近二十年来，三氟化分离一直用于煤燃烧粉煤灰的商业用途，生产低碳产品，用作混凝土的水泥替代品。. STET 的专利静电分离器已用于生产 15 百万吨低碳产品...最近的环境立法...加上一个要求...清空历史垃圾填埋场, 已经创造了需要开发一个过程，以仁慈的历史填埋的灰烬...
下载 PDF三波静电的二分法
土地填充粉煤灰
L. 贝克, A. 古普塔, 和 S. 美元进行收买
ST 设备 & 技术有限责任公司, 101 汉普顿大道, 李约瑟马 02494 美国
会议: 2015 煤灰世界- (www.worldofcoalash.org)
关键字: 摩擦电, 选矿, 飞灰, 掩埋, 干, 分离, 碳
抽象
摩擦电分离法用于燃煤粉煤灰的商业选矿, 生产一种低碳产品, 用作混凝土的水泥替代品近二十年. 与 18 在分隔符 12 世界各地的燃煤发电厂, ST 设备 & 技术有限责任公司 (STET) 专利的静电分离已用于生产结束 15 百万吨的低碳产品.
到目前为止, 粉煤灰的商业选矿专用于干 "station‿灰" 的运行. 最近的环境立法创造了, 在某些市场上, 在低灰分生成时需要供应受惠的灰烬. 这, 加上一些地方要求清空历史灰烬填埋场, 已经创造了需要开发一个过程，以仁慈的历史填埋的灰烬.
以前的研究表明，粉煤灰暴露在潮湿的环境中, 随后的干燥会影响摩擦电常充电机理, 碳和矿物颗粒的极性与车站灰烬运行所经历的极性相反. 作者进行了研究，以确定水分暴露对从垃圾填埋场回收并干燥的几种灰烬的分离效率的影响。. 干燥后出现电荷反转, 但总体分离效率与站灰分新鲜运行的经验相当.
考察了干燥灰分相对湿度对摩擦电分离效率的影响, 与运行站灰烬相比，灵敏度大大降低, 降低整体工艺成本.
介绍
美国煤炭灰分协会 (高级) 年度调查的生产和使用的煤飞灰报告之间 1966 和 2011, 结束 2.3 燃煤公用锅炉生产了数十亿吨粉煤灰.1 该金额约 625 万吨实益曾说过, 主要用于水泥和混凝土的生产. 然而, 剩下的 1.7+ 十亿吨主要存在于垃圾填埋场或填埋的池塘中
扣押. 虽然刚生成的利用率为飞灰有最近几年大大增加, 与附近的当前价格。 45%, 大约 40 万吨粉煤灰继续每年处置. 虽然欧洲利用率已远远高于在美国, 大量的粉煤灰也已存储在垃圾填埋场和一些欧洲国家的蓄水池.
最近, 对回收此处置材料的兴趣增加了, 部分由于对高品质粉煤灰混凝土和水泥生产期间减少生产为燃煤发电的需求代已降低在欧洲和北美地区. 对这种垃圾填埋场的环境的长期影响的担忧也促使了实用程序，以找到这个存储灰的有益利用应用程序.
已使用"已使用"的空气质量和所需环境
虽然这些储存的粉煤灰可能适合于最初挖掘的有益用途, 绝大多数将需要一些加工来满足水泥或混凝土生产的质量标准。. 由于材料通常经过润湿，以便进行处理和压实，同时避免空气中产生灰尘, 干燥可能是混凝土中使用的最低要求，因为混凝土生产商希望继续将粉煤灰作为干粉进行配料的做法。. 然而, 确保灰烬的化学成分符合规格, 最显著的是作为点火损失测量的碳含量 (意向书), 是一个更大的挑战. 随着粉煤灰利用率在过去增加 20+ 年, 大多数“规格内‿灰分已被有益地使用, 和废弃质量的灰. 因此, 减少 LOI 将是利用从公用设施中回收的绝大多数粉煤灰的一项要求.
通过摩擦电分离降低 LOI
而各种工人已经使用燃烧技术和浮选工艺来减少回收的填埋和积灰的LOI, ST 设备 & 技术 (STET) 已发现其标准处理系统, 用于新生成粉煤灰选矿的长期应用, 在适当的干燥和解聚后，以较低的总体运营成本对回收的灰分同样有效.
在飞灰STET处理系统的商业应用过程中, STET研究人员测试了干燥的填埋灰烬的分离. 这种回收的灰分非常类似于新鲜生成的火山灰, 有一个惊人的差异: 粒子充电与与矿物相关的碳充电负片的新鲜灰烬相反.2 其他对粉煤灰碳静电分离的研究人员也观察到了这种现象.3,4,5
技术概述 — — 飞灰碳分离
在 STET 碳分隔符 (图 1), 材料被送入两个平行的平面电极薄差距. 粒子通过粒子间的接触进行摩擦带电. 正电荷的碳和负电荷的矿物 (在刚生成的灰，不弄湿和干) 被吸引到对面电极. 粒子是连续运动的皮带而席卷然后转达了相反的方向. 带移动粒子毗邻每个电极向两端的分隔符. 高带速也使非常高的吞吐量, 高达 36 吨 / 小时在一个单一的分隔符. 小差距, 高电压领域, 计数器当前流, 蓬勃的粒子-粒子搅拌和上电极带自清洗行动是 STET 分离器的关键特征. 通过控制各种工艺参数, 皮带速度, 馈送点, 和进给速度, STET 过程产生低 LOI 粉煤灰在碳含量小于 1.5 自 4.5% 从饲料飞灰在意向书从测距 4% 来过 25%.
无花果. 1 STET 分隔符
分离器设计是相对简单、 紧凑. 一台机器，用于处理 36 吨每小时大约是 9 m (30 金融时报 》。) 长, 1.5 m (5 金融时报 》。) 宽, 和 2.75 m (9 金融时报 》。) 高. 皮带和关联的辊是唯一的运动部件. 电极是平稳和适当耐用的材料组成. 皮带由非- 导电塑料. 分离器的功耗是关于 1 材料处理的两个马达传动皮带所消耗的电力大部分每吨千瓦时.
这个过程是完全干燥, 要求没有额外的原料不是飞灰和产生任何废物的水或空气排放物. 回收的材料由粉煤灰组成，碳含量降低到适合用作火山灰混合物的水平
混凝土, 和一个有用作为燃料的高碳分数. 利用这两种产品流提供 100% 飞灰处置问题的解决方案.
高碳粉煤灰回收的燃料价值
除了用于混凝土低碳产品, 品牌名为 Proash®, STET 分离过程也恢复否则浪费的形式富含碳元素的飞灰含碳, 品牌 EcoTherm™. EcoTherm™ 具有显著的燃油价值, 可以很容易地用 STET 返回发电厂 EcoTherm™ 返回系统减少工厂的煤炭使用. 当 EcoTherm™ 在电站锅炉燃烧, 从燃烧的能量转换为高压力 / 高温蒸汽，然后在同样的效率作为煤炭电力, 通常 35%. ST设备中回收的热能转化为电能 & 技术有限责任公司生态™ 返回系统比竞争技术高出两到三倍, 即将能量回收为热水形式的低品位热, 并将其循环到锅炉给水系统中。. EcoTherm™ 也用作水泥窑中的氧化铝来源, 取代更昂贵的铝土矿， 这是通常运输长途. 利用高碳 EcoTherm™ 在发电厂或水泥窑中的灰分, 最大限度地从交付煤能量回收, 减少了需要排雷和运输设施的额外燃料.
STET的Raven Power Brandon Shores, SMEPA 研发. 明天, NBP Belledune, RWEnpower 迪科, EDF 能源西伯顿, 和阿伯索 RWEnpower 粉煤灰植物, 包括 EcoTherm™ 退货系统. 图中介绍了该系统的基本组成部分 2.
无花果. 2 EcoTherm™ 退货系统
STET 灰加工设施
控制低 LOI 粉煤灰被生产 STET 的技术在美国各地的十二个发电站, 加拿大, 英国, 波兰, 和大韩民国. ProAsh® 飞灰已被二十多个州公路当局批准使用, 以及很多其他规范机构. ProAsh® 还通过加拿大标准协会和 EN 认证 450:2005 欧洲质量标准. 下表列出使用 STET 技术的灰处理设施 1.
表 1. STET 商业运作
|
实用程序 / 电站 |
位置 |
开始商业运营 |
设备详细信息 |
|
进步能源 + 罗克斯伯勒站 |
美国北卡罗来纳州 |
9 月. 1997 |
2 分隔符 |
|
乌鸦力 – 布兰登海岸站 |
美国马里兰州 |
4 月 1999 |
2 分隔符 35,000 吨存储的圆顶. 埃科瑟姆™ 返回 2008 |
|
ScotAsh (拉法基 / 苏格兰电力合资企业) – 朗格站 |
苏格兰英国 |
华侨城. 2002 |
1 分隔符 |
|
杰克逊维尔电力管理局 – St. 约翰的河电力公园,佛罗里达州 |
美国佛罗里达州 |
5 月 2003 |
2 分离机煤/石油焦混合除氨 |
|
南密西西比电力局. 莫罗车站 |
美国密西西比州 |
1 月. 2005 |
1 分离器生态温泉™ 返回 |
|
新不伦瑞克电力公司贝勒杜内站 |
新不伦瑞克省, 加拿大 |
4 月 2005 |
1 分离煤/石油焦混合 Ecotherm™ 返回 |
|
RWE npower Didcot 站 |
英国 |
8 月 2005 |
1 分离器生态温泉™ 返回 |
|
PPL 布伦纳岛站 |
美国宾夕法尼亚州 |
12 月 2006 |
2 分隔符 40,000 吨存储的圆顶 |
|
坦帕电器有限公司. 大弯站 |
美国佛罗里达州 |
4 月 2008 |
3 分隔符, 双通 25,000 吨存储圆顶氨去除 |
|
RWE n 电源阿伯索站 (拉法基水泥英国) |
威尔士 UK |
9 月 2008 |
1 分离器除氨 Ecotherm™ 返回 |
|
EDF能源西伯顿站 (拉法基水泥英国, Cemex 公司) |
英国 |
10 月 2008 |
1 分离器生态温泉™ 返回 |
|
ZGP (拉法基水泥波兰 / Ciech Janikosoda 合资企业) |
波兰 |
3 月 2010 |
1 分隔符 |
|
韩国东南电力永亨机组 5&6 |
韩国 |
9 月 2014 |
1 分离器生态温泉™ 返回 |
从填埋场回收的煤灰
从垃圾填埋场获得了两种灰分来源: 样品 A 来自位于
英国和样本B: 与美国相比. 这两个样品都由大型公用锅炉燃烧烟煤产生的灰烬组成。. 由于垃圾填埋场中的物质混合在一起, 没有关于特定煤源或燃烧条件的进一步信息.
STET 所接收到的样品。 15% 和 20% 水，这是典型的填土材料. 样品中还含有不同量的大 >1/8 英寸 (±3 毫米) 材料. 制备碳分离样品, 通过筛选去除大碎片, 然后在碳选矿之前对样品进行干燥和 deagglomerated. 正在评估各种干燥/解聚方法，以优化整个过程. 一般流程表如图所示 3.
图 3: 工艺流程图
制备的样品性能在直接从普通电站锅炉获得的粉煤灰范围内。. 表中总结了分离器进料和产品最相关的属性 2 以及回收的产品.
碳素分离
使用STET摩擦电式皮带分离器进行的碳还原试验使低LOI产品回收率非常好. 观察到的有趣现象是上面讨论的碳充电的逆转。. 虽然STET和其他研究人员以前已经观察到这种行为, 改变相对功函数的机制以及因此而改变材料的接触充电行为尚不清楚. 一种建议的机制是可溶性离子在矿物质上的重新分布和
碳颗粒, 可能进一步受到灰分上水溶液的pH值的影响4. 无论基本机制是什么, 它似乎没有降低摩擦电分离的实际应用，以降低灰分的碳含量.
使用 STET 工艺回收的低 LOI 粉煤灰的特性，包括从锅炉中新鲜收集的灰烬和从垃圾填埋场回收的灰烬，其特性在表中进行了总结
2.结果表明，回收填埋场灰分的STET工艺效率在公用锅炉新收集灰分的预期范围内。.
表 2: 进料和回收低 LOI 灰分的特性.
|
向分离器提供样本 |
意向书 |
ProAsh 意向书® |
ProAsh 细度, %® +45 µ m |
ProAsh® 质量屈服 |
EcoTherm® 高碳产品 |
|
新鲜 A |
10.2 % |
3.6 % |
23 % |
84 % |
39 % |
|
垃圾填埋场 A |
9.8 % |
3.3 % |
20 % |
75 % |
28 % |
|
新鲜的 B |
5.3 % |
2.8 % |
17 % |
91 % |
28 % |
|
垃圾填埋 B |
6.9 % |
4.5 % |
24 % |
86 % |
26 % |
过程经济
除了STET过程的正常成本, 干燥回收的成本, 高含水率灰分将增加工艺的整体运营成本. 表 3 总结了美国和英国两个业务的燃料成本 15% 和 20% 水分含量. 典型的干燥效率低下包括在计算值中. 成本是根据干燥后的材料质量计算的.
表 3: 基于干燥质量的干燥成本.
| 水分 | 热量要求千瓦时/吨 | 干燥成本 / T干基英国 | 干燥成本 / T干基美国 |
|---|---|---|---|
| 天然气成本 0.027 £/千瓦时 | 天然气成本 $4.75 / 毫米波单位 | ||
| 15 % | 165 | £ 5.24 | £ 1.94 |
| £ 8.48 | £ 3.14 | ||
| £ 6.73 | £ 2.49 | ||
| 20 % | 217 | £ 7.23 | £ 2.71 |
| £ 11.85 | £ 4.39 | ||
| £ 9.40 | £ 3.48 |
混凝土中的灰分化学和性能
将干燥填埋材料产生的低碳灰的性能与新获得的灰分进行比较，以检查其是否适合在混凝土生产中使用。. 中。
下表总结了来自源B的样品的化学性质. 对源 A 材料的测试尚未完成.
表 4: 低 LOI 灰烬的灰化学.
|
源 B 材料 |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
曹 |
氧化镁 |
K2O |
Na2O |
SO3 |
|
生鲜生产 |
51.60 |
24.70 |
9.9 |
2.22 |
0.85 |
2.19 |
0.28 |
0.09 |
|
掩埋 |
50.40 |
25.00 |
9.3 |
3.04 |
0.85 |
2.41 |
0.21 |
0.11 |
实力发展的一个 20% 替换含有迫击炮的低LOI飞灰 600 磅 / 码3 显示来自填埋灰分的材料比来自新鲜生产的材料表现更好. 见表 5 下面.
表 5: 砂浆立方体的抗压强度.
|
|
7 日 抗压强度 PSI |
28 日 抗压强度 PSI |
|
新鲜 |
3948 |
5185 |
|
掩埋 |
4254 |
5855 |
结论
在适当的大型材料倒卖后, 干燥, 和去聚, 使用商业化的 stet 三元带分离器, 可以降低从公用事业工厂垃圾填埋场回收的粉煤灰含碳量. STET系统的效率基本上等同于从锅炉操作中新鲜获得的灰烬和干燥的填埋材料. 分离器产品适用于混凝土生产，无需进一步选矿，具有几乎相同的性能特性. 覆盖灰烬的回收和选矿将为混凝土生产商提供持续的高质量灰分供应，尽管燃煤公用事业减少了发电量，“新鲜”灰分的产量减少了。. 此外, 需要从垃圾填埋场清除灰烬以满足不断变化的环境法规的发电厂将能够利用该过程将废物责任转变为混凝土生产商的宝贵原材料.
引用
[1]美国煤炭灰分煤燃烧产物和使用统计数据: https://www.acaa-usa.org/Publications/Production-Use-Reports/
[2]意法半导体内部报告, 8 月 1995.
[3]李,T.X,. 舍费尔, J.L., 禁止, H。, Neathery, 骏龙, 和森贝尔, J.M. 燃烧粉煤灰的干式选矿处理, 美国能源部公用事业粉煤灰上未燃烧碳会议记录, 5 月 19 20, 匹兹堡, Pa, 1998.
[4]巴尔特鲁斯, 摩根大通, 迪赫尔, J.R., 宋, Y。, 滩, W. 粉煤灰的摩擦电常分离和电荷反转, 燃料 81, (2002) 第757-762页.
[5]坎贾洛西, F。, 洛塔尔尼科拉, m。, 自由, L, 索尔, J. 风化对摩擦电静选矿过程中粉煤灰电荷分布的影响, 危险材料学报, 164 (2009) 第683-688页.
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