Уеннан чыгару аммиак СТЕТ яңарту 2015

Needham Technical Center

Removing Ammonia from Fly Ash

Дж. Биттнер, Белән. Gasiorowski, and F. Грач

Технологияләр Аеру, ҖЧҖ 101 Хэмптон-Авеню, Нидхэм, Массачусетс, АКШ

Аннотация

The supply of fly ash available for use as a pozzolan in concrete may be severely impacted by the effects of air quality regulations on utility plant operations. Конкрет, mandated reductions in NOx, particulate, and SO3 containing aerosol emission levels are expected to require the installation of control systems which may use ammonia as a reagent. Depending on the level of ammonia present in the flue gas at the unit precipitators, the collected fly ash may be heavily contaminated with ammonia primarily as ammonium sulfate salts.

Сент җиһазлар & Технологияләр " ҖЧҖ (НТОО) has developed a process that removes ammonia from fly ash. Процесс восстанавливает 100% чебеннђр обработанной золы һәм алынган көл барлык кирәкле таләпләргә куллану өчен бетоне. ST’s ammonia removal process can be used alone or in combination with the company’s carbon separation technology. Процесс аеру углерод түгел бәйле булу аммиак бу пепел. Мондый модульле алым тәкъдим итә-иң экономичное карар өчен дәвалау югыйсә неиспользованный пепел.

Системасы чагылыш табарга тиеш ИСКЕ аммиак эшли, ике урында АКШ һәм бер Европада. Дәрәҗәсе аммиак бу неочищенных пепел варьировались нче 200 һәм 3000 мг НХ3 / кг золы (өлешендә миллион буенча ел дәвамында, яки промилле). Санкт-процессын мөмкинлек бирә уңышлы дәрәҗәсен киметергә аммиак золы ким 50 мг НХ3 / кг золы. Өчен 500,000 тонна пепла иде продан бетон катнашмалары җитештерүчеләр бер процесста чагылыш табарга тиеш аммиак СВ. .

Аммиак Пычранган Пепел

The supply of fly ash available for use as a pozzolan in concrete may be severely impacted by the effects of air quality regulations on utility plant operations.1 Конкрет, mandated reductions in NOx , particulate, and SO3 containing aerosol emission levels are expected to require the installation of control systems which may use ammonia as a reagent. Depending on the level of ammonia present in the flue gas at the electrostatic precipitators, the collected fly ash may be heavily contaminated with ammonia primarily as ammonium sulfate salts 1,2. For NOx control, the flue gas ammonia level will be set by the amount of ammonia “slip‿, мин.е. unreacted ammonia present after the SCR or SNCR unit. Киметү өчен каты частиц яки болай3 аэрозольные ташландыклары , ammonia is injected into the flue gas prior to the precipitators and will be deposited on the fly ash. The degree to which this occurs is dependent on the SO3 эчтәлеге, fly ash sulfur content, alkalinity of the fly ash, the ammonia concentration, and ash loading in the flue gas.

The use of летучая көл in concrete requires that the fly ash have specific physical and chemical properties3. The pozzolanic properties of the ash are activated in the concrete by the generation of highly alkaline free lime from hydration of the cement. When fly ash contains ammonia, this ammonia is liberated as a gas by the action of the highly alkaline solution of the concrete. The alkalinity shifts the equilibrium of ammonium ion in solution to molecular ammonia according to the following equation:

NH4+(aq) + Турында–(aq) ↔ NH3(aq) + С2Турында

The dissolved molecular ammonia is easily released from solution as free ammonia gas.

Сент җиһазлар & Технологияләр " ҖЧҖ 101 Hampton Avenue Needham, КИСЂТЂ 02494 Тел.: 781-972-2700

Needham Technical Center

Ammonia is a strong smelling compound that carries the connotation of barnyards, manure and urine. A strong odor of ammonia is unacceptable to the concrete producer, the contractor working with the concrete, and the ultimate concrete user.4

The finished properties of the concrete are not adversely affected when using ammonia contaminated fly ash, but the odor is unacceptable, particularly if the concrete is used in underground or enclosed spaces.5,6,7 Depending on the specifics of the location, шул исәптән суммасы циркуляция свежего һава , исе аммиак иде найден да уңайсызлыклар тудырырга кулланганда золы-уноса, содержащей 100 өчен 200 мг NH3 / кг (өлешендә миллион буенча ел дәвамында, яки промилле). Өчен заверить, бернинди проблемалар да леп, эчтәлек аммиак золы артмаска тиеш 100 промилле2,8.

Әмма, беренчеләрен аммиак, заводта җитештерү, электр энергиясе ала китерергә пепел эчтәлеге аммиак 200 өчен 2500 промилле, күрсәтү пепел неприемлемым куллану өчен бетоне.8 Шул рәвешле, кимү проблемалары сыйфаты белән һава, контролируя атмосферага чыгарылган зарарлы электростанций арттыра проблемасын чагылыш табарга тиеш каты калдык һәм арттыра ко2 ташландыклары транспортыннан парник газларын хисабына санын арттыру цемент, җитештерүдә кулланыла торган бетон. Өчен чагылыш табарга тиеш аммиак берсе пепла, димәк, ул кулланылырга мөмкин конкрет мәнфәгатьләрендә утилита, избегая каты калдыклары , бетон җитештерүче, кулланучы, һәм конечным милекчесе хисабына киметү материаллар бәясе һәм сыйфатын күтәрү, продукция, һәм әйләнә-тирә мохитне кыскарту хисабына парник газлары чыгарылуны җитештерүдә цемент .

Суммасы аммиак һәм солей аммоний тапты пепел, болар белән бәйле саны аммиак бу дымовых газга. Өчен гадәттәгедән пылеугольного блок ярдәмендә Көнчыгыш битуминозного күмер белән югары теплотворной сәләтен 12,000 БТЕ/фунт (6667 ккал/кг), дымовых газлар өчен күмер мөнәсәбәт масса приблизительно 8 өчен 9.5. Шул эчтәлеге золы күмер 10%, һәм 80% бер пепла " күмер извлекается рәвешендә пепла (20% аскы золы), дымовых газлар / чагыштырмасын золы тәшкил итә, приблизительно 100. Әгәр барысы да аммиак төрләре, катнашучыларны бу дымовых газга иде депонированы яки адсорбированных бу пепел, концентрациясе аммиак бу золе булачак, якынча 50 тапкыр күбрәк дымовых газга бүгенге массакүләм нигезендә, е. г. аммиак “скольжения” берсе 2 промилле күләме буенча повлечет артыннан пепел, содержащий 100 мг / кг (промилле кертте.) аммиак. Хакыйкый үлчәү күрсәтә бу элемтә булу өчен дөрес.9 Концентрациясе аммиак бу пепел булачак различаться карап операцион берәмлек бәйле зольности күмер һәм золы аскы нисбәте золы, шулай ук башка факторлар.

Аммиак иньекция өчен электрофильтров (ЕСП) нәтиҗәлелеген арттыру өчен киметү һәм непрозрачности Факел китерергә мөмкин, бик югары дәрәҗәсе белән аммиак бу пепел. Дәрәҗәдәге 2500 промилле аммиак бу золе табылды өчен шундый системалар. Операция ИНКВ гадәттә белән эшли аммиаком скольжения тораган 5 өчен 20 промилле, белән золы, содержащей дәрәҗәсенә кадәр 200 өчен 1000 промилле аммиак. Системасын СКВ, кагыйдә буларак, кулланылыр өчен эш максималь дәрәҗәдә скольжения аммиак 2 яки 5 промилле, карап үзенчәлекләрен урнаштыру.10 Гомумән, күбрәк НХ3/Юк,х чагыштырмасын, күбрәк юкх кыскарту, алар алынган, белән югары скольжения аммиак нәтиҗәдә,. Әмма, аммиак скольжения күбрәк 2 ppm may result in ash-ammonia contents of greater than 100 промилле, җитештерү неликвиды золы.11 Күп кенә электростанция Япония һәм Германия операцион берәмлек СКЛ өчен кулланылыр 2 промилле максималь скольжения аз йогынты ясый продаваемость пепел.1,5 Әмма, кайбер оештырылган сәнәгать зонасы’ћ бөтен дөнья буенча эшләнелде өчен 5 промилле аммиак скольжения. Эшчәнлеген әлеге бүлекчәләре югары дәрәҗәдә скольжения мөгаен китерәчәк артык 100 промилле аммиак бу пепел.

Контроль скольжения аммиак түбән дәрәҗәдәге, шулай ук, засорение һәм коррозия җиһазлар аркасында осаждения сульфатов аммоний.1,10 Избегая тоташтыру подогревателя һава ярдәмендә моңа явлению, ничек булыр, дип көтелә булачак, хәтта артык өчен мөһим операторлары агрегат яндырганда мондый высокосернистого, Безгә угли. Шул рәвешле, management of ammonia slip to minimize unit outage time will be a greater concern than controlling the ammonia level of fly ash. The result

Сент җиһазлар & Технологияләр " ҖЧҖ 101 Hampton Avenue Needham, КИСЂТЂ 02494 Тел.: 781-972-2700

Needham Technical Center

may be that no significant problem develops for the utilization of ash at some utility sites, depending on the specific design and operation of the emission control systems.

The STET Process

STET has developed a process that removes ammonia from fly ash.12 Процесс восстанавливает 100% чебеннђр обработанной золы һәм алынган көл барлык кирәкле таләпләргә куллану өчен бетоне. Процесс чагылыш табарга тиеш аммиак СТЕТ кулланылырга мөмкин аерым яки сочетании белән компаниясе технологиясе аеру күмер . The carbon separation process is not affected by the presence of ammonia. Мондый модульле алым тәкъдим итә-иң экономичное карар өчен дәвалау югыйсә неиспользованный пепел.

Өчен бетерә аммиак кебек газ берсе пепла, the STET process utilizes the same fundamental chemical reaction that results in ammonia release in concrete. Азат итү аммиак берсе пепла таләп итә, дип Ион аммоний

–молекулярные равновесия аммиак смещается файдасына аммиак барында щелочи. Летучая көл белән ђлбђттђ югары щелочности мохтаҗ түгел, өстәмә щелочи. Өчен ким щелочной пепел, теләсә нинди көчле щелочь хезмәт итәчәк. Иң арзанлы чыганагы щелочи известь (ЦАО). Реакция солей аммоний белән известью высвобождая аммиак нык бик кулай химия равновесие. Химик реакция бара, тиз арада соң матдәләр эри.

The overall reaction can be generalized as:

(NH4)2SO4(белән) + ЦАО(белән) → 2NH3(г) + CaSO4(белән) + С2Турында(г)

Әмма, the vapor pressures of the solids are quite low and the reaction cannot occur in the gas or solid phase. Ammonium sulfate is highly soluble in water and dissociates to ammonium ions and sulfate ions.

(NH4)2SO4(aq) → 2NH4+(aq) + SO42-(aq)

Lime is highly unstable on exposure to water, favoring a highly exothermic reaction commonly known as “slaking”, producing calcium hydroxide or hydrated lime.

ЦАОбелән +С2O → Ca(Турында)2(белән)

The hydrated lime is only sparingly soluble in water, producing calcium and hydroxide ions.

Ca(Турында)2(белән) ↔ Ca2+(aq) + 2 Турында–(aq)

Calcium sulfate is also sparingly soluble, so as calcium ions are made available by dissolving the hydrated lime, they are primarily consumed by precipitation of calcium sulfate.

Ca2+(aq) + SO42-(aq) → CaSO4(белән)

Ниһаять, an equilibrium exists between ammonium ions and ammonia dissolved in water.

NH4+(aq) + Турында–(aq) ↔ NH3(aq) + С2Турында

Сент җиһазлар & Технологияләр " ҖЧҖ 101 Hampton Avenue Needham, КИСЂТЂ 02494 Тел.: 781-972-2700

Needham Technical Center

Дәрәҗәсе, анда аммоний ионы преобразуются бу молекулярный аммиак бәйле рН су системасы, зур әһәмияте рН файдасына формалаштыру молекулярного аммиак. Бу равновесие яхшы билгеле.13

Төп үзенчәлеге-процессын СТЕТ булып тора куллану минималь санын су (1 өчен 4%, гадәттә, 2%) һәм минималь санын щелочи (< 2%). Бик күп су тискәре йогынты ясый процессында, акрынаю тизлек чыгу аммиак. PH полученного пепла / известь / катнашмасы су булырга тиеш, күбрәк рН 10.0. Very small quantities of alkali are added to assure this pH, depending on the natural pH of the ash. Typically, азрак 1% Ca(Турында)2 is required, even with fly ash with naturally acidic pH. Calcium based alkalis are used which result in minimal alteration of the fly ash chemistry. The process is performed at ambient temperature.

Since the cost of the alkali and cost of drying the product are major operating expenses and sizing the mixing and drying equipment are the major components of capital cost, җентекләп измерив таләпләр реагент өчен конкрет золы оптимальләштерергә кирәк икътисадына процессын.

Принципиаль технологик схемасы өчен өзлексез эшләтү процессы СТЕТ тәкъдим ителде дөге. 1. Ясень, су һәм щелочи билгеле бер пропорциях дозируют бу смеситель. Тәэмин итү өчен тиз перемешивание һәм равномерное бүлү өстәмә су һәм щелочи, кулланыла югары смеситель ешлыгы . Вакыт булганда бу тибы смесителей бик түбән, якынча бер секунд. Ammonia is immediately released but complete evolution requires mixing times of 3 өчен 4 minutes to allow for mass transport of the gas from the bulk of the ash to allow for mass transport of the gas from the bulk of the ash.

To obtain this mixing time and assure good transport of the ammonia from the bulk of the ash, a low intensity device such as a pug mill is used as a secondary mixer. Чөнки эчтәлеге, дым зольность бик түбән, матди агымнары аша бу смеситель кебек нык взволнована коры порошок. Ammonia gas collected in both the high and low speed mixers is either recycled to the generating unit flue or converted to nitrogen in a two- stage catalytic unit.

Сент җиһазлар & Технологияләр " ҖЧҖ 101 Hampton Avenue Needham, КИСЂТЂ 02494 Тел.: 781-972-2700

Needham Technical Center

Дөге. 1: STET Ammonia Removal Process Flow Diagram

Бу deammoniated көл высушивают, пропуская материалы аша тьюторы-осушитель өчен бетерә лишнюю суга. Due to the minimal amount of water added, water consumed in the formation of hydrated calcium sulfate upon reaction with soluble sulfate in the ash, and loss of water during the low intensity mixing stage, only a small amount of water needs to be removed by the drier. This minimizes the energy demand of the drying stage. Final ash temperatures of approximately 150турындаF are adequate to produce a completely free-flowing, product fly ash with moisture contents well below the ASTM C 618 specification of 3 wt. %.3

The first full-scale application of STET’s ammonia removal process began operating in 2003 at ST’s ash processing facility at the Jacksonville Electric Authority St. Johns River Power Park in Jacksonville, Флорид. This commercial scale operation handles up to 40 tons per hour of contaminated ash, кимү тоту аммиак ким 30 промилле. Ammonia levels in the incoming fly ash varies from ~200 to 900 промилле. The process is very robust, resulting in 90+% ammonia removal under all trial settings, producing ash well below our target of maximum 50 промилле аммиак. Final moisture contents are <0.3%. Representative results are listed in Table 2. Өчен 250,000 tons of ammonia-contaminated ash has been successfully processed at the Jacksonville facility.

Сент җиһазлар & Технологияләр " ҖЧҖ 101 Hampton Avenue Needham, КИСЂТЂ 02494 Тел.: 781-972-2700

Needham Technical Center

Таблица 2: Typical commercial scale ammonia system results

Fly ash at Big Bend Station in Tampa, Флорид загрязнена аммиаком исәбеннән аммиак кертү системаларында электростанция белән җиһазландырылган өчен контроль чыгаруны шулай3 аэрозоль генерируется идарә итү системасы тринистором Noх . Башка электростанциях, пычрату аммиак бара ук ИНКВ контроле NOx һәм куллану аммиак арттыру өчен, махсус күргәзмә частиц системаларында ЕСП . Зур Излучине, летучая көл дәрәҗәләрен аммиак өчен блоклар белән диапазоном впрыска аммиак берсе 750 өчен 3360 промилле аммиак. Димәк, летучей золы өчен билгеләнгән җитештерү бетон булырга тиеш эшкәртелгән процессында чагылыш табарга тиеш ИСКЕ аммиак .

Дизайн процесста чагылыш табарга тиеш аммиак СТЕТ, билгеләнгән биг-бенд (Дөге. 2) икенче полномасштабной урнаштыру һәм үз эченә күп уточнений. Җиһазлар погрузо-разгрузочной эш улучшен өчен позволить буенча операция повышенным тарифлар. Система киптерү уменьшены белән чагыштырганда, алдагы дизайном һәм үз эченә утильләштерү кайнар газлар өчен киметергђ гомуми энергия куллану системасын. Ниһаять, the ammonia released in the process is fed to a two-stage catalytic unit where the collected ammonia gas is converted into nitrogen. The heat generated by this reaction is recovered and used to supplement the energy requirement of the fly ash flash drying system. The use of the two-stage catalytic system results in minimal NOx emissions. Процесс восстанавливает 100% чебеннђр обработанной золы һәм алынган көл барлык кирәкле таләпләргә куллану өчен бетоне.

Бу коммерция операциясе масштабирования эшкәртергә мөмкин кадәр 52 tons per hour of contaminated ash, кимү тоту аммиак ким 75 мг/кг. The process is very robust, resulting in 97+% ammonia removal, producing ash well below our target of maximum 100 mg/kg ammonia. Final moisture contents are <0.5%.

An STET ammonia removal process has been in operation at the RWE npower Aberthaw station ash processing facilities in the UK since 2008. Aberthaw adds ammonia to improve ESP collection efficiency with ammonia levels on the ash typical 200 ppm and the process is designed for 500 ppm maximum.

Сент җиһазлар & Технологияләр " ҖЧҖ 101 Hampton Avenue Needham, КИСЂТЂ 02494 Тел.: 781-972-2700

Needham Technical Center

Дөге. 2: Ammonia removal system at Big Bend Station, Tampa Florida

The Product Ash

The low ammonia fly ash product meets all chemical and physical requirements of the ASTM C 618 standard and resulting concrete properties are identical to ash not subjected to the ammonia removal process. Table I compares typical properties of ash from one generating station along with properties of the plant ash reduced in ammonia content from 250 мг / kg to 20 мг / kg by the continuous ST process. Note that the range of calcium oxide content observed for the ash from this source is 1.4 өчен 12%. The addition of up to 1% Ca(Турында)2 (0.75% as CaO) will result in only minor changes in the ash chemistry, broadening the variability insignificantly.

Concrete testing performed on the deammoniated ash showed it to be an excellent pozzolanic material. Үстерү ныклык өчен сжатие файдаланып, бу пепел, ничек яхшы яки яхшырак unammoniated пепел бу чыганактан. Долговременные үзлекләре бетон ныклыгын, шулай ук, бик яхшы, шул исәптән повышенную ныклык к коррозиядән , сульфат сопротивления, проницаемость хлорид , һәм известь усадки.

Сент җиһазлар & Технологияләр " ҖЧҖ 101 Hampton Avenue Needham, КИСЂТЂ 02494 Тел.: 781-972-2700

Needham Technical Center

Таблица I: Пепел физик һәм химик үзлекләре.

Резюме

The degree to which good quality fly ash will be compromised as the result of NOx or particulate emission systems in the future will depend upon technology choices made by utilities to reduce NOx, particulate matter emissions and plume opacity. Әмма, STET’s ammonia removal process can be utilized to remove the ammonia from contaminated ash, producing a high value material for use in concrete production. Recovered ammonia can be recycled to the generating unit for reutilization. This ammonia removal process can be installed as a stand-alone system or can be used in conjunction with STET’s successful fly ash carbon removal system.

1Stewart, B.R., Unintended Effects of EPA’s Recent Ozone Transport Rule, Җитештерү, 1999 Conference on Selective Catalytic and Non-Catalytic Reduction for NOx control, Мөмкин 1999, с. 9-10.

2Слосс, Л. Л., Хьялмарссон, Ә-К, СОУД, Н. Н., Наоми, Л. М., Таш, Д. К., Шәриф мәчете, С. Г., Эмил, Т., Maibodi, М., Бу livengood, С. Д., Маркуссен, Дж. Технология Контроль Оксидов Азот, - Диде Китаплар, Корпорация Нойс , ПП. 94-95, 1992

3“Стандартная спецификация өчен күмер летучей золы һәм чимал яки кальцинированного табигый Пуццолан куллану өчен буларак, минераль өстәмәләр, анда бетон”, СТАНДАРТ ASTM БЕЛӘН 618, Америка җәмгыяте буенча сынауларга һәм материаллары, Филадельфия, ПА.

4Майоров, Р. К., Холм, Р., Макмарри, Р., Томас, С., Тикшеренү йогынтысы аммиак впрыска бу товар пепел, шул исәптән сыйфатын контрольдә тоту процедурасын, Җитештерү, 1999 Conference on Selective Catalytic and Некаталитический Киметү, атмосфера һавасына NOx , Мөмкин 1999, -с. 11-13.

5Van der Brugghen, F.W., Gast, C.H., Van den Berg, J.W., Kuiper, W.H., Visser, Р., Problems encountered During the Use of Ammonium contaminated Fly Ash. Җитештерү: ИИЭ / EPA 1995 Joint Symposium on Station Combustion NOx Control, Мөмкин 16-19, 1995. Book 4, Session 8A, ПП. 1-16.

6Van den Berg, J.W., Cornelissen, H.A.W. ,Effect of low NOx Technologies on Fly Ash Quality, Җитештерү: 13че International Symposium on Use and Management of Coal Combustion Products, 1999, ПП. 29-1 – 29-11.

7Koch, H-J., Prenzel, Х., Tests on Odour Developments in the Casting of a Concrete Screed – Using a NH3-Contaminated Fly Ash, Concrete Precasting Plant and Technology, Күләме 11, 1989 ПП. 72-75.

8Fisher, B.C., Blackstock, Т. Fly Ash Beneficiation using an Ammonia Stripping Process, 12че International Symposium on Coal Combustion By-Products Management and Use, 1997 ПП. 65-1 – 65-8.

Сент җиһазлар & Технологияләр " ҖЧҖ 101 Hampton Avenue Needham, КИСЂТЂ 02494 Тел.: 781-972-2700

Needham Technical Center

9Larrimore, Л., Dodgen, D., Monroe, Л., Characterization of Ammonia Effects on Ash and Evaluation of Removal Methods, Җитештерү: 13че International Symposium on Use and Management of Coal Combustion Products, 1999, ПП. 16-1 – 16-15.

10Control of Nitrogen Oxide Emissions: Selective Catalytic Reduction (ЮКЖД), Clean Coal Technology, Topical Report Number 9. АКШ. Department of Energy and Southern Company Services, Инк. Июль, 1997.

11O’Connor, D., Larrimore, Л, Dodgen, D., Monroe, Л., The Effects of Ammonia-Based NOx Reduction on Fly Ash: Ammonia Adsorption on Ash, Җитештерү, EPRI-DOE-EPA Катнаш Утилита Пычрануы Симпозиум Идарәсе : Мега симпозиумы, Август, 1999, кђгазь бетеп китђ # 16.

12Gasiorowski, С. А., һәм Грач, Ф. Дж., Метод өчен чагылыш табарга тиеш аммиак берсе-аммиак пычранган летучей көл, Патент АКШ Номеры 6,077,494, Июнь 20, 2000.

13Терстон, Р. В., Руссо, Р., Эмерсон, К., Аммиак Су Равновесия – Tabulation of Percent Un-ionized Ammonia, Кушма Әйләнә-Тирәлекне Саклау Буенча , ЭПК-600/3-79-091, Август, 1979.

Сент җиһазлар & Технологияләр " ҖЧҖ 101 Hampton Avenue Needham, КИСЂТЂ 02494 Тел.: 781-972-2700