SEM‐EDS  ANALYS PÅ BÄDDPROV

I figur 7 visas förstorade tvärsnitt på ett antal typiska begagnade bädd(kvarts)korn. För alla försök med grot och grotmixar återfanns ett tydligt inre lager på bäddkornen (se figur 7). Tjockleken hos detta inre lager var typiskt 5-10 µm. Ett yttre mer inhomogent relativt tunt och oregelbundet förekommande lager kunde också skönjas vid ren groteldning, vid inblandning av fosforsyra till grotbränslet samt vid låg inblandning av drank till grotbränslet. Eftersom den analyserade elementarsammansättningen hos det yttre lagret troligen påverkats av bakgrunden (det inre lagret) redovisas ej dess sammansättning specifikt i detta arbete. Vid förbränning av grot med hög

drankinblandning var det yttre lagret tjockare och mer regelbundet förkommande. Vid rötslamsinblandning i grot återfinns relativt få bäddkorn med lagertillväxt och vid ren slameldning återfanns i de analyserade bäddproven inga bäddkorn med lagertillväxt.

De inre lagret vid ren groteldning dominerades av Si, Ca och K (förutom O), se figur 8.

Vid låg inblandning av drank samt vid de båda inblandningsgraderna av fosforsyra dominerades det inre lagret av Si, Ca, K och P (förutom O). Vid den högre inblandningsgraden av drank återfanns förutom ett inre lager rikt på Si, Ca och K även ett tydligt ofta förekommande yttre lager rikt på Si, P, Ca och K. De få lager som bildats vid inblandning av rötslam i grot bestod främst av Si och Ca (förutom O), se figur 8.

grot grot drank 40%

grot rötslam 3% grot fosforsyra (K/P=0.9)

Figur 7. Typiska bildade lager runt kvartsbäddpartiklarna vid fluidbäddsförbränning av grot (ovan t.v.), grot drank 40 % (ovan t.h.), grot rötslam 3 % (nedan t.v.) och grot fosforsyra (K/P=0.9) (nedan t.h)

Figure 7. Illustration of typical quartz bed particle layers formed during fluid bed combustion of logging residues (upper left), logging residues DDGS (40 %) (upper right), logging residues sewage sludge 3 % (lower left) and logging residues phosphoric acid (K/P=0.9) (lower right).

18 Grot Drank 40% (P/K=0.9) Yttre

0

Figur 8. Elementarsammansättning (medelvärde +/- stdav) på C- och O-fri basis hos bildade inre kvartsbäddkornslager vid fluidbäddsförbränning av grot/grotdrankmixar (övre) samt grot/grot-fosforsyra och grot/slammixar (nedre).

Figure 8. Elemental composition (average value +/- stdev) on C- and O-free basis for the inner quartz bed particle layers formed in fluid bed combustion of logging residues/logging DDGS mixtures (upper) and logging residues/.logging residues-phosporic acid and logging residues/ logging residues - sewage sludge mixtures (lower).

Vid eldning av grot drank 5%- och grot drank 40% mixarna återfanns även enskilda askkorn i bädden (se figur 9) vilka främst bestod av elementen Si, Ca, K och P (förutom O) respektive P, K, Mg och Si (förutom O). Vid samförbränning med slam återfanns också flertalet enskilda askkorn i bädden som var rika på Si, P, Al, K, Fe och Ca (förutom O). Inga av dessa askkorn återfanns runt bäddkornens yta i det bäddprov som togs ut under själva förbränningsfasen. Vid förbränning av 100% rötslam återfanns som nämnts tidigare inga lager runt bäddkornen utan alla bränsleaskkomponenter, som återfanns i bädden, var askaggregat som främst bestod av Fe, Si, Al, P och Ca.

grot drank 5 % grot drank 40 %

grot rötslam 3 % 100 % rötslam

Figur 9. Typiska enskilda askpartiklar återfunna i bädden vid fluidbäddsförbränning av grot drank 5 % (ovan t.v.), grot drank 40 % (ovan t.h.), grot rötslam 3 % (nedan t.v.) och 100 % rötslam (nedan t.h.).

Figure 9. Typical individual ash particles found in the bed during fluid bed combustion of logging residues DDGS 5 % (upper left), logging residues DDGS 40 % (upper right), logging residues sewage sludge 3 % (lower left) and 100 % sewage sludge (lower right).

Halm/halmmixar

20

Vid försök med samtliga halm/halmmixar, förutom dem med rötslamsinblandning, förekom beläggningar runt bäddkornen. Bäddkornens beläggningar är relativt tjocka (>

20 µm) men är oregelbundet förekommande runt bäddkornsytan och består av askpartiklar som kletat fast på kvartskornen (se figur 10). Enskilda askpartiklar är frekvent förkommande i bäddprov från samtliga försök där halm eldats rent eller sameldats med de olika fosforrika bränslena/additiven.

halm halm drank 50 %

halm2 fosforsyra P/K=1.3 halm rötslam 9 %

Figur 10. Bildade (typiska) beläggningar runt bäddpartiklarna vid fluidbäddsförbränning av halm (ovan t.v.), halm drank 50% (ovan t.h.), halm2 fosforsyra (K/P=1.3) (nedan t.v.) och halm rötslam 9% (nedan t.h.).

Figure 10. Illustration of typical coatings formed on bed particles in fluid bed combustion of wheat straw (upper left), wheat straw DDGS (50%) (upper right), wheat straw phosphoric acid (K/P=1.3) (lower left) and wheat straw sewage sludge 9% (lower right).

Bäddkornsbeläggningarna består vid ren halmeldning av framförallt Si och K (förutom O), se figur 11. Vid inblandning av drank och fosforsyra (P/K=0.5) består bäddkornsbeläggningarna framförallt av Si, K och P (förutom O¹). Vid de högre inblandningarna av fosforsyra till halm ökar P och K samtidigt som Si sjunker.

1 I alla dessa analyser återfinns även O i större mängder men pga. EDS analyserna för ”lätta” element som O inte är noggranna så har sammansättningen angetts på O fri basis i de kommande diagrammen.

Den epoxi som nyttjas för ingjutning av provet innehåller även både O och C vilket också är en bidragande faktor till varför analyserna ges på O och C fri basis i fig 8, 11, 12 m fl.

0

Figur 11. Elementarsammansättning (medelvärde +/- stdav) på C- och O-fri basis hos bildade bäddkornslager vid fluidbäddsförbränning av halm/halmmixar (ovan.) och halm2fosformixar (nedan).

Figure 11. Elemental composition (average value +/- stdev) on C- and O-free basis for the bed particle coatings formed in fluid bed combustion of wheat straw/wheat straw mixtures (upper) and straw2-phosporic acid mixtures (lower).

De enskilda askpartiklarna som återfinns i bädden vid förbränning av halm och rötslam innehåller främst Si, K, P, Al, Fe, Ca och S (förutom O), se vänstra diagrammet i figur 12. I den vänstra figuren har de olika SEM/EDS-punktanalyserna som utförts på ett tiotal askaggregat som återfunnits i bäddprovet arrangerats efter dess innehåll av kalium. Av figur 12 framgår att det utifrån gjorda EDS-punktanalyser på askaggregaten inte finns något tydligt samband mellan kaliumhalten och något/några andra element som dominerar bränsleaskan hos det nyttjade rötslammet så när som på svavel.

22 0

10 20 30 40 50 60

Na K Ca Mg Fe Al Si P S Cl

Mol-%

Figur 12. Elementarsammansättningen på C- och O fri basis i ett flertal positioner hos olika enskilda askkorn återfunna i bädden vid fluidbäddseldning av halm rötslam (9 %).

Figure 12. Elemental composition on C- and O free basis in different locations of individual ash particles found in the bed during fluid bed combustion of wheat straw sewage sludge (9 %).

Salix/salixmix

Vid ren salixeldning återfinns ett relativt tjockt homogent inre bäddkornslager runt de flesta bäddkornen. Även här återfinns ett tunt mer oregelbundet förekommande yttre lager. Vid förbränning av Salix-drankblandningen återfinns relativt tjocka och oregelbundna beläggningar runt bäddkornen (se figur 13).

salix

salix drank 50 %

Figur 13. Typiska bildade lager runt bäddpartiklarna vid fluidbäddsförbränning av salix (t.v.) och salix drank 50% (t.h.).

Figure 13. Illustration of typical layers/coatings formed on bed particles in fluid bed combustion of willow (to the left) and willow DDGS 50% (to the right).

De inre bäddkornslagrena vid salixeldning domineras av Si, K och Ca (förutom O).

Bäddkornsbeläggningarna vid förbränning av salix-drankmixen består främst av Si, P, K och Ca (figur 14).

24 0

10 20 30 40 50 60 70 80

Na K Ca Mg Fe Al Si P S Cl

Mol-%

Salix

Salix Drank 50% (P/K=0.9)

Figur 14. Elementarsammansättning (medelvärde +/- stdav) på C- och O-fri basis hos bildade bäddkornslager/-beläggningar vid fluidbäddsförbränning av salix/salixmix.

Figure 14. Elemental composition (average value +/- stdev) on C- and O-free basis on bed particle layers/coatings formed in fluid bed combustion of willow/willow mixture.

Sammanfattningsvis visade resultaten att fosforsyrainblanding inte gav upphov till några större försämringar vad gäller bäddagglomereringstendenserna hos de studerade bränslena/bränsleblandningarna. Vid inblandning i vetehalm kunde snarare lägre bäddagglomereringstendenser erhållas. Vid inblandning av rötslam till både grot och vetehalm sänktes agglomereringstendensen hos de båda bränslena, särskilt vid inblandning i vetehalm. Vid inblandning av det kalium och fosforrika drankbränslet i både grot- och halmbränslet ökade bäddagglomereringstendenserna relativt kraftigt.

I bäddprover uttagna vid såväl drank- som fosforsyra tillsats har K och P rika askaggregat återfunnits såväl som enskilda askaggeragt i bädden som fastkletade på bäddkorn. Vid samförbränning med slam återfanns stora mängder enskilda askaggeragat i bädden som var rika på Si, P, K, Al, Fe, S och Ca.