Zależność pomiędzy składem chemicznym popiołów a charakterystycznymi temperaturami topliwości popiołów węglowych oraz temperaturą likwidus

• Autorzy: Jerzak W.

Warianty tytułu

EN

Correlations between chemical composition ashes and characteristic temperatures of coal ashes fusion (AFT) and liquidus temperature

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono przegląd metod obliczeniowych dotyczących wyznaczenia zależności charakterystycznych temperatur topliwości od składu chemicznego popiołów węglowych. Przedmiotem badań było powiązanie obliczonych w pakiecie Fact-Sage 6.2 temperatur likwidus popiołów, w atmosferze utleniającej (powietrza) dla składów zaczerpniętych z literatury, z temperaturami kuli, półkuli i płynięcia. Obliczenia przeprowadzono w zakresie temperatur od 1250 do 1650°C z krokiem co 2°C dla 22 składów popiołów węglowych. Analizowano próbki popiołów zawierające dziewięć komponentów. Wyznaczone w FactSage 6.2 temperatury likwidus dla badanych popiołów węglowych zawierały się w przedziale 1294-1580°C. Uporządkowanie badanych popiołów według wzrastającej temperatury likwidus nie pokrywa się z kolejnością wzrostu temperatur ST, HT czy FT. Dla każdej próbki popiołu prognozowano pierwszą fazę stałą, jaka pojawiłaby się w ciekłym popiele węglowym podczas procesu ochładzania. Stosując estymację parametrów równań liniowych, uzyskano zadowalające odzwierciedlenie eksperymentów. Umiarkowaną zgodność wyników reprezentowaną przez współczynnik determinacji 0,76 odnotowano w przypadku temperatury kuli, natomiast dla temperatur płynięcia oraz półkuli współczynnik ten osiągnął satysfakcjonujący poziom (R2=0,94). Zaproponowane parametry do równań na temperatury ST, HT i FT pozwalają niejednokrotnie wierniej odzwierciedlić wyniki eksperymentów od pozostałych modeli empirycznych dla próbek popiołów spełniających kryteria do ich zastosowania. W przypadku temperatury półkuli wykazano 100 % zgodność wyników doświadczeń z obliczeniami, jeśli różnica temperatur pomiar/obliczenia nie przekracza ±40°C.

EN

A review of computational methods concerning the determination of correlations between the characteristic fusion temperatures and the chemical compositions of coal ashes has been made in the article. The purpose of the research presented in this article was to relate the liquidus temperatures of ashes, as computed in the FactSage 6.2 package in an oxidizing (air) atmosphere for compositions drawn from the literature, with the sphere, hemisphere and flow temperatures. The computations were performed in the temperature range from 1250°C to 1650°C with a step of 2°C for 22 coal ash compositions. Ash samples containing nine components were analyzed. The liquidus temperatures as determined in FactSage 6.2 for the coal ashes under study were contained in the range from 1294°C to 1580°C. The ordering of the examined ashes by increasing liquidus temperature does not coincide with the order of increase of ST, HT or FT temperatures. For each ash sample, the first solid phase that would arise in the liquid coal ash during the cooling process was predicted. By using the estimation of the linear equation parameters, the experiments were reflected satisfactorily. A moderate consistence of the results, as represented by the determination coefficient being equal to 0.76, was noted for the sphere temperature, whereas for the flow and hemisphere temperatures this coefficient attained a satisfactory level (R2=0.94). The proposed parameters for the equations for the ST, HT and FT temperatures often allow the experimental results to be reflected better than in the cases of the other empirical models for samples of ashes satisfying the criteria for their use. For the sphere temperature, a 100% consistence between the experimental results and the computations was demonstrated, if the measurement/computation temperature difference did not exceed ±40°C.

Słowa kluczowe

PL

temperatury topliwości popiołu węgla; temperatura likwidus; modelowanie termodynamiczne

EN

coal ash fusion temperatures; liquidus temperature; thermodynamic modeling

• Wydawca: Wydawnictwo Górnicze Sp. z o.o.
• Czasopismo: Karbo
• Rocznik: 2012
• Tom: Nr 3
• Strony: 146--153
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jerzak W.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków,

Bibliografia

• 1. PN-ISO 540:2001 Paliwa stałe - Oznaczenie topliwości popiołu w wysokiej temperaturze metodą rurową.
• 2. PN 82/C-04535 Paliwa stałe. Oznaczenie charakterystycznych temperatur topliwości popiołu.
• 3. Róg L., Wpływ budowy petrograficznej i chemicznej węgla kamiennego na temperaturę topliwości popiołu. Prace Naukowe GIG Górnictwo i Środowisko, 2003, nr 1, s. 73.
• 4. Jak E., Prediction of coal ash fusion temperatures with the F*A*C*T thermodynamic computer package. Fuel, 2002, t. 81, s. 1655.
• 5. Bell D. A., Towler B. F., Fan M, Coal Gasification and its applications. William Andrew/Elsevier, Oxford, First edition 2011, s. 5.
• 6. Ściążko M., Zuwała J., Pronobis M., Współspalanie biomasy i paliw alternatywnych w energetyce, Wyd. Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla i Politechniki Śląskiej, Zabrze-Gliwice 2007, s. 24, 329.
• 7. Yin Ch., Luo Z., Ni M., Cen K., Predicting coal ash fusion temperature with back-propagation neural network model. Fuel, 1998, t. 77, s. 1777.
• 8. Liu Y. P., Wu M. G., Qian J. X., Predicting coal ash fusion temperature based on its chemical composition using ACO-BP neural network. Thermochimica Acta, 2007, t. 454, s. 64.
• 9. Karcz A., Janik J., Ocena charakterystycznych temperatur topliwości popiołów węglowych. Część I. Przegląd Górniczy, 1984, nr 6, s. 215.
• 10. Karcz A., Janik J., Ocena charakterystycznych temperatur topliwości popiołów węglowych. Część II. Przegląd Górniczy, 1984, nr 7-8, s. 261.
• 11. Lolja S. A., Haxhi H., Dhimitri R., Drushku S., Malja A., Correlation between ash fusion temperatures and chemical compositions in Albanian coal ashes. Fuel, 2002, t. 88, s. 2257.
• 12. Seggiani M., Empirical correlations of the ash fusion temperatures and temperature of critical viscosity for coal and biomass ashes. Fuel, 1999, t. 78, s. 1121.
• 13. Seggiani M. and Pannocchia G., Prediction of Coal Ash Thermal Properties Using Partial Last-Squares Regression. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2003, t. 42, nr 20, s. 4919.
• 14. Ӧzbayoǧlu G., Ӧzbayoǧlu M. E., A new approach for the prediction of ash fusion temperatures: A case study using Turkish lignites. Fuel, 2006, t. 85, s. 545.
• 15. De-xiang Z., Yong-hua L., Jin-sheng G., Bin Z., Relationship Between the Coal Ash Fusibility and Its Chemical Composition. Journal of East China University of Science and Technology, 2003, t. 29, nr 6, s. 590.
• 16. Hanxu L., Ninomiya Y, Zhongbing D. and Mingxu Z., Application of the FactSage to Predict the Ash Melting Behavior in Reducing Conditions. Chinese Journal of Chemical Engineering, 2006, t. 14, nr 6, s. 784.
• 17. Bale C. W., Chartrand P. i inni, FactSage Thermochemical Software and Databases. Calphad, 2002, t. 26, nr 2, s. 189.
• 18. Song W. J., Tang Li H., Zhu X. D., Wu Y. Q., Zhu Zi B. and Koyama S., Prediction of Chinese Coal Ash Fusion Temperatures in Ar and H2 Atmospheres. Energy & Fuels, 2009, t. 23, s. 1990.
• 19. Vassilev S. V, Kitano K., Takeda S., Tsurue T, Influence of mineral and chemical composition of coal ashes on their fusibility. Fuel Processing Technology, 1995, t. 45, s. 27.