Badanie przydatno ci popioáów z nowych systemów

MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 60, 4, (2008), 191-194
Badanie przydatnoci popioów z nowych systemów
spalania wgla dla technologii ceramiki budowlanej
ELBIETA BRYLSKA
Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydzia Inynierii Materiaowej i Ceramiki, Katedra Technologii Materiaów Budowlanych
e-mail: [email protected]
Streszczenie
Wprowadzanie w ostatnich latach w elektrowniach nowych systemów spalania wgla, polegajce na zastpieniu konwencjonalnych
kotów pyowych kotami uidalnymi) skutkuje zaistnieniem nowych odpadów przemysu energetycznego. Celem prezentowanej pracy byo
sprawdzenie przydatnoci tej nowej generacji odpadów energetyki dla produkcji ceramiki budowlanej. Porównano w niej waciwoci popioów z obydwu technik spalania wgla kamiennego oraz przedstawiono wyniki laboratoryjnych bada technologicznych mas otrzymanych
w wyniku zastpienia w mieszance surowcowej popiou lotnego i ula paleniskowego odpadami z kota uidalnego.
Sowa kluczowe: ceramika budowlana, odpady energetyki, popió lotny, waciwoci mechaniczne
INVESTIGATION OF THE SUITABILITY OF ASHES FROM NEW SYSTEMS OF COAL COMBUSTION
FOR THE BUILDING CERAMICS TECHNOLOGY
In the recent years an introduction of new systems of coal combustion in electric power stations (electric power consisting of substitution of the conventional pulverized-fuel boilers with uid boilers has resulted in the origin of new wastes from electric power industry. The
objective of the presented paper was to check the suitability of this new generation of electric power industry wastes for production of
building ceramics. In the paper properties of ashes from both techniques of black coal combustion have been compared and the results
have been presented of laboratory technological investigations of masses obtained as a result of substitution of y ash and energy power
slag with the wastes from uid boilers in the mineral mixture.
Keywords: Buildning ceramics, electric power industry wastes, y ash, mechanical properties
Wprowadzenie
Stosowanie w elektrowniach i elektrociepowniach nowych systemów spalania wgla tzn. spalania uidalnego
i wspóspalania z biomas, generuje nowe rodzaje odpadów
przemysu energetycznego. Elektrownie zastpuj dotychczasowe konwencjonalne koty pyowe kotami uidalnymi,
w których spalanie zachodzi w znacznie niszej temperaturze (zaledwie 8500C) i jest zintegrowane z odsiarczaniem.
Powstajce w takich warunkach uboczne produkty spalania
wgla (UPS) znacznie róni si od konwencjonalnych
– powstajcy popió stanowi bowiem mieszanin popiou ze
spalonego paliwa (wgla lub wgla z biomas) z produktem
odsiarczania spalin (gównie anhydrytem), aktywnym CaO
(bdcym zdekarbonatyzowanym sorbentem tlenków siarki)
i pewn iloci CaCO3 (stosowanego jako sorbent tlenków
siarki).
W technologii produkcji ceramiki budowlanej od wielu
lat wykorzystuje si jako skadniki mieszanek surowcowych
popioy lotne i ule paleniskowe powstajce w elektrowniach spalajcych wgiel kamienny w konwencjonalnych
kotach pyowych. Wakim problemem technologicznym
moe sta si wkrótce konieczno zastpowania dotychczas stosownych popioów lotnych i uli paleniskowych
odpadami z kotów uidalnych. Celem prezentowanej pracy
byo sprawdzenie przydatnoci tej nowej generacji odpadów
energetyki dla produkcji ceramiki budowlanej (jako dodatku
technologicznego do surowców ilastych). Porównano w niej
waciwoci popioów i uli z obydwu technik spalania wgla kamiennego oraz przedstawiono wyniki laboratoryjnych
bada technologicznych tworzyw otrzymanych w wyniku
zastpienia w mieszance surowcowej popiou lotnego popioem uidalnym, a ula paleniskowego odpadem dennym
z kota uidalnego.
Badania i wyniki
Przedmiotem bada byy cztery uboczne produkty spalania z elektrowni spalajcej ten sam rodzaj wgla kamiennego
w dwóch systemach tzn.:
– popió lotny i uel paleniskowy – z konwencjonalnego
kota pyowego
– popió uidalny i odpad denny – z kota uidalnego.
W celu porównania wpywu tych UPS na waciwoci
masy ceramicznej i wypalonego tworzywa wprowadzano kady z nich do surowca ilastego jako dodatek technologiczny
(w iloci 20% m/m). Za mas odniesienia przyjto tradycyjn
mas w technologii ceramiki budowlanej czyli i mody
kowany 20%-wym dodatkiem piasku kwarcowego. W pozo-
191
E. BRYLSKA
Tab. 1. Charakterystyka surowca ilastego
staych masach piasek ten
zastpowano (w caoci
Skad chemiczny [%]
lub w poowie) kadym
56,3
SiO2
z badanych odpadów ener21,1
Al2O3
getycznych.
Fe2O3
7,3
Jako surowiec ilasty
zastosowano
i jurajski liaNa2O
1,0
sowy
uywany
w praktyce
K2 O
2,0
do produkcji ceramiki buCaO
0,5
dowlanej. Jest to surowiec
MgO
2,5
plastyczny, illitowo-kaoliniSO3
0,06
towy, o szerokim interwale
spiekania nie przekraczaStrata praenia
9,2
jcym 1140oC, nie zawieraSkad ziarnowy [%]
jcy szkodliwych wglanów
<0,06mm
88
i siarczanów (charaktery0,06-0,12 mm
7
styczne parametry przedInterwa spiekania
840oC÷ 1140oC
stawia Tabela 1).
Oznaczone waciwoci
zykochemiczne badanych UPS (zestawione w Tabeli 2 i na
Rys. 1) oraz wyniki analiz termicznych (przedstawione na
Rys. 2) wskazay na znaczce zrónicowanie produktów
obydwu systemów spalania wgla. Przebieg krzywych DTA
i TG oraz bardzo wysoka zawarto SO3 i CaO w skadzie
chemicznym popiou fluidalnego, a zwaszcza odpadu
dennego (SO3 >12% a CaO >18%) wiadcz o obecnoci
w UPS z kota uidalnego produktów procesu odsiarczania
(anhydrytu, CaO, CaCO3). Obydwa popioy
Tab. 2. Charakterystyka badanych ubocznych produktów spalania wgla kamiennego
s drobnoziarniste o zblionym skadzie
granulometrycznym, natomiast uel paPOPIÓ
POPIÓ
UEL
ODPAD
Waciwo
leniskowy jest bardziej gruboziarnisty ni
LOTNY
FLUIDALNY PALENISKOWY
DENNY
odpad denny.
skad chemiczny
W celu sprawdzenia wpywu badanych
skadniki
udzia [% m/m]
popioów na zachowania si mas podczas wypalania, przeprowadzono badania
SiO2
46,94
37,08
55,54
42,09
w dylatometrze mas zawierajcych 20%m/m
Al2O3 +TiO2
22,92
21,05
17,98
15,91
piasku lub popiou. Zarejestrowany (Rys. 3)
Fe2O3
8,50
8,64
11,80
3,17
przebieg zmian liniowych próbek zachoNa2O
1,61
1,95
1,00
0,75
dzcych podczas ich ogrzewania do temK2 O
2,05
1,85
1,85
1,64
peratury 1000oC, a nastpnie studzenia,
pozwoli stwierdzi, e zastpienie w masie
CaO
5,52
12,31
3,14
18,51
piasku kwarcowego popioami zintensy
MgO
2,42
2,21
1,85
1,90
kowao spiekanie, spowodowao znaczne
SO3
1,24
7,30
0,24
12,46
zwikszenie skurczu liniowego (z L =
strata praenia
1,7% masy z piaskiem do L = 5,4% lub
8,00
6,98
6,52
3,38
w 1000oC
5,6% mas z popioami, przy czym warto
skad granulometryczny
wysza charakteryzuje mas z popioem
frakcja [mm]
udzia [% m/m]
uidalnym).
Przeznaczone do bada technolo>2
26,1
8,3
gicznych
mieszanki surowcowe (Tabela
1,02 ÷ 2,0
11,2
6,3
3) zestawiano z iu rozdrobnionego do
0,49 ÷ 1,02
16,3
9,6
uziarnienia <2 mm i dodatków techno0,25 ÷ 0,49
2,6
0,1
18,3
16,8
logicznych o uziarnieniu <1 mm (uel
0,12 ÷ 0,25
7,7
0,5
17,5
27,1
paleniskowy i odpad denny poddano
0,06 ÷ 0,12
19,2
30,0
9,3
24,3
wczeniej odpowiedniemu rozdrobnieniu). Z tak sporzdzonych mieszanek
< 0,06
70,5
69,4
1,3
7,6
surowcowych formowano metod plagsto objtociowa
1,82
1,60
1.83
2.45
styczn ksztatki laboratoryjne, które po
[g/cm3]
wysuszeniu, wypalono w temperaturze
1000oC (przy szybkoci wzrostu temperatury 100oC/godz.). Dla otrzymanych w ten
192
MATERIA£Y CERAMICZNE, 60, 4, (2008)
BADANIE PRZYDATNOCI POPIOÓW Z NOWYCH SYSTEMÓW SPALANIA WGLA DLA...
sposób ksztatek ceramicznych oznaczono
podstawowe parametry techniczne: skurczliwo wypalania i cakowit, porowato
otwart i nasikliwo (metod moczenia),
wytrzymao mechaniczn oraz obecno
szkodliwych zawartoci siarczanów rozpuszczalnych w wodzie i ziaren tlenku wapnia.
Nie pojawienie si uszkodze (odprysków)
na wypalonych ksztatkach po poddaniu
ich oddziaywaniu pary wodnej wiadczy
o braku ziaren aktywnego CaO mogcych
destrukcyjnie oddziaywa na tworzywo ceramiczne. W tabeli 3 zestawiono waciwoci Rys. 1. Skad granulometryczny badanych ubocznych produktów spalania wgla kaotrzymanych tworzyw oraz podano progno- miennego
Rys. 2. Krzywe termicznej analizy rónicowej (DTA) i termograwimetrii (TG) badanych ubocznych produktów spalania wgla kamiennego
zowane klasy wyrobu prawdopodobne
do uzyskania w praktyce przemysowej
z badanych mieszanek surowcowych.
Dla zobrazowania wpywu zastpienia w tradycyjnej masie ceramicznej
piasku kwarcowego kadym z przedmiotowych UPS na waciwoci tworzywa,
zamieszczono w tabeli 4 wielkoci zmian
poszczególnych parametrów, liczone
wzgldem tworzywa wypalonego z masy
z 20%-wym udziaem piasku.
Podsumowanie
Analiza uzyskanych wyników bada Rys. 3. Krzywe dylatometryczne mas z udziaem 20% : piasku (krzywa CP); popiou lotnego
(krzywa 1) ; popiou uidalnego (krzywa 7)
pozwolia na sformuowanie nastpujcych wniosków:
3. Wysoka zawarto siarczanów w badanych UPS z kota
1. Zastpienie w mieszance surowcowej piasku przez badauidalnego:
ne UPS zintensy
kowao proces spiekania (skurczliwo
– wyklucza stosowanie ich do produkcji ceramicznych
wypalania wzrosa o ok. 70÷200%).
wyrobów elewacyjnych,
2. Zastpienie popiou lotnego popioem uidalnym nie
–
pozwala na wykorzystanie jedynie popiou uidalneobniyo klasy wytrzymaoci tworzywa.
go jako dodatku technologicznego w produkcji wy-
MATERIA£Y CERAMICZNE, 60, 4, (2008)
193
E. BRYLSKA
Tab. 3. Waciwoci tworzyw wypalonych z mas z udziaem badanych ubocznych produktów spalania wgla kamiennego
Symbol masy
CP
1
2
3
4
5
6
10
10
10
7
udzia dodatku technologicznego w masie [% m/m]
Piasek kwarcowy
20
Popió lotny
10
20
uel paleniskowy
10
20
10
Popió uidalny
10
Odpad denny
20
10
Waciwoci wypalonych tworzyw
Skurczliwo wypalania [%]
1,9
5,8
3,3
3,5
2,5
4,5
4,0
6,0
Skurczliwo cakowita [%]
9,5
13,1
11,3
11,0
10,1
11,5
11,5
12,8
Nasikliwo [%]
10,3
7,8
9,5
9,1
10,8
8,1
7,8
8,4
Porowato wzgldna [%]
20,8
15,4
18,3
18,0
20,9
16,7
16,4
17,0
Gsto pozorna [g/cm3]
2,02
1,97
1,91
1,98
1,93
2,07
2,11
2,03
Wytrzymao na zginanie [MPa]
9,0
17,8
13,6
14,5
11,1
13,3
13,0
18,8
Wytrzymao na ciskanie Rc [MPa]
Rc ·0,7 [MPa]
35,5
24,9
31,6
22,1
27,5
19,3
33,1
23,2
33,6
23,5
37,3
26,1
38,2
26,7
32,8
23,0
Potencjalna klasa wyrobów
25
20
20
20
20
25
25
20
Wykwity soli rozpuszczalnych */
-
+
-
-
-
-
-
++
Odpryski
-
-
-
-
-
-
-
-
*/ - brak szkodliwych wykwitów; + ladowe iloci wykwitów; ++ wykwity obecne w iloci szkodliwej
cznie ceramicznych Tab. 4. Wielkoci zmian parametrów tworzywa spowodowanych zastpieniem w masie piasku przez
elementów murowych badane uboczne produkty spalania wgla kamiennego
przeznaczonych do
Symbol masy
1
2
3
4
5
6
7
murów zabezpieczoudzia dodatku technologicznego w masie [% m/m]
nych przed kontaktem
Piasek
kwarcowy
10
10
10
10
z wilgoci.
Reasumujc naley podPopió lotny
20
10
kreli, e ocenianie moliwouel paleniskowy
20
10
ci zastosowania jako dodatku
Popió uidalny
10
20
technologicznego w produkcji
Odpad denny
10
ceramiki budowlanej uboczWielko
zmian
waciwoci
wypalonych
tworzyw
x
[%]
nych produktów spalania wgla kamiennego w kotle ui Sw
+205
+73
+84
+32
+137
+111
+216
dalnym, musi by dokonywane
N
-24
-8
-12
+5
-21
-24
-18
indywidualnie dla konkretnego
P
-26
-12
-13
+0,5
-20
-21
-18
UPS i mody
kowanego nim
Rz
+98
+51
+61
+23
+48
+44
+109
surowca ilastego.
Rc
-11
-23
-7
-5
+5
+8
-8
Wprowadzanie przez
krajow energetyk zmiany Sw – skurczliwo wypalania; N – nasikliwo; P – porowato wzgldna; Rz – wytrzymao na
systemu spalania wgla ka- zginanie; Rc – wytrzymao na ciskanie
miennego w istotny sposób
zmniejszy baz surowcow dla przemysu ceramiki budowLiteratura
lanej – ograniczy ilo przydatnych popioów i uli, wyko[1] Brylska E., Gawlicki M.: Ceramika Budowlana, 1 (2005) 10rzystywanych dotychczas w tej technologii jako substytut
15.
surowców naturalnych.
Prac realizowano w ramach dziaalnoci statutowej AGH
nr 11.11.160.451.
[2] Brylska E., Dyczek J., Gawlicki M.,: Roszczynialski W.: Karbo,
3 (2002).
[3] Gawlicki M., Roszczynialski W.: Ceramics, 80 (2003) 681686.
[4] Nowak W.: Gospodarka Paliwami i Energi, 7 (1996).
i
194
MATERIA£Y CERAMICZNE, 60, 4, (2008)