Rikinpoiston hallinta uusissa hiilidioksidin poistoon soveltuvissa polttoprosesseissa

Kalkkikiveä käytetään rikkidioksidin ja hiilidioksidin poistoon uusissa prosesseissa, joita ovat esimerkiksi happipoltto kiertoleijukattilassa ja kalkkimateriaalin kierrätysprosessi (carbonate looping for post combustion).

Näissä uusissa sovelluksissa olosuhteet (esim. kaasun pitoisuudet  ja lämpötila) poikkeavat tavanomaisemmista kiertoleijukattilan olosuhteista ja voivat aiheuttaa muutoksia kalkkikiven käyttäytymiseen verrattuna tavanomaisimpiin sovelluksiin.

Diplomi-insinööri Sirpa Rahiala kehitti väitöskirjatyössään Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa (Lappeenranta University of Technology, LUT) yksityiskohtaisen mallin, joka kuvaa keskeiset reaktioihin vaikuttavat ilmiöt kalkkikivihiukkasen sisällä.

Kiinteiden polttoaineiden leijukerrospoltossa rikkidioksidia poistetaan yleisesti kalkki-injektion avulla. Kalkkikiven reaktiot ovat keskeisessä roolissa uusissa leijukerrossovelluksissa, jotka mahdollistavat myös hiilidioksidin talteenoton.

Kiertoleijukattilassa olosuhteet vaihtelevat ajallisesti ja paikallisesti. Uusissa sovelluksissa nämä vaihtelut voivat aiheuttaa monimutkaisen ilmiön, jossa tapahtuu yhtäaikaisia reaktioita. Siten yksittäisen hiukkasmallin täytyisi pystyä huomioimaan muuttuvat olosuhteet. Kyseinen malli pystyy huomioimaan sekä muuttuvat olosuhteet että yhtäaikaiset reaktiot, joita suurin osa tähänastisista malleista ei ole huomioinut.

Tutkimuksessa havaitut löydökset auttavat kehittämään uusia leijukerrossovelluksia ja 3-ulotteista prosessimallia, jolla voidaan kuvata kiertoleijukattilaa.

Työssä tutkittiin rikinsidontaa erilaisissa olosuhteissa myös kokeellisesti ja rikinsidossa havaittiin eroja eri ympäristöissä. Paras rikinsidonta saavutettiin happipolton olosuhteissa (korkea hiilidioksidipitoisuus ja lämpötila). Mallin avulla pystyttiin selittämään havaitut erot rikinsidonnassa.

Tutkimuksessa vertailtiin myös happipolton ja ilmapolton olosuhteissa tapahtuvaa rikinsidontaa muuttuvassa ympäristössä ja keskiarvostetuissa olosuhteissa. Keskiarvoistetun ja muuttuvan ympäristön olosuhteissa rikinsidonnassa ei havaittu eroa, jos tasapaino ei vaihdellut kalsinoitumiskäyrän molemmin puolin.

Diplomi-insinööri Sirpa Rahialan väitöskirja Particle model for simulating limestone reactions in novel fluidised bed energy applications (Partikkelimalli kalkkikiven reaktioiden simulointia varten uusissa leijukerrosenergiasovelluksissa) tarkastetaan 17.12.2013 klo 12.00 Lappeenrannan teknillisen yliopiston salissa 1382. Vastaväittäjänä toimii professori Risto Raiko ja kustoksena professori Timo Hyppänen Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta.

Väitöskirja on julkaistu yliopiston Acta Universitatis Lappeenrantaensis -tutkimussarjassa numero 565. ISBN 978-952-265-549-3 ja ISSN 1456-4491. Väitöskirjan painetun version voi ostaa Aalef-kirjakaupasta, puh. (05) 621 2030 tai kirjakauppa(at)aalef.fi

Väittelijän henkilötiedot: 

Nimi: Sirpa Rahiala (o.s. Takkinen)
Syntymävuosi ja -paikka: 1983 Kotka
Kotikunta: Espoo
Koulutus: 2002 ylioppilas Karhulan lukio, 2007 DI LUT
Työsuhteet: Nuorempi tutkija, Lappeenrannan teknillinen yliopisto, 2007-

Lisätietoja:

Sirpa Rahiala, sirpa.rahiala@lut.fi, +358400329524