S LAGG  ‐  OCH BOTTENASKBILDNING

Alla försök resulterade i bildning av beläggningar i form av slagg, framförallt ovanpå brännarens primärluftsring (rostret). Dessa beläggningar bestod av oorganiskt material (aska) som till stor del var smält. Kvar i brännkoppen återfanns också oförbränt material. Slagg återfanns även på pannbotten i flertalet försök. Av tabell 12 framgår att det rena grotbränslet hade relativt låg slaggningstendens och den rena halmen relativt hög slaggningstendens. Vid inblandning av såväl drank som rötslam i grot ökade slaggningstendensen relativt kraftigt. Vid inblandning av drank och rötslam i halm minskade slaggningstendensen relativt det rena halmbränslet emedan vid inblandning av fosforsyra (K/P 0.5) i halm erhölls liknande slaggningstendens.

Tabell 12. Andel bildad slagg i eldningsutrustningen uttryckt i vikt-% av ingående mängd bränsleaska vid förbränning av grot, grot/drank, grot/rötslam, halm, halm/drank, halm/fosforsyra och halm/rötslam i en pelletsbrännare (roster).

40

Table 12. Fraction of fuel ash that form slag (wt-%) during combustion of logging residues, logging residues / wheat distillers' dried grains with soluble mixtures, wheat straw, wheat straw/wheat distillers' dried grains with soluble, wheat straw/phosphoric acid and wheat straw/sludge- in a pellet burner (grate).

Försök (P/K) < Wt-% av TS> Andel bildad slagg (Viktsprocent av ingående mängd

bränsleaska)

Grot 8 Grot Drank (0.9) <40 %> 44

Grot Rötslam (0.9) <3 %> 71

Halm 78 Halm Drank (0.5) <50 %> 45

Halm Fosforsyra (0.5) 75

Halm Rötslam (0.5) <9 %> 55

Resultaten från SEM/EDS-areaanalyserna visar att den bildade slaggen vid grotförbränning framförallt innehöll kalcium, kisel och kalium och magnesium (figur 22). Identifierade kristallina faser i den nedkylda slaggen från grotförbränning var olika Ca-Mg-silikater, Ca-silikat och K-Al-silikat (tabell 13). Vid inblandning av drank i grot ökar K, Na och P koncentrationerna i slaggen markant och Ca koncentrationen sjunker.

De detekterade faserna i slaggen från detta försök domineras av Ca-K- och Ca-Mg-fosfat. Vid rötslamsinblandning (3%) i grot ökar Fe- och Al-koncentrationerna i slaggen och Ca-koncentrationen sjunker. Inga fosforinnehållande faser i slaggen från detta försök kunde identifieras med XRD.

Vid förbränning av ren halm innehåller den bildade slaggen främst Si och K (förutom O). Identifierade faser i den mycket sintrade (glasaktiga) smältan var främst K-Ca-fosfat, K2SO4 och KCl. Slaggen består troligen till en mycket stor andel av smält underkyld silikatsmälta (glas) som inte kan identifieras genom XRD analys. Vid inblandning av drank, fosforsyra (P/K=0.5) och slam (9 vikts-%) ökar P-koncentrationen i slaggen. Vid drankinblandning kan endast Ca-K-fosfat och K-Mg-fosfat detekteras. I slaggen från dessa försök återfinns troligen därför också en stor mängd underkyld silikatsmälta. Vid fosfortillsats kunde Ca-fosfat, K-Ca-fosfat och kristobalit (SiO2) detekteras med XRD. Vid slamtillsats i halm kunde såväl Ca-fosfat, Ca-K-fosfat, Mg-K-fosfat som K-Al- och Ca-Mg-silikater detekteras.

0

Figur 22. Elementarsammansättning (medelvärde +/- stdav) på O- och C-fri bas hos bildad slagg vid förbränning av grot/grotmixar (ovan) och halm/halmmixar (nedan).

Figure 22. Elemental composition of formed slag (average value +/- stdev) on O- and C-free basis during combustion of logging residues/logging resides mixtures (upper) and wheat straw/wheat straw mixtures (lower).

Bottenaskan bestod främst av Ca, K och Si (förutom O) vid grotförbränning och vid inblandning av drank i grot bestod bottanaskan främst av Ca, K, P och Si (förutom O).

Vid inblandning av 3 vikts-% slam ökade Fe, Al och P-koncentrationen något i jämförelse med ren groteldning. Förutom de faser som detekterats i slaggen från groteldning kunde även CaCO3/CaO/Ca(OH)2 och typiska sandmineral detekteras i bottenaskan (tabell 13). Till skillnad mot slaggen som producerats vid drankinblandning i grot som innehöll olika K-Ca-, K-Mg innehållande fosfater kunde endast Ca-fosfater detekteras i bottenaskan.

42

Vid förbränning av halm återfanns främst elementen Si, K och Ca i bottenaskan (förutom O). Vid inblandning av 40 vikts-% drank i halm ökade K- och P-halten signifikant och vid inblandning av fosforsyra ökade P-halten markant. Vid inblandning av 9 vikts-% slam ökade Fe-, Al- och P-halten. Förutom Ca-K-fosfater kunde främst CaCO3/CaO/Ca(OH)2 detekteras i bottenaskan som producerats vid inblandning av de olika fosforinnehållande bränslena/-additiven förutom vid drankinblandning där K2SO4

kunde detekteras (tabell 13) i relativt höga koncentrationer.

Tabell 13. Identifierade faser (vikts-%) med XRD i uttagna slagg- och bottenaskprov från förbränningsförsök i pelletsbrännare med grot/grotmixar. Denna tabell återfinns också i Bilaga A.

Table 13. Identified phases (weight-%) with XRD in slag- and ash samples from combustion experiments in the pellet burner with logging residues/logging residues mixtures. This table could also be found in Appendix A.

Grot Grot Drank 40% (P/K=0.9) Grot Rötslam 3% (P/K=0.9)

Bott Slag IFM Bott Slag IFM Bott Slag IFM

SiO2 (kvarts) 9 2 5 20 5

NaAlSi3O8 (albite) 8 11 15

KAlSi3O8 (microkline) 9 14 4 10

CaO (lime) 5 8 5

CaCO3 (calcite) 28 13 9

K2Ca(CO3)2 Fairchildite 3

MgO (periclase) 5 3

Ca(OH)2 portlandite 4 6 7

CaSO4 (anhydrite)

K2SO4 (arcanite) 39 11 71 8 81

K2SO3

K3Na(SO4)2 (aphtialite) 41

Ca2K2(SO4)3

KCl (sylvite) 20 29 1 19

Ca5(PO4)3(OH) (apathite 9

Ca3(PO4)2 (whitlockite) 5 2 3 4

CaK2P2O7

CaKPO4 40

MgKPO4 23

K4P2O8

Ca3Mg(SiO4)2 (merwinite) 16 17 6

Ca2MgSi2O7 (åkermanite) 4 31 5 4

MgSiO3 (enstatite)

CaMg(SiO3)2 (diopside) 12 30

Ca2SiO4 22 41 10

K(AlSi2O6) (leucite) 4 17 42

KAlSiO4 (kalsilite) 11 7

Slag= Slagg IFM= Fina partiklar (0.32 um)

Tabell 14. Identifierade faser (vikts-%) med XRD i uttagna slagg- och bottenaskprov från förbränningsförsök i pelletsbrännare med halm/halmmixar. Denna tabell återfinns också i Bilaga A.

Table 14. Identified phases (weight-%) with XRD in slag- and ash samples from combustion experiments in the pellet burner with wheat straw/wheat straw mixtures. This table could also be found in Appendix A

Halm Halm Drank 50% (P/K=0.5) Halm Rötslam 9% (P/K=0.5) Halm Fosforsyra (P/K=0.5)

Bott Slag IFM Bott Slag IFM Bott Slag IFM Bott Slag IFM

SiO2 (kvarts) 11 2 1 4 4 1 4

SiO2 (cristobalite) 5 5 10 27

NaAlSi3O8 (albite) KAlSi3O8 (microkline)

CaO (lime) 8 12 7

CaCO3 (calcite) 5 17 19

K2Ca(CO3)2 Fairchildite 3

MgO (periclase) 4 6 8

Ca(OH)2 portlandite 6 8 19

CaSO4 (anhydrite) 1

CaK2P2O7 9 10 11 26

CaKPO4 77 2 62 3 10 8 44

Fe2O3 (hematite/ 11 17 2

maghemite)

SUM 100 100 100 98 100 100 99 100 100 100 101 100

Bott= Bottenaska IFM= Fina partiklar (0.32 um) Slag= Slagg

3.2.2 Beläggningsbildning

3.2.2.1Partikelstorleksfördelning

I de utgående rökgaserna från pelletsbrännare/-pannan återfanns huvudsakligen endast fina partiklar (< 1 µm), se figur 23. Vid inblandning av drank till grotbränslet ökade mängden bildade fina partiklar signifikant emedan en relativt blygsam inblandning av slam halverade mängden fina partiklar. Vid halmförbränning var de utgående halterna av fina partiklar i rökgasen relativt hög och en inblandning av fosforsyra (P/K=0.5) sänkte inte nivån. Vid försöken med inblandning av drank och rötslam till halmbränslet återfanns två s k peakar inom finmoden. Den peak som utgörs av mer finpartikulärt material utgörs förmodligen till stor del av oförbränt material. Om man antar detta erhölls även vid inblandning av rötslam och drank en reduktion av halten oorganiskt material i den finpartikulära fraktionen.

44

0 50 100 150 200 250 300

0.0 0.1 1.0 10.0

Partikel Diameter Dp [µm]

dm/dlog(Dp) [mg/Nm³ vid 10% O 2 ]

Grot Rötslam 3%

(P/K=0.9)

Grot Drank 40%

(P/K=0.9)

Grot 100%

0 100 200 300 400 500 600

0.0 0.1 1.0 10.0

Partikel Diameter Dp [µm]

dm/dlog(Dp) [mg/Nm³ vid 10% O 2 ]

Halm Rötslam 9% (P/K=0.5)

Halm Drank 50 % (P/K=0.5)

Halm Fosforsyra (P/K=0.5)

Halm 100%

Figur 23. Partikel (mass)storleksfördelningar i rökgaserna från försöken med förbränning av grot/grotmixar (ovan) och halm/halmmixar (nedan).

Figure 23. Particle mass size distributions in the flue gases in combustion of logging residues/logging residues mixtures (upper) and wheat straw/wheat straw mixtures (lower).

3.2.2.2SO2- och HCl-emissioner

SO2-halten i rökgaserna steg kraftigt vid inblandning av den relativt svavelrika dranken till grot samt vid inblandning av drank och fosforsyra till halmen (tabell 15). HCl-halten steg signifikant vid inblandning av drank i grot men inte i övriga försök.

Tabell 15. SO2- och HCl koncentration i rökgaserna vid pelletsbrännarförsök (medelvärden under försökstiden).

Table 15. SO2- and HCl concentrations in flue gas from pellet burner combustion (average values during the experiments).

Försök (P/K) < Wt-% av TS> SO2

(mg/Nm³ vid 10 % O2 t.g.) HCl

(mg/Nm³ vid 10 % O2 t.g.)

Grot <3 <3

Grot Drank (0.9) <40 %> 430 14 Grot Rötslam (0.9) <3 %> 7 < 3

Halm 80 15

Halm Drank (0.5) <50 %> 440 13

Halm Fosforsyra (0.5) 150 13

Halm Rötslam (0.5) <9 %> 87 17

3.2.2.3Partikelsammansättning

De fina partiklarna bestod främst av K, S och Cl (förutom C och O) vid förbränning av grot och de olika grotmixarna (figur 24). Vid inblandning av drank ökade Cl/S förhållandet något gentemot övriga försök. Vid förbränning av halm och de olika halmmixarna innehöll de fina partiklarna främst K, Cl och S (förutom O och C). En generell tendens till en ökning av P-koncentrationen i de fina partiklarna fanns vid tillsats av samtliga utprovade fosforinnehållande bränslen/additiv till både grot och halm.

46

0 10 20 30 40 50 60

Na K Zn Ca Mg Fe Al Si P S Cl

Mol-%

Grot

Grot Rötslam 3% (P/K=0.9) Grot Drank 40% (P/K=0.9)

0 10 20 30 40 50 60

Na K Zn Ca Mg Fe Al Si P S Cl

Mol-%

Halm

Halm Rötslam 9% (K/P=0.5) Halm Drank 50% (P/K=0.5) Halm Fosforsyra (P/K=0.5)

Figur 24. Elementarsammansättning (medelvärde +/- stdav) på C- och O –fri bas (mol-%) för fina partiklar (impaktorsteg nr 5, GMD 0.32 µm) vid rosterförbränning av grot/grotmixar (ovan) och halm/halmmixar (nedan).

Figure 24. Elemental distribution (average value +/- stdev) on Al-, C- och O–free basis

(mole-%) of the fine mode particles (e.g. impactor stage 5, GMD 0.32 µm) sampled during grate combustion of logging residues/logging resides mixtures (upper) and wheat straw/wheat straw mixtures (lower).