Triboelectrostatic Aufbereitung des Landes ausgefüllt und Ponded Flugasche

PREPRINT- Artikel im ACAA Asche bei der Arbeit zu veröffentlichenden, Thema II 2015

Triboelectrostatic Aufbereitung von

Gefüllte und hellgrauer Flugasche zu landen

Von Lewis Baker, Abhishek Gupta, Stephen Gasiorowski, und Frank Hrach

Der amerikanische Kohle-Ash-Verein (ACAA) jährliche Übersicht über die Produktion und Verwendung von Steinkohle Flugasche berichtet, dass zwischen 1966 und 2011, über 2.3 Milliarden von kurzen Tonnen Flugasche wurden von Kohlekesseln produziert.1 Dieses betragen ca. 625 Millionen Tonnen wurden nutzbringend eingesetzt, vor allem für die Produktion von Zement und Beton. Jedoch, die verbleibenden 1.7+ Milliarden Tonnen befinden sich in erster Linie auf Deponien oder ponded Aufstauungen gefüllt. Während der Auslastungsraten von frisch generiert Flugasche stiegen beträchtlich in den letzten Jahren, mit aktuellen Preisen in der Nähe 45%, ca. 40 Millionen Tonnen Flugasche weiterhin jährlich entsorgt werden. Während Auslastungsraten in Europa viel höher als in den USA wurden, beträchtliche Mengen von Flugasche wurden auch in Deponien und Aufstauungen in einigen europäischen Ländern gespeichert.

Vor kurzem, das Interesse bei der Wiederherstellung dieser angeordneten Materials hat zugenommen, teilweise aufgrund der Nachfrage nach qualitativ hochwertigen Flugasche für Beton und Zement-Produktion während einer Periode der reduzierten Produktion als Kohle befeuerten macht Erzeugung in Europa und Nordamerika gesunken. Bedenken hinsichtlich der langfristigen Umweltauswirkungen solche Deponien sind auch aufgefordert, Dienstprogramme, vorteilhafte Verwendung Anwendungen für diese gespeicherte Asche zu finden.

GEFÜLLTE ASCHE QUALITÄT UND ERFORDERLICHE AUFBEREITUNG ZU LANDEN

Während einige dieser Flugasche gespeichert kann vorteilhaft einsetzbar wie ursprünglich ausgegraben werden, die überwiegende Mehrheit erfordert einige Verarbeitung Qualitätsstandards für Zement oder Beton. Da das Material in der Regel benetzt, Handhabung und Verdichtung unter Vermeidung von Staubentwicklung in der Luft zu ermöglichen wurde, Trocknung und Deagglomerisation ist eine notwendige Voraussetzung für den Einsatz in Beton, da Betonhersteller werden weiterhin die Praxis der Batchverarbeitung Flugasche als eine trockene, feines Pulver. Jedoch, Sicherstellung der chemischen Zusammensetzung der Asche entspricht den Spezifikationen, insbesondere den Kohlenstoffgehalt, gemessen als Verlust-auf-Zünd- (LOI), ist eine größere Herausforderung. Als Flugasche stieg die Auslastung in den letzten 20+ Jahre, die meiste "in-spec" Asche wurde vorteilhaft verwendet, und die minderwertige Asche entsorgt. Somit, LOI-Reduktion werden Voraussetzung für die Nutzung der überwiegende Mehrheit der Flugasche von Dienstprogramm Gewichtsrekord.

LOI-REDUZIERUNG DURCH TRIBOELEKTRISCHE TRENNUNG

Während andere Forscher Verbrennung Techniken und Flotation Prozesse für LOI Reduzierung der wiederhergestellten Deponien und hellgrauer Flugasche verwendet haben, ST-Geräte & Technologien (STET) hat festgestellt, dass sein einzigartiges triboelektrostatisches Bandtrennsystem, lange zur Aufbereitung des frisch erzeugten Flugasche, wirkt auch auf wiederhergestellten Ash nach geeigneten Trocknungs- und Deagglomerisation.

STET-Forscher haben das triboelektrostatische Trennverhalten von getrockneter Deponie asche aus mehreren Flugaschedeponien in Nord- und Südamerika und Europa getestet. Diese wiederhergestellten Asche getrennt sehr ähnlich zu frisch generierten Asche mit einem überraschenden Unterschied: die Aufladung der Partikel von der frischen Asche mit dem Carbon laden negativ in Bezug auf das Mineral kehrte sich.2 Andere Forscher der elektrostatische Trennung von Flugasche Kohlenstoff haben dieses Phänomen auch beobachtet..3,4,5 Die Polarität des triboelektrostatischen Abscheiders STET kann leicht eingestellt werden, um die Abstoßung von negativ geladenem Kohlenstoff aus getrockneten, deponierten Flugaschequellen zu ermöglichen.. Keine besonderen Änderungen im Separator Design oder Kontrollen sind notwendig, um dieses Phänomen zu beherbergen.

TECHNOLOGIEÜBERSICHT – FLUGASCHE CARBON TRENNUNG

Im Kohlenstoff Separator STET (Abbildung 1), Material wird in den dünnen Spalt zwischen zwei parallelen Elektroden planar zugeführt.. Die Partikel werden durch Oberflächenkräfte Kontakt triboelectrically berechnet.. Das positiv geladene Kohlenstoff und die negativ geladenen mineral (frisch generierten Asche, die nicht benetzt und getrocknet) werden angezogen gegenüber Elektroden. Die Partikel werden dann durch eine kontinuierliche beweglichen Riemen aufgekehrt und vermittelt in entgegengesetzte Richtungen. Riemens bewegt sich die Teilchen neben jeder Elektrode in Richtung entgegengesetzten Enden des Trennzeichens. Die hohe Bandgeschwindigkeit ermöglicht auch sehr hohe Durchsätze, bis zu 36 Tonnen pro Stunde auf ein einzelnes Trennzeichen. Die kleine Lücke, Hochspannungsfeld, aktuelle Gegenstromanlage, kräftige Partikel-Partikel-Agitation und Selbstreinigungswirkung des Bandes auf die Elektroden sind die

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STET Separator. Durch die Kontrolle der verschiedenen Prozessparameter, z. B. Bandgeschwindigkeit, Feed-Punkt, und Vorschub, die STET hat niedrige LOI Flugasche CO2 Inhalt weniger als 1.5 An 4.5% von Futter bis hin in LOI von Flugaschen 4% zu mehr als 25%.

Abb.. 1 STET Separator Verarbeitung getrocknet, deponiertem Flugasche

Das Trennzeichen-Design ist relativ einfach und kompakt. Eine Maschine zum Verarbeiten 40 Tonnen pro Stunde beträgt ca. 30 ft. (9 m.) lange, 5 ft. (1.5 m.) Breite, und 9 ft., m (2.75 m.) hoch. Die Gürtel und zugeordneten Rollen sind die einzigen beweglichen Teile. Die Elektroden sind stationäre und bestehend aus einem entsprechend haltbaren material. Der Gurt besteht aus nichtleitendem Kunststoff. Der Separator-Stromverbrauch ist über 1 Kilowattstunde pro Tonne Material verarbeitet mit den meisten der Energieverbrauch durch zwei Motoren fahren den Gürtel.

Der Prozess ist ganz trocken, erfordert keine zusätzlichen Materialien außer der Flugasche und produziert keine überflüssigen Wasser oder Luft-Emissionen. Die zurückgewonnenen Materialien bestehen aus Flugasche verringerte Kohlenstoffgehalt auf Ebenen als ein puzzolanischen Beimischung in Beton geeignet, und einen hohen Kohlenstoffgehalt Bruchteil nützlicher als Brennstoff. Nutzung der beiden Produktströmen bietet eine 100% Lösung für Probleme der Flugasche-Entsorgung.

PROASH® ERHOLTE SICH VON LAND-FÜLLUNGEN

Vier Quellen der Asche wurden von Deponien erhalten.: Probe A aus einem Kraftwerk befindet sich im Vereinigten Königreich und in Proben B, C, und D aus den Vereinigten Staaten. Alle diese Proben bestand aus Asche aus der Verbrennung von Steinkohle durch große Dienstprogramm Kessel. Durch die Vermischung des Materials in den Deponien, keine weiteren Informationen gibt es über bestimmte Kohle Quelle oder Verbrennung Bedingungen.

Die Proben wie STET enthalten zwischen empfangen 15% und 27% Wasser, wie es typisch für deponiertem material. Die Proben enthalten auch unterschiedliche Mengen an große >1/8 Zoll (~ 3 mm) Material. Zur Vorbereitung der Proben zur CO2-Abtrennung, die große Trümmer abgetragen durch screening und die Proben dann getrocknet und deagglomerated vor dem Kohlenstoff-Aufbereitung. Im Pilotmaßstab wurden mehrere Trocknungs-/Deagglomerationsmethoden evaluiert, um den Gesamtprozess zu optimieren. STET hat eine industriell bewährte ausgewählt, Feed-Verarbeitungssystem, die gleichzeitige Trocknung und Deagglomerisation für effektive elektrostatische Trennung bietet. Eine allgemeine Vorgehensweise Flowsheet wird in Abbildung dargestellt. 2.

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Abbildung 2: Ablaufdiagramm

Die Eigenschaften der vorbereiteten Proben wurden auch im Bereich der Flugasche erhalten Sie direkt bei normalen Dienstprogramm Kessel. Die wichtigsten Eigenschaften für die Trennzeichen RSS-Feeds und die Produkte sind in Tabelle zusammengefasst. 2 zusammen mit wiederhergestellten Produkt.

CO2-ABTRENNUNG

CO2-Reduktion Studien mit STET triboelektrische Gürtel Separator ergab sehr gute Erholung von niedrigen LOI Produkte aus allen vier Deponie Flugasche Quellen. Die umgekehrte Ladung des Kohlenstoffs wie oben beschrieben die Trennung in keiner Weise im Vergleich zu Verarbeitung frischer Asche nicht beeinträchtigt..

Die Eigenschaften der niedrigen LOI Flugasche gewonnen werden unter Verwendung des STET Prozess für beide frisch gesammelten Asche aus dem Kessel und Asche erholt von der Mülldeponie ist in Tabelle zusammengefasst 1. Die Ergebnisse zeigen, dass die Qualität der Produkte für ProAsh® produziert von deponiertem Material entspricht dem Produkt, hergestellt aus frischen Flugasche Quellen.

Tabelle 1: Eigenschaften von Futtermitteln und wiederhergestellten ProAsh®.

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LEISTUNG IN BETON

Die Eigenschaften der ProAsh® generiert aus der aufgearbeiteten Deponie Material wurden im Vergleich zu der ProAsh® hergestellt aus frischen Flugasche, die durch das Dienstprogramm Kessel vom selben Standort erzeugt. Die verarbeiteten zurückgefordert Asche erfüllt die Spezifikationen des Standards ASTM C618 und AASHTO M250. Die folgende Tabelle fasst die Chemie für Proben aus zwei der Quellen zeigen die unbedeutenden Unterschied zwischen frisch und neu gewonnenem material.

Tabelle 2: Asche-Chemie der niedrigen LOI Asche.

Festigkeitsentwicklung von einem 20% Substitution von niedrigen LOI Flugasche in einem Mörser mit 600 Zementgebundene lb / yd3 (Siehe Tabelle 3 unter) zeigte die ProAsh® Produkt von deponiertem Asche ergab Mörser mit Stärke vergleichbar mit Mörser hergestellt ProAsh abgeleitet® aus frischer Flugasche hergestellt, am selben Ort. Das Endprodukt der angereicherten zurückgefordert Asche würde hohe Endverwendungen in der Betonindustrie konsistent mit der wertvollen Position ProAsh unterstützen.® genießt in den Märkten, die es derzeit.

Tabelle 3: Druckfestigkeit des Mörtels Zylinder.

PROZESS WIRTSCHAFT

Die Verfügbarkeit von low-cost Erdgas in den USA erhöht die Wirtschaftlichkeit der Trocknungsverfahren, auch die Trocknung des benetzten Flugasche aus Deponien. Tabelle 4 fasst die Benzinkosten für Operationen in den USA für 15% und 20% Feuchtigkeit-Inhalt. Typische Ineffizienzen der Trocknung sind in den berechneten Werten enthalten.. Kosten basieren auf der Masse des Materials nach dem Trocknen. Die inkrementellen Kosten für das Trocknen von Flugasche für die triboelektrostatische Trennverarbeitung von STET sind relativ gering.

Tabelle 4: Trocknungskosten auf Basis der getrocknete Masse.

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Sogar mit dem Zusatz von Futtermitteln Trocknungskosten, die STET Trennverfahren bietet eine kostengünstige, industriell bewährte, Prozess für LOI Verringerung der deponierten Flugasche. Das STET-Verfahren für zurückgewonnene Flugasche beträgt ein Drittel bis die Hälfte der Kapitalkosten im Vergleich zu Verbrennungssystemen. STET Prozess für aufgearbeiteten Flugasche hat auch deutlich geringere Emissionen in die Umwelt im Vergleich zur Verbrennung oder Flotation-basierte Systeme. Da die einzige zusätzliche Luftemissionsquelle zur Standard-STET-Prozessanlage ein Erdgastrockner ist,, erlaubt wäre relativ einfach.

WIEDERHERGESTELLTE HEIZWERT VON FLUGASCHE HIGH-CARBON

Neben der CO2-Produkt für den Einsatz in Beton, Marke ProAsh®, die STET-Trennung verarbeiten auch gewinnt ansonsten verschwendet unverbranntem Kohlenstoff in Form von kohlenstoffreichen Flugasche, Branded EcoTherm™. EcoTherm™ hat erhebliche Heizwert und kann leicht an das elektrische Kraftwerk mit STET EcoTherm zurückgegeben werden™ Rücknahmesystem zur Verringerung der Verwendung von Kohle im Werk. Wenn EcoTherm™ wird im Dienstprogramm Kessel verbrannt., die Energie aus der Verbrennung wird in hohem Druck umgewandelt. / Hochtemperatur-Dampf und dann Strom auf die gleiche Wirksamkeit wie Kohle, in der Regel 35%. Die Umwandlung von die gewonnene thermische Energie in Elektrizität in ST-Equipment & Technology LLC EcoTherm™ Rücknahmesystem ist zwei-bis dreimal höher als die der wettbewerbsfähige Technologie wo Energie zurückgewonnen wird, als minderwertiger Hitze in Form von warmes Wasser in den Kessel zirkuliert Wasser System feed. EcoTherm™ dient auch als eine Quelle von Aluminiumoxid in Zementöfen, verdrängen die teurere Bauxit in der Regel transportiert lange Strecken. Nutzung des hohen Kohlenstoffs EcoTherm™ Asche eines Kraftwerks oder Zementöfen, maximiert die Energierückgewinnung aus der gelieferte Kohle, reduzieren die Notwendigkeit, abbauen und transportieren von zusätzlichen Kraftstoff zu den Einrichtungen.

STATUSBASIERTE ist Talen Energie Brandon Shores, SMEPA R.D. Morrow, NBP-Belledune, RWEnpower Didcot, EDF Energy Nordwest Burton, RWEnpower Aberthaw, und die Korea South-East Power Flugascheanlagen umfassen EcoTherm™ Rücknahmesysteme.

STET ASCHE VERARBEITUNGSANLAGEN

STET die Trennverfahren kommerzielle seit verwendet wurde 1995 für die Fliegtasche-Begünstigung und hat über 20 Millionen Tonnen hochwertige Flugasche für die Betonproduktion. Kontrollierte Low LOI Fly ProAsh®, wird derzeit mit STET-Technologie in elf Kraftwerken in den USA produziert., Kanada, Großbritannien, Polen, und Südkorea. ProAsh® Flugasche wurde für den Einsatz von mehr als zwanzig Autobahn Behörden genehmigt, sowie viele andere Spezifikation-Agenturen. ProAsh® auch unter Canadian Standards Association und EN zertifiziert 450:2005 Qualitäts-Standards in Europa. Esche-Verarbeitungsanlagen mit STET-Technologie sind in Tabelle aufgeführt. 5.

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Tabelle 5. Fly Ash Processing-Anlagen mit STET-Trenntechnologie

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SCHLUSSFOLGERUNGEN

Nach geeigneter Scalping von großem Material, Trocknen, und Deagglomeration, Die aus Versorgungsanlagendeponien zurückgewonnene Flugasche kann mit dem kommerzialisierten TRIboelektrischen Gurtabscheider STET reduziert werden. Die Qualität des Fliegenascheprodukts, ProAsh® Verwendung des STET-Systems auf aufgearbeitetem Deponiematerial entspricht ProAsh® aus Frischfutter-Flugasche. Der ProAsh® Produkt ist sehr gut geeignet und bewährt in der Betonproduktion. Die Rückgewinnung und Begünstigung von Deponieasche wird trotz der geringeren Produktion von "frischer" Asche, da kohlebefeuerte Versorgungsunternehmen die Erzeugung verringern, eine kontinuierliche Versorgung der Betonproduzenten mit hochwertiger Asche ermöglichen.. Zusätzlich, Kraftwerke, die Asche von Deponien entfernen müssen, um sich ändernden Umweltvorschriften zu entsprechen, werden in der Lage sein, das Verfahren zu nutzen, um die Abfallprodukthaftung zu einem wertvollen Rohstoff für Betonproduzenten zu machen.. Das STET-Trennverfahren mit Vorspeisevorverarbeitungsanlagen zum Trocknen und Deagglomerieren von deponierter Flugasche ist eine attraktive Option für die Aschebegünstigung mit deutlich geringeren Kosten und geringeren Emissionen im Vergleich zu anderen Verbrennungs- und Flotationssystemen.

REFERENZEN

[1]Amerikanische Kohleverbrennung Asche Kohle Produkte und Einsatz-Statistik: http://www.acaa- usa.org/Publications/Production-Use-Reports.

[2]ST interner Bericht, August 1995.

[3]Li,T.X,. Schaefer, J.L., Verbot, H., Neathery, Jk., und Stencel, 4.3. Dry Beneficiation Verarbeitung von Verbrennungsfliegenasche, Sitzungsberichte der DOE-Konferenz über unverbrannten Kohlenstoff auf Utility Fly Ash, Mai 19 20, Pittsburgh, papa, 1998.

[4]Baltrus, Jp., Diehl, Jr., Soong, Y., Sands, W. Triboelektrostatische Trennung von Flugasche und Ladungsumkehr, Kraftstoff 81, (2002) S.757-762.

[5]Cangialosi, F., Notarnicola, M., Liberti, L, Stencel, J. Die Rolle der Verwitterung bei der Verteilung von Flugascheladungen während der triboelektrostatischen Begünstigung, Journal of Hazardous Materials, 164 (2009) S.683-688.

Autoren

Lewis Baker ist European Technical Support Manager für ST Equipment & Technologie (STET) mit Sitz im Vereinigten Königreich

Abhishek Gupta ist Prozessingenieur in der Pilotanlage und Laboranlage von Separation Technologies, STET Technisches Zentrum, 101 Hampton Ave, Needham, MA 02494 +1-781-972-2300

Dr. Stephen Gasiorowski, Ph.d. ist Senior Research Scientist für ST Equipment & Technologie (STET) sitz in New Hampshire.

Frank Hrach ist Vice President of Process Engineering in der Pilotanlage und Laboranlage Separation Technologies, STET Technisches Zentrum, 101 Hampton Ave, Needham, MA 02494 +1-781-972-2300