Research on co-combustion of sewage sludge and coal in oxy-fuel conditions

• Autorzy: Bień Jurand D. , Bień Beata , Czakiert Tomasz

Identyfikatory

DOI

10.2428/ecea.2019.26(1-2)2

Warianty tytułu

PL

Badania współspalania mieszanek osadowo-węglowych w warunkach oxy-spalania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

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 oxy-fuel atmosphere in 0.1 MWt 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 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. During the study the influence of oxygen concentration in the gas atmosphere and the mass fraction of sewage sludge in the fuel blend on the emission of sulfur and nitrogen compounds in the O2/CO2 atmosphere with varied proportions of components in the blend were determined. It was found that oxygen concentration in the gas mixture has a significant influence on the process conditions. When the oxygen concentration in the gas mixture increased, the temperature of thermal processing of fuel blends was higher. The proportion of sewage sludge also affected the obtained profiles, which was particularly visible at 21% oxygen content in the gas mixture. Then the conversion ratios of nitrogen and sulfur contained in blending fuel to NO, NO2, N2O, NH3, HCN, SO2, SO3 and H2S were determined. This paper reports some of the major findings obtained from these research activities.

PL

W ramach prac badawczych przeprowadzono proces współspalania komunalnych osadów ściekowych oraz węgla na wielkolaboratoryjnym stanowisku z cyrkulacyjną warstwą fluidalną CWF o mocy 0,1 MWt. Ich celem było rozpoznanie procesu ze szczególnym zwróceniem uwagi na emisję zanieczyszczeń generowanych w trakcie procesu. Badanie przeprowadzono w zmodyfikowanej atmosferze O2/CO2, gdzie stężenie tlenu zmieniano w zakresie od 21% do 35% objętościowo. Termicznemu przekształceniu poddawano mieszankę osadowo-węglowo, gdzie masowy udział osadów ściekowych wynosił odpowiednio 50%, 30% i 10%. Składniki spalin mierzono on-line za pomocą analizatora gazów, określając stężenia związków takich jak CO2, CO, SO2, SO3, NO2, NO, N2O, NH3, HCN, H2O, HCl, HF za pomocą niedyspersyjnej absorpcji w podczerwieni. Analizowano wpływ stężenia tlenu w atmosferze gazowej i frakcji masowej osadów ściekowych w mieszance paliwowej na emisję związków siarki i azotu w atmosferze O2/CO2 przy różnych proporcjach składników w mieszance. Stwierdzono, że stężenie tlenu w mieszaninie gazowej ma znaczący wpływ na warunki realizowanego procesu, a udział masowy osadów ściekowych wpływa na rodzaj substancji emitowanych do atmosfery. Stąd dla poszczególnych warunków procesu wyznaczono współczynniki konwersji azotu i siarki zawartych w mieszance paliwa na składniki gazowe NO, NO2, N2O, NH3, HCN, SO2, SO3 i H2S.

Słowa kluczowe

EN

sewage sludge; co-combustion; oxy-fuel; sulfur and nitrogen conversion

PL

osady ściekowe; współspalanie z węglem; spalanie tlenowe; współczynnik konwersji siarki i azotu

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. A
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 26, nr 1-2
• Strony: 7--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 37 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bień Jurand D.

• Faculty of Infrastructure and Environment, Czestochowa University of Technology

autor

Bień Beata

• Faculty of Infrastructure and Environment, Czestochowa University of Technology

autor

Czakiert Tomasz

• Faculty of Infrastructure and Environment, Czestochowa University of Technology

Bibliografia

• [1] Bień JB. Osady ściekowe – teoria i praktyka (Sewage sludge – theory and practice). Częstochowa: Politechnika Częstochowska; 2002. ISBN 83-7193-193-X.
• [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(1):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] Syed Shatir A, Syed-Hassan, Wang Yi, Song Hu, Sheng Su, Jun Xiang. Renew Sust Energ 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] Eurostat, Sewage sludge production and disposal. https://ec.europa.eu/eurostat/web/products-datasets/
• [10] 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.
• [11] 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.
• [12] Chen L, Yong SZ, Ghoniem AF. Progr Energy Combust Sci. 2012;38:156–214.DOI: 10.1016/j.pecs.2011.09.003.
• [13] Mathekga HI, Oboirien BO, North BC. Int. J Energy Res. 2016;40(7):878-902. DOI: 10.1002/er.3486.
• [14] Duan L, Sun H, Zhao C, Zhou W, Chen X. Fuel. 2014;127:47-51. DOI: 10.1016/j.fuel.2013.06.016.
• [15] 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.
• [16] Niu S, Chen M, Li Y, Xue F. Fuel. 2016;178:129-138. DOI: 10.1016/j.fuel.2016.03.053.
• [17] Sher F, Pans MA, Sun C, Snape C, Liu H. Fuel. 2018;215:778-786. DOI: 10.1016/j.fuel.2017.11.039.
• [18] 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.
• [19] 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.
• [20] Riaza J, Gil MV, Álvarez L, Pevida C, Rubiera F. Energy. 2012;41(1):429-435.DOI: 10.1016/j.energy.2012.02.057.
• [21] López R, Menéndez M, Fernández C, Bernardo-Sánchez A. Energy. 2018;148(1):571-584.DOI: 10.1016/j.energy.2018.01.179.
• [22] Moroń W, Rybak W. Atmos Environ. 2015;116:65-71. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2015.06.013.
• [23] Gondek K, Baran A, Mierzwa-Hersztek M, Kopec M. Ecol Chem Eng S. 2017;24(3):443-455.DOI: 10.1515/eces-2017-0030.
• [24] Niu S, Chen M, Li Y, Xue F. Fuel. 2016;178:129-138. DOI: 10.1016/j.fuel.2016.03.053.
• [25] Chen J, Xie C, Liu J, He Y, Evrendilek F. Bioresource Technol. 2018;250:230-238.DOI: 10.1016/j.biortech.2017.11.031.
• [26] Czakiert T, Bis Z, Muskala W, Nowak W. Fuel Process Technol. 2006;87:531-538.DOI: 10.1016/j.fuproc.2005.12.003.
• [27] Arias B, Pevida C, Rubiera F, Pis JJ. Fuel. 2008;87:2753-2759. DOI: 10.1016/j.fuel.2008.01.020.
• [28] Glarborg P, Miller JA, Rusic B, Klippenstein SJ. Prog Energy Combust. 2018;67:31-68.DOI: 10.1016/j.pecs.2018.01.002.
• [29] Glarborg P, Jensen AD. Johnsson JE. Prog Energy Combust. 2003;29(2):89-113.DOI: 10.1016/S0360-1285(02)00031-X.
• [30] Chatel-Pelage F, Varagani R, Pranda P, Perrin N, Farzan H, Vecci SJ. Thermal Sci. 2006;10(3):19-42.DOI: 10.2298/TSCI0603119C.
• [31] 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.
• [32] Tan Y, Croiser E, Douglas MA, Thambimuthu KV. Fuel. 2006;85(4):507-512.DOI: 10.1016/j.fuel.2005.08.010.
• [33] Woycenko DM, van de Kamp WL, Roberts PA. Combustion of pulverised coal in a mixture of oxygenand recycled flue gas. Summary of the APG research program, IFRF Doc. F98/Y/4. Ijmuiden, TheNetherlands: International Flame Research Foundation (IFRF); October 1995.
• [34] Czakiert T. Tlenowe spalanie węgla w cyrkulacyjnej warstwie fluidalnej (Oxygen combustion of coal inthe circulating fluid bed). Częstochowa: Politechnika Częstochowska: 2013. ISBN: 978-83-7193-582-4.
• [35] Hu Y, Naito S, Kobayashi N. Hasatani M. Fuel. 2000;79:1925-1932.DOI: 10.1016/S0016-2361(00)00047-8.
• [36] Liu H, Zailani R, Gibbs BM. Fuel. 2005;84:833-840. DOI: 10.1016/j.fuel.2004.11.018.
• [37] Zheng I, Furimsky E. Fuel Process Technol. 2003;81:1201-1210.DOI: 10.1016/S0378-3820(02)00250-3.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).