The impact of sewage sludge properties on the combustion process

• Autorzy: Kijo-Kleczkowska A. , Środa K.

Warianty tytułu

PL

Wpływ właściwości osadów ściekowych na proces spalania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Dynamic economic development, the limited resources of coal beds, challenges to modern energy make it necessary to develop the use of renewable energy sources and waste fuels. Undoubtedly a very valuable and promising future fuel is sewage sludge. On the one hand, sewage sludge is treated as waste; on the other hand, it is treated as a full-fledged energy fuel that exhibits dry combustion kinetics similar to brown coal. The physical, chemical, sanitary, and technological properties of sewage sludge are important and change depending on the type and method of sewage treatment. The specific properties of sewage sludge is different from coal and biomass, but sewage sludge combustion (similar to coal and biomass) includes drying, devolatilization and the combustion of volatiles and char. The sewage sludge thermal utilisation is an attractive option because it minimizes odour, significantly reduces the volume of the starting material and thermally destroys organic and toxic components of the off pads. Additionally, it is possible that ashes could be used. Currently, as many as 11 plants use sewage sludge as fuel in Poland; thus, this technology must be further developed in Poland while considering the benefits of co-combustion with other fuels. This paper presents the results of experimental studies aimed at determining the mechanisms (defining the fuel - sewage sludge from three sewage treatment plants combustion region by studying the effects of process parameters, including the size of the fuel sample, temperature in the combustion chamber and air velocity, on combustion time) and kinetics (measurement of fuel temperature and mass changes) of fuel combustion in an air stream under different thermal conditions and flow rates.

PL

Dynamiczny rozwój gospodarczy, ograniczone zasoby złóż węgla, wyzwania energetyki powodują konieczność rozwoju wykorzystania odnawialnych źródeł energii i paliw odpadowych. Niewątpliwie bardzo cennym i obiecującym paliwem przyszłości są osady ściekowe. Z jednej strony, osad ściekowy jest traktowany jako odpad, z drugiej strony jako paliwo energetyczne, które wykazuje kinetykę spalania podobną do węgla brunatnego. Właściwości fizyczne, chemiczne, sanitarne i technologiczne osadów ściekowych są ważne i zależą od rodzaju i sposobu oczyszczania ścieków. Właściwości osadów ściekowych są nieznacznie inne od węgla i biomasy, lecz spalanie osadów ściekowych (podobnie do węgla i biomasy) obejmuje suszenie, odgazowanie i spalanie substancji lotnych i karbonizatu. Termiczna utylizacja osadów ściekowych jest atrakcyjną alternatywą, ponieważ ogranicza nieprzyjemny zapach oraz redukuje ilość materiału wyjściowego i zapewnia termicznie zniszczenie organicznych i toksycznych składników. Dodatkowo, możliwe jest zagospodarowanie popiołu. Obecnie w Polsce istnieje 11 instalacji monospalarni co wskazuje, że technologia ta musi być dalej rozwijana. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych, których celem było określenie mechanizmów spalania granulowanych osadów ściekowych, pochodzących z trzech różnych oczyszczalni ścieków, poprzez badanie wpływu różnych parametrów procesu, w tym rozmiaru próbki paliwa, temperatury w komorze spalania i prędkości napływu powietrza na proces spalania oraz kinetyki procesu (pomiar temperatury paliwa oraz zmian jego masy) spalania paliwa w strumieniu powietrza, w różnych warunkach termicznych i szybkości przepływu.

Słowa kluczowe

EN

sewage sludge properties; thermal utilization; mechanism and kinetics of fuels combustion

PL

właściwości osadów ściekowych; termiczna utylizacja; mechanizm i kinetyka spalania paliw

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2016
• Tom: Nr 4
• Strony: 59--68
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Kijo-Kleczkowska A.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki, Instytut Maszyn Cieplnych

autor

Środa K.

• doktorant, Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki, Instytut Maszyn Cieplnych

Bibliografia

• [1] Bień, J., Neczaj, E., Worwąg, M., Grosser, A., Nowak, D., Milczarek, M., Janik, M., 2011. Directions of sewage sludge in Poland after 2013. Engineering and Environmental Protection 14/4, 375-384 (in Polish).
• [2] Chodur, M., 2004. Recommendations EU Directives: Burning sludge from the sewage treatment plant in a fluidized bed furnace. EkoTechnika 3/31 (in Polish).
• [3] Environment, 2011-2014. GUS, Warsaw 2011-2014 (in Polish).
• [4] Kijo-Kleczkowska, A., 2014. Analysis of coal with coal-mule and biomass co-combustion in slurry form. Archives of Mining Sciences 59, 2, 347-366.
• [5] Kijo-Kleczkowska A., Środa K., Kosowska-Golachowska M., Musiał T., Wolski K., 2015. Mechanisms and kinetics of granulated sewage sludge combustion. Waste Management 46, 459-471.
• [6] Li, P.-S., Hu, Y., Yu, W., Yue, Y.-N., Xu, Q., Hu, S., Hu, N.-S., Yang, J., 2009. Investigation of sulfur forms and transformation during the co-combustion of sewage sludge and coal X-ray photoelectron spectroscopy. Journal of Hazardous Materials 167, 1126-1132.
• [7] Li, W., Li, W., Liu, H., 2010. Effect of sewage sludge on rheological characteristics of coal-water slurry. Fuel 89, 2505-2510.
• [8] Nadziakiewicz, J., Kozioł M., 2003. Co-combustion of sludge with coal. Applied Energy 75, 239-248.
• [9] Pająk, T., 2010. Projects incineration of municipal waste and sewage sludge in the waste management strategy. Engineering and Environmental Protection 13, 53-66 (in Polish).
• [10] Pająk, T., 2012. Drying and incineration of sewage sludge - in Poland and other EU countries. VI Conference of drying and thermal treatment of waste, Warsaw, 19-21.09.2012 (in Polish).
• [11] Pająk, T., 2014. Conditions of technological, economic and legal thermal treatment of sewage sludge in Poland. Gas, Water and Sanitary 4, 154-158 (in Polish).
• [12] Polański, R., 1984. Design of experiments technique. PWN Press, Warsaw (in Polish).
• [13] Słowik, K., Stelmach, S., Wasilewski, R., 2011. Sewage sludge co-combustion in coal-fired boilers. Archives of Waste Management and Environmental Protection 13, 41-50.
• [14] Tutak W., Jamrozik A., 2014. Generator gas as a fuel to power a diesel engine. Thermal Science 18, 206-216.
• [15] Werle, S., 2010. Energy from waste water. Thermal methods of sewage sludge management. Thermal energy and professional 9, 28-31 (in Polish).
• [16] Werther, J., Ogada, T., Borodulya, V.A., Dikalenko, V.I., 1995. Devolatilisation and combustion kinetic parameters of wet sewage sludge in a bubbling fluidized bed furnace. Proc. Inst. of Energy’s 2nd International Conference on Combustion and Emission Control, London, 149-158.
• [17] Werther, J., Ogada, T.,1999. Sewage sludge combustion. Progress in Energy and Combustion Science 25, 55-116.
• [18] www.veoliawatersystem.pl
• [19] Xiao, H., Ma, X., Lai, Z., 2009. Isoconversional kinetic analysis of co-combustion of sewage sludge with straw and coal. Applied Energy 86, 1741-1745.
• [20] Xiao, H., Ma, X., Liu, K., 2010. Co-combustion kinetics of sewage sludge with coal and coal gangu dunder different atmospheres. Energy conversion and Management 51, 1976-1980.
• [21] Zarzycki, R. (editor), 2003. Technical problems of environmental management in Łódź. Polish Academy of Sciences (in Polish).