Determination of Surface Topography and Composition of Cr-Free Pretreatment Layers on Hot Dip Galvanized Steel

Topography and composition of Cr-free, titanium-based pretreatment layers on hot dip galvanized steel were studied with scanning electron microscopy, atomic force microscopy, time of flight secondary ion mass spectrometry and Auger electron spectroscopy. A layer within the target coating weight range (4-10 mg Ti/m2) for industrial coil coating processes contained a micro-structure with hillocks and valleys, showing significant topographical variations. A local maximum film thickness of about 50 nm was detected for a sample containing 5.0 mg Ti/m2. The hillocks were composed of metal complexes and phosphates, formed as a result of rapid zinc dissolution and metal hydroxide/phosphate precipitation reactions. During the layer formation also the polymer component of the pretreatment chemical becomes embedded within the structure. The structure composed of hillocks and valleys may be highly beneficial for paint adhesion, increasing the surface contact area for primary and secondary chemical bonding

Agglomeration and defluidization in FBC of biomass fuels : mechanisms and measures for prevention

Upprättat; 1996; 20080203 (ohmmar

Förbrukning av bäddmaterial i biobränsleeldade fluidbäddar p g a bäddagglomereringsrisk : beläggningsbildning och möjligheter till regenerering

Tidigare arbeten har visat att många av de biobränslen som används har kritiska agglomereringstemperaturer på i storleksordningen samma temperaturer som de processtemperaturer som råder i typiska fluidbäddanläggningar. Detta medför att det sannolikt finns relativt stor risk för agglomerering och defluidisering under förutsättning att en tillräckligt tjock beläggning på sandkornen har hunnit byggas upp. Därmed är sannolikt också tillräckligt snabbt byte av bäddmaterial och/eller en sänkning av bäddtemperaturen ofta en förutsättning för problemfri drift. Syftena med föreliggande arbete var därför att i) kartlägga materialåtgången och orsaker till bäddbyte i några svenska fluidbäddanläggningar; ii) samla verkliga bäddprover för att med SEM/EDS-analys bestämma beläggningskarakteristik och tillväxt som funktion av tid från fullständigt bäddbyte; iii) med den på ETC/Umeå Universitet framtagna testmetoden bestämma den specifika agglomereringstemperaturen för uttagna bäddprov; iv) uppskatta kritisk beläggningstjock/ålder för agglomerering hos de uttagna bäddproverna utifrån resultaten från utförda SEM/EDS-analyser och försök i den framtagna testmetoden; v) med den tidigare framtagna testmetoden och SEM/EDS-analys bestämma bränslens kritiska beläggningstjocklekar för olika representativa biobränslen som funktion av bäddtemperatur samt; vi) experimentellt utvärdera om uttagshöjd, sållstorlek och mekanisk behandling kan användas för att minska materialåtgången, antingen direkt genom fraktionellt uttag, eller indirekt genom regenerering.Tre bubblande fluidiserande bäddar (Falu Energi, C-4 Energi, Söderenergi) samt två cirkulerande fluidiserande bäddar (Brista Kraft, Skellefteå Kraft) ingick i projektet. Gemensamt för dessa anläggningar är att de eldar bränslemixar bestående framförallt av typiska skogsbränslebaserade råvaror samt att verken redovisar driftserfarenheter som tangerar bäddproblem förknippade med bäddagglomerering i bädd och/eller returventiler. Resultaten visade att omsättningen av bäddmaterial är mycket olika i olika skogsbränsleeldade anläggningar och uppgår ofta till betydande och ibland kostsamma mängder. Reducerad risk för bäddagglomerering ges ofta som huvudorsak till de frekventa och omfattande bäddbytena. Tillväxt av beläggning på bäddkornen är generellt förekommande med en initial tillväxthastighet på i storleksordningen några mm/dygn som avtar "paraboliskt". För CFB-anläggningarna nås den kritiska tjockleken, som visat sig vara relativt tunn (< 10 mm), inom omkring en vecka. Beläggningarna består i huvudsak av Ca-, Mg-silikater, samt fosfor i någon form. Regenerering av förbrukat bäddmaterial genom mekanisk behandling genom malning, fraktionering av bäddmaterial (i kornstorlek) genom selektivt uttag vid olika bäddhöjder och indirekt regenerering efter sållning förefaller vara relativt svårt att genomföra.Upprättat; 2001; 20070815 (ysko

Effect of fuel quality on the bed agglomeration tendency in a biomass fired fluidised bed boiler

This report presents the results from a research project dealing with bed agglomeration problems in fluidised bed boilers firing forestry typed fuels. The project focused on how the bed agglomeration process proceeded in detail and on predicting the bed agglomeration temperature.Five fuels were tested on their bed agglomeration tendency with a controlled bed agglomeration test, performed in an externally heated lab scale fluidized bed reactor. Bed samples were taken from the reactor during the test and analysed with SEM/EDS. Thermodynamic multicomponent multiphase equilibrium estimations were used for determining the stickiness of the bed samples. The fuels were also analysed with a selective chemical leaching test on their ash forming elements in the fuel (Si, Al, Fe, Ca, Mg, P, Na, K, Cl, S). Based on these analyses, predictions were made on how the fuel would behave in a fluidized bed boiler with respect to bed agglomeration behavior. The work showed that all five tested fuels seemed to have a fairly high tendency to form bed agglomerates when fired in a fluidized bed boiler with silica sand as bed material. In all the studied cases the bed agglomeration seemed to proceed according to three steps. Firstly a coating was formed on the bed particles, secondly the coating became sticky as the temperature in the bed was raised and thirdly the sticky coating started to attract other bed particles, causing agglomerates to form and finally causing de-fluidization. In all the studied cases the composition of the coating was fairly similar. A correlation between the results from the selective chemical leaching test and thecomposition of the coatings was achieved when comparing the water and ammonium acetate leachable elements Ca, K and Na with the coating composition. These elements were always leached out from he fuel by water and ammonium acetate and always also found in the coatings. Sulfur and chlorine was also leached out in most of the cases but these two elements were not found in the coatings. The thermodynamic calculations suggest that these elements escaped the bed in a gaseous form, sulfur as sulfur dioxide (SO2) and chlorine as potassium or sodium chloride (KCl or NaCl). The practical implication from the results is that the fuel analysis is an essential part of a bed agglomeration prediction procedure but other aspects such as the furnace conditions and possible re-circulation processes of bed materials must also be included.Den här rapporten presenterar resultat från projektet "Inverkan av bränslesammansättningen på bäddagglomereringstendensen i en svävbäddspanna vid förbränning av biomassa". I projektet fokuserade man på hur bäddagglomereringen framskrider i en sandbädd då man eldar biomassa samt på hur man kunde prediktera processen innan den sker.Fem bränslen inkluderades i studien, bark, brun grot, grön grot, returflis och sågavfall (spån). Alla fem bränslen genomgick följande delstudier, i) avancerad bränsleanalys, bestående av s.k. kemisk fraktion-ering, ii) kontrollerat bäddagglomereringstest i en labrigg, iii) SEM/EDS analys av bäddmaterialet från det kontrollerade bädd-agglomereringstestet i labbriggen, iv) estimering av bäddmaterialets smältbeteende och v) estimering med hjälp av termodynamisk jämviktskalkyl av varje bränsleaskas termiska beteende (komponent- och fassammansättning som funktion av temperaturen).Resultaten från de kontrollerade bäddagglomereringstesten visade att alla fem testbränslen hade medelmåttig till hög tendens att bilda bäddagglomerat i en sandbädd. Alla bäddagglomererings-temperaturer låg mellan 930 och 980oC.För de fem studerade fallen verkade bäddagglomereringsprocessen framskrida i tre steg. Först bildades ett skal på bäddpartiklarna, bestående av valda askbildande element från bränslet, främst kalcium (Ca) och kalium (K) samt av huvudelementet i bäddmaterialet, kisel (Si). Då sedan temperaturen höjdes i bädden externt, bildades en smälta i skalet som gjorde partikeln "kladdig". Då slutligen tillräkligt stor andel smälta bildats, fastnade bäddpartiklarna ihop i varandra, agglomererade, och förorsakade störningar i fluidiseringen.I alla fem studerade fall hade bäddpartikelskalet i stort sett samma sammansättning trots att samman-sättningen av de askbildande elementena i bränslet varierade. En korrelation mellan vissa lättutlösliga askbildande element i bränslet och bäddpartikelskalets sammansättning kunde skönjas. Kalcium, kalium och natrium löstes ut, i alla situationer de återfanns i bränslet, som lättlösliga element med vatten och/eller ammoniumacetat som lösningsmedel. Dessa element återfanns också i alla situationer i bädd-partikelskal.Svavel och klor löstes också ut av vatten och ammoniumacetat. Dessa element återfanns dock inte i ett enda bäddpartikelskal i denna studie. Uppenbarligen binds dessa element inte upp i en kiselbaserad bädd utan passerar ut med rökgaserna som svaveldioxid- (SO2) och alkalikloridgas (KCl, NaCl).Upprättat; 2000; Bibliografisk uppgift: Inverkan av bränslesammansättningen påbäddagglomereringstendensen i en svävbäddspanna vidförbränning av biomassa; 20070816 (ysko

Characterization of Ash-Forming Matter in Various Solid Fuels by Selective Leaching and Its Implications for Fluidized-Bed Combustion

This paper presents the results of standard fuel analyses of 112 different fuels, along with the results from chemical fractionation through selective leaching. The samples, obtained from boilers during the period 1995–2010, represent the following fuel classes: coal, peat, wood-derived fuels, agricultural wastes, and sewage sludge. The leaching results show that coal consists mainly of insoluble ash forming matter, dominated by different silicates. The ash-forming matter in wood-derived fuels is mainly soluble and is dominated by potassium, calcium, and phosphorus; the insoluble ash-forming matter originates from soil contamination. The ash-forming matter in peat has the characteristics of both wood-derived fuels and coal. In agricultural waste, the ash-forming matter is mainly soluble, even though it may contain some silicon, and is dominated by potassium, chlorine, and phosphorus. The ash-forming matter in sludge is mainly acid-soluble or insoluble. It is also important to note that the aluminum silicates present in sludge may capture volatile potassium during combustion, thereby reducing the risk of deposit and corrosion. The ash-forming matter in sludge is often dominated by phosphorus precipitating agents such as iron sulfate and aluminum sulfate. The study demonstrates the value of chemical fractionation through selective leaching as a tool for explaining ash behavior in FBC