The status of flue gas desulfurization applications in the United States : a technological assessment : highlights : [a staff report of the Bureau of Power /

Cover title

Economical flue gas desulfurization resulting in valuable fertilizer : supplemental condensation of report /

Supplemental condensation of the author's Valuable fertilizer products from high sulfur coal stack gas.

Estudos de absorção de CO2 com soluções aminadas

A absorção química de dióxido de carbono (CO2) através de soluções aquosas de aminas tem sido estudada nos últimos anos devido à preocupação ambiental face ao aquecimento global. Nestes estudos, foram tidos como principais objectivos a realização de ensaios preliminares de absorção e desabsorção de CO2 em soluções aquosas de aminas bem como a construção de uma instalação piloto para a mesma finalidade. Inicialmente, a nível laboratorial, procedeu-se à absorção de CO2 através de soluções aquosas de aminas. As aminas utilizadas nestes estudos foram a monoetanolamina (MEA), etilenodiamina (EDA), 1,6- hexanodiamina (HDA) e piperazina anidra (PZ). A absorção de CO2 através destas aminas foi realizada experimentalmente às condições normais de pressão e temperatura. A concentração das soluções aquosas foi de 20% em massa de cada amina. Foram também realizados estudos de regeneração das soluções aquosas de aminas saturadas de CO2 em banho de glicerina, para determinar as condições de regeneração. Para além disso, observou-se o estado físico das aminas no estado puro até saturação com CO2 para garantir a não ocorrência de danos a nível de entupimento numa posterior utilização na instalação piloto. Por fim, voltaram-se a repetir todos estes ensaios experimentais utilizando-se, em vez da água destilada, um solvente polar aprótico, dimetilsulfóxido (DMSO). Numa segunda fase destes estudos, a absorção de CO2 através de soluções aquosas de aminas foi investigada experimentalmente numa instalação piloto. O objectivo era utilizar nesta fase do estudo as mesmas aminas utilizadas nos ensaios preliminares mas uma vez que não se dispunha das quantidades necessárias de aminas e para a sua aquisição teria que se despender bastante tempo e dinheiro, utilizaram-se duas soluções aquosas de alcanolaminas. As alcanolaminas utilizadas no presente estudo foram a amina secundária dietanolamina (DEA) e a amina terciária N-metildietanolamina (MDEA), duas aminas amplamente utilizadas nas indústrias químicas e petroquímicas para a purificação dos gases de combustão. A absorção de CO2 através destas duas alcanolaminas foi realizada experimentalmente às condições normais de pressão e temperatura. As concentrações das soluções aquosas foram de (10, 20 e 30) % em massa de MDEA e de DEA. O processo de adição de cloreto de bário (BaCl2.2H2O) às alcanolaminas ajuda à formação de carbonato de bário, quando o CO2 passa através da solução de alcanolamina. A quantidade de carbonato de bário formado foi utilizado para determinar a solubilidade do CO2 (mol CO2/mol alcanolamina). O principal desafio na captura de CO2 dos gases de combustão é o de reduzir o consumo de energia necessária para a regeneração do solvente. Deste modo, foram também realizados estudos de regeneração das soluções de alcanolaminas saturadas, para determinar as condições de regeneração. Os resultados obtidos, a nível laboratorial, revelaram que uma amina secundária (PZ) e uma amina primária de cadeia longa (HDA) são mais favoráveis ao processo de absorção e regeneração de CO2. No entanto, e devido a essa mesma estrutura molecular, necessitam de maiores valores de temperaturas para desabsorver o CO2. Garantiu-se poder trabalhar com as quatro aminas no estado puro em estudos futuros, na instalação piloto, garantindo que não ocorrerão danos a nível de entupimento. Relativamente ao solvente utilizado concluiu-se que um solvente polar aprótico não é um solvente favorável para estes estudos. Os resultados obtidos, na instalação piloto, revelaram que a amina terciária, MDEA, consegue absorver maiores quantidades de CO2 do que a amina secundária, EDA, bem como é a mais fácil de regenerar com menor perda de capacidade de absorção do que a EDA.

A simple approach to numerical modelling of propane combustion in fluidized beds

A mathematical model is proposed for the evolution of temperature, chemical composition, and energy release in bubbles, clouds, and emulsion phase during combustion of gaseous premixtures of air and propane in a bubbling fluidized bed. The analysis begins as the bubbles are formed at the orifices of the distributor, until they explode inside the bed or emerge at the free surface of the bed. The model also considers the freeboard region of the fluidized bed until the propane is thoroughly burned. It is essentially built upon the quasi-global mechanism of Hautman et al. (1981) and the mass and heat transfer equations from the two-phase model of Davidson and Harrison (1963). The focus is not on a new modeling approach, but on combining the classical models of the kinetics and other diffusional aspects to obtain a better insight into the events occurring inside a fluidized bed reactor. Experimental data are obtained to validate the model by testing the combustion of commercial propane, in a laboratory-scale fluidized bed, using four sand particle sizes: 400–500, 315–400, 250–315, and 200–250 µm. The mole fractions of CO2, CO, and O2 in the flue gases and the temperature of the fluidized bed are measured and compared with the numerical results.

Evaluation of Fly Ash in Portland Cement Concrete Paving in Woodbury County, Iowa, HR-201, Construction Report, 1979

The earliest overall comprehensive work on the use of fly ash in concrete was reported by Davis and Associates of the University of California in 1937. Since that time there have been numerous applications of the use and varying proportions of fly ash in portland cement concrete mixes. Fly ash is a pozzolanic powdery by-product of the coal combustion process which is recovered from flue gases and is generally associated with electric power generating plants. Environmental regulations enacted in recent years have required that fly ash be removed from the flue gases to maintain clean air standards. This has resulted in an increased volume of high quality fly ash that is considered a waste product or a by-product that can be utilized in products such as portland cement concrete. There are several sources of the high quality fly ash located in Iowa currently producing a combined total of 281,000 tons of material annually. Due to recent cement shortages and the rapidly increasing highway construction costs, the Iowa Department of Transportation has become interested in utilizing fly ash in portland cement concrete paving mixes. A preliminary review of the Iowa Department of Transportation Materials Laboratory study indicates that a substitution of fly ash for portland cement, within limits, is ·not detrimental to the overall concrete quality. Also the use of fly ash in concrete would reduce the cement consumption as well as provide a potential cost savings in areas where high quality fly ash is available without excessive transportation costs. The previously expressed concerns have shown the need for a research project to develop our knowledge of fly ash replacement in the Iowa Department of Transportation portland cement concrete paving mixes.

Evaluation of Fly Ash in Portland Cement Concrete Paving in Woodbury County, Iowa, Final Report, HR-201, 1980

The earliest overall comprehensive work on the use of fly ash in concrete was reported by Davis and Associates of the University of California in 1937. Since that time, there have been numerous applications of the use and varying propertions of fly ash in portland cement concrete mixes. Fly ash is a pozzolanic powdery by-product of the coal combustion process which is recovered from flue gases and is, generally associated with electric power generating plants. Environmental regulations enacted in recent years have required that fly ash be removed from the flue gases to maintain clean air standards. This has resulted in an increased volume of high quality fly ash that is considered a waste product or a by-product that can be utilized in products such as portland cement concrete. There are several sources of the high quality fly ash located in Iowa currently producing a combined total of 281,000 tons of material annually.

Unification of Emission Measurements in Paper and Pulp Mills

Tässä diplomityössä tavoitteena on selvittää käytännöt ja menetelmät, joilla UPM-Kymmenen sellu-, paperi- ja vaneritehtaat ympäri maailman mittaavat ja laskevat ilmapäästönsä. Tämä tehdään kyselylomakkeella, joka lähetetään tehtaiden ympäristöpäälliköille. Kaikki tärkeimmät seikat ilmapäästöihin liittyen, kuten vaaditut jatkuvatoimiset mittaukset, jaksottaiset mittaukset, raportointikäytäntö, kalibrointi jne. kysytään lomakkeessa. Kyselylomakkeessa painotetaan mittauskäytäntöä sellutehtaissa sekä energiantuotannossa. Saatujen tulosten perusteella annetaan ehdotuksia sekä ohjeita tulevaisuutta varten, jotta mittaustulosten kokoaminen helpottuisi ja vertailukelpoisuus paranisi. Työn kirjallisuusosuudessa selvitetään yleisimmät päästölähteet sekä päästökomponentit paperi –ja selluteollisuudessa. Näiden ei toivottujen yhdisteiden syntymekanismit sekä menetelmät niiden poistamiseksi savukaasuista on myös lyhyesti kuvailtu. Myös erilaiset analysointi- ja näytteenottomenetelmät on kerrottu. Erot tehtaiden ympäristöluvissa käydään läpi, jakaen tehtaat kolmeen maantieteelliseen ryhmään. Lupakäytäntöjen osalta Suomen osuutta on painotettu, sillä UPM-Kymmene on varsin Suomikeskeinen yhtiö tehtaiden lukumääriin ja sijainteihin katsottuna. Viranomaismääräykset sekä päästörajat muutamista tehtaista on esitetty havainnollistaakseen alueellisia eroja.

Asiantuntijajärjestelmä kattilakonseptin valintaan

Polttoaine asettaa puitteet kattilasuunnittelulle. Kiertoleijukattilakonseptin valinta kytkeytyy kiinteästi mitoitusarvoihin ja polttoaineen ominaisuuksiin. Asiakkaan vaatimuk-set kattilalle asettavat lähtökohdan kattilasuunnittelulle. Suorituskyky, kustannukset ja luotettavuus ovat asiakaslähtöisiä tekijöitä, joiden painotukset vaikuttavat kattilakonseptin valintaan. Korkeat lämpötilat tulistimien alueella tekevät tulistinjärjestelystä vaikean ja määräävän osan kattilakonseptin valintaa. Konvektiotulistimien altistuminen kuumille savukaasuille tekee niistä herkkiä likaantumiselle ja korroosiolle. Mitoitusarvojen ja tulistimien rakenteen oikeanlaisella valinnalla voidaan näitä polttoaineperäisiä ongelmia ehkäistä. Lisäksi kiertoleijukattiloissa käytetyt tulipesän ulkopuoliset tulistimet soveltuvat konvektiotulistimia korkeammille lämpötiloille huonolaatuisillakin polttoaineilla. Tässä työssä rakennettu asiantuntijajärjestelmä valitsee alustavan kattilakonseptin mitoitusta varten käyttäjän antamien vähäisten lähtötietojen pohjalta.

Perspectives in the use of carbon dioxide

The mitigation of carbon dioxide is one of the scientific and technological challenges of the 2000s. Among the technologies that are under assessment, the recovery of carbon dioxide from power plants or industrial flue gases plays a strategic role. Recovered carbon dioxide can be either disposed in natural fields or used. The availability of large amounts of carbon dioxide may open new routes to its utilisation in biological, chemical and innovative technological processes. In this paper, the potential of carbon dioxide utilisation in the short-, medium-term is reviewed.

Hajupäästöjen tutkiminen Saint-Gobain Rakennustuotteet Oy:n Hyvinkään lasivillatehtaalla

Hajupäästöillä tarkoitetaan tavallisesti teollisen toiminnan aiheuttamia hajuaineiden päästöjä ympäristöön. Suomessa ympäristölainsäädäntö ei varsinaisesti kiellä hajuaineiden päästöjä mutta edellyttää kuitenkin, ettei niistä aiheudu merkittävää viihtyvyyshaittaa. Tässä työssä tutkittiin hajupäästöjä Saint-Gobain Rakennustuotteet Oy:n Hyvinkään lasivillatehtaalla. Tavoitteena työssä oli selvittää, mikä on tehtaan aiheuttamien päästöjen hajuvaikutus, ja mitä hajuyhdisteitä valmistusprosessissa muodostuu. Lisäksi työssä selvitettiin miten hajupäästöjä pystyttäisiin vähentämään. Työn kokeellisten tutkimusten aikana kerättiin tietoa hajun esiintymisestä valitulta tarkasteluajanjaksolta sekä mitattiin mm. tehtaan savukaasujen hajupitoisuutta ja koostumusta. Mittauksissa kaasunäytteiden hajupitoisuudeksi saatiin 170 HY/m3, joka kuvaa suhteellisen mietoa hajua. Näytteistä analysoidut haihtuvat orgaaniset yhdisteet olivat suurelta osin peräisin lasivillan valmistuksessa käytetystä sideaineesta, jota lisätään tuotteen joukkoon kuidutusvaiheessa. Ympäristöstä otetuista näytteistä ei kuitenkaan havaittu piipun yhdisteitä, mikä viittaisi siihen, että mittausjaksonaikana tehtaan päästöjen leviäminen ympäristöön on tapahtunut melko pieninä pitoisuuksina. Lisäksi on mahdollista, että ulkoilmassa yhdisteissä tapahtuu kemiallista muutuntaa ja hajontaa, jonka seurauksena yhdisteet muuttuvat. Tehtaan hajuhaitat vaikuttaisivat tutkimustulosten mukaan johtuvan savupainumaksi kutsutusta ilmiöstä. Savupainumaan vaikuttavat kaasun lämpömäärä sekä ympäristön olosuhteet ja topografia. Hajuhaittojen poistamiseksi olisi muodostuvia hajuyhdisteitä pystyttävä vähentämään 95-100 %.

Model-based study of a chemical-looping combustion process

Chemical-looping combustion (CLC) is a novel combustion technology with inherent separation of the greenhouse gas CO2. The technique typically employs a dual fluidized bed system where a metal oxide is used as a solid oxygen carrier that transfers the oxygen from combustion air to the fuel. The oxygen carrier is looping between the air reactor, where it is oxidized by the air, and the fuel reactor, where it is reduced by the fuel. Hence, air is not mixed with the fuel, and outgoing CO2 does not become diluted by the nitrogen, which gives a possibility to collect the CO2 from the flue gases after the water vapor is condensed. CLC is being proposed as a promising and energy efficient carbon capture technology, since it can achieve both an increase in power station efficiency simultaneously with low energy penalty from the carbon capture. The outcome of a comprehensive literature study concerning the current status of CLC development is presented in this thesis. Also, a steady state model of the CLC process, based on the conservation equations of mass and energy, was developed. The model was used to determine the process conditions and to calculate the reactor dimensions of a 100 MWth CLC system with bunsenite (NiO) as oxygen carrier and methane (CH4) as fuel. This study has been made in Oxygen Carriers and Their Industrial Applications research project (2008 – 2011), funded by the Tekes – Functional Material program. I would like to acknowledge Tekes and participating companies for funding and all project partners for good and comfortable cooperation.

Model based study of a calcium oxide looping process for post-combustion carbon dioxide capture

Calcium oxide looping is a carbon dioxide sequestration technique that utilizes the partially reversible reaction between limestone and carbon dioxide in two interconnected fluidised beds, carbonator and calciner. Flue gases from a combustor are fed into the carbonator where calcium oxide reacts with carbon dioxide within the gases at a temperature of 650 ºC. Calcium oxide is transformed into calcium carbonate which is circulated into the regenerative calciner, where calcium carbonate is returned into calcium oxide and a stream of pure carbon dioxide at a higher temperature of 950 ºC. Calcium oxide looping has proved to have a low impact on the overall process efficiency and would be easily retrofitted into existing power plants. This master’s thesis is done in participation to an EU funded project CaOling as a part of the Lappeenranta University of Technology deliverable, reactor modelling and scale-up tools. Thesis concentrates in creating the first model frame and finding the physically relevant phenomena governing the process.

Kuumailmapolttolaitteiston numeerinen virtausmallinnus

Tämä diplomityö perustuu Lappeenrannan teknillisen yliopiston Uusiutuvien energiajärjestelmien laboratorion koelaitteistoon, jolla tutkitaan voimakkaan savukaasunkierrätyksen ja kuumailmapolton soveltuvuutta pienen kokoluokan energiantuotantoprosesseihin. Työn teoriaosassa esitellään tavanomaisesta palamisesta eroavaa kuumailmapolttoa ja tarkastellaan sen ominaisuuksia. Myös työssä käytetyn tutkimusmenetelmän, numeerisen virtauslaskennan, periaatteita ja ominaisuuksia tarkastellaan. Työssä tutkitaan numeerisella virtausmallinnuksella kuumailmapolttolaitteiston virtauskentän käyttäytymistä, kun takaisin tulipesään kierrätettävän savukaasun määrä sekä tulipesän lämpöhäviöiden suuruus vaihtelevat. Virtauskentän tarkastelu on tärkeää, sillä palamisilman ja kierrätetyn savukaasun täytyy sekoittua kuumailmapolton aikaansaamiseksi. Työn virtausmallinnus suoritettiin Finflo-virtausratkaisijalla kaksiulotteisena palamisreaktioita mallintamatta. Vaikka työssä käytetyt mallit olivat kaksiulotteisia ja niissä käytettiin yksinkertaistuksia, virtausten käyttäytymisestä tulipesässä saatiin olennaista tietoa, jota voidaan mahdollisesti hyödyntää jatkotutkimuksissa.

Soodakattilan lentotuhkan uudentyyppisen analysaattorin arviointi

RBDA (Recovery Boiler Dust Analyzer) on soodakattilan savukaasujen hiukkasten määrää mittaava laite. Yksi laitteen mahdollisista sovelluskohteista on soodakattilan nuohouksen optimointi. Tämän työn tarkoituksena oli parantaa RBD-analysaattorin toimintaa ja erityisesti tutkia laitteen toimivuutta soodakattilan nuohouksen optimoinnis-sa. Soodakattilan nuohouksen optimoinnilla voidaan vähentää nuohoukseen kuluneen höyryn määrää ja näin saavuttaa taloudellisia säästöjä. RBD-analysaattorin toimivuutta testattiin toimivan soodakattilan avulla. Tutkimuksen tueksi testeissä käytetyn soodakattilan savukaasujen lämpötilat ja tuhkan tarttumisomi-naisuudet selvitettiin. Laitteen toimivuutta testattiin vertaamalla RBDA:n mittaustulosta standardin mukaiseen savukaasujen hiukkasmittausmenetelmään. Mittajärjestelmän soveltuvuutta soodakattilan nuohouksen optimointiin tutkittiin ajamalla nuohoimia käsin eri seisonta-aikojen jälkeen sekä mittaamalla soodakattilan normaalia nuohousjärjes-tystä. Mittausten perusteella todettiin, että RBDA havaitsee savukaasujen pölypitoisuuden ja sen muutokset luotettavasti. Nuohouksen optimointiin RBDA:n todettiin soveltuvan ny-kyisessä mallissaan vain vedenesilämmittimien osalta. Keittopinnan ja tulistimien nuo-hointen optimointiin ei saatu riittävän luotettavia mittaustuloksia. RBDA:n kehittäminen jatkotutkimuksilla todettiin mahdolliseksi.

Corrosion behaviour of boiler tube materials during combustion of fuels containing Zn and Pb

Många förbränningsanläggningar som bränner utmanande bränslen såsom restfraktioner och avfall råkar ut för problem med ökad korrosion på överhettare och/eller vattenväggar pga. komponenter i bränslena som är korrosiva. För att minimera problemen i avfallseldade pannor hålls ångparametrarna på en relativt låg nivå, vilket drastiskt minskar energiproduktionen. Beläggningarna i avfallseldade pannor består till största delen av element som är förknippade med högtemperaturkorrosion: Cl, S, alkalimetaller, främst K och Na, och tungmetaller som Pb och Zn, och det finns också indikationer av Br-förekomst. Det låga ångtrycket i avfallseldade pannor påverkar också stålrörens temperatur i pannväggarna i eldstaden. I dagens läge hålls temperaturen normalt vid 300-400 °C. Alkalikloridorsakad (KCl, NaCl) högtemperaturkorrosion har inte rapporterats vara relevant vid såpass låga temperaturer, men närvaro av Zn- och Pb-komponenter i beläggningarna har påvisats förorsaka ökad korrosion redan vid 300-400 °C. Vid förbränning kan Zn och Pb reagera med S och Cl och bilda klorider och sulfater i rökgaserna. Dessa tungmetallföreningar är speciellt problematiska pga. de bildar lågsmältande saltblandningar. Dessa lågsmältande gasformiga eller fasta föreningar följer rökgasen och kan sedan fastna eller kondensera på kallare ytor på pannväggar eller överhettare för att sedan bilda aggressiva beläggningar. Tungmetallrika (Pb, Zn) klorider och sulfater ökar risken för korrosion, och effekten förstärks ytterligare vid närvaro av smälta. Motivet med den här studien var att få en bättre insikt i högtemperaturkorrosion förorsakad av Zn och Pb, samt att undersöka och prediktera beteendet och motståndskraften hos några stålkvaliteter som används i överhettare och pannväggar i tungmetallrika förhållanden och höga materialtemperaturer. Omfattande laboratorie-, småskale- och fullskaletest utfördes. Resultaten kan direkt utnyttjas i praktiska applikationer, t.ex. vid materialval, eller vid utveckling av korrosionsmotverkande verktyg för att hitta initierande faktorer och förstå deras effekt på högtemperaturkorrosion.