Triboelectrostatic beneficiamento de terra cheia e Ponded cinza de mosca

PRÉ-IMPRESSÃO- artigo a ser publicado em ACAA Ash no trabalho, Questão II 2015

Beneficiamento triboeletrostático de

Cinzas da mosca enchidas e ponded da terra

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

A associação de cinzas de carvão americana (ACAA) pesquisa anual da produção e utilização de cinzas volantes de carvão relata que entre 1966 e 2011, sobre 2.3 bilhões de toneladas curtas de cinzas de mosca foram produzidos por caldeiras a carvão de utilidade.1 Deste montante aproximadamente 625 milhões de toneladas foram usadas beneficamente, principalmente para a produção de cimento e concreto. No entanto, o restante 1.7+ bilhões de toneladas são encontradas principalmente em aterros sanitários ou preenchido represamentos ponded. Enquanto as taxas de utilização para recém gerado cinzas volantes aumentaram consideravelmente nos últimos anos, com as taxas atuais perto 45%, aproximadamente 40 milhões de toneladas de cinzas volantes continuam a ser escoados anualmente. Enquanto as taxas de utilização na Europa tem sido muito maiores do que nos EUA., volumes consideráveis de cinza de mosca também foram armazenados em aterros e represamentos em alguns países europeus.

Recentemente, o interesse em recuperar este material descartado aumentou, parcialmente devido à demanda por cinzas volantes de alta qualidade para a produção de concreto e cimento durante um período de redução da produção como o poder de carvão geração diminuiu na Europa e América do Norte. Preocupações sobre o impacto ambiental a longo prazo de tais aterros também estão solicitando utilitários para encontrar aplicações de uso benéfico para esta armazenado cinza.

QUALIDADE DE CINZAS DE TERRA PREENCHIDA E BENEFICIAMENTO NECESSÁRIO

Enquanto algumas dessas cinzas de mosca armazenadas podem ser adequadas para uso benéfico como inicialmente escavado, a grande maioria exigirá algum processamento para cumprir padrões de qualidade para a produção do cimento ou do concreto. Uma vez que o material tem sido tipicamente molhado para permitir a manipulação e compactação, evitando a geração de poeira aérea, secagem e deagglomação é um requisito necessário para uso em concreto, uma vez que os produtores de concreto vai querer continuar a prática de lotes de cinzas volantes como um seco, pó fino. No entanto, assegurando a composição química das cinzas atende às especificações, mais notavelmente o teor de carbono medido como perda de ignição (KO.), é um desafio maior. Como a utilização de cinzas de mosca aumentou no último 20+ anos, a maioria das cinzas "em especificações" tem sido usada de forma benéfica, e as cinzas de qualidade descartadas. Assim, A redução de Loi será uma exigência para utilizar a maioria vasta da cinza de mosca recuperável dos represamentos da utilidade.

REDUÇÃO DE LOI POR SEPARAÇÃO TRIBOELÉTRICA

Enquanto outros pesquisadores têm usado técnicas de combustão e processos de flutuação para a redução do LOI de aterros recuperados e cinzas de mosca alagou, ST equipamentos & Tecnologias (SSE3) descobriu que seu sistema único de separação de cinto triboeletrotático, usado por muito tempo para o beneficiamento da cinza de mosca recentemente gerada, Também é eficaz em cinzas recuperadas após secagem adequada e deagglomação.

Pesquisadores do STET testaram o comportamento de separação triboeletrostática de cinzas em aterros secos de vários aterros de cinzas volantes nas Américas e na Europa. Esta cinza recuperada separou-se muito similarmente à cinza recentemente gerada com uma diferença surpreendente: o carregamento de partículas foi revertido do que de cinzas frescas com o negativo de carga de carbono em relação ao mineral.2 Outros pesquisadores de separação eletrostática de carbono de cinzas de mosca também observaram este fenômeno.3,4,5 A polaridade do separador triboelestrático STET pode ser facilmente ajustada para permitir a rejeição de carbono carregado negativamente de fontes de cinzas de mosca secas. Não são necessárias modificações especiais no design separador ou controles para acomodar este fenômeno.

VISÃO GERAL DA TECNOLOGIA – SEPARAÇÃO DE CARBONO CINZA DE MOSCA

No separador de carbono STET (Figura 1), material é alimentado na abertura fina entre dois elétrodos planares paralelas. As partículas triboelectrically são cobradas pelo contato interpartícula. O carbono carregado positivamente e negativamente carregado mineral (no recém gerada cinzas que não foi molhada e secada) são atraídas pelo lado oposto de eletrodos. As partículas são então arrastadas por uma correia em movimento contínua e veiculadas em direções opostas. A correia move as partículas adjacentes de cada eletrodo em direção a lados opostos do separador. A velocidade de cintura alta também permite que a quantidade do altíssima, até 36 toneladas / hora em um único separador. O pequeno espaço, campo de alta tensão, fluxo de corrente do contador, agitação vigorosa partícula-partícula e ação autolimpante da correia nos eletrodos são as características críticas

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do separador STET. Controlando vários parâmetros de processo, tais como a velocidade da correia, ponto de alimentação, e taxa de alimentação, o processo STET produz a cinza de mosca LOI baixa conteúdo de carbono de menos de 1.5 Para 4.5% das cinzas de mosca alimentação variando em LOI de 4% para mais 25%.

Fig.. 1 Processamento separador STET seco, cinzas de mosca aterro

O projeto do separador é relativamente simples e compacto. Uma máquina projetada para processar 40 toneladas por hora é de aproximadamente 30 ft. (9 M.) longo, 5 ft. (1.5 M.) ampla, e 9 ft., m (2.75 M.) alta. O cinto e rolos associados são as únicas partes móveis. Os eletrodos são estacionários e composto de um material durável apropriadamente. O cinto é feito de plástico não condutor. Consumo de potência do separador é sobre 1 quilowatt-hora por tonelada de material processado com maior parte da energia consumida por dois motores dirigindo o cinto.

O processo é totalmente seco, Não requer nenhum material adicional que não seja a cinza de mosca e produz sem emissões resíduos de água ou ar. A recuperação dos materiais consiste de cinza de mosca, reduzida no teor de carbono para níveis adequados para uso como uma adição pozolânico em concreto, e uma fração de carbono elevado, úteis como combustível. Utilização de ambos os fluxos de produto fornece um 100% solução para problemas de eliminação de cinzas volantes.

PROASH® RECUPERADO DE RESTOS DE TERRA

Quatro fontes de cinzas foram obtidas de aterros sanitários: amostra A de uma usina localizada no Reino Unido e amostras B, C, e D dos Estados Unidos. Todas essas amostras consistiam de cinzas da combustão de carvão betume por grandes caldeiras de utilidade. Devido à mistura de material nos aterros sanitários, não há mais informações disponíveis sobre condições específicas de origem de carvão ou combustão.

As amostras recebidas pelo STET contidas entre 15% e 27% água como é típico para o material aterro. As amostras também continham quantidades variadas de grandes >1/8 polegadas (~3 mm) Material. Para preparar as amostras para separação de carbono, os grandes detritos foram removidos por triagem e as amostras então secas e desagglomeradas antes da beneficiada por carbono. Vários métodos de secagem/desagregação foram avaliados na escala piloto, a fim de otimizar o processo geral. A STET selecionou uma prova industrial, sistema de processamento de ração que oferece secagem simultânea e desagregação necessária para uma separação eletrostática eficaz. Uma folha de fluxo de processo geral é apresentada na Figura 2.

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Figura 2: Diagrama de fluxo de processo

As propriedades das amostras preparadas estavam bem dentro da faixa de cinzas de mosca obtidas diretamente de caldeiras de utilidade normal. As propriedades mais relevantes tanto para os alimentos separadores quanto para os produtos são resumidas na Tabela 2 juntamente com produto recuperado.

SEPARAÇÃO DE CARBONO

Testes de redução de carbono usando o separador do cinturão triboelétrico STET resultaram em uma recuperação muito boa de produtos loi baixos de todas as quatro fontes de cinzas de mosca de aterro. O carregamento reverso do carbono como discutido acima não degradou a separação de forma alguma em comparação com o processamento de cinzas frescas.

As propriedades das cinzas de moscas de loi baixas recuperadas usando o processo STET para cinzas recém-coletadas da caldeira e cinzas recuperadas do aterro sanitário são resumidas em Tabela 1. Os resultados mostram que a qualidade do produto para ProAsh® produzido a partir de material aterro é equivalente ao produto produzido a partir de fontes de cinzas de mosca fresca.

Tabela 1: Propriedades da alimentação e proash recuperado®.

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DESEMPENHO EM CONCRETO

As propriedades do ProAsh® geradoa a partir do material de aterro recuperado foram comparados ao de ProAsh® cinzas de mosca fresca geradas pelas caldeiras de utilidade do mesmo local. As cinzas recuperadas processadas atendem a todas as especificações dos padrões ASTM C618 e AASHTO M250. A tabela a seguir resume a química de amostras de duas das fontes que mostram a diferença insignificante entre o material fresco e recuperado.

Tabela 2: Química de cinzas de cinzas baixas loi.

Desenvolvimento de força de um 20% substituição das cinzas de mosca loi baixo em um morteiro contendo 600 lb cementitious/ yd lb cementitious / yd3 (Consulte a tabela 3 abaixo) mostrou o ProAsh® produto derivado de cinzas em aterros produzidos morteiros com força comparável aos morteiros produzidos usando ProAsh® a partir de cinzas de mosca fresca produzidas no mesmo local. O produto final das cinzas recuperadas beneficiadas suportaria usos de ponta na indústria de concreto consistentes com a posição altamente valiosa ProAsh® goza nos mercados que serve atualmente.

Tabela 3: Força compressiva de cilindros de argamassa.

ECONOMIA DO PROCESSO

A disponibilidade de gás natural de baixo custo nos EUA melhora muito a economia dos processos de secagem, incluindo a secagem de cinzas de mosca sumidas de aterros sanitários. Tabela 4 resume os custos de combustível para operações nos EUA para 15% e 20% teor de umidade. Ineficiências típicas de secagem estão incluídas nos valores calculados. Os custos são baseados na massa de material após a secagem. Os custos incrementais para a secagem de cinzas de mosca para o processamento de separação triboeletrástica STET são relativamente baixos.

Tabela 4: Custos de secagem com base na massa seca.

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Mesmo com a adição de custos de secagem de ração, o processo de separação stet oferece um baixo custo, industrialmente comprovado, processo para redução loi de cinzas de mosca aterro. O processo STET para cinzas de mosca recuperadas é de um terço a metade do custo de capital em comparação com sistemas baseados em combustão. O processo STET para cinzas de mosca recuperadas também tem emissões significativamente menores para o meio ambiente em comparação com sistemas baseados em combustão ou flutuação. Uma vez que a única fonte adicional de emissão de ar para a instalação padrão do processo STET é um secador a gás natural, permitindo seria relativamente simples.

VALOR DE COMBUSTÍVEL RECUPERADO DA CINZA DE MOSCA DE ALTO TEOR DE CARBONO

Além do produto de baixo carbono para uso em concreto, marca chamada ProAsh®, a separação da STET processar também recupera senão perdido carbono unburned sob a forma de cinza de mosca rico em carbono, marca EcoTherm™. EcoTherm™ tem valor significativo de combustível e facilmente pode ser retornado para a usina de energia elétrica usando a STET EcoTherm™ Sistema de retorno para reduzir o uso de carvão na planta. Quando EcoTherm™ é queimada na caldeira do utilitário, a energia de combustão é convertida para alta pressão / vapor de alta temperatura e em seguida a eletricidade com a mesma eficiência como carvão, Normalmente 35%. A conversão da energia térmica recuperada para a electricidade no equipamento ST & Technology LLC EcoTherm™ Sistema de retorno é duas a três vezes maior do que a tecnologia competitiva, onde a energia é recuperada como água sistema de alimentação de baixa qualidade calor sob a forma de água quente que é distribuída para a caldeira. EcoTherm™ também é usado como fonte de alumina em fornos de cimento, deslocando a bauxita mais cara que normalmente é transportado a longas distâncias. Utilizando o carbono elevado EcoTherm™ cinzas de uma planta de poder ou um forno de cimento, maximiza a recuperação de energia a carvão entregues, reduzindo a necessidade para o meu e o combustível adicional para as facilidades de transporte.

A STET é Talen energia Brandon Shores, RD SMEPA. Amanhã, Belledune NBP, RWEnpower Didcot, FED energia ocidental Burton, RWEnpower Aberthaw, e as usinas de cinzas da Korea South-East Power incluem o EcoTherm™ Sistemas de retorno.

STET ASH INSTALAÇÕES DE PROCESSAMENTO

O processo de separação do STET tem sido usado comercialmente desde 1995 para a beneficiada de cinzas de mosca e gerou mais 20 milhões de toneladas de cinzas mosca de alta qualidade para a produção de concreto. LoI baixo controlado voar ProAsh®, atualmente é produzido com a tecnologia stet em onze centrais elétricas em todo os EUA., Canadá, Reino Unido., Polônia, e a República da Coreia. ProAsh® cinza de mosca foi aprovada para uso por mais de vinte autoridades do estado da estrada, assim como muitas outras agências de especificação. ProAsh® também foi certificado sob Canadian Standards Association e EN 450:2005 padrões de qualidade na Europa. Instalações de processamento de cinza usando tecnologia STET estão listadas na tabela 5.

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Tabela 5. Instalações de processamento de cinzas fly usando tecnologia de separação STET

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CONCLUSÕES

Após escalpelamento adequado de material grande, Secagem, e desagglomeração, cinzas de mosca recuperadas de aterros de plantas elétricas podem ser reduzidas em teor de carbono usando o separador de correia triboelétrica STET comercializado. A qualidade do produto de cinzas de mosca, ProAsh® usar o sistema STET em material de aterro recuperado é equivalente ao ProAsh® produzido a partir de cinzas mosca de alimentação fresca. O ProAsh® produto é muito bem adequado e comprovado na produção de concreto. A recuperação e o beneficiamento de cinzas aterros sanitários fornecerão um fornecimento contínuo de cinzas de alta qualidade para os produtores de concreto, apesar da redução da produção de cinzas "frescas", à medida que as concessionárias a carvão reduzem a geração. Além disso, usinas que precisam remover cinzas de aterros sanitários para atender às mudanças nas normas ambientais poderão utilizar o processo para alterar a responsabilidade de um produto de resíduo em uma matéria-prima valiosa para produtores de concreto. O processo de separação stet com equipamento de pré-processamento de ração para secagem e desagglomeração de cinzas de moscas aterrosas é uma opção atraente para o beneficiamento de cinzas com custo significativamente menor e menores emissões em comparação com outros sistemas baseados em combustão e flutuação.

REFERÊNCIAS

[1]Produtos de combustão de carvão de cinzas de carvão americana e estatísticas de uso: http://www.acaa- usa.org/Publications/Production-Use-Reports.

[2]Relatório interno de ST, Agosto 1995.

[3]Li Li,T.X,. Schaefer, J.l., Ban, H., Neathery, Jk., e Stencel, J.m. Processamento de beneficiamento seco de cinzas de mosca de combustão, Procedimentos da Conferência do DOE sobre carbono não queimado em cinzas de mosca de utilidade, Maio 19 20, Pittsburgh, PA, 1998.

[4]Baltrus, J.p., Diehl, Jr., Soong, Y., Areias, W. Separação triboelestrática de cinzas de mosca e reversão de carga, Combustível 81, (2002) pp.757-762.

[5]Cangialosi, F., Notarnicola, M., Liberti, L, Stencel, J. O papel do intemperismo na distribuição de cargas de cinzas de mosca durante o benefício triboeletrático, Revista de Materiais Perigosos, 164 (2009) pp.683-688.

Autores

Lewis Baker é o gerente europeu de suporte técnico para equipamentos ST & Tecnologia (SSE3) com sede no Reino Unido

Abhishek Gupta é engenheiro de processo baseado na fábrica piloto da Separation Technologies e instalação de laboratório, Centro Técnico stet, 101 Av. Hampton, MA de Needham 02494 +1-781-972-2300

Dr. Stephen Gasiorowski, Ph.d. é um cientista sênior de pesquisa para equipamentos ST & Tecnologia (SSE3) com sede em New Hampshire.

Frank Hrach é vice-presidente de engenharia de processos com sede na fábrica piloto da Separation Technologies e instalação de laboratório, Centro Técnico stet, 101 Av. Hampton, MA de Needham 02494 +1-781-972-2300