w-% kuivaineH

47 - 5449,1 – 52,3w-% kuivaineC

17,1 – 20,618,6 – 18,9MJ/kg kuivaineAlumine kütteväärtus

0,2 – 10,00,7 – 4,0w-% kuivaineTuhk, A

Toores puit

prEN14961-1

Kasutatud puitSoome

ÜhikOmadus

Page 33: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

33

© Eija Alakangas, VTT

500 – 2 000490mg/kg kuivaineFe

200 – 5 000630 – 910mg/kg kuivaineK

100 – 3 000N.A.mg/kg kuivaineMg

9 - 84072 – 115mg/kg kuivaineMn

10 – 2 000200 – 630mg/kg kuivaineNa

50 – 1 30049mg/kg kuivaineP

2 – 20 000N.A.mg/kg kuivaineSi

500 – 20 000mg/kg kuivaineCa

10 – 3 000130 – 600mg/kg kuivaineAl

Tores puitprEN 14961-1

Kasutatud puit

Soome

ÜhikOmadus

Kasutatud puit versus toores puit– 2/3

Page 34: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

34

© Eija Alakangas, VTT

Kasutatud puit versus toores puit– 3/3

5 – 20079 – 300mg/kg kuivaineZn

0,7 – 3,00,5 – 2,2mg/kg kuivaineV

< 0,5 – 50,05,4 – 76,0mg/kg kuivainePd

< 0,1 – 80,03,2 – 10,0mg/kg kuivaineNi

< 0,02 – 2,0< 0,01 – 2,0mg/kg kuivaineHg

0,5 – 200,05,5 – 80,0mg/kg kuivaineCu

0,2 – 40,05,2 – 60,0mg/kg kuivaineCr

< 0,05 – 5,0*0,12 – 0,50mg/kg kuivaineCd

<0,1 – 6,0< 2 – 34mg/kg kuivaineAs

1 – 50 Ei tietoamg/kg kuivaineTi

Toores puitprEN 14961

Kasutatud puit Soome

ÜhikOmadus

* paju

Page 35: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

35

© Eija Alakangas, VTT

Kasutatud/sekundaarse puidu klassifitseerimine

� A – Keemiliselt töötlemata puidujäätmed ja kõrvalproduktid

� B – Keemiliselt töödeldud puidujäätmed ja kõrvalproduktid

− Ei sisalda raskemetalle rohkem kui toores puit ega halogeenitud ühendeid puidu töötlemise tõttu konservantidega või pinnakatetest

� Klassis A ja B ei rakendu jäätmepõletuse direktiiv (WID),omadused vastavalt tahke biokütuse standardile EN14961-1

� C – Tahke sekundaarne kütus - recovered fuel

− Sisaldab raskemetalle või halogeenitud ühendeid puidu töötlemise tõttu konservantidega või pinnakatetest

− Ei sisalda immutatud puitu

− Lammutuspuit, kui ”puhtus” tõendatud analüüsidega

� Klassile C rakendub jäätmepõletuse direktiiv (WID) ja tahke sekundaarse kütuse standard (prEN15359).

� D – Ohtlikud jäätmed

− Sisaldab immutatud puitu

Page 36: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

36

© Eija Alakangas, VTT

Keemilised ja mehhaanilised lisandid

Mehhaanilised lisandid

Katmine, liimimine, värvimine = keemilised

lisandid

Keemilisi lisandeid ei saa eemaldada.

Klass A ei tohi sisaldada keemilisi lisandeid.

Mehhaanilised lisandid on kütuse eraldi osad:

suhteliselt kergesti eemaldatavad - metall ja raskemini eraldatavad

(plastik, ehitusmaterjal:betoon, soojustusmaterjal).

Page 37: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

37

© Eija Alakangas, VTT

Multikütuste kasutamine – biomassivõimalus

Forest industry

E. Alakangas

Electricity

Peat

Agrobiomass

Logging residues

Forest chips for energy

GPS

Round wood forraw material

Processheat

Flexible useof different biofuels

Bark andother residues

Forest wood

Peat land

CHP plant

Districtheat

Low CO -emissions2

Page 38: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

38

© Eija Alakangas, VTT

Kütuse omaduste mõju suurtele põletusseadmetele

� Leelised e.g. naatrium (Na) ja kaalium) koos klooriga� moodustavad kloriide, mis kleepuvad soojusvahetuspindadele� kõrgtemperatuurne korrosioon, kui materjali temperatuurid üle

450–480oC� madalamad auru parameetrid, kui kloori sisaldus kõrgem kui

0.05 p-%

� Aktiivse K+Na sisalduse analüüsid kuivainest� kui probleemid, juhul kui K+Na on enam kui 3 000 mg/kg (0.3

w-%)� vineeri koospõletamisel teiste kütustega, kui K+Na kõrgem kui

0.5w-%

� Koospõletamisel väävlit sisaldavate kütustega

� � Turba või söe korral leelise kloriidid reageerivad vääveloksiididega või alumiiniumsilikaatidega ja moodustavad leelissulfaate või silikaate.

Page 39: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

39

© Eija Alakangas, VTT

Kloori-väävli keemia mõju sadestistemoodustumisele kateldes

Allikas: Martti Aho, VTT

Heat transfersurface

Condensation and fixing

Lack of protecting

compounds

Low ash content

RIS

KY COMPOUND

SALKALICHLORIDES

Cl releases corrosionä

BARK/FOREST RESIDUE

FOREST RESIDUE COAL

CocombustionP

R

OTECTING REACTIO

NSALKALI

SILICATES,SULPHATES

R

ISKY COMPOUNS

SULPHUR DIOXIDE, Al-SILICATES

PROTECTIVES

Page 40: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

40

© Eija Alakangas, VTT

Mõju põlemisele - 2

� Vineeris sisalduv Na reageerib kvartsiga keevkihi materjalist (liiv) � paakub kaaliumi, kaltsiumi või magneesiumiga� kvartsivaba kihimaterjali kasutamine

� Vineerijäätmete kasutamine võib tõsta kihi temperatuure t � kasutamine koos märja kütusega� katla eridisain

� Kõrge tuhasisaldus (> 3w-%) koos klooriga võib põhjustada katlas probleeme.

� Metalliline alumiinium (pakendite foolium) lammutuspuidus, puitpakendid või puidujäätmed akna/ukse tööstusest� tuha sulamine madalal temperatuuril või kleepumine külmadele pindadele

Page 41: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

41

© Eija Alakangas, VTT

Sadestised

katlatorudelKihimaterjali

šlakkumine

Katlatorude

kõrgtemeratuurne

korrosioon

Keevkihtkatelde probleemidbiomassi kasutamisel

Suurendavad käidu ja hoolduskulusid, väendavad katla kasutegurut ja eluiga

Allikas: Janne Kärki, VTT

Page 42: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

42

© Eija Alakangas, VTT

Soovitatav sekundaarse puidu puhul

Põletustehnika (e.g. kõrge temperatuur,põlemisaeg)

Koospõletamine kateldes > 20 MWth

Soovitused katlatehnikale

< 120 mg/kg kuivaineZn

< 10 mg/kg kuivainePb

< 2 000 mg/kg kuivaine(< 0.2 w-%)

Metalliline alumiinium

< 3 000 mg/kg kuivaine(0.3 w-%)

Reaktiivsed Na+K (SFS-ISO 11885-1:1998 mod)

< 0.1w-% kuivaineCl

Page 43: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

43

© Eija Alakangas, VTT

Läviväärtusedsekundaarsele puidule –klass B

Koor, okaspuu< 4 mg/kg kuivainesAr

Koor, okaspuu< 1 mg/kg kuivainesCd

Koor, okaspuu< 0,1 mg/kg kuivainesHg

Koor, okaspuu< 50 mg/kg kuivainesPb

Koor, okaspuu< 200 mg/kg kuivainesZn

Koor, okaspuu**< 0,1w-% kuivainesCl

Koor, okaspuu< 40 mg/kg kuivainesCr

Koor, okaspuu< 30 mg/kg kuivainesCu

Toores puit, millest väärtus tuleneb

LäviväärtusedOmadus

** toores puit <0.05 w-% kuivaines

Page 44: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

44

© Eija Alakangas, VTT

Soovitused koospõletamiseks

� Kui keevkihtkatel on projekteeritud turba/puidutööstuse jäätmete

põletamiseks:

− Kogu kütusest võib 50% olla puit ja sellest pool võivad olla

metsajäätmed

� Koospõletamine turba või söega

− Turvas hoiab katla puhtana

− Turvas võib aidata tagada kütuse kvaliteeti ja saadavust

− Biomassi tuhk seob turba väävlit ja vähendab õhuheitmeid

� Vähem kui 10w-% pilliroogu on ohutult põletatav koos turba ja

teiste biokütustega.

Page 45: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

45

© Eija Alakangas, VTT

CO2 –tegurid

266,6874,1Segu, 70% turvas ja 20% puitu

7,2 (0,76-15,1)2 ( 0,21 – 4,2)Liimitud või kaetud puit

61,217,0Lammutuspuit

114,4831,8Tahke sekundaarne kütus

198,055,0Maagaas

266,7674,1Kerge kütteõli

283,6878,8Raske kütteõli

340,5694,6Kivisüsi

349,297,0Turbapellet

367,2102Tükkturvas

381,24105,9Freesturvas

0 *(394,56)0 *(109,6)Puit

kgCO2/MWhgCO2/MJKütus

1 gCO2/MJ = 3.6 kgCO2/MWh * CO2 tegur puidule on null GHG arvutustes.

Page 46: Tahkete biokütuste omadused ja võrdlus fossiilsete kütustegap29596.typo3server.info/fileadmin/Files/Documents/05_Workshops_Training_Events/Taining...© Eija Alakangas, VTT Tahkete

46

© Eija Alakangas, VTT

Täiendav informatsioon

� Alakangas, E. Properties of wood fuels used in Finland, Technical Research Centre of Finland, VTT , Project report PRO2/P2030/05 (Project C5SU00800), Jyväskylä 2005, 90 p. + app. 10 p. (www.bio-south.com)

� Wiik, C. et al. Used wood in the EU – Part 1Classification, properties and practices, DIV.6 – Part 2. 86 p.(www.bionorm2.eu).

� Alakangas, E. et. Al. Used wood in the EU – Part 2A catalogue of used wood examples, DIV.6 – Part 3. 86 p.(www.bionorm2.eu). 32 p.

� Biodat international database of solid biofuel properties (underpreparation) (www.phydades.info)