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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 toneladas cortas de ceniza fueron producidos por las calderas de carbón utilidad. 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 los vertederos o llenado embalses del.
Triboelectrostatic reducción de vertidos y del ceniza
Por Lewis Baker,Abhishek Gupta, Stephen Gasiorowski, y Frank Hrach
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 toneladas cortas de cenizas fueron producidas por carbón utilidad boilers.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 los vertederos o llenado embalses del. Mientras que uso precios para recién generada 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 uso 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.
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. Porque el material ha sido típicamente húmedo para permitir la manipulación y compactación, evitando la generación de polvo en el aire, secado y desaglomeración es un requisito necesario para el uso en concreto porque los productores de hormigón querrán continuar la práctica de la ceniza como un seco de hormigón, polvo fino. Sin embargo, asegurando la composición química de las cenizas cumple con las especificaciones, en particular el contenido de carbono, medido como pérdida en la ignición (LOI)— es un desafío mayor. Como cenizas volantes uso ha aumentado en los últimos 20+ años, más ceniza "en las especificaciones" se ha utilizado beneficiosamente, y la ceniza de calidad. Por lo tanto, Reducción de LOI será un requisito para el uso de la mayoría de las cenizas volantes recuperable de embalses de utilidad.
Mientras que otros investigadores han utilizado técnicas de combustión y procesos de flotación para la reducción de la LOI de ceniza recuperada vertido y del, Equipo ST & Tecnologías (STET) ha encontrado que su único Sistema de separación de correa triboelectrostática, largo utilizado para beneficio del recién generados ceniza, también es eficaz en ceniza recuperada después de secado adecuado y desaglomeración.
Los investigadores han probado el comportamiento de separación de triboelectrostatic de ceniza seca vertido de varios vertederos de cenizas volantes en América y Europa. Esta ceniza recuperada separado muy semejantemente a ceniza recién generado con una diferencia sorprendente: la carga de la partícula fue invertida de la de dulce Fresno, con la carga de carbono negativa en relación con el mineral.2 Otros investigadores de separación electrostática de carbono de ceniza salina mosca también han observado este fenómeno.3-5 La polaridad del separador triboelectrostático STET se puede ajustar fácilmente para permitir el rechazo de carbono cargado negativamente de fuentes secas de cenizas volantes en vertederos. No hay modificaciones especiales para el diseño de separador o los controles son necesarios para dar cabida a sus fenómenos
En el separador de carbono STET (Fig. 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, contador: flujo de corriente, agitación vigorosa de partículas de la partícula, y 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%.
El diseño del separador es relativamente simple y compacto. Una máquina diseñada para procesar 40 toneladas por hora es de aproximadamente 30 ft (9 m) largo, 5 ft (1.5 m) amplia, y 9 ft (2.75 m) alto. 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 plástico no conductora. 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 las cenizas volantes, y no produce emisiones residuos de agua o aire. Los materiales recuperados consisten en ceniza reducido en contenido de carbono a niveles adecuados para uso como un aditivo puzolánico en concreto, y una fracción de alto carbono como combustible. El uso de dos corrientes de producto proporciona un 100% solución a los problemas de disposición de cenizas volantes.
Cuatro fuentes de ceniza se obtuvieron de los vertederos: Muestra A partir de una planta de energía situada en el Reino Unido y las muestras B, C, y D de los Estados Unidos. Todas estas muestras consistió en cenizas de la combustión de carbón bituminoso por las calderas de gran utilidad. 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 27% agua, como es típico de materiales vertidos. Las muestras también contienen cantidades variables de gran >1/8 en. (3 mm) 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. Varios métodos de secado/desaglomeración han sido evaluados a escala piloto para optimizar el proceso general de. STET ha seleccionado una alimentación industrial probada procesamiento de sistema que ofrece secado simultáneo y desaglomeración necesarias para la eficaz separación electrostática. Un diagrama de flujo del proceso general se presenta en la Fig.. 2.
Las propiedades de las muestras preparadas estaban dentro del rango de las cenizas volantes obtenido directamente de calderas de servicios públicos normales. Las propiedades más relevantes para el separador de alimentos y productos se resumen en la tabla 2, junto con el producto recuperado.
Secado, procesamiento de separador, vertidos de cenizas volantes
Diagrama de flujo del proceso
Ensayos de reducción de carbono utilizando el separador triboeléctrico correa STET dio lugar a la muy buena recuperación de baja-LOI productos de todas las fuentes de ceniza cuatro vertederos. La carga reversa del carbón según lo discutido previamente no degrada la separación de alguna manera en comparación con el procesamiento de dulce Fresno.
Las propiedades de las cenizas volantes de bajo LOI recuperadas mediante el proceso STET tanto para las cenizas recién recogidas de la caldera como para las cenizas recuperadas del vertedero se resumen en la Tabla 1. Los resultados muestran que la calidad del producto para ProAsh® producido a partir de material en vertedero según el producto producido a partir de fuentes de ceniza salina fresca.
Las propiedades de la ProAsh generadas a partir del material de vertedero recuperado se compararon con las de ProAsh producidas a partir de cenizas frescas generadas por las calderas de servicios públicos de la misma ubicación. La ceniza recuperada procesada cumple con todas las especificaciones de ASTM C618 y AASHTO M 250 Estándares. Tabla 2 resume la química de las muestras de dos de las fuentes que muestran la diferencia insignificante entre el material fresco y recuperado.
Desarrollo de la fuerza de un 20% sustitución de las cenizas volantes de bajo LOI en un mortero que contiene 600 lb/yd3 material cementoso (ver Tabla 3) mostró que el producto ProAsh derivado de la ceniza en vertederos producía morteros con una fuerza comparable a los morteros producidos con ProAsh a partir de cenizas volantes frescas producidas en el mismo lugar. El producto final de la ceniza recuperada beneficiada apoyaría los usos de alta gama en la industria del hormigón de acuerdo con la posición altamente valiosa que ProAsh disfruta en los mercados a los que sirve actualmente.
La disponibilidad de gas natural de bajo costo en los Estados Unidos mejora en gran medida la economía de los procesos de secado, incluyendo el secado de ceniza mojada de los vertederos. Tabla 4 resume los costos de combustible para las operaciones en los Estados Unidos para 15% y 20% contenidos de humedad. Deficiencias típicas de secado están incluidos en los valores calculados. Los costos se basan en la masa de material después del secado. Los costos adicionales para el secado de ceniza para el proceso de separación de triboelectrostatic STET son relativamente bajos.
Incluso con la adición de alimentos los costos de secado, el proceso de separación de STET ofrece un bajo costo, industrialmente probado proceso de reducción de vertidos de cenizas volantes de LOI. El proceso STET para ceniza recuperada es de un tercio a la mitad del costo de capital en comparación con sistemas basados en la combustión. El proceso STET para ceniza recuperada tiene también significativamente menores emisiones al medio ambiente en comparación con combustión o sistemas de flotación. Porque la fuente de emisión de aire sólo adicional a la instalación de proceso estándar de STET es secadoras alimentadas con gas natural, lo que lo permite sería relativamente simple.
| Muestra de alimentación al separador | LOI, % | LOI proAsh, % | ProAsh Fineza, % +325 malla |
Rendimiento de masa ProAsh, % |
|---|---|---|---|---|
| Un fresco | 10.2 | 3.6 | 23 | 84 |
| Vertedero A | 11.1 | 3.6 | 20 | 80 |
| B fresco | 5.3 | 2.0 | 13 | 86 |
| B vertido | 7.1 | 2.0 | 15 | 65 |
| C fresco | 4.7 | 2.6 | 16 | 82 |
| C vertido | 5.7 | 2.5 | 23 | 72 |
| Vertedero D | 10.8 | 3.0 | 25 | 80 |
| Fuente de material | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | Prohibición de | MgO | K2O | Na2O | POP |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| B fresco | 51.60 | 24.70 | 9.9 | 2.22 | 0.85 | 2.19 | 0.28 | 0.09 |
| B vertido | 50.40 | 25.00 | 9.3 | 3.04 | 0.85 | 2.41 | 0.21 | 0.11 |
| C fresco | 47.7 | 23.4 | 10.8 | 5.6 | 1.0 | 1.9 | 1.1 | 0.03 |
| C vertido | 48.5 | 26.5 | 11.5 | 1.8 | 0.86 | 2.39 | 1.18 | 0.02 |
| 7-día de fuerza de compresión, % de control de dulce Fresno | 28-día de fuerza de compresión, % de control de dulce Fresno | |
|---|---|---|
| B fresco | 100 | 100 |
| B vertido | 107 | 113 |
| C fresco | 100 | 100 |
| C vertido | 97 | 99 |
| Contenido de humedad, % | Requisito de calor KWhr/T base húmeda | Coste de secado/T de secado (gas natural cuesta $3.45/mmBtu) |
| 15 | 165 | $ 2.28 |
| 20 | 217 | $ 3.19 |
Además del producto de bajo carbono para su uso en hormigón, con el nombre de la marca ProAsh, el proceso de separación STET también recupera el carbono no quemado de otro modo en forma de cenizas volantes ricas en carbono, EcoTherm marca™. EcoTherm tiene un valor de combustible significativo y se puede devolver fácilmente a la planta de energía eléctrica utilizando el sistema STET EcoTherm Return para reducir el uso de carbón en la planta. Cuando EcoTherm se quema en la caldera de servicios públicos, la energía de la combustión se convierte en vapor de alta presión /alta temperatura y luego en electricidad con la misma eficiencia que el carbón, por lo general 35%. La conversión de la energía térmica recuperada en electricidad en el sistema STET EcoTherm Return es de dos a tres veces mayor que la de la tecnología competitiva donde la energía se recupera como calor de bajo grado en forma de agua caliente, que se distribuye al sistema de agua de alimentación de calderas. EcoTherm también se utiliza como fuente de alúmina en hornos de cemento, desplazando la bauxita más cara, que generalmente se transporta largas distancias. El uso de la ceniza EcoTherm de alto carbono, ya sea en una planta de energía o en un horno de cemento, maximiza la recuperación de energía del carbón entregado, reducir la necesidad de la mina y el transporte de combustible adicional a las instalaciones.
'S Talen energía Brandon costas, SMEPA R.D. Mañana, Belledune NBP, RWEnpower Didcot, EDF Energy West Burton, RWEnpower Aberthaw, y las plantas de cenizas volantes de Corea del Sureste incluyen sistemas EcoTherm Return.
El proceso de separación de STET se ha utilizado comercialmente desde 1995 de reducción de ceniza y ha generado más de 20 millones de toneladas de ceniza de alta calidad para producción de concreto. El bajo LOI ProAsh controlado se produce actualmente con la tecnología de STET en 12 centrales de los Estados Unidos, Canadá, el Reino Unido, Polonia, y la República de Corea. La ceniza de ProAshfly ha sido aprobada para su uso por más de 20 autoridades estatales de carreteras, así como muchos otros organismos de la especificación. ProAsh también ha sido certificado bajo la Asociación Canadiense de Normas y EN 450:2005 estándares de calidad en Europa. Instalaciones de procesamiento de cenizas utilizando la tecnología STET se enumeran en tabla 5.
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 calidad del producto fly ash, ProAsh, utilizando el sistema STET en el material de vertedero recuperado, es equivalente a ProAsh producido a partir de cenizas frescas de la mosca de la alimentación. El producto ProAsh es muy adecuado y está probado en la producción de hormigón. La recuperación y el beneficio de cenizas en vertederos proporcionaráun un suministro continuo de ceniza de alta calidad para los productores de hormigón a pesar de la reducción de la producción de cenizas "frescas", ya que los servicios públicos de 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. El proceso de separación STET con equipos de preprocesamiento de piensos para secar y desaglocar las cenizas en vertederos es una opción atractiva para la beneficio de cenizas con un costo significativamente menor y menores emisiones en comparación con otras combustións- y sistemas basados en flotaciones. ❖
1. Productos de combustión y uso de carbón de carbón estadounidense, http://www.acaausa.org/Publications/Production-Use-Reports.
2. Informe interno de ST, Aug. 1995.
3. Li, T. X.; Schaefer, J. L.; Prohibición de, H.; Neathery, J. K.; y Stencel, J. M., "Procesamiento de la beneficiación seca de la ceniza de la mosca de la combustión," Actas de la Conferencia DOE sobre carbono no quemado en cenizas volantes de servicios públicos, Pittsburgh, PA, Mayo 19-20, 1998.
4. Baltrus, J. P.; Diehl, J. R.; Soong, Y.; y Sands, W., "Separación triboelectrostática de ceniza salina y reversión de carga," Combustible, V. 81, 2002, PP. 757-762.
5. Cangialosi, F.; Notarnicola, M.; Liberti, L.; y Stencel, J., "El papel de la distribución de la carga de ceniza sin sobrevuelo durante la distribución triboelectrostática," Diario de Materiales Peligrosos, V. 164, 2009, PP. 683-688.
Lewis Baker es la Europea técnico jefe de ST Equipment & Tecnología (STET) con sede en el Reino Unido
Abhishek Gupta es un ingeniero de procesos con sede en la planta piloto y planta de laboratorio de STET en Needham, MA.
Stephen Gasiorowski es científico sénior de investigación para equipos ST & Tecnología (STET) con sede en New Hampshire.
Frank Hrach es Vicepresidente de Ingeniería de Procesos con sede en la planta piloto y planta de laboratorio de STET en Needham, MA.
| Servicios públicos y central eléctrica | Ubicación | Inicio de operaciones comerciales | Detalles de la instalación |
|---|---|---|---|
| Duke Energy—Estación Roxboro | Carolina del norte | Sept. 1997 | 2 Separadores |
| Talen Energy—Brandon Shores Station | Maryland | Apr. 1999 | 2 Separadores 35,000 tonelada cúpula de almacenamiento Ecotherm Return 2008 |
| ScotAsh (Lafarge / Scottish Power Joint Venture)—Estación Longannet | Escocia, REINO UNIDO | Oct. 2002 | 1 separador de |
| Jacksonville Electric Authority— St. Parque de energía de Río de John, FL | La Florida | Mayo 2003 | 2 separadores Carbón/petcoke mezcla eliminación de amoníaco |
| Autoridad de Energía Eléctrica del Sur de Mississippi R.D. Estación Morrow | Mississippi | Jan. 2005 | 1 separador Ecotherm retorno |
| New Brunswick Power Company Belledune Station | Nuevo Brunswick, Canadá | Apr. 2005 | 1 separador Carbón/petcoke mezcla el retorno de Ecotherm |
| RWE npower Didcot Station | Inglaterra, U | Aug. 2005 | 1 separador Ecotherm retorno |
| Estación Talen Energy Brunner Island | Pennsylvania | Dec. 2006 | 2 Separadores 40,000 Domo de almacenamiento de tonelada |
| Tampa Electric Co. Estación de Big Bend | La Florida | Apr. 2008 | 3 Separadores, doble paso 25,000 tonelada de almacenamiento dome Eliminación de amoníaco |
| RWE npower Estación Aberthaw (Lafarge cemento Reino Unido) | País de Gales, REINO UNIDO | Sept. 2008 | 1 separador Eliminación de amoníaco Retorno de Ecotherm |
| Estación EDF Energy West Burton (Lafarge cemento Reino Unido, CEMEX) | Inglaterra, REINO UNIDO | Oct. 2008 | 1 separador Ecotherm retorno |
| ZGP (Lafarge cemento Polonia / Ciech Janikosoda JV) | Polonia | Mar. 2010 | 1 separato |
| Corea del Sureste Potencia Yeongheung Unidades 5&6 | Corea del sur | Sept. 2014 | 1 separador Ecotherm retorno |
| PGNiG Termika-Siekierki | Polonia | Programado 2016 | 1 separador Ecotherm retorno |
| Para ser anunciado | Polonia | Programado 2016 | 1 separador Ecotherm retorno |
