Triboelectrostatic veredeling van gewerp Fly Ash woca 2015

Triboelectrostatic kleiner van

Grond gevulde vliegas

L. Baker, A. Gupta, en S. Gasiorowski

ST Toerusting & Tegnologie LLC, 101 Hampton Laan, Needham MA 02494 VSA

KONFERENSIE: 2015 Wêreld van steenkoolas – (www.worldofcoalash.org)

SLEUTELWOORDE: Triboelectrostatic, Kleiner, Vliegas, Stortingsterrein, Droë, skeiding, Koolstof

ABSTRAKTE

Tribo-elektrostatiese skeiding word al byna twintig jaar gebruik vir die kommersiële veredeling van steenkoolverbrandingsvliegas om 'n laekoolstofproduk te produseer vir gebruik as sementvervanging in beton vir byna twintig jaar. Met 18 skeiers in 12 steenkoolkragsentrales regoor die wêreld, ST Toerusting & Technology LLC se (STET) gepatenteerde elektrostatiese skeier is gebruik om oor te produseer 15 Miljoen ton lae koolstofproduk.

Tot op hede, kommersiële veredeling van vliegas is uitsluitlik uitgevoer op droë "run of station‿ as. Onlangse omgewingswetgewing het geskep, in sekere markte, 'n behoefte om begunstigde as te voorsien in tye van lae asopwekking. hierdie, tesame met 'n vereiste op sommige plekke om historiese as-stortingsterreine leeg te maak, het die behoefte geskep om 'n proses te ontwikkel om histories opgevulde as te bevoordeel.

Vorige studies het getoon dat die blootstelling van vliegas aan vog, en daaropvolgende droog beïnvloed die tribo-elektrostatiese laaimeganisme, met koolstof- en mineraaldeeltjies wat in die teenoorgestelde polariteit laai as wat ervaar word met die loop van stasie-as. Studies is deur die skrywers uitgevoer om die effek van vogblootstelling op skeidingsdoeltreffendheid van verskeie as wat van stortingsterreine herwin en gedroog is, te bepaal. Ladingomkering is ervaar na droog, maar algehele skeidingsdoeltreffendheid is bereik gelykstaande aan dié wat ervaar is met vars stasie-as.

Die effek van gedroogde asvoer relatiewe humiditeit op tribo-elektrostatiese skeidingsdoeltreffendheid is ondersoek, en sensitiwiteit is aansienlik verminder in vergelyking met dié wat ervaar is met die loop van stasie-as, verlaging van algehele proseskoste.

INLEIDING

Die Amerikaanse steenkoolas Association (OOA) jaarlikse opname van die produksie en gebruik van steenkool vliegas berig dat tussen 1966 en 2011, oor 2.3 miljard kort ton vliegas is geproduseer deur steenkool-aangedrewe nut ketels.1 Dit beloop ongeveer 625 miljoen ton beneficially gebruik, meestal vir sement en beton produksie. Maar, die oorblywende 1.7+ miljard ton word hoofsaaklik in stortingsterreine of gevulde damme gevind

skutwerk. Terwyl benuttingskoerse vir vars gegenereerde vliegas die afgelope paar jaar aansienlik toegeneem het, met huidige tariewe naby 45%, Ongeveer 40 miljoen ton vliegas word steeds jaarliks weggedoen. Terwyl benuttingskoerse in Europa baie hoër was as in die VSA, aansienlike volumes vliegas is ook in stortingsterreine en skut in sommige Europese lande gestoor.

Onlangs, belangstelling in die herstel van hierdie weggedoen materiaal het toegeneem, gedeeltelik as gevolg van die vraag na vliegas van hoë gehalte vir beton- en sementproduksie gedurende 'n tydperk van verminderde produksie namate steenkoolkragopwekking in Europa en Noord-Amerika afgeneem het. Kommer oor die langtermyn-omgewingsimpak van sulke stortingsterreine vra ook nutsdienste om voordelige gebruikstoepassings vir hierdie gestoorde as te vind.

GROND GEVULDE ASKWALITEIT EN VEREISTE VEREDELING

Alhoewel sommige van hierdie gestoorde vliegas geskik kan wees vir voordelige gebruik soos aanvanklik opgegrawe, die oorgrote meerderheid sal 'n mate van verwerking benodig om aan die kwaliteitstandaarde vir sement- of betonproduksie te voldoen. Aangesien die materiaal tipies benat is om hantering en verdigting moontlik te maak, terwyl stofopwekking in die lug vermy word, Droog sal waarskynlik 'n minimale vereiste vir gebruik in beton wees, aangesien betonprodusente die praktyk van batching fly ash as 'n droë poeier wil voortsit. Maar, Om te verseker dat die chemiese samestelling van die as aan spesifikasies voldoen, veral die koolstofinhoud gemeet as verlies-op-ontsteking (LOI), is 'n groter uitdaging. Namate die benutting van vliegas in die laaste toegeneem het 20+ jaar, die meeste "in-spec‿ as is voordelig gebruik, en die as van buite gehalte weggegooi. Dus, LOI-vermindering sal 'n vereiste wees vir die gebruik van die oorgrote meerderheid vliegas wat herwin kan word uit nutsskutte.

LOI REDUKSIE DEUR TRIBO-ELEKTRIESE SKEIDING

Terwyl verskeie werkers verbrandingstegnieke en flotasieprosesse gebruik het vir LOI-vermindering van herwonne stortingsterrein en opgedamde vliegas, ST Toerusting & Tegnologie (STET) het bevind dat sy standaard verwerkingstelsel, lank gebruik vir veredeling van vars gegenereerde vliegas, is ewe effektief op herstelde as na geskikte droog en deagglomerasie teen laer algehele bedryfskoste.

Tydens die oprit tot kommersiële toepassing van die STET-verwerkingstelsel vir vliegas, STET navorsers getoets die skeiding van gedroogde storting as. Hierdie herstelde as geskei baie soortgelyk aan vars gegenereerde as met een verrassende verskil: die deeltjie laai is omgekeer van dié van vars as met die koolstof laai negatief in verhouding tot die mineraal.2 Ander navorsers van elektrostatiese skeiding van vliegaskoolstof het ook hierdie verskynsels waargeneem.3,4,5

TEGNOLOGIE OORSIG - VLIEG AS KOOLSTOF SKEIDING

In die STET koolstofskeiding (Figuur 1), materiaal word gevoer in die dun gaping tussen twee parallelle planêre elektrodes. Die deeltjies is triboelectrically gehef deur globaal kontak. Die positief gelaaide koolstof en die negatief gelaaide minerale (in vars gegenereerde as wat nie natgemaak en gedroog is nie) is aangetrokke tot die teenoorgestelde elektrodes. Die deeltjies word dan deur 'n aaneenlopende bewegende gordel opgevee en in teenoorgestelde rigtings oorgedra. Die gordel beweeg die deeltjies langs elke elektrode na die teenoorgestelde eindes van die skeider. Die hoë gordel spoed ook in staat stel baie hoë deursette, tot en met 36 ton per uur op 'n enkele skeierbladsy. Die klein gaping, hoë spanning veld, toonbank huidige vloei, kragtige deeltjie-deeltjie-roering en selfreinigende werking van die band op die elektrodes is die kritieke kenmerke van die STET-skeier. Deur beheer van verskeie proses parameters, soos gordel spoed, voed punt, en voerkoers, die STET proses produseer lae LOI vlieg as by koolstofinhoud van minder as 1.5 om 4.5% van voervliegas wat wissel in LOI van 4% om oor 25%.

Vye. 1 STET Skeier

Die Verdelerblad ontwerp is relatief eenvoudig en kompakte. 'N Masjien wat ontwerp is om te verwerk 36 Ton per uur is ongeveer 9 m (30 Ft.) lank, 1.5 m (5 Ft.) wye, en 2.75 m (9 Ft.) hoë. Die gordel en geassosieerde rollers is die enigste bewegende dele. Die elektrodes is stilstaande en saamgestel van 'n toepaslik duursame materiaal. Die band is gemaak van nie- geleidende plastiek. Die skeider se kragverbruik gaan oor 1 kilowatt-uur per ton van die materiaal verwerk met die meeste van die krag wat verbruik word deur twee motors ry die gordel.

Die proses is heeltemal droog, benodig geen bykomende materiale anders as die vliegas nie en produseer geen afvalwater of lugvrystellings nie. Die herwinde materiale bestaan uit vliegas wat in koolstofinhoud verminder word tot vlakke wat geskik is vir gebruik as 'n pozzolaniese mengsel in

Beton, en 'n hoë koolstoffraksie nuttig as brandstof. Aanwending van beide produk strome bied 'n 100% oplossing vir fly ash beskikking probleme.

VERHAAL BRANDSTOF WAARDE VAN HOË-KOOLSTOF VLIEG AS

Benewens die lae koolstofproduk vir gebruik in beton, handelsmerk met die naam ProAsh®, die STET skeidingsproses herstel ook andersins vermorste ongebrande koolstof in die vorm van koolstofryke vliegas, drankwinkel EcoTherm™. EcoTherm™ het beduidende brandstof waarde en kan maklik teruggekeer word na die elektriese krag plant gebruik die STET EcoTherm™ Terugkeer stelsel verminder die steenkool gebruik by die aanleg. Wanneer EcoTherm™ verbrand in die hulpprogram ketel, die energie van ontbrand is omgeskakel na hoë druk / hoë temperatuur stoom en dan om elektrisiteit by die dieselfde doeltreffendheid as steenkool, tipies 35%. Die omskakeling van die herstelde termiese energie na elektrisiteit in ST Equipment & Tegnologie LLC EcoTherm™ Terugkeer stelsel is twee tot drie keer hoër as dié van die mededingende tegnologie waar die energie herstel word as lae-graad hitte in die vorm van warm water wat gesirkuleer word na die ketel voer water stelsel. EcoTherm™ word ook gebruik as 'n bron van alumina in sementkilns, verplaas die duurder bauxiet wat gewoonlik lang afstande vervoer word. Gebruik van die hoë koolstof EcoTherm™ as óf by 'n kragsentrale óf 'n sementkiln, maksimeer die energie herstel van die gelewer steenkool, die vermindering van die behoefte om te myn en vervoer bykomende brandstof na die fasiliteite.

STET se Raven Power Brandon Shores, SMEPA R.D. Volgende dag, NBP Belledune, RWEnpower Didcot, EDF Energie Wes-Burton, en RWEnpower Aberthaw vlieg as plante, almal sluit EcoTherm in™ Terugkeer stelsels. Die noodsaaklike komponente van die stelsel word in Figuur aangebied 2.

Vye. 2 EcoTherm™ Terugkeer stelsel

STET ASH PROCESING FASILITEITE

Beheerde lae LOI-vliegas word vervaardig met STET se tegnologie by twaalf kragstasies regoor die VSA., Kanada, die Verenigde Koninkryk, Pole, en Republiek van Korea. ProAsh® vliegas is goedgekeur vir gebruik deur meer as twintig staatshoofwegowerhede, asook baie ander spesifikasie agentskappe. ProAsh® is ook gesertifiseer onder Canadian Standards Association en EN 450:2005 kwaliteit standaarde in Europa. Asverwerkingsfasiliteite wat STET-tegnologie gebruik, word in tabel gelys 1.

tafel 1. STET Kommersiële Bedrywighede

STEENKOOLAS HERWIN UIT LANDVULLINGS

Twee bronne van as is van stortingsterreine verkry: monster A van 'n kragsentrale geleë in

die Verenigde Koninkryk en monster B: van die Verenigde State. Albei hierdie monsters het bestaan uit as uit die verbranding van bitumineuse steenkool deur groot nutsketels. As gevolg van die vermenging van materiaal in die stortingsterreine, geen verdere inligting is beskikbaar rakende spesifieke steenkoolbron of verbrandingsvoorwaardes nie.

Die monsters soos ontvang deur STET vervat tussen 15% en 20% water soos tipies vir stortingsmateriaal. Die monsters het ook verskillende hoeveelhede groot >1/8 duim (~ 3 mm) Materiaal. Om die monsters voor te berei vir koolstofskeiding, die groot puin is deur sifting verwyder en die monsters is daarna gedroog en gedeagglomereer voor koolstofveredeling. Verskeie metodes vir droog / deagglomerasie word geëvalueer om die algehele proses te optimaliseer. 'N Algemene prosesvloeiblad word in Figuur aangebied 3.

Figuur 3: Proses vloei vel

Die eienskappe van die voorbereide monsters was goed binne die omvang van vliegas wat direk van normale nutsketels verkry is. Die mees relevante eienskappe vir beide die skeidingsvoere en produkte word in Tabel opgesom 2 saam met herwinde produk.

KOOLSTOF SKEIDING

Koolstofverminderingsproewe met behulp van die STET-tribo-elektriese gordelafskeider het gelei tot baie goeie herstel van lae LOI-produk. Die interessante verskynsels wat waargeneem is, was die omkering van die lading van die koolstof wat hierbo bespreek is. Alhoewel hierdie gedrag voorheen deur STET en ander navorsers waargeneem is, die meganisme wat die relatiewe werksfunksies verander en dus kontakladingsgedrag van die materiaal het, word nie verstaan nie. Een voorgestelde meganisme is die herverdeling van oplosbare ione op die mineraal en

volgende tabel gee 'n opsomming van die chemie vir monsters uit bron B. Toetsing op bron A-materiaal is nie voltooi nie.

tafel 4: As Chemie van lae LOI-as.

Sterkte ontwikkeling van 'n 20% vervanging van die lae LOI-vliegas in 'n mortier wat bevat 600 LB / yd3 het getoon dat die materiaal afkomstig van gevulde as ietwat beter gevaar het as materiaal uit vars produksie. sien tabel 5 Hieronder.

tafel 5: Kompressiewe sterkte van mortelblokkies.

GEVOLGTREKKINGS

Na geskikte scalping van groot materiaal, Droog, en deagglomerasie, vliegas wat van nutsaanleg stortingsterreine herwin word, kan in koolstofinhoud verminder word deur die gekommersialiseerde STET-tribo-elektriese gordelafskeider te gebruik. Die doeltreffendheid van die STET-stelsel is in wese gelykstaande aan as wat vars verkry word uit ketelbedrywighede en gedroogde stortingsterreine. Die skeidingsproduk is geskik vir gebruik in betonproduksie sonder verdere veredeling met byna identiese prestasie-eienskappe. Die herstel en veredeling van gevulde as sal 'n voortdurende aanbod van hoë kwaliteit as vir betonprodusente bied, ten spyte van die verminderde produksie van "vars‿ as as steenkoolaangedrewe nutsdienste verminder opwekking. Daarbenewens, kragsentrales wat as van stortingsterreine moet verwyder om aan veranderende omgewingsregulasies te voldoen, sal die proses kan gebruik om 'n afvalprodukaanspreeklikheid in 'n waardevolle grondstof vir betonprodusente te verander.

VERWYSINGS

[1]Amerikaanse steenkoolaskoolverbrandingsprodukte en gebruikstatistieke: https://www.acaa-usa.org/Publications/Production-Use-Reports/

[2]ST interne verslag, Augustus 1995.

[3]Li,T.X,. Schaefer, J.L., Verbod, H., Neathery, J.K., en Stencel, J.M.. Droë veredeling verwerking van verbrandingsvliegas, Verrigtinge van die DOE-konferensie oor onverbrande koolstof op nutsvliegas, Mag 19 20, Pittsburgh, PA, 1998.

[4]Baltrus, J.P., Diehl, J.R., Soong, Y., Sand, W. Tribo-elektrostatiese skeiding van vliegas en ladingomkering, Brandstof 81, (2002) pp.757-762.

[5]Cangialosi, F., Notarnicola, M., Liberti, L, Stencel, J. Die rol van verwering op vliegasladingverspreiding tydens tribo-elektrostatiese veredeling, Tydskrif vir Gevaarlike Materiale, 164 (2009) pp.683-688.

Woord na PDF-omskakelaar Omgeskakel deur BCLTechnologies