Käänteispalokattila jatkuvalämmitteisenä

[ev3449]

Itse en ainakaan osaa tuohon vastausta antaa...

Muutama ajatus tuli kuitenkin mieleen. Ensiöilmamäärähän määrää tehon, eli sen kuinka paljon energiaa varastopesän puolella on tarjolla. Tietty energiamäärä vaikuttaa puuhun ja saa sen lämpenemään, kuivamaan, kaasuuntumaan jne. Voidaanko tämän lämpöenergian vaikutusta jotenkin kohdentaa? Enemmän esim. kuivaamaan puuta? Eikö lämpö etene puussa "luonnollisesti" riippuen siitä kuinka paljon energiaa on tarjolla?

Toinen mieleen tullut ajatus koskee käänteispalokattilan toimintaa joka eroaa suuresti nyt kerrotusta, koko varastopesä liekeissä toiminnasta.

Muutama video joissa valmistajat kuvaavat kattiloidensa toimintaa.

Arca, liittyy myös sopivasti aiheeseen (varastopesän kestävyys)
Solarbayer. 0:35 alkaen demonstroivat omaa käsitystään oikeanlaisesta palamisesta.
Hargassner 4:15 min kohdalla tulenhoitoluukun avauksen yhteydessä ei ainakaan näytä, että koko varastopesä olisi liekeissä. 4:40 alkaen heidän demonstraationsa.

Ja vielä Motivan sivuilta käänteispalokattilan kuvaus:

"Käänteispalokattila

Käänteispalokattilan periaate muistuttaa alapalokattilaa, ja sitä pidetäänkin alapaloperiaatteen parannuksena. Erityisesti kaasujen jälkipoltto on hallitumpaa. Käänteispalokattilassa palaminen tapahtuu polttoainetäytöksen alaosassa ja liekit menevät alaspäin keraamisen arinan läpi. Polttoaine valuu painovoimaisesti arinalle sitä mukaan, kun se palaa panoksen alaosasta. Arinan alla on vapaa tila, jossa pyrolyysikaasut poltetaan sekundääri-ilmalla.

Arinan alla on tuhkatila, johon tuhka ja palamaton hiili tippuvat. Tuhkatilan päällä olevalla kaasujen poltolla pystytään varmistamaan hiilen palaminen loppuun. Primäärinen ilmansyöttö tulee arinan päällä olevaan polttoaineeseen. Kattilan korkea lämpötila edellyttää kestäviä materiaaleja ja erityisesti arinarakenne on kovilla. Esimerkiksi polttoaineen huono syöttö voi siirtää palamisen arinan yläpuolelle, jolloin kovin lämpö osuu arinaan.

Palamisen vaatima tulipesän alipaine (veto) on varmistettu yleensä savukaasupuhaltimella, mikä mahdollistaa myös palamisen tarkemman hallinnan ilman säädön avulla. Kalliin hintansa vuoksi käänteispalokattila ei ole kovin yleinen Suomessa. Sen sijaan Keski-Euroopassa käänteispalokattilaa käytetään yleisesti.

Lähteet:

Tissari, J. (toim.). 2005. Puun polton pienhiukkaspäästöt. Loppuraportti 31.8.2005. Kuopion yliopiston ympäristötieteiden laitosten monistesarja. Kuopio.

Wahlroos, L. 1979. Kotimaiset polttoaineet ja keskuslämmityskattilat. T:mi Energiakirjat. Kokemäki."

[geswas]

Tuo arcan video on kyllä hyvä selitys mistä ongelma syöpymisessä johtuu.

Tuosta solarbayerista en tiedä mutta ainakin hargasnerissa ja kaikissa kalliimmissa käänteispaloissa, sekä nykyään myös uusissa halvemmissakin tuo ensiöilma tuleekin varmaan juuri siksi varastopesän seinistä alemmas ettei tuo koko pesä pääsisi syttymään kerralla ja näinhän tuo käsittääkseni olisi tarkoitus toimiakkin.

Tilanne onkin täysin eri juuri esim. tässä omassa "Bangladesh" mallin atmoksessa missä ilma tulee ylhäältä pöntön seinästä. Varastopessa on nimittäin jossain vaiheessa jo yllättävän kuuma koska tuo tervakin alkaa paloina kärventyä irti katosta jos pelkästään panospolttona käyttää.

[ev3449]

Tilanne onkin täysin eri juuri esim. tässä omassa "Bangladesh" mallin atmoksessa missä ilma tulee ylhäältä pöntön seinästä. Varastopessa on nimittäin jossain vaiheessa jo yllättävän kuuma koska tuo tervakin alkaa paloina kärventyä irti katosta jos pelkästään panospolttona käyttää.

Omassa alapaloisessa jossa on yli metrin korkuinen varastopesä, kärventyy terva polton loppuvaiheessa myös varastopesän yläosasta.

Vielä tuosta energiasta jolla kaikki energiaa kuluttava puunpoltossa tehdään.
Kunhan kattilat palavat samalla teholla, energiaa kuluu yhtä paljon samassa ajassa. Jos varastopesä on liekeissä energiamäärä voi ehkä olla jakautunut suuremmalle alueelle kuin tilanteessa jossa palaminen tapahtuu yhdessä pisteessä.
X ajan kuluttua varastopesässä sama energiamäärä on kuitenkin tehnyt saman työn. Toisessa tilanteessa tapahtumat ovat jakautuneet laajemmalle, mutta toisessa tilanteessa samat tapahtumat ovat tapahtuneet tiiviimmällä alueella. Jos näin ei olisi, eivät kattilat toimisi samalla teholla (puuta ei palaisi samaan tahtiin.)
Eikö täten myös ole ilmeistä, että kokonaisvesimäärä myös varastopesissä on x- ajan kuluttua yhtenevä? Toisessa se voi olla keskittyneempi ja toisessa laajemmalle jakautunut, mutta kuitenkin sama?

EDIT:
Eikö ilmiötä voi verrata suoraan esim. veden lämmittämiseen. Tietyllä energiamäärällä on tietynlainen vaikutus veden lämpötilaan kiloa kohti? Eli jos saman tehoinen vastus laitetaan isoon tai pieneen vesimäärään, 1kg vettä vaatii molemmissa tapauksissa saman energiamäärän lämmetäkseen asteen. Sama tapahtuu puunpoltossa. Tietty energiamäärä lämmittää yhtä monta astetta/kg puuta ja vettä, eikä höyrystyksen kuluttama energiamääräkään muutu miksikään.

Kunhan kattilat palavat samalla teholla, vapautuu myös sama määrä lämpöä.

Jos ajatellaan, että esim. käänteispalokattilassa on enemmän lämpöä tarjolla kuin vaikkapa alapalokattilassa, eivät kattilat pala tällöin samalla teholla.

[geswas]

Enpä sitten tiedä. Molemmat vaihtoehdot vois olla järkeenkäypiä mutta miten asia todellisuudessa menee ei oma tietämykseni sinne riitä.

Myös se vielä että onko se polttotehokaan molemmissa tapauksissa samanlainen polton aikana vai onko alapalon teho tasasempi koko poltolla ja taas käänteispalotapauksessa kovempi alkupoltosta hiipuen loppuun päin?

Alkaa kohta tuntuu siltä että pitää vissiin hommata kunnon pitkä termoparipuikkoanturi ja ruveta mittailemaan millasia lämpöjä siellä varastopessä oikeen on. 

[ev3449]

Hienoa, että pystytään keskusteluun.

Mikä määrittää polttotehon? Palamisen edellytykset ovat palava aine, riittävä lämpötila ja tarvittava happi. Ainoa mitä voit/pitää säätää on happi (ensiöilma).
Säädetäänkö tätä polton aikana kosteuden mukaan pienemmälle? Jos ei, mikä hillitsee tehonnousua?

EDIT: liite. Punainen viiva on vaadittu polttoteho. Sininen ja keltainen ala ovat energiamääriä ja yhtenevät molemmissa kuvissa. Sininen on vähennettävä kokonaisuudesta kosteuden vuoksi. Kosteutta ei ole poistettu alkuvaiheessa, vaan vasta puoleen väliin mennessä.

[geswas]

Tuossa omassa pikipannussani tuo teho vaikuttaisi ainakin savukaasuja, varaajan lämpenemistä ja arduinon ilmasäätöjä seuraamalla siltä että pöhinä on hurjinta juurikin siinä noin 30-60min paikkeilla polttoa. Kaasut pyrkii karkaaman ja säädin ajaa ensiöilman niin pienelle kun rajat sallii (asetettu 15%). Tuo vaihe kestää alta tunnin ja sitten pauhu alkaa tasaantumaan ja ilmat alkaa hiljalleen säätyä isommalle ollen jossain 2 tunnin kohdalla taas täysin auki. Tuo oma säätöautomatiikka siis vaan kuristaa tarvittaessa kokonaisilmaa kattilan takanta.

Kiinnostaa sen verran mittailla mitä tuolla pannussa eri tilanteissa oikeen tapahtuu, niin tilasin 1100C kestävän anturin tohon termopari mittariin. Pitää ottaa lokia poltosta kunhan saan tarvikkeet haalittua kasaan.

Onko kellään kemiasta tietävällä havaintoa että minkälaiset olosuhteet niitä seiniä alkaa pahiten syövyttää? Lähinnä päteeko tässä samat lämpötilat kun esim. piipun savukaasujen suhteen oliko se 150 astetta joku maaginen raja?

[Markku]

Onko kellään kemiasta tietävällä havaintoa että minkälaiset olosuhteet niitä seiniä alkaa pahiten syövyttää? Lähinnä päteeko tässä samat lämpötilat kun esim. piipun savukaasujen suhteen oliko se 150 astetta joku maaginen raja?

Panospoltossa jossa poltetaan puupilkettä ei ole syöpymisvaaraa kattilan tai savupiipun rakenteille.
Myöskään mitään alinta tai ylintä palokaasujen lämmöllä ei ole. Korkeat ylälämmöt vaikuttaa suoraan hyötysuhteeseen alentavasti.

[jarppi]

Jatkuvalämmitteisyys normaaliin varaajatäytön lisänä on aivan loistava ominaisuus, kasvattamaan lämmitysväliä kovien pakkasten aikana. Taloudellisessa mielessä olisi järkevää ettei varaaja kapasiteettia ylimitoiteta muutaman pakkaspäivän tarpeiden perusteella.

Mahdollisena lisä ongelmana on siis katkokäynnissä esiintyvä pitkäkestoinen alhaisempi lämpötila jolloin puista haihtuvat hapokkaat vesihöyryt tiivistyvät kaasutustilan kylmiin pintoihin.

Ajattelin tuoda hieman erilaista näkökulmaa asiaan. Kaasutustilan pohjalla on aina tuhkaa, joka on emäksistä ja siihen tiivistyvä hapokas vesi neutraloituu. Eli pohjasta ei tarvitse olla huolissaan.

Jos seinissä ja katossa on kunnon noki-terva töhkät ja ne ovat mekaanisesti pysyvää laatua, voidaan niiden päälle huitaista sudilla vaikka puutarhakalkki-vesi tai tuhka-vesi seosta joka on kuivuttuaan valmis neutraloimaan tiivistyvän veden happohyökkäystä. Puskuri kerroksen toimintaa voi seurata jos rapsuttaa pinnasta irti pientä nokaretta ja sekoitta veteen ja katsoo happamuuden lakmuspaperilla tai jollain liuos systeemillä. Kun koe palan PH alkaa lähestyä neutraalia on puskurikerros käytetty.

Mikäli käsi on vakaa ja osaa tehdä suunnilleen saman seos satsin samalla kerrospaksuudella voi selvittää jatkuvalämmitteisyyden haitallisuuden vahingoittamatta peruuttamattomasti kattilaa. Ajaa ensin kattilaa panospoltolla kunnes puskurikerros on neutraali ja mittaa kuluneet puut kiloissa. Sen jälkeen toistaa saman jatkuvalämmitteisenä ja mittaa puut kiloina. Periaatteessa näkee eron kuinka paljon enemmän kaasutustilan rakenteet kärsivät jatkuvalämmitteisyydestä. Voi olla että on kannattavaa muutamana viikkona vuodessa kuluttaa kattilaa jatkuvalämmitteisenä eikä ryhtyä mihinkään erikoistoimenpiteisiin ruostumisen suhteen. Ääripäässä tulee sitten erilaiset käsittelyt kuten kylmää pintaa vasten tiheä verkko puskuriaineella ja päälle vermikuliittilevyä lämpöeristeeksi hakasilla kiinni.

Mikäli taas seinissä ja katossa oleva noki terva töhkä ei ole ”pysyvää laatua” vaan putsautuu itsekseen. Silloin voisi ajatella jopa sitä että putsaisi kaasutustilan metallipinnat ja vetäisi sinne kuumankestomaalia kerroksen tai pari. Ongelmaa on varsinkin pinnoilla, jotka ovat vesitilaa vasten, joten niiden lämpö ei mitenkään erityisen korkeaksi nouse. Motonetissa näytti olevan 800 C spray 60-9706  8,90€.

[VPJ]

Jatkuvalämmitteisyys normaaliin varaajatäytön lisänä on aivan loistava ominaisuus, kasvattamaan lämmitysväliä kovien pakkasten aikana. Taloudellisessa mielessä olisi järkevää ettei varaaja kapasiteettia ylimitoiteta muutaman pakkaspäivän tarpeiden perusteella.

Mitenkäs tällainen toimisi?

Varaaja kuumaksi ja jos saadaan jäämään sopiva hiillos kovalla puulaadulla niin varastopesä täyteen,
katila sammuksiin eli vedot kiinni ja puhallin seis. Joko ajan tai lämpötilan tunnistuksen mukaan käynnistetään
kattila esim 8 tunnin kuluttua tai kun varaaja on jäähtynyt tarpeeksi.

Näin minun tapuksessa lämmitysten väli tuplautuisi.

Jos olisi automaattisytytys kaikki olisi helpompaa

[jarppi]

Osa minun jutuista on aivan höpöjä, koska minulla ei vielä ole omaa kattilaa ja sitä kautta käytännön näkemystä. Pääsen aikaisintaan vuoden päästä rakentamaan omaa systeemiä, kun kattilatilat valmistuvat.

Kun mietitään kattilan On/Off suhdetta vuorokauden tai kahden tähtäimellä, niin se määräytyy suoraan lämmön kulutuksen ja kattilan tehon suhteesta. Ainoastaan varaajan ja tarpeetta lämpimän kattilan häviöt muuttavat tätä suhdetta jonkin verran (+ tulen käynnistyksen hetkellinen heikko hyötysuhde). Siis tämä, riippumatta siitä poltetaanko kattilaa useilla kertalatauksilla tai jatkuvina pulssikäyttöinä.

Näin ajatellen loppulämpötila varaajassa on aivan sama, kun kaikki puut on poltettu. Tämä vaikka kattila jatkaisi katkokäyntiä suoraan ensimmäisen panospolton jatkeeksi verrattuna automaattikäynnistykseen 8 tunnin jälkeen. Vähennettynä tietenkin ylimääräisillä häviöillä.

Geswas:lla tauko oli noin 35-45 min ja polttoaika noin 10min. Luontaista On/Off suhdetta muuttamatta voi tehdä myös niin, että laittaa Arduinon ohjaamaan pannun päälle esim. vain 1 minuutiksi 20 minuutin välein, jos vain varaajan lämmöt antavat periksi. Tällöin kattilan On-aika jakautuu kahteen osaan ensimmäinen on liekin ylläpito jakso ja toinen on lämmön kulutuksesta riippuva jakso. Silleen kattila ei ainakaan sammu.

Eikö Kespes kattiloissa ole sama systeemi käytössä eli ilmat täysin kiinni ja auki ?
Kauanko Kespes kattiloissa tuli kytee sammumatta ?

Eli automaattisytystä ei välttämättä tarvita, vaikka se voisi muuten olla varsin mukava laite ja antaa mahdollisuuden ladata kattila silloin kun se itselle parhaiten sopii.

Oleellisinta olisi taklata mahdollinen ruostumisongelma.

[VPJ]

Joskus 1990 loppupuolella oli on/off toimiva puukattila, merkkiä en nyt muista.
Toisilla toimi loistavasti ja toisilla ei ollenkaan, firma taisi mennä konkurssiin.
Teho oli 25 kw ja väri vihreä ennen käyttöä. Koneviesti tai Maaseudun tulevaisuus esitteli
kattilaa ja käyttäjiä.

[Pähkäilijä]

Joskus 1990 loppupuolella oli on/off toimiva puukattila, merkkiä en nyt muista.
Toisilla toimi loistavasti ja toisilla ei ollenkaan, firma taisi mennä konkurssiin.
Teho oli 25 kw ja väri vihreä ennen käyttöä. Koneviesti tai Maaseudun tulevaisuus esitteli
kattilaa ja käyttäjiä.

Jolla tänne joskus laittoi kopion kattilatestistä (tais olla TM testi mut muitelisin että -80 luvun alusta), eikös siellä ollut tuollainen pannu jossa tavaran ois pitänyt valua sitten pikkuhiljaa tarpeen vaatiessa palotilaan mutta holvasi teki sitten mitä tahansa.

[Rampe]

Eikö Kespes kattiloissa ole sama systeemi käytössä eli ilmat täysin kiinni ja auki ?
Kauanko Kespes kattiloissa tuli kytee sammumatta ?

Eli automaattisytystä ei välttämättä tarvita, vaikka se voisi muuten olla varsin mukava laite ja antaa mahdollisuuden ladata kattila silloin kun se itselle parhaiten sopii.

Oleellisinta olisi taklata mahdollinen ruostumisongelma.

Juu, kyllä siinä läppä on imupuolella. Puhallin käynnistyy, niin aukeaa rajoitinta vasten. Puhallin sammuu, niin läppä menee kiinni. Kiinnimeno voi kestää joitain sekunteja. Liekki ja hormin veto pitää vetoa yllä vähän aikaa.

Syttyy uudestaan useiden tuntien päästä. En ole ottanut aikaa. Kesällä tekee joskus niin että on sammunut kokonaan yöllä, eli kulutusta ei ole ollut, eikä puhallin pyörinyt.
Ei olisi paha rasti laittaa ns. taukotuliautomatiikkaa (stokeritekniikkaa  ) Puhallin pyörähtäisi hetken tietyin välein taukoaikana.

Toinen konsti on laittaa teipin pala ilmaläpän väliin, mutta ei suositeltavaa. Silloin se saattaa hieman pietä kattilaa.

[Rampe]

Joskus 1990 loppupuolella oli on/off toimiva puukattila, merkkiä en nyt muista.
Toisilla toimi loistavasti ja toisilla ei ollenkaan, firma taisi mennä konkurssiin.
Teho oli 25 kw ja väri vihreä ennen käyttöä. Koneviesti tai Maaseudun tulevaisuus esitteli
kattilaa ja käyttäjiä.

Tulimax KP 20 ja 40. Suoraanlämmitykseen tehty käänteispalokattila. Karstulassa valmistettiin. Koneviestilehdessä puitiin yhteenaikaan melko paljon tästä kattilasta. Kaikilla ei pelannut.

Suurin vika taisi olla lyhytikäisyys. Varastopesä oli mustaa rautaa ja pahimmillaan se puhkesi muutamassa vuodessa..

[repa]

Itelle kun ei saa kohtuullista varaajaa mitenkään mahtumaan ilman isompaa remppaa niin olen päätynyt tuohon jatkuvanpolttamisen linjalle. Termari ohjaa puhallinta ja imuria.

Aika nopeasti tuli sammuu kun ilma lakaa kulkemasta. Vaikka puu sisältää runsaasti happea, se ei erkaannu hiilivetyketjuista kovinkaan helposti. Kun palminen hidastuu ja loppuu, ei happeakaan enää erkannu. Omien havaintojen mukaan n. 10 minuutissa savun tulo lakkaa ja pipunpäästä tulee enää hyvin vähän "haikuja".

Ajatuksena olis kehitellä tuota jatkuvanpolton systeemiä, etenkin kun todetaan että 100 ltraa puita korvaa liki 2 motin varaajan. Lisäksi vielä muuttuvatehoinen polto, jotta seisontajaksot jäis pois tai ainakin sammuksissaoloaika jäis mahd. pieneksi.