Poltto

Järviruoko sopii poltettavaksi energiaksi samaan tapaan kuin muut korsimateriaalit

Polttoon soveltuu parhaiten kevättalvella korjattava ruoko, jolloin kasvuston kosteuspitoisuus on alimmillaan (18-20 %) ja polttolaitteistoa syövyttäviä aineita eniten sisältävät lehdet ovat varisseet. Järviruo’on energiasisältö on 18,9 MJ/kg ja tehollinen lämpöarvo 15-20 %:n käyttökosteudessa 14-15 MJ/kg  eli 3,9-4,2 MWh/t (Isotalo ym. 1981, Kask 2007). Lämpöarvo on lähes sama kuin hakkuutähteillä ja puupelletillä, sekä hieman parempi kuin oljella, hampulla ja ruokohelvellä (17,4-17,6 MJ/kg). Ruovikon keskimääräinen hehtaarituotto (noin viisi tonnia kuiva-ainetta vuodessa) vastaa energiasisällöltään noin 21 MWh:a, mikä on yhden pientalon keskimääräinen vuotuinen energiantarve.

Kuten muillakin korsimateriaaleilla, ruo’on poltossa ovat haasteena tuhkan suuri määrä, tuhkan sulamisriski korkeissa lämpötiloissa ja tuhkassa olevat syövyttävät aineet. Järviruo’on tuhkapitoisuus on talvilaadussa 2-4 %, mikä on 5-10 –kertainen puun tuhkaan verrattuna, mutta pienempi kuin oljella ja turpeella (5 %). Tuhkan sulavuus ei poltossa ole useinkaan ongelma, koska sulamislämpötilaa alentavat, kaliumoksidia sisältävät lehdet ovat ehtineet varista ennen talvikorjuuta. Isotalon (1981) ja Kask’n (2007) mukaan talviruo’on tuhka ei sula edes 1350-1390 oC:ssa. Korroosiota edistävää klooriakin on eniten lehdissä, joten myös talviruo’on klooripitoisuus jää alhaiseksi (0,11 %) ollen selvästi alempi kuin oljella (0,31 %). Talviruo’on rikkipitoisuus (0,04 %) on melko pieni verrattuna turpeeseen (0,2 %), eikä sen arvioida muodostavan merkittävää tuli- ja savupintojen syöpymisriskiä (Isotalo 1981, Kask 2007).

Korsimateriaalien käytössä haasteen luo biomassan alhainen irtotiheys, mikä vaikuttaa kuljetukseen ja käsiteltävyyteen lämpölaitoksissa. Alhaista irtotiheyttä voidaan kompensoida pelletöinnillä, briketöinnillä ja paalauksella, sekä seospoltolla puuhakkeen kanssa. Koska pelletöinti ja briketöinti vaativat erillisiä työvaiheita ja erikoislaitteita, on tähän mennessä keskitytty ruokosilpun ja paalien koepolttoihin.

Parhaiten ruoko soveltuu poltettavaksi seospolttoaineena

Tällöin sitä sekoitetaan viitisen prosenttia esimerkiksi hakkeen tai turpeen sekaan polttoainevarastossa tai -kentällä pyörökuormaajalla. Valmis seos siirretään polttolaitoksen kuljettimille.Seospoltossa ruo’on polttoon liittyviä ongelmia, kuten tuhkan suurta määrää, voidaan minimoida.

Kelkan (2007) puuhakkeen ja ruokosilpun seoksella (1/3 ruokoa) tekemien kokeiden perusteella ruo’on todettiin soveltuvan pienpolttoon melko vähillä laitteistomuutoksilla. Riittävä ilmansaanti koettiin yhdeksi tärkeimmistä tekijöistä. Myös silpun pituus on ratkaiseva käytölle miehittämättömässä lämmöntuotannossa. Pitkät korret (enimmillään 30 cm) saivat alkupään kuljettimet holvaamaan.

Myös voimalaitoskokoluokan laitoksissa tehdyissä seospolttokokeissa pitkät korret aiheuttivat jonkin verran ongelmia syöttölaitteissa, samoin kevyen silpun holvaantuminen hidasti polttoaineseoksen syöttöä (Virko 2007). Suurissa jätteenpolton arinakattiloissa ruokoa arvioitiin voitavan käyttää kokonaisena, mutta leijupetikattiloissa silpun tulee olla alle 5 cm pitkää. Käyttö voimalaitoksissa edellyttää kuitenkin seospoltollakin suuria ruokomääriä, joita nykyisellä korjuu- ja kuljetuskalustolla on vaikea kerralla toimittaa. Valon (2007) mukaan optimaalinen lämpölaitos ruo’on polttoon olisi teholtaan alle 500 kW maatilakokoluokan laitos. Sen kattila ja syöttölaitteet soveltuisivat erilaisille seospolttoaineille, jolloin laitoksessa voitaisiin polttaa aina edullisimmin saatavilla olevaa polttoainetta.

Järviruo’on soveltuu tukipolttoaineeksi paikallisissa hakelämpölaitoksissa

Lisäkokemusta silputun järviruo’on seospoltosta puuhakkeen kanssa saatiin polttokokeessa Taivassalon aluelämpölaitoksessa talvella 2011 VELHO-, COFREEN- ja Mynälahti –hankkeiden, Ukipolis Oy:n ja lämpölaitoksen yhteistyönä. Kokeessa tutkittiin ruo’on hyödyntämismahdollisuutta laitoksessa, saatiin kokemuksia sen toimivuudesta laitoksen kuljetinlaitteistossa ja mitattiin eri ruoko-hakeseosten hyötysuhteita. Kokeen tekninen toteutus ja tarkemmat tulokset on julkaistu raportissa (Moisalo 2011).

VELHOn talvileikkuista ruoko kuljetettiin nippuina lämpölaitoksen pihalle ja haketettiin hakkurilla suoraan varastoon. Tasalaatuisen, alle 5 cm pitkän ruokosilpun kosteuspitoisuus oli 22 %. Puuhake oli kosteuspitoisuudeltaan (enimmillään 35,5 %) ja palakooltaan vaihtelevaa. Suurin osa ruokosilpusta poltettiin seoksena hakkeen kanssa laitoksen vakiosäädöillä. Varastossa traktorin etukuormaimella sekoitettu ruoko-hakeseos kulkeutui ruuvikuljettimissa ongelmitta. Ongelmia ei myöskään havaittu palotapahtumassa tai tuhkan määrässä. Varsinaiset koepoltot tehtiin eri ruo’on ja hakkeen seoksilla (10-40 % seostilavuudesta) muuttamatta kattilan logiikkaohjausta manuaalisesti eli hakkeen säädöillä.

Ruo'on todettiin nostavan palamisen hyötysuhdetta verrattuna pelkän hakkeen polttoon. Ruoko-hakeseos paloi kattilassa huomattavasti paremmin kuin pelkkä hake. Polton hyötysuhteen nousu oli korkeinta, kun ruokoa lisättiin kostean ja heikohkon lämpöarvon omaavan hakkeeseen. Kokeen perusteella on ruo’on 10 - 20 % tilavuusosuus polttoaineseoksesta optimaalisin. Alimmalla mitatulla 10 % osuudella saavutettiin merkittävä parannus polton hyötysuhteeseen. Osuuden kasvaessa laski seoksen lämpöarvo hyötyyn nähden, eikä 30 – 40 % ruo’on osuuksia voi pitää käytössä kannattavina.

Puhtaan ruokosilpun poltto onnistui korsimateriaalin polttoon soveltuvassa lämpölaitoksessa

Hakelämpölaitoksissa on haasteena ollut kevyen ja pitkiä korsia sisältävän silpun aiheuttamat ongelmat kuljetinlaitteissa. Lisäksi ruokosilpun sekoittaminen hakkeeseen voi tuottaa ongelmia sekoituslaitteiden puuttuessa. Silputun korsimateriaalin polttoon sopivassa laitoksessa on kevyen ja kookkaankin polttoaineen siirtoon sopivat kuljetinlaitteet, tehokkaat tuhkan poistolaitteet sekä liikkuva arina mahdollisten tuhkan sulavuusongelmien varalta. Korsimateriaalille sopivia laitoksia on viime vuosina alettu hankkia maatiloille mm. oljen polttoon.

VELHO-hankkeessa testattiin puhtaan ruokosilpun polttoa Eurajoella Väkiparran tilan lämpölaitoksessa, yhteistyössä Väkiparran tilan, Prizztech Oy:n, ABC-Biopower Oy:n ja Satakunnan ammattikorkeakoulun kanssa. Teknisten kokemusten lisäksi hankittiin mittaustietoa järviruo’on polton päästömääristä ja savukaasujen laadusta sekä vertailtiin niitä samassa laitoksessa tehtyyn hakkeen polttokokeen tuloksiin. Kokeen tekninen toteutus ja tarkemmat tulokset on julkaistu erillisessä raportissa (Ajosenpää ym. 2013). Teknisesti poltto sujui hyvin lukuun ottamatta pisimpien, yli 30 cm korsien kolakuljettimelle aiheuttamia tukkeumia. Arvioitiin, että syöttölaitteet olisivat toimineet moitteettomasti alle 10-15 cm silpulla. Ruokosilpun arvioitua suurempi kosteus ei osoittautunut ongelmaksi, vaan 40 m3 silppua paloi hyvin tuottaen 20 tunnin koejaksolla noin 4 MW energiaa. Laitoksen vakiosäädöillä saavutettiin noin 300 kW/h teho ja suurin hetkellinen polttoteho oli 371 kW. Syöttölaitteiden teho rajoitti suuremman polttotehon saavuttamista, koska pesään ei pystytty toimittamaan nopeammin silppua. Kokeen aikana tuhkan siirtoa ei säädetty nopeammaksi, minkä vuoksi kokeen jälkeen pesään jäänyt ruokotuhka vaikeutti puuhakkeen polttoa. Tuhkan sulamista ei havaittu.

Savukaasumittauksissa viitteellisinä päästöraja-arvoina käytettiin 1-5 MW laitoksille asetettuja raja-arvoja, vaikka laitos ei (alle 1 MW) ole asetuksen piirissä. Typenoksidipitoisuudet ja hiukkaspäästöt olivat ruokoa poltettaessa samaa luokkaa kuin puuhakkeella; molemmat jäivät alle raja-arvojen. Rikkidioksidipitoisuudet sen sijaan ylittivät viitteelliset päästöraja-arvot ja ero puuhun oli selkeä. Samoin häkäpitoisuudet ovat ruo’on poltossa selvästi korkeammat, mutta kuitenkin alhaisia. Rikkidioksidin korkeammissa pitoisuuksissa arvioitiin olevan jonkin verran riskiä kattilan korroosiovaurioille. Savukaasujen lämpötilan jäädessä alhaiseksi vesihöyry pääsee kondensoitumaan savukanavien pinnoille, jolloin voi muodostua rikkihappoa. Kokeessa pyrittiin nostamaan savukaasujen lämpötilaa ja optimoitiin säädöin ruokosilpun palamista. Pidemmässä poltossa säätöjä voitaneen edelleen parantaa.

Kokeen perusteella ruoko sopii poltettavaksi laitoksessa, kunhan silppu on riittävän lyhyttä. Tekninen käyttövarmuus, korroosioriskit ja rikkidioksidipäästöt huomioiden järkevin käyttötapa on kuitenkin seospoltto hakkeen kanssa.

Paalipolttokokeet

Järviruo’osta tehtyjen pyöröpaalien polttoa on aiemmin testattu tanskalaisvalmisteisessa kolme paalia vetävässä kattilassa (Lötjönen ym. 2011). Kokeessa ruokopaalit eivät palaneet hyvin, vaan paaleihin jäi runsaasti palamatonta ainesta, vaikka ne olivat kuivia. Palamisilma ei päässyt tunkeutumaan liian tiukkojen paalien sisälle. Palamishyötysuhde oli järviruokopaaleilla 72 %, kun kattilassa poltettavilla olkipaaleilla se oli 79 %. Ruokohelpipaalien hyötysuhde jäi selvästi alemmaksi, 64 %:iin. Palamistulosta arvioitiin voitavan parantaa tekemällä paaleista löysempiä ja lisäämällä ilman määrää palotapahtumassa. Kokeessa kattilan säädöt pidettiin vakioina (mitoitettu olkipaaleille).

Kokemuksia ruokopellettien poltosta

Ruokopellettien palamista testattiin kolmessa pientalon pellettipolttimessa osana COFREEN-hanketta. Polttokokeissa ruokopellettien todettiin sopivan poltettavaksi polttimessa, jossa on maljamainen polttopää (BeQuem-poltin). Koe tehtiin kesäkaudella kahden kuukauden ajan, polttaen 200 kg ruokopellettejä. Pelletit paloivat hyvin eikä tuhkan suuresta määrästä tullut ongelmia, vaikka sitä kertyi neljä kertaa enemmän kuin puupelleteistä. Tuhka saatiin puhallusta voimistamalla putoamaan palomaljasta tuhkapesään. Tuhkan rakenne oli selvästi puun tuhkasta poikkeavaa. Ruokotuhka oli palamisen jälkeenkin pellettien rakenteen näköistä. Se ei siis tiivistynyt palaessa kasaan kuten puun tuhka. Tuhkan sulamista ei havaittu.

Puupellettien polttoon tarkoitetuissa polttimissa ongelmia tuli suuresta tuhkan määrästä ja ilmavasta rakenteesta. Vaakapesäisessä polttimessa (Effecta Komplet) ja modernissa maljamaisessa polttimessa tuhka jäi palotilaan estäen uusien pellettien palamisen. Puupelleteillä tuhkaa syntyy vähemmän ja se poistuu hienona pölynä palokaasujen mukana tuhkapesään. Ainakin Effecta Komplet –kattilassa olisi ruokopellettien palamista mahdollisesti voitu parantaa puhallusta voimistamalla.

Ruokopelletti todettiin puupellettiä käyttäjäystävällisemmäksi vähäisemmän pölyämisen vuoksi. Se vaikutti myös puupellettiä kovemmalta eikä hajoamista havaittu enempää kuin puupelleteillä.