Kierrätyspuun polttoparametrien vaikutus kattilatuhkien hyötykäyttömahdollisuuksiin

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2019-06-17
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Energy Technology (EEN)
Language
fi
Pages
98 + 11
Series
Abstract
Tässä diplomityössä tutkittiin kierrätyspuun lisäyksen vaikutusta polttoprosesseissa syntyvien tuhkien koostumukseen sekä niiden hyötykäyttömahdollisuuksiin. Tutkimus koostuu laajasta kirjallisuusselvityksestä sekä kokeellisesta osiosta, jossa puu- ja turveperäisiä polttoaineita poltettiin eri seossuhteilla laboratoriokokoluokan leijupetireaktorissa. Poltossa syntyneille tuhkille teetettiin standardinmukaiset haitta-aineanalyysit, joiden avulla selvitettiin tuhkissa esiintyvien haitta-aineiden määriä ja liukoisuuksia. Lisäksi AB-puun vaikutusta polttoainehankintojen kustannuksiin arvioitiin kustannusanalyysin perusteella. Merkittävimpiä puu- ja turvetuhkien hyötykäyttökohteita ovat lannoitekäyttö sekä MARA-asetuksen mukainen käyttö maarakennuksen raaka-aineena. Lannoitekäytössä tuhkilta edellytetään, että ne sisältävät riittävästi ravinteita eivätkä niiden haitta-ainepitoisuudet ylitä lannoiteasetuksessa esitettyjä enimmäispitoisuuksia. MARA-asetuksen mukaisissa sovellutuskohteissa tuhkat soveltuvat hyödynnettäväksi, jos ne täyttävät niille asetetut raja-arvot sekä käyttökohteen edellyttämät tekniset ominaisuudet. Kivihiilen poltossa syntyviä tuhkia käytetään yleisesti myös betonin valmistuksessa, mutta nykystandardit estävät pelkän puu- ja turvetuhkan käytön. Tutkimuksen koejärjestelyissä esiintyi useita tekijöitä, jotka heikensivät tutkimustuloksien luotettavuutta. Tutkimustuloksien perusteella AB-puun osuutta voidaan kuitenkin suositella kasvatettavaksi nykyisestä, sillä sen todettiin vastaavan koostumukseltaan luonnonpuuta, eikä sen osuuden kasvattaminen kohottanut tuhkissa esiintyvien haitta-aineiden pitoisuuksia ja liukoisuuksia merkittävästi. AB-puun osuuden kasvaessa tuhkien ravinnepitoisuudet (Ca, P, K) laskivat tuhkissa, mutta kromin, kuparin ja nikkelin pitoisuudet kasvoivat vähäisesti. Yksikään kokeellisen osion tuhkista ei soveltunut lannoite- tai maarakennuskäyttöön sellaisenaan. Kierrätyspuun osuuden kasvattamisella poltossa voidaan saavuttaa merkittäviä säästöjä polttoaineiden vuosittaisissa hankintakustannuksissa. AB-puun osuuden kasvaessa 30 %:iin, polttoainekulut pienenevät noin 8 %:lla ja osuuden kasvaessa edelleen 40 %:iin kulut alenevat noin 12 %:lla. Polttoainekuluista saatavien säästöjen odotetaan ylittävän tuhkille mahdollisesti aiheutuvat lisäkäsittelykustannukset.

The aim of this thesis is to examine the impact of recycled wood fuel on the composition and utilization possibilities of ashes formed in combustion processes. The thesis was executed as an extensive literary research, also including an experimental research in which peat and wood-derived fuels were combusted in a laboratory-scale fluidized bed reactor with different fuel ratios. Chemical analyses were carried out on the ash samples recovered from the combustion to determine the changes in concentrations and leaching behaviour of detrimental elements. Furthermore, the financial effects of each experimental case were evaluated by cost analyses. The ashes recovered from the combustion of wood and peat are commonly utilized as forest fertilisers and earth construction materials. However, the utilization of ash in these applications is regulated by law. It is required that ashes contain enough nutrients and the concentrations of detrimental elements do not exceed the upper limits stated in the fertilising decree. The ashes can also be utilized as earth construction materials without an environmental permit if the leachabilities of detrimental elements are below the required limits and the technical properties of ashes are suitable for the target application. The ashes from the combustion of coal are widely used in concrete production, but the current concrete standards do not allow the utilization of wood and peat ashes alone. None of the ashes recovered in the experiments met the requirements stated in the decrees. However, the chemical analyses indicate that increasing the amount of recycled wood in the fuel mix does not have a considerable effect on the concentrations and leaching behaviour of detrimental elements in the ashes. Thus, increasing the share of recycled wood in the fuel mix can be suggested. Chemical analyses also indicate that the concentrations of nutrients (Ca, P, K) decrease as the share of recycled wood increases, but the concentrations of certain heavy metals (Cr, Cu, Ni) increase slightly. Furthermore, several factors were observed during the experimental research arrangements that decreased the reliability of the test results significantly. Increasing the share of recycled wood in the fuel mix has a significant effect on the annual fuel costs. By increasing the share of recycled wood to 30 %, the annual fuel acquisition costs are decreased by 8 %. Furthermore, if the share of recycled wood increases to 40 %, the annual savings increase up to 12 %.
Description
Supervisor
Järvinen, Mika
Thesis advisor
Siponen, Matias
Keywords
bioenergia, puun ja turpeen seospoltto, tuhka, kierrätyspuu, hyötykäyttö, BFB
Other note
Citation