Endre søk
RefereraExporteraLink to record
Permanent link

Direct link
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annet format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annet språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Waste gypsum board and ash-related problems during combustion of biomass: 1. Fluidized bed
Umeå universitet, Teknisk-naturvetenskapliga fakulteten, Institutionen för tillämpad fysik och elektronik. (TEC-Lab)
Umeå universitet, Teknisk-naturvetenskapliga fakulteten, Institutionen för tillämpad fysik och elektronik. (TEC-Lab)
Umeå universitet, Teknisk-naturvetenskapliga fakulteten, Institutionen för tillämpad fysik och elektronik. (TEC-Lab)
Vise andre og tillknytning
2015 (engelsk)Inngår i: Energy & Fuels, ISSN 0887-0624, E-ISSN 1520-5029, Vol. 29, nr 2, s. 877-893Artikkel i tidsskrift (Fagfellevurdert) Published
Abstract [en]

This paper is the first in a series of two describing the use of waste gypsum boards as an additive during combustion of biomass. This paper focuses on experiments performed in a bench-scale bubbling fluidized-bed reactor (5 kW). Three biomass fuels were used, i.e., wheat straw (WS), reed canary grass (RC), and spruce bark (SB), with and without addition of shredded waste gypsum board (SWGB). The objective of this work was to determine the effect of SWGB addition on biomass ash transformation reactions during fluidized bed combustion. The combustion was carried out in a bed of quartz sand at 800 or 700 degrees C for 8 h. After the combustion stage, a controlled fluidizedbed agglomeration test was carried out to determine the defluidization temperature. During combustion experiments, outlet gas composition was continuously measured by means of Fourier transform infrared spectroscopy. At the same place in the flue gas channel, particulate matter was collected with a 13-stage Dekati low-pressure impactor. Bottom and cyclone fly ash samples were collected after the combustion tests. In addition, during the combustion tests a 6-h deposit sample was collected with an air-cooled (430 degrees C) probe. All ash samples were analyzed by means of scanning electron microscopy combined with energy dispersive X-ray spectrometry for elemental composition and with X-ray powder diffraction for the detection of crystalline phases. Decomposition of CaSO4 originating from SWGB was mainly observed during combustion of reed canary grass at 800 degrees C. The decomposition was observed as doubled SO2 emissions. No significant increase of SO2 during combustion of SB and WS was observed. However, the interaction of SWGB particles with WS and SB ash forming matter, mainly potassium containing compounds, led to the formation of K2Ca2(SO4)(3).

sted, utgiver, år, opplag, sider
American Chemical Society (ACS), 2015. Vol. 29, nr 2, s. 877-893
HSV kategori
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:umu:diva-101610DOI: 10.1021/ef5024753ISI: 000349943300049OAI: oai:DiVA.org:umu-101610DiVA, id: diva2:801798
Tilgjengelig fra: 2015-04-10 Laget: 2015-04-07 Sist oppdatert: 2019-11-15bibliografisk kontrollert
Inngår i avhandling
1. Application of fuel design to mitigate ash-related problemsduring combustion of biomass
Åpne denne publikasjonen i ny fane eller vindu >>Application of fuel design to mitigate ash-related problemsduring combustion of biomass
2019 (engelsk)Doktoravhandling, med artikler (Annet vitenskapelig)
Abstract [en]

The energy supply of today is, through the use of fossil energy carriers,contributing to increased net emissions of greenhouse gases. This hasseveral negative effects on our environment and our climate. In order toreduce the impact of this, and possibly to reverse some of the effects, allrenewable energy sources must be used. Biomass is the renewable energycarrier that has the greatest potential to reduce net greenhouse gasemissions, but the transition from fossil fuels to biofuels is challenging.The combustion of biomass is associated with various technical andenvironmental problems such as slagging, corrosion, and emissions ofparticles, soot, or harmful chemical compounds. Most of these problemsare linked to ash chemical reactions involving alkali metals. Therefore, toreduce the risk of operational and environmental problems, it is importantto understand and control the ash transformation reactions involvingalkali metals.The research presented in this thesis has focused on the development oftools, such as models and indices, for predicting the behaviour of variousbiofuels during combustion, and on the development of the concept of fueldesign and implementation of the same during industrial combustion ofbiomass. The development of easy-to-use tools for predicting problematicash behaviour is crucial in order to make it possible to increase the use ofbiomass as an alternative to fossil fuels. The tools presented here are basedon theoretical and empirical knowledge and can be used to predictchallenges concerning the fuel ash composition and to propose relevantfuel design measures.The purpose of fuel design, as used here, is to broaden the fuel feedstockand to increase the usability of biomass in the global energy system. Thisis achieved through measures to change the ash chemical composition inorder to enhance beneficial properties, or reduce problematic properties,via the use of additives or blending of two or more different fuels.The present thesis extends the foundation of knowledge regarding fuel ashtransformation reactions and their implications for operational problemsthrough in-depth laboratory studies and analyses. Furthermore, thefeasibility of applying this extended knowledge in the medium and largescaleindustrial combustion of biomass is demonstrated and validated. More specifically, a slagging index has been developed using the results ofseveral years of combustion experiments. Fuel designs based on the indexwas demonstrated during normal operation in local and district heatingplants. Furthermore, a model was developed for predicting slaggingproblems that take into account both the chemical composition of the fueland the burner technology.Several studies have also been performed on different fuel designs basedon the same foundation as the index and the model. Additives to supply forexample calcium and sulphur, as well as the clay kaolin, have been used toreduce both technical and environmental problems.The conclusion is that fuel design, based on ash chemistry, is a possiblepath for increased fuel flexibility and a broader feedstock for bioenergy.

Abstract [sv]

Vår energianvändning bidrar idag genom användandet av fossilaenergibärare till ökade nettoutsläpp av växthusgaser. Detta medför olikaeffekter på vår miljö och vårt klimat. För att minska påverkan, ocheventuellt reversera vissa av effekterna, måste alla förnybara energikälloranvändas. Biomassa är den förnybara energibäraren som har den störstapotentialen att minska nettoutsläppen av växthusgaser, men övergångenfrån fossila bränslen till biobränslen kan vara utmanande.Förbränning av biomassa är förknippad med olika tekniska ochmiljömässiga problem såsom slaggning, korrosion och utsläpp av partiklar,sot eller skadliga kemiska föreningar. De flesta av dessa problem ärkopplade till askkemiska reaktioner som involverar alkalimetaller. För attminska risken för drift- och miljöproblem är det därför viktigt att förståoch kontrollera de asktransformationer som involverar just alkalimetaller.Forskningen som presenteras i denna avhandling har fokuserat påutveckling av verktyg, såsom modeller och index, för att förutsägabeteendet hos olika biobränslen under förbränning, samt på utveckling avkonceptet bränsledesign och implementering av detsamma vid industriellförbränning av biomassa. Utvecklingen av lättanvända verktyg för attförutsäga problematiska askbeteenden är avgörande för att det ska varamöjligt att öka användningen av biomassa som ett alternativ till fossilabränslen. Verktygen som presenteras här är baserade på teoretisk ochempirisk kunskap och kan användas för att förutsäga utmaningarangående bränsleaskans sammansättning och beteende, samt för attföreslå relevanta bränsledesignåtgärder.Syftet med bränsledesign, som det används här, är att bredda råvarubasenför biobränslen samt att öka användbarheten för biomassa i det globalaenergisystemet. Detta uppnås genom åtgärder för att förändra askanskemiska sammansättning, så att gynnsamma egenskaper förstärks ellerproblematiska egenskaper reduceras. Detta möjliggörs genom exempelvisanvändning av additiv eller samförbränning av två eller flera olikabränslen.Den här avhandlingen utvidgar kunskapsbasen för asktransformationerhos biomassa och deras konsekvenser i form av driftproblem genomdjupgående laboratoriestudier och analyser. Dessutom demonstreras och valideras bränsledesign under industriell förbränning av biomassa imedelstor och fullstor skala.Mer specifikt har ett slaggindex utvecklats med hjälp av resultaten frånflera års förbränningsförsök. Bränsledesigner baserade på detta index hardemonstrerats under normal drift i när- och fjärrvärmeanläggningar.Dessutom utvecklades med hjälp av multivariata statistiska metoder enmodell för att förutse slaggningsproblem som tar i beaktande bådebränslets kemiska sammansättning och brännartekniken.Flera delstudier har även genomförts på olika bränsledesigner baserade påsamma grund som indexet och modellen. Sameldning av olika bränslenoch additiv för att tillföra till exempel kalcium och svavel, samtlermaterialet kaolin, har använts för att minska såväl tekniska sommiljömässiga problem.Slutsatsen är att bränsledesign, baserat på askkemiska grunder, är enmöjlig väg för ökad bränsleflexibilitet och breddad råvarubas förbiobränslen.

sted, utgiver, år, opplag, sider
Umeå: Umeå University, 2019. s. 48
Emneord
Thermochemical energy conversion, biomass, combustion, ash chemistry, fuel design, ash transformation reactions, renewable energy
HSV kategori
Identifikatorer
urn:nbn:se:umu:diva-165225 (URN)978-91-7855-143-9 (ISBN)
Disputas
2019-12-11, N460, 09:00 (engelsk)
Opponent
Veileder
Tilgjengelig fra: 2019-11-20 Laget: 2019-11-15 Sist oppdatert: 2019-11-19bibliografisk kontrollert

Open Access i DiVA

Fulltekst mangler i DiVA

Andre lenker

Forlagets fulltekst

Søk i DiVA

Av forfatter/redaktør
Piotrowska, PatrycjaRebbling, AndersBackman, RainerBoström, Dan
Av organisasjonen
I samme tidsskrift
Energy & Fuels

Søk utenfor DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetric

doi
urn-nbn
Totalt: 1351 treff
RefereraExporteraLink to record
Permanent link

Direct link
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annet format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annet språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf