Triboelectrostatic reducción de vertidos ceniza WOCA 2015

Triboelectrostatic reducción de

Cenizas volantes llenas de tierra

L. Panadero, A. Gupta, y S. GASIOROWSKI

Equipo ST & Technologies LLC, 101 Hampton Avenue, Needham MA 02494 ESTADOS UNIDOS

CONFERENCIA: 2015 Mundo de ceniza de carbón – (www.worldofcoalash.org)

PALABRAS CLAVE: Triboelectrostatic, Reducción, Las cenizas volantes, Relleno sanitario, Seco, Separación, Carbono

RESUMEN

La separación triboelectrostática se ha utilizado para el beneficio comercial de las cenizas volantes de combustión de carbón para producir un producto bajo en carbono para su uso como reemplazo de cemento en concreto durante casi veinte años.. Con 18 separadores en 12 centrales eléctricas de carbón en todo el mundo, Equipo ST & Technology, LLC (STET) separador electrostático patentado se ha utilizado para producir sobre 15 Millones de toneladas de productos de baja emisión de carbono.

Hasta la fecha, El beneficio comercial de las cenizas volantes se ha realizado exclusivamente en cenizas secas de "funcionamiento de la estación‿. La legislación ambiental reciente ha creado, en determinados mercados, la necesidad de suministrar cenizas beneficiadas en tiempos de baja generación de cenizas. Esto, junto con un requisito en algunos lugares para vaciar los vertederos históricos de cenizas, ha creado la necesidad de desarrollar un proceso para beneficiar a las cenizas históricamente depositadas en vertederos.

Estudios previos han demostrado que la exposición de las cenizas volantes a la humedad, y el secado posterior influye en el mecanismo de carga triboelectrostática, con partículas de carbono y minerales cargando en la polaridad opuesta a la experimentada con la ejecución de cenizas de estación. Los autores han realizado estudios para determinar el efecto de la exposición a la humedad en la eficiencia de separación de varias cenizas que han sido recuperadas de vertederos y secas.. La inversión de carga se experimentó después del secado, pero la eficiencia general de separación se logró equivalente a la experimentada con la nueva ejecución de cenizas de la estación.

Se examinó el efecto de la humedad relativa del alimento de cenizas secas sobre la eficiencia de separación triboelectrostática, y la sensibilidad se redujo considerablemente en comparación con la experimentada con el funcionamiento de las cenizas de la estación, reducción de los costes generales de los procesos.

INTRODUCCIÓN

La American Coal Ash Association (ACAA) encuesta anual de la producción y el uso de cenizas volantes del carbón informa que entre 1966 y 2011, sobre 2.3 mil millones de toneladas cortas de cenizas volantes han sido producidas por calderas de servicios públicos de carbón.1 De esta cantidad aproximadamente 625 millones de toneladas se han utilizado de manera beneficiosa, sobre todo para la producción de cemento y hormigón. Sin embargo, el restante 1.7+ miles de millones de toneladas se encuentran principalmente en vertederos o en estanques llenos

Embalses. Mientras que las tasas de utilización para recién generan ceniza han aumentado considerablemente en los últimos años, con las tasas actuales cerca de 45%, aproximadamente 40 millones de toneladas de ceniza siguen sean desechados anualmente. Mientras que las tasas de utilización en Europa han sido mucho más altas que en los Estados Unidos, grandes cantidades de cenizas volantes también se han almacenado en vertederos y embalses en algunos países europeos.

Recientemente, ha aumentado el interés en recuperar este material dispuesto, parcialmente debido a la demanda de ceniza de alta calidad para la producción de cemento y concreto durante un período de reducción de la producción como eléctricas de carbón generación ha disminuido en Europa y América del norte. Preocupaciones sobre el impacto ambiental a largo plazo de estos vertederos están provocando también utilidades para encontrar usos beneficiosos para esta ceniza almacenada.

TIERRA LLENA DE CENIZA CALIDAD Y BENEFICIO REQUERIDO

Mientras algo de esto guarda cenizas volantes puede ser adecuado para uso como inicialmente excavado, la mayoría requerirá algún proceso para cumplir con estándares de calidad para cemento o producción de concreto. Puesto que el material ha sido típicamente húmedo para permitir la manipulación y compactación, evitando la generación de polvo en el aire, El secado probablemente será un requisito mínimo para su uso en concreto, ya que los productores de concreto querrán continuar con la práctica de agrupar cenizas volantes como polvo seco.. Sin embargo, asegurando la composición química de las cenizas cumple con las especificaciones, más notablemente el contenido de carbono medido como pérdida en la ignición (LOI), es un desafío mayor. Como cenizas volantes utilización ha aumentado en los últimos 20+ años, la mayoría de las cenizas "in-spec‿ se han utilizado beneficiosamente, y la ceniza de calidad. Por lo tanto, Reducción de LOI será un requisito para la utilización de la mayoría de las cenizas volantes recuperable de embalses de utilidad.

LOI REDUCCIÓN POR SEPARACIÓN TRIBOELÉCTRICO

Mientras que varios trabajadores han utilizado técnicas de combustión y procesos de flotación para la reducción de LOI de cenizas volantes recuperadas en vertederos y estanques., Equipo ST & Tecnologías (STET) ha encontrado que su sistema de procesamiento estándar, largo utilizado para beneficio del recién generados ceniza, es igualmente eficaz en cenizas recuperadas después de un secado y desaglomeración adecuados a menores costos operativos generales.

Durante la aceleración de la aplicación comercial del sistema de procesamiento STET para cenizas volantes, Investigadores de STET probaron la separación de cenizas secas depositadas en vertederos. Esta ceniza recuperada separado muy semejantemente a ceniza recién generado con una diferencia sorprendente: la carga de partículas se revirtió de la ceniza fresca con la carga de carbono negativa en relación con el mineral.2 Otros investigadores de la separación electrostática del carbono de ceniza salina también han observado este fenómeno.3,4,5

DESCRIPCIÓN DE LA TECNOLOGÍA – SEPARACIÓN DE CARBONO DE LAS CENIZAS VOLANTES

En el separador de carbono STET (Figura 1), material se alimenta en el delgado espacio entre dos electrodos planos paralelos. Las partículas triboelectrically se cargan por contacto entre partículas. El carbono cargado positivamente y el mineral cargado negativamente (en ceniza recién generado que no se ha humedecido y secado) se sienten atraídos por enfrente de los electrodos. Las partículas son arrastradas por una correa continua de movimiento y transmite en direcciones opuestas. La correa mueve las partículas adyacentes a cada electrodo hacia extremos opuestos del separador de. La velocidad alta de la banda también permite rendimientos muy altos, hasta 36 toneladas por hora en un solo separador. El pequeño espacio, campo de alto voltaje, flujo actual de contador, agitación vigorosa de partículas de partículas y la acción de auto-limpieza de la correa en los electrodos son las características del separador STET. Mediante el control de varios parámetros de proceso, como la velocidad de la cinta, punto de alimentación, y tasa de alimentación, el proceso STET produce ceniza LOI baja en contenido de carbono de menos de 1.5 Para 4.5% de alimentación volar las cenizas de LOI de 4% a más 25%.

Fig. 1 STET separador

El diseño del separador es relativamente simple y compacto. Una máquina diseñada para procesar 36 toneladas por hora son de aproximadamente 9 m (30 ft.) largo, 1.5 m (5 ft.) amplia, y 2.75 m (9 ft.) alta. La correa y rodillos de asociados son las únicas partes móviles. Los electrodos son inmóviles y compuesto de un material apropiado resistente. El cinturón está hecho de no- plástico conductor. Consumo de energía del separador es sobre 1 kilovatios por tonelada de material procesado con la mayoría de la energía consumida por dos motores de la banda de conducción.

El proceso es totalmente seco, no requiere ningún material adicional que no sea de la ceniza y no produce emisiones residuos de agua o aire. Los materiales recuperados consisten en cenizas volantes reducidas en contenido de carbono a niveles adecuados para su uso como mezcla puzolánica en

hormigón, y una fracción de alto carbón como combustible. Utilización de dos corrientes de producto proporciona un 100% solución a los problemas de disposición de cenizas volantes.

COMBUSTIBLE RECUPERADO VALOR DE HIGH-CARBON CENIZA

Además el producto de baja emisión de carbono para uso en concreto, marca llamada ProAsh®, la separación de STET proceso también se recupera de lo contrario pierde incombusto carbón en forma de cenizas volantes de carbón-ricos, EcoTherm marca™. EcoTherm™ tiene valor de combustible significativo y fácilmente puede ser devuelto a la planta de energía eléctrica utilizando la STET EcoTherm™ Sistema de retorno para reducir el uso de carbón en la planta de. Cuando EcoTherm™ se quema en la caldera de utilidad, la energía de la combustión se convierte a alta presión / vapor de alta temperatura y luego a la electricidad con la misma eficiencia como carbón, por lo general 35%. La conversión de la energía térmica recuperada a la electricidad en ST Equipment & Tecnología LLC EcoTherm™ Sistema de retorno es dos a tres veces mayor que el de la tecnología competitiva donde se recupera la energía como calor de calidad inferior en forma de agua caliente que recircula a la caldera de sistema de agua. EcoTherm™ también se utiliza como fuente de alúmina en hornos de cemento, desplazando la bauxita más cara que suele ser transportado largas distancias. Utilizando EcoTherm de alto carbón™ ceniza en una central eléctrica o un horno de cemento, maximiza la recuperación de la energía del carbón entregado, reducir la necesidad de la mina y el transporte de combustible adicional a las instalaciones.

Raven Power brandon Shores de STET, SMEPA R.D. Mañana, Belledune NBP, RWEnpower Didcot, EDF Energy West Burton, y plantas de RWEnpower Aberthaw ceniza, todos incluyen EcoTherm™ Sistemas de retorno. Los componentes esenciales del sistema se presentan en la figura 2.

Fig. 2 EcoTherm™ Sistema de retorno

STET INSTALACIONES DE PROCESAMIENTO DE CENIZAS

LOI controlados bajo las cenizas volantes se produce con tecnología de STET en doce centrales en los Estados Unidos, Canadá, el Reino Unido., Polonia, y República de Corea. ProAsh® cenizas volantes ha sido aprobada para su uso por más de veinte autoridades del estado de carretera, así como muchos otros organismos de la especificación. ProAsh® también ha sido certificado bajo la Asociación de normas canadienses y EN 450:2005 estándares de calidad en Europa. Instalaciones de procesamiento de cenizas utilizando la tecnología STET se enumeran en tabla 1.

Tabla 1. STET operaciones comerciales

CENIZAS DE CARBÓN RECUPERADAS DE VERTEDEROS

Se obtuvieron dos fuentes de cenizas de vertederos: muestra A de una central eléctrica ubicada en

el Reino Unido y la muestra B: de los Estados Unidos. Ambas muestras consistieron en cenizas de la combustión de carbón bituminoso por grandes calderas de servicios públicos.. Debido a la mezcla de material en los vertederos, no podrá obtener más información está disponible sobre condiciones de fuente o la combustión de carbón específico.

Las muestras recibidos por STET contenida entre 15% y 20% como es típico para el material de vertidos de agua. Las muestras también contienen cantidades variables de gran >1/8 pulgadas (~ 3 m m) material. Para preparar las muestras para la separación del carbono, la basura grande fue quitada por la investigación y las muestras de secado y deagglomerated antes de la reducción de carbono. Se están evaluando varios métodos para el secado / desaglomeración con el fin de optimizar el proceso general. Una hoja de flujo del proceso general se presenta en la figura 3.

Figura 3: Diagrama de flujo de proceso

Las propiedades de las muestras preparadas fueron bien dentro de la gama de ceniza obtenido directamente en calderas de utilidad normal. Las propiedades más relevantes para el separador de alimentos y productos se resumen en la tabla 2 junto con el producto recuperado.

SEPARACIÓN DE CARBÓN

Los ensayos de reducción de carbono utilizando el separador de banda triboeléctrico STET dieron como resultado una muy buena recuperación del producto de baja LOI. El fenómeno interesante observado fue la inversión de la carga del carbono discutido anteriormente.. Si bien este comportamiento ha sido observado previamente por STET y otros investigadores., No se entiende el mecanismo que cambia las funciones de trabajo relativas y, por lo tanto, el comportamiento de carga de contacto del material. Un mecanismo sugerido es la redistribución de iones solubles en el mineral y

En la tabla siguiente se resume la química de las muestras de la fuente B. No se han completado las pruebas en el material de origen A.

Tabla 4: Química de la ceniza de baja ceniza LOI.

Desarrollo de la fuerza de un 20% sustitución de baja de la LOI ceniza en un mortero que contiene 600 Lb / Yd3 mostró que el material derivado de cenizas depositadas en vertederos funcionó algo mejor que el material de producción fresca. Ver tabla 5 por debajo de.

Tabla 5: Resistencia a la compresión de cubos de mortero.

CONCLUSIONES

Después del scalping adecuado de material grande, Secado, y la desaglomeración, las cenizas volantes recuperadas de los vertederos de las plantas de servicios públicos se pueden reducir en contenido de carbono utilizando el separador de cinta triboeléctrica STET comercializado. La eficiencia del sistema STET es esencialmente equivalente para las cenizas obtenidas recién salidas de las operaciones de caldera y el material seco depositado en vertederos.. El producto separador es adecuado para su uso en la producción de hormigón sin más beneficios con propiedades de rendimiento casi idénticas.. La recuperación y el beneficio de las cenizas depositadas en vertederos proporcionarán un suministro continuo de cenizas de alta calidad para los productores de hormigón a pesar de la reducción de la producción de cenizas "frescas", ya que las empresas de servicios públicos a carbón reducen la generación.. Además, las centrales eléctricas que necesitan retirar cenizas de los vertederos para cumplir con las regulaciones ambientales cambiantes podrán utilizar el proceso para alterar la responsabilidad de un producto de desecho en una materia prima valiosa para los productores de hormigón.

REFERENCIAS

[1]Estadísticas de uso y productos de la combustión de carbón de ceniza de carbón americano: https://www.acaa-usa.org/Publications/Production-Use-Reports/

[2]Informe interno ST, Agosto 1995.

[3]Li,T.X,. Schaefer, J.L., Prohibición de, H., Neathery, J.K., y Stencel, J.M. Proceso de beneficio seco de combustión ceniza, Actas de la Conferencia DOE en carbono no quemado en la utilidad de las cenizas volantes, Mayo 19 20, Pittsburgh, PA, 1998.

[4]Baltrus, J.P., Diehl, J.R., Soong, Y., Arenas, W. Triboelectrostatic separación de cenizas volantes y reversión de la carga, Combustible 81, (2002) PP.757-762.

[5]Cangialosi, F., Notarnicola, M., Liberti, L, Stencel, J. El papel de la erosión en la distribución de la carga de ceniza durante la reducción de triboelectrostatic, Diario de materiales peligrosos, 164 (2009) PP.683-688.

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