Ο εμπλουτισμός του Triboelectrostatic εκτάσεις και Ponded ιπτάμενης τέφρας

PREPRINT- άρθρο που θα δημοσιευθεί στην τέφρα ΣΔΣΑ στην εργασία, Θέμα ΙΙ 2015

Τριβοηλεκτροστατική Αξιοποίηση

Land Filled and Ponded Fly Ash

Από τον Λούις Μπέικερ, Abhishek Gupta, Στίβεν Γκασιορόφσκι, και ο Φρανκ Χάνκ.

Ο σύλλογος αμερικανική άνθρακα Ash (ΣΔΣΑ) ετήσιας επισκόπησης της παραγωγής και της χρήσης της τέφρας αναφέρει ότι μεταξύ 1966 και 2011, κατά τη διάρκεια 2.3 δισεκατομμύρια κοντοί τόνοι ιπτάμενης τέφρας έχουν παραχθεί από λέβητες κοινής ωφέλειας με καύση άνθρακα.1 Από το ποσό αυτό περίπου 625 εκατομμύρια τόνοι έχουν χρησιμοποιηθεί ευεργετικά, ως επί το πλείστον για την παραγωγή τσιμέντου και σκυροδέματος. Ωστόσο, τα υπόλοιπα 1.7+ δισεκατομμύρια τόνους βρίσκονται κατά κύριο λόγο σε χώρους υγειονομικής ταφής ή γεμάτο ponded κατακρατήσεις. Ενώ τα ποσοστά χρησιμοποίησης της πρόσφατα παραγόμενης ιπτάμενης τέφρας έχουν αυξηθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια, με τους τρέχοντες ρυθμούς κοντά 45%, περίπου 40 εκατομμύρια τόνοι τέφρας μυγών εξακολουθούν να διατίθενται ετησίως. Ενώ τα ποσοστά χρησιμοποίησης στην Ευρώπη ήταν πολύ υψηλότερα από ό,τι στις ΗΠΑ, έχουν επίσης αποθηκευτεί σημαντικοί όγκοι πετάσεως σε χώρους υγειονομικής ταφής και σε ορισμένες ευρωπαϊκές χώρες.

Πρόσφατα, το ενδιαφέρον για την ανάκτηση αυτού του υλικού, εν μέρει λόγω της ζήτησης για υψηλής ποιότητας ιπτάμενης τέφρας για παραγωγή σκυροδέματος και τσιμέντου σε μια περίοδο μειωμένης παραγωγής ενέργειας με καύση άνθρακα παραγωγής έχει μειωθεί σε Ευρώπη και Βόρεια Αμερική. Ανησυχίες σχετικά με τις μακροπρόθεσμες περιβαλλοντικές επιπτώσεις των εν λόγω χώρων ταφής ζητά επίσης βοηθητικά προγράμματα για να βρείτε εφαρμογές επωφελής χρήση για αυτό αποθηκευμένη τέφρα.

ΠΟΙΌΤΗΤΑ ΤΈΦΡΑς ΓΕΜΆΤΗ ΓΗ ΚΑΙ ΑΠΑΙΤΟΎΜΕΝΗ ΕΥΕΡΓΕΣΊΑ

Ενώ κάποια από αυτή την αποθηκευμένη μύγα τέφρα μπορεί να είναι κατάλληλο για ωφέλιμη χρήση, όπως αρχικά ανασκαφεί, η συντριπτική πλειοψηφία θα απαιτήσει κάποια επεξεργασία για να πληρούν τα πρότυπα ποιότητας για την παραγωγή τσιμέντου ή σκυροδέματος. Δεδομένου ότι το υλικό έχει συνήθως διαβραχεί για να επιτρέψει το χειρισμό και τη συμπίεση, αποφεύγοντας παράλληλα την παραγωγή αερομεταφερόμενης σκόνης, 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, λεπτή σκόνη. Ωστόσο, η διασφάλιση της χημικής σύνθεσης της τέφρας πληροί τις προδιαγραφές, κυρίως η περιεκτικότητα σε άνθρακα που μετράται ως απώλεια κατά την ανάφλεξη (LOI), είναι μια μεγαλύτερη πρόκληση. Καθώς η χρήση ιπτάμενης τέφρας έχει αυξηθεί τα τελευταία χρόνια 20+ χρόνια, η πιο «κατ ' προδιαγραφή» τέφρα έχει χρησιμοποιηθεί επωφελώς, και η τέφρα εκτός ποιότητας που. Έτσι, Η μείωση του LOI θα αποτελέσει προϋπόθεση για την αξιοποίηση της συντριπτικής πλειονότητας της ιπτάμενης τέφρας που μπορεί να ανακτηθεί από κατακρατήσεις κοινής ωφέλειας.

ΜΕΙΩΣΗ ΑΠΟ ΤΡΙΒΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΧΩΡΙΣΜΑ

Ενώ άλλοι ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει τεχνικές καύσης και διαδικασίες επίπλευσης για τη μείωση των ανακτητριών που έχουν ανακτηθεί και έχουν καλυφθεί από μύγα, ST εξοπλισμός & Τεχνολογίες (STET) έχει διαπιστώσει ότι το μοναδικό σύστημα διαχωρισμού τριβοηλεκτροστατικού ιμάντα, που χρησιμοποιείται για τον επωφελό της προσφάτως παραγόμενου, είναι επίσης αποτελεσματική σε ανακτημένο στάχτη μετά από κατάλληλη ξήρανση και αποσυσσωμάτωση.

Οι ερευνητές της STET έχουν δοκιμάσει τη συμπεριφορά του τριβοηλεκτροστατικού διαχωρισμού της αποξηραμένου ξηράς τέφρας από αρκετούς χώρους υγειονομικής ταφής της τέφρας στην Αμερική και την Ευρώπη. Αυτή η ανακτηθείσα τέφρα διαχωρίζεται πολύ παρόμοια με την πρόσφατα παραγόμενη τέφρα με μια εκπληκτική διαφορά: η φόρτιση σωματιδίων αντιστράφηκε από εκείνη της φρέσκιας τέφρας με το φορτίο άνθρακα αρνητικό σε σχέση με το ορυκτό.2 Άλλοι ερευνητές του ηλεκτροστατικού διαχωρισμού του άνθρακα ιπτάμενης τέφρας έχουν επίσης παρατηρήσει αυτό το φαινόμενο.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.

ΕΠΙΣΚΌΠΗΣΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΊΑς - ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΌς ΆΝΘΡΑΚΑ ΙΠΤΆΜΕΝΗς ΤΈΦΡΑς

Στο διαχωριστικό άνθρακα STET (Σχήμα 1), υλικό τροφοδοτείται στο λεπτό χάσμα μεταξύ δύο παράλληλων ηλεκτροδίων. Τα σωματίδια triboelectrically χρεώνονται από Διασωματιδιακές επαφή. Ο θετικά φορτισμένο άνθρακας και το αρνητικά φορτισμένο ορυκτό (στην φρεσκοπαραγόμενη τέφρα που δεν έχει αποξηρανθεί και) έλκονται από αντίθετα ηλεκτρόδια. Τα σωματίδια στη συνέχεια παρασυρθούν από ένα συνεχές κινούμενο ιμάντα και μεταφέρονται σε αντίθετες κατευθύνσεις. Ο ιμάντας κινείται δίπλα σε κάθε ηλεκτρόδιο προς αντίθετες άκρες του διαχωριστή σωματιδίων. Η υψηλή ταχύτητα της ζώνης επιτρέπει επίσης πολύ υψηλή, έως 36 τόνους ανά ώρα σε ένα μεμονωμένο διαχωριστικό. Το μικρό χάσμα, πεδίο υψηλής τάσης, ροή ρεύματος μετρητή, vigorous particle-particle agitation and self-cleaning action of the belt on the electrodes are the critical features

PREPRINT- άρθρο που θα δημοσιευθεί στην τέφρα ΣΔΣΑ στην εργασία, Θέμα ΙΙ 2015

of the STET separator. Ελέγχοντας διάφορες παραμέτρους διεργασίας, όπως η ταχύτητα ζώνης, σημείο τροφοδοσίας, και το ποσοστό ζωοτροφών, η διαδικασία STET παράγει χαμηλή τέφρα, σε περιεκτικότητα σε άνθρακα μικρότερη από 1.5 για να 4.5% από τις στάχτες των ζωοτροφών που κυμαίνονται 4% σε πάνω από 25%.

Εικόνα. 1 STET Separator processing dried, πετώντας τέφρα σε ξηρά

Ο σχεδιασμός διαχωριστικό είναι σχετικά απλή και συμπαγή. Μια μηχανή σχεδιασμένη να επεξεργάζεται 40 τόνοι ανά ώρα είναι περίπου 30 FT. (9 m.) μακρύ, 5 FT. (1.5 m.) ευρεία, και 9 Ft., m (2.75 m.) υψηλή. Η ζώνη και οι συνδετήρες είναι τα μόνα κινούμενα μέρη. Τα ηλεκτρόδια είναι εν στάσει και αποτελείται από ένα κατάλληλα ανθεκτικό υλικό. The belt is made of non-conductive plastic. Η κατανάλωση ισχύος του διαχωριστή είναι περίπου 1 κιλοβάτ-ώρα ανά τόνο υλικού που επεξεργάζεται με το μεγαλύτερο μέρος της ισχύος που καταναλώνεται από δύο κινητήρες που οδηγούν τη ζώνη.

Η διαδικασία είναι εντελώς στεγνή, δεν απαιτεί πρόσθετα υλικά εκτός από την ιπτάμενη τέφρα και δεν παράγει λύματα ή ατμοσφαιρικές εκπομπές. Τα ανακτηθέντα υλικά αποτελούνται από μύγα τέφρα μειωμένη σε περιεκτικότητα σε άνθρακα σε επίπεδα κατάλληλα για χρήση ως ένα Ποζολανικό μίγμα σε σκυρόδεμα, και ένα υψηλό κλάσμα άνθρακα χρήσιμο ως καύσιμο. Η χρήση και των δύο ροών προϊόντων παρέχει μια 100% λύση για να πετάξετε προβλήματα απόρριψης τέφρας.

PROASH® RECOVERED FROM LAND FILLS

Τέσσερις πηγές τέφρας ελήφθησαν από χώρους υγειονομικής ταφής: sample A from a power plant located in the United Kingdom and samples B, C, και D από τις Ηνωμένες Πολιτείες. Όλα αυτά τα δείγματα αποτελούνταν από τέφρα από την καύση του ασφαλτούχου άνθρακα από μεγάλους λέβητες κοινής ωφέλειας. Λόγω της ανάμειξης υλικού στους χώρους υγειονομικής ταφής, Δεν υπάρχουν διαθέσιμες περαιτέρω πληροφορίες σχετικά με ειδικές πηγές άνθρακα ή συνθήκες καύσης.

Τα δείγματα που ελήφθησαν από τη STET που 15% και 27% νερό όπως είναι χαρακτηριστικό για τα υλικά που καταλήγουν σε χώρους υγειονομικής ταφής. Τα δείγματα περιείχαν επίσης ποικίλες ποσότητες μεγάλων >1/8 ίντσα (~3 χιλ.) Υλικό. Για την προετοιμασία των δειγμάτων για διαχωρισμό του άνθρακα, τα μεγάλα θραύσματα αφαιρέθηκαν με έλεγχο και τα δείγματα τότε αποξηραίνονται και αποσυσσωματωμένα πριν από την. 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. Ένα γενικό φύλλο ροής διεργασίας παρουσιάζεται στο Σχήμα 2.

PREPRINT- άρθρο που θα δημοσιευθεί στην τέφρα ΣΔΣΑ στην εργασία, Θέμα ΙΙ 2015

Σχήμα 2: Process Flow Diagram

Οι ιδιότητες των παρασκευάσθηκαν δείγματα ήταν καλά εντός του φάσματος της Fly τέφρας που λαμβάνονται απευθείας από τους κανονικούς λέβητες κοινής ωφέλειας. Οι πιο σχετικές ιδιότητες και για τις δύο διαχωριστικές τροφοδοσίες και τα προϊόντα συνοψίζονται στον πίνακα 2 μαζί με το ανακτημένο προϊόν.

ΔΙΑΧΩΡΙΣΗ ΑΝΘΡΑΚΩΝ

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.

Οι ιδιότητες της χαμηλής loi ιπτάμενης τέφρας που ανακτάται με τη διαδικασία STET τόσο για την πρόσφατα συλλεγόμενη τέφρα από το λέβητα όσο και για την τέφρα που ανακτάται από τον χώρο υγειονομικής ταφής συνοψίζεται στον πίνακα 1. The results show that the product quality for ProAsh® produced from landfilled material is equivalent to product produced from fresh fly ash sources.

Πίνακας 1: Properties of feed and recovered ProAsh®.

PREPRINT- άρθρο που θα δημοσιευθεί στην τέφρα ΣΔΣΑ στην εργασία, Θέμα ΙΙ 2015

ΕΠΙΔΟΣΗ ΣΕ ΣΚΥΡΌΔΕΜΑ

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.

Πίνακας 2: Χημεία τέφρας χαμηλής τέφρας LOI.

Ανάπτυξη δύναμης ενός 20% αντικατάσταση της χαμηλής τέφρας LOI σε κονίαμα που περιέχει 600 lb cementitious/ yd3 (Δείτε τον πίνακα 3 κάτω από) 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.

Πίνακας 3: Compressive strength of mortar cylinders.

ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ

The availability of low cost natural gas in the USA greatly enhances the economics of drying processes, συμπεριλαμβανομένης της ξήρανσης της αποξηραμένη μύγα από τους χώρους υγειονομικής ταφής. Πίνακας 4 summarizes the fuel costs for operations in the USA for 15% και 20% περιεκτικότητα σε υγρασία. Οι τυπικές ανεπάρκειες της ξήρανσης συμπεριλαμβάνονται στις υπολογισμένες τιμές. Το κόστος βασίζεται στη μάζα του υλικού μετά την ξήρανση. Οι στοιχειώδεις δαπάνες για την ξήρανση της τέφρας μυγών για την επεξεργασία χωρισμού ΣΤΕΤ triboelectrostatic είναι σχετικά χαμηλές.

Πίνακας 4: Κόστος ξήρανσης με βάση την ξηρή μάζα.

PREPRINT- άρθρο που θα δημοσιευθεί στην τέφρα ΣΔΣΑ στην εργασία, Θέμα ΙΙ 2015

Ακόμη και με την προσθήκη του κόστους ξήρανσης τροφών, 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.

ΑΝΑΚΤΗΜΈΝΟς ΑΞΊΑ ΚΑΥΣΊΜΩΝ ΤΗς ΤΈΦΡΑς ΜΥΓΏΝ ΥΨΗΛΉς ΆΝΘΡΑΚΑ

Εκτός από το προϊόν χαμηλών εκπομπών άνθρακα για χρήση σε σκυρόδεμα, εμπορικό σήμα με το όνομα ProAsh®, η διαδικασία διαχωρισμού STET ανακτά επίσης τον κατά τα άλλα σπαταλημένο άκαυστο άνθρακα με τη μορφή ιπτάμενης τέφρας πλούσιας σε άνθρακα, επώνυμα EcoTherm™. Οικοθερμία™ έχει σημαντική αξία καυσίμου και μπορεί εύκολα να επιστραφεί στη μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιώντας το STET EcoTherm™ Σύστημα επιστροφής για τη μείωση της χρήσης άνθρακα στο εργοστάσιο. Όταν η Οικοθερμία™ καίγεται στον βοηθητικό λέβητα, η ενέργεια από την καύση μετατρέπεται σε υψηλή πίεση / ατμός υψηλής θερμοκρασίας και στη συνέχεια ηλεκτρική ενέργεια με την ίδια απόδοση με τον άνθρακα, Συνήθως 35%. Η μετατροπή της ανακτηθείσας θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια στον εξοπλισμό ST & Τεχνολογία LLC Οικοθερμία™ Το σύστημα επιστροφής είναι δύο έως τρεις φορές υψηλότερο από αυτό της ανταγωνιστικής τεχνολογίας όπου η ενέργεια ανακτάται ως θερμότητα χαμηλής ποιότητας με τη μορφή ζεστού νερού που κυκλοφορεί στο σύστημα τροφοδοσίας νερού του λέβητα. Οικοθερμία™ χρησιμοποιείται επίσης ως πηγή αλουμίνας σε κλιβάνους τσιμέντου, εκτοπίζοντας τον ακριβότερο βωξίτη που συνήθως μεταφέρεται σε μεγάλες αποστάσεις. Αξιοποιώντας το EcoTherm υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα™ τέφρα είτε σε σταθμό παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είτε σε κλίβανο τσιμέντου, μεγιστοποιεί την ανάκτηση ενέργειας από τον παρεχόμενο άνθρακα, μείωση της ανάγκης για νάρκη και μεταφορά πρόσθετων καυσίμων στις εγκαταστάσεις.

Τα Τάλεν ενέργειας Μπράντον ακτές του ΣΤΕΤ, .. Το προσεχές μέλλον, Ελλάδα, Το κρεβάτι, EDF Energy West Μπέρτον, Το, and the Korea South-East Power fly ash plants all include EcoTherm™ Συστήματα επιστροφής.

STET ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙς ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΤΈΦΡΑς

STET’s separation process has been used commercial since 1995 για τη μύγα σε τέφρα και έχει δημιουργήσει 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., Καναδάς, το Ηνωμένο Βασίλειο, Πολωνία, και Δημοκρατία της Κορέας. ProAsh® ιπτάμενη τέφρα έχει εγκριθεί για χρήση από περισσότερες από είκοσι κρατικές αρχές αυτοκινητοδρόμων, καθώς και πολλοί άλλοι οργανισμοί προδιαγραφών. ProAsh® έχει επίσης πιστοποιηθεί σύμφωνα με την Καναδική Ένωση Προτύπων και την EN 450:2005 ποιοτικά πρότυπα στην Ευρώπη. Οι εγκαταστάσεις επεξεργασίας τέφρας που χρησιμοποιούν τεχνολογία STET παρατίθενται στον πίνακα 5.

PREPRINT- άρθρο που θα δημοσιευθεί στην τέφρα ΣΔΣΑ στην εργασία, Θέμα ΙΙ 2015

Πίνακας 5. Fly Ash Processing facilities using STET separation technology

PREPRINT- άρθρο που θα δημοσιευθεί στην τέφρα ΣΔΣΑ στην εργασία, Θέμα ΙΙ 2015

Συμπεράσματα

Μετά από κατάλληλη σκαλίδα μεγάλου υλικού, Ξήρανση, και αποσυσσωμάτωση, η τέφρα που ανακτάται από χώρους υγειονομικής ταφής εγκαταστάσεων μπορεί να μειωθεί σε περιεκτικότητα σε άνθρακα χρησιμοποιώντας το εμπολοποιημένο. Η ποιότητα του προϊόντος της τέφρας, 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. Επιπλέον, οι μονάδες παραγωγής ενέργειας που πρέπει να απομακρύνουν την τέφρα από τους χώρους υγειονομικής ταφής για να ανταποκριθούν στους μεταβαλλόμενους περιβαλλοντικούς κανονισμούς θα είναι σε θέση να χρησιμοποιήσουν τη διαδικασία για να μετατρέψουν την ευθύνη των αποβλήτων σε πολύτιμη πρώτη ύλη για τους παραγωγούς σκυροδέματος. 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.

Αναφορές

[1]Αμερικανικά προϊόντα καύσης άνθρακα τέφρας άνθρακα και στατιστικές χρήσης: http://www.acaa- usa.org/Publications/Production-Use-Reports.

[2]Εσωτερική έκθεση ST, Αύγουστος 1995.

[3]Li,Τ.Χ,. Σέφερ, Ι.Λ., Απαγόρευση, Χ., Neathery, Ι.Κ., και Stencel, Ι.Μ. Επεξεργασία ξηρού εμπλουτισμού ιπτάμενης τέφρας καύσης, Πρακτικά του συνεδρίου DOE για τον άκαυστο άνθρακα στην ιπτάμενη τέφρα χρησιμότητας, Μπορεί να 19 20, Πίτσμπουργκ, Pa, 1998.

[4]Baltrus, Ι.Π., Diehl, Κ.Δ., Σουνγκ, Y., Άμμο, W. Τριβοηλεκτροστατικός διαχωρισμός ιπτάμενης τέφρας και αναστροφή φορτίου, Καύσιμο 81, (2002) σελ.757-762.

[5]Cangialosi, F., Notarnicola, Μ., Liberti, L, Stencel, J. Ο ρόλος των καιρικών συνθηκών στην κατανομή φορτίου ιπτάμενης τέφρας κατά τη διάρκεια της τριβοηλεκτροστατικής αξιοποίησης, Εφημερίδα των επικίνδυνων υλικών, 164 (2009) σελ.683-688.

AUTHORS

Ο Lewis Baker είναι ο Ευρωπαϊκός διευθυντής τεχνικής υποστήριξης για τον εξοπλισμό ST & Τεχνολογία (STET) με έδρα το Ηνωμένο Βασίλειο

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. Στίβεν Γκασιορόφσκι, Ph.D. is a Senior Research Scientist for ST Equipment & Τεχνολογία (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