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L'associazione di cenere di carbone americano (ACAA) indagine annuale sulla produzione e l'uso di ceneri di carbone segnala che tra 1966 e 2011, sopra 2.3 miliardo tonnellate di ceneri volanti sono state prodotte da caldaie a carbone utilità. Di questo importo, circa 625 milioni di tonnellate sono stati usati favorevolmente, principalmente per la produzione di cemento e calcestruzzo. Tuttavia, il restante 1.7+ miliardi di tonnellate si trovano principalmente nelle discariche o riempito impoundments ponded.
Arricchimento di Triboelectrostatic di ceneri volanti smaltiti in discarica e Ponded
Di Lewis Baker,Abhishek Gupta, Stephen Gasiorowski, e Frank Hrach
L'associazione di cenere di carbone americano (ACAA) indagine annuale sulla produzione e l'uso di ceneri di carbone segnala che tra 1966 e 2011, sopra 2.3 miliardi di tonnellate corte di ceneri volanti sono state prodotte da caldaie a carbone.1 Di questa quantità, circa 625 milioni di tonnellate sono stati usati favorevolmente, principalmente per la produzione di cemento e calcestruzzo. Tuttavia, il restante 1.7+ miliardi di tonnellate si trovano principalmente nelle discariche o riempito impoundments ponded. Mentre i tassi di utilizzo delle ceneri volanti appena generate sono aumentati considerevolmente negli ultimi anni, con i tassi correnti vicino 45%, circa 40 milioni di tonnellate di ceneri continuano ad essere smaltiti ogni anno. Mentre i tassi di utilizzo in Europa sono stati molto più alti che negli Stati Uniti, un volume considerevole di ceneri sono stato memorizzato anche in discariche e impoundments in alcuni paesi europei
Recentemente, l'interesse a recuperare questo materiale smaltito è aumentato, in parte a causa della domanda di cenere mosca di alta qualità per la produzione di calcestruzzo e cemento durante un periodo di riduzione della produzione, in quanto la produzione di energia elettrica a carbone è diminuita in Europa e Nord America. Le preoccupazioni circa l'impatto ambientale a lungo termine di tali discariche spingono anche le aziende a trovare applicazioni di utilizzo benefico per questa cenere immagazzinata.
Mentre una parte di questo salvacenere di mosca immagazzinato può essere adatto per un uso benefico come inizialmente scavato, la stragrande maggioranza richiederà un po 'di lavorazione per soddisfare gli standard di qualità per la produzione di cemento o calcestruzzo. Perché il materiale è stato tipicamente bagnato per consentire la manipolazione e la compattazione evitando la generazione di polvere nell'aria, L'essiccazione e la deagglomerazione sono un requisito necessario per l'uso nel calcestruzzo perché i produttori di calcestruzzo vorranno continuare la pratica di dosare le ceneri volanti come secco, polvere fine. Tuttavia, garantire che la composizione chimica delle ceneri soddisfi le specifiche, in particolare il contenuto di carbonio, misurata come perdita all'accensione (LOI)—è una sfida più grande. Poiché l'uso di ceneri volanti è aumentato negli ultimi 20+ anni, la maggior parte delle ceneri "in-spec" è stata utilizzata, e la cenere off-qualità smaltita. Così, La riduzione della LOI sarà un requisito per l'utilizzo della stragrande maggioranza delle ceneri volanti recuperabili dai sequestri di servizi pubblici.
Mentre altri ricercatori hanno utilizzato tecniche di combustione e processi di flottazione per la riduzione LOI delle ceneri volanti recuperate in discarica e ponded, ST attrezzature & Tecnologie (STET) ha scoperto che la sua unicità Sistema di separazione a nastro triboelettrostatico, a lungo utilizzato per il beneficio di cenere mosca appena generato, è efficace anche sulle ceneri recuperate dopo un'adeguata essiccazione e deagglomerazione.
I ricercatori di STET hanno testato il comportamento di separazione triboelettrostatica delle ceneri essiccate in discarica da diverse discariche di ceneri volanti nelle Americhe e in Europa. Questa cenere recuperata si separava in modo molto simile alla cenere appena generata con una sorprendente differenza: la carica di particelle è stata invertita da quella delle ceneri fresche, con la carica di carbonio negativa in relazione al minerale.2 Anche altri ricercatori sulla separazione elettrostatica del carbonio delle ceneri volanti hanno osservato questo fenomeno.3-5 La polarità del separatore triboelettrostatico STET può essere facilmente regolata per consentire il rigetto del carbonio caricato negativamente da fonti di ceneri volanti essiccate in discarica. Non sono necessarie modifiche speciali al design del separatore o ai controlli per adattarsi ai suoi fenomeni
Nel separatore di carbonio STET (Fico. 1), materiale è inserito nella fessura sottile tra due elettrodi planari paralleli. Le particelle triboelectrically pagano di contatto interparticella. Il carbonio carico positivamente e negativamente caricato minerale (in frassino appena generato che non è stato bagnato e asciugato) sono attratti da fronte elettrodi. Le particelle vengono travolti da una cintura di movimento continua e convogliate in direzioni opposte. La cinghia si muove le particelle adiacenti a ciascun elettrodo verso estremità opposte del separatore. L'elevata velocità del nastro consente inoltre portate molto elevate fino a 36 tonnellate l'ora su un singolo separatore. Il piccolo spazio, campo ad alta tensione, flusso controcorrente, Agitazione vigorosa particella-particella, e l'azione autopulente del nastro sugli elettrodi sono le caratteristiche critiche del separatore STET. Controllando i vari parametri di processo, come la velocità del nastro, punto di alimentazione, e velocità di avanzamento, il processo STET produce ceneri LOI basso contenuto di carbonio di meno di 1.5 A 4.5% dalle ceneri dell'alimentazione che vanno in LOI da 4% a oltre 25%.
Il design di separatore è relativamente semplice e compatto. Una macchina progettata per elaborare 40 tonnellate all'ora è circa 30 ft (9 m) lungo, 5 ft (1.5 m) ampia, e 9 ft (2.75 m) alto. La cinghia e i rulli associati sono le uniche parti in movimento. Gli elettrodi sono stazionari e composto di un materiale durevole in modo appropriato. La cintura è fatta di plastica non conduttivo. Consumo di energia del separatore è circa 1 chilowattora per tonnellata di materiale lavorato con la maggior parte della potenza consumata da due motori la cinghia di azionamento.
Il processo è completamente asciutto, non richiede materiali aggiuntivi oltre alle ceneri volanti, e non produce acque reflue o emissioni in atmosfera. I materiali recuperati consistono di ceneri ridotto a tenore di carbonio ai livelli adatto ad uso come una mescolanza pozzolanica in calcestruzzo, e una frazione ad alto tenore di carbonio utile come combustibile. L'uso di entrambi i flussi di prodotti fornisce un 100% soluzione ai problemi di smaltimento ceneri.
Quattro fonti di ceneri sono state ottenute dalle discariche: Campione A di una centrale elettrica situata nel Regno Unito e campione B, C, e D dagli Stati Uniti. Tutti questi campioni erano costituiti da ceneri derivanti dalla combustione di carbone bitumioso da parte di grandi caldaie di pubblica utilità. A causa dell'intreccio di materiale nelle discariche, non sono disponibili ulteriori informazioni in merito a specifiche fonti di carbone o condizioni di combustione.
I campioni ricevuti da STET 15 e 27% Acqua, come è tipico per il materiale collocato in discarica. I campioni contenevano anche quantità variabili di >1/8 in. (3 mm) Materiale. Per preparare i campioni per la separazione del carbonio, i grandi detriti sono stati rimossi mediante screening e i campioni poi essiccati e deagglomerated prima del beneficio del carbonio. Diversi metodi per l'essiccazione/deagglomerazione sono stati valutati su scala pilota per ottimizzare l'intero processo. STET ha scelto un sistema di trattamento dei mangimi collaudato a livello industriale che offre l'essiccazione e la deagglomerazione simultanee necessarie per un'efficace separazione elettrostatica. Un diagramma di flusso generale del processo è presentato in Fig. 2.
Le proprietà dei campioni preparati erano ben all'interno della gamma di cenere volatile ottenuto direttamente dalle normali caldaie di servizio. Le proprietà più rilevanti sia per i feed separatori che per i prodotti sono riepilogate in Tabella 2, insieme al prodotto recuperato.
Separatore STET lavorazione essiccata, cenere mosca messa in discarica
Diagramma di flusso del processo
Le prove di riduzione del carbonio che utilizzano il separatore a nastro triboelettrico STET hanno portato a un ottimo recupero di prodotti a basso LOI da tutte e quattro le fonti di ceneri volanti delle discariche. La carica inversa del carbonio, come discusso in precedenza, non ha degradato in alcun modo la separazione rispetto alla lavorazione delle ceneri fresche..
Le proprietà delle ceneri volanti a basso LOI recuperate utilizzando il processo STET sia per le ceneri appena raccolte dalla caldaia che per le ceneri recuperate dalla discarica sono riassunte nella tabella 1. I risultati mostrano che la qualità del prodotto per ProAsh® prodotto da materiale collocato in discarica è equivalente al prodotto prodotto da fonti fresche di ceneri volanti.
Le proprietà del ProAsh generato dal materiale di discarica recuperato sono state confrontate con quelle di ProAsh prodotto da ceneri volanti fresche generate dalle caldaie di servizio dalla stessa posizione. La cenere rigenerata lavorata soddisfa tutte le specifiche di ASTM C618 e AASHTO M 250 standard. tavolo 2 riassume la chimica per i campioni provenienti da due delle fonti mostrando la differenza insignificante tra il materiale fresco e quello rigenerato.
Sviluppo della forza di un 20% sostituzione delle ceneri volanti a basso contenuto di LOI in una malta contenente 600 Materiale cementizio LB/YD3 (vedi tabella 3) ha mostrato che il prodotto ProAsh derivato da ceneri collocate in discarica ha prodotto malte con una resistenza paragonabile alle malte prodotte utilizzando ProAsh da ceneri volanti fresche prodotte nello stesso luogo. Il prodotto finale della cenere recuperata beneficiata supporterebbe usi di fascia alta nell'industria del calcestruzzo in linea con la posizione di grande valore di cui gode ProAsh nei mercati che attualmente serve..
La disponibilità di gas naturale a basso costo negli Stati Uniti migliora notevolmente l'economia dei processi di essiccazione, compresa l'essiccazione delle ceneri volanti bagnate dalle discariche. tavolo 4 riassume i costi del carburante per le operazioni negli Stati Uniti per 15% e 20% contenuto di umidità. Le inefficienze tipiche dell'essiccazione sono incluse nei valori calcolati. I costi si basano sulla massa del materiale dopo l'essiccazione. I costi incrementali per l'essiccazione della cenere mosca per la lavorazione della separazione triboelettrostatica STET sono relativamente bassi.
Anche con l'aggiunta dei costi di essiccazione dei mangimi, il processo di separazione STET offre un basso costo, processo collaudato a livello industriale per la riduzione LOI delle ceneri volanti in discarica. Il processo STET per le ceneri volanti rigenerate è da un terzo alla metà del costo di capitale rispetto ai sistemi basati sulla combustione. Il processo STET per le ceneri volanti rigenerate ha anche emissioni nell'ambiente significativamente inferiori rispetto ai sistemi di combustione o flottazione. Perché l'unica fonte di emissione atmosferica aggiuntiva rispetto all'impianto di processo standard STET è un essiccatore a gas naturale, Permetterlo sarebbe relativamente semplice.
| Alimentare il campione al separatore | LOI, % | ProAsh LOI, % | ProAsh finezza, % +325 maglia |
Resa massica ProAsh, % |
|---|---|---|---|---|
| Fresco A | 10.2 | 3.6 | 23 | 84 |
| Discarica A | 11.1 | 3.6 | 20 | 80 |
| Fresco B | 5.3 | 2.0 | 13 | 86 |
| Messa in discarica B | 7.1 | 2.0 | 15 | 65 |
| C fresco | 4.7 | 2.6 | 16 | 82 |
| C in discarica | 5.7 | 2.5 | 23 | 72 |
| Discarica D | 10.8 | 3.0 | 25 | 80 |
| Fonte del materiale | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | K2o | Na2O | SO3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fresco B | 51.60 | 24.70 | 9.9 | 2.22 | 0.85 | 2.19 | 0.28 | 0.09 |
| Messa in discarica B | 50.40 | 25.00 | 9.3 | 3.04 | 0.85 | 2.41 | 0.21 | 0.11 |
| C fresco | 47.7 | 23.4 | 10.8 | 5.6 | 1.0 | 1.9 | 1.1 | 0.03 |
| C in discarica | 48.5 | 26.5 | 11.5 | 1.8 | 0.86 | 2.39 | 1.18 | 0.02 |
| 7-Resistenza alla compressione diurna, % di controllo delle ceneri fresche | 28-Resistenza alla compressione diurna, % di controllo delle ceneri fresche | |
|---|---|---|
| Fresco B | 100 | 100 |
| Messa in discarica B | 107 | 113 |
| C fresco | 100 | 100 |
| C in discarica | 97 | 99 |
| Umidità, % | Fabbisogno di calore KWhr/T base umida | Costo di essiccazione/T base secca (costo del gas naturale $ 3,45 / mmBtu) |
| 15 | 165 | $ 2.28 |
| 20 | 217 | $ 3.19 |
Oltre al prodotto a basse emissioni di carbonio per l'uso nel calcestruzzo, il marchio ProAsh, il processo di separazione STET recupera anche carbonio incombusto altrimenti sprecato sotto forma di ceneri volanti ricche di carbonio, EcoTherm marca™. EcoTherm ha un valore significativo del combustibile e può essere facilmente restituito alla centrale elettrica utilizzando il sistema STET EcoTherm Return per ridurre l'uso di carbone nell'impianto. Quando EcoTherm viene bruciato nella caldaia di servizio, L'energia della combustione viene convertita in vapore ad alta pressione / alta temperatura e quindi in elettricità con la stessa efficienza del carbone, in genere 35%. La conversione dell'energia termica recuperata in elettricità nel sistema STET EcoTherm Return è da due a tre volte superiore a quella della tecnologia competitiva in cui l'energia viene recuperata come calore di bassa qualità sotto forma di acqua calda, che viene fatto circolare al sistema di alimentazione dell'acqua della caldaia. EcoTherm viene utilizzato anche come fonte di allumina nei forni per cemento, Spostamento della bauxite più costosa, che di solito viene trasportato su lunghe distanze. L'utilizzo della cenere EcoTherm ad alto tenore di carbonio in una centrale elettrica o in un forno per cemento massimizza il recupero di energia dal carbone consegnato, riducendo la necessità di miniera e trasporto di carburante supplementari per le strutture.
STET s Talen energia Brandon Shores, SMEPA RAVASINI. Morrow, NBP Belledune, RWEnpower Didcot, EDF Energy West Burton, RWEnpower Aberthaw, e gli impianti di ceneri volanti Korea South-East Power includono tutti sistemi EcoTherm Return.
Il processo di separazione di SET è stato utilizzato commercialmente da quando 1995 per la beneficiazione della cenere volante e ha generato oltre 20 milioni di tonnellate di cenere mosca di alta qualità per la produzione di calcestruzzo. ProAsh controllato a basso LOI è attualmente prodotto con la tecnologia STET a 12 centrali elettriche in tutti gli Stati Uniti, Canada, Regno Unito, Polonia, e la Repubblica di Corea. Le ceneri ProAshfly sono state approvate per l'uso da più di 20 autorità autostradali statali, così come molte altre agenzie di specifica. ProAsh è stato anche certificato dalla Canadian Standards Association e EN 450:2005 standard di qualità in Europa. Impianti di trasformazione di cenere utilizzando la tecnologia STET sono elencati nella tabella 5.
Dopo scalping adatto di materiale di grandi dimensioni, Essiccazione, e deagglomerazione, la cenere mosca recuperata dalle discariche degli impianti di pubblica utilità può essere ridotta nel contenuto di carbonio utilizzando il separatore di cinture triboelettriche STET commercializzato. La qualità del prodotto con ceneri volanti, ProAsh, utilizzando il sistema STET sul materiale di discarica recuperato, è equivalente a ProAsh prodotto da ceneri volanti fresche da mangime. Il prodotto ProAsh è molto adatto e collaudato nella produzione di calcestruzzo. Il recupero e la valorizzazione delle ceneri smaltite in discarica forniranno una fornitura continua di ceneri di alta qualità per i produttori di calcestruzzo nonostante la ridotta produzione di ceneri "fresche" poiché le utility a carbone riducono la generazione. Inoltre, Le centrali elettriche che hanno bisogno di rimuovere le ceneri dalle discariche per soddisfare le mutevoli normative ambientali saranno in grado di utilizzare il processo per modificare la responsabilità di un prodotto di scarto in una materia prima preziosa per i produttori di calcestruzzo.. Il processo di separazione STET con apparecchiature di pretrattamento dei mangimi per l'essiccazione e il deagglomeramento delle ceneri volanti in discarica è un'opzione interessante per la valorizzazione delle ceneri con costi significativamente inferiori ed emissioni inferiori rispetto ad altre combustioni- e sistemi basati sulla flottazione. ❖
1. Prodotti americani di combustione del carbone di carbone e statistiche sull'uso, http (informazioni in stato://www.acaausa.org/Publications/Production-Use-Reports.
2. Relazione interna della ST, Ago. 1995.
3. Li, T. X.; Schaefer, J. L.; Divieto di, H.; Neathery, J. K.; e Stencel, J. M., "Trattamento a secco delle ceneri volanti di combustione," Atti della conferenza del DOE sul carbonio incombusto sulle ceneri volanti di utilità, Pittsburgh, Pa, Maggio 19-20, 1998.
4. Baltrus, J. P.; Diehl, J. R.; Soong, Y.; e Sabbie, W., "Separazione triboelettrostatica delle ceneri volanti e inversione di carica," Carburante, V. 81, 2002, PP. 757-762.
5. Cangialosi, F.; Notarnicola, M.; Liberti, L.; e Stencel, J., "Il ruolo degli agenti atmosferici sulla distribuzione della carica di ceneri volanti durante la beneficenza triboelettrostatica,« Giornale dei materiali pericolosi, V. 164, 2009, PP. 683-688.
Lewis Baker è il responsabile del supporto tecnico europeo per le attrezzature ST & Tecnologia (STET) con sede nel Regno Unito
Abhishek Gupta è un ingegnere di processo con sede presso l'impianto pilota STET e la struttura di laboratorio di Needham, MA.
Stephen Gasiorowski è Senior Research Scientist per ST Equipment & Tecnologia (STET) con sede nel New Hampshire.
Frank Hrach è Vice President of Process Engineering presso l'impianto pilota STET e la struttura di laboratorio di Needham, MA.
| Utenze e centrali elettriche | Posizione | Inizio delle operazioni commerciali | Dettagli della struttura |
|---|---|---|---|
| Duke Energy - Stazione di Roxboro | Carolina del Nord | Sept. 1997 | 2 separatori |
| Talen Energy - Stazione di Brandon Shores | Maryland | Apr. 1999 | 2 separatori 35,000 cupola di stoccaggio Ecotherm Return 2008 |
| ScotAsh (Lafarge / Scottish Power Joint Venture)—Stazione di Longannet | Scozia, REGNO UNITO | Oct. 2002 | 1 separatore |
| Jacksonville Electric Authority — St. Parco di John fiume Potenza, FL | Florida | Maggio 2003 | 2 Separatori Miscele di carbone/petcoke Rimozione dell'ammoniaca |
| Sud del Mississippi energia elettrica autorità Ravasini. Stazione di Morrow | Mississippi | Jan. 2005 | 1 separatore Ecotherm ritorno |
| Stazione Belledune della New Brunswick Power Company | New Brunswick, Canada | Apr. 2005 | 1 separatore Miscele carbone/petcoke Ritorno Ecotherm |
| Stazione di RWE npower Didcot | Inghilterra, U | Ago. 2005 | 1 separatore Ecotherm ritorno |
| Stazione di Talen Energy Brunner Island | Pennsylvania | Dec. 2006 | 2 separatori 40,000 cupola di deposito di tonnellata |
| Tampa Electric Co. Stazione di Big Bend | Florida | Apr. 2008 | 3 separatori, doppio passo 25,000 cupola di stoccaggio tonnellate Rimozione dell'ammoniaca |
| Stazione di RWE npower Aberthaw (Lafarge Cement UK) | Galles, REGNO UNITO | Sept. 2008 | 1 separatore Rimozione ammoniaca Ritorno Ecotherm |
| Stazione di EDF Energy West Burton (Lafarge Cement UK, Cemex) | Inghilterra, REGNO UNITO | Oct. 2008 | 1 separatore Ecotherm ritorno |
| ZGP (Lafarge Cement Polonia / Ciech Janikosoda JV) | Polonia | Mar. 2010 | 1 separato |
| Corea Sud-Est Potenza Yeongheung Unità 5&6 | Corea del sud | Sept. 2014 | 1 separatore Ecotherm ritorno |
| PGNiG Termika-Siekierki | Polonia | Programmato 2016 | 1 separatore Ecotherm ritorno |
| Da annunciare | Polonia | Programmato 2016 | 1 separatore Ecotherm ritorno |
