Triboelectrostatic Benefisiëring van Grond Gevul en Ponded Fly Ash

PREPRINT- artikel word gepubliseer in ACAA Ash by die werk, Kwessie II 2015

Triboelectrostatic kleiner van

Grond gevul en Ponded Fly Ash

Deur Lewis Baker, Abhishek Gupta, Stephen Gasiorowski, en Frank Hrach

Die Amerikaanse steenkoolas Association (OOA) jaarlikse opname van die produksie en gebruik van steenkool vliegas berig dat tussen 1966 en 2011, oor 2.3 miljard kort ton vliegas is geproduseer deur steenkool-aangedrewe nut ketels.1 Dit beloop ongeveer 625 miljoen ton beneficially gebruik, meestal vir sement en beton produksie. Maar, die oorblywende 1.7+ miljard ton word hoofsaaklik gevind in stortingsterreine of Gevulde ponded impoundments. Terwyl benuttingskoerse vir vars gegenereerde vliegas die afgelope paar jaar aansienlik toegeneem het, met huidige tariewe naby 45%, Ongeveer 40 miljoen ton vliegas word steeds jaarliks weggedoen. Terwyl benuttingskoerse in Europa baie hoër was as in die VSA, aansienlike volumes vliegas is ook in stortingsterreine en skut in sommige Europese lande gestoor.

Onlangs, belangstelling in die herstel van hierdie weggedoen materiaal het toegeneem, gedeeltelik as gevolg van die vraag na vliegas van hoë gehalte vir beton- en sementproduksie gedurende 'n tydperk van verminderde produksie namate steenkoolkragopwekking in Europa en Noord-Amerika afgeneem het. Kommer oor die langtermyn-omgewingsimpak van sulke stortingsterreine vra ook nutsdienste om voordelige gebruikstoepassings vir hierdie gestoorde as te vind.

GROND GEVULDE ASKWALITEIT EN VEREISTE VEREDELING

Alhoewel sommige van hierdie gestoorde vliegas geskik kan wees vir voordelige gebruik soos aanvanklik opgegrawe, die oorgrote meerderheid sal 'n mate van verwerking benodig om aan die kwaliteitstandaarde vir sement- of betonproduksie te voldoen. Aangesien die materiaal tipies benat is om hantering en verdigting moontlik te maak, terwyl stofopwekking in die lug vermy word, droog en deagglomerasie is 'n noodsaaklike vereiste vir gebruik in beton, aangesien betonprodusente die praktyk van bondelvliegas as droog wil voortsit, fyn poeier. Maar, Om te verseker dat die chemiese samestelling van die as aan spesifikasies voldoen, veral die koolstofinhoud gemeet as verlies-op-ontsteking (LOI), is 'n groter uitdaging. Namate die benutting van vliegas in die laaste toegeneem het 20+ jaar, die meeste "in-spec" as is voordelig gebruik, en die as van buite gehalte weggegooi. Dus, LOI-vermindering sal 'n vereiste wees vir die gebruik van die oorgrote meerderheid vliegas wat herwin kan word uit nutsskutte.

LOI REDUKSIE DEUR TRIBO-ELEKTRIESE SKEIDING

Terwyl ander navorsers verbrandingstegnieke en flotasieprosesse gebruik het vir LOI-vermindering van herwonne stortingsterrein en opgedamde vliegas, ST Toerusting & Tegnologie (STET) het gevind dat sy unieke tribo-elektrostatiese gordelskeidingstelsel, lank gebruik vir veredeling van vars gegenereerde vliegas, is ook effektief op herwinde as na geskikte droog en deagglomerasie.

STET-navorsers het die tribo-elektrostatiese skeidingsgedrag van gedroogde stortingsterreine van verskeie vliegas-stortingsterreine in die Amerikas en Europa getoets. Hierdie herstelde as geskei baie soortgelyk aan vars gegenereerde as met een verrassende verskil: die deeltjie laai is omgekeer van dié van vars as met die koolstof laai negatief in verhouding tot die mineraal.2 Ander navorsers van elektrostatiese skeiding van vliegaskoolstof het ook hierdie verskynsels waargeneem.3,4,5 Die polariteit van die STET triboelectrostatiese skeier kan maklik verstel word om die verwerping van negatief gelaaide koolstof uit gedroogde landgevulde vliegasbronne moontlik te maak. Geen spesiale wysigings aan die skeidingsontwerp of kontroles is nodig om hierdie verskynsels te akkommodeer nie.

TEGNOLOGIE OORSIG - VLIEG AS KOOLSTOF SKEIDING

In die STET koolstofskeiding (Figuur 1), materiaal word gevoer in die dun gaping tussen twee parallelle planêre elektrodes. Die deeltjies is triboelectrically gehef deur globaal kontak. Die positief gelaaide koolstof en die negatief gelaaide minerale (in vars gegenereerde as wat nie natgemaak en gedroog is nie) is aangetrokke tot die teenoorgestelde elektrodes. Die deeltjies word dan deur 'n aaneenlopende bewegende gordel opgevee en in teenoorgestelde rigtings oorgedra. Die gordel beweeg die deeltjies langs elke elektrode na die teenoorgestelde eindes van die skeider. Die hoë gordel spoed ook in staat stel baie hoë deursette, tot en met 36 ton per uur op 'n enkele skeierbladsy. Die klein gaping, hoë spanning veld, toonbank huidige vloei, kragtige deeltjie-deeltjie roering en selfreinigende werking van die gordel op die elektrodes is die kritieke eienskappe

PREPRINT- artikel word gepubliseer in ACAA Ash by die werk, Kwessie II 2015

van die STET-skeier. Deur beheer van verskeie proses parameters, soos gordel spoed, voed punt, en voerkoers, die STET proses produseer lae LOI vlieg as by koolstofinhoud van minder as 1.5 om 4.5% van voervliegas wat wissel in LOI van 4% om oor 25%.

Vye. 1 STET Separator verwerking gedroog, storting vlieg as

Die Verdelerblad ontwerp is relatief eenvoudig en kompakte. 'N Masjien wat ontwerp is om te verwerk 40 Ton per uur is ongeveer 30 ft. (9 m.) lank, 5 ft. (1.5 m.) wye, en 9 Ft., m (2.75 m.) hoë. Die gordel en geassosieerde rollers is die enigste bewegende dele. Die elektrodes is stilstaande en saamgestel van 'n toepaslik duursame materiaal. Die gordel is gemaak van nie-geleidende plastiek. Die skeider se kragverbruik gaan oor 1 kilowatt-uur per ton van die materiaal verwerk met die meeste van die krag wat verbruik word deur twee motors ry die gordel.

Die proses is heeltemal droog, benodig geen bykomende materiale anders as die vliegas nie en produseer geen afvalwater of lugvrystellings nie. Die herwinde materiale bestaan uit vliegas wat in koolstofinhoud verminder word tot vlakke wat geskik is vir gebruik as 'n pozzolanic mengsel in beton, en 'n hoë koolstoffraksie nuttig as brandstof. Aanwending van beide produk strome bied 'n 100% oplossing vir fly ash beskikking probleme.

PROASH® HERSTEL VAN GRONDVULLINGS

Vier asbronne is van stortingsterreine verkry: monster A van 'n kragsentrale in die Verenigde Koninkryk en monsters B, C, D van die Verenigde State. Al hierdie monsters het bestaan uit as uit die verbranding van bituminous steenkool deur groot nutsketels. As gevolg van die vermenging van materiaal in die stortingsterreine, geen verdere inligting is beskikbaar rakende spesifieke steenkoolbron of verbrandingsvoorwaardes nie.

Die monsters soos ontvang deur STET vervat tussen 15% en 27% water soos tipies vir stortingsmateriaal. Die monsters het ook verskillende hoeveelhede groot >1/8 duim (~ 3 mm) Materiaal. Om die monsters voor te berei vir koolstofskeiding, die groot puin is deur sifting verwyder en die monsters is daarna gedroog en gedeagglomereer voor koolstofveredeling. Verskeie metodes vir droog / deagglomerasie is op loodsskaal geëvalueer om die algehele proses te optimaliseer. STET het 'n industriële bewese gekies, voerverwerkingstelsel wat gelyktydige droging en deagglomerasie bied wat nodig is vir effektiewe elektrostatiese skeiding. 'N Algemene prosesvloeiblad word in Figuur aangebied 2.

PREPRINT- artikel word gepubliseer in ACAA Ash by die werk, Kwessie II 2015

Figuur 2: Proses vloei diagram

Die eienskappe van die voorbereide monsters was goed binne die omvang van vliegas wat direk van normale nutsketels verkry is. Die mees relevante eienskappe vir beide die skeidingsvoere en produkte word in Tabel opgesom 2 saam met herwinde produk.

KOOLSTOF SKEIDING

Koolstofverminderingsproewe met behulp van die STET-tribo-elektriese gordelafskeider het gelei tot 'n baie goeie herstel van lae LOI-produkte uit al vier stortingsterreinvliegasbronne. Die omgekeerde laai van die koolstof soos hierbo bespreek, het die skeiding op geen manier verswak in vergelyking met die verwerking van vars as nie.

Die eienskappe van die lae LOI-vliegas wat herwin word met behulp van die STET-proses vir beide vars versamelde as uit die ketel en as wat uit die stortingsterrein herwin word, word in Tabel opgesom 1. Die resultate toon dat die kwaliteit van die produk vir ProAsh® vervaardig uit stortingsterreinmateriaal is gelykstaande aan produk wat uit vars vliegasbronne vervaardig word.

tafel 1: Eienskappe van voer en herwin ProAsh®.

PREPRINT- artikel word gepubliseer in ACAA Ash by die werk, Kwessie II 2015

PRESTASIE IN BETON

Die eienskappe van die ProAsh® gegenereer uit die herwonne stortingsterreinmateriaal is vergelyk met dié van ProAsh® vervaardig uit vars vliegas wat deur die nutsketels vanaf dieselfde plek gegenereer word. Die verwerkte herwonne as voldoen aan al die spesifikasies van ASTM C618 en AASHTO M250 standaarde. Die volgende tabel gee 'n opsomming van die chemie vir monsters uit twee van die bronne wat die onbeduidende verskil tussen die vars en herwonne materiaal toon.

tafel 2: As Chemie van lae LOI-as.

Sterkte ontwikkeling van 'n 20% vervanging van die lae LOI-vliegas in 'n mortier wat bevat 600 lb sementitious/ yd3 (sien tabel 3 Hieronder) het die ProAsh gewys® produk afkomstig van gevulde as opgelewer mortiere met sterkte vergelykbaar met mortiere wat met ProAsh vervaardig word® van vars vliegas wat op dieselfde plek geproduseer word. Die eindproduk van die welgestelde herwinde as sal hoë eindgebruike in die betonbedryf ondersteun in ooreenstemming met die hoogs waardevolle posisie ProAsh® geniet in die markte wat dit tans dien.

tafel 3: Kompressiewe sterkte van mortier silinders.

PROSES EKONOMIE

Die beskikbaarheid van laekoste-aardgas in die VSA verhoog die ekonomie van droogprosesse aansienlik, insluitend die droog van nat vliegas van stortingsterreine. tafel 4 som die brandstofkoste vir bedrywighede in die VSA op vir 15% en 20% voginhoud. Tipiese ondoeltreffendheid van droog word ingesluit in die berekende waardes. Koste is gebaseer op die massa materiaal na droog. Die inkrementele koste vir die droog van vliegas vir STET triboelectrostatic skeiding verwerking is relatief laag.

tafel 4: Droog koste op grond van gedroogde massa.

PREPRINT- artikel word gepubliseer in ACAA Ash by die werk, Kwessie II 2015

Selfs met die toevoeging van voer droog koste, die STET-skeidingsproses bied 'n lae koste, industrieel bewys, proses vir LOI-vermindering van stortingsterreinvliegas. Die STET-proses vir herwonne vliegas is een derde tot die helfte van die kapitale koste in vergelyking met verbrandingsgebaseerde stelsels. Die STET-proses vir herwonne vliegas het ook aansienlik laer emissies na die omgewing in vergelyking met verbrandings- of flotasie-gebaseerde stelsels. Aangesien die enigste bykomende lugvrystellingsbron vir die standaard STET-prosesinstallasie 'n natuurlike gas-aangedrewe droër is, dit sou relatief eenvoudig wees om toe te laat.

VERHAAL BRANDSTOF WAARDE VAN HOË-KOOLSTOF VLIEG AS

Benewens die lae koolstofproduk vir gebruik in beton, handelsmerk met die naam ProAsh®, die STET skeidingsproses herstel ook andersins vermorste ongebrande koolstof in die vorm van koolstofryke vliegas, drankwinkel EcoTherm™. EcoTherm™ het beduidende brandstof waarde en kan maklik teruggekeer word na die elektriese krag plant gebruik die STET EcoTherm™ Terugkeer stelsel verminder die steenkool gebruik by die aanleg. Wanneer EcoTherm™ verbrand in die hulpprogram ketel, die energie van ontbrand is omgeskakel na hoë druk / hoë temperatuur stoom en dan om elektrisiteit by die dieselfde doeltreffendheid as steenkool, tipies 35%. Die omskakeling van die herstelde termiese energie na elektrisiteit in ST Equipment & Tegnologie LLC EcoTherm™ Terugkeer stelsel is twee tot drie keer hoër as dié van die mededingende tegnologie waar die energie herstel word as lae-graad hitte in die vorm van warm water wat gesirkuleer word na die ketel voer water stelsel. EcoTherm™ word ook gebruik as 'n bron van alumina in sementkilns, verplaas die duurder bauxiet wat gewoonlik lang afstande vervoer word. Gebruik van die hoë koolstof EcoTherm™ as óf by 'n kragsentrale óf 'n sementkiln, maksimeer die energie herstel van die gelewer steenkool, die vermindering van die behoefte om te myn en vervoer bykomende brandstof na die fasiliteite.

STET se Talen Energy Brandon Shores, SMEPA R.D. Volgende dag, NBP Belledune, RWEnpower Didcot, EDF Energie Wes-Burton, RWEnpower Aberthaw, en die Korea South-East Power-vliegasaanlegte sluit almal EcoTherm in™ Terugkeer stelsels.

STET ASH VERWERKING FASILITEITE

STET se skeidingsproses word sedertdien kommersieel gebruik 1995 vir vliegasveredeling en het oor 20 miljoen ton vliegas van hoë gehalte vir betonproduksie. Beheerde lae LOI-vlieg ProAsh®, word tans vervaardig met STET se tegnologie by elf kragstasies regoor die VSA., Kanada, die Verenigde Koninkryk, Pole, en Republiek van Korea. ProAsh® vliegas is goedgekeur vir gebruik deur meer as twintig staatshoofwegowerhede, asook baie ander spesifikasie agentskappe. ProAsh® is ook gesertifiseer onder Canadian Standards Association en EN 450:2005 kwaliteit standaarde in Europa. Asverwerkingsfasiliteite wat STET-tegnologie gebruik, word in tabel gelys 5.

PREPRINT- artikel word gepubliseer in ACAA Ash by die werk, Kwessie II 2015

tafel 5. Fly Ash Verwerkingsfasiliteite met behulp van STET-skeidingstegnologie

PREPRINT- artikel word gepubliseer in ACAA Ash by die werk, Kwessie II 2015

GEVOLGTREKKINGS

Na geskikte scalping van groot materiaal, Droog, en deagglomerasie, vliegas wat van nutsaanleg stortingsterreine herwin word, kan in koolstofinhoud verminder word deur die gekommersialiseerde STET-tribo-elektriese gordelafskeider te gebruik. Die kwaliteit van die vliegasproduk, ProAsh® die gebruik van die STET-stelsel op herwonne stortingsterreinmateriaal is gelykstaande aan ProAsh® Geproduseer uit vars voervliegas. Die ProAsh® produk is baie goed geskik en bewys in betonproduksie. Die herstel en veredeling van stortas sal 'n voortdurende aanbod van hoë kwaliteit as vir betonprodusente bied, ondanks die verminderde produksie van 'vars' as namate steenkoolaangedrewe nutsdienste die opwekking verminder. Daarbenewens, kragsentrales wat as van stortingsterreine moet verwyder om aan veranderende omgewingsregulasies te voldoen, sal die proses kan gebruik om 'n afvalprodukaanspreeklikheid in 'n waardevolle grondstof vir betonprodusente te verander. Die STET-skeidingsproses met voervoorverwerkingstoerusting vir die droog en deagglomerering van landgevulde vliegas is 'n aantreklike opsie vir asveredeling met aansienlik laer koste en laer emissies in vergelyking met ander verbrandings- en flotasie-gebaseerde stelsels.

VERWYSINGS

[1]Amerikaanse steenkoolaskoolverbrandingsprodukte en gebruikstatistieke: HTTP://www.acaa- usa.org/Publications/Production-Use-Reports.

[2]ST interne verslag, Augustus 1995.

[3]Li,T.X,. Schaefer, J.L., Verbod, H., Neathery, J.K., en Stencel, J.M.. Droë veredeling verwerking van verbrandingsvliegas, Verrigtinge van die DOE-konferensie oor onverbrande koolstof op nutsvliegas, Mag 19 20, Pittsburgh, PA, 1998.

[4]Baltrus, J.P., Diehl, J.R., Soong, Y., Sand, W. Tribo-elektrostatiese skeiding van vliegas en ladingomkering, Brandstof 81, (2002) pp.757-762.

[5]Cangialosi, F., Notarnicola, M., Liberti, L, Stencel, J. Die rol van verwering op vliegasladingverspreiding tydens tribo-elektrostatiese veredeling, Tydskrif vir Gevaarlike Materiale, 164 (2009) pp.683-688.

SKRYWERS

Lewis Baker is die Europese tegniese ondersteuningsbestuurder vir ST-toerusting & Tegnologie (STET) gebaseer in die Verenigde Koninkryk

Abhishek Gupta is 'n prosesingenieur gebaseer by die Separation Technologies-loodsaanleg en laboratoriumfasiliteit, STET Tegniese Sentrum, 101 Hampton Ave, Needham MA 02494 +1-781-972-2300

Dr. Stephen Gasiorowski, Ph.D. is 'n Senior Navorsingswetenskaplike vir ST Toerusting & Tegnologie (STET) gebaseer in die New Hampshire.

Frank Hrach is vise-president van prosesingenieurswese gebaseer by die Separation Technologies-loodsaanleg en laboratoriumfasiliteit, STET Tegniese Sentrum, 101 Hampton Ave, Needham MA 02494 +1-781-972-2300