Taustaa Ensimmäiset puuta polttavat laitokset käyttivät arinapolttoa. Alussa kattilat perustuivat kiinteisiin arinoihin, mutta mekaaniset arinat syrjäyttivät nämä aivan pienintä teholuokkaa lukuun ottamatta. Liikkuvat mekaaniset arinat mahdollistivat myös palaturpeen käytön polttoaineena.
Uudemmat polttotekniikat, erityisesti leijupoltto, syrjäyttivät 1980-luvulta lähtien Suomessa arinaratkaisut yli 5 megawatin (lämpöteho) laitoksissa. Tätä pienemmissä laitoksissa yksiköissä arinapoltto on edelleen yleisin kiinteän polttoaineiden polttomenetelmä.
Periaate Arinapoltossa polttoaine syötetään arinalle, jota pitkin se etenee palamisen edistyessä. Poltto noudattaa kiinteän biopolttoaineen palamisen vaiheita (kuivuminen, pyrolyysi, kaasutus ja jäännöshiilen palaminen). Arinarakenteeseen kuuluu, että osa palamisilmasta syötetään arinarakojen välistä.
Jaottelua Arinarakenteet riippuvat polttoaineesta ja kattilan koosta. Mekaanisen arinan tyypillinen käyttöalue kattaa 2-15 megawattia. Kiinteä arina on käytössä pienemmissä alle 1 megawatin laitoksissa.
Eroavaisuuksia löytyy myös jäähdytystavalta. Pienemmissä polttimissa arinoita jäähdytetään primääri-ilmalla. Suuret arinat ovat pääsääntöisesti vesijäähdytteisiä ja jäähdytys on integroitu laitoksen vesikiertoon. Pääjaottelu turpeelle ja puupolttoaineille voisi olla esimerkiksi seuraava, vaikkakin useimmiten ratkaisut ovat yhdistelmiä:
- kiinteä tasoarina
- kiinteä viistoarina
- mekaaninen viistoarina.
Prosessi Mekaanisella arinalla polttoainetta siirretään eteenpäin mäntämäisillä työnnöillä (työntö on luokkaa 10 cm). Arinan kallistus on tällöin pienempi kuin kiinteällä viistoarinalla, jossa polttoainepatja etenee painovoimaisesti. Viistoarinalla kallistus on tyypillisesti 35-38 astetta. Arinalle tyypillistä on, että polttoaine etenee arinalla hiljalleen. Arinan alkupäässä poistetaan kosteuttaa yleensä säteilylämmöllä. Kosteuden poistuttua polttoaineen lämpötila nousee ja alkaa haihtuvien aineiden pyrolysoituminen.
Polttoainepatjaan syötetään (primääristä) polttoilmaa arinaraoista patjan läpi ja haihtuvien kaasujen palamistilaan (sekundaarista) ilmaa patjan yläpuolelta. Polttoaine etenee arinalla ja viimeisenä palaa jäännöshiili sekä syntyvät kaasut. Kun polttoaine on palanut, jäljelle jäänyt tuhka tippuu isommissa laitoksissa aikanaan arinan päässä olevaan tuhkakaukaloon.
Pääasiallisesti hienojakoinen tuhka ja jonkin verran palamatonta kiintoainesta poistuu arinarakojen välistä tippumalla. Savukaasun mukaan lähtevä tuhka- ja polttoainehiukkasten määrä riippuu hiukkasten koosta ja kaasun virtausnopeudesta patjan pinnassa.
Palaminen Kiinteän biopolttoaineen palaminen arinalla noudattaa samoja päävaiheita kuin muillakin polttotekniikoilla. Polttoaine pitää syöttää arinalle tasaisesti, jotta polttoilma saadaan jakaantumaan tasaisesti patjaan. Tämä asettaa vaatimuksia syöttötekniikalle, sillä arinalla polttoaineen sekoittuminen on vähäistä. Mikäli levittyminen on epätasaista, polttoilma karkailee vähiten vastusta aiheuttavasta kohdasta. Arinapoltossa haastavaa on polttoilman tasainen jakautuminen polttoainepatjaan. Ongelmaa pyritään vähentämään mitoittamalla arinat siten, että arinan ilmanvastus on suurempi kuin polttoainepatjan.
Lähdekirjallisuus
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