Metsähakkeen kuivauskinetiikan tutkiminen laboratoriokokoluokan rumpukuivurilla

Abstract

Uusiutuvan energian käyttöä tullaan Suomessa lisäämään tulevaisuudessa ja pitkän aikavälin tavoitteena on hiilineutraali energiajärjestelmä, joka pohjautuu vahvasti uusiutuviin energialähteisiin kuten biopolttoaineisiin. Biopolttoaineen termistä lämpöarvoa voidaan kasvattaa alentamalla biopolttoaineen kosteuspitoisuutta kuivauksella.

Tässä työssä keskitytään Aalto-yliopistossa olevan laboratoriokokoluokan rumpukuivurin käyttöönottoon ja sen toimintaan. Pilot-rumpukuivurilla tehtiin kuivumiskokeita metsähakkeelle hyödyntäen kuivauskaasuna lämmintä ilmaa sekä käyttämällä kuivausrummun epäsuoraa lämmitystä. Kuivumiskokeiden pohjalta muodostetaan kuivumiskäyriä eri lähtöarvoilla. Lisäksi työssä tutkitaan pilot-rumpukuivurin tilavuutta kohden mitattua lämmönsiirtokerrointa pintalämpötilakokeiden avulla.

Työn ensimmäinen osuus koostuu yleisestä teoriaosuudesta, jossa käsitellään kostean ilman termodynamiikkaa, hakkeen ominaisuuksia, kosteuden määritystä, kuivumista fysikaalisena ilmiönä, rumpukuivurin toimintaa, päästöjä sekä tulipalo- ja räjähdysvaaroja. Toisessa osassa keskitytään kokeelliseen tutkimukseen liittyen pilot-rumpukuivurin käyttöönottoon ja koelaitteistoon, kuivumis- ja kuivumisnopeuskäyrien muodostamiseen sekä tilavuutta kohden mitatun lämmönsiirtokertoimen määritykseen.

Työn tulokset osoittivat, että pilot-rumpukuivuri soveltuu metsähakkeen kuivaukseen, jos sisääntuloilman lämpötila on tarpeeksi korkea, epäsuora lämmitys on käytössä sekä hakkeen sekoittuminen on tarpeeksi tehokasta. Tuloksien epätarkkuuteen vaikuttivat metsähakkeen heterogeeninen koostumus ja palakoon suuri vaihtelu testien välillä.

In the future the use of the renewable energy will be increased in Finland and the long-term objective is the carbon neutral energy system, which is based heavily on renewable energy sources such as biofuels. By using drying, the thermal calorific value of the biofuel can be increased by lowering the moisture content of the biofuel.

This study focuses on the commissioning and operation of a laboratory rotary drum dryer in the Aalto University. Drying tests of the wood chips are carried out by using warm air as a drying gas and indirect heating as conductive drying. Based on the drying tests, drying curves are formed with different starting values. In addition, a heat transfer coefficient measured per volume of pilot rotary drum dryer is studied by taking temperature tests from surfaces of wood chips.

The first part of the study concentrates on general theoretical part dealing with thermal dynamics of humid air, wood chips properties, moisture determination, theory of drying, theory of rotary drum dryer, emissions and fire and explosion hazards. The second part of the study focuses on experimental research regarding the commissioning of pilot rotary drum dryer and testing instrumentation, forming drying curves and determining the heat transfer coefficient measured per volume.

The results of the study showed that the pilot rotary drum dryer is suitable for wood chips drying if the inlet air temperature is high enough, indirect heating is used and mixing of chips is efficient enough. The heterogeneous composition of the wood chips and variation of the wood chips size between tests were affected to the uncertainty of the results.