Wykorzystanie niejakościowych popiołów lotnych do produkcji materiałów

Najistotniejszym założeniem prowadzonych prac badawczych było dążenie do maksymalizacji zagospodarowania popiołu lotnego powstającego w jednostkach produkcyjnych Przedsiębiorcy.

Wykorzystując wyniki przeprowadzonej inwentaryzacji popiołów lotnych, zidentyfikowano możliwość rozwoju w obszarze poszukiwania nowych kierunków zagospodarowania popiołów lotnych krzemionkowych o podwyższonej zawartości LOI oraz amoniaku.

Zaproponowano innowacyjną koncepcję technologii wytwarzania materiałów funkcjonalizowanych – zeolitów, zakładającą:

 wykorzystanie niejakościowych popiołów lotnych (wysoka zawartość TOC oraz amoniaku),

 zastosowanie, ścieków oczyszczonych z instalacji odsiarczania spalin metodą mokrą wapienno-gipsową, jako medium do procesu zeolityzacji,

 zastosowanie warunków syntezy o obniżonej podaży energii względem opatentowanych rozwiązań komercyjnych, umożliwiających wytwarzanie zeolitów w warunkach jednostek produkcyjnych,

 wykorzystanie powstających materiałów do doczyszczania ścieków oczyszczonych z IMOS z problematycznych składników.

Przeprowadzono dwu etapowe testy laboratoryjne wytwarzania materiałów funkcjonalizowanych – zeolitów. Wykorzystano w nich dwie próbki niejakościowego popiołu lotnego, pobrane ze zbiorników retencyjnych JP1 (etap 1 – PL1) oraz JP4 (etap 2 – PL2). Dla każdego z etapów zastosowano próbki popiołu różniące się pochodzeniem, a co za tym idzie parametrami fizykochemicznymi. Zabieg ten miał umożliwić ocenę potencjału zastosowania proponowanej koncepcji zagospodarowania popiołu niejakościowego w różnych jednostkach produkcyjnych, charakteryzujących się zróżnicowaną jakością wytwarzanego popiołu. W eksperymentach syntezy, użyto surowe próbki popiołów lotnych, z których nie usuwano części lotnych, jak również nie poddawano ich obróbce mechanicznej poprzez np. mielenie.

W syntezie materiałów zeolitowych, zgodnie z zaproponowaną koncepcją, wykorzystano również ścieki oczyszczone z instalacji IMOS. Dla surowych próbek popiołu lotnego wykonano analizy na zawartość LOI (N4) oraz amoniaku (N6), oraz XRD, XRF i SEM.

W pierwszym etapie testów zeolityzacji wykonano cztery partie eksperymentów. W każdej partii, 65 g surowego popiołu PL1 zmieszano z 1) wodą destylowaną (DW), 2) ściekiem oczyszczonym po IMOS (WW), 3) 3 M roztworem wodorotlenku sodu (NaOH) w wodzie destylowanej (NaOH(DW)) oraz 4) 3 M roztworem NaOH w ściekach oczyszczonych po IMOS (NaOH(WW)) (Fig. 18).

Fig. 18. Schemat pierwszego etapu eksperymentu zeolityzacji.

W trakcie syntezy, próbki były mieszane na mieszadle magnetycznymi przez dwadzieścia cztery godziny, a następnie umieszczono je w butelkach wykonanych z polipropylenu. Wszystkie eksperymenty przeprowadzono w temperaturze pokojowej (średnia 24°C), poza pierwszą godziną ich trwania. W tym czasie, w związku z efektem egzotermicznym reakcji rozpuszczania wodorotlenku sodu, temperatura w reaktorze podniesiona była do około 60°C. Próbki materiału stałego pobierane były po 1, 3, 7, 14, 21, i 28 dniu, a później w losowo, w wybrane dni, aż do 31 tygodnia trwania eksperymentu syntezy. Dla pobranych próbek stałych wykonano analizę XRD celem detekcji obecności fazy zeolitowej. Eksperymenty prowadzone w obecności wody destylowanej i ścieku oczyszczonego po IMOS prowadzono w celu weryfikacji czy surowy popiół lotny sam w sobie nie

reaguje z rozpuszczalnikiem z wytworzeniem faz zeolitowych (próby kontrolne). Do przygotowania roztworów stosowano odczynniki czystości analitycznej.

W drugim etapie testów laboratoryjnych eksperymenty przeprowadzono w dwóch rundach, na które składały się po cztery partie doświadczeń. W każdej z partii doświadczeń 20 g surowego popiołu lotnego PL2 zmieszano z 400 ml roztworu NaOH w wodzie destylowanej (NaOH(DW)), a następnie umieszczono na mieszadle magnetycznym na 24 godziny. W pierwszej rundzie zastosowano 3 M roztwór NaOH. Jego mieszaniny z popiołem, podgrzewane były do 60°C przez różny okres czasu: 1) brak podgrzewania, 2) 1 godzina, 3) 12 godzin oraz 4) 24 godziny (Fig. 19).

Fig. 19. Schemat drugiego etapu eksperymentu zeolityzacji.

Zastosowana w eksperymencie (etap 2) temperatura wynikała z doświadczeń pierwszego etapu testów laboratoryjnych, jak również może być osiągana w ekonomiczny sposób na terenie jednostek produkcyjnych. W drugiej rundzie eksperymentu, po 20 g PL2 poddane zostało działaniu roztworu NaOH(DW) o różnym stężeniu wynoszącym: 1) 3 M, 2) 4 M, 3) 5 M oraz 4) 6 M (Fig. 19). Roztwory reakcyjne nie były poddawane działaniu temperatury. Po zakończeniu fazy eksperymentu, w której następowało mieszanie roztworów (24 godziny), zostały one przelane do butelek wykonanych z polipropylenu. Dla obu rund, próbki wytworzonego materiału, pobierane były po 0.5, 1, 7, 14, oraz 28 dniach trwania syntezy.

W wyniku przeprowadzonych w pierwszym etapie syntez, pozyskano łącznie 48 próbek materiałów stałych. W drugim etapie testów laboratoryjnych pozyskano 40 próbek materiałów stałych. Zanalizowano je z wykorzystaniem metod XRD, XRF oraz SEM. Na podstawie uzyskanych wyników wytypowano jedną próbkę (SZ), dla której wykonano dodatkowe analizy. Próbka pochodziła z testu, który wytypowano jako prowadzony w najkorzystniejszych warunkach tzn. w którym uzyskano zadowalającą ilość fazy zeolitowej w materiale, przy minimalnym nakładzie energetycznym w proces syntezy. Wyznaczono dla niej pojemność CEC, BET, a także wykonano testy multisorpcji jonów Cd (II), Ni (II), NH4+, Se (VI). Analogiczne analizy wykonano dla materiałów porównawczych, jakimi były zeolit naturalny – klinoptilolit (Cp) oraz syntetyczny zeolit Na–P1 wytworzony metodą hydrotermalną. Klinoptilolit pochodził ze Słowackiego depozytu w Nižný Hrabovec (dostępny komercyjnie; ZeoCem, Košice, Slovenská), natomiast syntetyczny zeolit Na–P1 wytworzony został z popiołu lotnego krzemionkowego z zastosowaniem metody hydrotermalnej opisanej przez Franus (2012) oraz Wdowin et al. (2014). Parametry fizykochemiczne oraz właściwości sorpcyjne obu materiałów zostały szczegółowo opisane w literaturze. Cp scharakteryzowany został przez Wołowiec et al. (2017) natomiast Na–P1 przez Bandura et al. (1 – 2015) oraz Szala et al. (2015). Skład chemiczny użytych materiałów porównawczych przedstawiono w Tabeli 8. Przed eksperymentami, materiał pozyskany w testach oraz zeolity porównawcze, zostały wysuszone w temperaturze 100˚C, w celu usunięcia zaadsorbowanej wody, a następnie przechowywane były w eksykatorze.

Tab. 8. Skład chemiczny Cp oraz Na–P1.

SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3 LOI [%]

Cp 70,70 - 12,6 1,36 3,40 0,66 3,71 0,71 - 6,34

Na–P1 32,62 1,23 30,48 4,60 3,56 1,39 0,45 8,79 0,08 16,02

Wśród składników mineralnych w Cp dominuje klinoptilolit (około 84% wag.), ponadto występują skalenie, mullit oraz kwarc. Izoterma adsorpcji/desorpcji dla Cp, klasyfikowana jest jako izoterma II typu z pętlą histerezy H3. Wskazuje to na jednorodny rozkład mezoporów i obecność porów szczelinowych (IUPAC, 1985; Rouquerol et al., 1998). Rozkład wielkości ziaren w materiale Cp jest bimodalny. Maksima znajdują się przy średnicach wynoszących 30 oraz 300 µm, dla których udział wynosi odpowiednio 25% wag. oraz 21% wag (Wołowiec et al., 2017). Syntetyczny Na–P1, wykorzystany w prowadzonych badaniach, jest z kolei materiałem bogatym w fazę zeolitową Na–P1 (około 81% wag.) z dodatkiem kwarcu i mullitu. Izoterma adsorpcji/desorpcji uzyskana dla tego zeolitu, złożona jest z izoterm typu II i IV z pętlami histerezy typu H2/H3 (wg klasyfikacji IUPAC).

Wskazuje to na obecność porów szczelinowych o nieregularnym kształtach i rozmiarach lub porów

butelkowych oraz w kształcie kałamarza. Rozkład wielkości ziaren Na–P1 jest jednorodny z maksimum udziału przy średnicy 20 μm (Bandura et al., 1 – 2015; Muir et al., 2016).

Eksperymenty sorpcji jonów Cd(II), Ni(II), NH4+, Se(VI) zostały wykonane w duplikatach, dla wszystkich trzech sorbentów. Jony wybrane do eksperymentów multisorpcji wytypowano spośród składników ścieków z IMOS. Wybrano te składniki, które trudno usunąć ze ścieków z wykorzystaniem klasycznie stosowanych metod oczyszczania takich jak strącanie. Eksperymenty sorpcji prowadzone były w temperaturze pokojowej (22 ± 2°C), a stosunek masy sorbentu do ilości roztworu wynosił 0,25 g : 25 ml. Czas kontaktu roztwór-sorbent wynosił 24 h. Wykonano pomiar pH roztworów przed (pHin) oraz po (pHeq) testach sorpcji. Do przygotowania roztworów w testach sorpcji wykorzystano:

jako źródło jonów Cd(II) – 2,5 hydrat chlorku kadmu Cd(Cl)2∙2,5 H2O, dla jonów NH4+ – chlorek amonu NH4Cl, dla jonów Ni(II) – 6 hydrat azotanu niklu Ni(NO3)2∙6 H2O, a dla Se(VI) – selenian sodu Na2SeO4. Eksperymenty prowadzono z trzech roztworów, w każdym z nich znajdowały się jony Cd(II), Ni(II), NH4+ oraz Se(VI) w stężeniach równych odpowiednio:

 1 mg Cd(II)/L + 1 mg Ni(II)/L + 1 mg Se(VI)/L + 100 mg NH4+/L; pHin = 6;

 2 mg Cd(II)/L + 2 mg Ni(II)/L + 2 mg Se(VI)/L + 200 mg NH4+/L; pHin = 5,96;

 5 mg Cd(II)/L + 5 mg Ni(II)/L + 5 mg Se(VI)/L + 300 mg NH4+/L; pHin = 5,81.

Stężenie jonów Cd(II), Ni(II) w roztworze wyjściowym oraz próbkach po sorpcji zmierzono metodą ASA, natomiast stężenie jonów Se na podstawie analiz metodą ICP-OES. Stężenie jonów NH4+, przed i po sorpcji, oznaczono kolorymetryczną metodą Nesslera z detekcją spektrofotometrem UV-Vis.

Wielkość sorpcji (mg/kg) obliczono z wykorzystaniem wzoru W3:

(W3) Gdzie:

 C0 oznacza wyjściową koncentrację jonów Cd(II), Ni(II), Se(VI), lub NH4+ [mg/L] w roztworach,

 Ceq oznacza stężenie jonów Cd(II), Ni(II), Se(VI), lub NH4+ w roztworze [mg/L] po adsorpcji.

66 z 189 5 WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

5.1 Inwentaryzacja popiołów

5.1.1 Etap pierwszy

Analizę danych z pierwszego etapu inwentaryzacji rozpoczęto od zestawienia zmierzonych wartości miałkości i TOC. Figura 20 przedstawia dane dotyczące miałkości i TOC oznaczone dla próbek z poboru zrealizowanego w maju 2015 roku (schemat poboru – Fig. 9). Figura 21 przedstawia z kolei wyniki miałkości i TOC oznaczone dla próbek pochodzących z kampanii uzupełniającej (schemat poboru – Fig. 13) przeprowadzonej w październiku tego samego roku. Dodatkowe próbki pozyskano w celu weryfikacji poczynionych obserwacji oraz analizy zmienności parametrów miałkości oraz TOC w tej samej jednostce produkcyjnej, w dłuższym okresie. Dane przedstawiono osobno dla każdego z kotłów K2, K3, K4 oraz K2, K3, K7 i K8, jak również w rozróżnieniu na kolejne strefy elektrofiltru (S1 – kolor czerwony, S2 – kolor zielony, S3 – kolor pomarańczowy).

a) b)

c)

Fig. 20. Wartości TOC i miałkości dla próbek popiołu lotnego pobranych w INW1 w podziale na strefy EF a) kotła K2 b) kotła K3, c) kotła K4.

a) b)

c) d)

Fig. 21. Wartości TOC i miałkości dla próbek popiołu lotnego pobranych w INW 1 (kampania uzupełniająca) w podziale na strefy EF a) kotła K2 b) kotła K3, c) kotła K7, d) kotła K8.

Każdy z punktów na Figurach 20 – 21 reprezentuje parametry jednej próbki PL. Analizując dane zestawione na wykresach, wyraźnie widoczny jest znaczny rozrzut zmierzonych wartości TOC i miałkości w obrębie tej samej strefy. Dla próbek pobranych na przestrzeni 30 dni pierwszej partii poborów (Fig. 20), miałkość w pierwszej strefie elektrofiltru, wahała się w przedziale 20 – 80%, a TOC w przedziale 1 – 6,5%. Zmienność wartości rejestrowana była również w dalszych strefach EF.

Taki sam efekt, znacznych różnic parametrów jakościowych próbek PL pochodzących z tej samej strefy EF danego kotła, zaobserwowano na podstawie wyników pozyskanych w kampanii uzupełniającej (Fig. 21). Dla próbek PL pobranych z pierwszej strefy EF kotłów K2 i K3 na przestrzeni dwóch dni, zmierzona miałkość wahała się również w przedziale 20 – 80%, a TOC w przedziale 2 – 9%.

Zmiana jakości materiału odbieranego w obrębie danej strefy EF wybranego kotła nie jest zatem procesem długotrwałym, a zachodzi dynamicznie w krótkim okresie.

Dla danych zaprezentowanych na Figurach 20 – 21 wyznaczono średnie wartości ze zmierzonych miałkości i TOC. Figura 22 a) przedstawia średnią wartość za cały okres pierwszych poborów, obliczoną dla próbek popiołu pochodzących z kotłów K2, K3 oraz K4. Figura 22 b) przedstawia uśrednione wartości obliczone dla próbek popiołu pozyskanych w kampanii uzupełniającej z kotłów

68 z 189 K2, K3, K7 i K8. Wartości ujęto w podziale na kolejne strefy elektrofiltru (S1 – S3) z których pochodził materiał. Uśrednione wartości miałkości i TOC zebrano również w Tabeli 9.

a) b)

Fig. 22. Średnie wartości miałkości oraz TOC w kolejnych strefach EF kotłów K2, K3, K4, K7, K8.

Tab. 9. Średnie wartości miałkości oraz TOC w kolejnych strefach elektrofiltrów w INW 1.

Pobór Parametr Kocioł S1’ S2’ S3’

‘ w nawiasie informacja o klasie jakościowej zgodnie z normą N1.

W Tabeli 9, obok każdej z wartości średnich, wskazano w nawiasie klasę jakościową zgodnie z normą N1, do której zalicza się materiał o takich parametrach. Wskazana norma odnosi się do parametru LOI, tymczasem dla pobranych próbek PL zmierzono TOC. Przyporządkowanie do kategorii w zakresie zawartości części palnych jest w związku z tym orientacyjne. Zgodnie z danymi literaturowymi (Drożdż et al. 2013, Yeboah et al. 2014), ze względu na składniki jakie wpływają na obie wielkości szacuje się, że parametr LOI jest o kilka – kilkanaście procent wyższy niż TOC. Gwiazdką

(*) oznaczono materiał niespełniający wymagań normy N1 na zastosowanie popiołu lotnego w produkcji betonu. Wymagania normy N1 szczegółowo omówiono w Rozdziale 2.5.

Wśród danych zestawionych w Tabeli 9, wyraźnie odstają wartości miałkości zmierzone dla próbek pochodzących ze strefy trzeciej EF kotła K3, pobranych w kampanii uzupełniającej. Materiał ten odpowiada charakterystyce popiołów w pierwszej strefie EF. Wykonano weryfikację pracy elektrofiltrów w okresie poborów, nie stwierdzono usterek i zakłóceń pracy urządzenia. Przyczyn powyższej sytuacji uparuje się w czynniku ludzkim i błędzie popełnionym w trakcie pobierania i opisywania materiału.

Na podstawie uśrednionych danych zawartych na Figurze 22 oraz w Tabeli 9, wstępnie scharakteryzowano materiał odbierany w kolejnych strefach elektrofiltru:

 Popiół lotny z pierwszej strefy EF to materiał o miałkości około 40% (w zależności od kotła jest to popiół klasy N lub częściej pozaklasowy) oraz o zawartości TOC od 2 do 5% (popiół kategorii A). Spośród materiału z kolejnych stref EF jest to produkt o największej granulacji.

 Popiół lotny z drugiej strefy EF to materiał o średniej miałkości 12%. Dla próbek pochodzących z pierwszych poborów, średnia wartość miałkości klasyfikowała materiał z dwóch kotłów do klasy S. W kampanii uzupełniającej zarejestrowano jednak pogorszenie jakości materiału pod kątem miałkości. Średnia wartość miałkości dla wszystkich kotłów wynosiła powyżej 12%. Materiał z drugiej strefy EF charakteryzował się jednocześnie najwyższym TOC wynoszącym w zależności od kotła i okresu poboru od 2,8 do 6,8%.

W pierwszej partii poborów, TOC okazjonalnie nie spełniał warunków normy dla popiołu klasy A. Średnia wartość TOC dla PL w kampanii uzupełniającej, we wszystkich przypadkach klasyfikowała go natomiast jako materiał klasy B.

 Po pominięciu danych z kampanii uzupełniających zmierzonych dla PL z kotła K3 (ze względu na błąd popełniony przy poborze próbek – Tab. 9), popiół lotny z trzeciej strefy to średnio materiał o najniższej miałkości wynoszącej od 2,4 do 11,5% (popiół lotny klasy S) oraz TOC od 0,6 do 5,9% (popiół lotny klasy A z wyjątkiem kotła K8 w kampanii uzupełniającej).

Statystycznie dla większości kotłów, materiał pobrany z trzeciej strefy EF, charakteryzował się najniższą zawartością części palnych w porównaniu do pozostałych stref.

Uzyskana na podstawie uśrednionych wartości TOC i miałkości, ogólna charakterystyka materiału w kolejnych trzech strefach EF pokrywa się z dostępnymi danymi literaturowymi (Hycnar et al. 2017).

Wyjątek stanowi zaobserwowana podwyższona zawartość TOC w materiale pochodzącym z drugiej strefy EF.

70 z 189 Wyniki analiz miałkości oraz TOC wykonanych dla próbek PL pozyskanych w pierwszym poborze, uśredniono matematycznie (M), zgodnie z procedurą przedstawioną na Figurach 10 oraz 11.

Uzyskane wartości miałkości oraz TOC przedstawiono na Figurze 23. Zgodnie z analogiczną procedurą wykonano fizyczne uśrednianie próbek w laboratorium. Wartości TOC oraz miałkości zmierzone dla uśrednionych próbek (L) przedstawia Figura 24. Na obu wykresach, dane uszeregowano w zależności od miejsca pochodzenia próbki: ciągu (C), kotła (K) oraz strefy (S).

Fig. 23. Uśrednione matematycznie wartości TOC oraz miałkość z podziałem na ciągi, kotły i strefy.

Fig. 24. Wartości TOC oraz miałkość z podziałem na ciągi, kotły i strefy dla próbek uśrednionych laboratoryjnie.

Na podstawie danych zebranych na Figurach 23 i 24, zaobserwowano te same tendencje zmienności miałkości i TOC w zależności od opisywanej strefy EF. Zależności te są spójne z charakterystyką przedstawioną w ramach podsumowania danych zestawionych na Figurze 22 i w Tabeli 9. Uwagę zwraca jednak wyraźna dysproporcja pomiędzy wartościami miałkości uzyskanymi metodą matematyczną i w laboratorium. Zaobserwowane różnice, wynikają z zastosowania odmiennych metod pomiarowych parametru miałkości. Miałkość próbek do uśredniania matematycznego wyznaczona została zgodnie z normą branżową N3, tymczasem uśrednione laboratoryjnie próbki poddane zostały analizie granulometrycznej na mokro metodą dyfrakcji laserowej zgodnie z normą N5. Dla próbek tych, miałkość odczytano, po uzyskaniu pełnego rozkładu ziarnowego analizowanego materiału. Wartości wyznaczone metodą dyfrakcji laserowej, były wyższe o około 30% od wartości zmierzonych metodą przesiewania na mokro. Na podstawie uzyskanych wyników, analizę granulometryczną metodą dyfrakcji laserowej wykluczono jako podstawową metodę pomiaru miałkości popiołu lotnego w dalszych testach. Może ona stanowić analizę pomocniczą do obserwowania tendencji i zależności jednak nie powinna być stosowana do podawania bezwzględnej wartości miałkości badanej próbki PL. Ze względu na praktykę przemysłową, jako referencyjną wybrano metodę przesiewania na mokro.

W oparciu o wyniki analiz wykonanych dla materiału pozyskanego na drodze uśredniania w laboratorium (Fig. 10 – Fig. 11) zweryfikowano również dane literaturowe na temat różnicy pomiędzy wartościami TOC i LOI próbek popiołu lotnego. We wszystkich uśrednionych próbkach PL wykonano równoległe oznaczenie TOC i LOI. Zmierzone wartości przedstawiono na Figurze 22 a).

Dodatkowo, Figura 22 b) przedstawia informację na temat średnich ze zmierzonych wartości w kolejnych strefach EF.

a)

72 z 189 b)

Fig. 25. Porównanie wartości TOC oraz LOI w próbkach uśrednianych laboratoryjnie.

Wartość LOI była wyższa od TOC o 20 – 70%, w zależności od strefy EF z której pochodziła próbka.

Różnica pomiędzy obiema wartościami zwiększała się dla kolejnych stref EF i była najbardziej znacząca dla najdrobniejszego materiału trzeciej strefy.

Dla danych pozyskanych na drodze matematycznego uśredniania (Fig. 10 – Fig. 12) wartości TOC oraz miałkości zmierzonych dla próbek PL pobranych w obu kampaniach poborowych pierwszego etapu inwentaryzacji, wyznaczono średnie wartości obu parametrów PL z każdego z kotłów z osobna.

Uzyskane parametry zestawiono w Tabeli 10. Strzałkami (↑) oznaczono wartość dla której zauważono znaczącą zmianę pomiędzy kolejnymi poborami.

Tab. 10. Średnie miałkości i TOC dla kotłów K2, K3, K4.

Pobór Kocioł Miałkość [%] TOC [%]

Pierwszy

K2 32,83 2,39

K3 37,73 4,19

K4 35,60 4,63

Kampania uzupełniająca

K2 39,18 (↑) 4,77 (↑)

K3 40,68 (↑) 4,46 (↑)

K7 30,52 5,23

K8 31,17 4,12

↑ - oznaczenie wyników znacznie rozbieżnych dla poszczególnych poborów PL.

Średnie wartości obliczone dla próbek popiołu pobranych w pierwszych poborach (maj 2015) z kotłów K2 – K4 (Tab. 10) porównano z danymi odnośnie popiołu lotnego znajdującego się w tym

samym okresie w zbiornikach retencyjnych (Fig. 26). Dane te pozyskano z zakładowej kontroli produkcji (ZKP). ZKP wykonuje analizy próbek popiołu lotnego pochodzącego ze zbiornika retencyjnego popiołu klasy A, pobieranych bezpośrednio z cysterny w trakcie załadunku do transportu. Pomiar TOC wykonywano zgodnie z wymaganiami normy N2 natomiast miałkość mierzono zgodnie z normą N3. W zbiorniku retencyjnym znajduje się wymieszany materiał pochodzący ze wszystkich pracujących w danym okresie bloków. Uzyskano bardzo wysoką zgodność obliczonych wartości miałkości i LOI, względem rzeczywistego, średniego materiału (Fig. 26).

Potwierdza to poprawność przyjętych założeń metodologii uśredniania wyników.

Fig. 26. Porównanie wartości miałkości oraz TOC z INW 1 oraz ZKP.

5.1.2 Etap drugi

W drugim etapie inwentaryzacji popiołów lotnych wykonano analizę parametrów jakościowych próbek popiołu lotnego pobranych z JP4. Celem INW2 było uzupełnienie obserwacji poczynionych na podstawie wcześniejszych prac o dane na temat materiału powstającego w mniejszych kotłach, pracujących w systemie ciepłowniczym. Pobór próbek wykonano z kotła, w którym z węglem kamiennym współspalana była biomasa (K2).

Figura 27 przedstawia zestawienie wszystkich zmierzonych wartości miałkości i TOC dla próbek popiołu lotnego pobranych z kotła K2, w podziale na kolejne strefy elektrofiltru (S1 – punkty czerwone, S2 – punkty zielone, S3 – punkty pomarańczowe). Każdy punkt na wykresie odpowiada jednej próbce popiołu pobranej na przestrzeni 6 tygodni.

74 z 189 Fig. 27. Miałkość oraz TOC zmierzone dla próbek popiołu lotnego pobranych w INW 2 w podziale na strefy EF kotła K2.

W oparciu o wyniki, zaprezentowane na Figurze 27, również dla drugiego etapu inwentaryzacji, stwierdzić można znaczną zmienność parametrów jakościowych popiołu lotnego w okresie realizacji poborów. Wyraźne jest to zwłaszcza w przypadku materiału z pierwszej strefy EF, dla którego miałkość wahała się w zakresie 26 – 71%, a wartość TOC w zakresie 1,62 – 8,13%. Zmienność parametrów jakościowych zaobserwować można również w pozostałych strefach EF. W Tabeli 11 zestawiono minimalne, średnie, medianę oraz maksymalne zmierzone wartość miałkości i TOC.

Tab. 11. Zestawienie wartości minimalnych, maksymalnych, mediany oraz średnich miałkości i TOC popiołu lotnego w INW 2.

Miałkość [%] TOC [%]

S Min. Średnia Mediana Max. Min. Średnia Mediana Max.

S1 26,10 42,04 38,98 71,35 1,62 5,15 5,14 71,35

S2 2,09 10,03 6,84 50,15 1,46 4,58 4,20 8,41

S3 0,90 5,7 2,72 48,17 0,84 3,14 2,39 8,36

W oparciu o parametry TOC i miałkości zmierzone dla próbek PL pobranych w drugim etapie inwentaryzacji (Fig. 27) oraz obliczone średnie (Tab. 11), charakterystyka popiołu lotnego w kolejnych strefach EF przedstawia się następująco:

 Popiół lotny z pierwszej strefy EF to materiał o najwyższej miałkości, średnio oscylującej w okolicy 40% (popiół klasy N). W około 40% przypadków pobrane próbki wskazywały jednak

na materiał pozaklasowy. TOC wynosił średnio powyżej 5%, co odpowiada materiałowi kategorii B.

 Popiół lotny z drugiej strefy EF to materiał o średniej miałkości w okolicy 10% (popiół klasy S).

Nieodosobnione były jednak przypadki, gdy wartość zmierzonej miałkości znacznie przekraczała wymagania klasy S, osiągając nawet poziom ponad 40%. Wskazuje to na ryzyko okresowego odbioru materiału pozaklasowego w S2 EF. Średnia wartość TOC wynosiła 4,6%

i była niższa niż dla materiału pochodzącego ze strefy pierwszej. Stanowi to wyraźną różnicę względem obserwacji z pierwszego etapu inwentaryzacji.

 Popiół lotny z trzeciej strefy EF to średnio materiał o najniższej miałkości wynoszącej około 6%. Kilkukrotnie w analizowanym okresie, pobrano jednak próbkę o wartości powyżej 20%.

Średnia wartość TOC, wynosząca 3,14% pozwala na zakwalifikowanie tego materiału do kategorii A.

Przeanalizowano również dane na temat wartości miałkości oraz TOC, zmierzonych dla próbek popiołu lotnego uśrednionych laboratoryjnie, zgodnie ze schematem przedstawionym na Figurze 15.

Zebrano je na Figurze 28 oraz w Tabeli 12, dla kolejnych tygodni trwania testów (T1 – T6) w rozbiciu na strefy EF.

Fig. 28. Zestawienie wartości miałkości oraz TOC zmierzonych przez Laboratorium dla próbek uśrednionych.

W Tabeli 12, w nawiasie przy każdej z wartości, wskazano informację o klasie jakościowej popiołu do jakiej zaliczyć można materiał o zmierzonych parametrach. Podobnie jak w etapie pierwszym inwentaryzacji, określenie kategorii pod kątem zawartości niespalonych części węgla jest

76 z 189 orientacyjne, ponieważ wykonano je na podstawie parametru TOC. Wykrzyknikiem oznaczono wartości wskazujące na przekroczenie parametrów jakościowych względem wymagań normy N1.

Tab. 12. Zestawienie wartości miałkości oraz TOC zmierzonych przez Laboratorium dla próbek

Tab. 12. Zestawienie wartości miałkości oraz TOC zmierzonych przez Laboratorium dla próbek

W dokumencie Recykling ubocznych produktów spalania powstających w procesach spalania paliw stałych (Stron 61-0)