देश भर के Triboelectrostatic लाभप्रदीकरण और Ponded फ्लाई ऐश

PREPRINT- ACAA ऐश में प्रकाशित करने के लिए काम पर अनुच्छेद, अंक द्वितीय 2015

Triboelectrostatic Beneficiation of

Land Filled and Ponded Fly Ash

लुईस बेकर द्वारा, अभिषेक गुप्ता, स्टीफन Gasiorowski, और फ्रैंक Hrach

अमेरिकी कोयला राख एसोसिएशन (ACAA) रिपोर्ट है कि बीच उत्पादन का वार्षिक सर्वेक्षण और कोयला उड़नशील राख का उपयोग 1966 और 2011, से अधिक 2.3 billion short tons of fly ash have been produced by coal-fired utility boilers.1 Of this amount approximately 625 लाख टन किया गया है लाभकारी प्रयोग, सीमेंट और कंक्रीट उत्पादन के लिए ज्यादातर. हालांकि, को शेष 1.7+ billion टन मुख्यतः landfills में पाए जाते है या भरा तालाब. हालांकि हौसले से उत्पन्न मक्खी राख के लिए उपयोग की दर हाल के वर्षों में काफी बढ़ गई है, के पास वर्तमान दरों के साथ 45%, लगभग 40 फ्लाई ऐश के लाख टन सालाना का निपटारा किया जा करने के लिए जारी. जबकि यूरोप में उपयोग की दर अमेरिका की तुलना में बहुत अधिक रही है, फ्लाई ऐश के काफी मात्रा में भी landfills और कुछ यूरोपीय देशों में जब्ती में संग्रहित किया गया है.

हाल, इस निपटान सामग्री को ठीक करने में रुचि बढ़ गई है, आंशिक रूप से शक्ति कोयले के रूप में कम उत्पादन की अवधि के दौरान ठोस और सीमेंट उत्पादन के लिए उच्च गुणवत्ता वाले फ्लाई ऐश के लिए मांग के कारण पीढ़ी यूरोप और उत्तरी अमेरिका में कमी आई है. ऐसे landfills के दीर्घकालिक पर्यावरणीय प्रभाव के बारे में चिंता भी उपयोगिताओं इस संग्रहीत ऐश के लिए लाभकारी उपयोग अनुप्रयोगों को खोजने के लिए चलते हैं.

LAND FILLED ASH QUALITY AND REQUIRED BENEFICIATION

हालांकि इस संग्रहीत फ्लाई ऐश के कुछ लाभकारी उपयोग के लिए उपयुक्त हो सकता है के रूप में शुरू में खुदाई, विशाल बहुमत सीमेंट या कंक्रीट उत्पादन के लिए गुणवत्ता मानकों को पूरा करने के लिए कुछ प्रसंस्करण की आवश्यकता होगी. 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, महीन चूर्ण. हालांकि, assuring the chemical composition of the ash meets specifications, most notably the carbon content measured as loss-on-ignition (एलओआई), is a greater challenge. As fly ash utilization has increased in the last 20+ साल, सबसे "में कल्पना" ऐश किया गया है लाभप्रद रूप से इस्तेमाल, और बंद गुणवत्ता राख का निपटारा. एकूणच, LOI reduction will be a requirement for utilizing the vast majority of fly ash recoverable from utility impoundments.

TRIBOELECTRIC जुदाई द्वारा एलओआई कमी

जबकि अन्य शोधकर्ताओं दहन तकनीक और प्लवनशीलता प्रक्रियाओं का इस्तेमाल किया है एलओआई कमी के लिए बरामद landfill और तालाब मक्खी राख, ST उपकरण & प्रौद्योगिकियों (काटी अशुद्धि रद्द करना) पाया है कि अपनी अनूठी triboelectrostatic बेल्ट पृथक्करण प्रणाली, हौसले से उत्पन्न मक्खी की लाभप्रदीकरण के लिए लंबे समय तक करते थे ऐश, उपयुक्त सुखाने और deagglomeration के बाद बरामद राख पर भी प्रभावी है.

STET शोधकर्ताओं ने अमेरिका और यूरोप में कई मक्खी राख landfills से सूखे landfill राख के triboelectrostatic जुदाई व्यवहार का परीक्षण किया है. यह बरामद राख एक आश्चर्यजनक अंतर के साथ हौसले से उत्पन्न राख के लिए बहुत इसी तरह से अलग: the particle charging was reversed from that of fresh ash with the carbon charging negative in relation to the mineral.2 Other researchers of electrostatic separation of fly ash carbon have also observed this phenomena.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.

प्रौद्योगिकी सिंहावलोकन-फ्लाई ऐश कार्बन जुदाई

STET कार्बन विभाजक में (आंकड़ा 1), सामग्री दो समानांतर planar इलेक्ट्रोड के बीच पतली खाई में खिलाया जाता है. कण संपर्क द्वारा शुल्क लिया triboelectrically हैं. सकारात्मक रूप से वसूला गया कार्बन और अनिष्ट का आरोपी खनिज (में ताजा उत्पंन राख कि गीला नहीं किया गया है और सूख) विपरीत इलेक्ट्रोड के लिए आकर्षित कर रहे हैं. कणों तो एक सतत चलती बेल्ट से बह रहे हैं और विपरीत दिशाओं में व्यक्त. बेल्ट विभाजक के विपरीत छोर की ओर प्रत्येक इलेक्ट्रोड के सन्निकट कणों चाल. उच्च बेल्ट गति भी बहुत उच्च प्रवाह सक्षम बनाता है, अप करने के लिए 36 टन प्रति घंटा एक ही विभाजक पर. छोटे अंतर, उच्च वोल्टेज क्षेत्र, काउंटर वर्तमान प्रवाह, vigorous particle-particle agitation and self-cleaning action of the belt on the electrodes are the critical features

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of the STET separator. विभिन्न प्रक्रिया मापदंडों को नियंत्रित करके, जैसे बेल्ट स्पीड, फीड पॉइंट, और फीड रेट, STET प्रक्रिया कम एलओआई से कम की कार्बन सामग्री पर राख मक्खी का उत्पादन 1.5 करने के लिए 4.5% से फीड फ्लाई एलओआई से लेकर राख तक 4% से अधिक 25%.

अंजीर. 1 STET Separator processing dried, लैंडफिल फ्लाई ऐश

विभाजक डिजाइन अपेक्षाकृत सरल और कॉंपैक्ट है. एक प्रक्रिया के लिए डिजाइन मशीन 40 प्रति घंटे टन लगभग है 30 फुट. (9 m.) लंबे, 5 फुट. (1.5 m.) विस्तृत, और 9 फुट., मी (2.75 m.) उच्च. बेल्ट और जुड़े रोलर्स ही चलती भागों रहे हैं. इलेक्ट्रोड स्थिर और एक उचित रूप से टिकाऊ सामग्री से बना रहे हैं. The belt is made of non-conductive plastic. जक की बिजली की खपत लगभग 1 किलोवाट-दो मोटर बेल्ट ड्राइविंग द्वारा भस्म शक्ति के अधिकांश के साथ संसाधित सामग्री के प्रति टन घंटे.

प्रक्रिया पूरी तरह से शुष्क है, मक्खी राख के अलावा कोई अतिरिक्त सामग्री की आवश्यकता है और कोई अपशिष्ट जल या हवा उत्सर्जन का उत्पादन. बरामद सामग्री एक कंक्रीट में pozzolanic मिश्रण के रूप में उपयोग के लिए उपयुक्त स्तर को कार्बन सामग्री में कम मक्खी राख से मिलकर बनता है, और एक उच्च कार्बन ईंधन के रूप में उपयोगी अंश. दोनों उत्पाद धाराओं के उपयोग प्रदान करता है एक 100% ऐश निपटान समस्याओं को उड़ाने के लिए समाधान.

PROASH® RECOVERED FROM LAND FILLS

राख के चार स्रोत landfills से प्राप्त किए गए: sample A from a power plant located in the United Kingdom and samples B, सी, और संयुक्त राज्य अमेरिका से डी. इन सभी नमूनों में बड़ी उपयोगिता बॉयलर द्वारा बिटुमिनस कोयले के दहन से राख की. landfills में सामग्री के मिश्रण के कारण, कोई और जानकारी विशिष्ट कोयला स्रोत या दहन की स्थिति के विषय में उपलब्ध है.

नमूने के रूप में STET द्वारा प्राप्त के बीच समाहित 15% और 27% water as is typical for landfilled material. नमूनों में भी बड़ी मात्रा में अलग-अलग मात्रा में निहित >1/8 इंच (~3 mm) सामग्री. कार्बन जुदाई के लिए नमूने तैयार करने के लिए, बड़े मलबे को परखने से हटाया गया और नमूने तो सूख गए और कार्बन लाभप्रदीकरण से पहले deagglomerated. 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.

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आंकड़ा 2: Process Flow Diagram

तैयार नमूनों के गुणों को सामान्य उपयोगिता बॉयलर से सीधे प्राप्त फ्लाई ऐश की सीमा के भीतर अच्छी तरह से किया गया था. विभाजक फ़ीड्स और उत्पादों दोनों के लिए सबसे अधिक प्रासंगिक गुण तालिका में सारांशित किए जाते हैं 2 बरामद उत्पाद के साथ साथ.

कार्बन जुदाई

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.

The properties of the low LOI fly ash recovered using the STET process for both freshly collected ash from the boiler and ash recovered from the landfill is summarized in Table 1. The results show that the product quality for ProAsh® produced from landfilled material is equivalent to product produced from fresh fly ash sources.

तालिका 1: Properties of feed and recovered ProAsh®.

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कंक्रीट में प्रदर्शन

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.

तालिका 2: Ash Chemistry of low LOI ash.

शक्ति विकास एक 20% substitution of the low LOI fly ash in a mortar containing 600 lb cementitious/ yd3 (तालिका देखें 3 below) 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.

तालिका 3: Compressive strength of mortar cylinders.

प्रक्रिया अर्थशास्त्र

The availability of low cost natural gas in the USA greatly enhances the economics of drying processes, landfills से गीला मक्खी राख के सुखाने सहित. तालिका 4 summarizes the fuel costs for operations in the USA for 15% और 20% नमी सामग्री. सुखाने की विशिष्ट अक्षमताओं की गणना मानों में शामिल हैं. लागत सुखाने के बाद सामग्री के द्रव्यमान पर आधारित हैं. STET triboelectrostatic पृथक्करण प्रसंस्करण के लिए फ्लाई ऐश सुखाने के लिए वृद्धिशील लागत अपेक्षाकृत कम कर रहे है.

तालिका 4: Drying costs on basis of dried mass.

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यहां तक कि फ़ीड सुखाने लागत के अलावा के साथ, 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.

उच्च कार्बन फ्लाई ऐश के ईंधन मूल्य बरामद

कंक्रीट में उपयोग के लिए कम कार्बन उत्पाद के अलावा, प्रोश नाम का ब्रांड®, STET जुदाई प्रक्रिया भी ठीक हो अन्यथा कार्बन युक्त मक्खी राख के रूप में unburned कार्बन बर्बाद, ब्रांडेड EcoTherm™. इको थेर्म™ महत्वपूर्ण ईंधन मूल्य है और आसानी से STET EcoTherm का उपयोग कर बिजली के संयंत्र के लिए वापस किया जा सकता है™ संयंत्र में कोयले के उपयोग को कम करने के लिए वापसी प्रणाली. जब पारिस्थितिकी Therm™ उपयोगिता बॉयलर में जला दिया जाता है, दहन से ऊर्जा उच्च दबाव में परिवर्तित हो जाती है / उच्च तापमान भाप और फिर कोयले के रूप में एक ही दक्षता पर बिजली के लिए, आमतौर पर 35%. अनुसूचित जनजाति उपकरण में बिजली के लिए बरामद थर्मल ऊर्जा का रूपांतरण & प्रौद्योगिकी LLC पारिस्थितिकी Therm™ वापसी प्रणाली प्रतिस्पर्धी प्रौद्योगिकी की तुलना में दो से तीन गुना अधिक है जहां ऊर्जा गर्म पानी के रूप में कम ग्रेड गर्मी के रूप में बरामद की जाती है जो बॉयलर फ़ीड जल प्रणाली को परिचालित किया जाता है. इको थेर्म™ सीमेंट भट्ठों में एल्यूमिना के स्रोत के रूप में भी प्रयोग किया जाता है, अधिक महंगी बॉक्साइट जो आमतौर पर लंबी दूरी ले जाया जाता है विस्थापित. उच्च कार्बन EcoTherm का उपयोग™ किसी विद्युत संयंत्र या सीमेंट भट्टे पर राख, वितरित कोयले से ऊर्जा वसूली को अधिकतम करता है, खदान की जरूरत को कम करने और सुविधाओं के लिए अतिरिक्त ईंधन परिवहन.

STET की तलेन ऊर्जा ब्रैंडन किनारे, SMEPA आर. डी. Morrow, NBP Belledune, RWEnpower Didcot, ईडीएफ एनर्जी वेस्ट बर्टन, RWEnpower Aberthaw, and the Korea South-East Power fly ash plants all include EcoTherm™ वापसी सिस्टम.

STET ऐश प्रोसेसिंग सुविधाएं

STET’s separation process has been used commercial since 1995 फ्लाई ऐश लाभप्रदीकरण के लिए और अधिक उत्पन्न 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., कनाडा, यू.के., पोलैंड, and Republic of Korea. ProAsh® फ्लाई ऐश बीस से अधिक राज्य राजमार्ग अधिकारियों द्वारा उपयोग के लिए मंजूरी दे दी गई है, साथ ही कई अन्य विनिर्देश एजेंसियां. ProAsh® कनाडा के मानक संघ और एन के तहत भी प्रमाणित किया गया है 450:2005 यूरोप में गुणवत्ता मानकों. ऐश प्रसंस्करण सुविधाओं STET प्रौद्योगिकी का उपयोग कर तालिका में सूचीबद्ध है 5.

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तालिका 5. Fly Ash Processing facilities using STET separation technology

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निष्कर्ष

बड़ी सामग्री के उपयुक्त खोपड़ी के बाद, सुखाने, और deagglomeration, फ्लाई उपयोगिता संयंत्र से राख बरामद landfills कार्बन सामग्री में कम किया जा सकता है वाणिज्यिक STET triboelectric बेल्ट विभाजक का उपयोग. फ्लाई ऐश उत्पाद की गुणवत्ता, 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. इसके अतिरिक्त, 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.

संदर्भ

[1]अमेरिकी कोयला राख कोयला दहन उत्पादों और उपयोग के आंकड़े: http://www.acaa- usa.org/Publications/Production-Use-Reports.

[2]ST internal report, अगस्त 1995.

[3]ली,T.X,. शेफ़र, J.L., प्रतिबंध, एच., नेथरी, J.K., और स्टेन्सेल, 4.3. Dry Beneficiation Processing of Combustion Fly Ash, Proceedings of the DOE Conference on Unburned Carbon on Utility Fly Ash, हो सकता है 19 20, पिट्सबर्ग, Pa, 1998.

[4]बालट्रस, J.P., Diehl, J.R., सूंग, वाई., Sands, डब्ल्यू. Triboelectrostatic separation of fly ash and charge reversal, Fuel 81, (2002) pp.757-762.

[5]Cangialosi, एफ., Notarnicola, एम., Liberti, एल, स्टेनसेल, जे. The role of weathering on fly ash charge distribution during triboelectrostatic beneficiation, Journal of Hazardous Materials, 164 (2009) pp.683-688.

AUTHORS

लुईस बेकर अनुसूचित जनजाति उपकरणों के लिए यूरोपीय तकनीकी सहायता प्रबंधक है & प्रौद्योगिकी (काटी अशुद्धि रद्द करना) यूनाइटेड किंगडम में आधारित

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

Dr. स्टीफन Gasiorowski, Ph.D. is a Senior Research Scientist for ST Equipment & प्रौद्योगिकी (काटी अशुद्धि रद्द करना) 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 मा 02494 +1-781-972-2300