رابطة رماد الفحم الأمريكية (عكة) تقارير المسح السنوي لإنتاج واستخدام الرماد المتطاير الفحم بين 1966 و 2011, على مدى 2.3 أنتجت مليار طن قصيرة من الرماد المتطاير بالمراجل فائدة الفحم. ومن هذا المبلغ, تقريبا 625 وقد استخدمت ذلة مليون طن, معظمها لإنتاج الأسمنت والخرسانة. ومع ذلك, المتبقية 1.7+ مليار طن وتوجد أساسا في مقالب القمامة أو شغل محتجزات بونديد.
تريبوليكتروستاتيك الاستفادة من الرماد المتطاير مقالب وبونديد
By Lewis Baker,ابهيشيك غوبتا, ستيفن جاسيورووسكي, and Frank Hrach
رابطة رماد الفحم الأمريكية (عكة) تقارير المسح السنوي لإنتاج واستخدام الرماد المتطاير الفحم بين 1966 و 2011, على مدى 2.3 billion short tons of fly ash were produced by coal-fired utility boilers.1 Of this amount, تقريبا 625 وقد استخدمت ذلة مليون طن, معظمها لإنتاج الأسمنت والخرسانة. ومع ذلك, المتبقية 1.7+ مليار طن وتوجد أساسا في مقالب القمامة أو شغل محتجزات بونديد. While use rates for freshly generated fly ash have increased considerably over recent years, مع المعدلات الحالية قرب 45%, تقريبا 40 مليون طن من الرماد المتطاير مواصلة التخلص منها سنوياً. While use rates in Europe have been much higher than in the United States, كما تم تخزينها كميات كبيرة من الرماد المتطاير في مدافن القمامة ومحتجزات في بعض البلدان الأوروبية
مؤخرا, ازداد الاهتمام باسترداد هذه المواد التي تم التخلص منها, ويرجع ذلك جزئيا إلى الطلب على الرماد المتطاير عالي الجودة لإنتاج الخرسانة والأسمنت خلال فترة من انخفاض الإنتاج مع انخفاض توليد الطاقة التي تعمل بالفحم في أوروبا وأمريكا الشمالية. كما أن المخاوف بشأن الأثر البيئي الطويل الأجل لمدافن القمامة هذه تدفع المرافق إلى إيجاد تطبيقات مفيدة للاستخدام لهذا الرماد المخزن.
في حين أن بعض من هذا الرماد المتطاير المخزنة قد تكون مناسبة للاستخدام المفيد كما حفرت في البداية, الغالبية العظمى سوف تتطلب بعض المعالجة لتلبية معايير الجودة لإنتاج الاسمنت أو الخرسانة. Because the material has been typically wetted to enable handling and compaction while avoiding airborne dust generation, drying and deagglomeration is a necessary requirement for use in concrete because concrete producers will want to continue the practice of batching fly ash as a dry, مسحوق ناعم. ومع ذلك, assuring the chemical composition of the ash meets specifications—most notably the carbon content, measured as loss on ignition (لوي)—is a greater challenge. As fly ash use has increased in the last 20+ السنوات, most “in-spec” ash has been beneficially used, والرماد غير جودة التخلص منها. هكذا, LOI reduction will be a requirement for using the vast majority of fly ash recoverable from utility impoundments.
في حين أن باحثين آخرين استخدموا تقنيات الاحتراق وعمليات تعويم لتخفيض لوي المستردة من الرماد المتطاير مقالب وبونديد, معدات ش & التكنولوجيات (أبجد) وقد وجدت أن فريدة من نوعها triboelectrostatic belt separation system, منذ فترة طويلة يستخدم للاستفادة من الطازج تولد الرماد المتطاير, هو أيضا فعالة في الرماد المستردة بعد تجفيف مناسبة وديجلوميريشن.
STET researchers have tested the triboelectrostatic separation behavior of dried landfilled ash from several fly ash landfills in the Americas and Europe. هذا الرماد المستردة فصلت بشكل مشابه جدا للرماد ولدت حديثا مع فارق واحد مفاجئ: the particle charging was reversed from that of fresh ash, with the carbon charging negative in relation to the mineral.2 Other researchers of electrostatic separation of fly ash carbon have also observed this phenomenon.3-5 The polarity of the STET triboelectrostatic separator can easily be adjusted to allow rejection of negatively charged carbon from dried landfilled fly ash sources. No special modifications to the separator design or controls are necessary to accommodate his phenomena
في الفاصل الكربون ستيت (التين. 1), ويتم تغذية المواد إلى الفجوة رقيقة بين قطبين مستو مواز. يتوجب الجزيئات تريبوليكتريكالي بالاتصال إينتيربارتيكلي. الكربون المشحونة إيجابيا والمعدنية مشحونة سلبا (في الرماد الذي تم إنشاؤه حديثا أن لا ترطب وتجفف) ينجذب إلى عكس أقطاب. ثم اجتاحت بحزام متحرك مستمر الجسيمات ونقل في اتجاهين متعاكسين. الحزام نقل الجزيئات المتاخمة لكل قطب تجاه طرفي نقيض فاصل. The high belt speed also enables very high throughputs up to 36 طن في الساعة على فاصل واحد. الفجوة الصغيرة, high-voltage field, counter—current flow, vigorous particle-particle agitation, and self-cleaning action of the belt on the electrodes are the critical features of the STET separator. عن طريق التحكم معلمات العملية المختلفة, مثل سرعة الحزام, تغذية نقطة, ومعدل تغذية, تنتج عملية ستيت منخفض الرماد المتطاير لوي في محتويات الكربون أقل من 1.5 إلى 4.5% من الرماد المتطاير الأعلاف تتراوح في لوي من 4% إلى أكثر 25%.
يتم تصميم فاصل بسيط وصغير نسبيا. جهاز مصمم لمعالجة 40 طن كل ساعة تقريبا 30 فورنت (9 m) طويلة, 5 فورنت (1.5 m) على نطاق واسع, و 9 فورنت (2.75 m) طويل القامه. حزام والمرتبطة بكرات هي أجزاء متحركة فقط. أقطاب كهربائية ثابتة وتتألف من مادة دائمة على نحو ملائم. الحزام مصنوع من البلاستيك نونكوندوكتيفي. فاصل استهلاك الطاقة على وشك 1 كيلووات/ساعة لكل طن من المواد المعالجة مع معظم الطاقة المستهلكة من قبل اثنين من المحركات يقود الحزام.
هذه العملية جافة تماما, requires no additional materials other than the fly ash, and produces no waste water or air emissions. تتكون المواد المسترجعة من الرماد المتطاير من تقليل محتوى الكربون إلى مستويات مناسبة للاستخدام كاختلاط البوزولاني في الخرسانة, and a high-carbon fraction useful as fuel. Use of both product streams provides a 100% حل لمشاكل التخلص من الرماد المتطاير.
Four sources of ash were obtained from landfills: Sample A from a power plant located in the United Kingdom and Samples B, ج, and D from the United States. All these samples consisted of ash from the combustion of bituminous coal by large utility boilers. بسبب اختلاط المواد في مدافن القمامة, لا تتوفر معلومات إضافية بشأن مصدر فحم محدد أو ظروف احتراق محددة.
العينات كما وردت من قبل STET الواردة بين 15 و 27% water, as is typical for landfilled material. كما احتوت العينات على كميات متفاوتة من الكميات الكبيرة >1/8 في. (3 مم) مادي. إعداد العينات لفصل الكربون, تمت إزالة الحطام الكبير عن طريق الفحص ثم جفت العينات وإزالة تخثرها قبل إحسان الكربون. Several methods for drying/deagglomeration have been evaluated at the pilot scale to optimize the overall process. STET has selected an industrially proven feed processing system that offers simultaneous drying and deagglomeration necessary for effective electrostatic separation. A general process flowchart is presented in Fig. 2.
The properties of the prepared samples were well within the range of الرماد المتطاير obtained directly from normal utility boilers. يتم تلخيص الخصائص الأكثر ملاءمة لكل من موجزات الفواصل والمنتجات في الجدول 2, جنبا إلى جنب مع المنتج المسترد.
Carbon reduction trials using the STET triboelectric belt separator resulted in very good recovery of low-LOI products from all four landfill fly ash sources. The reverse charging of the carbon as discussed previously did not degrade the separation in any way as compared to processing fresh ash.
The properties of the low-LOI fly ash recovered using the STET process for both freshly collected ash from the boiler and ash recovered from the landfill is summarized in Table 1. The results show that the product quality for ProAsh® produced from landfilled material is equivalent to product produced from fresh fly ash sources.
The properties of the ProAsh generated from the reclaimed landfill material were compared to that of ProAsh produced from fresh fly ash generated by the utility boilers from the same location. The processed reclaimed ash meets all the specifications of ASTM C618 and AASHTO M 250 standards. الجدول 2 summarizes the chemistry for samples from two of the sources showing the insignificant difference between the fresh and reclaimed material.
تطوير القوة من 20% substitution of the low-LOI fly ash in a mortar containing 600 lb/yd3 cementitious material (see Table 3) showed the ProAsh product derived from landfilled ash yielded mortars with strength comparable to mortars produced using ProAsh from fresh fly ash produced at the same location. The end product of the beneficiated reclaimed ash would support high-end uses in the concrete industry consistent with the highly valuable position ProAsh enjoys in the markets it currently serves.
The availability of low-cost natural gas in the United States greatly enhances the economics of drying processes, including the drying of wetted fly ash from landfills. الجدول 4 summarizes the fuel costs for operations in the United States for 15% و 20% محتويات الرطوبة. يتم تضمين أوجه القصور النموذجية للتجفيف في القيم المحسوبة. وتستند التكاليف على كتلة المواد بعد التجفيف. The incremental costs for drying fly ash for STET triboelectrostatic separation processing are relatively low.
Even with the addition of feed drying costs, the STET separation process offers a low-cost, industrially proven process for LOI reduction of landfilled fly ash. The STET process for reclaimed fly ash is one-third to one-half of the capital cost compared to combustion-based systems. The STET process for reclaimed fly ash also has significantly lower emissions to the environment compared to combustion or flotation-based systems. Because the only additional air emission source to the standard STET process installation is a natural gas-fired dryer, permitting it would be relatively simple.
| Feed sample to separator | لوي, % | براش لوي, % | برواش fineness, % +325 مش |
ProAsh mass yield, % |
|---|---|---|---|---|
| طازجة A | 10.2 | 3.6 | 23 | 84 |
| Landfilled A | 11.1 | 3.6 | 20 | 80 |
| ب الطازجة | 5.3 | 2.0 | 13 | 86 |
| Landfilled B | 7.1 | 2.0 | 15 | 65 |
| Fresh C | 4.7 | 2.6 | 16 | 82 |
| Landfilled C | 5.7 | 2.5 | 23 | 72 |
| Landfilled D | 10.8 | 3.0 | 25 | 80 |
| Material source | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | الحظر | Mgo | K2O | Na2O | ROR |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ب الطازجة | 51.60 | 24.70 | 9.9 | 2.22 | 0.85 | 2.19 | 0.28 | 0.09 |
| Landfilled B | 50.40 | 25.00 | 9.3 | 3.04 | 0.85 | 2.41 | 0.21 | 0.11 |
| Fresh C | 47.7 | 23.4 | 10.8 | 5.6 | 1.0 | 1.9 | 1.1 | 0.03 |
| Landfilled C | 48.5 | 26.5 | 11.5 | 1.8 | 0.86 | 2.39 | 1.18 | 0.02 |
| 7-day compressive strength, % of fresh ash control | 28-day compressive strength, % of fresh ash control | |
|---|---|---|
| ب الطازجة | 100 | 100 |
| Landfilled B | 107 | 113 |
| Fresh C | 100 | 100 |
| Landfilled C | 97 | 99 |
| محتوى الرطوبة, % | Heat requirement KWhr/T wet basis | Drying cost/T dry basis (natural gas cost $3.45/mmBtu) |
| 15 | 165 | $ 2.28 |
| 20 | 217 | $ 3.19 |
In addition to the low-carbon product for use in concrete— brand-named ProAsh—the STET separation process also recovers otherwise wasted unburned carbon in the form of carbon-rich fly ash, وصفت EcoTherm™. EcoTherm has significant fuel value and can easily be returned to the electric power plant using the STET EcoTherm Return system to reduce the coal use at the plant. When EcoTherm is burned in the utility boiler, the energy from combustion is converted to high-pressure/high-temperature steam and then to electricity at the same efficiency as coal, عادة 35%. The conversion of the recovered thermal energy to electricity in the STET EcoTherm Return system is two to three times higher than that of the competitive technology where the energy is recovered as low-grade heat in the form of hot water, which is circulated to the boiler feed water system. EcoTherm is also used as a source of alumina in cement kilns, displacing the more expensive bauxite, which is usually transported long distances. Using the high-carbon EcoTherm ash either at a power plant or a cement kiln maximizes the energy recovery from the delivered coal, تقليل الحاجة إلى الألغام ونقل الوقود الإضافية للمرافق.
ستيت في شواطئ براندون الطاقة Talen, R.D سميبا. مورو, بيليدوني NBP, ديدكوت روينبووير, شركة كهرباء فرنسا الطاقة الغربية بيرتون, أبيرثاو روينبووير, and the Korea South-East Power fly ash plants all include EcoTherm Return systems.
STET’s separation process has been used commercially since 1995 ليطير الاستفادة الرماد وقد ولدت أكثر 20 مليون طن من الرماد المتطاير عالية الجودة لإنتاج الخرسانة. Controlled low-LOI ProAsh is currently produced with STET’s technology at 12 محطات الطاقة في جميع أنحاء الولايات المتحدة, كندا, المملكة المتحدة, بولندا, وجمهورية كوريا. ProAshfly ash has been approved for use by more than 20 سلطات الدولة الطريق السريع, فضلا عن العديد من الوكالات الأخرى في مواصفات. ProAsh has also been certified under the Canadian Standards Association and EN 450:2005 معايير الجودة في أوروبا. الرماد مرافق المعالجة باستخدام تقنية ستيت مذكورة في الجدول 5.
بعد سلخ فروة الرأس مناسبة من المواد الكبيرة, تجفيف, وإزالة التكتل, يمكن تقليل الرماد المتطاير المسترد من مدافن النفايات في محطات المرافق في محتوى الكربون باستخدام فاصل الحزام الثلاثي الكهروضوئي STET التجاري. The quality of the fly ash product, برواش, using the STET system on reclaimed landfill material, is equivalent to ProAsh produced from fresh feed fly ash. The ProAsh product is very well-suited and proven in concrete production. The recovery and beneficiation of landfilled ash will provide a continuing supply of high-quality ash for concrete producers in spite of the reduced production of “fresh” ash as coal-fired utilities reduce generation. الاضافه الي ذلك, power plants that need to remove ash from landfills to meet changing environmental regulations will be able to use the process to alter a waste product liability into a valuable raw material for concrete producers. The STET separation process with feed preprocessing equipment for drying and deagglomerating landfilled fly ash is an attractive option for ash beneficiation with significantly lower cost and lower emissions compared to other combustion- and flotation-based systems. ❖
1. American Coal Ash Coal Combustion Products and Use Statistics, http://www.acaausa.org/Publications/Production-Use-Reports.
2. ST Internal Report, أغسطس. 1995.
3. لي, T. X.; شايفر, ي. L.; الحظر, ح.; نيثيري, ي. ك.; وستينسيل, ي. (م)., “Dry Beneficiation Processing of Combustion Fly Ash,” Proceedings of the DOE Conference on Unburned Carbon on Utility Fly Ash, بيتسبيرج, ابي, أيار/مايو 19-20, 1998.
4. بالتروس, ي. ف.; ديهل, ي. R.; سونغ, Y.; and Sands, ث., “Triboelectrostatic Separation of Fly Ash and Charge Reversal,” Fuel, V. 81, 2002, pp. 757-762.
5. كانجيالوسي, F.; نوتارنيكولا, (م).; ليبرتي, L.; وستينسيل, ي., “The Role of Weathering on Fly Ash Charge Distribution during Triboelectrostatic Beneficiation,” Journal of Hazardous Materials, V. 164, 2009, pp. 683-688.
Lewis Baker is the European Technical Support Manager for ST Equipment & التكنولوجيا (أبجد) مقرها في المملكة المتحدة
Abhishek Gupta is a Process Engineer based at the STET pilot plant and lab facility in Needham, ماجستير.
Stephen Gasiorowski is a Senior Research Scientist for ST Equipment & التكنولوجيا (أبجد) based in New Hampshire.
Frank Hrach is Vice President of Process Engineering based at the STET pilot plant and lab facility in Needham, ماجستير.
| Utility and power station | موقع | بدء العمليات التجارية | تفاصيل المرفق |
|---|---|---|---|
| Duke Energy—Roxboro Station | كارولاينا الشمالية | سبتمبر. 1997 | 2 separators |
| Talen Energy—Brandon Shores Station | ولاية ماريلاند | أبريل. 1999 | 2 separators 35,000 ton storage dome Ecotherm Return 2008 |
| سكوتش (لافارج / مشروع الطاقة الاسكتلندي المشترك)—Longannet Station | اسكتلندا, المملكة المتحدة | أكتوبر. 2002 | 1 فاصل |
| Jacksonville Electric Authority— St. نهر الطاقة بارك جون, فلوريدا | فلوريدا | أيار/مايو 2003 | 2 separators Coal/petcoke blends Ammonia removal |
| جنوب ميسيسيبي هيئة الطاقة الكهربائية R.D. محطة مورو | ولاية ميسيسيبي | يان. 2005 | 1 separator Ecotherm return |
| نيو برونزويك الطاقة شركة بيلفون محطة | نيو برونزويك, كندا | أبريل. 2005 | 1 separator Coal/petcoke blends Ecotherm return |
| محطة RWE npower Did | إنكلترا, يو | أغسطس. 2005 | 1 separator Ecotherm return |
| Talen Energy Brunner Island Station | ولاية بنسلفانيا | ديسمبر. 2006 | 2 separators 40,000 قبة تخزين طن |
| شركة كهربائية تامبا. محطة بيند الكبير | فلوريدا | أبريل. 2008 | 3 separators, مسار مزدوج 25,000 ton storage dome Ammonia removal |
| محطة RWE npower أبرتهاو (أسمنت لافارج المملكة المتحدة) | ويلز, المملكة المتحدة | سبتمبر. 2008 | 1 separator Ammonia removal Ecotherm return |
| محطة EDF للطاقة غرب بيرتون (أسمنت لافارج المملكة المتحدة, Cemex) | إنكلترا, المملكة المتحدة | أكتوبر. 2008 | 1 separator Ecotherm return |
| زجب (أسمنت لافارج بولندا / جانيكوسودا سيك جاي) | بولندا | مار. 2010 | 1 separato |
| كوريا الجنوبية الشرقية وحدات الطاقة يونغهيونغ 5&6 | كوريا الجنوبية | سبتمبر. 2014 | 1 separator Ecotherm return |
| PGNiG Termika-Siekierki | بولندا | ومن المقرر 2016 | 1 separator Ecotherm return |
| To Be Announced | بولندا | ومن المقرر 2016 | 1 separator Ecotherm return |
