Polttoainekerroksen palamisen perusteet arinapoltossa

Tutkimuksessa on käsitelty arinapolttoon liittyvää kerroksen palamisen teoriaa kokeellisesti ja teoreettisesti. Tarkastelu lähtee yksittäisen polttoainepartikkelin ja -palan palamisesta, etenee kiinteän kerroksen eri palamistapauksiin ja tekee vertailuja laboratoriotulosten ja käytännön havaintojen sekä teoreettisten laskelmien välillä. Asioiden esitystapa on paljolti luonteeltaan käytännöllinen. Kiinteiden polttoaineiden ominaisuudet vaihtelevat varsin paljon ja samoin polttoainekerroksen käyttäytyminen ja palaminen arinalla. Kerroksessa on erotettavissa enemmän tai vähemmän selvärajaisena syttymätön polttoaine, syttymisrintama, pyrolyysivyöhyke ja jäännöshiilen palamisvyöhyke. Vyöhykkeiden sijaintiin ja syttymisrintaman etenemissuuntaan vaikuttavat polttolaitteen geometria, polttoaineen ominaisuudet, polttoaineen ja palamisilman syöttösuunnat sekä palamiskaasujen virtaussuunta. Kerroksen palaminen on perinteisesti jaettu kolmeen perustapaukseen: vastavirtapoltto, myötävirtapoltto ja ristivirtapoltto. Käytännön arinoissa nämä periaatteet esiintyvät joko puhtaina perustapauksina tai niiden yhdistelminä. Kostean turpeen ja puupolttoaineen arinatehoa rajoittaa primäärisesti polttoainepatjan kuivumis- ja pyrolyysinopeus (syttymisrintaman etenemisnopeus). Suurin vaikutus syttymisrintaman etenemisnopeuteen perinteisillä sivusta syötettävillä arinoilla on usein arinan loppupäässä palavalla polttoainekerroksella. Säteilyn vaikutus on suuri varsinkin, kun kerros on ohut ja tulipesä on täysin massattu. Ilman esilämmityksellä on merkitystä vasta, kun ilman lämpötila on korkea (200-300 °C) ja määrä suuri. Kotimaisten polttoaineiden kattiloissa (ristivirtatyyppi) arinatehot vaihtelevat 0,3 ja 1,0 MW/m2:n välillä polttoaineen kosteudesta riippuen. Leveällä arinalla päästään jonkin verran suurempaan ominaistehoon kuin kapealla arinalla. Puhtaalla vastavirtapoltolla saavutetaan 1,4 - 1,6 MW/m2:n ominaistehoja. Vastavirtaperiaatteelle rakennettu arina on halvempi kuin ristivirtatyyppinen. Vastavirtapoltossa päästään suureen ominaistehoon suhteellisen pienellä ilmamäärällä ja arinakapasiteettia rajoittaa vain arinailman virtausnopeus ja määrä. Vastavirtapolton ongelmana on koksikerroksen korkea lämpötila, minkä vuoksi tuhka sulaa helposti arinalle.