Triboelectrostatic forberednings af deponeret flyveaske WOCA 2015

Triboelektrostatisk Beneficiation af

Jord fyldt flyve aske

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

ST udstyr & Technologies LLC, 101 Hampton Avenue, Needham MA 02494 USA

KONFERENCEN: 2015 Verden af kul aske - (www.worldofcoalash.org)

NØGLEORD: Triboelectrostatic, Forberednings, Flyveaske, Deponeret, Tørrede, Adskillelse, Carbon

ABSTRAKT

Triboelektrostatisk adskillelse er blevet anvendt til kommerciel godkendelse af kulforbrænding flyve aske til at producere et kulstoffattigt produkt til brug som en cement udskiftning i beton i næsten tyve år. Med 18 separatorer i 12 kulfyrede kraftværker rundt om i verden, ST udstyr & Technology LLC (STET) patenteret elektrostatisk separator er blevet brugt til at producere over 15 Millioner tons af kulstoffattig produkt.

Til dato, kommerciel godkendelse af flueaske er udelukkende udført på tør "‿. Den seneste miljølovgivning har skabt, på visse markeder, et behov for at levere veleficiated aske i tider med lav askeproduktion. Dette, kombineret med et krav nogle steder til tomme historiske aske lossepladser, har skabt behov for at udvikle en proces til at afhjælpe historisk deponeret aske.

Tidligere undersøgelser har vist, at eksponeringen af flueaske for fugt, og efterfølgende tørring påvirker den triboelektrostatiske lademekanisme, med kulstof- og mineralpartikler, der oplades i den modsatte polaritet i forhold til den, der opleves med kørslen af stationsaske. Undersøgelser er blevet udført af forfatterne til at bestemme effekten af fugt eksponering på adskillelse effektivitet af flere aske, der er blevet inddæmmet fra lossepladser og tørrede. Opladningssænkning blev oplevet efter tørring, men den samlede adskillelseseffektivitet blev opnået svarende til den, der blev oplevet med frisk kørsel af.

Virkningen af relativ luftfugtighed i tørret askefoder på triboelektrostatisk separationseffektivitet blev undersøgt, og følsomhed blev stærkt reduceret i forhold til den, der oplevedes med kørsel af station aske, sænke de samlede procesomkostninger.

INTRODUKTION

Amerikansk kul aske Association (AOG) årlig undersøgelse af produktion og anvendelse af kul flyveaske rapporter der mellem 1966 og 2011, over 2.3 milliarder korte tons flyveaske er blevet produceret af kulfyrede utility kedler.1 Af dette beløb ca. 625 millioner tons har været gavnlig anvendt, mest til produktion af cement og beton. Men, de resterende 1.7+ milliarder tons findes primært på lossepladser eller fyldt

opmagasinering. Mens udnyttelsesgrad for frisk genereret flyveaske er steget betydeligt i de seneste år, med nuværende priser tæt 45%, ca 40 millioner tons flyveaske fortsat afsættes hvert år. Mens udnyttelsesgrad i Europa har været meget højere end i USA, store mængder flyveaske har også været gemt i lossepladser og impoundments i nogle europæiske lande.

Seneste, interessen for at inddrive dette bortskaffede materiale er steget, delvis på grund af efterspørgslen efter flyveaske af høj kvalitet til beton- og cementproduktion i en periode med reduceret produktion, da kulfyret elproduktion er faldet i Europa og Nordamerika. Bekymringer om de langsigtede miljøpåvirkninger af sådanne lossepladser er også anledning forsyningsselskaber til at finde gavnlige anvendelse applikationer til denne lagrede aske.

JORDFYLDT ASKEKVALITET OG KRÆVEDE STØTTE

Mens noget af denne lagrede flyveaske kan være egnet til gavnlig brug som oprindeligt udgravet, langt de fleste vil kræve en vis forarbejdning for at opfylde kvalitetsstandarder for cement- eller betonproduktion. Da materialet typisk er blevet vådt for at muliggøre håndtering og komprimering, samtidig med at luftbårne støvproduktion undgås, tørring vil sandsynligvis være et minimalt krav til brug i beton, da betonproducenter ønsker at fortsætte praksis med batching flyveaske som et tørt pulver. Men, sikre, at askens kemiske sammensætning opfylder specifikationerne, især kulstofindholdet målt som tab-on-tænding (LOI), er en større udfordring. I de sidste 20+ år, mest "in-spec‿ aske er blevet gavnligt anvendt, og den off-kvalitet aske bortskaffes. Således, LOI reduktion vil være et krav for at udnytte langt størstedelen af flyve aske inddrives fra nytte opmagasineres.

LOI REDUKTION VED TRIBOELEKTRISK ADSKILLELSE

Mens forskellige arbejdere har brugt forbrændingsteknikker og flotation processer for LOI reduktion af genvundet deponeret og ponded flyve aske, ST udstyr & Teknologier (STET) har konstateret, at dens standardbehandlingssystem, længe brugt til beneficiation af friskgenereret flueaske, er lige så effektiv på genvundet aske efter passende tørring og deagglomeration til lavere samlede driftsomkostninger.

Under ramp-up til kommerciel anvendelse af STET-behandlingssystemet til flyveaske, STET forskere testet adskillelse af tørret deponeret aske. Denne genvundne aske adskilt meget på samme måde som friskgenereret aske med en overraskende forskel: partikelopladningen blev vendt fra den friske aske med kulstofladningen negativ i forhold til mineralet.2 Andre forskere i elektrostatisk adskillelse af flueaa kulstof har også observeret dette fænomen.3,4,5

TEKNOLOGI OVERSIGT – FLYVEASKE CARBON ADSKILLELSE

I STET carbon separator (Figur 1), materialet føres ind i tynde hullet mellem to parallelle plane elektroder. Partiklerne debiteres triboelectrically ved interparticle kontakt. De positivt ladede kulstof og negativt ladede mineralet (i frisk genererede aske, der ikke er blevet chloroformvædet og tørret) er tiltrukket af overfor elektroder. Partiklerne er så fejet op af en kontinuerlig bevægelige bælte og formidles i modsatte retninger. Bæltet flytter de støder op til hver elektrode mod modsatte ender af separatoren partikler. Høj bælte hastighed giver også mulighed for meget høje gennemløb, op til 36 tons i timen på en enkelt separator. Det lille hul, højspænding felt, tælleren nuværende flow, kraftig partikel-partikel agitation og selvrensende virkning af bælte på elektroderne er de kritiske funktioner i STET separator. Ved at kontrollere forskellige parametre, såsom bælte hastighed, feed punkt, og foder sats, STET proces producerer lav LOI flyveaske på CO2 indholdet af mindre end 1.5 til 4.5% fra foder flyve asken spænder i LOI fra 4% til over 25%.

Figen. 1 STET Separator

Separator design er relativt enkel og kompakt. En maskine designet til at behandle 36 tons pr. time er ca 9 m (30 ft.) lang, 1.5 m (5 ft.) bred, og 2.75 m (9 ft.) høj. Bælte og tilknyttede rullerne er de eneste bevægelige dele. Elektroderne er stationære og består af en passende holdbart materiale. Bæltet er lavet af ikke-- ledende plast. Den separator strømforbrug er om 1 kilowatt-time pr. ton af materiale behandles med de fleste af strømforbrug af to motorer kører bælte.

Processen er helt tør, kræver ingen yderligere materiale end flyveaske og producerer ingen affald vand eller luft emissioner. De genvundne materialer består af flueaske reduceret i kulstofindhold til niveauer, der er egnede til brug som pozzolanisk blanding i

Konkrete, og en høj carbon brøkdel nyttige som brændstof. Udnyttelse af både produkt streams giver en 100% løsning på problemer, flyveaske bortskaffelse.

GENDANNEDE BRÆNDVÆRDI AF HIGH-CARBON FLYVEASKE

Ud over lav-CO2-produkt til brug i beton, mærke med navnet ProAsh®, STET adskillelse proces også genopretter ellers spildt uforbrændt kulstof i form af kulstof-rige flyveaske, mærkevare EcoTherm™. EcoTherm™ har betydelig brændværdi og kan let returneres til den elektriske kraftværk ved hjælp af STET EcoTherm™ Retursystem til at reducere kulanvendelse på anlægget. Når EcoTherm™ er brændt i nytte kedel, energi fra forbrænding er konverteret til højtryk / høj temperatur damp og derefter til elektricitet på den samme effektivitet som kul, typisk 35%. Omdannelsen af den genvundne termiske energi til elektricitet i ST Equipment & Teknologi LLC EcoTherm™ Retursystem er to til tre gange højere end den konkurrencedygtige teknologi hvor energien er inddrevet som lav-grade varme i form af varmt vand, der er rundsendt til kedlen foder vand system. EcoTherm™ bruges også som kilde til aluminiumoxid i cementovne, fortrænger de dyrere bauxit, som normalt transporteres over lange afstande. Udnytte den høje carbon EcoTherm™ aske enten på et kraftværk eller en cement-ovn, maksimerer energiudnyttelse fra den leverede kul, at reducere behovet for at udvinde og transporterer ekstra brændstof til faciliteter.

STET's Raven Power Brandon Shores, SMEPA RD. Morrow, GITTE Belledune, RWEnpower Didcot, EUF energi West Burton, og RWEnpower Aberthaw flyveaske planter, alle omfatter EcoTherm™ Vende systemer. De centrale komponenter i systemet er præsenteret i figur 2.

Figen. 2 EcoTherm™ Retursystem

STET ASKE BEHANDLINGSPROCEDURE FACILITETER

Kontrolleret lav LOI flyveaske er produceret med STETS teknologi på tolv kraftværker i hele USA, Canada, Storbritannien., Polen, og Republikken Korea. ProAsh® flyveaske er blevet godkendt til brug af over tyve statslige motorvej myndigheder, samt mange andre specifikation agenturer. ProAsh® er også blevet certificeret under Canadian Standards Association og EN 450:2005 kvalitetsstandarder i Europa. Aske behandlingsanlæg ved hjælp af STET teknologi er angivet i tabel 1.

Tabel 1. STET kommercielle operationer

KULASKE GENVUNDET FRA JORDFYLDNINGER

Der blev fremstillet to askekilder fra lossepladser: prøve A fra et kraftværk i

Det Forenede Kongerige og stikprøve B: fra USA. Begge disse prøver bestod af aske fra forbrænding af bituminøst kul af store forsyningskedler. På grund af sammenblandingen af materiale på lossepladserne, der foreligger ingen yderligere oplysninger om specifikke kulkilde- eller forbrændingsforhold.

Prøverne, som blev modtaget af STET, indeholdt mellem 15% og 20% vand, som det er typisk for deponeret materiale. Prøverne indeholdt også varierende mængder af store >1/8 tommer (~3 mm) Materiale. For at forberede prøverne til kulstofadskillelse, det store affald blev fjernet ved screening, og prøverne tørrede og deagglomererede før. Forskellige metoder til tørring/deagglomeration er ved at blive evalueret for at optimere den samlede proces. Et generelt procesflowark vises i Figur 3.

Figur 3: Procesflowark

Egenskaberne af de forberedte prøver var godt inden for rækkevidde af flyveaske opnået direkte fra normale utility kedler. De mest relevante egenskaber for både separatorfeeds og produkter er opsummeret i tabel 2 sammen med genvundet produkt.

KULSTOFADSKILLELSE

Kulstofreduktionsforsøg ved hjælp af STET triboelektrisk bælteseparator resulterede i meget god genvinding af lavt LOI-produkt. De interessante fænomener observeret var tilbageførsel af opladning af kulstof drøftet ovenfor. Mens denne adfærd er blevet observeret tidligere af STET og andre forskere, den mekanisme, der ændrer de relative arbejdsfunktioner og dermed kontakt opladning adfærd af materialet er ikke forstået. En foreslået mekanisme er omfordeling af opløselige ioner på mineralet og

følgende tabel opsummerer kemien for prøver fra kilde B. Test på kilde A-materiale er ikke afsluttet.

Tabel 4: Askekemi af lav LOI-aske.

Styrkeudvikling af en 20% udskiftning af den lave LOI-flyveaske i en mørtel, der indeholder 600 lb / yd3 viste, at materialet fra deponeret aske klarede sig noget bedre end materiale fra. Se tabel 5 Nedenfor.

Tabel 5: Komprimeringsstyrke af mørtelkuber.

KONKLUSIONER

Efter passende skalpering af stort materiale, Tørring, og deagglomeration, flyve aske inddrives fra utility anlæg lossepladser kan reduceres i kulstofindhold ved hjælp af kommercialiseret STET triboelektrisk bælte separator. Effektiviteten af STET-systemet svarer i det væsentlige til aske, der er fremstillet frisk fra kedeloperationer og tørret deponeret materiale. Separatorproduktet er egnet til brug i betonproduktion uden yderligere støtte med næsten identiske ydelsesegenskaber. Genvinding og støtteforsyning af deponeret aske vil give betonproducenter en fortsat forsyning af aske af høj kvalitet på trods af den reducerede produktion af "frisk‿ aske, da kulfyrede forsyningsselskaber reducerer produktionen. Desuden, kraftværker, der har behov for at fjerne aske fra lossepladser for at opfylde skiftende miljøregler vil være i stand til at udnytte processen til at ændre et affaldsprodukt ansvar i et værdifuldt råmateriale til betonproducenter.

REFERENCER

[1]Amerikanske kulfyring aske kul produkter og brug statistik: https://www.acaa-usa.org/Publications/Production-Use-Reports/

[2]Intern ST-rapport, August 1995.

[3]Li,T.X,. Schaefer, J.l., Forbud, H., Neathery, J.k., og Stencel, J.m. Tør beneficiation behandling af forbrændingsflue aske, Referat af DOE-konferencen om uforbrændt kulstof på Utility Fly Ash, Maj 19 20, Pittsburgh, Pa, 1998.

[4]Baltrus, Jp., Diehl, Jr., Soong, Y., Sands, W. Triboelektrostatisk adskillelse af flyveaske og ladnings tilbageførsel, Brændstof 81, (2002) s.757-762.

[5]Cangialosi, F., Notarnicola, M., Liberti, L, Stencel, JØRGENSEN. Den rolle, forvitring på flyve aske afgift distribution under triboelectrostatic veleficiation, Journal af farlige materialer, 164 (2009) s.683-688.

Word til PDF-konverteringsprogrammet Konverteret af BCLTechnologies