Triboelectrostatic reducción de tierra llenada y cenizas del

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Triboelectrostatic reducción de

Cenizas volantes del lleno y de la tierra

Por Lewis Baker, Abhishek Gupta, Stephen Gasiorowski, y Frank Hrach

La American Coal Ash Association (ACAA) encuesta anual de la producción y el uso de cenizas volantes del carbón informa que entre 1966 y 2011, sobre 2.3 mil millones de toneladas cortas de cenizas volantes han sido producidas por calderas de servicios públicos de carbón.1 De esta cantidad aproximadamente 625 millones de toneladas se han utilizado de manera beneficiosa, sobre todo para la producción de cemento y hormigón. Sin embargo, el restante 1.7+ miles de millones de toneladas se encuentran principalmente en los vertederos o llenado embalses del. Mientras que las tasas de utilización para recién generan ceniza han aumentado considerablemente en los últimos años, con las tasas actuales cerca de 45%, aproximadamente 40 millones de toneladas de ceniza siguen sean desechados anualmente. Mientras que las tasas de utilización en Europa han sido mucho más altas que en los Estados Unidos, grandes cantidades de cenizas volantes también se han almacenado en vertederos y embalses en algunos países europeos.

Recientemente, ha aumentado el interés en recuperar este material dispuesto, parcialmente debido a la demanda de ceniza de alta calidad para la producción de cemento y concreto durante un período de reducción de la producción como eléctricas de carbón generación ha disminuido en Europa y América del norte. Preocupaciones sobre el impacto ambiental a largo plazo de estos vertederos están provocando también utilidades para encontrar usos beneficiosos para esta ceniza almacenada.

TIERRA LLENA DE CENIZA CALIDAD Y BENEFICIO REQUERIDO

Mientras algo de esto guarda cenizas volantes puede ser adecuado para uso como inicialmente excavado, la mayoría requerirá algún proceso para cumplir con estándares de calidad para cemento o producción de concreto. Puesto que el material ha sido típicamente húmedo para permitir la manipulación y compactación, evitando la generación de polvo en el aire, secado y desaglomeración es un requisito necesario para el uso en concreto puesto que productores concreto querrá continuar la práctica de la ceniza como un seco de hormigón, polvo fino. Sin embargo, asegurando la composición química de las cenizas cumple con las especificaciones, más notablemente el contenido de carbono medido como pérdida en la ignición (LOI), es un desafío mayor. Como cenizas volantes utilización ha aumentado en los últimos 20+ años, más ceniza "en las especificaciones" se ha utilizado beneficiosamente, y la ceniza de calidad. Por lo tanto, Reducción de LOI será un requisito para la utilización de la mayoría de las cenizas volantes recuperable de embalses de utilidad.

LOI REDUCCIÓN POR SEPARACIÓN TRIBOELÉCTRICO

Mientras que otros investigadores han utilizado técnicas de combustión y procesos de flotación para la reducción de la LOI de ceniza recuperada vertido y del, Equipo ST & Tecnologías (STET) ha descubierto que su sistema de separación de banda única triboelectrostatic, largo utilizado para beneficio del recién generados ceniza, también es eficaz en ceniza recuperada después de secado adecuado y desaglomeración.

Los investigadores han probado el comportamiento de separación de triboelectrostatic de ceniza seca vertido de varios vertederos de cenizas volantes en América y Europa. Esta ceniza recuperada separado muy semejantemente a ceniza recién generado con una diferencia sorprendente: la carga de partículas se revirtió de la ceniza fresca con la carga de carbono negativa en relación con el mineral.2 Otros investigadores de la separación electrostática del carbono de ceniza salina también han observado este fenómeno.3,4,5 La polaridad del separador triboelectrostático STET se puede ajustar fácilmente para permitir el rechazo de carbono cargado negativamente de fuentes de ceniza salina seca en vertederos. No se realizan modificaciones especiales en el diseño o los controles del separador para dar cabida a este fenómeno.

DESCRIPCIÓN DE LA TECNOLOGÍA – SEPARACIÓN DE CARBONO DE LAS CENIZAS VOLANTES

En el separador de carbono STET (Figura 1), material se alimenta en el delgado espacio entre dos electrodos planos paralelos. Las partículas triboelectrically se cargan por contacto entre partículas. El carbono cargado positivamente y el mineral cargado negativamente (en ceniza recién generado que no se ha humedecido y secado) se sienten atraídos por enfrente de los electrodos. Las partículas son arrastradas por una correa continua de movimiento y transmite en direcciones opuestas. La correa mueve las partículas adyacentes a cada electrodo hacia extremos opuestos del separador de. La velocidad alta de la banda también permite rendimientos muy altos, hasta 36 toneladas por hora en un solo separador. El pequeño espacio, campo de alto voltaje, flujo actual de contador, agitación vigorosa de partículas y partículas y la acción autolimpiante de la correa en los electrodos son las características críticas

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del separador STET. Mediante el control de varios parámetros de proceso, como la velocidad de la cinta, punto de alimentación, y tasa de alimentación, el proceso STET produce ceniza LOI baja en contenido de carbono de menos de 1.5 Para 4.5% de alimentación volar las cenizas de LOI de 4% a más 25%.

Fig. 1 STET Separador de procesamiento seco, vertidos de cenizas volantes

El diseño del separador es relativamente simple y compacto. Una máquina diseñada para procesar 40 toneladas por hora es de aproximadamente 30 ft. (9 M.) largo, 5 ft. (1.5 M.) amplia, y 9 ft., m (2.75 M.) alta. La correa y rodillos de asociados son las únicas partes móviles. Los electrodos son inmóviles y compuesto de un material apropiado resistente. La correa está hecha de plástico no conductor. Consumo de energía del separador es sobre 1 kilovatios por tonelada de material procesado con la mayoría de la energía consumida por dos motores de la banda de conducción.

El proceso es totalmente seco, no requiere ningún material adicional que no sea de la ceniza y no produce emisiones residuos de agua o aire. Los materiales recuperados consisten en ceniza reducido en contenido de carbono a niveles adecuados para uso como un aditivo puzolánico en concreto, y una fracción de alto carbón como combustible. Utilización de dos corrientes de producto proporciona un 100% solución a los problemas de disposición de cenizas volantes.

PROASH® RECUPERADO DE LOS RELLENOS DE TIERRA

Cuatro fuentes de ceniza se obtuvieron de los vertederos: muestra A partir de una planta de energía situada en el Reino Unido y las muestras B, C, y D de los Estados Unidos. Todas estas muestras consistió en cenizas de la combustión de carbón bituminoso por las calderas de gran utilidad. Debido a la mezcla de material en los vertederos, no podrá obtener más información está disponible sobre condiciones de fuente o la combustión de carbón específico.

Las muestras recibidos por STET contenida entre 15% y 27% como es típico para el material de vertidos de agua. Las muestras también contienen cantidades variables de gran >1/8 pulgadas (~ 3 m m) material. Para preparar las muestras para la separación del carbono, la basura grande fue quitada por la investigación y las muestras de secado y deagglomerated antes de la reducción de carbono. Se han evaluado varios métodos de secado/desaglomeración a escala piloto con el fin de optimizar el proceso general. STET ha seleccionado un industrial probada, sistema de procesamiento que ofrece secado simultáneo y desaglomeración necesarias para la eficaz separación electrostática de la alimentación. Una hoja de flujo del proceso general se presenta en la figura 2.

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Figura 2: Diagrama de flujo del proceso

Las propiedades de las muestras preparadas fueron bien dentro de la gama de ceniza obtenido directamente en calderas de utilidad normal. Las propiedades más relevantes para el separador de alimentos y productos se resumen en la tabla 2 junto con el producto recuperado.

SEPARACIÓN DE CARBÓN

Ensayos de reducción de carbono utilizando el separador triboeléctrico correa STET dio lugar a la muy buena recuperación de productos de LOI bajo de todas las fuentes de ceniza cuatro vertederos. La carga reversa del carbón según lo discutido arriba no degradan la separación de alguna manera en comparación con el procesamiento de dulce Fresno.

Las propiedades de la ceniza LOI baja recuperaron mediante el proceso STET para ambos recién recogida ceniza de la caldera y cenizas recuperadas de los vertederos se resumieron en la tabla 1. Los resultados muestran que la calidad del producto para ProAsh® producido a partir de materiales vertidos es equivalente al producto producida de cenizas frescas fuentes.

Tabla 1: Propiedades del alimento y de ProAsh recuperado®.

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RENDIMIENTO EN CONCRETO

Las propiedades de la ProAsh® generados desde el vertedero recuperado material fue comparada con la de ProAsh® producido a partir de ceniza fresca generada por las calderas de la utilidad de la misma ubicación. El procesado reclamado ceniza cumple con todas las especificaciones de las normas ASTM C618 y AASHTO M250. La siguiente tabla resume la química para las muestras de dos de las fuentes que muestran la diferencia insignificante entre el material recuperado y fresco.

Tabla 2: Química de la ceniza de baja ceniza LOI.

Desarrollo de la fuerza de un 20% sustitución de baja de la LOI ceniza en un mortero que contiene 600 cemento de lb / yd3 (Ver tabla 3 por debajo de) demostró el ProAsh® producto derivado de ceniza vertido rindió morteros con fuerza comparable a morteros mediante ProAsh® de ceniza fresca producida en el mismo lugar. El producto final de las cenizas de beneficiado reclamado apoyaría alta usos en la industria concreta consistente con la posición muy valiosa ProAsh® goza en los mercados que actualmente.

Tabla 3: Resistencia a la compresión de cilindros de mortero.

ECONOMÍA DE PROCESO

La disponibilidad de bajo costo gas natural en Estados Unidos mejora en gran medida la economía de los procesos de secado, incluyendo el secado de ceniza mojada de los vertederos. Tabla 4 resume los costos de combustible para las operaciones en los Estados Unidos para 15% y 20% contenidos de humedad. Deficiencias típicas de secado están incluidos en los valores calculados. Los costos se basan en la masa de material después del secado. Los costos adicionales para el secado de ceniza para el proceso de separación de triboelectrostatic STET son relativamente bajos.

Tabla 4: Costos de secado sobre la base de masa seca.

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Incluso con la adición de alimentos los costos de secado, el proceso de separación de STET ofrece un bajo costo, probado industrialmente, proceso para la reducción de LOI de las cenizas volantes en vertederos. El proceso STET para cenizas volantes recuperadas es de un tercio a la mitad del costo de capital en comparación con los sistemas basados en combustión. El proceso STET para cenizas volantes recuperadas también ha reducido significativamente las emisiones al medio ambiente en comparación con los sistemas basados en combustión o flotación. Dado que la única fuente de emisión de aire adicional a la instalación estándar del proceso STET es un secador de gas natural, permitir sería relativamente simple.

COMBUSTIBLE RECUPERADO VALOR DE HIGH-CARBON CENIZA

Además el producto de baja emisión de carbono para uso en concreto, marca llamada ProAsh®, la separación de STET proceso también se recupera de lo contrario pierde incombusto carbón en forma de cenizas volantes de carbón-ricos, EcoTherm marca™. EcoTherm™ tiene valor de combustible significativo y fácilmente puede ser devuelto a la planta de energía eléctrica utilizando la STET EcoTherm™ Sistema de retorno para reducir el uso de carbón en la planta de. Cuando EcoTherm™ se quema en la caldera de utilidad, la energía de la combustión se convierte a alta presión / vapor de alta temperatura y luego a la electricidad con la misma eficiencia como carbón, por lo general 35%. La conversión de la energía térmica recuperada a la electricidad en ST Equipment & Tecnología LLC EcoTherm™ Sistema de retorno es dos a tres veces mayor que el de la tecnología competitiva donde se recupera la energía como calor de calidad inferior en forma de agua caliente que recircula a la caldera de sistema de agua. EcoTherm™ también se utiliza como fuente de alúmina en hornos de cemento, desplazando la bauxita más cara que suele ser transportado largas distancias. Utilizando EcoTherm de alto carbón™ ceniza en una central eléctrica o un horno de cemento, maximiza la recuperación de la energía del carbón entregado, reducir la necesidad de la mina y el transporte de combustible adicional a las instalaciones.

'S Talen energía Brandon costas, SMEPA R.D. Mañana, Belledune NBP, RWEnpower Didcot, EDF Energy West Burton, RWEnpower Aberthaw, y las plantas de cenizas volantes de Corea del Sureste incluyen EcoTherm™ Sistemas de retorno.

STET PROCESADORAS DE CENIZA

STET de proceso de separación se ha utilizado comercial desde 1995 de reducción de ceniza y ha generado más de 20 millones de toneladas de ceniza de alta calidad para producción de concreto. Mosca LOI bajo control ProAsh®, Actualmente se produce con tecnología de STET en once centrales en los Estados Unidos, Canadá, el Reino Unido., Polonia, y República de Corea. ProAsh® cenizas volantes ha sido aprobada para su uso por más de veinte autoridades del estado de carretera, así como muchos otros organismos de la especificación. ProAsh® también ha sido certificado bajo la Asociación de normas canadienses y EN 450:2005 estándares de calidad en Europa. Instalaciones de procesamiento de cenizas utilizando la tecnología STET se enumeran en tabla 5.

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Tabla 5. Instalaciones de procesamiento de cenizas utilizando la tecnología de separación de STET

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CONCLUSIONES

Después del scalping adecuado de material grande, Secado, y la desaglomeración, las cenizas volantes recuperadas de los vertederos de las plantas de servicios públicos se pueden reducir en contenido de carbono utilizando el separador de cinta triboeléctrica STET comercializado. La calidad del producto fly ash, ProAsh® el uso del sistema STET en el material de vertedero recuperado es equivalente a ProAsh® producido a partir de cenizas frescas de la mosca de la alimentación. El ProAsh® producto es muy adecuado y probado en la producción de hormigón. La recuperación y el beneficio de cenizas en vertederos proporcionará un suministro continuo de ceniza de alta calidad para los productores de hormigón a pesar de la reducción de la producción de cenizas "frescas", ya que los servicios públicos de carbón reducen la generación. Además, las centrales eléctricas que necesitan retirar cenizas de los vertederos para cumplir con las regulaciones ambientales cambiantes podrán utilizar el proceso para alterar la responsabilidad de un producto de desecho en una materia prima valiosa para los productores de hormigón. El proceso de separación STET con equipos de preprocesamiento de piensos para secar y desaglocar las cenizas en vertederos es una opción atractiva para el beneficio de cenizas con un costo significativamente menor y menores emisiones en comparación con otras unidades de combustión y flotación Sistemas.

REFERENCIAS

[1]Estadísticas de uso y productos de la combustión de carbón de ceniza de carbón americano: http://www.ACAA- usa.org/Publications/Production-Use-Reports.

[2]Informe interno ST, Agosto 1995.

[3]Li,T.X,. Schaefer, J.L., Prohibición de, H., Neathery, J.K., y Stencel, J.M. Proceso de beneficio seco de combustión ceniza, Actas de la Conferencia DOE en carbono no quemado en la utilidad de las cenizas volantes, Mayo 19 20, Pittsburgh, PA, 1998.

[4]Baltrus, J.P., Diehl, J.R., Soong, Y., Arenas, W. Triboelectrostatic separación de cenizas volantes y reversión de la carga, Combustible 81, (2002) PP.757-762.

[5]Cangialosi, F., Notarnicola, M., Liberti, L, Stencel, J. El papel de la erosión en la distribución de la carga de ceniza durante la reducción de triboelectrostatic, Diario de materiales peligrosos, 164 (2009) PP.683-688.

AUTORES

Lewis Baker es la Europea técnico jefe de ST Equipment & Tecnología (STET) con sede en el Reino Unido

Abhishek Gupta es un ingeniero de procesos con sede en la planta piloto de Separation Technologies y en las instalaciones de laboratorio, Centro Técnico STET, 101 Hampton Ave, Needham MA 02494 +1-781-972-2300

Dr.. Stephen Gasiorowski, Doctorado. es un Científico Senior de Investigación para Equipos ST & Tecnología (STET) con sede en el New Hampshire.

Frank Hrach es Vicepresidente de Ingeniería de Procesos con sede en la planta piloto de Tecnologías de Separación e instalaciones de laboratorio, Centro Técnico STET, 101 Hampton Ave, Needham MA 02494 +1-781-972-2300