Effect of Dust Sintering on Fouling of Recovery Boiler Flue Gas Ducting
Kronqvist, Jacob (2021)
Kronqvist, Jacob
2021
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202101071252
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202101071252
Tiivistelmä
Recovery boilers today are 100 times the capacity of the original design. The fuel, black liquor, used in recovery boilers has also changed. To improve the efficiency of the boiler, the fuel contains less water. Increased boiler size in combination with increased dry solids in black liquor result in changed dust chemistry in the recovery boiler. Lately, a new type of fouling in boilers has been discovered. Fouling appears mainly in the electrostatic precipitator (EP). Dust is now easier to collect but more difficult to remove. The root cause for fouling has not been confirmed.
The objective of this work is to gain an improved understanding of recovery boiler dust behavior. To achieve this, dust morphology and properties are studied. Dust can sinter in the recovery boiler, making it difficult to remove. Sintering is temperature dependent, which is investigated in this work to evaluate if sintering could explain observations of dust accumulation problems in the EP, boiler generating bank (BGB) and economizer (ECO).
To investigate the dust sintering behavior, experiments were performed. Precipitator dust from three different boilers with different heat loads was pressed into pill-shaped samples. These samples were then placed in an oven. Once the time had been fulfilled, the samples were evacuated from the oven. To determine if sintering had occurred the samples were visually inspected and crushed. The strength needed to crush the samples correlates with the sintering degree.
The result from the dust-sintering experiment was that no sintering occurred at 250 °C and below. Further experiments showed that a temperature of 400 °C was needed for significant dust sintering to take place. Water vapor did not affect sintering of dust.
The reason for the new fouling behavior was not found. Two of the dusts contained extremely high amounts of carbonate, but no correlation between carbonate and sintering could be found. No sintering occurred at 250 °C and below suggesting that EP dust accumulation at these temperatures must be due to another phenomenon or process. The clearest difference in the dusts is in the appearance seen in the pictures taken by the scanning electron microscope (SEM). Dust from the boiler with the new dust behavior is more agglomerated than the other dusts. The crush test showed that the heat-treated pellets made from this dust were also stronger than the other heat-treated pellets. More work is needed to explain the difference in the appearance. ----------
Sodapannor har utvecklats sedan den första Tomlinson-sodapannan uppfanns. Kapaciteten på sodapannor idag är 100 gånger större jämfört med den första sodapannan. Bränslet i sodapannor, svartlut, har även förändrats. För att uppnå större effektivitet i sodapannan tar man bort så mycket vatten som möjligt ur svartlutet. Dessa förändringar leder till förändringar i askan och askans kemi. Nyligen har man noterat nedsmutsning på grund av aska i elektrostatiska utfällare (EP) och vattenvärmare (ECO) i sodapannor. Aska har blivit lättare att fånga upp men svårare att avlägsna.
Målet med arbetet är att uppnå bättre förståelse av askans nya beteende. För att uppnå detta undersöks askans morfologi och egenskaper. Aska kan sintra och orsaka problem i sodapannan. Sintring kan bland annat bero på temperatur, vilket undersöks med sintringstest.
Material som använts till detta arbete är aska från tre sodapannor. I sintringstesten pressades först torkad aska från de tre sodapannorna till piller. Pillren lades sedan i ugn i en viss temperatur och tid. När tiden uppnåtts togs pillren ut ur ugnen och graskades visuellt. Pillren krossades även för att se om de hade sintrats. Piller av sintrad aska visade sig vara svåra att krossa.
Resultatet visar är att ingen sintring sker vid en temperatur på 250 °C och lägre. Sintring sker dock vid en temperatur på 400 °C och 500 °C. Vattenånga ledde inte till sintring vid 250 °C och lägre temperaturer.
Orsaken till askans nya beteende hittades inte. Att sintring inte sker vid 250 °C och lägre temperaturer tyder på att det är något annat fenomen som orsakar nedsmutsning. Inga tydliga skillader som kan förklara nedsmutsningen hittades i askornas innehåll och smältbeteende. Mängden karbonat i två av askorna var väldigt hög, men eftersom en av pannorna har nedsmutsningsproblem men inte den andra, kan inga slutsatser dras. Den största skillnaden mellan askorna hittades i bilderna från svepelektronmikroskopet (SEM). Aska med det nya beteendet hade agglomererat mera än de andra askorna. Piller gjorda på denna aska krävde även högst tryck för att krossas. För att förklara skillanderna i SEM bilderna bör mera arbete göras. Att ta reda på var i sodapannan askan undergår agglomeration kan ge svar på askans utseende.
The objective of this work is to gain an improved understanding of recovery boiler dust behavior. To achieve this, dust morphology and properties are studied. Dust can sinter in the recovery boiler, making it difficult to remove. Sintering is temperature dependent, which is investigated in this work to evaluate if sintering could explain observations of dust accumulation problems in the EP, boiler generating bank (BGB) and economizer (ECO).
To investigate the dust sintering behavior, experiments were performed. Precipitator dust from three different boilers with different heat loads was pressed into pill-shaped samples. These samples were then placed in an oven. Once the time had been fulfilled, the samples were evacuated from the oven. To determine if sintering had occurred the samples were visually inspected and crushed. The strength needed to crush the samples correlates with the sintering degree.
The result from the dust-sintering experiment was that no sintering occurred at 250 °C and below. Further experiments showed that a temperature of 400 °C was needed for significant dust sintering to take place. Water vapor did not affect sintering of dust.
The reason for the new fouling behavior was not found. Two of the dusts contained extremely high amounts of carbonate, but no correlation between carbonate and sintering could be found. No sintering occurred at 250 °C and below suggesting that EP dust accumulation at these temperatures must be due to another phenomenon or process. The clearest difference in the dusts is in the appearance seen in the pictures taken by the scanning electron microscope (SEM). Dust from the boiler with the new dust behavior is more agglomerated than the other dusts. The crush test showed that the heat-treated pellets made from this dust were also stronger than the other heat-treated pellets. More work is needed to explain the difference in the appearance.
Sodapannor har utvecklats sedan den första Tomlinson-sodapannan uppfanns. Kapaciteten på sodapannor idag är 100 gånger större jämfört med den första sodapannan. Bränslet i sodapannor, svartlut, har även förändrats. För att uppnå större effektivitet i sodapannan tar man bort så mycket vatten som möjligt ur svartlutet. Dessa förändringar leder till förändringar i askan och askans kemi. Nyligen har man noterat nedsmutsning på grund av aska i elektrostatiska utfällare (EP) och vattenvärmare (ECO) i sodapannor. Aska har blivit lättare att fånga upp men svårare att avlägsna.
Målet med arbetet är att uppnå bättre förståelse av askans nya beteende. För att uppnå detta undersöks askans morfologi och egenskaper. Aska kan sintra och orsaka problem i sodapannan. Sintring kan bland annat bero på temperatur, vilket undersöks med sintringstest.
Material som använts till detta arbete är aska från tre sodapannor. I sintringstesten pressades först torkad aska från de tre sodapannorna till piller. Pillren lades sedan i ugn i en viss temperatur och tid. När tiden uppnåtts togs pillren ut ur ugnen och graskades visuellt. Pillren krossades även för att se om de hade sintrats. Piller av sintrad aska visade sig vara svåra att krossa.
Resultatet visar är att ingen sintring sker vid en temperatur på 250 °C och lägre. Sintring sker dock vid en temperatur på 400 °C och 500 °C. Vattenånga ledde inte till sintring vid 250 °C och lägre temperaturer.
Orsaken till askans nya beteende hittades inte. Att sintring inte sker vid 250 °C och lägre temperaturer tyder på att det är något annat fenomen som orsakar nedsmutsning. Inga tydliga skillader som kan förklara nedsmutsningen hittades i askornas innehåll och smältbeteende. Mängden karbonat i två av askorna var väldigt hög, men eftersom en av pannorna har nedsmutsningsproblem men inte den andra, kan inga slutsatser dras. Den största skillnaden mellan askorna hittades i bilderna från svepelektronmikroskopet (SEM). Aska med det nya beteendet hade agglomererat mera än de andra askorna. Piller gjorda på denna aska krävde även högst tryck för att krossas. För att förklara skillanderna i SEM bilderna bör mera arbete göras. Att ta reda på var i sodapannan askan undergår agglomeration kan ge svar på askans utseende.