Co-combustion of solid recovered fuel (SRF) and coal and its impact on fly ash quality

• Autorzy: Ściubidło A. , Nowak W.

Identyfikatory

DOI

10.24425/118651

Warianty tytułu

PL

Współspalanie stałego paliwa wtórnego (SRF) węglem i jego wpływ na jakość popiołu lotnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Due to the fact that the landfill deposition of municipal waste with the higher heating value (HHV) than 6 MJ/kg in Poland is prohibited, the application of waste derived fuels for energy production seems to be good option. There is a new combined-heat-and-power (CHP) plant in Zabrze, where varied solid fuels can be combusted. The formation of ashes originating from the combustion of alternative fuels causes a need to find ways for their practical application and demands the knowledge about their properties. Therefore, the present work is devoted to studying the co-combustion of solid recovered fuel (SRF) and coal, its impact on fly ash quality and the potential application of ashes to synthesis zeolites. The major objectives of this paper is to present the detail characteristics of ash generated during this process by using the advanced instrumental techniques (XRF, XRD, SEM, B ET, TGA). The co-combustion were carried out at 0.1 MWth fluidized bed combustor. The amount of SRF in fuel mixture was 1, 5, 10 and 20%, respectively. The focus is on the comparison the ashes depending on the fuel mixture composition. Generally, the ashes characterise high amounts of SiO₂, Al₂O₃ and Fe₂O₃. It is well observed, that the chemical composition of ashes from co-combustion of blends reflects the amount of SRF addition. Considering the chemical composition of studied ashes, they can be utilize as a zeolites A. The main conclusions is that SRF can be successfully combusted with coal in CFB technology and the fly ashes obtained from coal + SRF fuel mixtures can be used to synthesis zeolites.

PL

Mając na uwadze, iż składowanie odpadów komunalnych o wyższej wartości opałowej (HHV) niż 6 MJ /kg w Polsce jest zabronione, dobrym rozwiązaniem jest zastosowanie paliw odpadowych do produkcji energii. W Zabrzu budowana jest nowa elektrociepłownia (CHP), w której można będzie spalać różne paliwa stałe. Powstawanie popiołów pochodzących ze spalania paliw alternatywnych powoduje potrzebę znalezienia sposobów ich praktycznego zastosowania, a to wymaga poznania ich właściwości. Dlatego niniejsza praca skupia się na badaniu współspalania stałego paliwa wtórnego (SRF) z węglem, jego wpływie na jakość otrzymanych popiołów lotnych oraz możliwości wykorzystania popiołów do syntezy zeolitów. Głównym celem tego artykułu jest określenie właściwości popiołu lotnego powstającego podczas tego procesu za pomocą zaawansowanych technik instrumentalnych (XRF, XRD, SEM, B ET, TGA). Współspalanie przeprowadzono na stanowisku doświadczalnym z cyrkulacyjną warstwą fluidalną o mocy 0,1 MWt. Ilość SRF w mieszaninie paliw wynosiła 1, 5, 10 i 20%. W pracy zwrócono uwagę na porównanie właściwości popiołów w zależności od składu mieszanki paliwowej. Zasadniczo otrzymane popioły charakteryzują się dużą ilością SiO₂, Al₂O₃ i Fe₂O₃, a zawartość potasu i sodu nie jest wysoka i jest porównywalna. Zauważono, że skład chemiczny popiołów ze współspalania odzwierciedla ilość dodanego SRF. Biorąc pod uwagę skład chemiczny badanych popiołów można je wykorzystać do syntezy zeolitu A. Podsumowując, SRF może być z powodzeniem współspalany z węglem w CFB, a otrzymane popioły lotne mogą być użyte do syntezy zeolitów.

Słowa kluczowe

EN

SRF; co-combustion; fly ash; CFB

PL

współspalanie stałego paliwa wtórnego; popiół lotny; CFB

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 34, z. 2
• Strony: 117--136
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Ściubidło A.

• Institute of Advanced Energy Technologies, Częstochowa University of Technology, Częstochowa, Poland

autor

Nowak W.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Energy and Fuels, Kraków, Poland; ORCID: 0000-0001-7700-9909

Bibliografia

• [1] Adrian et al. 1986 – Adrian, F., Quittek, C. and Wittchow, E. 1986. Fossil beheizte Dampfkraftwerke. Bohn: Technischer Verlag Resch, 703 pp. (in German).
• [2] Bessi et al. 2016 – Bessi, C., Lombardi, L., Meoni, R. Canovai, A. and Corti, A. 2016. Solid recovered fuel: An experiment on classification and potential applications. Waste Management 47, pp. 184–194.
• [3] Blissett, RS. and Rowson, N A. 2012. A review of the multi-component utilisation of coal fly ash. Fuel 97, pp. 1–23.
• [4] Breck, DW. 1974 Zeolite Molecular Sieves: Structure, Chemistry, and Use, New York: J. Whiley & Sons, 771 pp.
• [5] Bukhari et al. 2015 – Bukhari, S., Behin, J., Kazemian, H. and Rohani S. 2015. Conversion of coal fly ash to zeolite utilizing microwave and ultrasound energies: A review. Fuel 140, pp. 250–266.
• [6] Czakiert et al. 2012 – Czakiert, T., Muskała, W., J ankowska, S., Krawczyk, G., Borecki, P., Jesionowski, L. and Nowak, W. 2012. Combustible matter conversion in an oxy-fuel circulating fluidized-bed (CFB) environment. Energy & Fuels 26(9), pp. 5437–5445.
• [7] Dunnu et al. 2010 – Dunnu, G., Maier, J. and Scheffknecht, G. 2010. Ash fusibility and compositional data of solid recovered fuels. Fuel 89, pp. 1534–1540.
• [8] Földvári, M. 2011. Handbook of thermogravimetric system of minerals and its use in geological practice. Geological Institute of Hungary. Budapest, 180 pp.
• [9] Fu et al. 2008 – Fu, X., Li, Q., Zhai, J., Sheng, G. and Li, F. 2008. The physical–chemical characterization of mechanically-treated CFBC fl y ash. Cement Concrete Composites 30(3), pp. 220–226.
• [10] Hansen et al. 1981 – Hansen, L D., Silberman, D. and Fisher, GL. 1981. Crystalline components of stack-collected, size-fractionated coal fly ash. Environmental Science and Technology 15, pp. 1057–1062.
• [11] Henmi, T. 1997. Chemical conversion of coal ash into artificial zeolite and it’s recycling. New Ceramic 7, pp. 54–62.
• [12] Hui et al. 2005 – Hui, KS., Chao, CYH. and Kot, S.C. 2005. Removal of mixed heavy metal ions in wastewater by zeolite 4A and residual products from recycled coal fly ash. Journal of Hazardous Materials B127, pp. 89–101.
• [13] Iacovidou et al. 2018 – Iacovidou, E., Hahladakis, J., Deans, I., Velis, C. and Purnell, P. 2018. Technical properties of biomass and solid recovered fuel (SRF) co-fired with coal: Impact on multi-dimensional resource recovery value. Waste Management 73, pp. 535–545.
• [14] Magdziarz et al. 2016 – Magdziarz, A., Dalai, A.K. and Koziński, J.A. 2016. Chemical composition, character and reactivity of renewable fuel ashes. Fuel 176, pp. 135–145.
• [15] Medic-Pejic et al. 2016 – Medic-Pejic, L., Fernandez-Anez, N., Rubio-Arrieta, L. and Garcia-Torrent, J. 2016. Thermal behaviour of organic solid recovered fuels (SRF). International Journal Hydrogen Energy 41, pp. 16556––16565.
• [16] Nam-Chol, O. and Kim, W-G. 2017. Investigation of characterization of municipal solid waste for refused-derived fuel, a case study. Energy Source A: Recovery Utilization and Environmental Effects 39(15), pp. 1671–1678.
• [17] Psomopoulos, C.S. and Themelis, N.J. 2015. The combustion of as-received and pre-processed (RDF/SRF) municipal solid wastes as fuel for the power sector, Energy Source A: Recovery Utilization and Environmental Effects 37(16), pp. 1813–1820.
• [18] Querol et al. 2002 – Querol, X., Moreno, N., Umana, J.C., Alastuey, A., Hernandez, E. and Lopez-Soler, A. 2002. Synthesis of zeolites from coal fly ash: an overview. International Journal of Coal Geology 50, pp. 413–423.
• [19] Rada, E.C. and Andreottoala, G. 2012. RDF/SRF which perspective for its future in EU. Waste Management 32(6), pp. 1059–1060.
• [20] Rayalu et al. 2001 – Rayalu, S.S., Udhoji, J.S., Munshi, K.N. and Hasan, M.Z. 2001. Highly crystalline zeolite-a from fly ash of bituminous and lignite coal combustion. Journal of Hazardous Materials 88, pp. 107–121.
• [21] Resolution No. 88 of the Council of Ministers on 1 July 2016 on the National Waste Management Plan 2022 (Polish Monitor 784).
• [22] Schwarzböck et al. 2016 – Schwarzböck, T., Aschenbrenner, P., Rechberger, H., Brandstätter, C. and Fellner, J. 2016. Effects of sample preparation on the accuracy of biomass content determination for refuse-derived fuels. Fuel Processing Technology 153, pp. 101–110.
• [23] Singer, A., Berkgaut, V. 1995. Cation exchange properties of hydrothermally treated coal fly ash. Environmental Science and Technology 29, pp.1748–1753.
• [24] Vainikka et al. 2011 – Vainikka, P., Silvennoinen, J., Taipale, R., van Alphen, C., Moilanen, A., Falcon, R., Yrjas, P., and Hupa, M. 2011. Halide aerosols in circulating fluidised bed co-combustion. Role of coal bound kaolin. Fuel Processing Technology 92, pp. 1738–1749.
• [25] Vainio et al. 2016 – Vainio, E., Kinnunen, H., Laurén, T., Brink, A., Yrjas, P., DeMartini, N. and Hupa, M. 2016. Low-temperature corrosion in co-combustion of biomass and solid recovered fuels. Fuel 184, pp. 957–965.
• [26] Vassilev, S.V. and Vassileva, C.G. 2005. Methods for characterization of composition of fly ashes from coal-fired power stations: a critical overview. Energy & Fuels 19(3), pp. 1084–1098.
• [27] Wagland et al. 2011 – Wagland, S.T., Kilgallon, P., Coveney, R., Garg, A., Smith, R., Longhurst, P.J., Pollard, S.J.T. and Simms, N. 2011. Comparison of coal/solid recovered fuel (SRF) with coal/refuse derived fuel (RDF) in a fluidised bed reactor. Waste Management 31, pp. 1176–1183.
• [28] Wang et al. 2009 – Wang, C., Li, J., Sun, X.,Wang, L. and Sun, X. 2009. Evaluation of zeolites synthesized from fly ash as potential adsorbents for wastewater containing heavy metals. Journal Environmental Sciences 21, pp. 127–136.
• [29] Wasielewski et al. 2018 – Wasielewski, R., Głód, K. and Telenga-Kopyczyńska, J. 2018. Energy and emission aspects of co-combustion solid recovered fuel with coal in a stoker boiler. X-th Scientific Conference Air Protection in Theory and Practice. Zakopane, 18–21 October 18-21, 2017. E3S Web of Conferences 28: 01037.
• [30] White, S.C. and Case, E.D. 1990. Characterization of fly ash from coal-fired power plants. Journal of Materials Science 25, pp. 5215–5219.
• [31] Wu et al. 2011 – Wu, H., Pedersen, AJ., Glarborg, P., Frandsen, F.J., Dam-Johansen, K. and Sander, B. 2011. Formation of fine particles in co-combustion of coal and solid recovered fuel in a pulverized coal-fired power station. Proceedings of the Combustion Institute 33(2), pp. 2845–2852.
• [32] Zhang et al. 2012 – Zhang, Z., Qian, J., You, C. and Hu, Ch. 2012. Use of circulating fluidized bed combustion fly ash and slag in autoclaved brick. Construction and Buildings Materials 35, pp. 109–116.
• [33] Zhao et al. 1997 – Zhao, XS., Lu, G.Q. and Zhu, H.Y. 1997. Effects of ageing and seeding on the formation of zeolite Y from coal fly ash. Journal of Porous Materials 4, pp. 245–251.
• [34] Zhoua et al. 2016 – Zhoua, C., Yana, C., Zhoua, Q., Wanga, H. and Luoa, W. 2016. Producing a synthetic zeolite from secondary coal fly ash. Environmental Technology 37, pp. 2916–2923.

Uwagi

PL

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