Odpady denne z kotłów fluidalnych 57. Konferencja Studenckich Kół Naukowych Pionu Górniczego Sekcja Gospodarki Odpadami Przygotował :Kaszowski Kajetan Opiekun naukowy:dr inż. Radosław Pomykała Wydział Górnictwa i Geoinżynierii Koło Naukowe Ekospirit Kraków, 8 grudnia 2016r. www.agh.edu.pl
Kotły fluidalne W Polsce spalanie paliw w złożach fluidalnych na dużą skalę zaczęło się od połowy lat dziewięćdziesiątych XX wieku W 2000 roku w Polsce było eksploatowanych 5 kotłów fluidalnych, a w 2014 r. - 22 W kotłach fluidalnych w Polsce spala się głównie węgiel oraz coraz częściej węgiel z biomasą oraz samą biomasę Paleniska fluidalne są coraz bardziej popularne ze względu na koszty i efektywność wytwarzanej w nich energii Ze względu coraz częstsze wykorzystywanie kotłów fluidalnych zwiększa się też ilość wytwarzanych w nich odpadów www.agh.edu.pl
Katalog odpadów Odpady z kotłów fluidalnych zaliczne są w katalogu odpadów do grup: 10 01 24 jako piaski ze złóż fluidalnych 10 01 82 - Mieszaniny popiołów lotnych i odpadów stałych z wapniowych metod odsiarczania gazów odlotowych (metody suche i półsuche odsiarczania spalin oraz spalanie w złożu fluidalnym). www.agh.edu.pl
Odpady z kotłów fluidalnych Uboczne produkty spalania z kotłów fluidalnych obejmują: popioły lotne oraz odpady denne: Popioły lotne to około 70-80 % całkowitej masy odpadów paleniskowych Odpady denne stanowią 20-30 % Odpady denne nazywane inaczej są popiołami dennymi lub odpadami złożowymi W 2010 ilość wytworzonych odpadów 10 01 24 wyniosła 221,3 tys. ton, w 2011 271,3 tys. ton, a w 2012 548,8 tys. ton Odpady te są w dalszym ciągu obiektem badań w celu opracowania lub poprawy metody ich odzysku
Charakterystyka odpadów dennych Odpady denne składają się głównie z połączonych ze sobą nieregularnych, kanciastych i szorstkich cząstek które są lżejsze od naturalnych kruszyw. Cząstki odpadów dennych mają kształt od drobnego piasku po żwir. Podstawowymi składnikami odpadów dennych są tlenki: SiO2, Fe2O3, Al2O3.
Odpady denne Odpad z południowej Polski EC1 Źródło: opracowanie własne Odpad z południowej Polski EC2 Źródło: opracowanie własne EC1 przesiane na sicie 2 mm Źródło: opracowanie własne
Odpady denne Odpad z południowej Polski PL1 Podzielone na ziarna poniżej i powyżej 0,5 mm Źródło: Janceka, Siemiątkowski
Skład chemiczny odpadów dennych Skład chemiczny EC1 Si S K Ti Cr Fe Zr Cu Skład chemiczny EC2 Si S Ca V Mn Co Cu Zr Pb Skład chemiczny EC2 Źródło: opracowanie własne P K Ti Cr Fe N Zn W Bi Skład chemiczny EC1 Źródło: opracowanie własne P Cl Ca V Mn Zn Pb Ni
Składnik Skład chemiczny PL1 Źródło: Janecka, Siemiątkowski Ca O K2 O Na 2O SO 3 M go Ca O 2O 3 Al Fe 2O 3 O 2 Si Pr aż en ia St r. Zawartość [%] Skład chemiczny 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
Skład chemiczny odpadów dennych Skład chemiczny odpadów dennych z Portugalii Źródło: R.C.E. Modolo, L.A.C. Tarelho i inni
Kierunki wykorzystania odpadów dennych z kotłów fluidalnych Ilość wykorzystanych odpadów 10 01 24, [Gg] 400 350 300 250 200 150 100 50 0 produkcja ma teri ałów budowl anych 2010 budowa dróg 2011 2012 Źródło: opracowano na podstawie (Emitor 2011-2013) i nne
Odpady denne w produkcji klinkieru portlandzkiego Odpad pochodził z kotła w którym spalany był węgiel z biomasą Odpady mogą być wykorzystywane do produkcji klinkieru Ze względu na dużą zawartość Al2O3 odpady nie można stosować do produkcji klinkieru wysokiej jakości Jest to tylko jeden przykład, stąd potrzeba przeprowadzenia osobnych badań ze względu na różnorodność odpadów dennych
Odpady denne w produkcji cegły Cegła składa się gliny (52-54%), piasku (31-33 %) oraz odpadów dennych (14-16%) Odpad pochodzi ze spalania węgla Porównano cenę produkcji cegły tylko z gliny i piasku, oraz z dodatkiem odpadów dennych Wyniki badań zastosowanie odpadów zmniejsza wilgoć oraz redukuje niektórych zawartość związków chemicznych Wadą tej metody jest potrzeba dodania BaCO3 w trakcie produkcji
Zastosowanie odpadów dennych w zaprawach i betonach Badania w Indiach wykazały że że odpad denny ze spalania węgla jest materiałem odpowiednim do częściowej zamiany piasku w produkcji betonu Badania urabialności oraz wytrzymałości wykazały, że możliwe jest wykorzystanie odpadu dennego do sporządzania mieszanki betonowej w ilości 30% bez wykorzystania superplastyfikatora, albo do 50 % z wykorzystaniem Natomiast w produkcji betonu gdzie urabialność nie jest taką ważną cechą np. kostek brukowych piasek może zostać zastąpiony w 100%
Zastosowanie odpadów dennych w zaprawach i betonach W Portugalii przeprowadzono badania na odpadach ze spalania biomasy Badanie polegało na porównaniu zaprawy z wykorzystaniem naturalnego piasku oraz odpadu dennego ze spalania biomasy Zamiana składników na odpad denny była w proporcjach 0%, 10 % oraz 20 % Mimo, że wykorzystanie odpadów dennych z biomasy osłabia wartości mechaniczne zapraw, odpad może być wykorzystywany do wykonywania ścian i innych elementów budynków, ponieważ zaprawy osiągają wymagane parametry technologiczne Właściwości zapraw mogłyby być poprawione poprzez usunięcie materii organicznej
Podsumowanie Odpady denne mogą być wykorzystane w gospodarce zamiast być umieszczane na składowiskach Możliwości wykorzystania odpadów dennych związane są z rodzajem paliwa spalanego w piecach Metody wykorzystywania odpadów z kotłów fluidalnych są coraz bardziej potrzebne ze względu na zwiększająca się ich ilość w energetyce w Polsce Wykorzystanie budowlanych ma odpadów w dodatkowe produkcji korzyści materiałów ekonomiczne wynikające ze zmniejszenia kosztów produkcji.
Bibliografia Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r. w sprawie katalogu odpadów Janceka L., Siemiątkowski G., 2012 - Odpady denne z kotłów fluidalnych charakterystyka fizykochemiczna, ocena zagrożenia dla środowiska i możliwości zagospodarowania w produkcji klinkieru portlandzkiego. Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych 5, s. 89-101. Nikbin M.I., Rahimi R.S., Allahyari H., Damadi M., 2016 - A comprehensive analytical study on the mechanical properties of concrete containing waste bottom ash as natural aggregate Singh M., Siddique R., 2016 - Effect of coal bottom ash as partial replacement of sand on workability and strength properties of concreto. Journal of Cleaner Production 112, p. 620-630. Beltrán M.G, Barbudo A., Agrela F., Jiménez J.R., de Brito J., 2016 - Mechanical performance of bedding mortars made with olive biomass bottom ash. Construction and Building Materials 112 (2016) 699 707 Tyler G.V., Daidone W., 2011 - The use of Bottom Ash in the Manufacture of Clay Face Brick. Proceedings of World of Coal Ash Conferences (WOCA) 2011. http://www.flyash.info/ Emitor 2011, 2012, 2013, 2014. Emisja Zanieczyszczeń Środowiska w Elektrowniach i Elektrociepłowniach Zawodowych, Agencja Rynku Energii, Warszawa Wytwarzanie w PGNiG Termika Elektrociepłownia Żerań Warszawa, 3.02.2014. http://zagrzewamydonauki.pl/wp-content/uploads/2014/02/kot%c5%82y-fluidalne-budowaeksploatacja..pdf, dostęp: 14.11.2016 Niesler J., 2011 - Rozwój Palenisk Fluidalnych w energetyce. Piece Przemysłowe & Kotły 4, s. 33-36 Treatment and use of bottom bed waste in biomass fluidized bed combustors, R.C.E. Modolo, L.A.C. Tarelho, E.R. Teixeira, V.M. Ferreira, J.A. Labrincha