Hake-pellettipoltin

[Yleisajattelija]

Ensimmästä kertaa koekäyttö onnistui paremmin kuin oli odotettavissa. Erikoinen yllätys oli yli 15kW tehon saavuttaminen ilman hetkellistäkään savunpöllähdystä. Vaikea sanoa, mikä maksimiteho tuossa voisi tulla, kun syöttö on jo maksimissa, mutta 15kW joka tapauksessa riittää. Tehomarginaali käytetään alipaineen varmistamiseen kaikissa käyttötilanteissa. Tuohon maksimitehon parannukseen on todennäköisenä syynä uusi puhallin, joka on teholtaan vain puolet aiemmasta. Käytössä on keskipakopuhallin, joiden laskennallinen mitoitus on tälläisessä tapauksessa jokseenkin mahdotonta. Keskipakopuhaltimissa on suuri nimellinen litratuotto mutta pieni paine, joka lisäksi on voimakkaasti riippuvainen hormin vastapaineesta. Ylisuuren puhaltimen mitoituksessa oli tarkoituksena hakea sopivaa tehoaluetta sisäänmenon kuristuksella, mikä on yleinen tapa esim. hakekattiloissa. Ongelma on vain siinä, ettei imuaukon säätö toimi kovin hyvin keskipakopuhaltimen virtaussaäädössä, koska se aiheuttaa selvästi voimakasta turbulenssia kanavan virtaukseen. Pieni imuaukko myös säätää joutokäynnin aikaisen ilmavirtauksen, ja sen kannalta on pyrkimys mahdolisimman pieneen aukkoon.

Puhaltimen tehon puolittaminen mahdollistaa imuaukon suurentamisen, joka selvästi parantaa hormin vetoa. Syynä joksenkin varmasti virtauksen laminaarisuus. Lisäksi puhaltimen melu pienenee olennaisesti. Myös lukuisat modifikaatiot jurinan poistamiseksi onnistuivat vihdoin, ja jurina katosi kokonaan. Myös puhaltimen melu on nyt pienempi, ja kokonaismelu on jo pienempi kuin oli öljypolttimella, joten nyt voidaan meluntorjunta katsoa onnistuneen.

Jonkin verran ennätin kokeilla sopivan happijäämän ja toisiopalolämpötilan löytämiseksi. Pienentynyt hormin veto näkyy toisiolämpötilassa, yli 700 asteen toisiolämpötilaa 2-4% hapella ei löytynyt, pakkasilla maksimi oli n. 800 astetta. Tässäkin toisiolämpötilan saa nousemaan nolla- ja miinushapella n. 100 astetta, mutta savussa näkyy jo nokea, joten sillä alueella ei kannata ajaa. Ilmiö lienee sama  kuin polttomoottoreita viritettäessä, joissa syöttöä lisäämällä saadaan tehoa lisää mutta savu lisääntyy ja hyötysuhde heikkenee.

[Yleisajattelija]

Eilen jatkoin järjestelmätestejä. Opettavainen tilanne, olevinaan huolellisen suunnittelun jälkeen testeissä paljastuu kaikennäköistä probleemaa. Laite sinällään toimii, mutta syötön ja puhaltimen säätöjä etsiessä onnistuin muuttamaan yhden rajakytkimen katkaisuarvoa sillä seurauksella että syöttö jäi päälle. Tuo on iso ongelma sen takia, että tässä vikatilanteessa ohittuu myös kattilatermostaatin ylilämpösuoja, jolloin kattila  keittää. Tuo rajakytkin on taas tarpeen takatulisuojauksessa, eikä sitä voi oikein muuten tehdä. Kattilan keittäminen on pellettikäytössä vielä isompi ongelma kuin puukattilassa, jossa puupanos ei yleensä riitä rikkomaan kattilaa vaikka vedet tulevat pihalle. Tässä vikatilanteessa ei tule tulipaloa tms. mutta jos tuo vika tulee vaikka viikonloppureissun aikana, niin kattilasta tulee todennäköisesti entinen.

Tämä ongelma osaltaan johtuu kattilatermostaatista, jossa ylilämpösuoja ja termostaatti on kytketty sarjaan, jolloin ei voi lisätä vikaredundanssia eriyttämällä toiminnot. Nuo voi tietysti kytkeä riippumattomasti viemällä johdotuksen ohjauskeskukseen, joka alkaa muutenkin kuulostaa järkevältä. Tuosta kriittisestä rajakytkimestä tulee onneksi säännöllinen pulssi n. 7 sekunnin välein, jolloin siihen voi lisäksi lisätä ajastimen joka katkaisee syötön jos pulssia ei tule minuuttiin.

Hyvin opettavainen esimerkki kaiken kaikkiaan. Erityisesti monenkertaisten varojärjestelmien mukanaan tuomista lisäongelmista. Tämäkin tapaus vahvistaa pääsääntöä, että varojärjestelmä lisää kokonaisturvallisuutta, toinen varojärjestelmä yleensä lisää kokoanaisturvallisuutta mutta kolmas varojärjestelmä jo yleensä vähentää kokonaisturvallisuutta.

[Yleisajattelija]

Ohjauskeskusta testatessa löytyi vikakytkentöjä.  Vielä puttuu UPS:aus joka maksaa 200 euroa, ja sen jälkeen n. 80% ohjauskeskuksesta on erilaisia turvajärjestelmiä!

Tuon kattava testaaminen alkaa olla jo hankalaa.

Turvajärjestelmien puutteellisen testauksen seurauksia voi sitten katsella tuolta:

https://www.youtube.com/watch?v=9NQ8LehUWSE

Tuosta puuttuu porareiän sementoinnin epäonnistuminen, aika pitkä video mutta siitä käy ilmi, miksi kaasua pääsi ylöstuloputkeen:

https://www.youtube.com/watch?v=aN2TIWomahQ

Muoks: Tuo onnettomuus oli aika kuvaava tapaus toimintakulttuurin ongelmista:

https://en.wikipedia.org/wiki/Deepwater_Horizon_explosion

Transoceanilla oli 7 vuoden jakso ilman onnettomuuksia, mutta lukuisia "läheltä piti" tapauksia oli ollut runsaasti. BP vuokrasi lauttaa Transoceanilta, mutta ilmeisesti lauttaa operoiva henkilöstö oli pääsosin Transoceanin töissä. BP:llä oli tullut projektissa kustannusylityksiä, ja BP:n johto vaati poratun reiän nopeaa sulkemista ja siirtämistä tuotantokäyttöön. Onnettomuuspäivänä BP ja Transoceanin johtoa vieraili lautalla "onnittelemassa henkilöstöä 7 vuoden toiminnasta ilman onnettomuuksia" ja samalla vaatimassa, ettei henkillöstön esittämiä varotoimia porareiän sulkemisessa kustannussyistä saa tehdä. Oma arvioni on, että porareiän sementoinnissa tulleet virheet ovat vaikeasti havattavia, mutta BOP:n ongelmat olivat sellaisia, jotka olisivat varmasti tulleet esille, jos tuo olisi testattu ennen porareikään laskemista -> törkeää turvallisuuden laiminlyöntiä.

[Yleisajattelija]

On ollut aika opettavaista käydä läpi tuota ohjauskeskuksen toimintalogiikkaa eri vikatilanteissa. Normaalisti omiin työhommiin kuuluu erilaisia riskinhallinnan järjestelmäanalyysejä, mutta on välillä hyvä joutua itse survomaan monenkertaisia turvajärjestelmiä rajallisen tilaan ja joutua vielä itse maksamaan syntyvät lisäkustannukset sekä kärsimään seuraukset viivästyneestä käyttöönotosta.

Viimeisin odotettu hankaluus syntyi sähkökatkosten hallinnasta. Olen perehtynyt aiheeseen aika perusteellisesti kun joskus tein älykortinlukijioiden HW/SW-suunnittelua ja tein jopa yhden älykorttisysteemin käyttöjärjestelmän. Noissa on systeeminen ongelma siinä, että käyttäjä voi nykäistä kortin kesken kirjoitusoperaation lukuijasta ja kortin tietojärjestelmä tuppaa hajoamaan väistämättä kun sähköt katoaa. Kortillle ei saa mitään UPS:ia, joten tilanne on vielä pahempi kuin tässä tapauksessa.

Älykortille pitää saada "atominen bitti", joka kertoo että kortti on nykäisty kesken kirjoituksen ja jos sitä ei saa niin tilanne on toivoton. Tässä on sama tilanne, sähkökatkos täytyy jäädä muistiin jotta sähkön tullessa takaisin on tieto tapahtuneesta sähkökatkosta. Myös sammutusjärjestelmän magneettiventtiilin laukeaminen pitää jäädä muistiin.

Pitkään tutkin impullissireleen käyttöä "muistibittinä", mutta se ei oikein toimi kun ei ole mitään keinoa jättää tietoa sähkökatkoksen yli. Käytännössä tuohon myös pitää saada manuaalinen kuittaus, koska jos sähkökatko kestää yli 20 minuuttia se vaatii uudelleensytytytyksen. Toisaalta taas 10 minuutin sähkökatkosten yli pitäisi päästä ilman että poltin pysähtyy.

Sellaista relettä, missä olisi manuaalinen resetti ei tunnu löytyvävän. Vikavirtasuojan käyttäminen muistibittinä on ongelmallista, koska se katkaisee myös nollajohtimen. Päädyin sitten pitkällisten selvittelyjen jälkeen 2A  B-käyrän johdonsuojaan. Johdonsuojaa ei saa käyttää kytkimenä, mutta tässä se ei toimi johdonsuojana ja kun pistää 5A rajoitusvastuksen se on immuuni EMC-ongelmille.
 
 
 

[Yleisajattelija]

No, nyt alkaa olla sen verran valmista, että tulostelen CE-merkkiä polttimen kupeeseen.

Noudatettavien EU-direktiivien osalta tilanne on tyypilliseen tapaan sekava, eikä edes TUV näytä tietävän EN-16510-1/2 2022 standardien käyttöönotosta EU:ssa. Periaatteessa tuo on hyväksytty riittäväksi osoitukseksi direktiivinmukaisuudesta, mutta siitä pitäisi löytyä joku C-sarjan standardin hyäksymisplanketti jostain EU-byrokratiatoimistosta että menisi yksistään sillä.

https://www.tuvsud.com/en/press-and-media/2023/march/time-to-tackle-the-transition-to-en-16510

European Ecodesign Regulations 2015/1185 and EU 2015/1186 määrittelevät päästörajat ja energiataloudellisuuden ja kummankaan todentaminen käytännössä ei ole ihan helppoa...

Jos tulkintoja joutuu hakemaan A- ja B-sarjan standardien kautta, homma kyllä karkaa viimeistään käsistä.

Käytännössä tuolla ei ole merkitystä. koska joka tapauksessa valmistaja sitoutuu CoC:ssa vaatimuksenmukaisuuteen ja standardit ovat vain yksi tapa osoittaa vaatimuksenmukaisuus.

Toivon mukaan tuo SFS-EN16510-1/2 2022 on sen verran vankka paperi, että pärjää vakuutusyhtiölle oikeudessa, jos sattuu talo palaan....

Muoks: tuolla taitaa olla tarvittava EU-hyväksyntäplanketti:

https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=OJ:L_202302461

[Yleisajattelija]

Hyötysuhteen määrittely näyttää olevan varsin mielenkiintoinen probleemi.

Tuossa EN-16510:ssakin näyttää olevan jonkinmoisia laskukaavoja hyätysuhteen määritelyä varten, mutta ne on esitetty teoreettisina kaavoina poistokaasujen energiasisällöistä yms. joista ei ole mitään käytännön hyötyä.

Näissä käytetään yleisesti S EN 303-5 standardia, kuten esim. Krakovan yliopiston mittauksissa:

https://www.mdpi.com/1996-1073/16/4/1695

Tällä (normaalilla)! tavalla tämäkin EU-direktiivi menettää teknisen uskottavuuden. EN-303-5 on kyllä mainittu viitestandardina, mutta sen suhdetta EN-16510 standardiin ei ole määritelty.

 

[Yleisajattelija]

Tuossa EN-16510-1/2 2022 standardissa esitetyssä hyötysuhdelaskelmassa saattaa olla teoreettinen virhe kostean puun tapauksessa. Ns. vesikaasun tuottaminen on todennettu ja ainakin 1800-luvulla, ja samoja juttuja on havaittu myös synteettisten polttoaineiden valmistuksessa:

https://en.wikipedia.org/wiki/Syngas

Käsittääkseni tämän pellettipolttimenkin tapauksessa osa vesihöyrystä hajaantuu katalyyttisesti ja se varmasti vaikuttaa hyötysuhteeseen. Toisiopalolämpötila puuttuu kokonaan tuosta EN-16510 hyötysuhdekaavasta, mutta käytännön mittaukset eivät mielestäni täsmää tuohon oletukseen. Pelkästään palokaasun poistolämpötilan perusteella ei mielestäni voi määritellä hyötysuhdetta.

Jäännöshappi vaikuttaa selvästi epälineaarisesti toisiopalolämpötilaan. Toisoipalolämpötila on varmasti riipuvainen myös ensiö- ja toisioilman suhteesta. Ensiö- ja toisioilman määrää on vain tunnetusti vaikea määrittää. Tässä minun vekottimessani tuota ensiö- ja toisioilman suhdetta voi säätää ja lisäksi on toisioilman esilämmitys, jonka pitäisi myös parantaa hyötysuhdetta.

Muoks: Sitten tuohon hyötysuhteeseen (ainakin käytännössä) vaikuttaa tämä:

https://en.wikipedia.org/wiki/Boudouard_reaction

CO/CO2 tasapaino ja syntyvän noen määrä on riippuvainen toisiolämpötilasta.

Summittainen kokeilu on tavattoman työlästä, joten pitäisi arvata jotain kokeilujen vähentämiseksi, tai ainakin tietää milloin hyötysuhde on riittävän hyvä.

Muoks2:

Tuolla mielenkiintoinen artikkeli ensiö- ja toisioilman suhteen vaikutuksesta:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352728520300038

....hyvin tehty tutkimus, eikä ihme kun kysymyksessä on Lawrence Berkeley National Laboratory...

https://www.lbl.gov/about/

Muoks3: Tuo pömpeli muuten menee ihan oikeaan käyttöön Darfurin alueelle Sudaniin:

https://www.kqed.org/quest/17422/darfur-stoves-project

[Yleisajattelija]

Suoritin eilen kokeita erilaisilla ensiö- ja toisioilman suhteilla. Pelkästään ensiöilman syötöllä ei pääse yli 400 asteen toisiopalolämpötiloihin, joten hallittu toisioilman syöttö on selvästi välttämätöntä, jos halutaan puhdasta palamista ja hyvää hyötysuhdetta.

Säädön kannalta olisi olennaista, että ensiösyöttö pysyisi vakaana, mutta se on vaikeaa järjestää koska hiilipanoksen kokoomus ja tuhkakertymä vaikuttavat voimakkasti ensiöilmavirtaukseen. Tässäkin vekottimessa joutuu taas hitsaushommiin, koska tuhkanpoisto ei nykyisellään toimi koko nuohousväliä.

Kokonaisuutena teoria ja käytäntö ei oikein kohtaa, koska käytännössä hyötysuhteen kannalta on olennaista konvektorin nokeentuminen ja nuohous. Tuo direktiivin mukainen pelkästään palokaasun poistolämpötilaan perustuva hyötysuhdemittaus johtaa huonosti puhdistuvaan konvektoriin. Vaikka pellettipanos on hyvin pieni verrattuna klapikattilaan, palotapahtuman käynnitys on hidasta ja maksimi toisiolämpötilan saavuttaminen kestää yllättävän pitkään, kymmeniä prosenttejä palosyklistä. Toisiopalolämpötila taas vaikuttaa hormin vetoon ja vähän kaikkeen palotapahtumassa.

Käytännössä tuo on optimoitava siten, että konvektorin nokeentuminen on pienintä, ja silloin myös hiukkaspäästöt ovat minimissä.

Muoks: Tuo nokeentuminen näyttää oleva vaan tieteelle vaikea juttu. Tuolla väitetään, että noki muodostuu vasta kaasutusvaiheen jälkeen:

https://www.machinedesign.com/materials/article/21837129/how-does-soot-form

Tuo Boudourd:in tasapainoyhtälä kyllä tukee tuota väitettä:

https://en.wikipedia.org/wiki/Boudouard_reaction

Jos lämpötila putoaa CO muodostuksen jälkeen tulee CO2+C, josta tulisi tuo noen nanohiilihiukkanen. Voisi olettaa, että hiilloksen lämpötila kannattaa pitää tuossa käyrän pohjassa 600 asteen kohdalla jossa CO muodostus on suurinta.

Tuokaan ei suoraan kerro, mikä ensiö- ja toisioilman optimaalinen suhde pitäisi olla. Käytännössä sillä ei olekaan suurta merkitystä, koska ensiöilman virtaus hilipatjan läpi on mitä sattuu käyttöjakson edetessä. Olennaista on hyötysuhteen kannata toisiolämpötila, joka selvästi kannattaa pitää korkealla. Vakiokonvektorilla tuo tarkoittaa myös poistokaasun lämpötilan nostamista.

[Yleisajattelija]

Kyllä tuo korkea toisiopaloläpötila näyttää olevan nykyään tavoitteena:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0306261920310631

Biopolttoaineiden palofysiikka on aika vaikeaa:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016236115010662

Tuo selittää standardien sekavuuden, aiheeseen ei ole saatu tieteellisiä vastauksia. Tiede ei pysty sanomaan, mikä olisi paras ensiö-/toisioilman suhde eikä myöskään anna vastausta, mikä olisi paras tavoiteltava toisiolämpötila. Käytännössä tuota sotkee hiilipedin ilmanläpäisevyys, johon taas vaikuttaa suuresti tuhkanpoisto arinalta. Noh, tässä vekottimessa tuo tuhkanpoisto on nyt remontoitu "mutu":lla, ja sitten asetetaan ilmasuhteet kokeilemalla....

[Jra]

Kyllä tuo korkea toisiopaloläpötila näyttää olevan nykyään tavoitteena:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0306261920310631

Biopolttoaineiden palofysiikka on aika vaikeaa:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016236115010662

Tuo selittää standardien sekavuuden, aiheeseen ei ole saatu tieteellisiä vastauksia. Tiede ei pysty sanomaan, mikä olisi paras ensiö-/toisioilman suhde eikä myöskään anna vastausta, mikä olisi paras tavoiteltava toisiolämpötila. Käytännössä tuota sotkee hiilipedin ilmanläpäisevyys, johon taas vaikuttaa suuresti tuhkanpoisto arinalta. Noh, tässä vekottimessa tuo tuhkanpoisto on nyt remontoitu "mutu":lla, ja sitten asetetaan ilmasuhteet kokeilemalla....

Tokihan toisiopalotilassa täytyy lämpöä olla, muuten osa palavista kaasuista jäähtyy ennen aikojaan ja jää palamatta. Toisaalta liian korkea lämpötila aiheuttaa ongelmia rakenteiden kestävyydessä ja voi aiheuttaa NOX päästöjä.

Ensiö/toisioilman suhdetta voi varmasti teoreettisesti laskeakin, mutta käytännössä se on hankalaa kun osa ensiöilmasta menee polttoaineen ohi ja onkin oikeastaan toisioilmaa. Säädin annostelee tarpeen mukaan toisioilmaa, sitä on todella vaikea käsin saada kohdalleen ja tilannehan muuttuu jatkuvasti, kun polttoainemäärä ja polttoaineen laatu kuitenkin vaihtelee.