В настоящей работе характеризуется и оценивается химический и минералогический состав золы, собранной на установке WtE (Waste-to-Energy). Образцы золы отбираются вертикально снизу вверх по правой боковой стенке первичной камеры сгорания. Собранные образцы золы включают золошлаки, образующиеся вблизи решетки, и золошлаковые отложения, образующиеся на стенке котла. Пробы золы анализируются рентгеновским флуоресцентным спектрометром и сканирующей электронной микроскопией, оснащенной энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией (SEM-EDX), с целью получения как объемного, так и микрохимического состава.
Кроме того, минералогические фазы в образцах золы характеризуются методом рентгеновской порошковой дифракции (РПД). Отмечается, что образец шлака полностью расплавился в плотный клинкер, имеющий четкую структуру слоя по всей толщине. Анализ XRF и SEM-EDX на каждом слое показывает явные различия в химическом составе и ассоциации обнаруженных химических элементов.
XRD анализ отложений золы, собранных в различных местах, показал, что они содержат смеси солей, силикатов и оксидов, образующихся при сжигании ТБО. Однако концентрации некоторых элементов различны для отложений золы, отобранных из разных мест, что указывает на различия в разделении при транспортировке снизу вверх по первичной камере сгорания. Соответственно, следует рассмотреть надлежащие методы обработки и захоронения для отложений золы, собранных в различных местах на мусоросжигательной установке.
Сжигание является широко применяемой технологией удаления твердых бытовых отходов (ТБО), а также рекуперации энергии. ТБО обычно имеют высокую концентрацию золошлакообразующих элементов. В процессе сжигания эти золошлакообразующие элементы подвергаются сложным процессам трансформации и могут вызывать эксплуатационные проблемы, связанные с золошлакообразованием, главным образом, засорение и шлакование. Это снизит эффективность теплопередачи, нарушит процесс сжигания и приведет к внеплановым отключениям котла в экстремальных случаях.
Кроме того, химический состав золы как основного остатка, образующегося в процессе сжигания ТБО, имеет решающее значение для дальнейшей переработки, утилизации или окончательного захоронения. Поэтому важно получить подробные характеристики золы мусоросжигательных установок для сжигания ТБО, чтобы предотвратить связанные с золой эксплуатационные проблемы и правильно обработать золу.
Для изучения трансформации золы и образования отложений с помощью экспериментов и термодинамических средств расчета равновесия было проведено множество исследований. Вкратце, элементы высокой летучести, включая щелочные металлы, Cl, S, Zn и Pb, быстро выделяются из ТБО и легко образуют различные соединения и эвтектику, которые имеют низкие температуры плавления. Они будут транспортироваться дымовыми газами и конденсатом на поверхности теплообменных трубок в более холодных секциях котла. Это приводит к образованию первичного слоя отложений, который делает теплообменную трубку липкой.
В результате на этих поверхностях труб будут улавливаться частицы летучей золы, проходящие мимо, что приведет к увеличению отложений. Однако механизмы образования отложений и их свойства могут существенно различаться, так как они образуются в разных котлах и различных секциях котла.
В настоящей работе для анализа минералогического и химического состава золошлаковых отложений собирались вдоль направления потока дымовых газов. Результаты анализа коррелируют с макроскопическим внешним видом и микроструктурой/химией. На основе этих данных обсуждаются реакции превращения золы и механизмы образования отложений.
Два образца золоотвала и один образец шлака были отобраны на заводе WtE. Проведена оценка макроскопического внешнего вида и микроструктуры трех образцов. Результаты показывают, что по сравнению с отложениями золы №1, собранными в нижней части топки, отложения золы №2, собранные в верхней части топки, содержат больше мелких частиц и расплавленных фаз.
Химический и минералогический составы трех образцов были определены путем рентгеновского анализа. Зольное отложение №2 богато металлами Ca, S, Cl и щелочами, в то время как золоотложение №1 содержит в основном не летучие и менее летучие Si, Ca, Al и Fe. Различия в химическом составе двух образцов отложений в основном связаны с различными элементными превращениями, делением и химическими реакциями золошлакообразующих элементов в ТБО.
XRD анализы показывают, что золоотложение №1 содержит в основном акерманит и валластонит, а отложение №2 богато сульфатами. Анализ SEM-EDX хорошо согласуется с результатами рентгеновского анализа. Зольное отложение №2 образовалось в результате конденсации, агломерации и спекания сульфатов, богатых Ca, S, Cl и щелочных металлов.
Образование золоотвала №1 связано с накоплением и агрегацией достаточно крупных частиц, содержащих высокотемпературные материалы. Наконец, образец шлака, собранный вблизи решетки, имеет плотную и многослойную структуру, которая формируется за счет образования, накопления и плавления силикатов.