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A associação de cinzas de carvão americana (ACAA) pesquisa anual da produção e utilização de cinzas volantes de carvão relata que entre 1966 e 2011, sobre 2.3 bilhões de toneladas de cinzas volantes foram produzidas por caldeiras a carvão utilitário. Deste montante, aproximadamente 625 milhões de toneladas foram usadas beneficamente, principalmente para a produção de cimento e concreto. No entanto, o restante 1.7+ bilhões de toneladas são encontradas principalmente em aterros sanitários ou preenchido represamentos ponded.
Triboelectrostatic beneficiamento de cinza de mosca depositados e Ponded
Por Lewis Baker,Abhishek Gupta, Stephen Gasiorowski, e Frank Hrach
A associação de cinzas de carvão americana (ACAA) pesquisa anual da produção e utilização de cinzas volantes de carvão relata que entre 1966 e 2011, sobre 2.3 bilhões de toneladas curtas de cinzas de mosca foram produzidas por caldeiras a carvão. 1 deste montante, aproximadamente 625 milhões de toneladas foram usadas beneficamente, principalmente para a produção de cimento e concreto. No entanto, o restante 1.7+ bilhões de toneladas são encontradas principalmente em aterros sanitários ou preenchido represamentos ponded. Embora as taxas de uso para cinzas de mosca recém-geradas tenham aumentado consideravelmente nos últimos anos, com as taxas atuais perto 45%, aproximadamente 40 milhões de toneladas de cinzas volantes continuam a ser escoados anualmente. Embora as taxas de utilização na Europa tenham sido muito mais elevadas do que nos Estados Unidos, volumes consideráveis de cinza de mosca também foram armazenados em aterros e represamentos em alguns países europeus
Recentemente, o interesse em recuperar este material descartado aumentou, parcialmente devido à demanda por cinzas volantes de alta qualidade para a produção de concreto e cimento durante um período de redução da produção como o poder de carvão geração diminuiu na Europa e América do Norte. Preocupações sobre o impacto ambiental a longo prazo de tais aterros também estão solicitando utilitários para encontrar aplicações de uso benéfico para esta armazenado cinza.
Enquanto algumas dessas cinzas de mosca armazenadas podem ser adequadas para uso benéfico como inicialmente escavado, a grande maioria exigirá algum processamento para cumprir padrões de qualidade para a produção do cimento ou do concreto. Porque o material foi tipicamente molhado para permitir o manuseio e compactação, evitando a geração de poeira no ar, secagem e desagglomeração é um requisito necessário para uso em concreto, pois os produtores de concreto vão querer continuar a prática de lotar cinzas de mosca como um seco, pó fino. No entanto, assegurar a composição química das cinzas atende às especificações — mais notavelmente o teor de carbono, medido como perda na ignição (KO.)— é um desafio maior. Como o uso de cinzas de mosca aumentou no último 20+ anos, a maioria das cinzas "em especificações" tem sido usada de forma benéfica, e as cinzas de qualidade descartadas. Assim, A redução do LOI será um requisito para o uso da grande maioria das cinzas de mosca recuperáveis de apreensões de utilidades.
Enquanto outros pesquisadores têm usado técnicas de combustão e processos de flutuação para a redução do LOI de aterros recuperados e cinzas de mosca alagou, ST equipamentos & Tecnologias (SSE3) descobriu que o seu único sistema de separação de correias triboeletrostáticas, usado por muito tempo para o beneficiamento da cinza de mosca recentemente gerada, Também é eficaz em cinzas recuperadas após secagem adequada e deagglomação.
Pesquisadores do STET testaram o comportamento de separação triboeletrostática de cinzas em aterros secos de vários aterros de cinzas volantes nas Américas e na Europa. Esta cinza recuperada separou-se muito similarmente à cinza recentemente gerada com uma diferença surpreendente: o carregamento de partículas foi revertido a partir do de cinzas frescas, com o carregamento de carbono negativo em relação ao mineral.2 Outros pesquisadores da separação eletrostática do carbono das cinzas de mosca também observaram esse fenômeno.3-5 A polaridade do separador triboelestrático STET pode ser facilmente ajustada para permitir a rejeição de carbono carregado negativamente de fontes de cinzas de mosca secas. Não são necessárias modificações especiais no design separador ou controles para acomodar seus fenômenos
No separador de carbono STET (Fig.. 1), material é alimentado na abertura fina entre dois elétrodos planares paralelas. As partículas triboelectrically são cobradas pelo contato interpartícula. O carbono carregado positivamente e negativamente carregado mineral (no recém gerada cinzas que não foi molhada e secada) são atraídas pelo lado oposto de eletrodos. As partículas são então arrastadas por uma correia em movimento contínua e veiculadas em direções opostas. A correia move as partículas adjacentes de cada eletrodo em direção a lados opostos do separador. A alta velocidade do cinto também permite rendimentos muito altos até 36 toneladas por hora em um único separador. O pequeno espaço, campo de alta tensão, contador - fluxo de corrente, agitação vigorosa partícula-partícula, e ação de autolimpeação da correia nos eletrodos são as características críticas do separador STET. Controlando vários parâmetros de processo, tais como a velocidade da correia, ponto de alimentação, e taxa de alimentação, o processo STET produz a cinza de mosca LOI baixa conteúdo de carbono de menos de 1.5 Para 4.5% das cinzas de mosca alimentação variando em LOI de 4% para mais 25%.
O projeto do separador é relativamente simples e compacto. Uma máquina projetada para processar 40 toneladas por hora é de aproximadamente 30 ft (9 m) longo, 5 ft (1.5 m) ampla, e 9 ft (2.75 m) alto. O cinto e rolos associados são as únicas partes móveis. Os eletrodos são estacionários e composto de um material durável apropriadamente. O cinto é feito de plástico não condutora. Consumo de potência do separador é sobre 1 quilowatt-hora por tonelada de material processado com maior parte da energia consumida por dois motores dirigindo o cinto.
O processo é totalmente seco, não requer nenhum material adicional além das cinzas de mosca, e não produz emissões de águas residuais ou ar. A recuperação dos materiais consiste de cinza de mosca, reduzida no teor de carbono para níveis adequados para uso como uma adição pozolânico em concreto, e uma fração de alto carbono útil como combustível. O uso de ambos os fluxos de produtos fornece um 100% solução para problemas de eliminação de cinzas volantes.
Quatro fontes de cinzas foram obtidas de aterros sanitários: Amostra A de uma usina localizada no Reino Unido e amostras B, C, e D dos Estados Unidos. Todas essas amostras consistiam de cinzas da combustão de carvão betume por grandes caldeiras de utilidade. Devido à mistura de material nos aterros sanitários, não há mais informações disponíveis sobre condições específicas de origem de carvão ou combustão.
As amostras recebidas pelo STET contidas entre 15 e 27% Água, como é típico para material aterro. As amostras também continham quantidades variadas de grandes >1/8 em. (3 mm) Material. Para preparar as amostras para separação de carbono, os grandes detritos foram removidos por triagem e as amostras então secas e desagglomeradas antes da beneficiada por carbono. Vários métodos de secagem/desagregação foram avaliados na escala piloto para otimizar o processo geral. O STET selecionou um sistema de processamento de ração comprovado industrialmente que oferece secagem simultânea e desagregação necessária para uma separação eletrostática eficaz. Um fluxograma de processo geral é apresentado na Fig. 2.
As propriedades das amostras preparadas estavam bem dentro da faixa de cinza de mosca obtidos diretamente de caldeiras de utilidade normal. As propriedades mais relevantes tanto para os alimentos separadores quanto para os produtos são resumidas na Tabela 2, juntamente com produto recuperado.
Processamento separador STET seco, cinzas de mosca aterro
Diagrama de fluxo de processo
Testes de redução de carbono usando o separador do cinturão triboelétrico STET resultaram em uma recuperação muito boa de produtos de baixo LOI de todas as quatro fontes de cinzas de moscas de aterro. O carregamento reverso do carbono como discutido anteriormente não degradou a separação de forma alguma em comparação com o processamento de cinzas frescas.
As propriedades das cinzas de mosca de baixo LOI recuperadas usando o processo STET para cinzas recém-coletadas da caldeira e cinzas recuperadas do aterro sanitário são resumidas em Tabela 1. Os resultados mostram que a qualidade do produto para ProAsh® produzido a partir de material aterro sanitário é equivalente ao produto produzido a partir de fontes de cinzas de mosca fresca.
As propriedades do ProAsh gerado a partir do material de aterro recuperado foram comparadas com as do ProAsh produzido a partir de cinzas frescas geradas pelas caldeiras de utilidades do mesmo local. As cinzas recuperadas processadas atende a todas as especificações de ASTM C618 e AASHTO M 250 Padrões. Tabela 2 resume a química para amostras de duas das fontes mostrando a diferença insignificante entre o material fresco e recuperado.
Desenvolvimento de força de um 20% substituição das cinzas moscas low-LOI em uma argamassa contendo 600 lb/yd3 material cimentado (ver Tabela 3) mostrou que o produto ProAsh derivado de cinzas aterros de cinzas rendeu argamassas com força comparável às argamassas produzidas usando ProAsh a partir de cinzas frescas produzidas no mesmo local. O produto final das cinzas recuperadas beneficiarias suportaria usos high-end na indústria de concreto consistente com a posição altamente valiosa que a ProAsh desfruta nos mercados que atende atualmente.
A disponibilidade de gás natural de baixo custo nos Estados Unidos melhora muito a economia dos processos de secagem, incluindo a secagem de cinzas de mosca sumidas de aterros sanitários. Tabela 4 resume os custos de combustível para operações nos Estados Unidos para 15% e 20% teor de umidade. Ineficiências típicas de secagem estão incluídas nos valores calculados. Os custos são baseados na massa de material após a secagem. Os custos incrementais para a secagem de cinzas de mosca para o processamento de separação triboeletrástica STET são relativamente baixos.
Mesmo com a adição de custos de secagem de ração, o processo de separação stet oferece um baixo custo, processo industrialmente comprovado para redução de LOI de cinzas de moscas aterros. O processo STET para cinzas de mosca recuperadas é de um terço a metade do custo de capital em comparação com sistemas baseados em combustão. O processo STET para cinzas de mosca recuperadas também tem emissões significativamente menores para o meio ambiente em comparação com sistemas baseados em combustão ou flutuação. Porque a única fonte adicional de emissão de ar para a instalação padrão do processo STET é um secador a gás natural, permitindo que seria relativamente simples.
| Amostra de alimentação para separador | KO., % | ProAsh LOI, % | ProAsh Finura, % +325 malha |
Rendimento em massa ProAsh, % |
|---|---|---|---|---|
| A fresco | 10.2 | 3.6 | 23 | 84 |
| Aterro a aterro | 11.1 | 3.6 | 20 | 80 |
| B fresco | 5.3 | 2.0 | 13 | 86 |
| Aterro B | 7.1 | 2.0 | 15 | 65 |
| C fresco | 4.7 | 2.6 | 16 | 82 |
| C em aterro | 5.7 | 2.5 | 23 | 72 |
| Aterro D | 10.8 | 3.0 | 25 | 80 |
| Fonte de material | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | Ban | Mgo | K2o | Na2O Na2O | SO3 SO3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| B fresco | 51.60 | 24.70 | 9.9 | 2.22 | 0.85 | 2.19 | 0.28 | 0.09 |
| Aterro 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 em aterro | 48.5 | 26.5 | 11.5 | 1.8 | 0.86 | 2.39 | 1.18 | 0.02 |
| 7-força compressiva dia, % de controle de cinzas frescos | 28-força compressiva dia, % de controle de cinzas frescos | |
|---|---|---|
| B fresco | 100 | 100 |
| Aterro B | 107 | 113 |
| C fresco | 100 | 100 |
| C em aterro | 97 | 99 |
| Teor de umidade, % | Requisito de calor KWhr/T base molhada | Custo de secagem/T base seca (gás natural custa $3.45/mmBtu) |
| 15 | 165 | $ 2.28 |
| 20 | 217 | $ 3.19 |
Além do produto de baixo carbono para uso em concreto, chamado proash, o processo de separação stet também recupera o carbono não queimado desperdiçado na forma de cinzas de mosca ricas em carbono, marca EcoTherm™. A EcoTherm tem um valor significativo de combustível e pode ser facilmente devolvida à usina elétrica usando o sistema STET EcoTherm Return para reduzir o uso de carvão na usina. Quando o EcoTherm é queimado na caldeira de utilidade, a energia da combustão é convertida em vapor de alta pressão/alta temperatura e, em seguida, para eletricidade na mesma eficiência que o carvão, Normalmente 35%. A conversão da energia térmica recuperada para eletricidade no sistema STET EcoTherm Return é duas a três vezes maior do que a da tecnologia competitiva onde a energia é recuperada como calor de baixo grau na forma de água quente, que é circulado para o sistema de água de alimentação da caldeira. EcoTherm também é usado como fonte de alumina em fornos de cimento, deslocando a bauxita mais cara, que geralmente é transportado longas distâncias. O uso das cinzas EcoTherm de alto carbono em uma usina ou em um forno de cimento maximiza a recuperação de energia do carvão entregue, reduzindo a necessidade para o meu e o combustível adicional para as facilidades de transporte.
A STET é Talen energia Brandon Shores, RD SMEPA. Amanhã, Belledune NBP, RWEnpower Didcot, FED energia ocidental Burton, RWEnpower Aberthaw, e as usinas de cinzas de moscas da Korea South-East Power incluem sistemas EcoTherm Return.
O processo de separação do STET tem sido usado comercialmente desde 1995 para a beneficiada de cinzas de mosca e gerou mais 20 milhões de toneladas de cinzas volantes de alta qualidade para produção de concreto. O Controle low-LOI ProAsh é atualmente produzido com a tecnologia STET em 12 centrais elétricas em todo os Estados Unidos, Canadá, o Reino Unido, Polônia, e a República da Coreia. As cinzas ProAshfly foram aprovadas para uso por mais de 20 autoridades do estado da estrada, assim como muitas outras agências de especificação. ProAsh também foi certificado sob a Canadian Standards Association e EN 450:2005 padrões de qualidade na Europa. Instalações de processamento de cinza usando tecnologia STET estão listadas na tabela 5.
Após escalpelamento adequado de material grande, Secagem, e desagglomeração, cinzas de mosca recuperadas de aterros de plantas elétricas podem ser reduzidas em teor de carbono usando o separador de correia triboelétrica STET comercializado. A qualidade do produto de cinzas de mosca, ProAsh, usando o sistema STET em material de aterro recuperado, é equivalente ao ProAsh produzido a partir de cinzas mosca de alimentação fresca. O produto ProAsh é muito adequado e comprovado na produção de concreto. A recuperação e o beneficiamento de cinzas aterros sanitários fornecerão um fornecimento contínuo de cinzas de alta qualidade para os produtores de concreto, apesar da redução da produção de cinzas "frescas", à medida que as concessionárias a carvão reduzem a geração. Além disso, usinas que precisam remover cinzas de aterros sanitários para atender às mudanças nas normas ambientais poderão usar o processo para alterar a responsabilidade de um produto de resíduo em uma matéria-prima valiosa para produtores de concreto. O processo de separação stet com equipamento de pré-processamento de ração para secagem e desagglomeração de cinzas de moscas aterros é uma opção atraente para o beneficiamento de cinzas com custo significativamente menor e menores emissões em comparação com outras combustão- e sistemas baseados em flutuação. ❖
1. Produtos americanos de combustão de carvão e estatísticas de uso, http://www.acaausa.org/Publications/Production-Use-Reports.
2. Relatório Interno ST, Ago. 1995.
3. Li Li, T. X.; Schaefer, J. L.; Ban, H.; Neathery, J. K.; e Stencel, J. M., "Processamento de beneficiamento seco de cinzas de mosca de combustão," Processo da Conferência do DOE sobre carbono não queimado em cinzas de mosca de utilidade, Pittsburgh, PA, Maio 19-20, 1998.
4. Baltrus, J. P.; Diehl, J. R.; Soong, Y.; e Sands, W., "Separação Triboelestrática de Cinzas moscas e reversão de carga,Combustível, V. 81, 2002, PP. 757-762.
5. Cangialosi, F.; Notarnicola, M.; Liberti, L.; e Stencel, J., "O papel do intemperismo na distribuição de carga de cinzas de mosca durante o Benefício Triboeletrático," Jornal de Materiais Perigosos, V. 164, 2009, PP. 683-688.
Lewis Baker é o gerente europeu de suporte técnico para equipamentos ST & Tecnologia (SSE3) com sede no Reino Unido
Abhishek Gupta é engenheiro de processo baseado na fábrica piloto da STET e instalação de laboratório em Needham, MA.
Stephen Gasiorowski é cientista sênior de equipamentos st & Tecnologia (SSE3) com sede em New Hampshire.
Frank Hrach é vice-presidente de engenharia de processos com sede na fábrica piloto da STET e instalação de laboratório em Needham, MA.
| Concessionária e usina elétrica | Localização | Início das operações comerciais | Detalhes da instalação |
|---|---|---|---|
| Duke Energy - Roxboro | Carolina do Norte | Setembro. 1997 | 2 Separadores |
| Talen Energy - Brandon Shores Station | Maryland | Abr. 1999 | 2 Separadores 35,000 cúpula de armazenamento de tonelada Ecotherm Return 2008 |
| ScotAsh (Lafarge / Joint venture da Scottish Power)— Longannet Station | Escócia, REINO UNIDO | Oct. 2002 | 1 separador de |
| Jacksonville Electric Authority - St.. Rio poder Park de John, FL | Florida | Maio 2003 | 2 separadores Carvão/petcoke mistura remoção de amônia |
| South Mississippi autoridade de energia elétrica R. D. Estação de Morrow | Mississippi | Jan. 2005 | 1 separador Ecotherm retorno |
| Nova Brunswick Power companhia Belledune estação | Nova Brunswick, Canadá | Abr. 2005 | 1 separador Carvão/petcoke mistura retorno Ecotherm |
| RWE npower estação Didcot | Inglaterra, U | Ago. 2005 | 1 separador Ecotherm retorno |
| Estação Ilha Talen Energy Brunner | Pensilvânia | Dec. 2006 | 2 Separadores 40,000 cúpula de armazenamento ton |
| Tampa Electric Co. Estação de Big Bend | Florida | Abr. 2008 | 3 Separadores, Passe duplo 25,000 remoção da cúpula de armazenamento de toneladas Ammonia |
| Estação RWE npower Aberthaw (Lafarge cimento UK) | País de Gales, REINO UNIDO | Setembro. 2008 | 1 separador Remoção de amônia Ecotherm retorno |
| EDF Energy West Burton Station (Lafarge cimento UK, Cemex) | Inglaterra, REINO UNIDO | Oct. 2008 | 1 separador Ecotherm retorno |
| ZGP (Lafarge cimento Polónia / Ciech Janikosoda JV) | Polônia | Mar. 2010 | 1 separato |
| Coreia do Sul-Leste Power Yeongheung unidades 5&6 | Coreia do Sul | Setembro. 2014 | 1 separador Ecotherm retorno |
| PGNiG Termika-Siekierki | Polônia | Agendada 2016 | 1 separador Ecotherm retorno |
| A ser anunciado | Polônia | Agendada 2016 | 1 separador Ecotherm retorno |
