Puun polton pienhiukkaspäästöt: Loppuraportti

Puun pienpolton päästötieto suomalaisista laitteista on ollut vähäistä erityisesti pienhiukkaspäästöjen osalta. Päästöarvioita on jouduttu tekemään ulkomaisten tutkimusten perusteella. Samanaikaisesti uusia ulkoilman pienhiukkasten terveysvaikutuksia käsitteleviä tutkimustuloksia julkaistaan vuosittain. Luotettavan tutkimustiedon saamiseksi vuonna 2002 käynnistettiin tutkimushanke ”Puun polton pienhiukkaspäästöt”, joka tehtiin yhteistyössä Kuopion yliopiston, VTT prosessien, Työtehoseuran ja yhdeksän yrityksen kanssa pääosin Tekesin rahoittamana. Tutkimushanke jakaantui kolmeen päätutkimusalueeseen: (1) pienhiukkasmallinnukseen, (2) näytteenottoon ja mittaustekniikkaan sekä (3) päästökertoimien määrittämiseen.
Mallinnus. Osiossa kehitettiin puun pienpolttoon soveltuvaa pienhiukkasmallinnusta. Pääpaino mallinnuksessa oli puun tuhkan käyttäytymisen mallintamisessa. Polttotekniikan kannalta oleellisin tulos oli, että alkalien muodostamaan hiukkasfraktioon voidaan vaikuttaa lähinnä vain vaikuttamalla alkalien vapautumiseen. Vapautuvaan ainemäärään vaikuttavia tekijöitä ovat palamislämpötila, palamiskaasujen jäähtymisnopeus ja tuhkan koostumus. Mallinkehitystyöhön liittyen projektissa rakennetulla virtausreaktorilla tutkittiin polttoaineen ja palamisolosuhteiden merkitystä päästöihin.
Mittaustekniikka. Osiossa selvitettiin näytteenoton ja mittalaitteiden merkitystä tulokseen. Laimennusmenetelminä käytettiin ejektorilaimentimia, laimennustunnelia sekä huuvalaimennusta. Mittalaitteiden välisiä eroja tutkittiin mittaamalla erilaisista puun polttolaitteiden päästöstä yhtäaikaisesti kahdella tai useammalla erilaisella mittalaitteella.
Päästöt. Jatkuvassa poltossa polttoprosessi on huomattavasti paremmin hallittavissa ja päästöt pienempiä ja tasaisempia kuin panospoltossa. Vaihtelua esiintyy erityisesti polton häiriö-, puhdistus- ja katkokäyntitilanteissa sekä hyvin pienellä teholla poltettaessa. Suurissa laitoksissa päästöihin vaikuttavat merkittävimmin käytetyt puhdistusmenetelmät. Päästökomponenttien pitoisuudet vaihtelivat merkittävästi erilaisissa pala-mistilanteissa. Päästöt olivat tyypillisesti korkeita epätäydellisen palamisen tilanteissa erityisesti, kun palamiseen tarvittavan hapen määrä oli liian vähäinen. Keskimääräiset häkäpäästöt vaihtelivat 20 – 3000 mg/MJ, hiilivetypäästöt 1 – 600 mg/MJ ja pienhiukkaspäästöt 3 – 150 mg/MJ välillä. Puun pienpoltossa keskimääräiset lukumääräpäästöt olivat riippumatta laitteesta samaa tasoa 1013 – 1014 kpl/MJ. Keskimääräinen hiukkaskoko puun pienpoltossa on 80 – 150 nm, hiillosvaiheessa 50 – 100 nm sekä syttymisvaiheessa ja kitupoltossa suurimmillaan 500 – 600 nm.