Measuring wood based biomass quality
Kaurila, Elli-Noora (2017)
Diplomityö
Kaurila, Elli-Noora
2017
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201709298830
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201709298830
Tiivistelmä
This Master’s thesis studies the suitability of an on-line moisture measurement for UPM Caledonian Paper CHP plants fuel receiving. The object is to validate the functioning of the recently installed X-ray based moisture measurement, and to evaluate the accuracy of current moisture determination procedure.
The literature part of this thesis describes woody biomass: its composition and characteristics with an emphasis on moisture and its implications on boiler operation. Woody biomass is rich in chlorine compared to coal. Waste wood typically includes substances such as lead and zinc, which are linked to corrosion. Mechanisms of bed agglomeration, deposit formation, corrosion and erosion linked to combustion of biomass are described. Different technologies for biomass moisture measurement are presented.
Experimental part shows that in general the X-ray measures average moistures with an acceptable accuracy. There are however certain fuel types that are measured incorrectly and require new calibrations. Further fine tuning is required. X-ray measured moisture seems to correlate with average fuel bed thickness on conveyor – the thicker the layer the higher the moisture measured. Thus, compensation or evening out of fuel thickness is needed. The current use and design of Caledonian fuel receiving do not allow continuous load specific measurement to be conducted. The samples used for fuel pricing, sampled by driver or operator, appear to give acceptable results based on data and empirical evidence accumulated. The composite sample of fuel entering boiler silos appears to be measured with current procedure higher in moisture (5 percentage points) than it most likely is. Tässä diplomityössä tutkitaan erään on-line kosteusmittauksen soveltuvuutta UPM Caledonian Paper -tehtaan CHP-voimalaitoksen polttoaineen vastaanottoon. Tarkoitus on varmentaa vasta asennetun röntgeniin perustuvan kosteusmittauksen toimivuus. Laitteiston soveltuvuutta polttoaineen vastaanoton designiin arvioidaan. Lisäksi työssä arvioidaan nykyisin käytössä olevan perinteisen kosteusmittausprosessin tarkkuutta.
Kirjallisuuskatsauksessa esitellään puubiomassan koostumusta ja ominaisuuksia painottaen kosteutta ja polttoaineen sisältämän kosteuden vaikutusta kattilan toimintaan. Puuperäinen biomassa sisältää enemmän klooria kuin hiili. Kierrätyspuu tyypillisesti sisältää lyijyä ja sinkkiä, jotka ovat yhdistetty korroosion muodostumiseen. Puupolttoaineisiin liitettävän petin aglomeraation, kerrostumien sekä korroosion ja eroosion muodostumista kuvaillaan työssä. Lisäksi työssä kuvaillaan erilaisia pääosin ainetta rikkomattomia kosteusmittausmenetelmiä.
Kokeellisen osion perusteella röntgenmittaus mittaa yleisesti kuormakohtaiset keskiarvokosteudet hyväksyttävällä tarkkuudella. Tietyillä polttoainetyypeillä ja -jakeilla röntgenillä mitatut kosteudet erosivat merkittävästi todellisista kosteuksista. Laitteiston lisäviritys ja osittainen kalibrointi ovat tarpeen. Röntgenillä mitatut kosteudet vaikuttavat korreloivan polttoainepatjan keskimääräisen korkeuden kanssa – mitä paksumpi kerros polttoainetta liukuhihnalla on, sitä korkeampia ovat röntgenillä mitatut kosteudet. Tätä virhettä voidaan korjata joko tulosta kompensoimalla tai tasaamalla hihnan polttoainekerrosta. Caledonian nykyisen polttoaineen vastaanoton operointi ja design eivät mahdollista kuormakohtaista kosteusmittausta. Kuljettajan tai operaattorin ottamat näytteet, johon polttoaineen toimittajan saama maksu perustuu, näyttävät antavan hyväksyttäviä tuloksia kerätyn datan sekä empirian perusteella. Päiväsiiloja ennen kattilaan menevästä polttoainevirrasta otettu kokoomanäyte vaikuttaa noin 5 prosenttiyksikköä kosteammalta kuin polttoaine luultavasti on.
The literature part of this thesis describes woody biomass: its composition and characteristics with an emphasis on moisture and its implications on boiler operation. Woody biomass is rich in chlorine compared to coal. Waste wood typically includes substances such as lead and zinc, which are linked to corrosion. Mechanisms of bed agglomeration, deposit formation, corrosion and erosion linked to combustion of biomass are described. Different technologies for biomass moisture measurement are presented.
Experimental part shows that in general the X-ray measures average moistures with an acceptable accuracy. There are however certain fuel types that are measured incorrectly and require new calibrations. Further fine tuning is required. X-ray measured moisture seems to correlate with average fuel bed thickness on conveyor – the thicker the layer the higher the moisture measured. Thus, compensation or evening out of fuel thickness is needed. The current use and design of Caledonian fuel receiving do not allow continuous load specific measurement to be conducted. The samples used for fuel pricing, sampled by driver or operator, appear to give acceptable results based on data and empirical evidence accumulated. The composite sample of fuel entering boiler silos appears to be measured with current procedure higher in moisture (5 percentage points) than it most likely is.
Kirjallisuuskatsauksessa esitellään puubiomassan koostumusta ja ominaisuuksia painottaen kosteutta ja polttoaineen sisältämän kosteuden vaikutusta kattilan toimintaan. Puuperäinen biomassa sisältää enemmän klooria kuin hiili. Kierrätyspuu tyypillisesti sisältää lyijyä ja sinkkiä, jotka ovat yhdistetty korroosion muodostumiseen. Puupolttoaineisiin liitettävän petin aglomeraation, kerrostumien sekä korroosion ja eroosion muodostumista kuvaillaan työssä. Lisäksi työssä kuvaillaan erilaisia pääosin ainetta rikkomattomia kosteusmittausmenetelmiä.
Kokeellisen osion perusteella röntgenmittaus mittaa yleisesti kuormakohtaiset keskiarvokosteudet hyväksyttävällä tarkkuudella. Tietyillä polttoainetyypeillä ja -jakeilla röntgenillä mitatut kosteudet erosivat merkittävästi todellisista kosteuksista. Laitteiston lisäviritys ja osittainen kalibrointi ovat tarpeen. Röntgenillä mitatut kosteudet vaikuttavat korreloivan polttoainepatjan keskimääräisen korkeuden kanssa – mitä paksumpi kerros polttoainetta liukuhihnalla on, sitä korkeampia ovat röntgenillä mitatut kosteudet. Tätä virhettä voidaan korjata joko tulosta kompensoimalla tai tasaamalla hihnan polttoainekerrosta. Caledonian nykyisen polttoaineen vastaanoton operointi ja design eivät mahdollista kuormakohtaista kosteusmittausta. Kuljettajan tai operaattorin ottamat näytteet, johon polttoaineen toimittajan saama maksu perustuu, näyttävät antavan hyväksyttäviä tuloksia kerätyn datan sekä empirian perusteella. Päiväsiiloja ennen kattilaan menevästä polttoainevirrasta otettu kokoomanäyte vaikuttaa noin 5 prosenttiyksikköä kosteammalta kuin polttoaine luultavasti on.