Polttotekniikan päätavoitteena on kehittää turvallisia ja toimintakykyisiä laitteita, jotka täyttävät yhteiskunnan asettamat vaatimukset. Turvallisuuden osalta laitetekniikalla voidaan ratkaista useita ongelmia, mutta viimekädessä käyttäjällä on suuri merkitys. Käyttäjien laiteosaaminen ja huolellisuus korostuvat käyttäjien toiminnassa. Toimintavarmuus on vakiintuneilla polttotekniikoilla korkea, mutta muuttuva maailma asettaa haasteita. Toimintakykyä uhkaa erityisesti muutokset polttoaineissa. Heikompilaatuisten polttoaineiden käyttö saattaa aiheuttaa muun muassa tuhka- ja kuonaongelmia. Myös vaatimus laajemman polttoainevalikoiman hyödyntämisestä asettaa omat haasteensa.
Polttolaitteelta edellytetään täsmällisempää ja joustavaa säätöä, mikä kohottaa automaation vaatimuksia. Myös vähäinen huollon tarve ja helppo huollettavuus säilyvät edelleen vaatimusten joukossa.
Bioenergiantuotanto perustuu polttoaineen palamiseen eli biopolttoaineen kemiallisen energian vapauttamiseen. Palamislämpö hyödynnetään joko sellaisenaan tai muutetaan mekaaniseksi liikkeeksi ja mahdollisesti edelleen sähköksi. Polttotekniikalla tuotetaan mekaanista energiaa pääasiallisesti kahdella tavalla:
- Polttoaine palaa moottorissa tai kaasuturbiinissa, jolloin laajentuva palamiskaasu työntää mäntää tai pyörittää turbiinisiipiä. Turbiini edellyttää kaasumaista polttoainetta, kun taas moottoriin voidaan syöttää joko kaasumaista tai nestemäistä polttoainetta. Tosin nestemäinen polttoaine hajotetaan hienoksi sumuksi syöttöjärjestelmässä, jolloin sillä on lähes samat ominaisuudet kuin kaasumaisella polttoaineella.
- Palamislämpö siirretään lämpöpintojen kautta väliaineeseen, joka voimalaitoksissa on yleensä vesi. Höyrystynyt vesi ohjataan paineisena höyryturbiiniin, jossa se laajetessaan pyörittää turbiinisiipiä.
Rakenne Polttokattila voidaan yleisellä tasolla jaotella polttolaitteeseen, tulipesään ja kattilaan. Yleensä edellä mainitut osat toimivat samassa fyysisessä tilassa; erityisesti kiinteillä polttoaineilla. Jaottelun avulla voidaan kuitenkin tarkastella polttokattilan teknisiä vaatimuksia eritellysti.
Polttolaitteen tehtävänä on saada polttoaine palamaan tehokkaasti ja hyvällä hyötysuhteella. Tämä edellyttää laitteelta polttoaineen ja palamisilman riittävää sekoittumista sekä polttoaineen oikea-aikaista syttymistä. Palamisen pitäisi tapahtua tasaisesti ja halutun tehon tuottaen. Lisäksi tehoa on pystyttävä säätämään tarpeen mukaan. Jotta ehdot pystytään täyttämään, polttolaite on yleensä suunniteltava tietylle polttoaineelle. Perusjakona voidaan pitää olomuotoa eli kiinteä, neste ja kaasu. Mutta myös muut polttoaineen ominaisuudet vaikuttavat palamisprosessiin, kuten alkuainekoostumus, kosteus, tuhkapitoisuus ja niin edelleen.
Tulipesäksi kutsutaan liekkejä ympäröivää tilaa. Tulipesässä tapahtuu polttoaineen palaminen ja luodaan edellytykset hyvälle palamistulokselle. Tulipesä pitääkin suunnitella ja mitoittaa polttolaitteelle. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että polttolaitteesta tulevan liekin pitää mahtua tulipesään. Lieskat eivät saisi nuolla jäähdytettyjä pintoja. Lisäksi tulipesän pitää olla riittävän iso, jotta palamiskaasut viipyvät tarpeeksi pitkään tulipesässä. Jos palamiskaasut siirtyvät liian aikaisin savukaasukanavaan, palamisreaktio saattaa jäädä kesken. Tulipesän muotoilulla pitäisi myös varmistaa, että palamiskaasut eivät pääse kulkemaan "kylmiä reittejä" savukaasukanavaan.
Kattila toimii vedenkeittimenä lämpölaitoksessakin. Kattila on niissä laitteissa, joissa lämmön talteenotto on tärkeää. Esimerkiksi kaasuturbiinissa ja moottorissa tuotetaan ensivaiheessa vain työtä. Lämmön talteenotto tapahtuu vasta savukaasuista. Kattilatekniikkaa käsitellään tarkemmin omassa osiossaan.
Lähdekirjallisuus:
Huhtinen, M., Kettunen, A., Nurminen, P. ja Pakkanen, H. 2000. Höyrykattilatekniikka (5. uudistettu painos). Opetushallitus, Edita Oy. Helsinki.
Jalovaara, J. Aho, J. ja Hietamäki, E. 2003. Paras käytettävissä oleva tekniikka (BAT) 5-50 MW polttolaitoksissa Suomessa. Suomen ympäristökeskus, Suomen ympäristö 649. Helsinki.
Julkaisu saatavissa pdf-muodossa SYKEen www-sivuilta:
www.ymparisto.fi/bat
Raiko, R., Saastamoinen, J., Hupa, M. ja Kurki-Suonio, I. 2002. Poltto ja palaminen (2. painos). IFRF - Suomen kansallinen osasto. Jyväskylä.
sivun alkuun