20 χρόνια του Triboelectrostatic ο εμπλουτισμός της ιπτάμενης τέφρας – Vietbuild 2015 –

STET Triboelectrostatic separation has been used for the commercial beneficiation of coal combustion fly ash to produce a low carbon product for use as a cement replacement in concrete for nearly 20 years….

Κατεβάστε το PDF

F. Hrach, S. Gasiorowski, H.Guicherd

ST εξοπλισμός & Τεχνολογίες LLC (STET), 101 Λεωφόρος Hampton, Needham MA 02494 ΗΠΑ

ΣΥΝΔΙΆΣΚΕΨΗ: Vietbuild Χο Τσι Μινχ – Ιούνιος 2015

ΛΈΞΕΙΣ-ΚΛΕΙΔΙΆ: Triboelectrostatic, Ο εμπλουτισμός, Dry Fly Ash, Carbon Separation ABSTRACT

STET Triboelectrostatic separation has been used for the commercial beneficiation of coal combustion fly ash to produce a low carbon product for use as a cement replacement in concrete for nearly twenty years. Με 18 διαχωριστές σε 12 σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα σε όλο τον κόσμο, ST εξοπλισμός & Της τεχνολογίας LLC (STET) πατενταρισμένος ηλεκτροστατικός διαχωριστής έχει χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή πάνω από 15 Εκατομμύρια τόνοι προϊόντος χαμηλών ανθρακούχων εκπομπών.

Μέχρι σήμερα, commercial beneficiation of fly ash has been performed exclusively on dry “run of station” ash. Η τεχνολογία ηλεκτροστατικού εμπλουτισμού της STET μειώνει την περιεκτικότητα σε άνθρακα της ιπτάμενης τέφρας άνθρακα, producing consistent, χαμηλή τέφρα άνθρακα για χρήση ως υποκατάστατο του τσιμέντου. Fly ash with carbon levels up to 25% have been used to produce ash with a controlled carbon level of 2 ± 0.5%. A carbon-rich product is simultaneously produced to recover the fuel value of the carbon.

Εισαγωγή

Ο σύλλογος αμερικανική άνθρακα Ash (ΣΔΣΑ) ετήσιας επισκόπησης της παραγωγής και της χρήσης της τέφρας αναφέρει ότι μεταξύ 1966 και 2011, κατά τη διάρκεια 2.3 billion short tons of fly ash have been produced by coal-fired utility boilers.1 Of this amount, περίπου 625 εκατομμύρια τόνοι έχουν χρησιμοποιηθεί ευεργετικά, ως επί το πλείστον για την παραγωγή τσιμέντου και σκυροδέματος. Ωστόσο, τα υπόλοιπα 1.7+ δισεκατομμύρια τόνους βρίσκονται κατά κύριο λόγο σε χώρους υγειονομικής ταφής ή γεμάτο ponded κατακρατήσεις. Ενώ τα ποσοστά χρησιμοποίησης της πρόσφατα παραγόμενης ιπτάμενης τέφρας έχουν αυξηθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια, με τους τρέχοντες ρυθμούς κοντά 45%, περίπου 40 million tons of fly ash continues to be disposed of annually. Ενώ τα ποσοστά χρησιμοποίησης στην Ευρώπη ήταν πολύ υψηλότερα από ό,τι στις ΗΠΑ, έχουν επίσης αποθηκευτεί σημαντικοί όγκοι πετάσεως σε χώρους υγειονομικής ταφής και σε ορισμένες ευρωπαϊκές χώρες. Μια υπερβολική ποσότητα άκαυστου άνθρακα στην ιπτάμενη τέφρα είναι το πιο κοινό πρόβλημα. Η Αμερικανική Ένωση Κρατικών Αξιωματούχων Αυτοκινητοδρόμων και Μεταφορών (ΑΣΣΤΟ) και Ευρωπαϊκά Πρότυπα (EN 450 Κατηγορία Α) απαιτούν την ποσότητα άκαυστου άνθρακα στην ιπτάμενη τέφρα, μετρούμενη με απώλειες κατά την ανάφλεξη (LOI) Υπερβαίνει 5% κατά βάρος. Ωστόσο, starting in the mid-1990s, η εγκατάσταση υποχρεωτικού εξοπλισμού ελέγχου NOx σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα αύξησε τον άνθρακα (LOI) περιεχόμενο μεγάλου μέρους της προηγουμένως εμπορεύσιμης ιπτάμενης τέφρας. Περαιτέρω απαιτήσεις για τη μείωση των εκπομπών NOx και άλλων σταθμών ηλεκτροπαραγωγής είχαν ως αποτέλεσμα τη μόλυνση της ιπτάμενης τέφρας με αμμωνία. Κατά συνέπεια,, while understanding the benefits of using fly ash in concrete continues to increase, η διαθεσιμότητα κατάλληλης ποιότητας ιπτάμενης τέφρας μειώνεται·. Ως εκ τούτου, οι διαδικασίες για την οικονομική ωφέλεια της ιπτάμενης τέφρας εκτός ποιότητας παρουσιάζουν επίσης αυξανόμενο ενδιαφέρον για τις βιομηχανίες ηλεκτρικής ενέργειας και σκυροδέματος. STET has pioneered such processes for both carbon and ammonia removal from fly ash.

ΕΠΙΣΚΌΠΗΣΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΊΑς - ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΌς ΆΝΘΡΑΚΑ ΙΠΤΆΜΕΝΗς ΤΈΦΡΑς

Στο διαχωριστικό άνθρακα STET (Σχήμα 1), the material is fed into the thin gap between two parallel planar electrodes. The particles are triboelectrically charged by interparticle
contact. Ο θετικά φορτισμένο άνθρακας και το αρνητικά φορτισμένο ορυκτό (στην φρεσκοπαραγόμενη τέφρα που δεν έχει αποξηρανθεί και) έλκονται από αντίθετα ηλεκτρόδια. Τα σωματίδια στη συνέχεια παρασυρθούν από ένα συνεχές κινούμενο ιμάντα και μεταφέρονται σε αντίθετες κατευθύνσεις. Ο ιμάντας κινείται δίπλα σε κάθε ηλεκτρόδιο προς αντίθετες άκρες του διαχωριστή σωματιδίων. Η υψηλή ταχύτητα της ζώνης επιτρέπει επίσης πολύ υψηλή, έως 36 τόνους ανά ώρα σε ένα μεμονωμένο διαχωριστικό. Το μικρό χάσμα, πεδίο υψηλής τάσης, countercurrent flow, η έντονη ανάδευση σωματιδίων-σωματιδίων και η αυτοκαθαριζόμενη δράση του ιμάντα στα ηλεκτρόδια είναι τα κρίσιμα χαρακτηριστικά του διαχωριστή STET. Ελέγχοντας διάφορες παραμέτρους διεργασίας, όπως η ταχύτητα ζώνης, the feed point, και το ποσοστό ζωοτροφών, η διαδικασία STET παράγει χαμηλή τέφρα, σε περιεκτικότητα σε άνθρακα μικρότερη από 1.5 για να 4.5% από τις στάχτες των ζωοτροφών που κυμαίνονται 4% σε πάνω από 25%.

Εικόνα. 1 Διαχωριστής STET

Ο σχεδιασμός διαχωριστικό είναι σχετικά απλή και συμπαγή. Μια μηχανή σχεδιασμένη να επεξεργάζεται 36 τόνων ανά ώρα είναι περίπου 9 m (30 Ft.) μακρύ, 1.5 m (5 Ft.) ευρεία, και 2.75 m (9 Ft.) υψηλή. Η ζώνη και οι συνδετήρες είναι τα μόνα κινούμενα μέρη. Τα ηλεκτρόδια είναι εν στάσει και αποτελείται από ένα κατάλληλα ανθεκτικό υλικό. Η ζώνη είναι φτιαγμένη από μη αγώγιμη πλαστική. Η κατανάλωση ισχύος του διαχωριστή είναι περίπου 1 κιλοβάτ-ώρα ανά τόνο υλικού που επεξεργάζεται με το μεγαλύτερο μέρος της ισχύος που καταναλώνεται από δύο κινητήρες που οδηγούν τη ζώνη.

Η διαδικασία είναι εντελώς στεγνή, requires no additional materials other than the fly ash and produces no wastewater or air emissions. Τα ανακτηθέντα υλικά αποτελούνται από μύγα τέφρα μειωμένη σε περιεκτικότητα σε άνθρακα σε επίπεδα κατάλληλα για χρήση ως ένα Ποζολανικό μίγμα σε σκυρόδεμα, και ένα υψηλό κλάσμα άνθρακα χρήσιμο ως καύσιμο. Η χρήση και των δύο ροών προϊόντων παρέχει μια 100% λύση για να πετάξετε προβλήματα απόρριψης τέφρας.

ΑΝΑΚΤΗΜΈΝΟς ΑΞΊΑ ΚΑΥΣΊΜΩΝ ΤΗς ΤΈΦΡΑς ΜΥΓΏΝ ΥΨΗΛΉς ΆΝΘΡΑΚΑ

Εκτός από το προϊόν χαμηλών εκπομπών άνθρακα για χρήση σε σκυρόδεμα, brand named ProAsh®, η διαδικασία διαχωρισμού STET ανακτά επίσης τον κατά τα άλλα σπαταλημένο άκαυστο άνθρακα με τη μορφή ιπτάμενης τέφρας πλούσιας σε άνθρακα, επώνυμα EcoTherm™. Οικοθερμία™ έχει σημαντική αξία καυσίμου και μπορεί εύκολα να επιστραφεί στη μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιώντας το STET EcoTherm™ Σύστημα επιστροφής για τη μείωση της χρήσης άνθρακα στο εργοστάσιο. Όταν η Οικοθερμία™ καίγεται στον βοηθητικό λέβητα, the energy from combustion is converted to high pressure /high-temperature steam and then to electricity at the same efficiency as coal, Συνήθως 35%. Η μετατροπή της ανακτηθείσας θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια στον εξοπλισμό ST & Τεχνολογία LLC Οικοθερμία™ Το σύστημα επιστροφής είναι δύο έως τρεις φορές υψηλότερο από αυτό της ανταγωνιστικής τεχνολογίας όπου η ενέργεια ανακτάται ως θερμότητα χαμηλής ποιότητας με τη μορφή ζεστού νερού που κυκλοφορεί στο σύστημα τροφοδοσίας νερού του λέβητα. Οικοθερμία™ is also used as a source of silica and alumina in cement kilns, displacing the more expensive raw materials, such as shale or bauxite, which are used in cement production. Αξιοποιώντας το EcoTherm υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα™ τέφρα είτε σε σταθμό παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είτε σε κλίβανο τσιμέντου, μεγιστοποιεί την ανάκτηση ενέργειας από τον παρεχόμενο άνθρακα, μείωση της ανάγκης για νάρκη και μεταφορά πρόσθετων καυσίμων στις εγκαταστάσεις.

Τα Τάλεν ενέργειας Μπράντον ακτές του ΣΤΕΤ, .. Το προσεχές μέλλον, Ελλάδα, Το κρεβάτι, EDF Energy West Μπέρτον, και φυτά ιπτάμενης τέφρας RWEnpower Aberthaw, όλα περιλαμβάνουν ecotherm™ Συστήματα επιστροφής. Τα βασικά στοιχεία του συστήματος παρουσιάζονται στο Σχήμα 2.

Εικόνα. 2 Οικοθερμία™ Σύστημα επιστροφής

STET ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙς ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΤΈΦΡΑς

Ελεγχόμενη ιπτάμενη τέφρα χαμηλού LOI παράγεται με την τεχνολογία STET σε δώδεκα σταθμούς παραγωγής ενέργειας σε όλες τις ΗΠΑ., Καναδάς, το Ηνωμένο Βασίλειο, Πολωνία, και τη Δημοκρατία της Κορέας. ProAsh® fly ash
has been approved for use by over twenty state highway authorities, καθώς και πολλοί άλλοι οργανισμοί προδιαγραφών. Η ProAsh® έχει επίσης πιστοποιηθεί στο πλαίσιο της καναδικής Ένωσης προτύπων και του EN 450:2005 ποιοτικά πρότυπα στην Ευρώπη. Οι εγκαταστάσεις επεξεργασίας τέφρας που χρησιμοποιούν τεχνολογία STET παρατίθενται στον πίνακα 1.

Πίνακας 1. Εμπορικές Δραστηριότητες STET

Το βοηθητικό πρόγραμμα / Ηλεκτροπαραγωγός Σταθμός	Τοποθεσία	Έναρξη του Εμπορική Λειτουργίες	Λεπτομέρειες εγκαταστάσεων
Duke Energy – Roxboro Station	Βόρεια Καρολίνα ΗΠΑ	Σεπτεμβρίου. 1997	2 Διαχωριστικά
Talen ενέργειας - Brandon Shores Station	Μέριλαντ ΗΠΑ	Απριλίου 1999	2 Διαχωριστικά 35,000 Θόλος αποθήκευσης τόνου. Ecotherm™ Return 2008
ScotAsh (Lafarge / Scottish Power Joint Venture) - Longannet σταθμός	Σκωτία ΗΝΩΜΈΝΟ ΒΑΣΊΛΕΙΟ	Οκτ. 2002	1 Διαχωριστικό
Τζάκσονβιλ Ηλεκτρική Αρχή - Αγ. Ποταμός πάρκων δύναμης του John, Fl	Φλόριντα ΗΠΑ	Μπορεί να 2003	2 Διαχωριστικά Coal/Petcoke blends Ammonia Removal
South Mississippi Electric Power Authority R.D. Το προσεχές μέλλον Station	Μισισιπή ΗΠΑ	Ιανουαρίου. 2005	1 Διαχωριστικό Ecotherm™ Return
New Brunswick Power Company Belledune Station	New Brunswick, Καναδάς	Απριλίου 2005	1 Διαχωριστικό Coal/Petcoke Blends Ecotherm™ Return
RWE npower Didcot Station	Αγγλία ΗΝΩΜΈΝΟ ΒΑΣΊΛΕΙΟ	Αύγουστος 2005	1 Διαχωριστικό Ecotherm™ Return
Talen Energy Brunner Island Station	Πενσυλβάνια ΗΠΑ	Δεκέμβριος 2006	2 Διαχωριστικά 40,000 Θόλος αποθήκευσης τόνων
Tampa Electric Co. Μεγάλος σταθμός κάμψεων	Φλόριντα ΗΠΑ	Απριλίου 2008	3 Διαχωριστικά, διπλό πέρασμα 25,000 Θόλος αποθήκευσης τόνων Ammonia Removal
RWE npower Aberthaw Station (Lafarge Cement UK)	Ουαλία ΗΝΩΜΈΝΟ ΒΑΣΊΛΕΙΟ	Σεπτέμβριος 2008	1 Διαχωριστικό Ammonia Removal Ecotherm™ Return
EDF Energy West Μπέρτον Station (Τσιμέντο Lafarge UK, Cemex)	Αγγλία ΗΝΩΜΈΝΟ ΒΑΣΊΛΕΙΟ	Οκτώβριος 2008	1 Διαχωριστικό Ecotherm™ Return
ZGP (Τσιμέντο Lafarge Πολωνία / CIECH Janikosoda ΚΕ)	Πολωνία	Μάρτιος 2010	1 Διαχωριστικό
Korea South-East Power Yeongheung Units 5&6	Νότια Κορέα	Σεπτέμβριος 2014	1 Διαχωριστικό Ecotherm™ Return
Τσιμέντο Lafarge Πολωνία Warsaw	Πολωνία	2016	1 Διαχωριστικό

Συμπεράσματα

Η μεγιστοποίηση της αξιοποίησης της ιπτάμενης τέφρας ως υποκατάστατο τσιμέντου στην παραγωγή σκυροδέματος μειώνει σημαντικά τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα που σχετίζονται με την κατασκευαστική δραστηριότητα. Ωστόσο, pollution control systems implemented by the coal-fired power stations have resulted in a reduction of available fly ash meeting concrete-grade specifications. Further degradation of fly ash quality is expected due to further reductions in allowable gas emissions. In order to avoid loss of this valuable resource of material for concrete production as well as reduction of greenhouse gas emissions associated with concrete construction, απαιτούνται διαδικασίες για την αποκατάσταση της ποιότητας της ιπτάμενης τέφρας με οικονομικά και περιβαλλοντικά βιώσιμο τρόπο.

The beneficiation of fly ash with STET processes further increases the supply of this important material. The STET beneficiation processes continue to be the most extensively applied methods to upgrade otherwise unusable fly ash to high-value materials for cement replacement in concrete. Eighteen SETT carbon separators are currently in place with over 100 Μηχανήματα-έτη λειτουργίας.

ProAsh® has found wide acceptance in the concrete industry as a premium fly ash requiring far less monitoring of air entrainment requirements due to less LOI variability than other ashes. Returning the high-carbon concentrate from the STET process to the boiler at a power plant allows recovery of the recovered carbon fuel value at an efficiency similar to coal. STET offers economical means to recover ash for high-value use that would otherwise be landfilled. Electrostatic carbon separation and Ecotherm™ return to the boiler provide a modular solution to a utility’s fly ash needs. These processes can be implemented in phases, or as a single project.

Αναφορές
[1] Αμερικανικά προϊόντα καύσης άνθρακα τέφρας άνθρακα και στατιστικές χρήσης:
https://www.acaa-usa.org/Publications/Production-Use-Reports/