Doświadczenia z tlenowego współspalania osadów ściekowych z węglem w cyrkulacyjnej warstwie fluidalnej

• Autorzy: Bień J. D. , Bień B. , Czakiert T.

Identyfikatory

DOI

10.2429/proc.2018.12(2)042

Warianty tytułu

EN

Experiences from oxy co-combustion of sewage sludge and coal in circulating fluidized bed

• Konferencja: ECOpole’18 Conference (10-13.10.2018 ; Polanica Zdrój, Poland)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Termiczne metody unieszkodliwiania komunalnych osadów ściekowych ze względu na uwarunkowania prawne i techniczne stały się jedną z popularnych form zagospodarowania osadów w Polsce. Proces ten realizowany jest albo poprzez termiczne suszenie osadów do postaci granulek o wysokiej zawartości suchej masy albo poprzez poddanie spalaniu w reaktorach, w tym głównie pracujących w technologii fluidalnej. Obecnie w Polsce funkcjonuje 11 monospalarni o całkowitej przepustowości 160 tys. Mg s.m./rok. Proces spalania w tych obiektach prowadzony jest w atmosferze powietrza, przyczyniając się do znaczących emisji między innymi gazów cieplarnianych. Stąd celem autorów było przeprowadzenie badań współspalania osadów ściekowych z węglem w technologii spalania tlenowego. Badania wykonano na stanowisku wielkolaboratoryjnym pracującym w układzie cyrkulacyjnej warstwy fluidalnej o mocy 0,1 MW mocy cieplnej. Badania procesu spalania mieszanek węglowych o 50, 30 i 10 % udziale masowym osadów przeprowadzono w mieszaninie modyfikowanej o zmiennym udziale tlenu o udziale objętościowym z zakresu od 21 do 30 %. Prowadzono badania emisji zanieczyszczeń, w tym CO₂, CO, SO₂, SO₃, H₂S, NO₂, NO, N₂O, NH₃, HCN.

EN

On the basis of formal and legal conditions sewage sludge utilization by thermal methods has become one of basic methods of sewage sludge management in Poland in recent years. It should be noted that currently in Poland there are 11 mono-incinerators with the total processing capability of 160,000 Mg d.m./year. The process of sludge incineration in these facilities occurs through conventional combustion under conditions of air atmosphere. However, the change in combustion atmosphere involving the replacement of air with the mixture of oxygen and carbon dioxide, where the concentration of oxygen is higher than in air is an interesting technology for reducing CO₂ emissions. Other benefit is a reduction in NO_x emissions resulting from a substitute of N₂ by CO₂. It is predicted that the implementation of oxy-fuel technique in connection with circulating fluidized bed technology is a good solution for treatment of wide range of fuels including sewage sludge due to both techniques’ advantages. Oxy-fuel co-combustion of municipal dried sewage sludge and coal was conducted to observe the combustion characteristics as well as pollutant emissions generated under different oxygen injection rate in oxyfuel atmosphere in 0.1 MWth CFB reactor. As a feed gas a mixture of oxygen and carbon dioxide was used. Oxygen concentration in a feed gas varied from 21 to 30 % per volume. The combustion temperature was not fixed since it was a resulting parameter mostly from calorific value of different fuel components and oxygen supplied to the riser. The following blending ratios of sewage sludge to coal were chosen: 50, 30 and 10 %. Flue gas components were on-line measured by a gas analyzer, determining CO₂, CO, SO₂, SO₃, NO₂, NO, N₂O, NH₃, HCN concentrations by non-dispersive infrared absorption. The experimental results showed a strong influence of oxygen concentration on temperature in the combustion chamber during sewage sludge utilization. To realize which component in a flue gas played a main role the conversion ratios of sulfur and nitrogen contained in blending fuel to NO, NO₂, N₂O, NH₃, HCN, SO₂, SO₃ and H₂S were obtained. The values of sulfur conversion ratio to sulfur dioxide were relatively high and exceeded the level of 80 % under oxy-fuel conditions. What’s interesting conversion to SO₃ was negligible. In the case of nitrogen conversion ratio remained low in the whole range of investigated conditions.

Słowa kluczowe

PL

osady ściekowe; oxy-spalanie; mieszanka paliwowa; emisje zanieczyszczeń

EN

sewage sludge; oxy-fuel combustion; fuel blends; pollutant emissions

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 12, No. 2
• Strony: 433--442
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Bień J. D.

• Wydział Infrastruktury i Środowiska, Politechnika Częstochowska, ul. J.H. Dabrowskiego 69, 42-200 Częstochowa

autor

Bień B.

• Wydział Infrastruktury i Środowiska, Politechnika Częstochowska, ul. J.H. Dabrowskiego 69, 42-200 Częstochowa

autor

Czakiert T.

• Wydział Infrastruktury i Środowiska, Politechnika Częstochowska, ul. J.H. Dabrowskiego 69, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Bień JB. Osady ściekowe - teoria i praktyka, Częstochowa: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej; 2002.
• [2] Kijo-Kleczkowska A, Środa K, Kosowska-Golachowska M, Musiał T, Wolski K. Waste Manage. 2015;46:459-471. DOI: 10.1016/j.wasman.2015.08.015.
• [3] Fytili D, Zabaniotou A. Renew Sust Energy Rev. 2008;12,116-140. DOI: 10.1016/j.rser.2006.05.014.
• [4] Cano R, Pérez-Elvira SI, Fdz-Polanco F. Appl Energy. 2015;149:176-185. DOI: 10.1016/j.apenergy.2015.03.132.
• [5] Hassan SSAS, Wang Y, Hu S, Su S, Xiang J. Renew Sust Energy Rev. 2017;80:888-913. DOI: 10.1016/j.rser.2017.05.262.
• [6] Samolada MC, Zabaniotou AA. Waste Manage. 2014;34:411-420. DOI: 10.1016/j.wasman.2013.11.003.
• [7] Duan L, Zhao C, Zhou W, Qu C, Chen X. Fuel Process Technol. 2011;92:379-384. DOI: 10.1016/j.fuproc.2010.09.031.
• [8] Li W, Li S, Xu M, Wang X. J Energy Inst. 2018;91:358-368. DOI: 10.1016/j.joei.2017.02.005.
• [9] Buhre BJP, Elliott LK, Sheng CD, Gupta RP, Wall TF. Prog. Energy Combust Sci. 2005;31(4):283-307. DOI: 10.1016/j.pecs.2005.07.001.
• [10] Toftegaard MB, Brix J, Jensen PA, Glarborg P, Jensen AD. Prog Energy Combust Sci. 2010;36:581-625. DOI: 10.1016/j.pecs.2010.02.001.
• [11] Chen L, Yong SZ, Ghoniem AF. Progr Energy Combust Sci. 2012;38:156–214. DOI: 10.1016/j.pecs.2011.09.003.
• [12] Mathekga HI, Oboirien BO, North BC. Int. J Energy Res. 2016;40(7):878-902. DOI: 10.1002/er.3486.
• [13] Duan L, Sun H, Zhao C, Zhou W, Chen X. Fuel. 2014;127:47-51. DOI: 10.1016/j.fuel.2013.06.016.
• [14] Jang HN, Kim JH, Back SK, Sung JK, Yoo HM, Choi HS, et al. Fuel. 2016;170:92-99. DOI: 10.1016/j.fuel.2015.12.033.
• [15] Niu S, Chen M, Li Y, Xue F. Fuel. 2016;178:129-138. DOI: 10.1016/j.fuel.2016.03.053.
• [16] Sher F, Pans MA, Sun C, Snape C, Liu H. Fuel. 2018;215:778-786. DOI: 10.1016/j.fuel.2017.11.039.
• [17] Shan F, Lin Q, Zhou K, Wu Y, Fu W, Zhang P, et al. Fuel. 2017;188:277-284. DOI: 10.1016/j.fuel.2016.09.069.
• [18] Varol M, Symonds R, Anthony EJ, Lub D, Jiab L, Tan Y. Fuel Process Technol. 2018;173:126-133. DOI: 10.1016/j.fuproc.2018.01.002.
• [19] Riaza J, Gil MV, Álvarez L, Pevida C, Rubiera F. Energy. 2012;41(1):429-435. DOI: 10.1016/j.energy.2012.02.057.
• [20] López R, Menéndez M, Fernández C, Bernardo-Sánchez A. Energy. 2018;148(1):571-584. DOI: 10.1016/j.energy.2018.01.179.
• [21] Moroń W, Rybak W. Atmos Environ. 2015;116:65-71. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2015.06.013.
• [22] Niu S, Chen M, Li Y, Xue F. Fuel. 2016;178:129-138. DOI: 10.1016/j.fuel.2016.03.053.
• [23] Chen J, Xie C, Liu J, He Y, Evrendilek F. Bioresour Technol. 2018;250:230-238. DOI: 10.1016/j.biortech.2017.11.031.
• [24] Arias B, Pevida C, Rubiera F, Pis JJ. Fuel. 2008;87:2753-2759. DOI: 10.1016/j.fuel.2008.01.020.
• [25] Glarborg P, Miller JA, Rusic B, Klippenstein SJ. Prog Energy Combust. 2018;67:31-68. DOI: 10.1016/j.pecs.2018.01.002.
• [26] Glarborg P, Jensen AD, Johnsson JE. Prog Energy Combust. 2003;29(2):89-113. DOI: 10.1016/S0360-1285(02)00031-X.
• [27] Chatel-Pelage F, Varagani R, Pranda P, Perrin N, Farzan H, Vecci SJ. Thermal Sci. 2006;10(3):19-42. DOI: 10.2298/TSCI0603119C.
• [28] Kimura N, Omata K, Kiga T, Takano S, Shikisima S. Energy Convers Manage. 1995;36:805-808. DOI: 10.1016/0196-8904(95)00126-X.
• [29] Tan Y, Croiser E, Douglas MA, Thambimuthu KV. Fuel. 2006;85(4):507-512. DOI: 10.1016/j.fuel.2005.08.010.
• [30] Woycenko DM, van de Kamp WL, Roberts PA. Combustion of pulverized coal in a mixture of oxygen and recycled flues gas. Summary of the APG research program. IFRF Doc. F98/Y/4; 1995.
• [31] Czakiert T, Bis Z, Muskala W, Nowak W. Fuel Process Technol. 2006;87:531-538. DOI: 10.1016/j.fuproc.2005.12.003.
• [32] Czakiert T. Tlenowe spalanie węgla w cyrkulacyjnej warstwie fluidalnej, Częstochowa: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej; 2013. ISBN: 9788371936012.
• [33] Hu Y, Naito S, Kobayashi N, Hasatani M. Fuel. 2000;79:1925-1932. DOI: 10.1016/S0016-2361(00)00047-8.
• [34] Liu H, Zailani R, Gibbs BM. Fuel. 2005;84:833-840. DOI: 10.1016/j.fuel.2004.11.018.
• [35] Zheng I, Furimsky E. Fuel Process Technol. 2003;81:1201-1210. DOI: 10.1016/S0378-3820(02)00250-3.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).