Triboelectrostatic Beneficiation đất đầy và Ponded bay tro

PREPRINT- Bài viết được xuất bản ở ACAA Ash tại nơi làm việc, Vấn đề II 2015

Triboelectrostatic Beneficiation of

Land Filled and Ponded Fly Ash

Bởi Lewis Baker, Abhishek Gupta, Stephen Gasiorowski, và Frank Hrach

Hiệp hội người Mỹ than tro (ACAA) cuộc khảo sát hàng năm của sản xuất và sử dụng tro bay than báo cáo rằng giữa 1966 và 2011, qua 2.3 billion short tons of fly ash have been produced by coal-fired utility boilers.1 Of this amount approximately 625 triệu tấn đã được sử dụng có lợi, chủ yếu là để sản xuất xi măng và bê tông. Tuy nhiên, số còn lại 1.7+ tỷ tấn chủ yếu được tìm thấy tại bãi chôn lấp hoặc đầy ponded impoundments. Trong khi việc sử dụng tỷ giá cho tươi tạo ra fly ash đã tăng đáng kể trong năm gần đây, với các mức giá hiện tại gần 45%, xấp xỉ 40 triệu tấn tro bay tiếp tục được xử lý hàng năm. Trong khi việc sử dụng tỷ giá tại châu Âu đã cao hơn nhiều so với ở Mỹ, các khối lượng đáng kể của fly ash cũng đã được lưu trữ trong các bãi chôn lấp và impoundments ở một số nước châu Âu.

Mới gần đây, quan tâm đến khôi phục tài liệu này đã tăng, một phần do nhu cầu về tro bay chất lượng cao cho sản xuất bê tông và xi măng trong một thời gian sản xuất giảm như thế hệ điện đốt than đã giảm ở châu Âu và Bắc Mỹ. Mối quan tâm về tác động môi trường lâu dài của các bãi rác như vậy cũng nhắc các tiện ích để tìm thấy các ứng dụng có lợi sử dụng cho này tro được lưu trữ.

LAND FILLED ASH QUALITY AND REQUIRED BENEFICIATION

Trong khi một số này được lưu trữ tro bay có thể phù hợp để sử dụng có lợi như ban đầu khai quật, phần lớn sẽ yêu cầu một số chế biến để đáp các tiêu chuẩn chất lượng cho xi măng hoặc sản xuất bê tông. 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, bột mịn. Tuy nhiên, assuring the chemical composition of the ash meets specifications, most notably the carbon content measured as loss-on-ignition (LOI), is a greater challenge. As fly ash utilization has increased in the last 20+ năm, nhất "in-spec" Ash đã được sử dụng lợi, và chất lượng tro giảm. Do đó, LOI reduction will be a requirement for utilizing the vast majority of fly ash recoverable from utility impoundments.

GIẢM LỢI BẰNG ĐIỆN

Trong khi các nhà nghiên cứu đã sử dụng các kỹ thuật đốt cháy và các quá trình nổi cho LOI giảm thu hồi chôn lấp và ponded tro bay, ST thiết bị & Công nghệ (STET) đã phát hiện ra rằng hệ thống tách dây đai độc đáo của nó, dài được sử dụng cho beneficiation của tro bay tươi tạo ra, cũng có hiệu quả trên tro phục hồi sau khi sấy khô và deagglomeration phù hợp.

STET các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm các hành vi phân tách triboelectrostatic của tro khô bãi rác từ một số tro bay bãi chôn lấp ở châu Mỹ và Europe. Tro phục hồi này tách ra rất tương tự như tro tươi tạo với một sự khác biệt đáng ngạc nhiên: 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.

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ-FLY ASH CARBON CHIA LY

Trong phân cách carbon STET (Con số 1), vật liệu được đưa vào mỏng khoảng cách giữa hai điện cực song song phẳng. Các hạt triboelectrically được trả bởi interparticle liên hệ. Carbon tính tích cực và tiêu cực tính khoáng (ở ash tươi tạo ra đã không được lên và sấy khô) đang thu hút để đối diện với điện cực. Các hạt được sau đó xuôi lên bởi một vành đai liên tục di chuyển và chuyển tải ở hướng đối diện. Di chuyển vành đai liền kề với mỗi điện cực hướng tới kết thúc đối diện của sự tách hạt. Tốc độ đai cao cũng cho phép rất cao throughputs, tối đa 36 tấn / giờ trên một đĩa đơn tách. Khoảng cách nhỏ, lĩnh vực điện áp cao, Số lượt truy cập hiện tại dòng chảy, vigorous particle-particle agitation and self-cleaning action of the belt on the electrodes are the critical features

PREPRINT- Bài viết được xuất bản ở ACAA Ash tại nơi làm việc, Vấn đề II 2015

of the STET separator. Bằng cách kiểm soát các thông số quá trình khác nhau, chẳng hạn như tốc độ đai, nguồn cấp dữ liệu điểm, và nguồn cấp dữ liệu tỷ lệ, quá trình STET sản xuất thấp LOI fly ash carbon nội dung của ít hơn 1.5 để 4.5% từ nguồn cấp dữ liệu bay khác nhau, trong LOI từ đống tro tàn 4% đến hơn 25%.

Sung. 1 STET Separator processing dried, Tro bay đầy đất

Thiết kế tách là tương đối đơn giản và nhỏ gọn. Máy được thiết kế để xử lý 40 tấn mỗi giờ là khoảng 30 ft. (9 m.) dài, 5 ft. (1.5 m.) rộng, và 9 ft., m (2.75 m.) cao. Vành đai và con lăn kết hợp là các bộ phận chuyển động duy nhất. Các điện cực là văn phòng phẩm và một bằng vật liệu bền bỉ một cách thích hợp. The belt is made of non-conductive plastic. Tiêu thụ điện của máy phân loại là về 1 mỗi kilowatt-giờ / tấn nguyên liệu chế biến với hầu hết các điện tiêu thụ bởi hai động cơ lái xe vành đai.

Quá trình này là hoàn toàn khô, yêu cầu không có tài liệu bổ sung ngoài fly ash và sản xuất không phát thải chất thải nước hoặc không khí. Các tài liệu thu hồi bao gồm fly ash giảm carbon nội dung mức độ phù hợp để sử dụng như một hỗn hợp pozzolanic trong bê tông, và một phần nhỏ cacbon cao hữu ích như là nhiên liệu. Sử dụng cả hai dòng sản phẩm cung cấp một 100% giải pháp cho fly ash xử lý vấn đề.

PROASH® RECOVERED FROM LAND FILLS

Four sources of ash were obtained from landfills: sample A from a power plant located in the United Kingdom and samples B, C, and D from the United States. All these samples consisted of ash from the combustion of bituminous coal by large utility boilers. Due to the intermingling of material in the landfills, no further information is available concerning specific coal source or combustion conditions.

The samples as received by STET contained between 15% và 27% water as is typical for landfilled material. The samples also contained varying amounts of large >1/8 inch (~3 mm) material. To prepare the samples for carbon separation, the large debris was removed by screening and the samples then dried and deagglomerated prior to carbon beneficiation. 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.

PREPRINT- Bài viết được xuất bản ở ACAA Ash tại nơi làm việc, Vấn đề II 2015

Con số 2: Process Flow Diagram

The properties of the prepared samples were well within the range of fly ash obtained directly from normal utility boilers. The most relevant properties for both the separator feeds and products are summarized in Table 2 cùng với sản phẩm thu hồi.

TÁCH CARBON

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.

Bàn 1: Properties of feed and recovered ProAsh®.

PREPRINT- Bài viết được xuất bản ở ACAA Ash tại nơi làm việc, Vấn đề II 2015

HIỆU SUẤT TRONG BÊ TÔNG

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.

Bàn 2: Ash Chemistry of low LOI ash.

Phát triển sức mạnh của một 20% substitution of the low LOI fly ash in a mortar containing 600 lb cementitious/ yd3 (Xem bảng 3 dưới đây) 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.

Bàn 3: Compressive strength of mortar cylinders.

QUÁ TRÌNH KINH TẾ

The availability of low cost natural gas in the USA greatly enhances the economics of drying processes, bao gồm cả việc sấy tro bay ướt từ bãi chôn lấp. Bàn 4 summarizes the fuel costs for operations in the USA for 15% và 20% nội dung độ ẩm. Thiếu hiệu quả tiêu biểu của sấy được bao gồm trong các giá trị tính toán. Chi phí được dựa trên khối lượng của vật liệu sau khi sấy khô. Các chi phí gia tăng để sấy tro bay cho xử lý tách triboelectrostatic là tương đối thấp.

Bàn 4: Drying costs on basis of dried mass.

PREPRINT- Bài viết được xuất bản ở ACAA Ash tại nơi làm việc, Vấn đề II 2015

Ngay cả với việc bổ sung các nguồn cấp dữ liệu làm khô chi phí, 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.

NHIÊN LIỆU THU HỒI GIÁ TRỊ CỦA CARBON CAO FLY ASH

Ngoài các sản phẩm carbon thấp để sử dụng trong bê tông, thương hiệu được đặt theo tên ProAsh®, STET tách quá trình cũng khôi phục nếu không lãng phí không cháy carbon dưới dạng carbon giàu fly ash, thương hiệu EcoTherm™. EcoTherm™ có giá trị đáng kể nhiên liệu và có thể dễ dàng được trả lại cho nhà máy điện điện bằng cách sử dụng STET EcoTherm™ Các hệ thống trở lại để giảm việc sử dụng than đá tại nhà máy. Khi EcoTherm™ bị đốt cháy trong lò hơi Tiện ích, năng lượng đốt được chuyển thành áp lực cao / cao nhiệt độ hơi nước và sau đó để điện hiệu quả tương tự như than, thông thường 35%. Việc chuyển đổi năng lượng nhiệt hồi phục thành điện trong thiết bị ST & Công nghệ LLC EcoTherm™ Hệ thống trở lại là 2-3 lần cao hơn của công nghệ cạnh tranh nơi phục hồi năng lượng như cấp thấp nhiệt ở dạng nước nóng được lưu thông đến các nồi hơi nguồn cấp dữ liệu hệ thống nước. EcoTherm™ cũng được sử dụng như một nguồn alumina trong lò nung xi măng, displacing Bô xít đắt hơn mà thường vận chuyển khoảng cách dài. Sử dụng các-bon cao EcoTherm™ Ash hoặc tại một nhà máy điện hoặc lò nung xi măng, tối đa hóa phục hồi năng lượng từ than đá giao, giảm sự cần thiết để khai thác và vận chuyển nhiên liệu bổ sung cho các cơ sở.

STET của Talen năng lượng Brandon Shores, SMEPA R.D. Morrow, NBP Belledune, RWEnpower Didcot, EDF năng lượng West Burton, RWEnpower Aberthaw, and the Korea South-East Power fly ash plants all include EcoTherm™ Trở lại hệ thống.

STET ASH CHẾ TIỆN NGHI

STET’s separation process has been used commercial since 1995 for fly ash beneficiation and has generated over 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., Canada, Vương Quốc Anh, Ba Lan, và Hàn Quốc. ProAsh® Fly ash đã được chấp thuận cho sử dụng bởi hơn hai mươi bang quốc lộ chính quyền, cũng như nhiều khác cơ quan đặc điểm kỹ thuật. ProAsh® cũng đã được chứng nhận theo tiêu chuẩn Hiệp hội Canada và EN 450:2005 tiêu chuẩn chất lượng châu Âu. Tiện nghi xử lý tro, sử dụng công nghệ STET được liệt kê trong bảng 5.

PREPRINT- Bài viết được xuất bản ở ACAA Ash tại nơi làm việc, Vấn đề II 2015

Bàn 5. Fly Ash Processing facilities using STET separation technology

PREPRINT- Bài viết được xuất bản ở ACAA Ash tại nơi làm việc, Vấn đề II 2015

KẾT LUẬN

Sau khi thích hợp scalping lớn vật liệu, sấy khô, và deagglomeration, Fly ash hồi phục từ thực vật Tiện ích bãi rác có thể được giảm trong carbon nội dung bằng cách sử dụng phân cách thương mại hóa triboelectric đai STET. Chất lượng của sản phẩm fly ash, 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. Ngoài ra, 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.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]Sản phẩm Mỹ than tro than đốt và số liệu thống kê sử dụng: http://www.acaa- usa.org/Publications/Production-Use-Reports.

[2]ST internal report, Tháng tám 1995.

[3]Li,T.X,. Schaefer, J.L., Ban, H., Neathery, J.K., and Stencel, J.M. Dry Beneficiation Processing of Combustion Fly Ash, Proceedings of the DOE Conference on Unburned Carbon on Utility Fly Ash, Có thể 19 20, Pittsburgh, PA, 1998.

[4]Baltrus, J.P., Diehl, J.R., Soong, Y., Sands, W. Triboelectrostatic separation of fly ash and charge reversal, Fuel 81, (2002) pp.757-762.

[5]Cangialosi, F., Notarnicola, M., Liberti, L, Stencel, J. The role of weathering on fly ash charge distribution during triboelectrostatic beneficiation, Journal of Hazardous Materials, 164 (2009) pp.683-688.

AUTHORS

Lewis Baker is the European Technical Support Manager for ST Equipment & Công nghệ (STET) based in the United Kingdom

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. Stephen Gasiorowski, Ph.D. is a Senior Research Scientist for ST Equipment & Công nghệ (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