تريبوليكتروستاتيك الاستفادة من الأراضي التي شغلها والرماد المتطاير بونديد

PREPRINT- المادة لنشرها في "الرماد أكاة" في العمل, المسألة الثانية 2015

تريبوليكتروستاتيك الاستفادة من

Land Filled and Ponded Fly Ash

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 وقد تم إنتاج مليار طن قصيرة من الرماد المتطاير من قبل المراجل المرافق التي تعمل بالفحم.1 من 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. بينما معدلات الاستخدام لإنشاء طازجة الرماد المتطاير زادت زيادة كبيرة في السنوات الأخيرة, مع المعدلات الحالية قرب 45%, تقريبا 40 مليون طن من الرماد المتطاير مواصلة التخلص منها سنوياً. وفي حين كانت أعلى بكثير من معدلات الاستخدام في أوروبا في الولايات المتحدة, 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.

الأرض تملأ جودة الرماد والاeficiation المطلوبة

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. منذ أن تم عادة الرطب المواد لتمكين المناولة والتعاقد مع تجنب توليد الغبار المحمولة جوا, drying and deagglomeration is a necessary requirement for use in concrete since concrete producers will want to continue the practice of batching fly ash as a dry, مسحوق ناعم. ومع ذلك, ضمان التركيب الكيميائي للرماد يفي بالمواصفات, أبرزها محتوى الكربون الذي يقاس على أنه فقدان على الاشتعال (لوي), هو تحد أكبر. كما زاد استخدام الرماد المتطاير في الماضي 20+ السنوات, most “in-spec” ash has been beneficially used, والرماد غير جودة التخلص منها. هكذا, تخفيض لوي سيكون شرطا للاستفادة من الغالبية العظمى من الرماد المتطاير قابلة للاسترداد من محتجزات الأداة المساعدة.

تخفيض لوي بفصل TRIBOELECTRIC

في حين أن باحثين آخرين استخدموا تقنيات الاحتراق وعمليات تعويم لتخفيض لوي المستردة من الرماد المتطاير مقالب وبونديد, معدات ش & التكنولوجيات (أبجد) has found that its unique 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: تم عكس شحن الجسيمات من الرماد الطازج مع شحن الكربون السلبية فيما يتعلق بالمعادن.2 وقد لاحظ باحثون آخرون من الفصل الكهربائي من كربون الرماد المتطاير أيضا هذه الظواهر.3,4,5 The polarity of the STET triboelectrostatic separator can easily be adjusted to allow rejection of negatively charged carbon from dried landfilled fly ash sources. لا تعديلات خاصة لتصميم فاصل أو عناصر ضرورية لاستيعاب هذه الظواهر.

نظرة عامة على التكنولوجيا – فصل الكربون الرماد المتطاير

في الفاصل الكربون ستيت (الرقم 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. كما يتيح سرعة الحزام عالية الإنتاجية عالية جداً, تصل إلى 36 طن في مدار على فاصل واحد. الفجوة الصغيرة, ميدان الجهد العالي, عداد التدفق الحالي, vigorous particle-particle agitation and self-cleaning action of the belt on the electrodes are the critical features

PREPRINT- المادة لنشرها في "الرماد أكاة" في العمل, المسألة الثانية 2015

فاصل ستيت. 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%.

التين. 1 المجففة تجهيز فاصل ستيت, الرماد المتطاير مقالب

يتم تصميم فاصل بسيط وصغير نسبيا. جهاز مصمم لمعالجة 40 طن كل ساعة تقريبا 30 فورنت. (9 (م).) طويلة, 5 فورنت. (1.5 (م).) على نطاق واسع, و 9 متر., m (2.75 (م).) عالية. حزام والمرتبطة بكرات هي أجزاء متحركة فقط. أقطاب كهربائية ثابتة وتتألف من مادة دائمة على نحو ملائم. The belt is made of non-conductive plastic. فاصل استهلاك الطاقة على وشك 1 أيوناته للطن الواحد من المواد المجهزة مع معظم قوة يستهلكها اثنين المحركات الدافعة الحزام.

هذه العملية جافة تماما, ويتطلب لا مواد إضافية خلاف الرماد المتطاير وتنتج أي انبعاثات النفايات في المياه أو الهواء. تتكون المواد المسترجعة من الرماد المتطاير من تقليل محتوى الكربون إلى مستويات مناسبة للاستخدام كاختلاط البوزولاني في الخرسانة, ونسبة كربون عالية مفيدة كوقود. يوفر استخدام كلا تيارات المنتج 100% حل لمشاكل التخلص من الرماد المتطاير.

براش® تعافي من يملأ الأرض

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% المياه كما هو معتاد للمواد المكبة. كما احتوت العينات على كميات متفاوتة من الكميات الكبيرة >1/8 بوصة (~ 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 in order 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. يتم تقديم ورقة تدفق عملية عامة في الشكل 2.

PREPRINT- المادة لنشرها في "الرماد أكاة" في العمل, المسألة الثانية 2015

الرقم 2: Process Flow Diagram

وكانت خصائص العينات المعدة جيدا ضمن نطاق الرماد المتطاير التي تم الحصول عليها مباشرة من المراجل المرافق العادية. يتم تلخيص الخصائص الأكثر ملاءمة لكل من موجزات الفواصل والمنتجات في الجدول 2 جنبا إلى جنب مع المنتج المسترد.

فصل الكربون

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 above did not degrade the separation in any way as compared to processing fresh ash.

خصائص الرماد المتطاير LOI منخفضة استردادها باستخدام عملية STET لكل من الرماد التي تم جمعها حديثا من المرجل والرماد المستردة من المكب هو ملخص في الجدول 1. The results show that the product quality for ProAsh® produced from landfilled material is equivalent to product produced from fresh fly ash sources.

الجدول 1: Properties of feed and recovered ProAsh®.

PREPRINT- المادة لنشرها في "الرماد أكاة" في العمل, المسألة الثانية 2015

PERFORMANCE IN CONCRETE

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 M250 standards. The following table summarizes the chemistry for samples from two of the sources showing the insignificant difference between the fresh and reclaimed material.

الجدول 2: كيمياء الرماد من الرماد LOI منخفضة.

تطوير القوة من 20% استبدال الرماد المتطاير منخفض LOI في هاون يحتوي على 600 lb cementitious/ yd3 (انظر الجدول 3 ادناه) 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.

الجدول 3: Compressive strength of mortar cylinders.

عملية الاقتصاد

The availability of low cost natural gas in the USA 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 USA 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.

الجدول 4: تكاليف التجفيف على أساس الكتلة المجففة.

PREPRINT- المادة لنشرها في "الرماد أكاة" في العمل, المسألة الثانية 2015

Even with the addition of feed drying costs, the STET separation process offers a low cost, ثبت صناعيا, عملية للحد من لوي من الرماد المتطاير مقالب. The STET process for reclaimed fly ash is one-third to one-half of the capital cost compared to combustion based systems. عملية ستيت للرماد المتطاير المستصلحة له أيضا انبعاثات أقل بكثير للبيئة مقارنة باحتراق أو التعويم النظم القائمة. Since the only additional air emission source to the standard STET process installation is a natural gas-fired dryer, تسمح بأن تكون بسيطة نسبيا.

قيمة الوقود المسترد من الرماد المتطاير الكربون العالية

بالإضافة إلى المنتجات المنخفضة الكربون للاستخدام في الخرسانة, العلامة التجارية المسماة براش®, عملية فصل ستيت أيضا للشفاء وإلا يضيع الكربون غير المحترقة في شكل الرماد المتطاير الغنية بالكربون, وصفت اكوثيرم™. اكوثيرم™ له قيمة كبيرة من الوقود ويمكن إرجاعها بسهولة لتوليد الطاقة الكهربائية باستخدام اكوثيرم ستيت™ عودة النظام الحد من استخدام الفحم في المصنع. عندما اكوثيرم™ أحرقت في المرجل الأداة المساعدة, يتم تحويل الطاقة من احتراق للضغط العالي / ارتفاع درجة حرارة البخار ومن ثم إلى الكهرباء بنفس الكفاءة كالفحم, عادة 35%. تحويل الطاقة الحرارية المسترجعة للكهرباء في شارع المعدات & اكوثيرم LLC التكنولوجيا™ عودة النظام أعلى مرتين إلى ثلاث مرات من التكنولوجيا قادرة على المنافسة حيث يتم استرداد الطاقة بدرجة منخفضة من الحرارة في شكل الماء الساخن ويتم تعميمها على المرجل تغذية نظام المياه. اكوثيرم™ يستخدم أيضا كمصدر لل ألومينا في قمائن الأسمنت, مما أدى إلى تشريد البوكسيت أغلى التي عادة ما تنقل لمسافات طويلة. استخدام الكربون عالية اكوثيرم™ الرماد أما في محطة لتوليد الكهرباء أو قمائن الأسمنت, تكبير استخلاص الطاقة من الفحم تم تسليمها, 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™ نظم العودة.

أبجد مرافق تجهيز الرماد

أبجد لعملية الفصل وقد استخدمت التجارية منذ 1995 ليطير الاستفادة الرماد وقد ولدت أكثر 20 مليون طن من الرماد المتطاير عالية الجودة لإنتاج الخرسانة. التي تسيطر عليها منخفضة لوي ذبابة براش®, يتم حاليا إنتاج مع التكنولوجيا ستيت في أحد عشر محطات توليد الطاقة في جميع أنحاء الولايات المتحدة, كندا, المملكة المتحدة, بولندا, وجمهورية كوريا. برواش® تمت الموافقة على الرماد المتطاير للاستخدام من قبل أكثر من عشرين سلطات الطرق السريعة في الولاية, فضلا عن العديد من الوكالات الأخرى في مواصفات. برواش® كما تم التصديق عليها بموجب جمعية المعايير الكندية وEN 450:2005 معايير الجودة في أوروبا. الرماد مرافق المعالجة باستخدام تقنية ستيت مذكورة في الجدول 5.

PREPRINT- المادة لنشرها في "الرماد أكاة" في العمل, المسألة الثانية 2015

الجدول 5. Fly Ash Processing facilities using STET separation technology

PREPRINT- المادة لنشرها في "الرماد أكاة" في العمل, المسألة الثانية 2015

الاستنتاجات

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, محطات توليد الطاقة التي تحتاج إلى إزالة الرماد من مدافن القمامة لتلبية اللوائح البيئية المتغيرة سوف تكون قادرة على الاستفادة من هذه العملية لتغيير المسؤولية عن النفايات المنتج إلى مادة خام قيمة لمنتجي الخرسانة. The STET separation process with feed pre-processing 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.

مراجع

[1]المنتجات "الأمريكية احتراق الفحم رماد الفحم" و "استخدام الإحصاءات": http://www.acaa- usa.org/Publications/Production-Use-Reports.

[2]تقرير داخلي ST, آب/أغسطس 1995.

[3]لي,تي إكس,. شايفر, جي إل, الحظر, ح., نيثيري, جي كي, وستينسيل, ط.. معالجة الإحسان الجاف لرماد ذبابة الاحتراق, وقائع مؤتمر وزارة الطاقة بشأن الكربون غير المحترق على الرماد المتطاير المرافق, أيار/مايو 19 20, بيتسبيرج, ابي, 1998.

[4]بالتروس, جي بي, ديهل, جي آر, سونغ, Y., الرمال, W. فصل تريبوليكتروستاتيك من الرماد المتطاير ورسوم الإلغاء, الوقود 81, (2002) pp.757-762.

[5]كانجيالوسي, F., نوتارنيكولا, (م)., ليبرتي, L, ستينسيل, ي. دور التجوية في توزيع رسوم الرماد المتطاير أثناء الاستفادة تريبوليكتروستاتيك, دفتر يومية للمواد الخطرة, 164 (2009) pp.683-688.

المؤلف

Lewis Baker is the European Technical Support Manager for ST Equipment & التكنولوجيا (أبجد) مقرها في المملكة المتحدة

ابهيشيك غوبتا هو "مهندس عملية" على أساس "التكنولوجيات الانفصال" التجريبية النباتية ومختبر مرفق, أبجد المركز التقني, 101 أفي هامبتون, ماجستير نيدام 02494 +1-781-972-2300

الدكتور. ستيفن جاسيورووسكي, درجة الدكتوراه. is a Senior Research Scientist for ST Equipment & التكنولوجيا (أبجد) based in the New Hampshire.

Frank Hrach is Vice President of Process Engineering based at the Separation Technologies pilot plant and lab facility, أبجد المركز التقني, 101 أفي هامبتون, ماجستير نيدام 02494 +1-781-972-2300