Öljypolttimen modifiointi bioöljykäyttöön

Abstract

Nykyaikaisessa maailmassa on tarvetta lisätä biopohjaisten polttoaineiden käyttöä. EU on asettanut suosituksia ja tavoitteita uusiutuvan energian lisäämisestä jäsenvaltioilleen, myös Suomelle. Nestemäiset bioöljyt ovat tulevaisuudessa yksi varteenotettava vaihtoehto tämän toteuttamisessa. Bioöljyjen käyttöä nykyaikaisissa energiantuotantolaitoksissa on tutkittu kuitenkin suhteellisen pienessä mittakaavassa.

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena on suunnitella Oilon Oy:lle valmiista raskasöljypolttimesta bioöljykäyttöön soveltuva versio lähinnä muokkaamalla alkuperäistä poltinta ja sen komponentteja. Työhön kuuluu polttimen 3D-mallinnus ja työkuvien suunnittelu.

Viime aikoina on tutkittu paljon pyrolyysiöljyn valmistamista puusta käyttämällä metsien hakkuutähteitä ja esimerkiksi sahoilta saatavaa sahanpurua. Pyrolyysiöljy on yksinkertaistettuna tislattua puuta, johon on tuotantovaiheessa sitoutunut vettä, ja siten sen lämpöarvo on noin puolet perinteisen mineraaliöljyn lämpöarvosta. Pyrolyysissä öljyyn muodostuu happoja, ja sen pH on yleensä noin 2…3.

Öljyn erilaisten ominaisuuksien takia polttolaitteisto pitää suunnitella uudestaan. Tärkein ero mineraaliöljyihin verrattuna on juuri happamuus. Kaikki virtaavan öljyn kanssa tekemisissä olevat komponentit on valmistettu haponkestävistä erikoisosista. Polttimessa käytetään myös pienempää painetta kuin normaalisti, jotta komponenttien ja siirtopumppujen käyttöikää saadaan pidennettyä. Sumutus suuttimella toteutetaankin perinteisen paineöljyhajotuksen sijaan paineilmalla. Polttimen tehoa säätävä paluukierto on poistettu, ja säätö on toteutettu kuristamalla suoraan suuttimelle menevää virtausta.

Opinnäytetyön tuotoksena on polttimen PI-kaavio, valmis 3D-malli polttimesta sekä kokoonpanoon tarvittavat työpiirustukset. Työpiirustuksia ei tässä työssä kuitenkaan salassapidettävyyden vuoksi julkaista. Fossiilisten polttoaineiden käyttö vähentyy ja loppuu tulevaisuudessa kokonaan, joten bioöljysovellusten kehittämistarpeet energiamarkkinoilla tulevat kasvamaan jatkuvasti nopeutuvalla tahdilla.

In the modern world, there is demand to increase the comsumption of fuels consisting of biomass. The EU has set recommendations and aims to increase the consumption of renewable energy in its member states. In the future, liquid bio oils are one considerable option to complete this challenge. However, the use of bio oils in modern energy production facilities has so far been studied relatively little.

The aim of this thesis is to modify a burner for bio oil application from a burner which is originally suitable for burning heavy oil. The bio oil burner is designed by modifying both the heavy oil burner and its components. The thesis includes a 3D modeling of the burner and the technical drawings. The work is commissioned by Oilon Oy.

Lately, there have been many researches on how to produce pyrolysis oil from wood by using the felling waste and sawdust from sawmills. Pyrolysis oil is simply distilled wood. During the stage of production it has absorbed water. Therefore, its heat value is about one half of the heat value of traditional mineral oil. The pyrolysis reaction forms acids and the pH of oil is usually around 2-3.

Because of the different characteristics of the oil, the combustion equipment must be designed again. The most important difference compared to mineral oils is acidity. Every component, where the oil flows through, must be manufactured of acid resisting steel. The pressure in the pipelines of the burner is also lower than normally. This way, the life of the components and the transferring pumps is longer. The atomizing of the oil is executed by using pressurised air instead of using a pressure jet burner. The return circulation, which usually adjusts the burner capacity, is removed and the adjustment is executed by choking the circulation straight to the nozzle.

As a result of the study, a PI diagram of the burner, a 3D model of the complete burner, and technical drawings required for the assembly. However, the technical drawings are not published in this thesis because the work is confidential. The usage of fossil fuels is decreasing and ends completely in the future. Therefore, the developing demands of bio oil applications in energy markets will continuosly increase at a quickening pace.