| 1. |
- Brus, Elisabet, et al.
(author)
-
Bed agglomeration characteristics of biomass fuels using blast-furnace slag as bed material
- 2004
-
In: Energy & Fuels. - Washington, D.C. : American Chemical Society (ACS). - 0887-0624 .- 1520-5029. ; 18:4, s. 1187-1193
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- Agglomeration of bed material may cause severe operating problems during fluidized bed combustion. The attack or coating layers that are formed on the bed particles during combustion play an important role in the agglomeration process. To reduce bed agglomeration tendencies, alternative bed materials may be used. In this paper, bed agglomeration characteristics during the combustion of biomass fuels using a relatively new bed material (iron blast-furnace slag) as well as ordinary quartz sand were determined. Controlled agglomeration tests lasting 40 h, using five representative biomass fuels (bark, olive residue, peat, straw, and reed canary grass) were conducted in a bench-scale fluidized bed. The bed materials and agglomerates were analyzed using SEM/EDS and X-ray diffraction. Chemical equilibrium calculations were performed to interpret the experimental findings. The results showed that blast-furnace slag had a lower tendency to agglomerate than quartz sand for most of the fuels. The quartz particles showed an inner attack layer more often than did the blast-furnace slag. The blast-furnace slag had a lower tendency to react with elements from the fuel. The outer coating layer had similar characteristics and thickness for both bed materials when the same fuel was combusted. However, the inner attack layer thickness was larger for quartz particles. SEM/EDS analyses of the agglomerates showed that the inner Ca-K-silicate-rich attack layer was responsible for the agglomeration of quartz sand. The composition of blast-furnace slag agglomerate was similar to the outer coating layer. Chemical equilibrium calculations showed that the original composition of the blast-furnace slag was close to the equilibrium composition, and hence there was no major driving force for reactions between that bed material and K and Ca from the fuel. The homogeneous silica-rich attack layer (with a low melting temperature) was not formed to the same extent for blast-furnace slag, thus explaining the lower bed agglomeration tendency.
|
|
| 2. |
- Brus, Elisabet, et al.
(author)
-
Mechanisms of bed agglomeration during fluidized-bed combustion of biomass fuels
- 2005
-
In: Energy & Fuels. - : American Chemical Society (ACS). - 0887-0624 .- 1520-5029. ; 19:3, s. 825-832
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- The major ash-related problem encountered in fluidized beds is bed agglomeration, which, in the worst case, may result in total defluidization of the bed and unscheduled downtime. Because of the special ash-forming constituents of biomass fuels, several of these fuels have been shown to be especially problematic. Despite the frequent reporting, a precise and quantitative knowledge of the bed agglomeration process during fluidized bed combustion of biomass fuels has not yet been presented. Bed sampling versus operation time was performed in four different biomass-fired full-scale fluidized beds, as well as during controlled fluidized bed agglomeration tests in bench-scale testing of five representative biomass fuels. The bed materials and agglomerates were further analyzed using scanning electron microscopy, coupled with energy-dispersive spectroscopy SEM/EDS, to determine the characteristics of the formed bed particle layers. For typical wood fuels, coating-induced agglomeration with subsequent attack reaction and diffusion by calcium into the quartz was identified to be the dominating bed agglomeration mechanism. Low-melting calcium-based silicates (including minor amounts of, for example, potassium) were formed with subsequent viscous-flow sintering and agglomeration. For high-alkali-containing biomass fuels, direct attack of the quartz bed particle by potassium compounds in a gas or aerosol phase formed a layer of low-melting potassium silicate. Thus, formation and subsequent viscous-flow sintering and agglomeration seemed to be the dominating agglomeration mechanism for these fuels.
|
|
| 3. |
- Öhman, Marcus, et al.
(author)
-
Förbrukning av bäddmaterial i biobränsleeldade fluidbäddar p g a bäddagglomereringsrisk : beläggningsbildning och möjligheter till regenerering
- 2001
-
Reports (other academic/artistic)abstract
- Tidigare arbeten har visat att många av de biobränslen som används har kritiska agglomereringstemperaturer på i storleksordningen samma temperaturer som de processtemperaturer som råder i typiska fluidbäddanläggningar. Detta medför att det sannolikt finns relativt stor risk för agglomerering och defluidisering under förutsättning att en tillräckligt tjock beläggning på sandkornen har hunnit byggas upp. Därmed är sannolikt också tillräckligt snabbt byte av bäddmaterial och/eller en sänkning av bäddtemperaturen ofta en förutsättning för problemfri drift. Syftena med föreliggande arbete var därför att i) kartlägga materialåtgången och orsaker till bäddbyte i några svenska fluidbäddanläggningar; ii) samla verkliga bäddprover för att med SEM/EDS-analys bestämma beläggningskarakteristik och tillväxt som funktion av tid från fullständigt bäddbyte; iii) med den på ETC/Umeå Universitet framtagna testmetoden bestämma den specifika agglomereringstemperaturen för uttagna bäddprov; iv) uppskatta kritisk beläggningstjock/ålder för agglomerering hos de uttagna bäddproverna utifrån resultaten från utförda SEM/EDS-analyser och försök i den framtagna testmetoden; v) med den tidigare framtagna testmetoden och SEM/EDS-analys bestämma bränslens kritiska beläggningstjocklekar för olika representativa biobränslen som funktion av bäddtemperatur samt; vi) experimentellt utvärdera om uttagshöjd, sållstorlek och mekanisk behandling kan användas för att minska materialåtgången, antingen direkt genom fraktionellt uttag, eller indirekt genom regenerering.Tre bubblande fluidiserande bäddar (Falu Energi, C-4 Energi, Söderenergi) samt två cirkulerande fluidiserande bäddar (Brista Kraft, Skellefteå Kraft) ingick i projektet. Gemensamt för dessa anläggningar är att de eldar bränslemixar bestående framförallt av typiska skogsbränslebaserade råvaror samt att verken redovisar driftserfarenheter som tangerar bäddproblem förknippade med bäddagglomerering i bädd och/eller returventiler. Resultaten visade att omsättningen av bäddmaterial är mycket olika i olika skogsbränsleeldade anläggningar och uppgår ofta till betydande och ibland kostsamma mängder. Reducerad risk för bäddagglomerering ges ofta som huvudorsak till de frekventa och omfattande bäddbytena. Tillväxt av beläggning på bäddkornen är generellt förekommande med en initial tillväxthastighet på i storleksordningen några mm/dygn som avtar "paraboliskt". För CFB-anläggningarna nås den kritiska tjockleken, som visat sig vara relativt tunn (< 10 mm), inom omkring en vecka. Beläggningarna består i huvudsak av Ca-, Mg-silikater, samt fosfor i någon form. Regenerering av förbrukat bäddmaterial genom mekanisk behandling genom malning, fraktionering av bäddmaterial (i kornstorlek) genom selektivt uttag vid olika bäddhöjder och indirekt regenerering efter sållning förefaller vara relativt svårt att genomföra.
|
|
