Abstrakti
Biomassan polttoa pidetään tehokkaana energiantuotantomenetelmänä, joka mahdollistaa hupenevien fossiilisten polttoaineiden korvaamisen. Tämän lisäksi biomassa on sekä uusiutuva että CO2-neutraali luonnonvara, joka tarjoaa kestävän ratkaisun jatkuvasti kasvavalle energian kysynnälle. Olemassa olevat polttoteknologiat voivat hyödyntää biomassaa vain osittain, yleensä seoksena fossiilisten polttoaineiden kanssa. Tästä johtuen on kehitetty uusia teknologioita, kuten BioGrate-kattila, joka pystyy hyödyntämään uusiutuvia polttoaineita sellaisenaan.
Tulevaisuuden energiajärjestelmät tulevat sisältämään yhä enemmän erilaisia energialähteitä joustavaan energian tuotantoon. Tämä kohdistaa kattilaprosesseihin uusia haasteita, kuten nopeita kuorman muutoksia sekä energiatuotantoa minimiteholla. Tämän takia onkin tärkeää ymmärtää järjestelmien kehityksessä palamisprosessissa tapahtuvat ilmiöt, sillä se mahdollistaa kattiloiden optimaalisen suunnittelun ja ajon.
Tämä väitöskirja esittää Biograte-kattilalle mekanistisen mallin, joka mahdollistaa palamisilmiöiden tutkimisen. Tähän sisältyy erilaisten biomassan ominaisuuksien, kuten raekoon ja kosteuspitoisuuden vaikutuksen evaluointi sekä muuttuvan primääri-ilmansyötön vaikutuksen tutkiminen palavaan polttoainekerrokseen.. Mallin tarkkuuden parantamiseksi, BioGrate-kattilassa käytetylle polttoaineelle on määritetty pyrolyysikinetiikka ja siihen liittyvä reaktiolämpö on estimoitu tässä työssä myös kehitetyn pakattu-peti -pyrolyysimallin avulla.
Kehitetty yksityiskohtainen mekanistinen malli on lisäksi yksinkertaistettu prosessin monitorointiin ja säätöön soveltuvaksi. Verrattuna yksityiskohtaiseen malliin, yksinkertaisempi malli pystyy kuvaamaan palamista riittävän tarkasti laskenta-ajan ollessa silti reaaliaikaa lyhyempi. Kummatkin mallit on validoitu kokeellisen data avulla ja kokeet osoittavat mallien ennustuskyvyn olevan riittävä kokeellisesti mitattujen palamisilmiöiden kuvaamisessa.
Suoritettujen simulaatioiden avulla on tutkittu raekoon ja kosteuspitoisuuden vaikutusta biomassan palamiseen. Lisäksi on selvitetty palamisilman vaihtelun vaikutusta polttoaineen palamiseen. Yksityiskohtaisen mallin avulla on tutkittu raekoon ja kosteuspitoisuuden vaikutusta biomassan palamiseen BioGrate-kattilassa. Tämän lisäksi palamisilman vaihtelun vaikutusta polttoaineen palamiseen on selvitetty. Tulokset osoittivat, mallien avulla saadaan arvokasta tietoa BioGrate-kattilan tehokkuuden parantamiseen.
Julkaisun otsikon käännös | BioGrate -kattilan dynaaminen mallinnus |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-60-6808-4 |
Sähköinen ISBN | 978-952-60-6809-1 |
Tila | Julkaistu - 2016 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- biomassan poltto
- mekanistinen mallinnus
- palamisen mallinnus
- pyrolyysin mallinnus
- metsäkuusen kuoriaines
- mekanistinen malli on-line laskentaan