Arricchimento di Triboelectrostatic di ceneri smaltiti in discarica WOCA 2015

Beneficio triboelettrostatico di

Land Filled Fly Ash

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

ST attrezzature & Technologies LLC, 101 Hampton Avenue, Needham MA 02494 STATI UNITI D'AMERICA

CONFERENZA: 2015 Mondo di ceneri di carbone – (www.worldofcoalash.org)

PAROLE CHIAVI: Triboelectrostatic, Arricchimento, Cenere volatile, Disfatto, Secchi, Separazione, Carbonio

RIEPILOGO

La separazione triboelettrostatica è stata utilizzata per il beneficio commerciale della cenere a mosca a combustione di carbone per produrre un prodotto a basse emissioni di carbonio da utilizzare come sostituto del cemento nel calcestruzzo per quasi vent'anni. Con 18 separatori in 12 centrali a carbone in tutto il mondo, ST attrezzature & Technology LLC (STET) separatore elettrostatico brevettato è stato utilizzato per produrre sopra 15 Milioni di tonnellate di prodotto a basso tenore di carbonio.

Fino ad oggi, la commercialazione del beneficio del mosca è stata eseguita esclusivamente su "corsa di. La recente legislazione ambientale ha creato, in alcuni mercati, la necessità di fornire cenere beneficiata in tempi di bassa generazione di cenere. Questo, accoppiato con un requisito in alcuni luoghi di vuote discariche storiche di cenere, ha creato la necessità di sviluppare un processo per beneficiare la cenere storicamente in discarica.

Studi precedenti hanno dimostrato che l'esposizione della cenere mosca all'umidità, e la successiva essiccazione influenza il meccanismo di carica triboelettrostatica, con particelle di carbonio e minerali che caricano nella polarità opposta a quella sperimentata con la corsa di cenere stazione. Gli autori hanno condotto studi per determinare l'effetto dell'esposizione all'umidità sull'efficienza di separazione di diverse ceneri che sono state recuperate dalle discariche e. L'inversione di ricarica è stata sperimentata dopo l'essiccazione, ma l'efficienza di separazione complessiva è stata raggiunta equivalente a quella sperimentata con la corsa fresca di cenere stazione.

L'effetto dell'umidità relativa del mangime per ceneri essiccate sull'efficienza della separazione triboelettrostatica è stato, e la sensibilità è stata notevolmente ridotta rispetto a quella sperimentata con la corsa di cenere stazione, riduzione dei costi complessivi di processo.

INTRODUZIONE

L'associazione di cenere di carbone americano (ACAA) indagine annuale sulla produzione e l'uso di ceneri di carbone segnala che tra 1966 e 2011, sopra 2.3 miliardi di tonnellate corte di cenere mosca sono stati prodotti da caldaie a carbone.1 Di tale importo circa 625 milioni di tonnellate sono stati usati favorevolmente, principalmente per la produzione di cemento e calcestruzzo. Tuttavia, il restante 1.7+ miliardi di tonnellate si trovano principalmente in discariche o riempiti stagno

sequestri. Mentre i tassi di utilizzo per appena generato ceneri sono aumentate considerevolmente negli ultimi anni, con i tassi correnti vicino 45%, circa 40 milioni di tonnellate di ceneri continuano ad essere smaltiti ogni anno. Mentre i tassi di utilizzo in Europa sono stati molto superiori negli Stati Uniti, un volume considerevole di ceneri sono stato memorizzato anche in discariche e impoundments in alcuni paesi europei.

Recentemente, l'interesse a recuperare questo materiale smaltito è aumentato, in parte a causa della domanda di cenere mosca di alta qualità per la produzione di calcestruzzo e cemento durante un periodo di riduzione della produzione, in quanto la produzione di energia elettrica a carbone è diminuita in Europa e Nord America. Le preoccupazioni circa l'impatto ambientale a lungo termine di tali discariche spingono anche le aziende a trovare applicazioni di utilizzo benefico per questa cenere immagazzinata.

LAND FILLED ASH QUALITY E RICHIESTA BENEFICIATION

Mentre una parte di questo salvacenere di mosca immagazzinato può essere adatto per un uso benefico come inizialmente scavato, la stragrande maggioranza richiederà un po 'di lavorazione per soddisfare gli standard di qualità per la produzione di cemento o calcestruzzo. Dal momento che il materiale è stato tipicamente bagnato per consentire la manipolazione e la compattazione, evitando la produzione di polvere nell'aria, l'essiccazione sarà probabilmente un requisito minimo per l'uso nel calcestruzzo poiché i produttori di calcestruzzo vorranno continuare la pratica della miscelazione della cenere mosca come polvere secca. Tuttavia, assicurando che la composizione chimica della cenere soddisfi le specifiche, in particolare il contenuto di carbonio misurato come perdita-on-accensione (LOI), è una sfida più grande. Con l'aumentare dell'utilizzo della cenere mosca negli ultimi 20+ anni, la maggior parte delle "in-spec" cenere è stata utilizzata con beneficio, e la cenere off-qualità smaltita. Così, La riduzione LOI sarà un requisito per l'utilizzo della stragrande maggioranza della cenere mosca recuperabile da sequestri di utilità.

RIDUZIONE LOI DA TRIBOELECTRIC SEPARATION

Mentre vari lavoratori hanno utilizzato tecniche di combustione e processi di galleggiamento per la riduzione LOI della cenere mosca in discarica e lavanda recuperata, ST attrezzature & Tecnologie (STET) ha scoperto che il suo sistema di elaborazione standard, a lungo utilizzato per il beneficio di cenere mosca appena generato, è altrettanto efficace sulla cenere recuperata dopo un'adeguata essiccazione e deagglomerazione a costi operativi complessivi inferiori.

Durante la ripresa dell'applicazione commerciale del sistema di elaborazione STET per la cenere mosca, I ricercatori STET hanno testato la separazione della cenere in discarica essiccata. Questa cenere recuperata si separava in modo molto simile alla cenere appena generata con una sorprendente differenza: la carica delle particelle è stata invertita da quella di cenere fresca con la carica di carbonio negativa in relazione al minerale.2 Altri ricercatori sulla separazione elettrostatica del carbonio della cenere mosca hanno anche osservato questo fenomeno.3,4,5

PANORAMICA DELLA TECNOLOGIA – CENERI CARBONIO SEPARAZIONE

Nel separatore di carbonio STET (Figura 1), materiale è inserito nella fessura sottile tra due elettrodi planari paralleli. Le particelle triboelectrically pagano di contatto interparticella. Il carbonio carico positivamente e negativamente caricato minerale (in frassino appena generato che non è stato bagnato e asciugato) sono attratti da fronte elettrodi. Le particelle vengono travolti da una cintura di movimento continua e convogliate in direzioni opposte. La cinghia si muove le particelle adiacenti a ciascun elettrodo verso estremità opposte del separatore. La velocità del nastro alta consente inoltre molto elevati volumi di produzione, fino a 36 tonnellate l'ora su un singolo separatore. Il piccolo spazio, campo di alta tensione, contro flusso corrente, agitazione vigorosa particella-particella e azione autopulente della cintura sugli elettrodi sono le caratteristiche critiche del separatore STET. Controllando i vari parametri di processo, come la velocità del nastro, punto di alimentazione, e velocità di avanzamento, il processo STET produce ceneri LOI basso contenuto di carbonio di meno di 1.5 A 4.5% dalle ceneri dell'alimentazione che vanno in LOI da 4% a oltre 25%.

Fico. 1 STET separatore

Il design di separatore è relativamente semplice e compatto. Una macchina progettata per elaborare 36 tonnellate l'ora sono di circa 9 m (30 Ft.) lungo, 1.5 m (5 Ft.) ampia, e 2.75 m (9 Ft.) alta. La cinghia e i rulli associati sono le uniche parti in movimento. Gli elettrodi sono stazionari e composto di un materiale durevole in modo appropriato. La cintura è costituita da- plastica conduttiva. Consumo di energia del separatore è circa 1 chilowattora per tonnellata di materiale lavorato con la maggior parte della potenza consumata da due motori la cinghia di azionamento.

Il processo è completamente asciutto, non richiede nessun materiali aggiuntivi tranne la cenere volatile e non produce rifiuti acqua o aria emissioni. I materiali recuperati consistono in cenere mosca ridotta in contenuto di carbonio a livelli adatti per l'uso come mescolano pozzolanic in

Concreto, e una frazione di alto tenore di carbonio utile come combustibile. L'utilizzo di entrambi i flussi prodotto fornisce un 100% soluzione ai problemi di smaltimento ceneri.

VALORE DI COMBUSTIBILE DA RIFIUTI DI CENERI DI ALTO TENORE DI CARBONIO

Oltre al prodotto di basse emissioni di carbonio nel calcestruzzo, marca di nome ProAsh®, la separazione di STET processo inoltre recupera altrimenti sprecato carbonio incombusto sotto forma di ceneri di carbonio-ricco, EcoTherm marca™. EcoTherm™ ha valore di carburante significativi e facilmente possono essere restituiti per la centrale elettrica usando il EcoTherm STET™ Sistema di ritorno per ridurre l'uso di carbone presso lo stabilimento. Quando EcoTherm™ è bruciato nella caldaia utilità, l'energia dalla combustione viene convertito in alta pressione / vapore ad alta temperatura e quindi di energia elettrica presso la stessa efficienza del carbone, in genere 35%. La conversione dell'energia termica recuperata all'elettricità in ST Equipment & Technology LLC EcoTherm™ Sistema di ritorno è due o tre volte superiore a quella della tecnologia competitiva dove l'energia viene recuperata come basso-classificare calore sotto forma di acqua calda che circola alla caldaia acqua sistema di alimentazione. EcoTherm™ è usato anche come una fonte di allumina nei forni per cemento, spostando la bauxite più costosa che di solito è trasportati per lunghe distanze. Utilizzando il carbonio alto EcoTherm™ cenere o presso una centrale elettrica o un forno da cemento, massimizza il recupero di energia dal carbone trasportato, riducendo la necessità di miniera e trasporto di carburante supplementari per le strutture.

Raven Power Brandon Shores di STET, SMEPA RAVASINI. Morrow, NBP Belledune, RWEnpower Didcot, EDF Energy West Burton, e RWEnpower Aberthaw ceneri piante, Tutte sono dotate di EcoTherm™ Sistemi di restituzione. Le componenti essenziali del sistema sono presentate nella figura 2.

Fico. 2 EcoTherm™ Sistema di ritorno

STET ASH PROCESING STRUTTURE

Controllata bassa ceneri LOI è prodotto con tecnologia di STET alle dodici centrali durante gli Stati Uniti, Canada, Regno Unito, Polonia, e Repubblica di Corea. ProAsh® cenere volatile è stato approvato per l'uso da più di venti autorità autostrada, così come molte altre agenzie di specifica. ProAsh® Inoltre è stata certificata in Canadian Standards Association ed EN 450:2005 standard di qualità in Europa. Impianti di trasformazione di cenere utilizzando la tecnologia STET sono elencati nella tabella 1.

tavolo 1. STET operazioni commerciali

COAL ASH RECOVERED DA LAND FILLS

Due fonti di cenere sono state ottenute da discariche: campione A da una centrale elettrica situata in

Regno Unito e il campione B: dagli Stati Uniti. Entrambi questi campioni consistevano di cenere dalla combustione del carbone bituminoso da grandi caldaie a servizio. A causa dell'intreccio di materiale nelle discariche, non sono disponibili ulteriori informazioni in merito a specifiche fonti di carbone o condizioni di combustione.

I campioni ricevuti da STET 15% e 20% l'acqua come è tipico per il materiale in discarica. I campioni contenevano anche quantità variabili di >1/8 pollici (3 mm) Materiale. Per preparare i campioni per la separazione del carbonio, i grandi detriti sono stati rimossi mediante screening e i campioni poi essiccati e deagglomerated prima del beneficio del carbonio. Vari metodi di essiccazione/deagglomerazione sono in fase di valutazione al fine di ottimizzare il processo complessivo. Un foglio di flusso di processo generale è presentato in Figura 3.

Figura 3: Foglio di flusso del processo

Le proprietà dei campioni preparati erano ben all'interno della gamma di ceneri volanti ottenute direttamente dalle normali caldaie a utenzo. Le proprietà più rilevanti sia per i feed separatori che per i prodotti sono riepilogate in Tabella 2 insieme al prodotto recuperato.

SEPARAZIONE DEL CARBONIO

Le prove di riduzione del carbonio con il separatore della cinghia triboelettrica STET hanno portato a un ottimo recupero del prodotto a basso contenuto di LOI. I fenomeni interessanti osservati è stata l'inversione di carica del carbonio discusso sopra. Mentre questo comportamento è stato osservato in precedenza da STET e altri ricercatori, il meccanismo che modifica le funzioni di lavoro relative e quindi il comportamento di ricarica a contatto del materiale non è compreso. Un meccanismo suggerito è la ridistribuzione di ioni solubili sul minerale e

tabella seguente riassume la chimica per i campioni della sorgente B. La prova sulla fonte A materiale non è stata completata.

tavolo 4: Ash Chimica di cenere bassa LOI.

Sviluppo della forza di un 20% sostituzione della cenere mosca loI bassa in un mortaio contenente 600 Lb / M3 ha mostrato che il materiale derivato dalla cenere distolte a discarica ha eseguito un po 'meglio di materiale da produzione fresca. Vedi tabella 5 Sotto.

tavolo 5: Forza comprimile dei cubi di malta.

CONCLUSIONI

Dopo scalping adatto di materiale di grandi dimensioni, Essiccazione, e deagglomerazione, la cenere mosca recuperata dalle discariche degli impianti di pubblica utilità può essere ridotta nel contenuto di carbonio utilizzando il separatore di cinture triboelettriche STET commercializzato. L'efficienza del sistema STET è essenzialmente equivalente per le ceneri ottenute fresco dalle operazioni della caldaia e dal materiale in discarica essiccato. Il prodotto separatore è adatto per l'uso nella produzione di calcestruzzo senza ulteriori benefici con proprietà di prestazioni quasi identiche. Il recupero e il beneficio della cenere in discarica forniranno una fornitura continua di cenere di alta qualità per i produttori di calcestruzzo, nonostante la ridotta produzione di "cenere fresca" in quanto le utenze a carbone riducono la produzione. Inoltre, Le centrali elettriche che devono rimuovere la cenere dalle discariche per soddisfare le mutevoli normative ambientali saranno in grado di utilizzare il processo per alterare la responsabilità di un prodotto di scarto in una materia prima preziosa per i produttori di calcestruzzo.

RIFERIMENTI

[1]I prodotti American Ash carbone combustione del carbone e statistiche di utilizzo: https://www.acaa-usa.org/Publications/Production-Use-Reports/

[2]Rapporto interno ST, Agosto 1995.

[3]Li,T.X (in modo t.X),. Schaefer, J.l., Divieto di, H., Neathery, J.k., e Stencel, J.m. Trattamento secco di combustione Mosca Benefici Ash, Atti della conferenza DOE sul carbonio incombusto su Utility Fly Ash, Maggio 19 20, Pittsburgh, Pa, 1998.

[4]Baltrus, J.p., Diehl, J.r., Soong, Y., Sands, W. Separazione triboelettrostatica della cenere mosca e dell'inversione di carica, Carburante 81, (2002) pp.757-762.

[5]Cangialosi, F., Notarnicola, M., Liberti, L, Stencel, J. Il ruolo di meteoriti della distribuzione della carica di cenere mosca durante i benefici triboelettrostatici, Giornale dei materiali pericolosi, 164 (2009) pp.683-688.

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