The impact of repeated water soaking of cereal straw on the slagging index and the formation of deposits on heating surfaces of power boilers
A. Rozwadowska 1  
,   T. Dziok 1  
 
More details
Hide details
1
AGH University of Science and Technology, Faculty of Energy and Fuels, Department of Fuels Technology, Kraków
Publication date: 2018-06-30
 
Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 2018;21(2):125–137
 
KEYWORDS
ABSTRACT
The article presents the results of the analysis of straw obtained from ripening wheat, which was subjected to four water soaking cycles in demineralized water. The soaking was carried out under laboratory conditions at 20°C. As a result, part of mineral matter, including a significant amount of alkaline sodium and potassium salts and substances containing sulfur and phosphorus, was washed out. The process of soaking has a great impact on the chemical composition of ash obtained from water-treated straw, which increased its acidity. The Na2O content in the analyzed ash has decreased by 78%, while the K2O content has decreased by 60%. In turn, the content of water-insoluble, acid-forming SiO2 has increased by 80%. As a consequence, a positive change in the values of indices, on the basis of which the tendency of straw to slagging and deposit formation during the combustion and gasification processes is assessed, has been observed. Already after the second water soaking cycle it became apparent, based on the AI alkali index, that the examined fuel should not cause difficulties resulting from the increased intensity of use of the boiler during the combustion process. Meanwhile, the value of the BAI bed agglomeration index was considered to be safe, indicating a low possibility of bed agglomeration during the combustion or fluidized bed gasification, after the third water soaking cycle. The third of the analyzed indices, the Fu fouling index, did not indicate any tendency to deposit formation during the combustion; however, four water soaking cycles reduced its initial value by 80%. The last of the analyzed indexes, the SR, slag viscosity index did not change its value during the experiment, which, both for the raw straw and after subsequent soaking cycles, indicated that the fuel should have a low tendency to accumulate slag during the combustion process.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Wpływ procesu wielokrotnego moczenia słomy zbożowej wodą na wskaźniki żużlowania i zanieczyszczenia powierzchni grzewczych kotłów energetycznych
słoma zbożowa, moczenie wodą, popiół, alkalia, żużlowanie
W artykule przedstawiono wyniki badań słomy pozyskanej z dojrzewającej pszenicy, którą poddano procesowi czterokrotnego moczenia w wodzie demineralizowanej. Operację moczenia prowadzono w warunkach laboratoryjnych w temperaturze 20°C. W wyniku moczenia ze słomy została usunięta część substancji mineralnej, w tym znaczna ilość alkalicznych soli sodu i potasu oraz substancji zawierających siarkę i fosfor. Proces moczenia w wyraźny sposób wpłynął na zmianę składu chemicznego popiołu otrzymanego z preparowanej wodą słomy, który zwiększył swoją kwasowość. W popiele o 78% zmalała zawartość Na2O, o 60% zawartość K2O, do 80% wzrósł natomiast udział nierozpuszczalnego w wodzie, kwasotwórczego SiO2. W konsekwencji korzystnie zmieniły się wartości wskaźników, za pomocą których oceniana jest skłonność słomy do deponowania zanieczyszczeń podczas spalania i zgazowania. Już w wyniku dwukrotnego moczenia indeks alkaliczności AI przyjmował wartość sugerującą, że paliwo to nie powinno sprawiać trudności podczas spalania z powodu zwiększonej intensywności żużlowania kotła. Natomiast wskaźnik aglomeracji złoża BAI bezpieczną wartość wskazującą na niewielkie prawdopodobieństwo wystąpienia zjawiska aglomeracji złoża podczas spalania lub zgazowania fluidalnego osiągnął po trzecim cyklu moczenia słomy. Trzeci z ocenianych wskaźników, Fouling-Index Fu nie osiągnął wprawdzie wartości wskazującej na brak skłonności paliwa do deponowania zanieczyszczeń podczas spalania, ale w wyniku czterokrotnego moczenia nastąpiła 80% redukcja jego początkowej wartości. Ostatni z analizowanych wskaźników, wskaźnik lepkości żużla SR, w trakcie prowadzonego eksperymentu nie zmieniał swojej wartości, która dla zarówno dla słomy surowej, jak i po kolejnych cyklach moczenia, wskazywała, że paliwo to powinno charakteryzować się małą skłonnością do odkładania żużlu podczas spalania.
 
REFERENCES (17)
1.
Blomberg, T.E. 2007. Free alkali-index for optimizing the fuel mixture in biomass co-firing. ECI Symposium Series, Volume RP5: Proceedings of 7th International Conference on Heat Exchanger Fouling and Cleaning – Challenges and Opportunities, Editors Hans Müller-Steinhagen, M. Reza Malayeri, and A. Paul Watkinson, Engineering Conferences International, Tomar, Portugal, July 1–6.
 
2.
Bühle et al. 2014 – Bühle, L., Dürl, G., Hensgen, F., Urban, A. and Wachendorf, M. 2014. Effects of hydrothermal conditioning andmechanical dewatering on ash melting behaviour of solid fuel produced from European semi-naturalgrasslands. Fuel Vol. 118, pp. 123–129.
 
3.
Davidsson et al. 2002 – Davidsson, K.O., Koresgren, J.G., Pettersson, J.B.C. and Jaglid, U. 2002. The effects of fuel washing techniques on alkali release from biomass. Fuel Vol. 81, No. 2, pp. 137–142.
 
4.
Dzik, T. and Rozwadowski, A. 2012. Methods of selecting components of composite solid fuels for the purpose of gasification (Metodyka doboru składników kompozytowych paliw stałych dla celów zgazowania). Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal Vol. 15, Iss. 3, pp. 169–180 (in Polish).
 
5.
Goliński et al. 2014 – Goliński, P., Daszkiewicz, J., Golińska, B. and Czerwiński, M. 2014. New technological solutions – a better use of meadow biomass (Nowe rozwiązania technologiczne – lepsze wykorzystanie biomasy łąkowej). Czysta Energia Vol. 9, pp. 38–41 (in Polish).
 
6.
Hansen et al. 2000 – Hansen, L.A, Nielsen, H.P., Frandsen, F.J, Dam-Johansen, K., Horlyck, S. and Karlsson, A. 2000. Influence of deposit formation on corrosion at a straw-fired boile. Fuel Processing Technology Vol. 64, Iss. 1, pp. 189–209.
 
7.
Jenkins et al. 1996 – Jenkins, B.M., Bakker, R.R. and Wei, J.B. 1996. On the properties of washed straw. Biomass and Bioenergy Vol. 10, No. 4, pp.177–200.
 
8.
Mac an Bhaird et al. 2014 – Mac an Bhaird, S.T, Walsh, E., Hemmingway, P.L., Maglinao, A.L., Capareda, S.C. and McDonnell, K.P. 2014. Analysis of bed agglomeration during gasification of wheat straw in a bubbling fluidised bed gasifier using mullite as bed Material. Powder Technology Vol. 254, s. 448–459.
 
9.
Mirowski, T. and Maczuga, R. 2017. Legal regulation in the household sector in Poland on the use of solid fuels and boilers up to 500 kW. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk No. 97, s. 33–42 (in Polish).
 
10.
Persson et al. 2007 – Persson, K., Brostrom, M., Carlsson, J., Nordin, A. and Backman, R. 2007. High temperature corrosion in a 65 MW waste to energy plant. Fuel Processing Technology Vol. 88, No. 11–12, pp. 1178–1182.
 
11.
Pronobis, M. 2005. Evaluation of the influence of biomass co-combustion on boiler furnace slagging by means of fusibility correlations. Biomass and Bioenergy 28, 4, pp. 375–384.
 
12.
Richter et al. 2011 – Richter, F., Fricke, T. and Wachendorf, M. 2011. Influence of sward maturity and pre-conditioning temperature on the energy production from grass silage through the integrated generation of solid fuel and biogas from biomass (IFBB): 1. The fate of mineral compounds. Bioresource Technology 102, 7, pp. 485–4865.
 
13.
Rozwadowski, A. and Dziok, T. 2017. Changes in the chemical composition of ash and the enhancement of energy properties of cereal straw as a result of its multiple water washing (Zmiana składu chemicznego popiołu i poprawa właściwości energetycznych słomy zbożowej w wyniku jej wielokrotnego moczenia w wodzie). Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal Vol. 20, Iss. 1, pp. 117–134 (in Polish).
 
14.
Rybak, W. 2006. Combustion and co-combustion of solid biofuels (Spalanie i współspalanie biopaliw stałych). Publishing house of the Wroclaw University of Technology, Wrocław 2006 (in Polish).
 
15.
Ściążko et al. ed. 2007 – Ściążko, M., Zuwała, J. and Pronobis, M. 2007. Co-firing of biomass and alternative fuels in the energy sector (Współspalanie biomasy i paliw alternatywnych w energetyce), Publishing house of the Institute for Chemical Processing of Coal and Silesian University of Technology, Zabrze–Gliwice, 363 pp. (in Polish).
 
16.
Skręta, M. 2012. Green forest biomass trade (Obrót zieloną biomasą leśną). Czysta Energia Vol. 7–8, pp. 30–32 (in Polish).
 
17.
Werle, S. 2013. Potential and properties of the granular sewage sludge as a renewable energy source. Inżynieria Ekologiczna Vol. 33, pp. 156–16.
 
ISSN:1429-6675