Puun palamisen teoriaa ja mittausta

[Yleisajattelija]

Asensin syksyllä tällaisen mittaamaan savukaasun lämpöjä omasta kattilasta. Ainakin vielä toimii.
https://www.ebay.com/itm/191905888228?mkcid=16&mkevt=1&mkrid=711-127632-2357-0&ssspo=DncGcHAoTwi&sssrc=2047675&ssuid=pH4FIn44TCe&widget_ver=artemis&media=COPY

Tuokin vaikuttaa pätevältä, eikä olisi hinnalla pilattu.

[Yleisajattelija]

Lueskelin uudestaan tämän palstan aikaisempia ketjuja, ja puun palamisen teoriaa löytyy monesta ketjusta.

Pari asiaa tuolta tarttui omaan projektiini, 1m2 konvektiopintaa n. 5mm rautalevyllä pitäisi antaa n. 10kW lämpötehon siirtymän. Poistokaasujen pisarointi alkaisi jo 140 C asteen kohdalla, josta johtuen omalla 7m piipulla pitäisi olla varsin korkea palokaasulämpötila konvektorin lopussa, mikäli aikoo välttää kondensoitumisen kokonaan.

Tässä ketjussa nimim. Pähkäilijä taas antoi seuraavat erilaiset kastepisteet;

"Vastaavat kastepisteet kun ilmakerroin 1,5 eli 7 m3 ilmaa / kg puuta:

585 g => 50 C
630 g => 52 C
680 g => 53 C
725 g => 56 C"

Mites tuo nyt sitten oikein on?

Keskustelin aiheesta pitkän linjan puulämmistysjärjestelmien rakentajan kanssa, ja hänellä on piipun nokassa n. 50 C asteen lämpötila ja vedenpoisto piipusta. Kysessä iso 8m3 varaajan lämmitykseen käytetty kattila eikä palokaasulämpötilaa ollut mitattu. Piipussa 10mm musta putki, ja on kuulemma kestänyt. Puut kuivatttu hänellä alle 20%, ja kuivilla puilla ei vettä juuri tule piipusta, mutta jos märkää puuta polttaa vettä tulee piipusta saavikaupalla.

Mikä sitten pitäisi olla savukaasulämpötila piipun nokassa ja konvektorin lopussa omassa tapauksessani ei ole kyllä vielä selvinnyt...

Kattilan hyötysuhteesta löytyy pitkät jorinat, mutta niistäkään ei ole suurta käytännön iloa....

...huokaus...

[Pähkäilijä]

Tässä ketjussa nimim. Pähkäilijä taas antoi seuraavat erilaiset kastepisteet;

...

Kattilan hyötysuhteesta löytyy pitkät jorinat, mutta niistäkään ei ole suurta käytännön iloa....

...huokaus...

laitoin lainatun tekstin tuohon. Täällä enempi puunpolttoon perehtyneitä keskustelijoita ei ole pariin vuoteen näemmä ollut kirjautuneina.

[Yleisajattelija]

Lainataampas toisen palstan ketjua:

https://www.tiede.fi/keskustelu/31359/ketju/tulistetun_hoyryn_mysteeri


Tuo on tosiaan kattilan kannalta aika olennainen asia, mutta mielestäni varsinkin puun palaessa syntyvä vesi on luultavasti joka tapauksessa yli 1000 C asteen lämpöistä. Palokaasujen lämpötila on tarkoitus mitata omassa projektissani, joten siitä saadaan kohta oikeaa tietoa...

[Yleisajattelija]

Tutkiskelen uutta EN16510 standardia, ja ihmettelen sen päästömittausmenetelmää. Jos ymmärrän oikein, siinä CO-pitoisuus mitataan savukaasusta 13% happipitoisuudella. Tässä artikkelissa taas väitetään että CO pitoisuus lisääntyy kun hapen määrä kasvaa koska jos ilman puhallusmäärä on oikea, niin isolla happipitoisuudella jää palaminen vajaaksi. CO minimi on saatu polttokokeella n. 10% jäännöshapella:

https://www.intechopen.com/chapters/51159

[Yleisajattelija]

Rakentelen tuota hake-/pellettipoltinta ja olen hieman selvitellyt vaatimuksia EU-direktiivien sallimista päästöistä ja muista määräyksistä.

Ongelmana tuossa EU:ssa on se, että hillitön byrokratia pukkaa koko ajan uusia direktiivejä joita ei kukaan pysty noudattamaan. Tietysti tämä on ongelma vain suomen ja muiden pohjoismaalaisten protestanttien kannalta. jotka eivät ole tottuneet eurooppalaiseen katoliseen kulttuuriin ja siihen kuuluvaan anekauppaan, jossa synnit saa aina anteeksi pientä rahallista korvausta vastaan, joka suoritetaan kirkolle yleishyödyllisen käyttöön.

EU-byrokratian, direktiivien argeologisten kaivausten ja erinäisten selvittelyjen perusteella olen tullut siihen tulokseen, että lähinnä pitäisi noudattaa standardia "SFS-EN-303-5:2021 +A1:2022".

Puunpolttoa koskee myös SFS-EN 16510 standardi ja alle 50kW:n pelletti-hakekattiloita siitä "SFS-EN 1610-2-4:2022". Periaatteessa tuosta on rajattu pois stokerit, eli automaattisella syöttölaitteella varustetut polttimet, mutta erityisesti päästöjen mittauksessa tuolla lienee vaikutusta myös pellettipolttimiin. Näiden standardien vaikuttavuuden arvioinnissa maalaisjärki kun ei juuri päde, ja lakimiesten ja oikeusistuimien tulkinnat aiheesta ovat aika "eksoottisia" eri EU-maissa.

Tietysti tässä kiinnostaa myös käyttö- ja paloturvallisuus ja niiltä osin noissa laitestandardeissa taas viitataan yleiseen koneturvallisuusstandardiin "SFS-EN-ISO 20100:2010", jonka tulkintoja olen joutunut välppäämään työasioissa muissa tapauksissa. Tämäkin liittyy kyllä suoraan aiheeseen, koska standardin keskeinen periaate on riskien yhteismitallistaminen. Esim. työnantaja on työsuojelulain mukaan velvollinen tekemään työpaikan kaikkia risekejä koskevan yleisen riskiarvion, joka muodostaa kulmakiven työpaikan kaikille työsuojelutoimenpiteille.

"Isossa kuvassa" tehdään vastaava riskien yhteismitallistaminen koko yhteiskunnan osalta, ja siinä törmätään tiettyihin ongelmiin. Esim. voidaan helposti perustella, että karhut eivät ole tilastollisesti vaarallisia keskimääräiselle mummolle, kun taas tavallinen kapea ja korkea keittiöjakkara muodostaa selvän piikin mummojen kohtaamissa onnettomuuksissa. Sopii kyllä yrittää perustella tuolle keskimääräiselle mummolle, ettei karhua kannata pelätä kun taas keittiöjakkara on tosi vaarallinen....

Tuolta löytyy opinnäytepohdintaa uuden standardin käyttöönotosta:

https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/161792/Torttila%20Klaus.pdf?sequence=2

[Yleisajattelija]

Lueskelen tuota SFS-EN-303-5:2021 +A1:2022 -standardia, ja se on kohtuullisen onnistunut standardien joukossa. Standardissa keskitytään varsin hyvin järkeviin turvallisuusvaatimusiin, ja mm. takatulen estoon ja häkävuotoihin on aika asialliset pykälät. Nämä EU-direktiivit vaihtelevat aika paljon laadultaan, jo joitain todella kehnoja on tullut vastaan, esimerkkinä vaikkapa perinteinen ruuvihalkaisija.

Tämä on nimittäin nykyään (mahdollisesti) laiton, vaikka konedirektiivi täyttyisikin:

https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/43379/Jussila_Jani.pdf;jsessionid=19E598D8C7AC3B81909475BBA5186849?sequence=1

Tein sitten kuitenkin itselleni sellaisen:

https://konekansa.net/threads/ruuvihalkaisijan-ty%C3%B6turvallisuusmodifikaatio.63097/

Perusteena on se, että SFS-EN 609-2 joka koskee ruuvityyppisiä halkojia on esimerkki kelvottomasta standardista. On hieman epäselvää, mikä noiden standardien juridinen arvo on, koska tuomioistuimessa sillä on vain viitearvo direktiivin toteutumista määritellessä. Periaatteessa jos pystyy oikeudessa osoittamaan, että ko. standardi on kelvoton, sitä ei tarvitse noudattaa. Tällä hetkellä noita ruuvityyppisiä halkojia ei ole enää myynnissä, koska tuo SFS-EN 609-2 mukaisia ei kannata tehdä. Siitä syystä kaikki halvemmat ovat hydraulihalkaisijoita, jotka ovat käytännössä osoittautuneet hyvin vaarallisiksi:

https://www.helsinginuutiset.fi/paikalliset/1255871

Tuolla ortopedin tekemä tilasto onnettomuuksista:

https://tukes.fi/-/klapikoneiden-turvallisuusvaatimukset-kiristyvat-onnettomuuksien-syyna-usein-virheellinen-kaytto

Mutta asiaan: tässä  SFS-EN-303-5:2021 +A1:2022 -standardissa on vaatimus max. 5% CO-pitoisuudesta palokaasuissa. Tuo vaatimus liittyy CO -kaasun räjahdysherkkyyteen yli 12% pitoisuuksilla.

https://www.engineeringtoolbox.com/explosive-concentration-limits-d_423.html

Ongelmana on tuon todentaminen laajakaistalamdalla, kun se ei taida tarkkaan ottaen pystyä erottamaan HC, CO ja CO2 kaasuja toisistaan. Tuolla pohdittu kapea- ja laajakaistalamdan eroja polttomoottoreiden pakokaasujen mittauksissa:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214157X1930156X

Noistakin näkyy se, miksi leivinuuneja ole (tiettävästi) koskaan räjähtänyt hiilimonoksidin kertymisen takia, eli häkää ei käytännössä tule. Tässä hake-pellettikattilan  tapauksessa häkäräjähdys ei ole ongelma puhaltimen pysähtyessäkään, koska kyseessä on vastaava palotapahtuma kuin normaalissa suoran hormin ja luukullisen takan tapauksessa ilman alakiertoa kun  nuuka isäntä harrastaa "kitupolttoa". Leivinuunissa tuo on vielä pahempi kun siinä on alakierto, joten jos niitäkään ei ole räjähtänyt niin tuo standardin todennusvaatimus on hieman kyseenalainen.

Hilimonoksidiräjähdys on kyllä sinällään vaarallinen:

ttps://www.osha.gov/sites/default/files/publications/shib120415.pdf

https://www.youtube.com/watch?v=VzCP1Wd2vMY

...joten kyllä tuon huomiointi on tarpeen hake-pellettikattilassakin.

Tuon alle 5% pitoisuuden osoittaminen onnistunee laajakaistalamdalla, kun löytyisi sopiva taulukko CO -pitoisuudelle tuohon LSU 4.9.lle.





 

[Yleisajattelija]

Tuolla taulukko:

https://imfsoft.com/files/lambda/v9/LambdaController_V9_0_EN.pdf

Polttomoottorissa 5% häkäpitoisuus tulee jo parhaan tehon seoksella 12 (air-to-fuel).

On selvää, että pelletti- hakepolttimen puhaltimen pysähtyessä vikatilanteessa palokaasujen häkäpitoisuus on hetken aikaa yli 5%, mutta ensiöpalon hiipuessa CO -kaasun generointi pysähtyy ja oletettavasti CO pitoisuus putoaa varsin nopeasti alle 5%:in. Häkää syntyy kyllä, joten häkämyrkytyksen vaara on olemassa. Häkämyrkytys tulee jo alle 0.1% CO -pitoisuuksilla, joten häkävuodon vaara puhaltimen vikatilanteessa on todellinen riski:

https://fi.wikipedia.org/wiki/H%C3%A4k%C3%A4myrkytys

Standardissa SFS-EN 303-5:2021+A1:2022 kohta 4.1.1 e):

"Dangerous accumulations of combustible gases (>5 % CO) in the combustion chamber and in the flues
are prevented. For the evaluation of the hazardous situation, the CO-concentration in the flue gas
measuring section shall not exceed the critical value (5 % CO) for a time period greater than 1 min."

Eli tuo hetkelllinen ja väistämätön 5% CO-pitoisuuden ylitys on huomioitu standardissa ja mittaus tehdään vasta 1min ajanjakson ylittäviltä osin.

[syrjaki]

Vaikka olisi miten puhallin tai imuriavusteinen laite niin kyllä tavallisia hormeja käyttäessä täytyy hormissa vetoa olla, joka kyllä imee kaasut taivaalle. Jos hormissa ei tuota "imua" olisi niin se olisi ylipaineinen ja tällöin pienimmästäkin raosta työntyisi ympäröivään ilmaan jatkuvasti sinne kuulumatonta kaasua.

Eli vaikka se savukaasuimuri tai -puhallin pysähtyy niin kyllä ne savut sinne taivaalle menevät. Savutus varmasti toki lisääntyy, kun palotapahtuma ei toimi.

[varikonniemi]

Semmoinenhan on jokainen puhaltimella varustettu kattila. Toki niissä ylipaine on ainoastaan ennen palotapahtumaa jos kaikki on kunnossa.

Mutta tästä syystä esim. vigaksen täyttöpesän luukun tiivisteen läpi tulee palokasun aromi.

[Yleisajattelija]

Tässä on 7m piippu ja taukotulisysteemi, joten vetoa on erityisesti silloin kun puhallin ei pyöri. Hake-pellettipoltin asennetaan tässä tapauksessa vanhaan öljykattilaan, joka on tehtaan mukaan ylipaineinen. Kävin tuolla valmistajalla kylässä ja sain ohjeet hake-pellettimodifikaation tekemiseksi, mutta tuo ylipaineistus ei taida olla heilläkään käsitteenä ihan selvä. Näissä pitäisi käsittääkseni erottaa Venturi -ilmiön takia staattinen ylipaine ja dynaaminen ylipaine toisistaan. Kuten "varinkoniemi" sanoi, puhallin aiheuittaa käynnistyessään staattisen ylipaineen. mutta kun virtaus syntyy systeemi on alipaineinen jos kattilan ja hormin vuodot ovat jonkun rajan alapuolella. Tuo vuotomittaus on jollain vakioarvolla standardissakin, mutta se pitäisi varmaan tehdä tapauskohtaisella arvolla. Koska  minimivuodon mitoitus on varsin vaikea tehdä, sitä ei ole otettu standardiin. Mitoituksessa on varauduttava 8Pa alipaineeseen kattilahuoneessa, mikä on varsin paljon kun vertailukohtana on esim. 10 asteen aiheuttama paine-piipussa joka on n. 0.5Pa/m eli tässä tapauksessa 3,5Pa.

Veto (puhaltimen ja piipun paine-ero+virtausvastus=hormin aukon koko ja piipun korkeus) ja em. vuoto määräävät (käytännössä) maksimitehon mitä kattilasta voi saada (hyötysuhde on siis eri asia), koska dynaaminen alipaine pitää säilyä kaikissa tilanteissa. Hyötysuhteen kannalta tilanne on hyvin monimutkainen, koska konvektorin hyötysuhde riippuu paljon palamisliekin maksiilämpötilasta, joka taas riippuu vedosta. Öljykattilan konvektori toimii suurinpiirtein oikein puunpoltossakin, mutta palopesä on suunniteltu lyhyelle öljypolttimen liekille, joten sitä täytyy pidentää puun polttoa varten.

[Yleisajattelija]

Olen yrittänyt haarukoida hyötysuhteen kannalta olennaisia asioita pelletti-/hakepolttimessa. Tilanne on parempi kuin puupilkkeitä poltettaessa, koska puun syöttö ja ilmantulo ovat paremmin kontrolloitavissa. Kokonaisuuden kannalta näyttäisi olevan aika merkityksellinen toisiokammion palolämpötila. Mikäli konvektori nokeentuu (tai pahimmassa tapauksessa pikeentyy), hyötysuhdetta ei pelasta enää mikään. Konvektorin puhtauden kannalta on tärkeintä toisiokammion lämpötila. Ei oikein löydy mistään tietoa, mikä tuossa on käytännön maksimi. 900-1000 astetta lienee vaikea ylittää normiuunissa, mutta varsinkin pelletillä pitäisi päästä ylemmäs. Koksiahjoissa väitetään jopa 1900 astetta olevan mahdollista, se ei pitäne kuitenkaan paikaansa koska rautaa (sulamislämpötila 1600 astetta) on ilmeisesti joksenkin mahdotonta varsinaisesti sulattaa ahjossa ilman puhtaan hapen lisäsyöttöä.

Ahjohitsaukseen tarvitaan 1200-1250 astetta, joten se ainakin on mahdollista. Veikkaan, että pellettikattilassa voidaan käytännössä päästä jonnekkin 1000-1200 asteen välille. Kohta alkaa polttokokeet, ja on hankittuna 1200 astetta kestävä termoelementtikin, mutta se asentaminen palopesään on hieman hankalaa. Mutta sinne se pitää jotenkin survoa, tuo lämpötila on saatava mitattua.