Identyfikacja zanieczyszczeń w popiołach powstałych ze spalania pelletów drzewnych metodą petrografii optycznej

• Autorzy: Jelonek Z. , Nocoń A. , Jelonek I. , Jach-Nocoń M.

Identyfikatory

DOI

10.24425/124373

Warianty tytułu

EN

The determination of contaminants in ashes produced after the combustion of wood pellets using optical petrography

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Badania popiołów pod względem składu petrograficznego, chemicznego i właściwości fizycznych prowadzone są na szeroką skalę i prezentowane w licznych opracowaniach naukowych. Popioły te są pozyskiwane z filtrów i elektrofiltrów zamontowanych w dużych instalacjach przemysłowych. Masowe badanie popiołów pozyskanych bezpośrednio z palenisk rusztowych lub nadmuchowych, zamontowanych w kotłach o niskiej mocy, praktycznie rozpoczęło się dopiero w wyniku walki ze smogiem powstającym wraz z niską emisją. Przy czym pobieranie materiału do badań z palenisk domowych zazwyczaj wiąże się z badaniem ich pod kątem ewentualnego spalania odpadów w kotłach o niskiej mocy. Jest to celowe działanie w przypadku kotłów starego typu, które mogły być zasilane praktycznie dowolnym paliwem. Obecnie na rynku są oferowane piece nowego typu na paliwa dedykowane, w których istnieje możliwość spalania paliw wyłącznie do tych kotłów dostosowanych. Ma to na celu spalanie tylko paliw odnawialnych (z biomasy) lub paliw kopalnych mniej uciążliwych dla środowiska, w założeniu o wysokich parametrach jakościowych, np. ekogroszek, brykiety z węgla brunatnego i torfu. Autorzy opracowania skupili się na przebadaniu popiołu pozyskanego z kotłów przeznaczonych do spalania pelletów drzewnych poprzez wykonanie analizy mikroskopowej pozostałości po spalonej biomasie. Tego typu badanie popiołów dostarcza kompleksowej informacji na temat efektywności procesu spalania, zawartości zanieczyszczeń pozostałych w popiele oraz przydatności popiołu do innych zastosowań. Cały proces od momentu pobrania materiału do badań poprzez wykonanie preparatu i przeprowadzenie analizy trwa do 12 godzin, co zapewnia szybką decyzję o regulacji pieca lub zmianie paliwa. Identyfikacja składników popiołu została opracowana na bazie wyników prac przeprowadzonych przez Grupę roboczą do spraw popiołów lotnych (Komisja III) Międzynarodowego Komitetu ds. Węgla i Petrologii Organicznej – ICCP. Wykazana klasyfikacja została uzupełniona o nowe kluczowe elementy występujące w popiołach powstałych w wyniku spalania pelletów drzewnych w kotłowniach przydomowych. Pozwoliło to na określenie procentowej zawartości charakterystycznych składników występujących w badanym materiale, które stają się swoistym reperem do opiniowania o jakości i sprawności kotła oraz spalanego pelletu.

EN

Petrographic and physico-chemical analyses of ashes are carried out on a large scale and presented in numerous scientific papers. The mentioned ashes are obtained from filters and electrostatic precipitators mounted in large industrial installations. The large-scale analysis of the ashes obtained directly from grate furnaces or blast furnaces mounted in low-power boilers started with combating smog and low-stack emissions. The collection of ash samples from household furnaces usually involves the analysis of the combustion of waste in low-power boilers. This is justified in the case of old type boilers, which were designed to use virtually any fuel. Currently, new types of boilers, designed to burn dedicated fuels, are offered on the market. The aim is to use only renewable fuels (biomass) or fossil fuels with high quality parameters, which are more environment-friendly, e.g. eco-pea coal, lignite briquettes, or peat briquettes. The authors of the study focused on examining the ash obtained from boilers for burning wood pellets by performing microscopic analysis of residues after biomass combustion. The above mentioned analysis provides a comprehensive information on the efficiency of the combustion process, the content of contaminants remaining in the ash, and the suitability of ash for other applications. The entire process, from the moment of collecting the samples to the execution of the analysis takes up to 12 hours, which ensures a quick decision on furnace adjustment or fuel change. The ash components were determined based on the results obtained by the Fly-Ash Working Group of the International Committee for Coal and Organic Petrology (ICCP). The mentioned classification has been supplemented with new key elements occurring in ashes resulting from the combustion of wood pellets in household boilers. This allowed determining the percentage content of characteristic components in the tested material, which can be used as a specific benchmark when issuing opinions on the quality and efficiency of the boiler and the combusted pellets.

Słowa kluczowe

PL

popiół; pellet drzewny; biomasa; spalanie

EN

ash; pellet; biomass; combustion

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 105
• Strony: 135--145
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., tab., zdj.

Twórcy

autor

Jelonek Z.

• Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi, Katowice
• GGS-PROJEKT Pracownia geologii i ochrony środowiska Sp. z o.o., Chorzów

autor

Nocoń A.

• Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi, Katowice
• P.P.H.U. Zamech, Czeladź

autor

Jelonek I.

• Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi, Katowice

autor

Jach-Nocoń M.

• Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi, Katowice
• P.P.H.U. Zamech, Czeladź

Bibliografia

• [1] Antonkiewicz, J. 2009. Wykorzystanie popiołów paleniskowych do wiązania metali ciężkich występujących w glebie. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych 41, s. 398.
• [2] Bahranowski i in. 1999 – Bahranowski, K. Górniak, K. Ratajczak, T. Sikora, W.S. Szydłak, T. i Wyszomirski, P. 1999. Wymywalność niektórych pierwiastków głównych i śladowych z zawiesiny wodnej popiołów lotnych. Prace Specjalne 13, s. 35–41.
• [3] Ciesielczuk i in. 2011 – Ciesielczuk, T., Kusza, G. i Nemś, A. 2011. Nawożenie popiołami z termicznego przekształcania biomasy źródłem pierwiastków śladowych dla gleb. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych 49, s. 219–227.
• [4] Jelonek, I. 2003. The coal matter in fly ash from Katowice steel work power station. Mineralogical Society of Poland. Special Papers 22, s. 95–97.
• [5] Jelonek, I. i Mirkowski, Z. 2015.Petrographic and geochemical investigation of coal slurries and of the products resulting from their combustion. International Journal of Coal Geology 139, s. 228–236.
• [6] Kasprzyk i in. 2017 – Kasprzyk, M., Szpak, A., Jelonek, I. i Wiktor, M. 2017. The analysis of mercury content in coals and ashes. E3S Web of Conferences 17, 00037 (2017).
• [7] Kosior-Kazberuk, M. i Lelusz, M. 2010. Ocena popiołu pochodzącego z jednoczesnego spalania biomasy i węgla jako składnika kompozytów cementowych. Materiały Ceramiczne nr 2, s. 166–170.
• [8] Giergiczny, E. 2007. Popiół lotny ze współspalania jako dodatek do cementu i betonu w aspekcie wymagań normowych i środowiskowych [W:] Popioły z energetyki. Międzyzdroje, 17–20 października 2007 r. monografia, red. T. Szczygielski, Szczecin: Ekotech.
• [9] ISO 7404-2: 2009. Methods for the petrographic analysis of coals – Part 2: Methods of preparing coal samples. 12 s.
• [10] Misiak, J. 2016. Cząstki węglowe w popiołach lotnych ze spalania węgla z polskich złóż. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management t. 31, z. 3, s. 112–120.
• [11] Misz, M. 2002. Comparison of chars in slag and fly ash as formed in pf boilers from Będzin Power Station (Poland). Fuel 81, s. 1351–1358.
• [12] Poluszyńska, J. 2013. Możliwości zastosowania popiołów ze spalania biomasy w gospodarowaniu osadami ściekowymi. Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych R. 6, 13, s. 49–59.
• [13] Shibaoka, M. 1985. Microscopic investigation of unburnt char in fly ash. Fuel 64, s. 263–269.
• [14] Strzałkowska, E. 2016. Skład materii organicznej i nieorganicznej krzemionkowych popiołów lotnych, jako element ich przydatności w technologiach materiałów budowlanych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management t. 32, z. 1, s. 71–88.
• [15] Styszko-Grochowiak i in. 2004 – Styszko-Grochowiak, K., Gołaś, J., Jankowski, H. i Kozinski, S. 2004. Characterization of the coal fly ash for the purpose of improvement of industrial on-line measurement of unburned carbon content. Fuel 83, s. 1847–1853.
• [16] Suárez-Ruiz i in. 2017 – Suárez-Ruiz, I., Valentim, B., Borrego, A.G., Bouzinos, A., Flores, D., Kalaitzidis, S., Malinconico, M.L. Marques, M. Misz-Kennan, M. Predeanu, G. Montes, J.r. Rodrigues, S. Siavalas, G. i Wagner, N. 2017. Development of a petrographic classification of fly-ash components from coal combustion and co-combustion. (An ICCP Classification System, Fly-Ash Working Group – Commission III). International Journal of Coal Geology 183, s. 188–203.
• [17] Suárez-Ruiz, I. i Valentim, B. red. 2015. Atlas of Fly Ash Occurrences Identification and Petrographic Classification of Fly Ash Components Working Group. Commission III – ICCP s. 203.
• [18] Szponder, D.K. i Trybalski, K. 2009. Określenie właściwości popiołów lotnych przy użyciu różnych metod i urządzeń badawczych. Górnictwo i Geoinżynieria r. 33, z. 4, s. 288.
• [19] Szulik i in. 2017 – Szulik, W., Burczyk, A. i Jelonek, I. 2017. Analiza możliwości identyfikacji domieszek, dodatków w materiałach opałowych oraz odpadów powstałych w wyniku ich spalania. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN nr 100, s. 257–264.
• [20] Wacławowicz, R. 2012. Rolnicze wykorzystanie popiołów ze spalania biomasy. Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu. Katedra Kształtowania Agroekosystemów i Terenów Zieleni. [Online] http://www.up.wroc.pl/ [Dostęp: 28.02.2012].
• [21] Wiktor i in. 2017 – Wiktor, M., Jelonek, I., Kasprzyk, M. i Szpak, A. 2017. The determination of mercury content in the biomass untended for industrial power plant. E3S Web of Conferences 17, 00097 (2017).
• [22] Właśniewski, S. 2009. Wpływ nawożenia popiołem lotnym z węgla kamiennego na wybrane właściwości chemiczne gleby piaszczystej i plonowanie owsa. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych nr 4, s. 479–488.

Uwagi

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