Fly ash from coal combustion : characterization

Aleksandra Stoch

Key information

Authors:

Aleksandra Stoch (Aleksandra Stoch)

Supervisors:

Maria de Fátima Grilo da Costa Montemor (Maria de Fátima Grilo da Costa Montemor); Konrad Świerczek

Published in

02/20/2015

Abstract

A combustão é um processo industrial muito bem conhecido, que é utilizado em centrais de produção de energia e instalações de cogeração, visando a produção de electricidade e também de calor. Durante a combustão do carvão são produzidos vários subprodutos de entre os quais se destacam as cinzas volantes. As cinzas volantes (FA), são partículas finas que são consideradas como poluentes, constitutindo um problema ambiental. As cinzas volantes produzidas em centrais termoelétricas são capturados por precipitadores eletrostáticos (ESPs). É bem conhecido que a composição e as propriedades das, cinzas volantes dependem da origem do combustível processado também de parâmetros inerentes ao processo de combustão. É da maior relevância conhecer em detalhe as propriedades e a composição das cinzas volantes com vista a potenciar a sua utilização em aplicações diversas. O Objectivo final é que este subprodutopossa ser consumido de forma sustentável. Assim, o objetivo deste trabalho consiste na caracterização detalhada das cinzas. Para o efeito utilizouse a microscopia eletrónica de varrimento (SEM) de modo a conhecer a morfologia, análise química elementar (EDX) e ainda a difração de raios-X (DRX) com vista à deteção de fases cristalinas. Para o efeito as cinzas volantes foram divididas em cinco fracções, com diâmetros caracteristicos correspondentes a: inferior a 63 microns, 63-100 microns, 100-200 microns, 200-320 microns e, acima de 320 microns. Esta separação visou encontrarcorrelações entre o tamanho de partículas e as s propriedades morfológicas, estruturais e composição elementar das cinzas volantes. As cinzas volantes foram também sujeitas a medidas para determinação do tamanho de partícula, utilizando o equipamento Malvern Mastersizer. Este equipamento permite quantificar as amostras em termos de percentagens de peso. Os resultados evidenciaram que a morfologia das diferentes frações era bastante distinta. Por outro lado verificou-se também que a composição elementar das fracções individuais também era bastante sensível ao tamanho de partícula. Alguns elementos, como P, Mg, S, Fe, Cu evidenciaram tendências dependentes do tamanho de partícula. Combustion is a well-known process used in power plants and combined heat and power plants to obtain electricity and optionally also heat from the fuel. During combustion of coal, besides the desired electrical energy some byproducts are also produced. The most abundant byproduct of coal combustion is fly ash. Fly ashes (FA) are fine, grey particles or powders, which are considered environmental pollutants. FA particles from the power plants are captured via electrostatic precipitators (ESPs). Moreover fly ash properties depend upon the origin of the fuel and parameters used during the combustion process. Therefore it is crucial to details the characteristics and properties of fly ash, prior to use fly ash particles in any application. Thus this MSc. Dissertation project aims at characterizing fly ash in terms of morphology using scanning electron microscopy (SEM), elemental composition using Energy dispersive X-ray analysis (EDX) and phase composition using X-ray diffraction (XRD). The fly ash samples were divided into five fractions with fly ash diameter sizes: under 63 µm, 63-100 µm, 100-200 µm, 200-320 µm and above 320 µm. This separation aimed finding a tendency between the size of fly ash particles and their morphological and structural properties, elemental composition and phase composition. Furthermore, fly ash particles were also submitted to size range measurements using a Malvern Mastersizer 2000 instrument, which provided detailed information about the amount of individual particles in weight percentage. The results indicate that the morphology of the different fractions shows significant differences. The elemental composition of the individual fractions depends on the particles size and it was observed that, some elements such as P, Mg, S, Fe, Cu were the ones, evidencing the more marked dependencies.