Triboelectrostatic Beneficiation půdy, plné a popílek Ponded

PREPRINT- která bude vydána v ACAA Ash v práci, Problém II 2015

Triboelektokrostatická beneficiace

Land Filled and Ponded Fly Ash

By Lewis Baker, Abhishek Gupta, Stephen Gasiorowski, and Frank Hrach

Asociace amerických uhlí Ash (ACAA) roční přehled produkce a využívání uhlí popílek hlásí, že mezi 1966 a 2011, nad 2.3 miliarda krátkých tun mušlí byla vyrobena uhelnými užitkami.1 Z této částky přibližně 625 milionů tun byly skutečně použity, převážně pro výrobu cementu a betonu. Nicméně, zbývající 1.7+ miliardy tun jsou primárně nalezený na skládkách nebo vyplněné ponded vzdouvání vod. Zatímco využití sazby pro čerstvě generovány popílek se během posledních let výrazně stouply, s aktuálními kurzy poblíž 45%, přibližně 40 milionů tun popílku i nadále každoročně likvidovat. Zatímco využití sazby v Evropě byly mnohem vyšší než v USA, značné objemy popílku byly uloženy rovněž v skládky a vzdouvání vod, v některých evropských zemích.

Nedávno, zájem o zpětné získání tohoto zneškodněného materiálu vzrostl, částečně kvůli poptávce po vysoce kvalitním mušlích pro výrobu betonu a cementu v období snížené výroby, protože výroba energie z uhlí se v Evropě a Severní Americe snížila. Obavy z dlouhodobého dopadu těchto skládek na životní prostředí také podněcují veřejné služby k nalezení výhodných využití tohoto skladovaného popela..

KVALITA POPELA NAPLNĚNÁ PŮDOU A POŽADOVANÁ BENEFICIACE

Zatímco některé z těchto skladovaných mušlí mohou být vhodné pro prospěšné použití, jak bylo původně vykopáno, převážná většina bude vyžadovat určité zpracování, aby splňovala normy kvality pro výrobu cementu nebo betonu. Vzhledem k tomu, že materiál byl obvykle navočení, aby se umožnila manipulace a zhutnění a zároveň se zabránilo tvorbě prachu přenášeného vzduchem, 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. Nicméně, náusmání chemického složení popela splňuje specifikace, zejména obsah uhlíku měřený jako ztráta při vznícení (LOI), je větší výzvou. Jak se využití mušlí v posledním 20+ roky, most “in-spec” ash has been beneficially used, a popel mimo jakost zlikvidovaný. Tak, Snížení loi bude požadavkem pro využití převážné většiny mušlí, které lze získat z inženýrských sítí.

LOI REDUKCE TRIBOELEKTRICKOU SEPARACÍ

While other researchers have used combustion techniques and flotation processes for LOI reduction of recovered landfilled and ponded fly ash, St. zařízení & Technologie (STET) has found that its unique triboelectrostatic belt separation system, dlouho používané pro beneficiaci čerstvě generovaného mušle, is also effective on recovered ash after suitable drying and deagglomeration.

STET researchers have tested the triboelectrostatic separation behavior of dried landfilled ash from several fly ash landfills in the Americas and Europe. Tento obnovený popel se velmi podobně oddělil od čerstvě vyprodukovaného popela s jedním překvapivým rozdílem: nabíjení částic bylo obráceno od nabíjení čerstvého popela s negativním nabíjením uhlíku ve vztahu k minerálnímu.2 Tento jev pozorovali i další vědci elektrostatické separace uhlíku z mušlí..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.

PŘEHLED TECHNOLOGIE – POPÍLEK UHLÍKU ODDĚLENÍ

V oddělovač uhlíku STET (Obrázek 1), materiál je dávkován do tenké mezery mezi dvě rovnoběžné rovinné elektrody. Částice jsou účtovány triboelectrically interparticle kontakt. Kladně nabité uhlíku a záporně nabité minerální (v čerstvě vytvořenou popela, která nebyla zvlhčí a sušené) jsou přitahovány k naproti elektrody. Částice jsou poté stíraná kontinuální Pohyblivý pás a dopravena na opačnou stranu. Pás se pohybuje částice sousedící s každou elektrodu vůči opačných koncích oddělovače. Vysoký pás rychlost také velmi vysoké síta, až do 36 tun za hodinu na jeden oddělovač. Malá mezera, vysoké napětí pole, proti proudu, vigorous particle-particle agitation and self-cleaning action of the belt on the electrodes are the critical features

PREPRINT- která bude vydána v ACAA Ash v práci, Problém II 2015

of the STET separator. Tím, že řídí různé parametry procesu, například rychlost pásu, kanál bod, a rychlost posuvu, STET proces produkuje nízké LOI popílek na obsah uhlíku menší než 1.5 do 4.5% od krmných popílků v LOI od 4% na více než 25%.

Obr.. 1 STET Separator processing dried, landfilled fly ash

Oddělovač design je relativně jednoduchý a kompaktní. Stroj určený ke zpracování 40 tun za hodinu je přibližně 30 FT. (9 m.) dlouhá, 5 FT. (1.5 m.) široké, a 9 FT., m (2.75 m.) vysoká. Pás a přidružené válečky jsou jediné pohyblivé. Elektrody jsou stacionární a sestávají z vhodně trvanlivého materiálu. The belt is made of non-conductive plastic. Spotřeba energie je oddělovač je asi 1 kilowatthodin za tunu zpracovaného s většinou energie spotřebované dva motory pohánějící pás materiálu.

Tento proces je zcela suchá, vyžaduje žádné další materiály kromě létavý popílek a neprodukuje žádné odpadní vody nebo vzduchu emise. Obnovená materiály se skládají z popílku sníženy na úroveň, které jsou vhodné pro použití jako Puzolánový příměsi do betonu v obsahu uhlíku, a vysokouhlíkové zlomek užitečné jako palivo. Využití obou proudů produktu poskytuje 100% řešení problémů likvidace popílek.

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. V důsledku promíchání materiálu na skládkách, nejsou k dispozici žádné další informace o konkrétním zdroji uhlí nebo podmínkách spalování.

Vzorky přijaté společností STET obsahovaly mezi 15% a 27% voda, jak je typické pro skládkovaný materiál. Vzorky také obsahovaly různá množství velkých >1/8 palec (~3 mm) Materiál. Příprava vzorků na separaci uhlíku, velké trosky byly odstraněny detekčním vyšetřením a vzorky poté vysušeny a deagglomerovány před beneficiací uhlíku. 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. Obecný list toku procesu je uveden na obrázku 2.

PREPRINT- která bude vydána v ACAA Ash v práci, Problém II 2015

Obrázek 2: Process Flow Diagram

Vlastnosti připravených vzorků byly dobře v rozmezí polétavá popela získaného přímo z běžných užitkových kotlů. Nejrelevantnější vlastnosti pro oddělovací kanály i produkty jsou shrnuty v tabulce 2 spolu s obnoveným produktem.

SEPARACE UHLÍKU

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.

Vlastnosti nízkého loi mušle získaného pomocí procesu STET jak pro čerstvě sebraný popel z kotle, tak pro popel nalezený na skládce jsou shrnuty v tabulce 1. The results show that the product quality for ProAsh® produced from landfilled material is equivalent to product produced from fresh fly ash sources.

Tabulka 1: Properties of feed and recovered ProAsh®.

PREPRINT- která bude vydána v ACAA Ash v práci, Problém II 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.

Tabulka 2: Ash Chemie nízkého LOI popela.

Silový vývoj 20% nahrazení nízkého loi mouchového popela v maltě obsahující 600 lb cementitious/ yd3 (Viz tabulka 3 Níže) 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.

Tabulka 3: Compressive strength of mortar cylinders.

PROCESNÍ EKONOMIE

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. Tabulka 4 summarizes the fuel costs for operations in the USA for 15% a 20% obsah vlhkosti. Typická neefektivita sušení je zahrnuta do vypočtených hodnot. Náklady jsou založeny na hmotnosti materiálu po vysušení. The incremental costs for drying fly ash for STET triboelectrostatic separation processing are relatively low.

Tabulka 4: Náklady na sušení na základě sušené hmotnosti.

PREPRINT- která bude vydána v ACAA Ash v práci, Problém II 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.

HODNOTA OBNOVENÉ PALIVA Z VYSOCE UHLÍKOVÉ POPÍLEK

Kromě nízkouhlíkových výrobků pro použití v betonu, Značka ProAsh®, STET separační proces také obnoví jinak zbytečně nespálené uhlí v podobě bohatých na uhlík popílek, značkové EcoTherm™. EcoTherm™ má výrazné paliva hodnotu a snadno mohou být vrácena do elektrárny používající STET EcoTherm™ Návratový systém snížit spotřebu uhlí v závodě. Když EcoTherm™ je spálil v kotli nástroj, energie ze spalování je převeden na vysoký tlak / vysokou teplotou páry a poté na elektřinu na stejnou účinnost jako uhlí, obvykle 35%. Převod obnovená tepelné energie na elektřinu v ST zařízení & Technology LLC EcoTherm™ Návratový systém je dvakrát až třikrát vyšší než u konkurenční technologie kde je energie zpět jako low-grade tepla ve formě teplé vody, která je rozeslána do kotle úsťová rychlost vody. EcoTherm™ se také používá jako zdroj oxidu hlinitého v cementářských pecnách, vytlaení nákladnějšího bauxitu, který je obvykle přepravován na dlouhé vzdálenosti. S využitím vysokouhlíkové EcoTherm™ Jasan na elektrárně nebo cementové peci, maximalizuje využití energie z dodané uhlí, snížení potřeby mé a další paliva do zařízení.

Je STET Talen energie Brandon břehy, SMEPA R.D. Morrow, NBP Belledune, RWEnpower Didcot, EDF Energy západní Burton, RWEnpower Aberthaw, and the Korea South-East Power fly ash plants all include EcoTherm™ Návratové systémy.

STET ZAŘÍZENÍ NA ZPRACOVÁNÍ POPELA

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., Kanada, Spojené království, Polsko, a Korejská republika. ProAsh® fly ash byl schválen k použití více než dvaceti státními dálničními úřady, stejně jako mnoho jiných agentur specifikace. ProAsh® byla rovněž certifikována kanadskou asociací norem a 450:2005 standardy kvality v Evropě. Zařízení na zpracování popela STET technologie jsou uvedeny v tabulce 5.

PREPRINT- která bude vydána v ACAA Ash v práci, Problém II 2015

Tabulka 5. Fly Ash Processing facilities using STET separation technology

PREPRINT- která bude vydána v ACAA Ash v práci, Problém II 2015

ZÁVĚRY

Po vhodném skalpování velkého materiálu, Sušení, a deaglomerace, popela získaného ze skládek užitkových zařízení může být snížen obsah uhlíku pomocí komercializovaného triboelektrického separátoru pásů STET. 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. Kromě toho, elektrárny, které potřebují odstranit popel ze skládek, aby splnily měnící se předpisy v oblasti životního prostředí, budou moci tento proces využít ke změně odpovědnosti za odpadní produkt na cennou surovinu pro výrobce betonu. 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.

ODKAZY

[1]Spalování uhlí jasan americký uhlí produkty a použití statistiky: http://www.acaa- usa.org/Publications/Production-Use-Reports.

[2]Interní zpráva ST, Srpen 1995.

[3]Li,T.X,. Schaefer, J.L., Ban, H., Neathery, Jk., a Stencel, J.m. Suché beneficiační zpracování spalovacího mušího popela, Sborník konference DOE o nespáleném uhlíku na užitkovém mouchy Ash, Květen 19 20, Pittsburgh, Pa, 1998.

[4]Baltrus, Jp., Diehlová, Jr., Soong, Y., Písky, W. Triboelektokrostatické oddělení mušle a obrácení náboje, Paliva 81, (2002) s. 757-762.

[5]Cangialosi, F., Notarnicola, M., Liberti, L, Štencel, J. Úloha zvětšování distribuce náboje z mušlí během triboelektrostatické beneficiace, Časopis nebezpečných materiálů, 164 (2009) str. 683–688.

AUTHORS

Lewis Baker is the European Technical Support Manager for ST Equipment & Technologie (STET) 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, Needham MA 02494 +1-781-972-2300

Dr. Stephen Gasiorowski, Ph.D. is a Senior Research Scientist for ST Equipment & Technologie (STET) 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, Needham MA 02494 +1-781-972-2300