Puun palamisolosuhteiden vaikutus hiukkaspäästöjen määrään ja kokojakaumaan
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2018-08-20
Department
Major/Subject
Heat and Power Processes
Mcode
ENG21
Degree programme
Master's Programme in Energy Technology (EEN)
Language
fi
Pages
87+19
Series
Abstract
Teollinen ilmansuojelu saa yhä enemmän näkyvyyttä mediassa suurten kasvumaiden energiainfrastruktuurin voimakkaan kasvun aikana, jolloin myös uusien polttoprosesseja hyödyntävien energiantuotantolaitosten rakentaminen on voimakasta. Palamisessa syntyvien hiukkaspäästöjen määrää pyritään rajoittamaan lainsäädännöllisten ohjauskeinojen avulla. Tiukentuvat päästörajat aiheuttavat tarpeen jatkuvalle tuotekehitykselle hiukkaspäästöjen puhdistusteknologioita valmistavissa yrityksissä. Tässä diplomityössä tutkittiin puupolttoaineiden palamisessa syntyvien hiukkaspäästöjen korrelointia savukaasujen CO-pitoisuuden kanssa. Tavoitteena oli selvittää, miten palamisolosuhteiden muutokset vaikuttavat muodostuneiden hiukkasten koko- ja lukumääräjakaumiin kosteiden puupolttoaineiden palamisessa. Tutkimus toteutettiin kokeellisena tutkimuksena Aalto-yliopiston konetekniikan laitoksen alla toimivan Thermodynamics and Combustion Technology-tutkimusryhmän kalustoon kuuluvalla leijupetiteknologiaan perustuvalla laboratoriokokoluokan koepolttolaitoksella, jota käytettiin kuplapetipolttoon. Hiukkaspäästömittaukset toteutettiin reaaliaikaisesti sähköisellä alipaine-impaktorilla (ELPI), jonka lisäksi kaasumaisia päästöjä mitattiin FTIR- ja NDIR-menetelmiin perustuvilla kaasuanalysaattoreilla sekä elektrokemiallisella happianturilla. Teoriaosuus käsittelee uusimpia saatavilla olevia tutkimustuloksia puupolttoaineiden poltossa syntyvistä hiukkaspäästöistä sekä tilastotietoja metsähakkeen ja kuoren polttoainekäytöstä Suomessa. Tämän lisäksi teoriaosuudessa käydään läpi palamisteoriaa, tyypillisiä polttoteknologioita, palamisessa syntyviä päästöjä ja niiden mittausmenetelmiä sekä hiukkaspäästöihin liittyvää lainsäädäntöä ja hiukkasten muodostusmekanismeja. Tutkimuksen lopputuloksena todettiin, että puupolttoaineiden palamisessa syntyvä hiilimonoksidin määrä kasvattaa hiukkaspäästöjen määrää kokoluokkien 0.31-4.45 μm osalta tasaisilla palamisolosuhteilla. Korkeampi palamislämpötila vähentää hiukkaspäästöjen kokonaismäärää tasaisilla palamisolosuhteilla, mutta polttoaineen syttymisvaiheessa ja suurimman lämmönkehityksen aikana savukaasujen CO-pitoisuudet ovat kuitenkin hetkellisesti poikkeuksellisen suuria, jolloin myös hiukkaspäästöjen hetkelliset määrät ovat suurempia.Industrial air pollution control is getting greater attention in media during the growth of energy infrastructure in large countries, which leads to the increasing rate of construction of new combustion based energy generation plants. The combustion-based particle-emissions can be restricted with legislative means of control, which creates a need for continuous product development for businesses that provide particle-emissions control technologies. The correlations between combustion-based particle-emissions and flue gas CO-concentration were studied in this thesis. The objective was to investigate how changes in combustion conditions affects to the generated particle number concentrations and size distributions when wet wood-based fuels are combusted. The research was executed as an experimental study by using a laboratory-scale combustion test rig, which is based on fluidized bed technology, at Thermodynamics and Combustion Technology-research group at the Department of Mechanical Engineering at Aalto University. The combustion test rig was operated in bubbling fluidized bed mode during the experiments. The real-time measurements of particle emissions were executed by using an electrical low-pressure impactor (ELPI) and the gaseous emissions were measured by using FTIR- and NDIR-technology based gas analyzers and electrochemical oxygen sensor. The theory section introduces the most recent available researches about particle-emission formation in wood-based fuel combustion and statistical data about wood chip and bark usage as a fuel in Finland. Additionally, basics of combustion theory, typical combustion technologies, combustion-based emissions and measuring techniques, the laws concerning particle-emissions and particle formation mechanisms are reviewed. It was found that the amount of particle emissions increases within the size range of 0.31-4.45 μm when the CO-concentration in flue gases increases during stable combustion conditions. Higher combustion temperature decreases the total amount of particles when the combustion conditions are stable, but during the ignition phase and the period of highest heat generation, the transient CO-concentrations are relatively large, which also increases the transient amount of particle emissions.Description
Supervisor
Järvinen, MikaThesis advisor
Nummila, MikaKeywords
hiukkaskokojakauma, leijupeti, palaminen, puupolttoaine, päästöt