Arinapoltto

Kehittelen dekonstruktiivista palapeliä bioenergiaratkaisujen yksityiskohtaiseen kuvailemiseen. Lähestymistapa mahdollistaa pienten yksityiskohtien portaattoman tarkastelun. Syyn tähän postitukseen sain savukaasujen virtausnopeuden mittauksesta. Alla oleva teksti tasoittaa tietä puhaltimen yksityiskohtaisemmalle tarkastelulle. En vielä takerru systeemin yksityiskohtiin. Yritän hahmottaa kokonaisuuksien purkuprosessia.

1. prosessin pilkkominen tuhannen päreiksi
2. yksityiskohtien kiihkoton tarkastelu
3. ongelmakohtien havainnollistaminen
4. olennaisen ja epäolennaisen erottelu
5. vaikeusasteiden arviointi
6. joukkoälyn hyödyntäminen
7. modulaaristen ratkaisujen rakentaminen
8. palasten uudelleen kokoaminen
9. uusi integroitu kokonaisuus
10. viritetään toimimaan todellisissa olosuhteissa
    

Arina

Kattilan pohjalle sijoitettavaa polttolaitetta, jonka päällä poltetaan joko paikallaan pysyvänä tai hitaasti liikkuvana kerroksena polttoainetta, kutsutaan arinaksi. Arinapoltto on vanhin kiinteille polttoaineille tarkoitettu polttotapa polttokattiloissa. Kiinteistä polttoaineista hiilellä, turpeella, puulla ja puujätteellä on olemassa hyvin toimivia arinaratkaisuja.

Pyrolyysi

Palaminen arinalla noudattaa samoja pääsääntöjä kuin muissakin polttomenetelmissä. Yksittäisessä polttokappaleessa nämä eri vaiheet tapahtuvat peräkkäin:

1. kosteus poistuu eli polttoaine kuivuu,
2. jonka jälkeen pyrolyysitapahtuman yhteydessä kappale ja
3. siitä vapautuvat kaasut palavat ja
4. lopuksi jäännöshiili palaa. 

Arinalla on samanaikaisesti useita eri palamisvaiheessa olevia kappaleita.
 

Arinapolton periaate 

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.

Arinarakenteet riippuvat polttoaineesta ja kattilan koosta. Arinat jaetaan kiinteisiin ja mekaanisiin eli liikkuviin arinoihin. Mekaanisen arinan tyypillinen käyttöalue kattaa 2 - 15 MW.

Kiinteät arinat

Kiinteä arina on käytössä pienemmissä alle 1 MW laitoksissa. Kiinteitä arinoita ovat taso-, viisto- ja porrasarina, mekaanisia taas ketjuarinat ja mekaaniset viistoarinat.   Usein arinat ovat em. päätyyppien yhdistelmiä, vaikkakin arinat eroavat myös arinamateriaalin jäähdytystapojen osalta.

Pienet arinat ovat yleisesti ilmajäähdytteisiä, suurten arinoiden ollessa kattilan vesikiertoon integroidun vesijäähdytyksen kanssa toimivia. 

Yksinkertaisin arinaratkaisu on kiinteä tasoarina, joita käytetään pienpolttoainekattiloissa, joiden teho on korkeitaan 500 kW:n luokkaa. Kiinteä tasoarina on valmistettu joko valuraudasta tai keraamisesta materiaalista.

Tasoarina

Tasoarina koostuu vierekkäin ladotuista arinasauvoista, jotka eivät kosketa toisiaan, jolloin sauvojen väliin jäävistä raoista virtaa palamisilmaa polttoaineseoksen sekaan. Tasoarinoita voi myös olla tasomaisina levyinä, joihin on tehty ilmareiät. Tasoarinoita käytetään kattiloissa, joihin polttoaine syötetään yleensä käsin, mutta polttoaineen syöttö voidaan toteuttaa myös esimerkiksi syöttöruuvilla.

Kiinteästä tasoarinasta saadaan omavoimaisesti polttoainetta kuljettava arina asettamalla arina 30 – 50°:n kulmaan. Kulman suuruus riippuu polttoaineesta ja sen juoksevuudesta. Polttoaineen syöttö syöttösiilosta voi myös olla omavoimaista, jolloin polttoainetta valuu arinalle sitä mukaan kun arina tyhjenee. 

Liikkuva tasoarina

Yhdistämällä arinaraudat ketjuilla, saadaan aikaan mekaaninen liikkuva tasoarina eli ketjuarina. Palamisilmaa saadaan tuotua polttoaineseokseen arinarautojen liittymiskohdissa olevien urien kautta.

Ketjupyörällä pyörittämällä saadaan ketju sekä koko arina liikkumaan. Polttoainetta syötetään arinalle toisessa reunassa sijaitsevan syöttökourun kautta ja samalla säädellään polttoainekerroksen paksuutta pystysuoraan liikkuvan säätöluukun avulla.

Tulipesään

Syöttökohdasta arina kuljettaa polttoaineen tulipesään. Palamistapahtuman tapahduttua palanut polttoaine saapuu arinan liikkuessa kääntötelalle, jossa palojäännös, tuhka ja kuona putoavat kuonasuppiloon.  Ketjuarina soveltuu erityisesti kivihiilen polttoon, mutta mahdollista on myös polttaa muita kiinteitä polttoaineita, kuten palaturvetta ja puuta. 

Säätö

Kattilan tehonsäätö perustuu kattilan menoveden lämpötilaan perustuvaan portaattomaan tehonsäätöön. Kattilassa olevan lähtevän veden lämpötila laskee, jos kulutus kasvaa. Tällöin automatiikka lisää polttoaineen syöttöä tulipesään, jolloin lähtevän veden lämpötila pysyy mahdollisimman lähellä säätöarvoa.