ভরা ভূমি Triboelectrostatic উৎপাদন ও Ponded ফ্লাই অ্যাশ

PREPRINT- ACAA ছাই কর্মক্ষেত্রে প্রকাশিত হতে নিবন্ধ, সমস্যা ২ 2015

Triboelectrostatic Beneficiation of

Land Filled and Ponded Fly Ash

By Lewis Baker, অভিষেক গুপ্তা, স্টিফেন Gasiorowski, and Frank Hrach

আমেরিকান কয়লার ছাই এসোসিয়েশন (ACAA) বার্ষিক জরিপের উৎপাদন ও কয়লা মাছি ছাই ব্যবহার মধ্যে রিপোর্ট 1966 এবং 2011, উপরে 2.3 billion short tons of fly ash have been produced by coal-fired utility boilers.1 Of this amount approximately 625 লক্ষ লক্ষ টন beneficially ব্যবহার করা হয়েছে, মূলত সিমেন্ট ও কনক্রিট উৎপাদনের জন্য. তবে, অবশিষ্ট আছে 1.7+ বিলিয়ন টন গ্রামগুলোয় মধ্যে প্রধানত পাওয়া যায় অথবা গণ impoundments ভরা. While utilization rates for freshly generated fly ash have increased considerably over recent years, with current rates near 45%, প্রায় 40 million tons of fly ash continue to be disposed of annually. While utilization rates in Europe have been much higher than in the US, considerable volumes of fly ash have also been stored in landfills and impoundments in some European countries.

সম্প্রতি, interest in recovering this disposed material has increased, partially due to the demand for high-quality fly ash for concrete and cement production during a period of reduced production as coal-fired power generation has decreased in Europe and North America. Concerns about the long-term environmental impact of such landfills are also prompting utilities to find beneficial use applications for this stored ash.

LAND FILLED ASH QUALITY AND REQUIRED BENEFICIATION

While some of this stored fly ash may be suitable for beneficial use as initially excavated, the vast majority will require some processing to meet quality standards for cement or concrete production. Since the material has been typically wetted to enable handling and compaction while avoiding airborne dust generation, 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, fine powder. তবে, assuring the chemical composition of the ash meets specifications, most notably the carbon content measured as loss-on-ignition (LOI), is a greater challenge. As fly ash utilization has increased in the last 20+ বছর, most “in-spec” ash has been beneficially used, and the off-quality ash disposed. Thus, LOI reduction will be a requirement for utilizing the vast majority of fly ash recoverable from utility impoundments.

LOI REDUCTION BY TRIBOELECTRIC SEPARATION

While other researchers have used combustion techniques and flotation processes for LOI reduction of recovered landfilled and ponded fly ash, উপজাতি সরঞ্জাম & Technologies (স্ট্যান্ড) পাওয়া গেছে যে তার অনন্য triboelectrostatic বেল্ট বিচ্ছেদ সিস্টেম, তাজা উত্পন্ন ফ্লাই অ্যাশের উপকারের জন্য দীর্ঘ ব্যবহৃত, উপযুক্ত শুকানো এবং deagglomeration পরে পুনরুদ্ধার করা ছাই উপর কার্যকর.

এসটিইটি গবেষকরা আমেরিকা ও ইউরোপের বেশ কয়েকটি ফ্লাই অ্যাশ ল্যান্ডফিল থেকে শুকনো ল্যান্ডফিলড ল্যান্ডফিলের ট্রাইবোইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বিচ্ছেদ আচরণ পরীক্ষা করেছেন. এই উদ্ধার করা ছাইটি একটি বিস্ময়কর পার্থক্যের সাথে তাজা উত্পন্ন ছাইয়ের সাথে খুব একইভাবে পৃথক করা হয়েছে: কণা চার্জিং খনিজ সম্পর্কিত কার্বন চার্জিং নেতিবাচক সঙ্গে তাজা ছাই যে থেকে বিপরীত ছিল.2 ফ্লাই অ্যাশ কার্বনের ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বিচ্ছেদের অন্যান্য গবেষকরাও এই ঘটনাটি পর্যবেক্ষণ করেছেন.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. No special modifications to the separator design or controls are necessary to accommodate this phenomena.

TECHNOLOGY OVERVIEW – FLY ASH CARBON SEPARATION

In the STET carbon separator (চরিত্র 1), material is fed into the thin gap between two parallel planar electrodes. কণা triboelectrically interparticle যোগাযোগ করে চার্জ প্রযোজ্য হবে. The positively charged carbon and the negatively charged mineral (in freshly generated ash that has not been wetted and dried) বিপরীত ইলেকট্রোড আকৃষ্ট হয়. The particles are then swept up by a continuous moving belt and conveyed in opposite directions. কণা বিপরীত পৃথকীকরণ শেষ দিকে প্রতিটি তড়িদ্দ্বার সংলগ্ন বেল্ট চাল. বেল্ট উচ্চ গতি খুব বেশি throughputs সক্ষম করে, তোমার উপর 36 টন ওজনের একক বিভাজক প্রতি ঘন্টায়. ছোট ফাঁক, high voltage field, প্রবাহ, vigorous particle-particle agitation and self-cleaning action of the belt on the electrodes are the critical features

PREPRINT- ACAA ছাই কর্মক্ষেত্রে প্রকাশিত হতে নিবন্ধ, সমস্যা ২ 2015

of the STET separator. বিভিন্ন প্রক্রিয়া পরামিতি নিয়ন্ত্রণ করা হচ্ছে, বেল্ট গতি যেমন, বিন্দু ফিড, এবং ফিড রেট, এসটিইটি প্রক্রিয়াটি কম এলওআই ফ্লাই অ্যাশ উত্পাদন করে কার্বন সামগ্রীতে কম 1.5 প্রতি 4.5% from feed fly ashes ranging in LOI from 4% থেকে বেশী 25%.

Fig. 1 STET Separator processing dried, landfilled fly ash

The separator design is relatively simple and compact. একটি মেশিন প্রক্রিয়া করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে 40 প্রতি ঘন্টায় টন প্রায় হয় 30 ফুট. (9 m.) দীর্ঘ, 5 ফুট. (1.5 m.) প্রশস্ত, এবং 9 ফুট, m (2.75 m.) উচ্চ. বেল্ট ও সংশ্লিষ্ট rollers একমাত্র প্রশাখা রয়েছে. ~ যেন সায়ানাইডকে নিশ্চল ও সেল্ফ মজবুত পদার্থ গঠিত হয়।. The belt is made of non-conductive plastic. The separator’s power consumption is about 1 বেল্ট চালানো দুটি মোটর দ্বারা ব্যবহৃত বেশিরভাগ বিদ্যুৎ সঙ্গে প্রতি টন উপাদান কিলোওয়াট-ঘন্টা.

প্রক্রিয়াটি পুরোপুরি শুষ্ক, requires no additional materials other than the fly ash and produces no waste water or air emissions. The recovered materials consist of fly ash reduced in carbon content to levels suitable for use as a pozzolanic admixture in concrete, and a high carbon fraction useful as fuel. উভয় পণ্য প্রবাহের ব্যবহার একটি প্রদান করে 100% উড়ন্ত ছাই নিষ্কাশন সমস্যা.

PROASH® RECOVERED FROM LAND FILLS

Four sources of ash were obtained from landfills: sample A from a power plant located in the United Kingdom and samples B, C, and D from the United States. All these samples consisted of ash from the combustion of bituminous coal by large utility boilers. Due to the intermingling of material in the landfills, no further information is available concerning specific coal source or combustion conditions.

The samples as received by STET contained between 15% এবং 27% water as is typical for landfilled material. The samples also contained varying amounts of large >1/8 ইঞ্চি (~3 mm) material. To prepare the samples for carbon separation, the large debris was removed by screening and the samples then dried and deagglomerated prior to carbon beneficiation. 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. A general process flow sheet is presented in Figure 2.

PREPRINT- ACAA ছাই কর্মক্ষেত্রে প্রকাশিত হতে নিবন্ধ, সমস্যা ২ 2015

চরিত্র 2: Process Flow Diagram

The properties of the prepared samples were well within the range of fly ash obtained directly from normal utility boilers. The most relevant properties for both the separator feeds and products are summarized in Table 2 along with recovered product.

CARBON SEPARATION

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.

বয়লার থেকে সদ্য সংগৃহীত ছাই এবং ল্যান্ডফিল থেকে উদ্ধার করা ছাই উভয়ের জন্য এসটিইটি প্রক্রিয়া ব্যবহার করে উদ্ধার করা কম এলওআই ফ্লাই অ্যাশের বৈশিষ্ট্যগুলি সারণীতে সারসংক্ষেপ করা হয়েছে 1. ফলাফলগুলি দেখায় যে ProAsh এর জন্য পণ্যের গুণমান® ল্যান্ডফিলড উপাদান থেকে উত্পাদিত তাজা ফ্লাই অ্যাশ উত্স থেকে উত্পাদিত পণ্যের সমতুল্য.

টেবিল 1: ফিড এবং উদ্ধারকৃত ProAsh এর বৈশিষ্ট্য®.

PREPRINT- ACAA ছাই কর্মক্ষেত্রে প্রকাশিত হতে নিবন্ধ, সমস্যা ২ 2015

কংক্রিট মধ্যে কর্মক্ষমতা

ProAsh এর বৈশিষ্ট্য® reclaimed ল্যান্ডফিল উপাদান থেকে উত্পন্ন ProAsh এর সাথে তুলনা করা হয়েছিল® একই অবস্থান থেকে ইউটিলিটি বয়লার দ্বারা উত্পন্ন তাজা ফ্লাই অ্যাশ থেকে উত্পাদিত. প্রক্রিয়াজাত পুনরুদ্ধার ছাই এএসটিএম C618 এবং AASHTO M250 মান সব স্পেসিফিকেশন পূরণ করে. The following table summarizes the chemistry for samples from two of the sources showing the insignificant difference between the fresh and reclaimed material.

টেবিল 2: Ash Chemistry of low LOI ash.

Strength development of a 20% substitution of the low LOI fly ash in a mortar containing 600 lb cementitious/ yd3 (টেবিল দেখুন 3 নিচে) 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.

টেবিল 3: Compressive strength of mortar cylinders.

PROCESS ECONOMICS

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. টেবিল 4 summarizes the fuel costs for operations in the USA for 15% এবং 20% moisture contents. Typical inefficiencies of drying are included in the calculated values. Costs are based on the mass of material after drying. The incremental costs for drying fly ash for STET triboelectrostatic separation processing are relatively low.

টেবিল 4: Drying costs on basis of dried mass.

PREPRINT- ACAA ছাই কর্মক্ষেত্রে প্রকাশিত হতে নিবন্ধ, সমস্যা ২ 2015

Even with the addition of feed drying costs, the STET separation process offers a low cost, industrially proven, process for LOI reduction of landfilled fly ash. The STET process for reclaimed fly ash is one-third to one-half of the capital cost compared to combustion based systems. The STET process for reclaimed fly ash also has significantly lower emissions to the environment compared to combustion or flotation based systems. Since the only additional air emission source to the standard STET process installation is a natural gas-fired dryer, permitting would be relatively simple.

RECOVERED FUEL VALUE OF HIGH-CARBON FLY ASH

In addition to the low carbon product for use in concrete, brand named ProAsh®, the STET separation process also recovers otherwise wasted unburned carbon in the form of carbon-rich fly ash, branded EcoTherm™. EcoTherm™ has significant fuel value and can easily be returned to the electric power plant using the STET EcoTherm™ Return system to reduce the coal use at the plant. When EcoTherm™ is burned in the utility boiler, the energy from combustion is converted to high pressure / high temperature steam and then to electricity at the same efficiency as coal, typically 35%. The conversion of the recovered thermal energy to electricity in ST Equipment & Technology LLC EcoTherm™ Return system is two to three times higher than that of the competitive technology where the energy is recovered as low-grade heat in the form of hot water which is circulated to the boiler feed water system. EcoTherm™ is also used as a source of alumina in cement kilns, displacing the more expensive bauxite which is usually transported long distances. Utilizing the high carbon EcoTherm™ ash either at a power plant or a cement kiln, maximizes the energy recovery from the delivered coal, reducing the need to mine and transport additional fuel to the facilities.

STET’s Talen Energy Brandon Shores, SMEPA R.D. আগামীকাল, NBP Belledune, RWEnpower Didcot, EDF Energy West Burton, RWEnpower Aberthaw, and the Korea South-East Power fly ash plants all include EcoTherm™ Return systems.

STET ASH PROCESSING FACILITIES

STET’s separation process has been used commercial since 1995 for fly ash beneficiation and has generated over 20 million tons of high quality fly ash for concrete production. Controlled low LOI fly ProAsh®, is currently produced with STET’s technology at eleven power stations throughout the U.S., কানাডা, the U.K., পোল্যান্ড, and Republic of Korea. ProAsh® fly ash has been approved for use by over twenty state highway authorities, পাশাপাশি অন্যান্য অনেক স্পেসিফিকেশন এজেন্সি. ProAsh® has also been certified under Canadian Standards Association and EN 450:2005 ইউরোপে গুণগত মান. Ash processing facilities using STET technology are listed in Table 5.

PREPRINT- ACAA ছাই কর্মক্ষেত্রে প্রকাশিত হতে নিবন্ধ, সমস্যা ২ 2015

টেবিল 5. Fly Ash Processing facilities using STET separation technology

PREPRINT- ACAA ছাই কর্মক্ষেত্রে প্রকাশিত হতে নিবন্ধ, সমস্যা ২ 2015

CONCLUSIONS

After suitable scalping of large material, drying, and deagglomeration, fly ash recovered from utility plant landfills can be reduced in carbon content using the commercialized STET triboelectric belt separator. The quality of the fly ash product, ProAsh® 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. উপরন্তু, power plants that need to remove ash from landfills to meet changing environmental regulations will be able to utilize the process to alter a waste product liability into a valuable raw material for concrete producers. 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.

তথ্যসূত্র

[1]American Coal Ash Coal Combustion products and Use Statistics: http://www.acaa- usa.org/Publications/Production-Use-Reports.

[2]ST internal report, আগস্ট 1995.

[3]লি,T.X,. শেফার, J.L., নিষিদ্ধ, H., নেথারি, J.K., and Stencel, J.M. Dry Beneficiation Processing of Combustion Fly Ash, Proceedings of the DOE Conference on Unburned Carbon on Utility Fly Ash, মে 19 20, Pittsburgh, PA, 1998.

[4]Baltrus, J.P., Diehl, J.R., Soong, Y., Sands, W. Triboelectrostatic separation of fly ash and charge reversal, Fuel 81, (2002) pp.757-762.

[5]Cangialosi, F., Notarnicola, M., Liberti, L, স্টেনসেল, জে. The role of weathering on fly ash charge distribution during triboelectrostatic beneficiation, Journal of Hazardous Materials, 164 (2009) pp.683-688.

AUTHORS

Lewis Baker is the European Technical Support Manager for ST Equipment & প্রযুক্তি (স্ট্যান্ড) based in the United Kingdom

Abhishek Gupta is a Process Engineer based at the Separation Technologies pilot plant and lab facility, STET Technical Center, 101 Hampton Ave, নিডম মা 02494 +1-781-972-2300

Dr. স্টিফেন Gasiorowski, Ph.D. is a Senior Research Scientist for ST Equipment & প্রযুক্তি (স্ট্যান্ড) based in the New Hampshire.

Frank Hrach is Vice President of Process Engineering based at the Separation Technologies pilot plant and lab facility, STET Technical Center, 101 Hampton Ave, নিডম মা 02494 +1-781-972-2300