CHP- puukaasulaitoksen hyötysuhteen ja hiilikonversion määrittäminen

Abstract

Opinnäytetyön tavoitteena oli Volter 40 Indoor - puukaasutinlaitoksen hyötysuhteen ja hiilikonversion määrittäminen. Kaasutinlaitos on yhdistetty lämmön- ja sähköntuotantolaitos ja se käyttää polttoaineenaan puuhaketta. Volterin 40 Indoor- puukaasutinlaitoksen kaastutin on myötävirtatekniikkaan perustuva kiinteäpetikaasutin. Kaasutinlaitoksen nimellinen sähköteho on 40 kW ja nimellinen lämpöteho on 100 kW.

Hyötysuhde määritettiin laskennallisesti suoralla menetelmällä polttoaineen tehollisen lämpöarvon sekä mitattujen sähkö- ja lämpötehojen avulla. Hiilikonversio määritettiin laskennallisesti polttoaineen ja kaasutuksesta jäljelle jääneen tuhkan hiilipitoisuuksien suhteesta. Epätäydellinen hiilikonversio vaikuttaa kaasuttimen hyötysuhteeseen ja sen vaikutus määriteltiin tuhkaan jäljelle jääneen hiilen sekä palamiseen tarvittavan hapen hiilidioksidin muodostuksen reaktioentalpian avulla.

Työn edetessä tuli esiin ajatus laskea mahdollisen teholtaan suuremman lämmönvaihtimen vaikutus voimalaitoksen hyötysuhteeseen. Vaikutuksen laskemiseksi tuli määrittää stoikiometrisen palamisen savukaasujen muodostus ja palamisilmojen ilmakerroin. Ilmakertoimen avulla laskettiin todellisen palamisen pakokaasun hapen ja typen määrä. Pakokaasun koostumuksesta laskettiin lämpöteho lämpötilaeron ja kaasun massavirran avulla.

Tuloksina esitetään kaasutinlaitoksen laskennallinen nykyinen hyötysuhde ja hiilikonversio sekä täydellisen hiilikonversion ja tehokkaamman lämmönvaihtimen laskennalliset vaikutukset hyötysuhteeseen.

The aim of this thesis was to determine thermal and carbon conversion efficiency for Volter 40 Indoor wood gasifier. The gasifier engine- genset in question produces combined heat and power. The gasification process in Volter 40 Indoor is based on fixed bed downdraft gasification technology. The nominal output of Volter 40 Indoor is 40 kW electricity and 100 kW heat.

The efficiency of the gasifier engine genset was determined as a ratio of measured output production and heat input. The only heat input, in practice, was combustion of fed fuel. Measurements of heat and electricity production were performed for one-hour period when the gasifier was operating at full power in steady- state conditions. Carbon conversion efficiency was determined indirectly by measurements of carbon content of consumed fuel and its ash. Imperfect gasification has negative effect on the thermal efficiency of the gasification process as part of the carbon in fuel gives no heat input at all. So, the difference between theoretical or ideal fuel carbon conversion and observed conversion was also determined.

In this thesis, it was also studied that how much extra heat could be taken out of the flue gas by grater heat exchanger. Heat exchangers are generally optimized between two conflicting interests. The grater the heat surface is, more heat can be taken from the flue gas. But grater the heat surface is, the higher are capital costs. So, there is an optimum heat surface area by which heat is taken out of the fuel gas.

The results calculated in this thesis, suggests that the heat exchanger of Volter 40 Indoor could be somewhat greater in size, but it depends on locally varying fuel prices and value of produced heat and capital expenses of greater heat exchanger. However, the results calculated in this thesis gives valuable information for Volter in their product optimization.