Etap pierwszy

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.