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L'Association de cendres de charbon américain (ACAA) enquête annuelle sur la production et l'utilisation de cendres volantes de charbon les rapports entre 1966 et 2011, plus de 2.3 milliards de tonnes courtes de cendres volantes ont été produites par les chaudières alimentées au charbon. De ce montant, environ 625 millions de tonnes ont été utilisées avantageusement, surtout pour la production de ciment et de béton. Cependant, les autres 1.7+ milliards de tonnes se trouvent principalement dans les décharges ou rempli les réservoirs de retenue s'est accumulées.
Triboelectrostatic valorisation des cendres volantes enfouis et s'est accumulée
Par Lewis Baker,Abhishek Gupta, Stephen Gasiorowski, et Frank Hrach
L'Association de cendres de charbon américain (ACAA) enquête annuelle sur la production et l'utilisation de cendres volantes de charbon les rapports entre 1966 et 2011, plus de 2.3 milliards de tonnes courtes de cendres volantes ont été produites par des chaudières de services publics au charbon.1 De cette quantité, environ 625 millions de tonnes ont été utilisées avantageusement, surtout pour la production de ciment et de béton. Cependant, les autres 1.7+ milliards de tonnes se trouvent principalement dans les décharges ou rempli les réservoirs de retenue s'est accumulées. Alors que les taux d’utilisation des cendres volantes fraîchement générées ont considérablement augmenté au cours des dernières années, avec les taux actuels près de 45%, environ 40 millions de tonnes de cendres volantes continuent d'être mis au rebut chaque année. Alors que les taux d’utilisation en Europe ont été beaucoup plus élevés qu’aux États-Unis, des volumes considérables de cendres volantes ont également été stockés dans des décharges et des mises en fourrière dans certains pays européens
Récemment, l’intérêt de récupérer ce matériel éliminé a augmenté, en partie en raison de la demande de cendres volantes de haute qualité pour la production de béton et de ciment pendant une période de production réduite, la production d’électricité au charbon a diminué en Europe et en Amérique du Nord.. Les préoccupations concernant l’impact à long terme sur l’environnement de ces sites d’enfouissement incitent également les services publics à trouver des applications d’utilisation bénéfiques pour ces cendres stockées..
Bien qu’une partie de ces cendres volantes stockées puissent être utilisées comme, la grande majorité exigera un traitement pour répondre aux normes de qualité pour la production de ciment ou de béton. Parce que le matériau a été généralement mouillé pour permettre la manipulation et le compactage tout en évitant la production de poussière aéroportée, le séchage et la désagglomeration est une exigence nécessaire pour une utilisation dans le béton parce que les producteurs de béton voudront continuer la pratique de l’ennegage de la mouche comme un, poudre fine. Cependant, assurer la composition chimique des cendres répond aux spécifications, notamment la teneur en carbone, mesurée comme perte sur l’allumage (LOI)—est un plus grand défi. Comme l’utilisation de cendres volantes a augmenté au cours de la dernière 20+ années, la plupart des cendres « n spec » a été utilisée de façon bénéfique, et les cendres hors-qualité éliminés. Ainsi, La réduction de l’OI sera une exigence pour l’utilisation de la grande majorité des cendres volantes récupérables des mises en fourrière des services publics.
Alors que d’autres chercheurs ont utilisé des techniques de combustion et des procédés de flottaison pour la réduction de la loi de la cendre de mouche récupérée et, ST Equipment & Technologies (STET) a constaté que son système de séparation triboélectrostatique de la courroie, longtemps utilisé pour la valorisation des cendres volantes fraîchement générées, est également efficace sur les cendres récupérées après séchage approprié et désagglomeration.
Des chercheurs de STET ont testé le comportement de séparation triboélectrostatique des cendres séchées en décharge provenant de plusieurs décharges de cendres volantes dans les Amériques et en Europe. Cette cendre récupérée s’est séparée de façon très similaire aux cendres fraîchement générées avec une différence surprenante: la charge des particules a été inversée par celle des cendres fraîches, avec le négatif de charge de carbone par rapport au minéral.2 D’autres chercheurs de séparation électrostatique du carbone de cendre de mouche ont également observé ce phénomène.3-5 La polarité du séparateur triboélectrostatique de STET peut facilement être ajustée pour permettre le rejet du carbone chargé négativement des sources de cendres de mouche séchées d’enfouissement. Aucune modification particulière de la conception ou des commandes du séparateur n’est nécessaire pour tenir compte de ses phénomènes
Dans le séparateur de carbone STET (Fig. 1), matériel est nourri dans la mince écart entre deux électrodes planes parallèles. Les particules sont facturés triboelectrically par contact entre. Le carbone chargé positivement et négativement chargé minéral (dans les cendres fraîchement généré qui n'a pas été humidifié et séché) sont attirés par les face à électrodes. Les particules sont ensuite emportés par une ceinture de mouvement continue et transportés dans des directions opposées. La ceinture déplace l'adjacent à chaque électrode vers les extrémités opposées du séparateur de particules. La vitesse de ceinture élevée permet également des débits très élevés jusqu’à 36 tonnes / heure sur un seul séparateur. Le petit écart, champ à haute tension, compteur — flux de courant, agitation vigoureuse particules-particules, et l’action d’auto-nettoyage de la ceinture sur les électrodes sont les caractéristiques critiques du séparateur STET. En contrôlant les divers paramètres du procédé, comme la vitesse du tapis, point d'alimentation, et le taux d'alimentation, le processus STET produit cendres LOI faible contenu carbone de moins de 1.5 À 4.5% d'alimentation des cendres volantes dont la LOI de 4% à plus 25%.
La conception du séparateur est relativement simple et compact. Une machine conçue pour traiter 40 tonnes par heure est d’environ 30 ft (9 m) long, 5 ft (1.5 m) large, et 9 ft (2.75 m) Tall. La courroie et les galets associés sont les seules parties mobiles. Les électrodes sont stationnaires et composé d'un matériau approprié résistant. La ceinture est en plastique non conducteur. Du séparateur puissance est sur 1 kWh / tonne de matériaux traités avec la plus grande partie de l’énergie consommée par deux moteurs de la courroie.
Le processus est entièrement sec, ne nécessite aucun matériau supplémentaire autre que la cendre volante, et ne produit pas d’eaux usées ou d’émissions atmosphériques. Les matériaux récupérés sont constitués de ramener en teneur en carbone à un niveau approprié pour l'usage comme un adjuvant pouzzolanique dans le béton de cendres volantes, et une fraction à haute teneur en carbone utile comme carburant. L’utilisation des deux flux de produits fournit un 100% solution aux problèmes d'élimination des cendres volantes.
Quatre sources de cendres ont été obtenues à partir des décharges: Échantillon A d’une centrale électrique située au Royaume-Uni et échantillons B, C, et D des États-Unis. Tous ces échantillons se composaient de cendres provenant de la combustion du charbon bituminous par les grandes chaudières. En raison de l’imbrication de matériaux dans les décharges, aucune autre information n’est disponible concernant des conditions spécifiques de source de charbon ou de combustion.
Les échantillons reçus par STET contenus entre 15 et 27% Eau, comme c’est typique pour les matières en décharge. Les échantillons contenaient également des quantités variables de >1/8 dans. (3 mm) Matériel. Préparer les échantillons à la séparation du carbone, les gros débris ont été enlevés par criblage et les échantillons ont ensuite séchés et désagrémisés avant la valorisation du carbone. Plusieurs méthodes de séchage/désagglomeration ont été évaluées à l’échelle pilote afin d’optimiser le processus global. STET a sélectionné un système de traitement des aliments pour animaux éprouvé industriellement qui offre un séchage et une désagglomeration simultanés nécessaires à une séparation électrostatique efficace.. Un organigramme de processus général est présenté dans Fig. 2.
Les propriétés des échantillons préparés se situaient bien dans la fourchette de fly ash obtenu directement à partir de chaudières utilitaires normales. Les propriétés les plus pertinentes pour les flux séparateurs et les produits sont résumées dans tableau 2, avec le produit récupéré.
Traitement séparateur STET séché, cendres volantes en décharge
Diagramme de flux de processus
Les essais de réduction du carbone à l’aide du séparateur de ceinture triboélectrique STET ont permis de récupérer de très bons produits à faible teneur en eau des quatre sources de cendres volantes des décharges.. La charge inversée du carbone, comme nous l’avons vu précédemment, n’a pas dégradé la séparation de quelque façon que ce soit par rapport au traitement des cendres fraîches.
Les propriétés des cendres volantes à faible teneur en 19 pays récupérées à l’aide du procédé STET pour les cendres fraîchement recueillies de la chaudière et les cendres récupérées dans la décharge sont résumées dans le tableau 1. Les résultats montrent que la qualité du produit pour ProAsh® produite à partir de matériaux d’enfouissement est équivalente au produit produit à partir de sources de cendres volantes fraîches.
Les propriétés du ProAsh générée à partir du matériel d’enfouissement récupéré ont été comparées à celle de ProAsh produite à partir de cendres volantes fraîches générées par les chaudières utilitaires du même endroit. Les cendres récupérées traitées répondent à toutes les spécifications de l’ASTM C618 et de l’AASHTO M 250 Normes. Tableau 2 résume la chimie des échantillons provenant de deux des sources montrant la différence insignifiante entre le matériau frais et le matériau récupéré.
Développement de la force d’un 20% remplacement de la cendre volante à faible loi dans un mortier contenant 600 lb/yd3 matériau cimenté (voir Tableau 3) a montré le produit ProAsh dérivé de mortiers en cendres en décharge avec une résistance comparable à celle des mortiers produits à l’aide de ProAsh à partir de cendres volantes fraîches produites au même endroit. Le produit final de la cendre récupérée bénéficiaire soutiendrait des utilisations haut de gamme dans l’industrie du béton compatible avec la position très précieuse dont ProAsh jouit sur les marchés qu’elle dessert actuellement.
La disponibilité du gaz naturel à faible coût aux États-Unis améliore grandement l’économie des procédés de séchage, y compris le séchage des cendres de mouche mouillées des décharges. Tableau 4 résume les coûts du carburant pour les opérations aux États-Unis pour 15% et 20% teneur en humidité. Les inefficacités typiques du séchage sont incluses dans les valeurs calculées. Les coûts sont basés sur la masse des matériaux après séchage. Les coûts différentiels pour le séchage des cendres volantes pour le traitement de séparation triboélectrostatique STET sont relativement faibles.
Même avec l’ajout de coûts de séchage des aliments pour animaux, le processus de séparation STET offre un, processus éprouvé industriellement pour la réduction de la loi de cendres volantes mises en décharge. Le procédé STET pour les cendres volantes récupérées représentent un tiers à la moitié du coût en capital par rapport aux systèmes à combustion. Le procédé STET pour les cendres volantes récupérées a également des émissions significativement plus faibles dans l’environnement par rapport aux systèmes de combustion ou de flottaison. Parce que la seule source d’émission d’air supplémentaire à l’installation standard du procédé STET est un séchoir au gaz naturel, permettant qu’il serait relativement simple.
| Passer l’échantillon au séparateur | LOI, % | ProAsh LOI, % | ProAsh Finesse, % +325 maille |
Rendement de masse ProAsh, % |
|---|---|---|---|---|
| Fresh A | 10.2 | 3.6 | 23 | 84 |
| Mise en décharge A | 11.1 | 3.6 | 20 | 80 |
| Frais B | 5.3 | 2.0 | 13 | 86 |
| Landfilled B | 7.1 | 2.0 | 15 | 65 |
| Frais C | 4.7 | 2.6 | 16 | 82 |
| C en décharge | 5.7 | 2.5 | 23 | 72 |
| Landfilled D | 10.8 | 3.0 | 25 | 80 |
| Source matérielle | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | Interdiction | MgO | K2O | Na2o | SO3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Frais B | 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 |
| Frais C | 47.7 | 23.4 | 10.8 | 5.6 | 1.0 | 1.9 | 1.1 | 0.03 |
| C en décharge | 48.5 | 26.5 | 11.5 | 1.8 | 0.86 | 2.39 | 1.18 | 0.02 |
| 7-force compressive de jour, % de contrôle des cendres fraîches | 28-force compressive de jour, % de contrôle des cendres fraîches | |
|---|---|---|
| Frais B | 100 | 100 |
| Landfilled B | 107 | 113 |
| Frais C | 100 | 100 |
| C en décharge | 97 | 99 |
| Humidité, % | Exigence de chaleur KWhr/T base humide | Coût de séchage/T base sèche (le gaz naturel coûte 3,45 $/mmBtu) |
| 15 | 165 | $ 2.28 |
| 20 | 217 | $ 3.19 |
En plus du produit à faible émission de carbone destiné au béton , baptisé ProAsh, le processus de séparation STET récupère également du carbone non brûlé autrement gaspillé sous forme de cendres volantes riches en carbone., EcoTherm marque™. EcoTherm a une valeur de carburant importante et peut facilement être retourné à la centrale électrique en utilisant le système STET EcoTherm Return pour réduire l’utilisation du charbon à l’usine. Quand EcoTherm est brûlé dans la chaudière utilitaire, l’énergie de la combustion est convertie en vapeur à haute pression/haute température, puis en électricité à la même efficacité que le charbon, en général 35%. La conversion de l’énergie thermique récupérée en électricité dans le système STET EcoTherm Return est deux à trois fois supérieure à celle de la technologie compétitive où l’énergie est récupérée sous forme de chaleur de faible qualité sous forme d’eau chaude, qui est distribué au système d’eau d’alimentation de la chaudière. EcoTherm est également utilisé comme source d’alumine dans les fours à ciment, déplacer la bauxite plus chère, qui est habituellement transporté sur de longues distances. L’utilisation de cendres EcoTherm à haute teneur en carbone dans une centrale électrique ou dans un four à ciment maximise la récupération d’énergie du charbon livré, réduisant le besoin d'extraire et de transporter le carburant supplémentaire aux installations.
État s Talen énergie Brandon rives, SMEPA R.D. Morrow, NBP Belledune, Didcot npower, EDF Energy West Burton, RWEnpower Aberthaw, et les centrales de cendres volantes de La Corée du Sud-Est comprennent toutes les systèmes EcoTherm Return.
Le processus de séparation de STET a été utilisé commercialement depuis 1995 pour la bienveillance des cendres volantes et a généré plus de 20 millions de tonnes de cendres volantes de haute qualité pour la production de béton. Controlled low-LOI ProAsh est actuellement produit avec la technologie stet à 12 centrales électriques à travers les États-Unis, Canada, Royaume Uni, Pologne, et la République de Corée. Les cendres ProAshfly ont été approuvées pour être utilisées par plus de 20 administrations routières État, ainsi que de nombreuses autres agences de la spécification. ProAsh a également été certifié par l’Association canadienne de normalisation et 450:2005 normes de qualité en Europe. Installations de traitement des cendres en utilisant la technologie STET sont répertoriées dans le tableau 5.
Après un scalping approprié de gros matériaux, Séchage, et désagglomeration, les cendres volantes récupérées dans les décharges des centrales électriques peuvent être réduites en teneur en carbone à l’aide du séparateur de ceinture triboélectrique STET commercialisé. La qualité du produit de cendres volantes, ProAsh, l’utilisation du système STET sur les matières d’enfouissement récupérées, est équivalent à ProAsh produit à partir de cendres volantes fraîches. Le produit ProAsh est très bien adapté et éprouvé dans la production de béton. La récupération et la valorisation des cendres enfouies fourniront un approvisionnement continu en cendres de haute qualité pour les producteurs de béton en dépit de la réduction de la production de cendres « fraîches » à mesure que les services publics au charbon réduisent la production. Plus, Les centrales électriques qui doivent retirer les cendres des sites d’enfouissement pour respecter les réglementations environnementales changeantes pourront utiliser le processus pour transformer une responsabilité en matière de déchets en une matière première précieuse pour les producteurs de béton.. Le processus de séparation STET avec équipement de prétraitement des aliments pour animaux pour le séchage et la désagglomérisation des cendres volantes mises en décharge est une option intéressante pour la valorisation des cendres avec un coût nettement inférieur et des émissions plus faibles que d’autres combustions- et les systèmes basés sur la flottaison. ❖
1. Produits américains de combustion du charbon et statistiques d’utilisation, http (en)://www.acaausa.org/Publications/Production-Use-Reports.
2. Rapport interne st, Aug. 1995.
3. Li, T. X.; Schaefer, J. L.; Interdiction, H.; Neathery, J. K.; et Stencel, J. M., « Traitement de la bienveillance sèche des cendres volantes de combustion,« Proceedings of the DOE Conference on Unburned Carbon on Utility Fly Ash, Pittsburgh, Pa, May 19-20, 1998.
4. Baltrus, J. P.; Diehl, J. R.; Soong, Y.; et Sands, W., « Séparation triboélectrostatique des cendres volantes et inversion de charge,« Carburant, V. 81, 2002, pp. 757-762.
5. Cangialisi, F.; Notarnicola, M.; Liberti, L.; et Stencel, J., « e rôle de la météo sur la distribution de la charge de cendres volantes pendant la beneficiation triboélectrostatique,« Journal of Hazardous Materials, V. 164, 2009, pp. 683-688.
Lewis Baker est le responsable européen du support technique chez ST Equipment & Technology (STET) basé au Royaume-Uni
Abhishek Gupta est ingénieur de processus basé à l’usine pilote STET et à l’usine de laboratoire de Needham, MA.
Stephen Gasiorowski est chercheur principal pour ST Equipment & Technology (STET) basé dans le New Hampshire.
Frank Hrach est vice-président de l’ingénierie des processus basé à l’usine pilote STET et à l’installation de laboratoire à Needham, MA.
| Utilitaire et centrale électrique | Emplacement | Début des opérations commerciales | Détails de l’installation |
|---|---|---|---|
| Duke Energy—Roxboro Station | Caroline du Nord | Sept. 1997 | 2 Séparateurs |
| Talen Energy—Brandon Shores Station | Maryland | Avr. 1999 | 2 Séparateurs 35,000 dôme de stockage tonne Ecotherm Retour 2008 |
| ScotAsh (Lafarge / Scottish Power Joint Venture)—Gare de Longannet | Ecosse, UK | Oct. 2002 | 1 separator |
| Jacksonville Electric Authority— St. Parc de la rivière de John Power, FL | Floride | May 2003 | 2 séparateurs Charbon/petcoke mélanges D’ammoniaux |
| South Mississippi Electric Power Authority R.D. Gare de Morrow | Mississippi | Jan. 2005 | 1 séparateur Ecotherm retour |
| Gare de Belledune de la Compagnie d’électricité du Nouveau-Brunswick | New Brunswick, Canada | Avr. 2005 | 1 séparateur Charbon/petcoke mélange le rendement Ecotherm |
| RWE npower Didcot Station | L'Angleterre, U | Aug. 2005 | 1 séparateur Ecotherm retour |
| Talen Energy Brunner Island Station | Pennsylvania | Déc. 2006 | 2 Séparateurs 40,000 ton dôme de stockage |
| Tampa Electric Co. Station de Big Bend | Floride | Avr. 2008 | 3 Séparateurs, double col 25,000 dôme de stockage tonne Enlèvement d’ammoniac |
| RWE npower Aberthaw Station (Ciment Lafarge UK) | Au pays de Galles, UK | Sept. 2008 | 1 séparateur D’ammoniac enlèvement Ecotherm retour |
| Gare d’EDF Energy West Burton (Ciment Lafarge UK, Cemex) | L'Angleterre, UK | Oct. 2008 | 1 séparateur Ecotherm retour |
| ZGP (Lafarge ciment Pologne / Ciech Janikosoda JV) | Pologne | Mar. 2010 | 1 separato |
| Corée Puissance sud-est Yeongheung Unités 5&6 | Corée du Sud | Sept. 2014 | 1 séparateur Ecotherm retour |
| PGNiG Termika-Siekierki | Pologne | Prévue 2016 | 1 séparateur Ecotherm retour |
| À annoncer | Pologne | Prévue 2016 | 1 séparateur Ecotherm retour |
