들어 재 WOCA의 Triboelectrostatic 광 2015

Triboelectrostatic Beneficiation of

Land Filled Fly Ash

L. 베이커, A. 굽타, 그리고 S. Gasiorowski

세인트 장비 & 기술 LLC, 101 햄튼 번가, Needham MA 02494 미국

회의: 2015 석탄 재-의 세계 (www.worldofcoalash.org)

키워드: Triboelectrostatic, 광, 플라이 애쉬, Landfilled, Dried, 분리, Carbon

개요

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. 와 함께 18 에 구분 기호 12 전세계 석탄-해 고 발전소, 세인트 장비 & 기술 LLC의 (키) 특허 정전기 구분 이상 생산 하는 데 사용 되었습니다. 15 저탄소 제품의 백만 톤.

날짜를, 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. 이, 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.

소개

미국 석탄 재 협회 (ACAA) 생산의 연례 설문 조사와 석탄 재를 사용 하 여 보고 그 사이 1966 그리고 2011, 이상 2.3 billion short tons of fly ash have been produced by coal-fired utility boilers.1 Of this amount approximately 625 백만 톤 군인이 사용 되었습니다., 주로 시멘트 및 콘크리트 생산에 대 한. 그러나, 나머지 1.7+ billion tons are primarily found in landfills or filled ponded

impoundments. 최근 몇 년 동안 상당히 재 증가 대 한 이용 요금은 갓 생성 하는 동안, 현재 요금으로 45%, 약 40 산재의 백만 톤의 연간 폐기를 계속합니다. 이용 요금은 유럽에서 미국에서 보다 훨씬 높은 있다, 상당한 양의 재 또한 매 립 지 및 일부 유럽 국가에서 impoundments에 저장 된.

최근에, 이 처분 된 자료를 회수하는 것에 대한 관심이 증가했습니다., 부분적으로 높은-품질 석탄-해 고 전력으로 감소 생산의 기간 동안 콘크리트 및 시멘트 생산 재에 대 한 수요로 인해 세대 유럽 및 북미 지역에서 감소는. 이러한 매 립 지의 장기 환경에 미치는 영향에 대 한 우려는 또한 유틸리티가 저장된 재에 대 한 유익한 사용 응용 프로그램을 찾을 수 메시지를 표시합니다.

LAND FILLED ASH QUALITY AND REQUIRED BENEFICIATION

이 저장 플라이 애쉬의 일부는 처음 발굴로 유익한 사용에 적합 할 수 있지만, 대다수는 시멘트 또는 콘크리트 생산을위한 품질 표준을 충족하기 위해 약간의 처리가 필요합니다.. Since the material has been typically wetted to enable handling and compaction while avoiding airborne dust generation, 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. 그러나, assuring the chemical composition of the ash meets specifications, most notably the carbon content measured as loss-on-ignition (로), is a greater challenge. As fly ash utilization has increased in the last 20+ 년, most “in-spec‿ ash has been beneficially used, 및 비품질 회분의 경우. 따라서, LOI reduction will be a requirement for utilizing the vast majority of fly ash recoverable from utility impoundments.

삼보전 분리에 의한 LOI 감소

While various workers have used combustion techniques and flotation processes for LOI reduction of recovered landfilled and ponded fly ash, 세인트 장비 & 기술 (키) has found that its standard processing system, 갓 생성 된 플라이 애쉬의 수혜에 오랫동안 사용되었습니다., 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. 이 회수 된 재는 하나의 놀라운 차이와 갓 생성 된 재와 매우 유사하게 분리: the particle charging was reversed from that of fresh ash with the carbon charging negative in relation to the mineral.2 Other researchers of electrostatic separation of fly ash carbon have also observed this phenomena.3,4,5

기술 개요-재 탄소 분리

STET 탄소 구분에 (그림 1), 소재는 두 개의 평행한 평면 전극 사이의 얇은 간격으로 먹인 다. 입자 triboelectrically interparticle 접촉에 의해 부과 됩니다.. 충전 된 탄소와 부정 청구 미네랄 (갓 생성 된 재 하지 젖는 되었으며 건조에) 전극의 맞은편에 끌리는. 입자는 다음 연속 이동 벨트에 의해 위로 공중 소탕 하 고 반대 방향으로 전달. 벨트는 구분의 반대쪽 끝으로 각 전극에 인접 한 입자 이동. 높은 벨트 속도 또한 매우 높은 처리량을 수 있습니다., 최대 36 단일 구분에 시간당 톤. 작은 간격, 고전압 분야, 카운터 전류 흐름, 활발 한 입자-입자 동요와 전극에 벨트의 자정 작업 STET 구분의 중요 한 특징은. 다양 한 프로세스 매개 변수를 제어 하 여, 벨트 속도 등, 포인트를 피드, 이송 및, STET 프로세스의 탄소 내용에 재로이 낮은 생산 보다는 더 적은 1.5 받는 사람 4.5% 피드에서 유골에서로 이르기까지 비행 4% 이상 25%.

무화과. 1 키 구분

구분 기호 디자인은 상대적으로 간단 하 고 소형. 기계 처리 하도록 설계 되었습니다 36 시간 당 톤은 약 9 m (30 ft입니다.) 긴, 1.5 m (5 ft입니다.) 넓은, 그리고 2.75 m (9 ft입니다.) 높은. 벨트와 관련 된 롤러는 유일한 이동 부분. 전극은 고정 하 고 적절 하 게 튼튼한 물자의 구성. The belt is made of non- conductive plastic. 에 대 한 구분의 전력 소비는 1 벨트를 구동 하는 두 개의 모터에 의해 소비 하는 전력의 대부분을 처리 하는 물자의 톤 당 와트.

과정은 완전히 건조, 플라이 애쉬 이외의 아무 추가 자료를 요구 하 고 생산 없는 폐 물 또는 공기 배출. The recovered materials consist of fly ash reduced in carbon content to levels suitable for use as a pozzolanic admixture in

콘크리트, 그리고 높은 탄소 분수 연료로 유용. 제공 하는 두 제품 스트림 활용 한 100% 산재 처리 문제에 해결책.

복구 된 연료 값이 높은-탄소 재

콘크리트에 사용 하기 위해 저탄소 제품 뿐만 아니라, ProAsh 라는 브랜드®, STET 분리 처리 복구 또한 그렇지 않으면 낭비 unburned 탄소 탄소 풍부한 재 형태로, 브랜드 EcoTherm™. EcoTherm™ 중요 한 연료 값 하 고 쉽게 STET EcoTherm를 사용 하 여 전기 발전소에 반환 될 수 있습니다.™ 공장에서 석탄 사용을 줄이기 위해 반환 시스템. 때 EcoTherm™ 유틸리티 보일 러에서 점화, 연소에서 에너지는 높은 압력으로 변환 / 높은 온도 증기 석탄으로 동일한 효율성에 전기를 다음, 일반적으로 35%. 세인트 장비에 전기의 복구 된 열 에너지 변환 & 기술 LLC EcoTherm™ 반환 시스템은 경쟁 기술 보다 2 ~ 3 배 높은 낮은 열 뜨거운 물이 보일 러에 유통의 형태로 먹 물 시스템 에너지를 복구 하는. EcoTherm™ 시멘트가 마에서의 소스로 사용 됩니다., 긴 거리를 수송 일반적으로 더 비싼 보크사이트 생기 죠. 높은 탄소 EcoTherm를 활용 하 여™ 애쉬는 발전소 또는 시멘트가 마에서, 배달 된 석탄에서 에너지 회수를 극대화, 내 필요를 감소 하 고 시설 추가 연료를 수송.

STET’s Raven Power Brandon Shores, SMEPA R.D. 모로, NBP Belledune, 디 드 코트 RWEnpower, EDF 에너지 웨스트 버튼, 그리고 RWEnpower Aberthaw 재 식물, 모든 포함 EcoTherm™ 시스템을 반환. 시스템의 필수 구성 요소는 그림에 표시 됩니다. 2.

무화과. 2 EcoTherm™ 시스템을 반환

키 재 PROCESING 시설

제어 낮은 재로이 STET의 기술로 미국 전역 12 발전소에서 생산 되, 캐나다, 영국, 폴란드, 그리고 한국. ProAsh® 플라이 애쉬 20 주 고속도로 당국에 의해 사용 하기 위해 승인 되었습니다., 뿐만 아니라 많은 다른 지정 기관. ProAsh® 또한 캐나다 표준 협회 및 EN 인증 되었습니다. 450:2005 유럽의 품질 기준. 재 처리 시설 STET 기술을 사용 하 여 테이블에 나열 됩니다. 1.

테이블 1. 키 상업 작업

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. 매립지에 재료의 혼합으로 인해, 특정 석탄 소스 또는 연소 조건에 대한 추가 정보는 제공되지 않습니다..

STET에 의해 수신된 샘플은 15% 그리고 20% water as is typical for landfilled material. 샘플은 또한 큰의 다양한 양을 포함 >1/8 인치 (~3 mm) 물자. 탄소 분리를 위한 시료를 준비하려면, 큰 파편을 스크리닝하여 제거한 다음, 시료를 건조시키고 탄소 수혜 전에 탈당했습니다.. Various methods for drying/deagglomeration are being evaluated in order to optimize the overall process. A general process flow sheet is presented in Figure 3.

그림 3: Process flow sheet

제조 된 샘플의 특성은 일반 유틸리티 보일러에서 직접 얻은 플라이 애쉬의 범위 내에 잘 있었습니다.. 세퍼레이터 피드 및 제품에 대한 가장 관련성이 가장 적합한 속성은 표에 요약되어 있습니다. 2 회수된 제품과 함께.

탄소 분리

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.

테이블 4: Ash Chemistry of low LOI ash.

a의 힘 발달 20% substitution of the low LOI fly ash in a mortar containing 600 파운드 / yd3 showed the material derived from landfilled ash performed somewhat better than material from fresh production. 표 참조 5 아래.

테이블 5: Compressive strength of mortar cubes.

결론

큰 재료의 적절한 스캘핑 후, 건조, 및 대웅변, 유틸리티 플랜트 매립지에서 회수된 플라이 애쉬는 상용화된 STET 삼보전 벨트 분리기를 사용하여 탄소 함량을 줄일 수 있습니다.. 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. 또한, power plants that need to remove ash from landfills to meet changing environmental regulations will be able to utilize the process to alter a waste product liability into a valuable raw material for concrete producers.

참조

[1]미국 석탄 재 석탄 연소 제품 및 사용 통계: https://www.acaa-usa.org/Publications/Production-Use-Reports/

[2]ST internal report, 8 월 1995.

[3]리튬,T.X,. 쉐 퍼, J.L., 금지, H., Neathery, J.K., 그리고 스텐셀, J.M. Dry Beneficiation Processing of Combustion Fly Ash, Proceedings of the DOE Conference on Unburned Carbon on Utility Fly Ash, 5 월 19 20, 피츠버그, 펜 실바 니 아, 1998.

[4]발트러스, J.P., 딜, J.R., 쑹, Y., Sands, W. Triboelectrostatic separation of fly ash and charge reversal, Fuel 81, (2002) pp.757-762.

[5]칸지알로시, F., 노타르니콜라, M., 리베르티, L, Stencel, J. The role of weathering on fly ash charge distribution during triboelectrostatic beneficiation, Journal of Hazardous Materials, 164 (2009) pp.683-688.

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