Triboelectrostatic rikastus kaatopaikkakaasulla lentotuhka WOCA 2015

Triboelektrostaattinen

Land Filled Fly Ash

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

ST laitteet & Oyj, 101 Hampton Avenue, Needham, MA 02494 YHDYSVALLAT

KONFERENSSI: 2015 Maailman hiilen tuhka- (www.worldofcoalash.org)

AVAINSANAT: Triboelectrostatic, Rikastus, Lentotuhka, Landfilled, Dried, Erottaminen, Hiilen

TIIVISTELMÄ

Triboelectrostatic separation has been used for the commercial beneficiation of coal combustion fly ash to produce a low carbon product for use as a cement replacement in concrete for nearly twenty years. Kanssa 18 erottimia 12 kivihiiltä käyttävien voimalaitosten kaikkialla maailmassa, ST laitteet & Technology LLC (STET) patentoitu Sähköstaattinen erotin on käytetty tuottaa 15 Miljoonaa tonnia vähähiilisen tuotteen.

Tähän mennessä, commercial beneficiation of fly ash has been performed exclusively on dry “run of station‿ ash. Recent environmental legislation has created, in certain markets, a need to supply beneficiated ash in times of low ash generation. Tämä, coupled with a requirement in some locations to empty historical ash landfill sites, has created the need to develop a process to beneficiate historically landfilled ash.

Previous studies have shown that the exposure of fly ash to moisture, and subsequent drying influences the triboelectrostatic charging mechanism, with carbon and mineral particles charging in the opposite polarity to that experienced with run of station ash. Studies have been performed by the authors to determine the effect of moisture exposure on separation efficiency of several ashes that have been reclaimed from landfills and dried. Charge reversal was experienced following drying, but overall separation efficiency was achieved equivalent to that experienced with fresh run of station ash.

The effect of dried ash feed relative humidity on triboelectrostatic separation efficiency was examined, and sensitivity was greatly reduced compared to that experienced with run of station ash, lowering overall process costs.

JOHDANTO

American hiili Ash ry (ACAA) vuosittainen tutkimus tuotanto ja käyttö kivihiilen lentotuhka kertoo, että välillä 1966 ja 2011, yli 2.3 hiilivoimaloiden kattiloilla on tuotettu miljardeja lyhyitä tonneja lentotuhkaa.1 Tästä määrästä noin 625 miljoonaa tonnia on tosiasiallinen käytetään, pääasiassa sementin ja betonin valmistukseen. Kuitenkin, jäljellä olevat 1.7+ billion tons are primarily found in landfills or filled ponded

impoundments. Vaikka käyttö hinnat juuri syntyneet lentotuhka ovat kasvaneet huomattavasti viime vuosina, nykyinen hinnat 45%, noin 40 miljoonaa tonnia lentotuhkaa, joka myydään edelleen vuosittain. Vaikka käyntiasteet Euroopassa ollut paljon suurempi kuin Yhdysvalloissa, huomattavia määriä lentotuhka myös tallennetut kaatopaikoille ja patoamisen joissakin Euroopan maissa.

Äskettäin, luovutetun materiaalin takaisinperintä on lisääntynyt, osittain johtuen korkealaatuisen lentotuhkan kysynnästä betonin ja sementin tuotannossa tuotannon vähenemisen aikana, kun hiilivoiman tuotanto on vähentynyt Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa. Huoli tällaisten kaatopaikkojen pitkän aikavälin ympäristövaikutuksista saa myös apuohjelmat etsimään hyödyllisiä käyttösovelluksia tähän varastoituun tuhkaan.

MAANTÄYTTEISEN TUHKAN LAATU JA VAADITTU HYVÄNTAHTOINEN

Vaikka osa varastoidusta lentotuhkasta voi soveltua hyödylliseen käyttöön, suurin osa vaatii jonkin verran jalostusta sementin tai betonin tuotannon laatuvaatimusten täyttämiseksi. Koska materiaali on tyypillisesti tiivistetty käsittelyn ja tiivistymisen mahdollistavaksi välttäen samalla ilmassa leviävää pölyntuotantoa, drying will probably be a minimal requirement for use in concrete since concrete producers will want to continue the practice of batching fly ash as a dry powder. Kuitenkin, tuhkan kemiallisen koostumuksen vakuuttaminen täyttää vaatimukset, erityisesti syttymishäviönä mitattu hiilipitoisuus (LOI), on suurempi haaste. Koska lentotuhkan käyttö on lisääntynyt viime 20+ vuotta, most “in-spec‿ ash has been beneficially used, ja laajenemisen hävitetty tuhka. Näin, LOI-vähennys on edellytys hyödyntää suurinta osaa huoltotakeista talteenotettavasta lentotuhkasta.

LOI VÄHENTÄMINEN TRIBOELECTRIC EROTTAMINEN

While various workers have used combustion techniques and flotation processes for LOI reduction of recovered landfilled and ponded fly ash, ST laitteet & Teknologiat (STET) has found that its standard processing system, käytetään pitkään juuri tuotetun lentotuhkan hyötymiseen, is equally effective on recovered ash after suitable drying and deagglomeration at lower overall operating costs.

During the ramp-up to commercial application of the STET processing system for fly ash, STET researchers tested the separation of dried landfilled ash. Tämä talteen tuhka erotettu hyvin samanlainen vasta tuotettu tuhka yksi yllättävä ero: hiukkaslataus peruutettiin tuoreen tuhkan latauksesta, kun hiilen lataus oli negatiivinen suhteessa mineraaliin.2 Myös muut lentotuhkahiilin sähköstaattisen erottelun tutkijat ovat havainneet tämän ilmiön.3,4,5

TEKNIIKAN ESITTELY – LENTOTUHKA HIILIDIOKSIDIN EROTTAMINEN

Kaupungissa STET carbon erotin (Kuva 1), materiaali syötetään kahden rinnakkaisen höylääselektrodien väliseen ohueen rakoon. Hiukkaset majoittuvat triboelectrically interparticle yhteyttä. Positiivisesti varautunut hiilen ja negatiivisesti varautuneet mineraali (juuri syntyy Ash, joita ei kosteana ja kuivatut) houkuttelevat vastapäätä elektrodit. Hiukkaset sitten pyyhkäisi esiin jatkuvasti liikkuva vyö ja välitetään vastakkaisiin suuntiin. Hihna liikkuu vieressä kunkin elektrodin kohti vastakkaisissa päissä erottimen hiukkasia. Korkea hihnannopeus mahdollistaa erittäin tarkkuudessa, jopa 36 tonnia tunnissa yhden erotin. Pieni ero, korkea jännite kenttä, laskurivirtavirta, voimakas hiukkasten-hiukkasten levottomuus ja itsepuhdistuva toiminta vyön elektrodit ovat STET erotin kriittisimpiä ominaisuuksia. Ohjaamalla eri prosessin parametrit, kuten hihnan nimellisnopeus, rehun valita, ja syöttönopeus, STET prosessi tuottaa alhainen LOI lentotuhka on hiilipitoisuuden alle 1.5 jotta 4.5% tuhkasta rehun lentää aina LOI 4% yli 25%.

Kuva. 1 STET erotin

Erotin-suunnittelu on suhteellisen yksinkertainen ja kompakti. Kone, joka on suunniteltu käsittelemään 36 tonnia tunnissa on noin 9 m (30 metrin.) pitkä, 1.5 m (5 metrin.) laaja, ja 2.75 m (9 metrin.) korkea. Vyö ja siihen liittyvät rullat ovat vain liikkuvat osat. Elektrodit ovat paikallaan ja koostuu asianmukaisesti kestävä materiaali. The belt is made of non- conductive plastic. Määritettyä päivämääräerotinta virrankulutus on noin 1 kilowattituntia tonnilta useimmat kuluttamaan kaksi moottorit vyö-aineen.

Prosessi on täysin kuiva, ei vaadi muita materiaaleja kuin lentotuhkaa eikä tuota jätevesi- tai ilmapäästöjä. The recovered materials consist of fly ash reduced in carbon content to levels suitable for use as a pozzolanic admixture in

betoni, ja runsashiilinen murto-hyödyllisiä polttoaineena. Hyödyntäminen sekä tuotteen virtojen tarjoaa 100% lentotuhka käytettävissä ongelmien ratkaisu.

TAKAISIN POLTTOAINEEN ARVO RUNSASHIILINEN LENTOTUHKA

Lisäksi vähähiilistä tuote betoniin, tuotemerkki nimeltä ProAsh®, STET erottaminen jalostaa kin hyödyntää muuten hukkaan palamattoman hiilen muodossa hiili-rikas lentotuhka, merkkituotteiden kohteen EcoTherm™. Kohteen EcoTherm™ on merkittäviä polttoaineen arvo ja voidaan palauttaa helposti käyttämällä STET kohteen EcoTherm sähkövoimalan™ Paluu järjestelmä vähentää hiilen käyttö tehtaalla. Kun kohteen EcoTherm™ poltetaan apuohjelma kattilan, palamisesta peräisin olevan energian muunnetaan korkeapaineiksi / korkeassa lämpötilassa höyryä ja sen jälkeen sähköä samalla tehokkuudella kuin kivihiiltä, yleensä 35%. Talteen lämpöenergian muuntaminen sähkön ST laitteet & Technology LLC kohteen EcoTherm™ Paluu on kaksi tai kolme kertaa suurempi kuin competitive Technologyn jos energiaa talteen, kuten matala-asteinen lämpö muodossa kuumaa vettä, jota jaetaan kattilaan vettä syöttöjärjestelmä. Kohteen EcoTherm™ käytetään myös alumiinioksidin lähteenä sementtiuuneissa, syrjäyttää kalliimman bauksiitin, jota yleensä kuljetetaan pitkiä matkoja. Hyödyntämällä runsashiilinen kohteen EcoTherm™ Ash voimalaitos tai sementtiuunissa, Maksimoi energiana toimitetaan hiilestä, vähentää tarvetta miinanraivata ja kuljettaa lisäpolttoainetta laitoksiin.

STET’s Raven Power Brandon Shores, Pk-yritysten raja-lla. Morrow, NBP Belledune, RWEnpower Didcot, EDF Energy West Burton, and RWEnpower Aberthaw fly ash plants, kaikki sisältävät EcoTherm™ Palautusjärjestelmät. Järjestelmän olennaiset osat on esitetty kuvassa 2.

Kuva. 2 Kohteen EcoTherm™ Palautusjärjestelmä

STET ASH PROCESING FACILITIES

Controlled low LOI fly ash is produced with STET’s technology at twelve power stations throughout the U.S., Kanada, Iso-Britannia, Puola, ja Korean tasavalta. Lisää (ProAsh)® lentotuhka on hyväksytty yli 20 osavaltion valtatieviranomaisten käyttöön, sekä monet muut eritelmän virastot. Lisää (ProAsh)® on myös sertifioitu Canadian Standards Associationin ja EN:n 450:2005 laatuvaatimusten. STET-tekniikkaa käyttävät tuhkankäsittelylaitokset on lueteltu taulukossa 1.

Taulukko 1. STET Kaupallinen toiminta

COAL ASH RECOVERED FROM LAND FILLS

Two sources of ash were obtained from landfills: sample A from a power plant located in

the United Kingdom and sample B: from the United States. Both these samples consisted of ash from the combustion of bituminous coal by large utility boilers. Koska materiaalia on sekoinut kaatopaikoilla, erityisistä kivihiilen lähteestä tai palamisolosuhteista ei ole saatavilla lisätietoja.

STET:n vastaanottamat näytteet sisälsivät 15% ja 20% kaatopaikkamateriaalille tyypilliseen veteen. Näytteisiin sisältyi myös vaihtelevia määriä suuria >1/8 tuuma (~3 mm) Materiaali. Näytteiden valmistaminen hiilen erottelua varten, suuret roskat poistettiin seulonnalla ja näytteet kuivattiin ja deagglomeroidaan ennen hiilihädän. Various methods for drying/deagglomeration are being evaluated in order to optimize the overall process. Yleinen prosessivirta-arkki on esitetty kuvassa 3.

Kuva 3: Process flow sheet

Valmistettujen näytteiden ominaisuudet olivat hyvin tavanomaisesta hyötykattiloista suoraan saadun lentotuhkan alueella.. Sekä erotinrehujen että -tuotteiden tärkeimmät ominaisuudet on esitetty taulukossa 2 yhdessä talteenotetun tuotteen kanssa.

HIILEN EROTTAMINEN

Carbon reduction trials using the STET triboelectric belt separator resulted in very good recovery of low LOI product. The interesting phenomena observed was the reversal of charging of the carbon discussed above. While this behavior has been observed previously by STET and other researchers, the mechanism that changes the relative work functions and thus contact charging behavior of the material is not understood. One suggested mechanism is the redistribution of soluble ions on the mineral and

following table summarizes the chemistry for samples from source B. Testing on source A material has not been completed.

Taulukko 4: Matalan LOI-tuhkan tuhkakemia.

Vahva kehitys 20% loi-lentotuhkan korvaaminen laastissa, joka sisältää 600 lb / yd3 showed the material derived from landfilled ash performed somewhat better than material from fresh production. Katso taulukko 5 Alla.

Taulukko 5: Compressive strength of mortar cubes.

PÄÄTELMÄT

Kun sopiva skaalaus suuri materiaali, Kuivaus, ja deagglomeraatio, voimalaitoksen kaatopaikoista talteen otettua lentotuhkaa voidaan vähentää hiilipitoisuudessa kaupallisella STET-triboelektrisellä hihnaerottimella. The efficiency of the STET system is essentially equivalent for ashes obtained freshly from boiler operations and dried landfilled material. The separator product is suitable for use in concrete production without further beneficiation with nearly identical performance properties. 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. Lisäksi, voimalaitokset, jotka tarvitsevat tuhkan poistoa kaatopaikoilta muuttuvien ympäristömääräysten mukaisesti, voivat hyödyntää prosessia jätetuotevastuun muuttamiseksi betonintuottajien arvokkaaksi raaka-aineeksi.

VIITTEET

[1]American hiilen tuhka hiilen polttaminen tuotteita ja käyttää tilastoja: https://www.acaa-usa.org/Publications/Production-Use-Reports/

[2]ST:n sisäinen raportti, Elokuu 1995.

[3]Li,T.X,. Schaefer, J.L., Ban, H., Neathery, J.k., ja Stencel, Jm. Kuivan beneficiation käsittely poltto lentää tuhka, Doe-konferenssin käsittely polttamattomasta hiilestä hyötylentotuhkalla, Voi 19 20, Pittsburgh, Pa, 1998.

[4]Lisää, Jp., Diehl, Jr., Soong (Soong), Y., Sands, W. Lentotuhkan triboelektrostaattinen erottelu ja latauksen peruutus, Polttoaineen 81, (2002) s. 757-762.

[5]Kävi koulua Cangialosi, F., Kävi koulua Notarnicola, M., Liberti, L, Stencel, J. Lentotuhkan latausjakauman sääolojen rooli triboelektrostaattisen hyväntahtoisen, Vaarallisten aineiden lehti, 164 (2009) s.683-688.

Word to PDF Converter Converted By BCLTechnologies