Post on 31-Dec-2020
Bio-energia-alueen tutkimuksen esittely
Martti Aho
2
HENKILÖSTÖ
Espoo 1 891Oulu 383Tampere 301Jyväskylä 129Turku 36Lappeenranta 14Muut toimipaikat 26
Yhteensä 2 780
31.12.2006
HENKILÖSTÖ
Espoo 1 891Oulu 383Tampere 301Jyväskylä 129Turku 36Lappeenranta 14Muut toimipaikat 26
Yhteensä 2 780
31.12.2006
VTT:N HENKILÖSTÖN MÄÄRÄ JA TOIMIPAIKKOJEN SIJAINTI
•Nurmijärvi•••
•
•
Tampere
Oulu
Jyväskylä
Helsinki
Lappeenranta
•Turku
•Raahe
Espoo•
Kuopio••Kajaani
3
MonipolttoainekäyttöPasi Vainikka
18 hlö, JYK, OTA
LämmöntuotantoVeli-Pekka Heiskanen
15 hlö, JYK
Biopolttoaineiden tuotantoArvo Leinonen
13 hlö, JYK
BIOENERGIAJouni Hämäläinen
Leijupolton prosessikehitysAntti Tourunen
10 hlö, JYK
Biopolttoaineiden tuotannon tutkimus
26.10.2007
5
Tutkimusaiheet
Biopolttoaineiden tuotanto ja käsittely� Metsähakkeen tuotanto
- hakkuutähde, pienpuu ja kannot � Energiaturpeen tuotanto� Peltobiomassan tuotanto
- Ruokohelpi ja olki� Polttopuun tuotanto
Biopolttoaineiden jalostus � Pellettien valmistus � Pellettien jakelu ja käsittely käyttöpaikalla� Pellettiliiketoiminta
Tuhkan uusiokäyttö
6
Leijuprosessien kehitystyö: esimerkkitapauksia, joihin VTT on osallistunut
7
Referenssejä
Maailman ensimmäinenylikriittisillä höyryarvoillavarustettu kiertoleijukattil 460 MWe (HIPE -projekti)
Maailman suurin biopolttoainettakäyttävä leijukattila (CFB)(BIOMAX -projekti)
Technology
development
Puolassa, (Lagisza)Valmistaja:Foster-Wheeler
Alholmens kraft. PietarsaariValmistaja: Metso Power
8
HAPPIPOLTOLLA VÄHÄPÄÄSTÖISTÄENERGIAA HIILESTÄ JA TURPEESTA
Lisätietoja: Teknologiapäällikkö Jouni Hämäläinen
� VTT kehittää teknologiaa, jolla hiiltä sisältävät pol ttoaineet voidaan hyödyntää energiantuotannossa entistä tehokkaammin ja jopa niin, että hiilidioksidia ei pääse ilmaan.
9
Mitä on happipoltto?
Höyry -turbiini
Osittainen savukaasun
kierrätys
Kattila
Lauhdutin
Savukaasun puhdistus
CO2
Ilma
Hapen valmistus-
laitos
O2
N2
G
Poltto -aine
CO2/H2O
H2O
Käyttämällä palamiskaasuna
happea ilman sijasta, estetään typpeä laimentamasta
savukaasua, jolloin CO2:n erottaminen on edullisempaa.
Osa savukaasusta kierrätetään takaisin
tulipesään palamislämpötilan
hallitsemiseksi .
Lähes puhdas CO 2 on erotettu
savukaasusta, jonka jälkeen se
paineistetaan nestemäiseksi, jolloin se voidaan kuljettaa
varastoitavaksi.
EnergiavirratTalousarviot
Polttoaineen laadun hallinta, esimerkki JY-VTT yhteistyöstä: Puun ominaisuuksien mittaus
neutronimenetelmällä
Timo Järvinen 2.3. 2007
11
Neutronimenetelmän kehittämistä VTT:n ja JKL yliopis ton kanssa: visio mittauksesta
Ari virtanen 2.3.2007
Esimerkki; puukuormaEsimerkki; puukuorma
C/O-suhdeja
”epäpuhtaudet”
+
H+-absorption-generaattori
gammailmaisimet
12
Pienpoltto, esimerkki VTT-JY yhteistyöstä
Sähköavusteinen hiukkaspoisto pienpolttoon
Puupolttoaineiden pientuotanto ja käyttö 19-20.09.2006
JY TTY
(VTT)
TKK
TEKES
Genano Velj.Ala-Talkkari
Tulikivi
14
Pienpoltto: Mittausjärjestelyt VTT:n tiloissa Jyväskylässä eräässäJY-VTT-TTY projektissa
15
Biopolttoaineiden aiheuttamista haasteista
Martti AhoVoimalaitosten optimaalinen käyttöLernen koulutus 10.10.2007
16
MetsätähdeSahanpuru
Turve
Kierrätyspolttoaine
Tulipesän kannalta….
Martti AhoVoimalaitosten optimaalinen käyttöLernen koulutus 10.10.2007
17
Martti AhoVoimalaitosten optimaalinen käyttöLernen koulutus 10.10.2007
18
Ruokohelven korjuuta (karhennus ja murskaus)
Martti AhoVoimalaitosten optimaalinen käyttöLernen koulutus 10.10.2007
19
Kotitalouksien jätevirta
Tämän jakeen kunnollinenerotus ja prosessointion mahdollisuus
Puhdistus-> uutta paperia
Maanparannukseen
Uusiokäyttö
Martti AhoVoimalaitosten optimaalinen käyttöLernen koulutus 10.10.2007
20
Vastaanotto
Valvomo
Pelletöintimatriisi
REF-pelllejä
Syntypaikkalajiteltuapakkausjätettä
• n. 25 MJ/kg muovisisällön ansiosta!!!
OPET Finland � Cocombustion of recycled fuels with biomassVTT Energy/E. Alakangas 13.9.99
Huom! Klooria0,4-0,7p-% vs. metsähakkeen 0,02-0,03p-%
Martti AhoVoimalaitosten optimaalinen käyttöLernen koulutus 10.10.2007
21
22
Tulistinputkien korroosiovaurioita
Martti AhoVoimalaitosten optimaalinen käyttöLernen koulutus 10.10.2007
23
VTT:llä Jyväskylässä hyvät polttotutkimuslaitteet
nc Xkm
t
mr O2c
c
d
d ==
COefCO Ykt
Y =−d
d
)/1/(1 mCOef kk τ+=
nrefv ddTAb )/)(/exp(=τ
Modelanalyses
CO combustion
MixingChar combustion
Volatile,
moisture
release
kW /m2
1D-MODELflue gas
1
n n+1
to stack
Primary airSecondary air
2
n-1
3
n-2
BENCH SCALE REACTOR (BFB/CFB)
Air
O2, CO2, CO, N2, SO2, NO
Secondary air
Continuousfuel feed
Fuel batch feed
Cooler/heater
Cooler
Primary gas heatingPC control and data logging system
Cyclone
FilterTo Stack
BENCH SCALE REACTOR (BFB/CFB)
Air
O2, CO2, CO, N2, SO2, NO
Secondary air
Continuousfuel feed
Fuel batch feed
Cooler/heater
Cooler
Primary gas heatingPC control and data logging system
Cyclone
FilterTo Stack
Air
O2, CO2, CO, N2, SO2, NO
Secondary air
Continuousfuel feed
Fuel batch feed
Cooler/heater
Cooler
Primary gas heatingPC control and data logging system
Cyclone
FilterTo Stack
kW/m 2
CIRCULATING FLUIDIZED BED REACTOR
Secondary
cyclone
Fuel container 1 and 2 Zone 1
Zone 2
Gas coolig
Primary
cyclone
Observation port Sampling port/Deposit probe
Zone 3
Zone 4To stack
Sampling port
Sampling port
Observation and Sampling port/
Deposit probe
Additive
container
Air
Secondary air
(preheated)
Primary gas heating
Nitrogen
PC control and data logging system
Sampling port
Sampling port
Bag filter
Customer/product
Bench scale 1 kW� phenomena characterisations� parameters for modelling
Pilot scale 100 kW� Process characterisations� Problem solution� 1-D process modelling
Full scale MW’s� Process measurements� 3-D modelling
24
Pilot-kokoluokan koetoiminta leijukerrospolton ympäristössä
25
Leijukerroskoelaite (korkeus 8.5 m)
M
Secondary
cyclone
Fuel container 1 and 2 Zone 1
Zone 2
Primary
cyclone
Observation port
Deposit probe port
Zone 3
Zone 4
To stack
Sampling port
Sampling port
Sampling port
Additivecontainer
Air
Secondary air
Primary gas heating
Nitrogen
PC control and data logging system
Sampling port
Sampling port
Gas analysator
FTIR sampling port
FTIR sampling port
Sampling port
Sampling port
Gas coolingBag filter
M
Secondary
cyclone
Fuel container 1 and 2 Zone 1
Zone 2
Primary
cyclone
Observation port
Deposit probe port
Zone 3
Zone 4
To stack
Sampling port
Sampling port
Sampling port
Additivecontainer
Air
Secondary air
Primary gas heating
Nitrogen
PC control and data logging systemPC control and data logging system
Sampling port
Sampling port
Gas analysator
FTIR sampling port
FTIR sampling port
Sampling port
Sampling port
Gas coolingBag filter
26
20 kW:n kerrosleijureaktori, korkeus 4m To stack
Sampling port
Sampling port
Sampling port
Gas cooling
Bagfilter
Gas probe
Observationport
Cyclone
Gas sample
Temperature control
Tertiary air optional
Tertiary air optional
Tertiary air (preheated)
Fuel container 2Fuel container 1
Secondary air(preheated)
Nitrogen
Air
Additivecontainer
Primary gas heating
Heating zone 2/Cooling zone 2
Heating zone 3
Heating zone 4
Heating zone 1/Cooling zone 1
BEDmade of quarz
PC control and data logging system
Obervation port
Obervation port
Obervation port
Obervation port/Deposit probe
Deposit probe
Arinapolton pilot- tutkimus
28
Arinapolttokoelaite, korkeus 10 m
29
Polttoaineiden reaktiivisuusmittauksista
30
BENCH SCALE REACTOR (BFB/CFB)
Air
Nitrogen
Secondary air
Continuousfuel feed
Fuel batch feed
Cooler/heater
Cooler
Primary gas heatingPC control and data logging system
Cyclone
FilterTo Stack
Pieni n. 1kW:n laite
31
Reaktori: Korkeus 10 mPaineastia 7.5 tMinimi viiveaikaNäytteenottoonAika50 msNäytettä60-300 mg
32
Tulipesäongelmien ratkaisuun tähtäävätutkimus
Martti AhoVoimalaitosten optimaalinen käyttöLernen koulutus 10.10.2007
33
Laitosmittauksista
34
Monipolttoaineiden käyttötutkimuksetTulistimien likaantuminen, sondimittaukset voimalai toksilla
35
Korroosio/kerrostumanäytteenotin laitoskäytössä altistusajat > 1000 h
Renkaita eri metalliseoksista korroosiokestävyyden tutkimiseksi. Metallin kuluma mitataan
Likaantumisnopeutta voidaanmäärittää myös reaaliajassa kerrostuma-alueenanturoinnin avulla (T,..)
Martti AhoVoimalaitosten optimaalinen käyttöLernen koulutus 10.10.2007
36
Pilot-kokoluokka (polttokokeet VTT:n koehallissa)
Martti AhoVoimalaitosten optimaalinen käyttöLernen koulutus 10.10.2007
37
Kerrostumanäytteenottoa VTT:n Pilot-reaktoristaJyväskylässä, näytteenottoaika n. 3 tuntia
30m m
16mm
Martti AhoVoimalaitosten optimaalinen käyttöLernen koulutus 10.10.2007
38
Kerrostuman analysointi pilot-laitteista kerättyjen kerrostumien eri kohdista, Åbo Akademi
Lee side
Inorganicvapors
Tackydeposit
Wind side
50o from Wind side β=50°
Lee side
Inorganicvapors
Inorganicvapors
Tackydeposit
Wind side
50o from Wind side β=50°
Jättöpuoli L
Tulopuoli W
Kriittinen sivupiste S Pintalämpötila säädettyTiettyyn tasoon
Martti AhoVoimalaitosten optimaalinen käyttöLernen koulutus 10.10.2007
39
Kerrostumanäytteenoton + analyysin antia: kerrostumien klooripitoisuuksia eri kohdissa kolmella polttoaineseoksella
0
5
10
15
20
25
30
20CYN-SAC 30CYN-SAC 50CYN-SAC
% C
l ker
rost
umas
sa
500W500S500L420W420S420L
Martti AhoVoimalaitostenoptimaalinen käyttöLernen koulutus 10.10.2007
40
Uusinta: Korroosion esto tulipesään ruiskutettavien kemikaalien avulla
Martti AhoVoimalaitosten optimaalinen käyttöLernen koulutus 10.10.2007
41
’
2MCl + SO3 + H2O -> M2SO4 + 2 HCl
NaCl, KCl
Na2SO4K2SO4HCl
Suoraan SO3hyökkäys
Martti AhoVoimalaitosten optimaalinen käyttöLernen koulutus 10.10.2007
42
Yhteistyöaiheita:
- Metallipintojen korroosion alkuhetkien havainnointi ja ennusteiden teko siltä pohjalta (muutaman tunnin tulipesäaltistumisen jälkeen metallin pinnasta tulisi löytää korroosiotuotteita syvyyden funktiona) - Lento- ja pohjatuhkan sulaosan määrän ja lämpötilan välinen riippuvuus, kvantitatiivista
tietoa lentotuhkan ja slagien kemiallisista yhdisteistä - Rikkitrioksidin tuottaminen ja syöttö suoraan polttolaitteeseen. SO3-rikin merkitseminen radioaktiivisella isotoopilla ja radioaktiivisen rikin analysoiminen lentotuhkasta ja savukaasuista - Savukaasun on-line kokonaiskloorianalysin ja on-line HCl-analyysin (FTIR-pohjainen)
yhdistäminen samaan laitteistokokonaisuuteen. Näytteenoton kehittäminen ko. analyysiin
43
Yhteistyöaiheita, jatkoa
- Raskasmetallianalyysi suoraan kerrostuneesta lentotuhkasta paikan funktiona
- Leijukerrospoltossa käytetyn hiekan (jyväkoon suuruusluokka, 1 mm) pinnoittumisen analyysi
- Poltossa käytettävien lisäaineiden huokoisuus- ja rakennetutkimukset
- Tarkka halogeenianalyysi (Cl, F, Br, I) polttoaineesta, havaintoraja < 0.001p-%
- FTIR savukaasuanalyysin havaintorajan laskeminen suola- ja fluorivetyhapolle, sekä
virhemahdollisuuksien eliminointi
- Polyaromaattisten hiilivetyjen on-line analytiikan kehittäminen