1.7+ 十億噸的粉煤灰主要分佈在垃圾填埋場或池塘蓄水池中...和 40 萬噸粉煤灰繼續每年處置. ...回收這種處置材料的興趣增加了, 部分原因是, 在歐洲和北美燃煤發電減少的情況下, 在產量減少的時期, 對用於混凝土和水泥生產的優質粉煤灰的需求. 對此類垃圾填埋場對環境的長期影響的擔憂也促使公用事業公司為這種儲存的火山灰尋找有益的用途應用.
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三波靜電的二分法
填土和池塘粉灰
作者: 路易斯·貝克, 阿布舍克古普塔, stephen gasiorowski, 弗蘭克·赫拉奇
美國煤炭灰分協會 (高級) 年度調查的生產和使用的煤飛灰報告之間 1966 和 2011, 結束 2.3 燃煤公用鍋爐生產了數十億噸粉煤灰.1 該金額約 625 萬噸實益曾說過, 主要用於水泥和混凝土的生產. 然而, 剩下的 1.7+ 億噸主要在堆填區發現或填充面對蓄水池. 雖然剛生成的利用率為飛灰有最近幾年大大增加, 與附近的當前價格。 45%, 大約 40 萬噸粉煤灰繼續每年處置. 雖然歐洲利用率已遠遠高於在美國, 大量的粉煤灰也已存儲在垃圾填埋場和一些歐洲國家的蓄水池.
最近, 恢復這種處置材料的興趣增加了, 部分原因是, 在歐洲和北美燃煤發電減少的情況下, 在產量減少的時期, 對用於混凝土和水泥生產的優質粉煤灰的需求. 對此類垃圾填埋場對環境的長期影響的擔憂也促使公用事業公司為這種儲存的火山灰尋找有益的用途應用.
已使用"已使用"的空氣品質和所需環境
雖然這種儲存的粉煤灰中的一些可能適合於最初挖掘的有益用途, 絕大多數需要經過一些加工, 以達到水泥或混凝土生產的品質標準. 由於材料通常經過潤濕，以便進行處理和壓實，同時避免空氣中產生灰塵, 乾燥和脫粒是混凝土使用的必要要求，因為混凝土生產商希望繼續將粉煤灰作為乾燥, 細粉. 然而, 確保灰燼的化學成分符合規格, 最顯著的是作為點火損失測量的碳含量 (意向書), 是一個更大的挑戰. 隨著粉煤灰利用率在過去增加 20+ 年, 大多數 "規格" 灰分都得到了有益的利用, 和處置的劣質火山灰. 因此, 減少 LOI 將是利用從公用設施中回收的絕大多數粉煤灰的一項要求.
三電分離降低 LOI
而其他研究人員則利用燃燒技術和浮選工藝減少回收的填埋和池塘飛灰的 loi, ST 設備 & 技術 (STET) 發現其獨特的摩擦靜電帶分離系統, 長期用於新生成粉煤灰的選礦, 在適當的乾燥和聚集後對回收的灰分也是有效的.
stet 的研究人員對美洲和歐洲幾個粉煤灰垃圾填埋場的幹垃圾的試靜分離行為進行了測試. 這回收的灰與新鮮生成的灰分非常相似, 有一個驚人的區別: 粒子充電與與礦物相關的碳充電負片的新鮮灰燼相反.2 其他對粉煤灰碳靜電分離的研究人員也觀察到了這種現象.3,4,5 STET 三氟化分離器的極性可輕鬆調整，以便從乾燥的填埋粉煤灰源中剔除帶帶電碳. 無需對分離器設計或控制項進行特殊修改，以適應此現象.
技術概述 — — 飛灰碳分離
在 STET 碳分隔符號 (圖 1), 材料被送入兩個平行的平面電極薄差距. 粒子通過粒子間的接觸進行摩擦帶電. 正電荷的碳和負電荷的礦物 (在剛生成的灰，不弄濕和幹) 被吸引到對面電極. 粒子是連續運動的皮帶而席捲然後轉達了相反的方向. 帶移動粒子毗鄰每個電極向兩端的分隔符號. 高帶速也使非常高的輸送量, 高達 36 噸 / 小時在一個單一的分隔符號. 小差距, 高電壓領域, 計數器當前流, 電極上皮帶的劇烈粒子攪拌和自清潔作用是關鍵特徵
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STET 分隔符號. 通過控制各種工藝參數, 皮帶速度, 饋送點, 和進給速度, STET 過程產生低 LOI 粉煤灰在碳含量小於 1.5 自 4.5% 從飼料飛灰在意向書從測距 4% 來過 25%.
無花果. 1 STET 分離器加工乾燥, 填埋粉煤灰
分離器設計是相對簡單、 緊湊. 一台機器，用於處理 40 噸每小時大約是 30 金融時報 》. (9 m.) 長, 5 金融時報 》. (1.5 m.) 寬, 和 9 dtl, m (2.75 m.) 高. 皮帶和關聯的輥是唯一的運動部件. 電極是平穩和適當耐用的材料組成. 皮帶由非導電塑膠製成. 分離器的功耗是關於 1 材料處理的兩個馬達傳動皮帶所消耗的電力大部分每噸千瓦時.
這個過程是完全乾燥, 要求沒有額外的原料不是飛灰和產生任何廢物的水或空氣排放物. 回收的物料包括粉煤灰中碳含量降低到適合用作混凝土中的火山灰質混合材的水準, 和一個有用作為燃料的高碳分數. 利用這兩種產品流提供 100% 飛灰處置問題的解決方案.
普羅阿什® 從 LAND FILLS 中恢復
從垃圾填埋場獲得四種灰分: 來自英國的發電廠的樣品A和樣品B, C, 和 d 從美國. 所有這些樣品都是由大型電站鍋爐燃燒煙煤產生的灰分組成的. 由於垃圾填埋場中的物質混合在一起, 沒有關于具體煤源或燃燒條件的進一步資料.
stet 收到的樣品包含在 15% 和 27% 水，這是典型的填土材料. 樣品中還含有不同量的大 >1/8 英寸 (±3 毫米) 材料. 準備碳分離樣品, 通過篩選去除大的碎片, 然後在碳選礦前將樣品乾燥並脫除. 在試驗規模上評估了幾種乾燥/脫衣方法，以優化整個工藝. STET 選擇了經過工業驗證的, 飼料加工系統，提供有效靜電分離所需的同步乾燥和脫聚. 一般流程表如圖所示 2.
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圖 2: 流程圖
製備的樣品性能在直接從普通電站鍋爐獲得的粉煤灰範圍內。. 表中總結了分離器進料和產品最相關的屬性 2 以及回收的產品.
碳素分離
使用 STET 三電帶分離器進行碳減排試驗，從所有四個垃圾填埋場粉煤灰源中很好地回收低 LOI 產品. 如上所述，碳的反向充電不會以任何方式降低與處理新鮮灰燼相比的分離。.
使用 STET 工藝回收的低 LOI 粉煤灰的特性，包括從鍋爐中新鮮收集的灰燼和從垃圾填埋場回收的灰燼，其特性在表中進行了總結 1. 結果表明，ProAsh的產品品質® 由填土材料生產，相當於新鮮粉煤灰源生產的產品.
表 1: 饋送和恢復的 ProAsh 的屬性®.
|
向分離器提供樣本 |
意向書 |
普羅阿什·洛伊® |
普羅阿什® 細, % +325 網格 |
普羅阿什® 品質屈服 |
|
新鮮 A |
10.2 % |
3.6 % |
23 % |
84 % |
|
垃圾填埋場 A |
11.1 % |
3.6 % |
20 % |
80 % |
|
新鮮 B |
5.3 % |
2.0 % |
13 % |
86 % |
|
垃圾填埋 B |
7.1 % |
2.0 % |
15 % |
65 % |
|
新鮮 C |
4.7% |
2.6% |
16% |
82% |
|
垃圾填埋場 C |
5.7% |
2.5% |
23% |
72 % |
|
堆填區 D |
10.8 % |
3.0 % |
25 % |
80 % |
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混凝土性能
ProAsh 的屬性® 從回收的填埋材料產生的與 ProAsh 的材料進行比較® 由來自同一位置的公用鍋爐產生的新鮮粉煤灰產生. 加工的回收灰燼符合 ASTM C618 和 AASHTO M250 標準的所有規格. 下表總結了來自兩個來源的樣品的化學成分，這些樣本顯示了新鮮和回收材料之間的顯著差異.
表 2: 低 LOI 灰燼的灰化學.
|
材料來源 |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
草 |
氧化鎂 |
K2O |
Na2O |
SO3 |
|
新鮮 B |
51.60 |
24.70 |
9.9 |
2.22 |
0.85 |
2.19 |
0.28 |
0.09 |
|
填土 B |
50.40 |
25.00 |
9.3 |
3.04 |
0.85 |
2.41 |
0.21 |
0.11 |
|
新鮮 C |
47.7 |
23.4 |
10.8 |
5.6 |
1.0 |
1.9 |
1.1 |
0.03 |
|
填入 C |
48.5 |
26.5 |
11.5 |
1.8 |
0.86 |
2.39 |
0.18 |
0.02 |
力量發展 20% 替換含有迫擊炮的低LOI飛灰 600 磅水泥/yd3 (見表 3 下面) 顯示 ProAsh® 從填土灰中提取的產品產生迫擊炮，其強度與使用 ProAsh 生產的迫擊炮相當® 從在同一地點生產的新鮮粉煤灰. 受益的回收灰的最終產品將支援混凝土行業的高端用途，與 ProAsh 極具價值的地位保持一致® 享受它目前所服務的市場.
表 3: 砂漿缸的壓縮強度.
|
|
7 日壓縮強度, % 新鮮灰燼控制 |
28 日壓縮強度, % 新鮮灰燼控制 |
|
新鮮 B |
100 |
100 |
|
填土 B |
107 |
113 |
|
新鮮 C |
100 |
100 |
|
填入 C |
97 |
99 |
過程經濟學
美國低成本天然氣的可得性大大提高了乾燥工藝的經濟效益, 包括從垃圾填埋場乾燥濕性粉煤灰. 表 4 總結了在美國運營的燃油成本。 15% 和 20% 水分含量. 典型的乾燥效率低下包括在計算值中. 成本是根據乾燥後的材料品質計算的. stet 摩擦靜電分離處理中粉煤灰的增量成本相對較低.
表 4: 乾燥品質的乾燥成本.
|
水分 |
熱要求 KWhr/T 濕基礎 |
乾燥成本 / T 幹基礎 (納特天然氣成本 $3.45 / 姆布圖) |
|
15 % |
165 |
$ 2.28 |
|
20 % |
217 |
$ 3.19 |
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即使添加了飼料乾燥成本, STET 分離過程提供低成本, 工業證明, 減少填埋飛灰的LOI過程. 與基於燃燒的系統相比，回收的飛灰的 STET 工藝是資本成本的三分之一到一半. 與基於燃燒或浮選的系統相比，回收的飛灰的 STET 工藝也顯著降低了對環境的排放. 由於標準 STET 工藝安裝的唯一附加空氣排放源是天然氣乾燥機, 允許將相對簡單.
高碳粉煤灰回收的燃料價值
除了用於混凝土低碳產品, 名為 ProAsh 的品牌®, STET 分離過程也恢復否則浪費的形式富含碳元素的飛灰含碳, 品牌 EcoTherm™. EcoTherm™ 具有顯著的燃油價值, 可以很容易地用 STET 返回發電廠 EcoTherm™ 返回系統減少工廠的煤炭使用. 當 EcoTherm™ 在電站鍋爐燃燒, 從燃燒的能量轉換為高壓力 / 高溫蒸汽，然後在同樣的效率作為煤炭電力, 通常 35%. ST設備中回收的熱能轉化為電能 & 技術有限責任公司生態™ 返回系統比競爭技術高出兩到三倍, 即將能量回收為熱水形式的低品位熱, 並將其迴圈到鍋爐給水系統中。. EcoTherm™ 也用作水泥窯氧化鋁的來源, 取代通常遠距離運輸的較昂貴的鋁土礦. 利用高碳 EcoTherm™ 在發電廠或水泥窯中的灰分, 最大限度地從交付煤能量回收, 減少了需要排雷和運輸設施的額外燃料.
STET 的塔倫能源布蘭登海岸, SMEPA 研發. 明天, NBP Belledune, RWEnpower 迪科, EDF 能源西伯頓, RWEnpower Aberthaw, 和韓國東南電力粉灰廠都包括EcoTherm™ 退貨系統.
STET ASH 處理設施
自 1995 粉煤灰的恩惠，並產生了超過 20 百萬噸優質粉煤灰用於混凝土生產. 受控低 LOI 飛 ProAsh®, 目前採用STET的技術在美國各地的11個發電站生產。, 加拿大, 英國, 波蘭, 和大韓民國. 普羅阿什® 粉煤灰已被二十多個州公路管理局批准使用, 以及很多其他規範機構. 普羅阿什® 還通過了加拿大標準協會和 EN 認證 450:2005 歐洲品質標準. 下表列出使用 STET 技術的灰處理設施 5.
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表 5. 使用 STET 分離技術的粉灰處理設施
|
實用程式 / 電站 |
位置 |
開始商業運營 |
設備詳細資訊 |
|
|
杜克能源 – 羅克斯伯勒站 |
美國北卡羅來納州 |
9 月. 1997 |
2 |
分隔符號 |
|
塔倫能源 – 布蘭登海岸站 |
美國馬里蘭州 |
4 月 1999 |
2 |
分隔符號 35,000 噸存儲的圓頂. 埃賽勒姆™ 返回 2008 |
|
ScotAsh (拉法基 / 蘇格蘭電力公司合資企業) – 朗格站 |
蘇格蘭 英國 |
華僑城. 2002 |
1 |
分隔符號 |
|
傑克遜維爾電力管理局 – St. 約翰的河電力公園, 佛羅里達州 |
美國佛羅里達州 |
5 月 2003 |
2 |
分離器煤/石油焦混合氨去除 |
|
南密西西比電力局. 莫羅車站 |
美國密西西比州 |
1 月. 2005 |
1 |
分離器埃索特姆™ 返回 |
|
新不倫瑞克電力公司貝勒杜內站 |
新不倫瑞克省, 加拿大 |
4 月 2005 |
1 |
分離器煤/石油焦混合異化™ 返回 |
|
RWE npower Didcot 站 |
英國 |
8 月 2005 |
1 |
分離器埃索特姆™ 返回 |
|
塔倫能源布倫納島站 |
美國賓夕法尼亞州 |
12 月 2006 |
2 |
分隔符號 40,000 噸存儲的圓頂 |
|
坦帕電器有限公司. 大彎站 |
美國佛羅里達州 |
4 月 2008 |
3 |
分隔符號, 雙通 25,000 噸存儲圓頂氨去除 |
|
RWE n 電源阿伯索站 (拉法基水泥英國) |
威爾士 英國 |
9 月 2008 |
1 |
分離器氨去除異化™ 返回 |
|
EDF能源西伯頓站 (拉法基水泥英國, Cemex 公司) |
英國 |
10 月 2008 |
1 |
分離器埃索特姆™ 返回 |
|
ZGP (拉法基水泥波蘭 / Ciech Janikosoda 合資企業) |
波蘭 |
3 月 2010 |
1 |
分隔符號 |
|
韓國東南電力永亨機組 5&6 |
韓國 |
9 月 2014 |
1 |
分離器埃索特姆™ 返回 |
|
PGNiG 特米卡-西基爾基 |
波蘭 |
計畫 2016 |
1 |
分隔符號 |
|
ZAK - Energo 灰燼 |
波蘭 |
計畫 2016 |
1 |
分隔符號 |
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結論
適當剝頭皮大材料後, 乾燥, 和去角, 利用商業化的STET三電帶分離器，可以從公用工廠垃圾填埋場回收的粉煤灰降低碳含量. 粉煤灰產品的品質, 普羅阿什® 在回收的填埋材料上使用 STET 系統相當於 ProAsh® 由新鮮飼料粉灰生產. 普羅阿什® 產品非常適合混凝土生產，並經驗證. 儘管燃煤公用事業減少發電，"新鮮"灰燼的產量減少，但填埋灰的回收和仁慈將為混凝土生產商提供持續供應優質灰燼。. 此外, 發電廠需要從垃圾填埋場清除灰燼以滿足不斷變化的環境法規，將能夠利用這一過程將廢物責任轉化為混凝土生產商的寶貴原材料. 與基於其他燃燒和浮選相比，用於乾燥和脫化填埋粉粉灰的飼料預處理設備的 STET 分離過程是灰燼的一個有吸引力的選擇，其成本和排放更低系統.
引用
[1]美國煤炭灰分煤燃燒產物和使用統計資料: HTTP:://www.acaa- usa.org/Publications/Production-Use-Reports.
[2]意法之三內部報告, 8 月 1995.
[3]李,T.X,. 舍費爾, J.L., 禁止, H。, Neathery, J.K., 和斯滕塞爾, J.M. 燃燒粉灰的幹仁處理, DOE關於公用事業粉灰上未燃燒碳的會議記錄, 5 月 19 20, 匹茲堡, Pa, 1998.
[4]巴爾特魯斯, 太平 紳士。, 迪爾, 強。, 宋, Y。, 砂, W. 飛灰和電荷反轉的三波靜電分離, 燃料 81, (2002) 頁/757-762.
[5]坎賈洛西, F。, 洛塔爾尼柯拉, M., 自由, L, 索爾, J. 三聚二次灰電荷分佈風化作用, 危險材料雜誌, 164 (2009) 頁頁.683-688.
作者
Lewis Baker 是 ST 設備的歐洲技術支援經理 & 技術 (STET) 總部設在英國
Abhishek Gupta 是位於分離技術試驗工廠和實驗室設施的工藝工程師, STET 技術中心, 101 漢普頓大道, 李約瑟馬 02494 +1-781-972-2300
博士. stephen gasiorowski, 博士 學位. 是ST設備高級研究科學家 & 技術 (STET) 總部設在新罕布什爾州.
Frank Hrach 是分離技術試驗工廠和實驗室工廠的工藝工程副總裁, STET 技術中心, 101 漢普頓大道, 李約瑟馬 02494 +1-781-972-2300
