Taustaa Nestepolttimen kehitys nojaa hyvin pitkälle nestemäisen öljyn polttoon. Tässä osiossa oleva teksti perustuukin pitkälti öljypoltintekniikkaan.
Periaate Jotta polttoaine palaisi riittävän nopeasti, se on sumutettava eli hajotettava riittävän pieniksi pisaroiksi (alle 0,05 mm). Useimmiten neste saatetaan ohueksi kalvoksi, jonka palamisilma rikkoo pisaroiksi. Polttimen tärkeimmät tehtävät ovat nesteen hajottaminen riittävän pieniksi pisaroiksi, syttymisen varmistaminen, hallittu sekoitus ja päästöjen minimointi.
Jaottelua Öljypolttimet jaotellaan hajotuspolttimiin ja höyrystyspolttimiin. Höyrystyspolttimessa polttoaine höyrystetään kaasumaiseksi ja poltetaan välittömässä yhteydessä. Höyrystyspolttimia käytetään eräissä teollisuussovellutuksissa. Yleisempi ovat hajotuspolttimet, joita ovat:
- painehajotteisiin - alle 20 MW kattilat
- pyörivähajotteisiin (pyöriväkuppinen) - keskisuuret kattilat
- väliainehajotteisiin (ilma- tai höyryhajotteinen) - voimalaitoskattilat.
Prosessi ja rakenne Polton ja esikäsittelyn kannalta polttoaineen tärkeimmät ominaisuudet ovat viskositeetti, jähmepiste ja hiiltojäännös. Päästöihin vaikuttaa lisäksi rikki-, typpi- ja tuhkapitoisuus. Eri öljylaadulla lämpöarvojen vaihtelu on pientä, mutta biopolttoaineilla tämäkin täytyy huomioida. Suutinrakenteiden vuoksi polttoaineen epäpuhtaudet pitää suodattaa pois.
Ennen polttoa polttoaineen viskositeetti pitää saada pisaranmuodostuksen kannalta sopivaksi. Alhainen viskositeetti tarkoittaa juoksevampaa nestettä. Tarvittaessa polttoainetta esilämmitetään. Polttoaine saatetaan ohueksi kalvoksi ja syötetään ilmasuihkun eteen. Kalvoksi saattaminen tapahtuu edellä mainituilla hajotusmenetelmillä. Polttoilma syötetään yleensä drallipeltien kautta pyörteisenä, jolloin liekin stabiilius parantuu.
Painehajotteinen poltinrakenne on yksinkertaisin ja huollollisesti helpoin. Suuttimen kautta synnytetty kartio hajoaa nopeasti pisaroiksi tulipesässä. Käytetty paine tavallisesti alueella 7-70 bar (0,7-7,0 MPa). Tehonsäätöä ei painehajotteisessa polttimessa juuri ole (on/off tai suuttimen vaihto)
Pyöriväkuppisessa polttimessa polttoaine syötetään onton akselin kautta pyörivän kupin sisäpinnalle. Pyörimisnopeus on tyypillisesti 85-100 r/s. Kalvo liikkuu pintaa pitkin ja sinkoutuu keskipakoisvoiman ansiosta ulos ohuena filminä. Polttoaine ei pääse lentämään pitkälle ulospäin, sillä polttoilmasuihku tempaa sen mukaan. Pyöriväkuppinen poltin tuottaa hyvän palamistuloksen, ja säätöalue on laaja.
Suurin osa isoista öljykattiloista on varustettu höyryhajoitteisilla polttimilla. Lievästi tulistettu höyry ja polttoaine kohtaava lähes kohtisuoraan. Polttoaineen paine on tavallisesti 5-20 bar ja höyryn 1,5-4 bar tätä korkeampi. Polttimen hyötynä on laaja säätöalue ja polttimen puhtaana pysyminen. Haittana ovat höyryn tarve heti alussa ja suuttimen pieni puhdistustarve.
Tulipesän mitat ja rakenne määräytyvät pitkälti poltettavan nesteen muodostaman liekin perusteella. Hyväkään poltin ei saavuta puhdasta palamistulosta, jos liekki ei mahdu tulipesään tai jos polttimet häiritsevät toisiaan.
Lähdekirjallisuus
Huhtinen, M., Kettunen, A., Nurminen, P. ja Pakkanen, H. 2000. Höyrykattilatekniikka (5. uudistettu painos). Opetushallitus, Edita Oy. Helsinki.
Raiko, R., Saastamoinen, J., Hupa, M. ja Kurki-Suonio, I. 2002. Poltto ja palaminen (2. painos). IFRF - Suomen kansallinen osasto. Jyväskylä.
sivun alkuun