Mulighederne for ST komplekse teknologier på flyveaske

ABSTRAKT

ST udstyr & Technology LLC (STET) har drevet kommercielle flyveaskefordelssystemer siden 1995. STETS elektrostatiske forberednings teknologi reducerer kulstofindholdet i kul flyveaske, producere en konsekvent, kulstoffattig aske til brug som en erstatning for cement. Flyveaske med kulstofniveauer > 25% har været vant til at produce aske med et kontrolleret kulstofindhold på 2 ± 0.5%. Et carbon rige produkt fremstilles samtidig for at inddrive værdien brændstof kulstof.

STET's nyeste projekt i Polen, som omfatter en våd- tiltørring af askeopsamlingskonvertering og en STET-kulstofseparator blev med succes idriftsat i maj 2010.

1.KVALITETSBEGRÆNSNING TILGÆNGELIG FLYVEASKE AF BETONKVALITET

Af de ca. 70 millioner tons flyveaske genereret hvert år på amerikanske kulfyrede kraftværker, kun omkring 14 millioner tons bruges som cementerstatning i betonproduktion. Meget af denne afviste flyveaske opfylder ikke kemiske og fysiske specifikationer til brug i beton. En lignende situation opstår i Europa. Mens noget af denne aske af høj kvalitet bruges som strukturelt fyldmateriale eller til andre anvendelser af lav værdi, meget af det bortskaffes simpelthen på lossepladser eller affaldsdamme.

En stor mængde af uforbrændt kulstof i flyveaske er den mest almindelige problem. American Association of State Highway og transport embedsmænd (AASHTO) og europæiske standarder (DA 450 Kategori A) kræver, at mængden af uforbrændt kulstof i flyveaske, målt som Glødetab (LOI) ikke overstige 5% af vægt. Men, starter i midten af 1990's, installation af mandat NOx kontroludstyr i kulfyrede kraftværker øget kulstof (LOI) indhold af meget af den tidligere markedsmæssige flyveaske. Yderligere krav til reduktion af NOx og andre kraftværket emissioner har ført til forurening af flyveaske med ammoniak. Som en konsekvens, mens forståelse for fordelene ved at bruge flyveaske i beton fortsætter med at stige, tilgængeligheden af passende kvalitet flyveaske er faldende. Processer til økonomisk beneficiate off kvalitet flyveaske er således også af stigende interesse for magt og konkrete brancher. Separation Technologies har været banebrydende for sådanne processer til fjernelse af både kulstof og ammoniak fra flyveaske.

2.ST UDSTYR & TECHNOLOGY LLC TECHNOLOGY OVERSIGT

2.1. Kulstofseparation af flyveaske

I STET carbon separator (Figur 1), materialet føres ind i tynde hullet mellem to parallelle plane elektroder. Partiklerne debiteres triboelectrically ved interparticle kontakt. Det positivt ladede kulstof og det negativt ladede mineral tiltrækkes af modsatte elektroder. Partiklerne er så fejet op af en kontinuerlig bevægelige bælte og formidles i modsatte retninger. Bæltet flytter de støder op til hver elektrode mod modsatte ender af separatoren partikler. Høj bælte hastighed giver også mulighed for meget høje gennemløb, op til 40 tons i timen på en enkelt separator. Det lille hul, højspænding felt, tælleren nuværende flow, kraftig partikel-partikel agitation og selvrensende virkning af bælte på elektroderne er de kritiske funktioner i STET separator. Ved at kontrollere forskellige parametre, såsom bælte hastighed, feed punkt, og foder sats, STET proces producerer lav LOI flyveaske på CO2 indholdet af mindre end 3.5% fra foder flyve asken spænder i LOI fra 5% til over 25%.

Figen. 1. ST-separator

Separator design er relativt enkel og kompakt. En maskine designet til at behandle 40 tons pr. time er ca 9 m (30 ft.) lang, 1.5 m (5 ft.) bred, og 2.75 m (9 ft.) høj. Bælte og tilknyttede rullerne er de eneste bevægelige dele. Elektroderne er stationære og består af et passende holdbart plastmateriale. Bæltet er lavet af plastik. Separatorens strømforbrug er under 1 kilowatt-time pr. ton af materiale behandles med de fleste af strømforbrug af to motorer kører bælte.

Processen er helt tør, kræver ingen yderligere materiale end flyveaske og producerer ingen affald vand eller luft emissioner. De nyttiggjorte materialer består af flyveaske reduceret i kulstofindhold til niveauer egnet til brug som en pozzolanic blanding i beton, og en høj carbon brøkdel nyttige som brændstof. Udnyttelse af både produkt streams giver en 100% løsning på problemer, flyveaske bortskaffelse.

2.2. Genvundet brændstofværdi af flyveaske med højt kulstofindhold

Ud over lavemissionsproduktet, mærke med navnet ProAsh® , til brug i beton, STET adskillelse proces også genopretter ellers spildt uforbrændt kulstof i form af kulstof-rige flyveaske, mærkevare EcoTherm™ . EcoTherm™ har betydelig brændværdi og kan let returneres til den elektriske kraftværk ved hjælp af STET EcoTherm™ Retursystem for at reducere kul, der anvendes på anlægget. Når EcoTherm™ er brændt i nytte kedel, energi fra forbrænding er konverteret til højtryk / høj temperatur damp og derefter til elektricitet på den samme effektivitet som kul, typisk 35%. Omdannelsen af den genvundne termiske energi til elektricitet i STETs' EcoTherm™ Retursystem er to til tre gange højere end den konkurrencedygtige teknologi hvor energien er inddrevet som lav-grade varme i form af varmt vand, der er rundsendt til kedlen foder vand system. EcoTherm™ bruges også som kilde til aluminiumoxid i cementovne, fortrænger de dyrere bauxit, som normalt transporteres over lange afstande. Udnytte den høje carbon EcoTherm™ aske enten på et kraftværk eller en cement-ovn, maksimerer energiudnyttelse fra den leverede kul, at reducere behovet for at udvinde og transporterer ekstra brændstof til faciliteter.

Figen. 2. EcoTherm™ Retursystem

STET's konstellation strømkilde generation Brandon Shores, SMEPA RD. Morrow, GITTE Belledune, RWEnpower Didcot, EUF energi West Burton, og RWEnpower Aberthaw-anlæg, alle omfatter EcoTherm™ Vende systemer (Figur 2). Den nyeste installation af en STET carbon separator i Polen vil også omfatte en EcoTherm™ Retursystem. De centrale komponenter i systemet er præsenteret i figur 2. EcoTherm™ transporteres tørt til en filtermodtager over kulbælterne. For at forhindre støvning omkring 7-10 wt% vand tilsættes til

EcoTherm™ i en højhastighedsstiftblander, inden den falder ned på kullet på bæltet, når kullet transporteres til møller.

2.3. ST Ammoniak fjernelse proces

Kraftværker øger udnyttelsen af ammoniakindsprøjtning for at mindske NOx- og SO3-emissioner. NOx i røggassen reduceres ved reaktion med ammoniak under visse betingelser gennem selektiv katalytisk (SCR) eller selektiv ikke-katalytisk (SNCR) Systemer. Mens ammoniak forbruges i disse processer, der kræves overskydende ammoniak for korrekt kontrol af NOx. Eventuelle resterende ammoniakaflejringer på flyveaske i typiske koldsidede elektrostatiske udfældningssystemer til opsamling af aske. For at reducere partikler eller SO3 aerosolemissioner, ammoniak injiceres i røggassen lige før udfældningerne, hvilket resulterer i, at ammoniumsulfater aflejres på flyveasken. Mens ammonieret aske ikke er skadeligt for betonens ydeevne, når den ammonierede aske blandes med den alkaliske cement i produktionen af beton, ammoniakken er fordampet og kan bringe arbejdstagerne i fare.

At fjerne ammoniak som en gas fra flyveasken, ST-processen anvender den samme grundlæggende kemiske reaktion, der resulterer i ammoniakfrigivelse i beton. Frigørelse af ammoniak fra flyveaske kræver, at ammoniumionen – Molekylær ammoniakligevægt forskydes til fordel for ammoniak ved tilstedeværelsen af alkali. Flyveaske med naturligt høj alkalinitet behøver ingen yderligere alkali. For mindre alkalisk aske, Enhver stærk alkali vil tjene. Den billigste kilde til alkali er kalk (Cao). Reaktionen af ammoniumsalte med kalkfrigørende ammoniak er stærkt begunstiget af kemisk ligevægt. Den kemiske reaktion sker hurtigt, når forbindelserne er opløst.

Figen. 3: STET ammoniak fjernelse system

Et skematisk diagram over ST-ammoniakfjernelsesprocessen er vist i figur 3. Aske, vand og kalk i kontrollerede proportioner måles til en mixer. For at sikre hurtig blanding og ensartet dispersion af det tilsatte vand og alkali, En højintensitetsblander bruges. En lavintensitetsanordning såsom en mopsmølle bruges som en sekundær mixer for at give god luftkontakt for at muliggøre transport af ammoniak fra hovedparten af asken. Da fugtindholdet i asken er meget lavt, materialet strømmer gennem denne mixer som et stærkt omrørt tørt pulver. Ammoniakgas opsamlet i både høj og

Mixere med lav hastighed genbruges til generatorenhedens røggas.

Den deammonierede aske tørres ved at transportere materialet gennem en flashtørrer for at fjerne overskydende vand. Endelige asketemperaturer på ca. 65ºC (150oF) er tilstrækkelige til at producere en helt gratis- flydende tørt produkt.

Processen genoprettes 100% af den behandlede flyveaske, og den resulterende aske opfylder alle specifikationer til brug i beton. STET's ammoniakfjernelsesproces kan bruges alene eller i kombination med virksomhedens kulstofseparationsteknologi. Denne modulære tilgang tilbyder den billigste løsning til behandling af ellers ubrugelig flyveaske.

Denne kommercielle skalaoperation kan håndtere op til

47 tons forurenet aske i timen, reducere ammoniakindholdet til mindre end 75 mg/kg. Fuldskala STET ammoniakfjernelsessystemer fungerer nu hos Jacksonville Electric Authority SJRPP, TEC Big Bend, og RWE npower Aberthaw askeforarbejdningsanlæg.

3. STET ASH-FORARBEJDNINGSANLÆG

Kontrolleret lav LOI flyveaske produceres med STET's teknologi på elleve kraftværker i hele USA., Canada, Storbritannien., Polen og Korea. Den forarbejdede flyveaske markedsføres under ProAsh® mærke i hele disse markedsområder. ProAsh® flyveaske er blevet godkendt til brug af over tyve statslige motorvej myndigheder, samt mange andre specifikation agenturer. ProAsh® er også blevet certificeret under Canadian Standards Association og EN 450:2005 kvalitetsstandarder i Europa. Anlæg til behandling af STE-aske er anført i tabel 1.

I 2008, STET bestilte sin største amerikanske flyveaske befrugtning facilitet på Tampa Electric Company Big Bend Station i Florida. To STET-separatorer er installeret for at producere lav LOI ProAsh® . En første af sin slags tredje separator bruges til yderligere at koncentrere kulstoffet for at maksimere brændstofværdien af EcoTherm™ og for at maksimere mængden af ProAsh® Inddrives. Big Bend-anlægget, som producerer 260,000 tons om året af ProAsh®, indeholder en 25,000 ton kuppel til foderaske, en 10,000 ton silo til ProAsh® og en 6,500 ton silo til EcoTherm™ .

3.1. ZGP-projektet, Polen

I april 2010 det første STET separatoranlæg på det europæiske fastland blev taget i brug på grænsen til det kombinerede damp- og kraftværk i Soda Polska Ciech Sp z o.o. – Janikosoda og Inowrocław fabrikker i Polen. Dette askeforarbejdningsanlæg, udviklet i samarbejde med STET, ejes og drives af ZGP Sp. z o.o., et joint venture-selskab bestående af Lafarge Polska SA og Soda Polska CIECH Sp. z

o.o.Kraftværkerne producerer ca. 180,000 tons flyveaske pr. år, som blev transporteret vådt til laguner 2 km væk.

Anlægget blev bygget ved grænsen til kraftværket. Projektet omfattede konvertering af indsamlings- og transportsystemerne for vådaske til fem

Kedler til en tør aske tæt fase opsamlingssystemer, en SET-separator, Opbevaringssiloer til foderasken, ProAsh® og EcoTherm™ Produkter, og en EcoTherm™ Retursystem til returnering af EcoTherm™ til kedlerne for at genvinde brændstofværdien, samt hjælpebygninger, kompressorer og nye veje. Fordi foderaske også behandles fra den nærliggende Inowrocław- Matwy kraftværk ejet af Soda Polska Ciech Sp. z o.o., Der er truffet foranstaltninger til aflæsning af foderaske, der transporteres til anlægget i pneumatiske tankvogne. Procesflowdiagrammet for askefordeleringsanlægget er vist i figur 4 og det generelle facilitetslayout i figur 5. Den lave LOI ProAsh® produceres til EN450:2005 standarder og bruges på den nærliggende cementfabrik, der ejes af Lafarge til at producere flyveaskecement. A 30,000 tons tør aske silo blev bygget inden for cementfabrikkens lokaler, at opbevare aske i vintersæsonen.

Figen. 4. ZGP-procesdiagram

Figen. 6. ZGP ST flyveaske velgørende anlæg

3.2 Design grundlag

Askevolumen, der skal behandles årligt: 180,000 T

EcoTherm™ Brændt af kraftværket 24,000 ton/år, det resterende volumen, der skal anvendes af

1.Demontering af det våde transportsystem

2.Levering og montering af det nye tætfasetransportsystem

3.Levering og montering af kompressorer

4.Opførelse af askeseparationsanlægget Silos: Foderaskesilo 1.200T

ProAsh® 1,000T EcoTherm ™1,000T

5.Anlæg af veje og infrastruktur Facilitet opstart i maj 2010

Projektet blev gennemført inden for det planlagte budget og til tiden.

3.3Anlæggets ydeevne i 2011

Baseret på de positive operationelle erfaringer, der er opnået under opstartsoperationerne, og videre 2010 præstation, Facility Management besluttede at behandle yderligere aske fra andre kraftværker, med et højere kulstofindhold i flyveaske end acceptabelt i henhold til EN 450 norm.

LOI i den leverede aske var fra 8 til 20%. På baggrund af ovenstående, den askemængde, der blev behandlet af ZGP-anlægget, steg i 2011 til 220,000 Tons.

LOI til flyveaske, ProAsh® og EcoTherm™ i 2011

4. RESUMÉ

Det færdige anlæg til behandling af flyveaske, baseret på teknologien leveret af Separation Technologies LLC eliminerede fuldstændigt behovet for at opbevare flyveaske hos Mątwy og Janikowo kraftværker.

Affaldsflyveaske, der havde forårsaget miljøskader i årevis og var blevet opbevaret uden for lokalerne til en meget høj pris, blev et salgbart produkt kaldet ProAsh® og udnyttes nu fuldt ud af cementindustrien, i overensstemmelse med EN-450-standarden.

EcoTherm™ bruges nu som brændstof af kraftværket og cementfabrikken, reducere mængden af kul, der brændes af disse anlæg, og dermed øge kedlernes effektivitet.

Projektet opfyldte både sine økonomiske og miljømæssige mål. Anlægget demonstrerede en høj askebehandlingskapacitet, med hensyn til kvalitet, Mængde og forarbejdningsteknologi, og viste sig pålidelig.

Maksimere udnyttelsen af flyveaske som erstatning for cement i konkret produktion væsentligt reducerer de CO2-emissioner i forbindelse med byggeaktivitet. For at undgå tab af denne værdifulde materialeressource til betonproduktion samt reduktion af drivhusgasemissioner i forbindelse med betonbyggeri, processer for at genoprette kvaliteten af flyveaske i et økonomisk og miljømæssigt bæredygtig måde er nødvendige.

Fordelene ved flyveaske med Separation Technologies' processer øger yderligere tilførslen af dette vigtige materiale. ST-beneficiationsprocesserne er fortsat de mest anvendte metoder til at opgradere ellers ubrugelig flyveaske til materialer af høj værdi til cementudskiftning i beton. 19 STET carbon separatorer er på plads med over 100 maskine-års drift.

ProAsh® har fundet bred accept i betonindustrien som en premium flyveaske, der kræver langt mindre overvågning af luftindvindingskrav på grund af mindre LOI-variabilitet end anden aske.

Tilbageførsel af højkulstofkoncentratet fra STET-processen til kedlen på et kraftværk muliggør genvinding af den genvundne kulstofbrændstofværdi ved effektivitet svarende til kul.

STET tilbyder et kompleks af økonomisk effektive teknologier til modtagelse af aske af den forbedrede kvalitet, der ellers ville blive deponeret. Teknologier til elektrostatisk kulstofseparation, Ecotherm™ vende tilbage til kedlen, og ammoniakfjernelse giver en modulær løsning af problemer i forbindelse med udnyttelse af flyveaske og miljøbeskyttelse i energisektoren. Disse tre teknologier kan implementeres i faser, eller

Tabel. STET kommercielle operationer

som et enkelt projekt. I tabel præsenteres korte data om resultaterne af implementering og kommerciel drift af STET kulaske beneficiation anlæg.