Changes in the chemical composition of ash and the enhancement of energy properties of cereal straw as a result of its multiple water washing
A. Rozwadowski 1  
,   T. Dziok 1  
 
More details
Hide details
1
AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Technologii Paliw, Kraków
 
Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 2017;20(1):117–134
 
KEYWORDS
ABSTRACT
In the paper, the laboratory results of the process of multiple straw water washing are presented. The analyzed straw was obtained from winter wheat mowed at the final stage of vegetation. The proximate and ultimate analysis was conducted for raw straw as well as for washed straw and the chemical composition of ash was determined. The chemical analysis of water from straw washing was also performed. The conducted studies allowed for the assessment of the influence of the processes of multiple washing and drying of straw on the physicochemical properties determining its use as feedstock in the combustion and gasification processes. Studies have shown that the undesirable components of mineral matter could be removed in the multiple water washing and drying of straw processes. These components are taken by plants from the ground during vegetation. As a result of multiple straw water washing, significant amounts of chlorine ions and sulfur and phosphorus compounds were leached. Simultaneously, a decrease in the content of alkali metals was noticed in the ash of the washed straw. This suggests that water-soluble sodium and potassium chlorides were leached. The reduction of the content of water-soluble salts contributed to the decrease in the ash content. Organic compounds were also leached during the multiple straw water washing process. This was indicated by high values of the chemical oxygen demand (COD) in the water after straw washing. They most probably were the products of the photosynthesis process which were leached from the wheat tissues. Their removal from the straw had an impact on the ultimate analysis. A decrease in the content of hydrogen and total sulfur as well as an increase in carbon content was noticed during the straw washing process. Changes in elemental composition were the reason for a slight decrease in the calorific value of the washed straw.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Zmiana składu chemicznego popiołu i poprawa właściwości energetycznych słomy zbożowej w wyniku jej wielokrotnego moczenia w wodzie
biomasa roślinna, substancja mineralna, popiół, chlor, alkalia, wypłukiwanie
W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych procesu wielokrotnego moczenia wodą słomy, którą pozyskano z pszenicy ozimej ściętej w końcowym okresie jej dojrzewania. Dla próbek słomy surowej oraz wielokrotnie moczonej i suszonej po każdym zabiegu moczenia wykonano analizę techniczną i elementarną, zbadano skład chemiczny popiołu otrzymanego z badanej słomy oraz przeprowadzono analizę chemiczną wody oddzielonej od biomasy w poszczególnych cyklach moczenia. Przeprowadzone badania pozwoliły ocenić wpływ operacji wielokrotnego moczenia i suszenia na zmianę właściwości fizykochemicznych, które determinują przydatność słomy jako surowca w procesach spalania i zgazowania. Badania wykazały, że stosując operacje wielokrotnego moczenia i suszenia świeżej słomy zbo- żowej można z niej usunąć niepożądane składniki, które wchodzą w skład substancji mineralnej. Składniki te pobierane są przez rośliny z podłoża podczas wegetacji w formie tzw. roztworów glebowych. W wyniku wielokrotnego moczenia w wodzie wymywane były ze słomy znaczne ilości jonów chlorkowych oraz związki zawierające siarkę i fosfor. Ponieważ w popiele preparowanej wodą biomasy zmniejszyła się jednocześnie zawartość metali alkalicznych można sądzić, iż do wody przechodziły dobrze rozpuszczalne w wodzie chlorki potasu i sodu. Redukcja rozpuszczalnych w wodzie soli przyczyniła się do zmniejszenia zawartości popiołu w badanej słomie i z punktu widzenia temperatur jego topliwości korzystnie wpłynęła na jego skład chemiczny. Podczas zabiegu wielokrotnego moczenia ze słomy oprócz składników substancji mineralnej usuwane były związki organiczne. Wskazywały na to wysokie wartości wskaźnika ChZT wody po kolejnych zabiegach moczenia. Były to najprawdopodobniej produkty fotosyntezy wypłukane z tkanek pszenicy skoszonej w końcowej fazie dojrzewania. Ich wymycie ze słomy miało wpływ na wyniki analizy elementarnej. Stwierdzono, że w czasie moczenia zmniejszała się w słomie zawartość wodoru i siarki całkowitej, wzrastała natomiast zawartość węgla pierwiastkowego. Zmiany składu elementarnego były powodem nieznacznego obniżenia kaloryczności moczonej w wodzie słomy.
 
REFERENCES (19)
1.
Davidsson i in. 2002 – Davidsson, K.O., Koresgren, J.G., Pettersson, J.B.C. i Jaglid, U. 2002. The effects of fuel washing techniques on alkali release from biomass. Fuel 81(2), s. 137–142.
 
2.
DR/2000. 1992. Spectrophotometer Handbook, Procedures Manual. Printed in USA.
 
3.
Dziok, T. i Rozwadowski, A. 2012. Metodyka doboru składników kompozytowych paliw stałych dla celów zgazowania. Polityka energetyczna – Energy Policy Journal 15(3), s. 169–180.
 
4.
Fijałkowska, D. i Styszko, L. 2011. Ciepło spalania biomasy wierzbowej. Rocznik Ochrona Środowiska 13, s. 875–890.
 
5.
Goliński i in. 2014 – Goliński, P., Daszkiewicz, J., Golińska, B. i Czerwiński, M. 2014. Nowe rozwiązania technologiczne – lepsze wykorzystanie biomasy łąkowej. Czysta energia 9, s. 38–41.
 
6.
Holbrook, N.M. i Zwieniecki, M.A. 2005. Vacular transport in plants. Elsevier Academic Press, 592 s.
 
7.
Jenkins i in. 1996 – Jenkins, B.M., Bakker, R.R. i Wei, J.B. 1996. On the properties of washed straw. Biomass and Bioenergy 10(4), s. 177–200.
 
8.
Khan i in. 2009 – Khan, A.A., de Jong, W., Jansens, P.J. i Spliethoff, H. 2009 Biomass combustion in fluidized bed boilers, Potential problems and remedies. Fuel Processing Technology 90(1), s. 21–50.
 
9.
Koch, K.E. 1996. Carbohydrate-modulated gene expression in plants. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 47, s. 509–540.
 
10.
Król i in. 2010 – Król, D., Łach, J. i Poskrobko, S. 2010. O niektórych problemach związanych z wykorzystaniem biomasy nieleśnej w energetyce. Energetyka 1, s. 53– 62.
 
11.
Mirowski, T. i Surma, T. 2008. Paliwa biomasowe w sektorze wytwarzania energii elektrycznej i ciepła w Polsce. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management t. 24, z. 3/3, s. 211–221.
 
12.
Rybak, W. 2006. Spalanie i współspalanie biopaliw stałych. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 411 s.
 
13.
Skręta, M. 2012. Obrót zieloną biomasą leśną. Czysta Energia 7–8, s. 30–32.
 
14.
Sowiński, P. 1999. Transport of photoassimilates in plants under unfavourable evironmental conditions. Acta Phys. Plant 21, s. 75–85.
 
15.
Starck, Z. 2003. Transport i dystrybucja substancji pokarmowych w roślinach. Warszawa: Wydawnictwo SGGW, 356 s.
 
16.
Starck, Z., 2008. Funkcja tkanek przewodzących: zaopatrzenie w substancje pokarmowe i udział w koordynacji procesów w roślinach. Kosmos Problemy Nauk Biologicznych 57(1–2), s. 67–83.
 
17.
Ściążko i in. red. 2007 – Ściążko, M., Zuwała, J. i Pronobis, M. 2007. Współspalanie biomasy i paliw alternatywnych w energetyce. Zabrze–Gliwice: Wydawnictwo Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla i Politechniki Śląskiej, 363 s.
 
18.
Uliasz-Bocheńczyk i in. 2015 – Uliasz-Bocheńczyk, A., Pawluk, A. i Sierka, J. 2015. Wymywalność zanieczyszczeń z popiołów lotnych ze spalania biomasy. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 31(3), s. 145–156.
 
19.
Wandrasz, J.W. i Wandrasz, A. 2006. Paliwa formowane, biopaliwa i paliwa z odpadów w procesach termicznych. Warszawa: Wydawnictwo Seidel-Przywecki, 466 s.
 
ISSN:1429-6675