Polttoprosessin hyötysuhde- ja taselaskennan kehittäminen

Tutkimuksessa kehitettiin DIN 1942 -normin mukaista, yleisesti käytössä olevaa hyötysuhde- ja taselaskentamenetelmää. Keskeisenä tutkimuskohteena oli arinakuona- ja lentopölyhäviöiden määritys. Normin mukaisessa menetelmässä ei oteta riittävän hyvin huomioon polttoaineen epätäydellistä palamista ja sen vaikutusta eri ainevirtoihin. Kehitetyssä menetelmässä käytetään perinteisten massa- ja energiataseiden lisäksi hiili-, rikki- ja typpitasetta. Normin mukaista laskentamenetelmää tarkennettiin mm. savukaasun entalpian ja hiilimonoksidin häviötehon osalta. Normin laskentatavan teoreettinen perusta on epätäydellisen palamisen tarkastelua lukuun ottamatta oikea. Laskentaa on jonkin verran yksinkertaistettu, koska tietokonetekniikka ei ollut normia tehtäessä nykytasolla. Kehitettyä, normiin sovellettua laskentamenetelmää verrattiin kahdessa esimerkkitapauksessa. Palaturpeen arinapoltossa elementaarimenetelmän käyttäminen pienensi hyötysuhdetta 0,13 prosenttiyksikköä. Hakkeen arinapoltossa hyötysuhde kasvoi ainoastaan 0,03 prosenttiyksikköä. Polttoaineen tuhkapitoisuus vaikuttaa eri menetelmillä saatujen tulosten väliseen eroon. Esimerkissä 2 tuhkapitoisuuden kasvaminen käytetystä 3,4:stä 6 massaprosenttiin pienentäisi hyötysuhdetta noin 0,25 prosenttiyksikköä. Polttoprosessissa tuhkasta höyrystyvien aineiden massaosuus vaikuttaa hyötysuhteeseen ja massataseeseen. Vaikutuksen toteamiseksi tarkastelussa otettiin käyttöön polttoaineen, arinakuonan ja lentopölyn tuhkan höyrystyvien aineiden massaosuuden määritys. Normin mukaisessa menetelmässä kotimaisen polttoaineen arvona on käytetty kirjallisuudessa esiintyvää ruskohiilen arvoa. Kehitetty menetelmä tarkensi merkittävästi massataseiden ja siten myös esimerkiksi päästöjen määritystä. Esimerkkitapauksissa arinakuonan massavirrat kasvoivat 31,6 % ja 17,2 % silloin, kun vertailulaskelmissa (DIN 1942) käytettiin tuhkan höyrystyvien aineiden massaosuutena ruskohiilen kirjallisuusarvoja. Elementaarimenetelmää käytettäessä arinakuonaan ja lentopölyyn sitoutunut rikki alensi savukaasun rikin oksidien (SO2:na) päästöä 11,8 % esimerkissä 2. Savukaasun entalpian määrityksen tarkentaminen eri osakaasujen entalpioiden avulla tarkensi hyötysuhdetta noin 0,06 prosenttiyksikköä. Laskentamenetelmä on liitetty laboratorion mikrotietokonepohjaiseen ns. yleislaskentaohjelmistoon, jossa sitä käytetään hyötysuhde- ja taselaskennan lisäksi savukaasupäästöjen ja polttoprosessin tunnuslukujen määritykseen. Tämän ohjelmiston kuvaus esitetään myöhemmin ilmestyvässä julkaisussa.