Automaattisesti nuohotun pellettikattilan hyötysuhteen pysyvyys
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Authors
Date
2017-06-12
Department
Major/Subject
LVI-tekniikka
Mcode
K3008
Degree programme
Energia- ja LVI-tekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
49 + 9
Series
Abstract
Täysautomaattisuudella tarkoitetaan lämmityskattiloiden yhteydessä järjestelmää, jonka käsin suoritettavat puhdistus- ja nuohoustoimenpiteet sekä ohjausjärjestelmä kokonaisuudessaan on korvattu vastaavilla automaattisilla toiminnoilla. Tämä tutkimus keskittyy tarkastelemaan lämmönsiirtoon vaikuttavia tekijöitä pellettilämmityksen yhteydessä sekä tutkimaan hyötysuhteen pysyvyyttä pienen kokoluokan pellettikattilassa teoreettisesta näkökulmasta ja mittausjakson avulla. Biomassan hyödyntämisessä polttoaineena rakennusten lämmityksessä haja-asutusalueella on merkittävä potentiaali sekä ilmastopolitiikan että kustannustehokkuuden näkökulmasta. Puupelletit ovat helposti hyödynnettävä polttoaine pienkohteissa ja pellettilämmityslaitteiden kehittyessä jatkuvasti yhä energiatehokkaammiksi voidaan siirtymistä fossiilisten polttoaineiden käytöstä pellettilämmitykseen pitää erittäin hyvin perusteltuna. Biomassakattiloiden lämmönvaihtimien nuohousmekanismeina käytetään lähinnä paineilmanuohousta tai mekaanista nuohousta. Mekaaninen nuohous tapahtuu pääasiassa turbulaattoreilla, jotka nuohoavat lämmönvaihtimen putket joko hankaamalla tai pyörimällä. Nuohouksen lisäksi turbulaattorit toimivat pyörrevirtauslaitteina, jotka tehostavat lämmönsiirtoa lämmönvaihtimessa. Mittauskohteena olleessa pellettikattilassa on automaattinen turbulaattorinuohous ja lämmönvaihtimen lisäksi tulipesä on vesijäähdytteinen, eli osa lämmönsiirrosta tapahtuu tulipesän puolella. Savukaasuvirran, lentotuhkan ja lämmönvaihtimen ominaisuudet määräävät tuhkan tarttumisen lämmönsiirtopinnoille. Tuhkan sulamisosuuden kasvaessa tuhkasta tulee erittäin helposti tarttuvaa ja erityisesti kalium, kalsium ja pii muodostavat herkästi oksjdeja, joiden pehmenemislämpötila on 650 – 700 °C. Tutkimuksessa havaittiin jo 1 mm:n kertymän lämmönvaihtimen pinnoilla heikentävän hyötysuhdetta 7,26 – 9,19 %-yksikköä. Pellettiä polttoaineenaan käyttävässä tuliputkikattilassa tuhkan kertymisnopeus lämmönvaihtimen pinnoille on 3 – 5 g/m2h. Hyötysuhdemittauksissa saatiin tästä huolimatta tuloksia, jotka osoittavat hyötysuhteen säilyvän lämmönvaihtimen osalta hyvänä automaattisen nuohouksen ansiosta. Mittausjakson loppupuolella hyötysuhde alkaa laskemaan. Tätä selittää palamisjaksojen lyheneminen ja tulipesän seinämille kertyvä tuhka-aines, mikä heikentää lämmönsiirtoa.A fully automatic heating boiler is described as one that has its manual cleaning and sweeping operations replaced with fully automated operations and boiler control. This study focuses on factors that affect heat transfer in a pellet heating system and research is conducted on the stability of the boiler efficiency from a theoretical point of view within a measurement period. There is significant potential in utilizing biomass based fuels for heating residential buildings in the rural area from both the climate policy and cost efficiency point of view. Wood pellets are easily utilized as fuel in small scale developments and as the wood pellet heating devices become increasingly energy efficient, the change from fossile fuels to wood pellet heating can be described very well justified. The heat exchanger of a biomass boiler is mostly cleaned by soot blowing with compressed air or using mechanical sweeping. Mechanical sweeping is mainly conducted with turbulators that sweep the heat exchanger tubes either by abrasive or rotative movement. In addition to heat exchanger cleaning the turbulators work as swirl flow generators that enhance heat transfer in the heat exchanger. In this study measurements were carried out for a pellet boiler that has automatic heat exchanger sweeping system and the furnace is water cooled to partially conduct heat transfer in the furnace area. The characteristics of the flue gas, fly ash and the heat exchanger determine the sticking probability of the ash. As the melting proportion of ash particles increase the sticking probability increases and especially potassium, calcium and silicon forms oxides that have a softening temperature of 650 – 700 °C. The results of this study indicate that already a 1 mm deposition layer on the heat exchanger surface can decrease the boiler efficiency by 7,26 – 9,19 %. The fouling rate of a boiler running on wood pellets as fuel is 3 – 5 g/m2h. However the efficiency measurements showed the efficiency to remain high within the heat exchanger because of the automatic sweeping system. At the end of the measurement period the efficiency begins to decrease. This can be explained by burning periods becoming shorter and by ash deposition in the furnace area which decreases the overall heat transfer.Description
Supervisor
Sirén, KaiThesis advisor
Alakangas, EijaKeywords
bioenergia, pellettilämmitys, pellettikattila, biomassalämmitys, hyötysuhde, automaattinuohous