PL187113B1

PL187113B1 - Sposób i urządzenie do oddzielania cząstek węgla od popiołu lotnego

Info

Publication number: PL187113B1
Application number: PL98335335A
Authority: PL
Inventors: James D. Bittner; Thomas M. Dunn; Frank J.Jr. Hrach
Original assignee: Separation Technologies
Priority date: 1997-02-24
Filing date: 1998-02-23
Publication date: 2004-05-31
Also published as: CZ300060B6; EP0961657A1; AU734376B2; AU6180098A; CN1248181A; WO1998036844A1; BR9807744A; CA2281870A1; PL335335A1; KR100527926B1; DE69806727D1; TR199902048T2; ID23493A; EA001346B1; UA43457C2; EA199900763A1; TW442335B; ZA981525B; DE69806727T2; KR20000075661A

Abstract

1. Sposób oddzielania czastek we- gla od popiolu lotnego, polegajacy na tym, ze wprowadza sie popiól lotny do separatora tryboelektrycznego i laduje sie elektrostatycznie przez tarcie czastki we- gla i popiól oraz oddziela sie elektrosta- tycznie naladowane czastki wegla od na- ladowanego popiolu lotnego, znamienny tym, ze przed wprowadzeniem popiolu lotnego do separatora tryboelektrycznego reguluje sie wilgotnosc wzgledna popiolu lotnego do przedzialu wilgotnosci wzgled- nej w zakresie od okolo 5% do 30% opty- malnego do tryboelektrycznego oddziele- nia czastek wegla od popiolu. Fig. 1 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do oddzielania cząstek węgla od popiołu lotnego.

Na całym świecie do wytwarzania prądu elektrycznego spala się olbrzymie ilości węgla. Węgiel przeprowadza się typowo w miał węglowy, przesyła pneumatycznie do kotła i spala w postaci zawieszonego pyłu, a ciepło uwolnione ze spalania miału węglowego wykorzystuje się do wytwarzania pary do napędzania turbin i wytwarzania energii elektrycznej. Składniki węgliste węgla spalają się w kotle i wydzielają ciepło. Materiały niepalne ogrzewają się do wysokich temperatur, typowo topią się i przechodzą przez kocioł i poza kocioł w postaci popiołów lotnych. Takie popioły lotne gromadzą się przed odprowadzeniem gazów odlotowych do komina i rozproszeniem do atmosfery. Na przykład elektrociepłownia o mocy 1000 megawatów może spalić w przybliżeniu 500 ton węgla na godzinę. Popiół stanowi typowo około 10% wielu węgli spalanych na świecie. Stąd wynika, że popioły lotne wytwarzają się w zindusStializowanym świecie w bardzo wielkich objętościach.

Założenia ekonomiczne każdej elektrociepłowni są koniecznym kompromisem pomiędzy nakładami kapitałowymi i kosztami eksploatacji. Koszty wyposażenia do mielenia węgla i uzyskania całkowitego spalenia są zrównoważone ilością kalorii BTU uwolnionych przy spalaniu węgla i kosztami węgla przed zmieleniem. Ponadto bardzo ważnym czynnikiem w ostatnich latach stało się skażenie powietrza spowodowane przez spalanie węgla w wielkich elektrociepłowniach użytkowych. Emisja NO_X (tlenku azotawego) jest tylko jednym z przykładów skażenia powietrza, jakie elektrownie starają się zmniejszyć. NO_X tworzy się drogą reakcji tlenu i azotu w wysokich temperaturach i sprzyja temu wysoka temperatura. Jedna z dróg zmniejszenia emisji NO_X polega na obniżeniu temperatury w kotle i mniejszeniu nadmiaru tlenu. Typowo dokonuje się tego za pomocą tego, co nazywa się „palnikami o niskim wytwarzaniu NO_X”. Wielu producentów kotłów wytwarza takie palniki o niskim wytwarzaniu NO_Xi wiele organizacji użyteczności publicznej jest w trakcie instalowania takich urządzeń. Jednak niepożądanym skutkiem ubocznym obniżenia temperatury i nadmiaru tlenu w palnikach jest zwiększenie się ilości nie spalonego węgla, który znajduje się w popiołach lotnych opuszczających kocioł.

Po przejściu niepalnych składników mineralnych przez kocioł wysokotemperaturowy, a następnie zebraniu się popiołu, następuje iypowo gaszenie w rurowych przejściach kotła, co przekształca stosunkowo obojętną glinę i minerały łupkowe zawarte w węglu w szkliste materiały typu ceramicznego. Właściwości tych szklistych cząstek nieorganicznych polegają na

187 113 tym, że są one reaktywne z wapnem tworząc materiały cementowe. Właściwości pucolanowe popiołów lotnych są szeroko wykorzystywane w przemyśle, gdzie popiół lotny wprowadza się do betonu, w którym zastępuje on część cementu i reaguje z wolnym wapnem wydzielonym w czasie uwadniania cementu tworząc materiały cementowe dające w wyniku mocniejszy beton o mniejszej zawartości wolnego wapna i nadając mu odporność na siarczany, większą wytrzymałość i mniejsze koszty. Jedna z korzyści stosowania popiołu lotnego jako pucolany w betonie polega na tym, że przekształca się odpady o dużej objętości w użyteczny materiał o dużej objętości. Inna korzyść stosowania popiołu lotnego w betonie w celu zastąpienia cementu polega na zmniejszeniu produkcji cementu. Cement wytwarza się typowo z minerałów, które są źródłem wapnia, tlenku glinowego i krzemionki. Gdy wytwarza się cement, to te materiały łączy się w piecu cementowym i ogrzewa do początku topienia. Jednak na każdą tonę wyprodukowanego cementu wydobywa się w przybliżeniu dwie tony minerałów i w przybliżeniu jedna tona CO₂ jest wyemitowana do atmosfery. Część CO2 pochodzi z paliwa, a część z wapienia stosowanego jako źródło wapnia. Zatem dalsza korzyść zastąpienia cementu popiołem lotnym polega na zmniejszeniu emisji CO2 na zasadzie jeden do jednego. W szczególności na każdą tonę zużytego popiołu lotnego należy wyemitować o jedną tonę mniej CO2.

Wykorzystanie popiołu lotnego w betonie wymaga, aby popiół lotny miał specyficzne właściwości fizyczne. Jedną z tych właściwości, określoną w specyfikacjach C618 zrzeszenia American Society for Testing and Materials (ASTM), jest zawartość węgla mniejsza niż 6%. Jednak nawet ta specyfikacja jest realnie górną granicą i wielu użytkowników wymaga możliwie niskiej zawartości węgla. Niestety zwiększenie zawartości węgla w popiołach lotnych opuszczających kocioł powoduje często, na skutek stosowania palników z niskim wytwarzaniem NOx, że poziomy węgla w popiołach lotnych przekraczają dopuszczalne granice wyznaczone przez potencjalnych użytkowników popiołów lotnych. Istnieje zatem wypadnięcie zhandlu, a zmniejszenie jednego problemu z NO_X w atmosferze, zaostrza drugi problem efektu szklarniowego CO2. Zgodnie z powyższym usunięcie węgla z popiołów lotnych (to jest zpopiołów wytworzonych za pomocą palników z niskim wytwarzaniem NO_X), co umożliwia wykorzystanie popiołów lotnych w betonie, daje tę korzyść elektrowniom użytkowym, że unika się problemu gospodarki odpadami i jednocześnie zapewnia korzyść producentom betonu, polegającą na niższych kosztach materiałowych niż cement, a także korzyść dla środowiska, polegającą na zmniejszeniu emisji CO2.

Zaproponowano szereg sposobów usuwania węgla z popiołów lotnych, włącznie ze spalaniem niskotemperaturowym, flotacją pianową klasyfikacją według wielkości cząstek i rozdzielaniem elektrostatycznym. Rozdzielanie elektrostatyczne obejmuje szereg różnych technologii opartych na elektrycznych właściwościach rozdzielanych cząstek. Jednym z rodzajów rozdzielania elektrostatycznego jest rozdzielanie typu przewodnik/nieprzewodnik, które zależy od różnicy przewodności niepodobnych cząstek. Cząstki są typowo ładowane albo przez wyładowanie ulotowe albo przez styk z powierzchnią przewodząca a szybkość przepływu ładunków do cząstek albo poza cząstki stykające się z powierzchnią przewodzącą decyduje o tym, które cząstki są akceptowane, a które cząstki odrzucone. Separatory tego typu są dobrze znane w literaturze (patrz na przykład rozdział 6 podręcznika The Society of Mining Engineers (SME) Mineral Processing Handbook, wydawnictwo Norman L. Weiss, prawa autorskie American Institute of Mining, Metallurgical and Petroleum Engineers (Biblioteka Kongresu, numer katalogowy karty 85-0721)). Jednak problemem wspólnym dla wszystkich tych rodzajów separatorów typu przewodmίk/nieprzewodJlik jest konieczność stykania się każdej cząstki z powierzchnią przewodzącą. W przypadku cząstek drobnych, wymaganie stykania się w powierzchnią przewodzącą stwarza szereg trudności, takich jak na przykład przywieranie cząstek do powierzchni przewodzącej i zmniejszenie pojemności separatora na skutek jej zależności od iloczynu pole powierzchni razy grubość cząstek.

W innym sposobie rozdzielania elektrostatycznego wykorzystuje się ładowanie stykowe i będzie ono dalej nazywane tryboelektrycznym rozdzielaniem elektrostatycznym. W tym sposobie, który jest także opisany w „The SME Mineral Processing Handbook”, cząstki ładują się dzięki stykaniu się ze sobą. Ma to zaletę braku wymogu stykania się z powierzchnią przewodzącą i w zasadzie umożliwia oddzielanie cząstek o mniejszej wielkości. W podręczniku „The

SME Minerał Processing Handbook” podaje się w oparciu o praktyczne doświadczenie autora dolną granicę 20 mikronów na tego rodzaju separatorze. Jednak tryboelektryczny, przeciwprądowy separator typu taśmowego, opisany w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych nr US 4839032 i US 4774507, pracował z powodzeniem i konsekwentnie z cząstkami o wiele drobniejszymi niż 20 mikronów i wykorzystano go do oddzielania węgla od popiołów lotnych (patrz na przykład Whitlock (1993) „Electrostatic Separation of Unbumed Carbon from Flyash”, Proceedings Tenth International Ash Use Symposium, tom 2, strony 70-1-7-12).

Literatura naukowa i techniczna zawiera obszerne omówienie ważności niskiej otaczającej wilgotności dla obserwacji i praktyki skutków elektrostatycznych. Podana przyczyna polega na tym, że warstewki wody na stałych powierzchniach mają właściwości przewodzenia i takie przewodzenie powierzchniowe odprowadza wszelki ładunek znajdujący się na cząstkach, powodując nieskuteczność rozdzielania. Co więcej, w literaturze wyjaśnia się, że drobne cząstki pochłaniają wilgoć i wskutek tego mogą zbrylać się. Zgodnie z tym, połączone skutki przewodzących warstewek wody i aglomeracja cząstek na skutek wilgoci wymagają pracy separatorów elektrostatycznych w obszarach o niskiej wilgotności. Na przykład w opisie patentowym US nr 5513755 omawia się ważność niskiej wilgotności dla unikania agregacji cząstek. W tej publikacji opisano zwłaszcza separator elektrostatyczny, który ładuje cząstki węgla albo poprzez stykanie się z taśmą przewodzącą albo drogą indukcji, przy czym ładowane cząstki zwalniają się z warstwy popiołu lotnego wędrującego wzdłuż taśmy przewodzącej drogą mieszania warstwy popiołu za pomocą cepów bijaka rozmieszczonych pod taśmą przewodzącą. Naładowane cząstki węgla unoszą się do styku z elektrodami i przyjmują poprzez styk ładunek przeciwny. Przeciwnie naładowane cząstki przesuwają się ewentualnie do dołu i w kierunku na zewnątrz od elektrody do samowyładowczego leja odrzuconego produktu albo zasobnika. Zatem elektrostatyczny separator według tej publikacji jest opisanym wyżej separatorem typu przewodnik/nieprzewodnik, który zależy od przewodności cząstek węgla, które stają się naładowane, i nieprzewodzących minerałów popiołowych, które pozostają nie naładowane, i wykazuje omówione wyżej niedogodności.

Ogrzewanie powietrza transportującego, stosowanego do transportu popiołu lotnego ze zdalnego zasobnika składowego na przykład do separatora elektrostatycznego, a zatem ogrzewanie powietrza stosowanego do pneumatycznego transportu luzem popiołów lotnych w celu usunięcia wilgoci jest powszechnie praktykowane w przemyśle z urządzeniami elektrycznymi. W US 5,513,755 opisano alternatywne stosowanie nagrzewacza przed doprowadzaniem popiołu lotnego do leja samowyładowczego, który z kolei doprowadza popiół cienką warstwą nad taśmą przewodzącą separatora elektrostatycznego. Nagrzewacz ogrzewa popiół do wystarczająco wysokiej temperatury, powyżej punktu rosy, w celu odpędzenia wilgoci w stopniu wystarczającym do przerwania wiązań powierzchniowych pomiędzy węglem i popiołem. Nazywa się to stanem wahadłowym wody w skupiskach cząstek, opisanym na przykład w Perry's Chemical Engineering Handbook, 6 wydanie McGraw Hill, 1984. Inaczej mówiąc, „małe ilości cieczy są trzymane w postaci dyskretnych soczewkowokształtnych pierścieni w punktach styku cząstek”. Wielkość tych soczewkowych mostków wody zależy od napięcia powierzchniowego wody (T) oraz od ilości obecnej wody. W równaniu (1) Kelvina poniżej, to napięcie powierzchniowe (T) jest funkcją różnicy ciśnień (P) albo zasysania kapilarnego oraz promienia krzywizny (T) poprzez zakrzywioną powierzchnię menisku:

(1) P = 2T/R

Jak zostało omówione przez W.B. Pietscha w rozdziale 7.2 zatytułowanym „Agglomerate Bonding and Strength” podręcznika „Handbook of Powder Science and Technology”, wydanego przez M.E. Fayed i L. Otten, 1984, Van Nostrand, Biblioteka Kongresu, karta nr 83-6828, gdy szorstkość powierzchni cząstek przekracza wielkość wiązania wahadłowego, to mostek cieczowy odrywa większą cząstkę, a siła utrzymująca cząstki ze sobą zmniejsza się. Przypuszczalnie jest to poziom wilgoci konieczny do „przerwania wiązania” pomiędzy węglem i popiołem lotnym.

187 113

W opisie patentowym US 5,513,755 nie wspomina się nic odnośnie pomiaru poziomów wilgotności albo specyficznego przedziału zawartości wilgoci, która jest pożądana do pracy ich separatora opartej na przewodności. Ponadto w literaturze omawia się tylko usuwanie wilgoci w celu ułatwienia swobodnego przepływu cząstek oraz usuwanie wilgoci w celu uniknięcia przewodzących warstewek wilgoci albo cząstek nieprzewodzących. Z literatury wynika, że niska wilgotność umożliwia uniknięcie obydwu tych problemów i stąd wniosek, że im niższa wilgotność, tym lepiej.

Według wynalazku, sposób oddzielania cząstek węgla od popiołu lotnego, polegający na tym, że wprowadza się popiół lotny do separatora tryboelektrycznego i ładuje się elektrostatycznie przez tarcie cząstki węgla i popiół oraz oddziela się elektrostatycznie naładowane cząstki węgla od naładowanego popiołu lotnego, charakteryzuje się tym, że przed wprowadzeniem popiołu lotnego do separatora tryboelektrycznego reguluje się wilgotność względną popiołu lotnego do przedziału wilgotności względnej w zakresie od około 5% do 30% optymalnego do tryboelektrycznego oddzielenia cząstek węgla od popiołu.

Korzystnie, zmniejsza się wilgotność względną popiołu lotnego lub zwiększa się wilgotność względna popiołu lotnego.

Wilgotność względna popiołu lotnego zwiększa się przez dodawanie wody do powietrza stosowanego do transportowania popiołu lotnego z odległego zasobnika składowego do separatora tryboelektrycznego. Wodę dodaje się w stanie ciekłym lub w stanie pary.

Wilgotność względną korzystnie zwiększa się przez dodawanie wody do popiołu lotnego na zasilaniu separatora tryboelektrycznego. Wodę dodaje się do popiołu lotnego przed przejściem popiołu lotnego przez obszar fluidyzacyjny zasilania separatora tryboelektrycznego.

Przy zmniejszaniu wilgotności względnej doprowadzanego popiołu lotnego łączy się popiół lotny z powietrzem o zmniejszonej wilgotności względnej w znajdującym się powyżej temperatury otoczenia układzie popiół-powietrze transportowanym do separatora tryboelektrycznego, a następnie utrzymuje transportowany układ popiół-powietrze powyżej temperatury otoczenia i oddziela się powietrze od popiołu, gdy transportowany układ popiół-powietrze znajduje się powyżej temperatury otoczenia oraz gromadzi się popiół do doprowadzania go do separatora tryboelektrycznego.

Wilgotność względną powietrza zmniejsza się przez ogrzewanie powietrza lub przez osuszanie powietrza do uzyskania powietrza o zmniejszonej wilgotności względnej.

Wilgotność względną popiołu lotnego zmniejsza się przez ogrzewanie powietrza, które stosuje się do fluidyzacji popiołu lotnego.

Według wynalazku, urządzenie do oddzielania cząstek węgla od popiołu lotnego, zawierające tryboelektryczny separator, posiadający wlot popiołu lotnego i zespół do ładowania cząstek węgla i popiołu elektrostatycznie przez tarcie, i oddzielania elektrostatycznie naładowanych cząstek węgla od naładowanego popiołu, charakteryzuje się tym, że zawiera, usytuowany przed separatorem tryboelektrycznym, zespół do obróbki popiołu lotnego do regulowania wilgotności względnej popiołu lotnego do przedziału wilgotności względnej od około 5 do 30% do optymalnego tryboelektrycznego oddzielenia cząstek węgla od popiołu.

Zespół do obróbki popiołu zawiera układ do dodawania wody do pneumatycznego zespołu transportującego popiołu lotnego z oddalonego leja odpylacza do separatora tryboelektrycznego.

Zespół do obróbki popiołu zawiera układ do dodawania wody do popiołu lotnego w punkcie zasilania separatora tryboelektrycznego.

Zespół do obróbki popiołu zawiera układ do dodawania wody do popiołu lotnego w oddalonym silosie składowym połączonym z wlotem separatora tryboelektrycznego.

Zespół do obróbki popiołu zawiera pneumatyczny układ transportujący popiołu lotnego z oddalonego leja odpylacza do separatora tryboelektrycznego oraz zawiera nagrzewacz do ogrzewania powietrza transportującego popiół lotny z oddalonego leja odpylacza do separatora tryboelektrycznego przed połączeniem powietrza transportującego z popiołem lotnym.

Pneumatyczny układ transportujący popiołu lotnego z oddalonego leja odpylacza do separatora tryboelektrycznego zawiera izolację zmniejszającą straty ciepła powietrza transportującego w układzie.

18*7113

Na końcu pneumatycznego układu transportującego jest umieszczony silos składowy popiołu który ma port wylotowy połączony z separatorem tryboelektrycznym.

Zespół do obróbki popiołu zawiera nagrzewacz, do osuszania powietrza przed połączeniem powietrza z popiołem stosowanym do fluidyzacji popiołu lotnego.

Zespół do obróbki popiołu zawiera nagrzewacz do odwadniania powietrza transportującego popiół lotny z oddalonego leja odpylacza do separatora tryboelektrycznego przed połączeniem powietrza transportującego z popiołem lotnym.

Wynalazek zapewnią optymalny zakres wilgotności popiołów lotnych i nie spalonego węgla, który powoduje polepszenie rozdzielania przy stosowaniu separatorów tryboelektrycznych.

Zgodnie z jednym z rozwiązań niniejszego wynalazku wilgotność względną popiołu lotnego doprowadzanego do separatora tryboelektrycznego reguluje się w taki sposób, że utrzymywany jest z góry określony zakres wilgotności.

Zgodnie z rozwiązaniem sposób oddzielania cząstek węgla od popiołów lotnych obejmuje etap modyfikowania wilgotności popiołów lotnych w optymalnych granicach wilgotności i wprowadzania potraktowanego popiołu lotnego do separatora tryboelektrycznego, ładując cząstki węgla i popiół lotny elektrostatycznie przez tarcie i oddzielając elektrostatycznie naładowane cząstki węgla od naładowanego popiołu lotnego.

Urządzenie do oddzielania cząstek węgla od popiołu lotnego według wynalazku zawiera zespół do obróbki popiołu w celu modyfikacji (zwiększenia albo zmniejszenia) wilgotności względnej popiołu lotnego w optymalnym przedziale wilgotności. Separator tryboelektryczny jest sprzężony z zespołem do obróbki popiołu. Przyjmuje on poddany obróbce popiół lotny i ładuje elektrostatycznie z tarciem cząstki węgla i popiół, oddzielając elektrostatycznie naładowane cząstki węgla od naładowanego popiołu lotnego.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie elektrownie opalaną węglem, układ transportujący popiołu, zespół magazynujący i zespół do obróbki z tryboelektrycznym, elektrostatycznym, przeciwprądowym separatorem typu taśmowego, fig. 2 - wykres psychrometryczny pokazujący właściwości powietrza i pary wodnej w różnych temperaturach i przy ciśnieniu barometrycznym 29,92 mm słupa rtęci, fig. 2A - wykres pokazujący entalpię wody na funt suchego powietrza w funkcji temperatury wody, fig. 3 - wykres zawartości wilgoci w różnych popiołach lotnych w funkcji wilgotności względnej, fig. 4 - tablicę wilgotności względnej i odpowiednich promieni krzywizny dla szeregu roztworów wody i soli, fig. 5 - zmierzoną siłę adhezji pomiędzy dwiema powierzchniami w funkcji wilgotności względnej, fig. 6 - tabelę oporności skrośnej i powierzchniowej różnych materiałów przy różnych wilgotnościach względnych, fig. 7 wykres wydajności niskowęglowego produktu popiołowego w funkcji wilgotności względnej, fig. 8 - wykres zawartości węgla w popiele niskowęglowym w funkcji wilgotności względnej, fig. 9 - wykres wydajności i zawartości węgla w węglowym produkcie popiołowym dla dwóch różnych temperatur, fig. 10 - schemat elektrowni opalanej węglem, ilustrujący kilka rozwiązań zwiększania wilgotności względnej popiołu według niniejszego wynalazku, fig. 11 - schemat elektrowni opalanej węglem, ilustrujący kilka rozwiązań zmniejszania wilgotności względnej popiołu według niniejszego wynalazku.

Na figurze 1 przedstawiono schematycznie elektrownię 10 wyposażoną w kocioł opalany węglem 22 i zespół do obróbki popiołu zawierający elementy do transportu, składowania i przetwarzania popiołu z tryboelektrycznym, przeciwprądowym separatorem taśmowym 12, takim jaki jest znany z opisów patentowych nr US 4839032 i US 4874507, włączonych tu tytułem referencji. Tak jak jest to typowe w praktyce przemysłowej węgiel 14 miele się na przykład za pomocą walców 16, 18 i przesyła pneumatycznie przenośnikiem 20 do kotła 22, w którym spala się on w postaci pylistej zawiesiny. Spalony węgiel ogrzewa rurę 24 zawierającą wodę, przez co nagrzewa wodę tworząc parę, która rozpręża się poprzez turbinę 26 napędzając generator 28 z wytworzeniem energii elektrycznej. Para skrapla się także z powrotem do ciekłej wody, którą pompuje się pompą 30 z powrotem do kotła, w którym ogrzewa się ona w sposób ciągły i skrapla w obiegu zamkniętym. Każdy nie spalony materiał spalanego węgla przechodzi przez rury do przenoszenia ciepła w postaci gazów odlotowych do układu odbierania popiołu, takiego jak na przykład lej samowyładowczy odpylacza elektrostatycznego, w którym

187 113 usuwa się popiołowe części stałe i w którym gazy odlotowe przechodzą przez komin i do góry komina 34, z którego rozpraszają się do atmosfery.

W elektrowni przedstawionej na fig. 1 popiołowe części stałe przesyła się w zespole do obróbki popiołu z leja odpylacza 32 do oddalonego silosu składowego 36. Powietrze spręża się w sposób typowy za pomocą kompresora 38 i ogrzewa za pomocą nagrzewacza 40 przed porwaniem popiołu do przenoszenia za pomocą przenośnika 42 do silosu składowego 36. Przy silosie przenoszące powietrze oddziela się przy porcie wyjściowym 44, a popiół 46 gromadzi się w silosie. Na dnie 48 silosu składowego 36 stosuje się kamyki fluidyzacyjne (nie pokazane) do wpuszczenia powietrza poprzez transport pneumatyczny 50 w celu fluidyzacji popiołu lotnego, tak że przepływa ono łatwo przez port wylotowy 52. Takie powietrze fluidyzacyjne także ogrzewa się typowo przez nagrzewacz 54.

Silos składowy 36 jest połączony z tryboelektrycznym, przeciwprądowym separatorem typu taśmowego 12. Gdy popiół lotny opuszcza silos składowy 36, to przechodzi przez sito 56, na przykład wewnątrz leja, które usuwa każdy przypadkowy materiał, który mógłby zakłócić działanie separatora. Po przejściu przez sito popiół lotny jest wprowadzany następnie do separatora, w którym węgiel ładuje się elektrostatycznie przez tarcie i oddziela się elektrostatycznie od popiołu. Stosuje się także zespół 58 do przenoszenia i rozdzielania popiołu lotnego w jednorodny sposób. Szczegółowy opis zasilacza fluidyzacyjnego, separatora i zespołu do przenoszenia i rozdzielania popiołu lotnego jest przedstawiony w opisie patentowym US 4839032.

Jak omówiono wyżej, konwencjonalna praktyka w transportowaniu i składowaniu popiołów lotnych polega na utrzymywaniu popiołu w możliwie suchym stanie celem zapobieżenia agregacji cząstek i rozerwania wiązań powierzchniowych pomiędzy węglem i popiołem lotnym. Można tego dokonać na przykład przez ogrzewanie powietrza transportującego. W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 1 powietrze stosowane do przenoszenia popiołu lotnego z odpylacza 32 do silosu składowego 36 jest ogrzewane za pomocą nagrzewacza 40. W podobny sposób powietrze stosowane do fluidyzacji popiołu w leju odpylacza jest ogrzewane nagrzewaczem 63, a powietrze stosowane do fluidyzacji popiołu nagromadzonego w silosie jest ogrzewane nagrzewaczem 54. Ogrzewanie powietrza powoduje, że pneumatyczny układ transportu popiołu staje się bardziej gorący niż przy stosowaniu powietrza otaczającego. Ruch popiołu lotnego w. powietrzu transportującym daje w wyniku równowagę pomiędzy powietrzem stykającym się z popiołem lotnym i popiołem lotnym, Równowaga, zarówno temperaturowa, jak i wilgotności względnej, jest osiągana bardzo szybko. W typowej praktyce przemysłowej takie układy transportu projektuje się dla gorszych warunków i pracuje z nimi w ten sam sposób przez cały rok. Jednak jedna z niedogodności, na przykład układu transportu przeznaczonego do utrzymywania popiołu w stanie suchym i swobodnie płynącym w wilgotnych letnich warunkach, polega na tym, że jest on zaprojektowany nadmiernie do stosowania w suchych miesiącach zimowych.

Siłą napędową ruchu wody pomiędzy fazami jest potencjał chemiczny. W stanie równowagi wszystkie fazy mają taki sam potencjał chemiczny. W sposób dowolny przyjmuje się, że czysta faza skondensowana ma potencjał chemiczny równy 1. Stąd ciekła woda i para wodna w równowadze mają ten sam potencjał chemiczny i brak jest napędowej siły netto do przesunięcia wody z jednej fazy do drugiej. W układzie popiołów lotnych z wodą dogodną miarą aktywności wody jest wilgotność względna. W stanie nasycenia albo przy wilgotności 100% powietrze znajduje się w równowadze z ciekłą wodą. Przy wilgotności względnej 0% powietrze ma zerową zawartość wody. Wilgotności względne pomiędzy 0% i 100% odzwierciedlają potencjał chemiczny wody przy tych różnych stężeniach wody w atmosferze. Ciśnienie pary wodnej rośnie wykładniczo z temperaturą a zatem zwiększanie temperatury powietrza zwiększa temperaturę nasycenia, zwiększa ciśnienie cząstkowe nasycenia i przy stałej zawartości wody wilgotność względna spada. Wykresy psychrometiyczne, takie jak opublikowane w Perry's Chemical Engineers Handbook, 6 wydanie, McGraw Hill, 1984, i tu reprodukowane na fig. 2 i 2A, ilustrują graficznie równowagową zawartość wody w powietrzu w różnych temperaturach i przy różnych wilgotnościach względnych oraz entalpie wody przy różnych temperaturach wody. Krzywe na fig. 2 przedstawione literami A są liniami entalpii stanu nasycenia - x 2,3 kJ/kg suchego powietrza. Krzywe oznaczone litera B są temperaturami wilgotnego termometru albo 'punktu rosy

187 113 albo nasycenia. Krzywe przedstawione literami C są entalpią w stanie nasycenia - x 2,3 kJ/kg suchego powietrza. Krzywe przedstawione literą D są x 2,2 gram wilgoci na kilogram suchego powietrza. Krzywe przedstawione literą. E są krzywymi wilgotności względnej. Krzywe przedstawione literą F są temperaturami termometru wilgotnego. Krzywe przedstawione literą G są odchyleniem od entalpii - x 2,3 suchego powietrza. I wreszcie krzywe przedstawione literą H oznaczają x 1,48 m³/kg suchego powietrza. Z powyższego wynika, że ogrzewanie stałego materiału jako takiego nie zmienia wilgotności względnej materiałów. Ogrzewanie materiałów stykających się z powietrzem zwiększa cząstkowe ciśnienie nasycenia wody, a przy stałej wilgotności bezwzględnej zmniejsza wilgotność względną. Ogrzewanie materiału w zamkniętym pojemniku do 100° C nie ma wpływu na wilgotność względna.

Na figurze 3 przedstawiono wykres zawartości wilgoci w popiołach lotnych w zależności od wilgotności względnej powietrza i dla różnych ilości nie spalonego węgla, wyrażonych jako „strata przy prażeniu” (LOl%). Dane doświadczalne uzyskano z układem absorpcji wody, składającym się z wagi analitycznej z szalką do próbek zawieszoną poniżej równowagi, komory do próbek z regulacją temperatury i regulacją przepłukiwania gazem, układem do nastawiania wilgotności względnej przepłukanego gazu w celu zapewnienia końcowej wilgotności względnej w komorze od 0 do 65% przy stałej szybkości przepływu oraz z sondy do pomiaru wilgotności względnej Vaisala do ciągłego monitorowania wilgotności względnej w komorze. Postępowanie przy zbieraniu danych obejmowało zmontowanie układu absorpcji wody i wagi, przepłukiwanie komory przy doświadczalnej szybkości przepływu gazu przepłukującego w celu nastawienia skutków wyporności, umieszczenie 10 do l5 gramów analizowanego popiołu lotnego na szalce wagi i zmontowanie komory grzejnej z przepływem powietrza z 0% wilgotnością względną nastawianie temperatury komory na 222-250° C i utrzymywanie stałej temperatury w ciągu w przybliżeniu 30 minut w celu usunięcia pochłoniętej wody po wystawieniu na działanie atmosfery, chłodzenie próbki i komory do pożądanej temperatury doświadczalnej, utrzymując gaz płuczący o wilgotności względnej 0%, zapisywanie ciężaru suchej próbki przy 0% wilgotności względnej, uzyskiwanie ciężaru próbki ze zwiększaniem wilgotności względnych przy wzrostach w przybliżeniu 2% wilgotności względnej po czasie równowagi minimum 10 minut dla każdego punktu danych, przy czym zestaw danych zawiera ciężar próbki przy wilgotności względnej, obliczanie procentowego wzrostu ciężaru dla każdego przyrostu wilgotności względnej oraz zabezpieczenie wykresu izoterm absorpcyjnych z Fig. 3 przez wykreślenie procentowego przyrostu ciężaru względem wilgotności względnej dla każdego przyrostu wilgotności względnej.

Z figury 3 widać, że wzrost zawartości wilgoci z wilgotnością względną jest większy w popiele lotnym z większymi ilościami nie spalonego węgla. Zależność zawartości wilgoci względem wilgotności względnej popiołu od zawartości węgla można wyjaśnić tym, że węgiel chłonie preferencyjnie więcej wody niż nieorganiczne cząstki popiołu. Jak omówiono wyżej, węgiel pozostały w popiele lotnym pochodzi z węgla, który nie uległ pełnemu spaleniu. Węgiel został ogrzany do wysokiej temperatury, jego składniki lotne odparowały i wystąpiło częściowe utlenienie. Daje to w wyniku cząstki węgla, które są porowate i mają niską gęstość nasypową. To właśnie porowatość przyczynia się do wysokiej absorpcji wody w węglu w porównaniu z nieporowatymi, szklistymi minerałami. Woda, która jest zamknięta wewnątrz cząstek węgla w porach, nie jest dostępna na powierzchni dla oddziaływania z jakimikolwiek cechami powierzchniowymi cząstek, które mogłyby wpływać na rozdzielanie.

Wiadomo, że poprzez zakrzywioną powierzchnię napięcie powierzchniowe cieczy (T) wywiera siłę, która daje w wyniku różnicę ciśnień (P) poprzez zakrzywioną powierzchnię. Ta różnica ciśnień (P) jest równa dwukrotnemu napięciu powierzchniowemu (T) podzielonemu przez promień krzywizny (R) i jest znana jako równanie kapilarne Kelvina:

(1) P = 2T/R

Gdy masa ciekłej wody znajduje się w równowadze ze swoją parą, to różnica ciśnień na powierzchni międzyfazowej woda/para jest równa zero, promień krzywizny dąży do nieskończoności i istnieje płaska powierzchnia międzyfazowa pomiędzy cieczą i parą. W stanie rów10

187 113 nowagi z ciśnieniem cząstkowym wody mniejszym niż w stanie nasycenia, układ może być tylko w równowadze z powierzchnią zakrzywioną, tak że różnica ciśnień poprzez zakrzywioną powierzchnię międzyfazową odpowiada wilgotności względnej. Zmianę napięcia powierzchniowego z promieniem krzywizny i zawartość soli można zaniedbać. Tablica wilgotności względnej względem charakterystycznego promienia powierzchni międzyfazowej jest pokazana na Fig. 4 dla czystej wody i kilku nasyconych roztworów soli. Sole modyfikują współzależność do pewnego stopnia przez obniżenie wilgotności względnej ciekłej fazy wodnej w masie. To dałoby w wyniku zwiększone promienie krzywizny przy danej wilgotności względnej, przy czym jednak wzrost przy bardzo niskich wilgotnościach względnych nie jest bardzo duży. Jak widać z tabeli na fig. 4, niskie wilgotności względne mają niski charakterystyczny promień krzywizny. Założenie, że woda i materiały stałe zachowują się jak kontinua, załamuje się, gdy zbliża się do rzędu wymiarów molekularnych. Występuje to dla wody w dziesiątkach procentów wilgotności względnej. W tym punkcie absorpcja wody nie jest już czysto fizycznym zjawiskiem kontaktowego działania kapilarnego, lecz raczej staje się absorpcją chemiczną albo chemisorpcją. W artykule przeglądowym P.P. Luckhama w Powder Technology, 58 (1989) 75-91, zatytułowanym „The Measurement of Interparticle Forces” ujawniono pracę wykazującą, że stosowalność zbiorowej termodynamiki do menisków ustala się dla wody do promienia większego niż 40 angstremów, co odpowiada w przybliżeniu 20 cząsteczkom wody. P. F. Luckham ilustruje, jak przedstawiono tu jako Fig. 5, wykres zmierzonej siły adhezji, w skali 477tRc_OS0, jako funkcję względnej prężności P/Ps pary wodnej (wilgotności). Jak widać z fig. 5, siła adhezji zmniejsza się monotonicznie z wilgotnością względną. Adhezja przy wilgotności względnej 0% jest po prostu adhezją suchą pomiędzy dwiema powierzchniami miki, stosowanej w tych doświadczeniach.

Wodne roztwory elektrolitów są elektrycznie przewodzące dzięki nośnikom ruchomych ładunków, a zwłaszcza dodatnim i ujemnym jonom w roztworze. Te jony tworzą się na skutek polarnej natury wody i istnieją w postaci jonów uwodnionych. Gdy warstewka wody jest cienka w porównaniu z grubością uwodnionego jonu, to przewodność takiego układu staje się niska. Zwłaszcza przewodność warstewki powierzchniowej zmniejsza się wykładniczo ze zmniejszającą się grubością. Zatem przewodność elektryczna warstewek powierzchniowych staje się niska, gdy warstewki powierzchniowe stają się zbyt cienkie, aby umożliwić widoczne poruszanie się rozpuszczonych jonów. Zmniejszenie przewodnictwa przebiega monotonicznie z zawartością wody. Gdy warstewka staje się cienka, to przewodnictwo cząstki jest zdominowane przez przewodzenie skrośne w masie.

Na figurze 6 jest reprodukowana, ze Smithsonian Physical Tables, tom 88, 8 wydanie poprawione, opublikowane w Smithsonian Institution, 1934, tablica oporności skrośnych i powierzchniowych stałych dielektryków. Oporność skrośna p jest opornością pomiędzy dwiema przeciwnymi ścianami sześcianu o krawędzi 1 cm. Oporność powierzchniowa a jest opornością pomiędzy dwiema przeciwnymi krawędziami centymetra kwadratowego powierzchni. Oporność powierzchniowa zmienia się zwykle w szerokim zakresie wraz z wilgotnością. Wszystkie materiały wykazują wzrost oporności z malejącą wilgotnością względną

Praca biura US Bureau of Mines, opublikowana przez Foster Fraas w US Bureau of Mines Bulletin #603, 1962, „The Electrostatic Separation of Granular Minerals” (nazywana tu „pracą”) określiła niektóre wpływy wilgotności na rozdzielanie. Na przykład praca w rozdziale 7 omawia wpływ wilgotności na przewodność powierzchniową cząstek, jak również wpływy wilgotności na separatory typu ładowania stykowego. Przy omawianiu wpływu wilgotności na rozdzielanie tryboelektryczne kwarcu i szpatu polnego w pracy stwierdza się, że „uzyskuje się zadowalające rozdzielenie z wilgotnościami względnymi rzędu 20%”. Przy niskiej wilgotności zarówno kwarc, jak i szpat polny ładują się ujemnie względem glinu. Przy wyższej wilgotności szpat polny zaczyna ładować się dodatnio, a przy jeszcze większej wilgotności dodatnio zaczyna ładować się także i kwarc. Przy bardzo wysokiej wilgotności ładowanie się obydwóch materiałów ustaje. W pracy wyjaśnia się to dwoma efektami, po pierwsze przewodnością powierzchniową, a po drugie powierzchnie cząstek stają się podobne na skutek tej samej warstewki wilgoci pochłoniętej na wszystkich powierzchniach. W przypadku kwarcu i szpatu polnego ta zaabsorbowana wilgotność daje w wyniku zmianę znaku ładowania się

187 113 cząstek względem glinu. Ze wzrastającą warstewką wilgoci trzy powierzchnie kwarcu, szpatu polnego i glinu Stają się bardziej podobne.

Zmiany wydajności, które zmierzono w czasie tryboelektrycznego rozdzielania popiołu lotnego ze zmianami wilgotności względnej, są bardziej subtelne. We wszystkich przypadkach węgiel ładuje się w dalszym ciągu dodatnio, a szkliste nieorganiczne minerały ładują się ujemnie. Istnieje jednak polepszenie wydajności materiału niskowęglowego w optymalnym zakresie wilgotności. Na Fig. 7 przedstawiono wykresy wydajności produktu niskowęglowego i zawartości węgla tego produktu względem wilgotności względnej popiołu zasilającego przed przetwarzaniem. Takie pomiary wilgotności względnej są dość dokładne. Próbki popiołu przygotowano drogą mechanicznego mieszania popiołu lotnego w betoniarce, w kontakcie z włókiennymi workami zeolitowych sit molekularnych. Popioły suszono przy albo poniżej wilgotności względnej w warunkach doświadczenia. Jeżeli jest to konieczne, to dodaje się wtedy wody celem doprowadzenia wilgotności względnej do poziomu pożądanego w doświadczeniu. Próbki chroniono przed kontaktem z atmosferą i gdy stosowano gaz fluidyzujacy albo przepłukujący, to doprowadzano go przy wilgotności względnej w warunkach doświadczenia, z wyjątkiem bardzo niskich wilgotności względnych, przy których stosowano suche powietrze. Stosowany separator doświadczalny został specjalnie zmodyfikowany do utrzymywania wilgotności próbek podlegających przetwarzaniu. Dwa produkty po rozdzieleniu badano także w celu upewnienia się, że wilgotność względna nie zmieniła się znacznie. Wilgotność mierzono za pomocą sondy wilgotności względnej wyprodukowanej przez firmę Vaisala, Inc., 100 Commerce Way, Woburn, Ma 01801, (617)933-4500 (wizualizacja HPM 35 albo 36 zHMI 31) . Te sondy wzorcowano regularnie przez porównanie z roztworami nasyconymi różnych soli w specyficznych temperaturach. Przy niskiej wilgotności względnej sondy potrzebowałyby czasami 10 minut do osiągnięcia stabilnego poziomu.

Wykresy na fig. 7 pokazują wyraźnie maksymalną wydajność przy pewnej wilgotności względnej. Na fig. 7 pokazano ponadto, że produkty niskowęglowe mają optymalny zakres wilgotności. Optymalizacja jakiegokolwiek procesu wymaga pozbycia się różnych odnośnych parametrów przy maksymalizacji ekonomicznej wartości procesu. W przypadku usuwania węgla z popiołu lotnego węgiel należy usuwać do poziomu, który jest akceptowalny dla użytkownika, a następnie musi być maksymalizowana wydajność. Jeżeli na przykład miejscowi użytkownicy popiołu wymagają zawartości węgla 3%, to wtedy wydajność powinna być maksymalizowana z produkcją popiołu o zawartości 3% albo mniej węgla. W tabeli 1 przedstawiono dane wzięte z fig. 7, 8 i 9. W pierwszej kolumnie podano wilgotność względną, przy której produkt popiołowy właśnie odpowiada 3% specyfikacji LOI. W następnej kolumnie podano wydajność przy wilgotności względnej, gdzie kompozycja odpowiada 3% specyfikacji LOI.

Wyjaśnienie takiego zachowania nie jest jasne. Przewodność cząstek nie jest prawdopodobnie punktem decydującym. Węgiel w popiołach lotnych ma wysoką przewodność, z opornością około 0,004 ohm· cm, i jest tak przewodzący, że warstewka wilgoci nie miałaby dającego się mierzyć wpływu na przewodność węgla. Popiół ma przewodność mniej szą o więcej niż 10 rzędów wielkości. Mimo wszystko przewodność cząstek nie jest ważnym czynnikiem przy pracy tryboelektrycznego, przeciwprądowego separatora typu taśmowego, a proporcjonalna zmiana przewodności powierzchniowej w zakresie od 5 do 25% wilgotności względnej nie jest wielka. Aglomeracja nie jest prawdopodobnie jedynym tego wyjaśnieniem. Niższa wilgotność względna prowadziłaby do mniejszej aglomeracji, która powinna dać w wyniku ciągłe polepszenie wyników rozdzielania. Zamiast tego dla rozdzielania obserwuje się optymalną wilgotność względną i optymalny zakres wilgotności względnej. Gdy cząstki suszy się, a warstewki wilgoci stają się coraz cieńsze, to powierzchnie stają się coraz bardziej do siebie niepodobne w miarę jak stają się bardziej suche. Nie należy spodziewać się, aby ładowanie się cząstek zmieniało znak, gdy cząstki stają mniej do siebie podobne, i nie należy spodziewać się pogorszenia dobrego rozdzielania.

Na figurach 7 do 9 przedstawiono wykresy wydajności produktu i czystości produktu dla szeregu różnych próbek popiołu lotnego w funkcji wilgotności względnej. Ponadto na fig. 9 przedstawiono wydajność produktu dla próbki popiołu niskowęglowego w funkcji dwóch różnych temperatur. Jak przedstawiono na fig. 7-9, wszystkie próbki wykazują maksimum wydajności produk12 tu z wilgotnością względną oraz optymalny zakres wilgotności względnej, ze spadkiem wydajności przy bardzo niskiej i bardzo wysokiej wydajności względnej, a spadek czystości produktu przy bardzo wysokiej wilgotności względnej. Dokładne położenie tej optymalnej wilgotności względnej i optymalnego zakresu wilgotności jest do pewnego stopnia zależne od temperatury operacji i różni się do pewnego stopnia dla różnych próbek popiołu lotnego. Co się tyczy fig. 9, to widać, że optymalna wilgotność względna wzrasta w pewnym stopniu z temperaturą dla tego popiołu oraz że wydajność bezwzględna jest także wyższa.

Usuwanie wody z materiałów jest dobrze znane oraz dostępne jest wiele technik i handlowych elementów wyposażenia. Ogrzewanie materiału przez stykanie się z powietrzem zmniejsza względną wilgotność powietrza, tak że wilgoć można usuwać z materiału do powietrza. Można tego dokonywać na przykład w przypadku popiołu lotnego przez ogrzewanie powietrza przed stykaniem się z popiołem albo ogrzewanie popiołu przed stykaniem się z powietrzem albo przez ogrzewanie jednego i drugiego, gdy stykają się ze sobą. W urządzeniu do suszenia drobnych cząstek stosuje się wszystkie trzy sposoby. W rzeczywistości we wszystkich instalacjach popiołowych zawsze stosuje się do transportu powietrze ogrzane, zwiększając to ogrzewanie, jeżeli jest to konieczne, w prosty sposób. Odwadnianie powietrza przed transportowaniem popiołu jest także czasami praktykowane, lecz jest na ogół bardziej kosztowne.

Celem niniejszego wynalazku jest regulacja wilgotności względnej popiołu doprowadzanego do separatora, tak że utrzymuje się specyficzny optymalny przedział wilgotności. Regulacja wymaga zwykle urządzeń zarówno do zwiększania wilgotności względnej, jak i do zmniejszania wilgotności względnej. Na fig. 10 przedstawiono sposób zwiększania wilgotności względnej przez wstrzykiwanie wody w różnych punktach 62, 64, 66, 68 w układzie transportującym popiół pomiędzy lejem odpylacza 32 i separatorem 12. Na fig. 11 pokazano szereg sposobów zmniejszania względnej wilgotności popiołu, włącznie z dodatkowym ogrzewaniem powietrza transportującego za pomocą nagrzewacza 72, zmniejszeniem strat ciepła w czasie transportu przez izolowanie zespołu transportującego 42 i silosu składowego 36 za pomocą izolacji 76, zwiększaniem szybkości przepływu powietrza transportującego przez zespół transportujący 42, przy czym szczególnie skuteczną techniką jest zwiększanie powietrza fluidyzującego w leju odpylacza 34 albo na spodzie silosu składowego 36. Nie pokazano tu ani suszenia powietrza przed sprężaniem, ani odwadniania powietrza po sprężaniu. Jednak sposoby suszenia i odwadniania materiałów są dobrze znane i specjalista w tej dziedzinie może wykorzystać znane praktyki inżynieryjne do projektowania i wdrażania odpowiednich układów z wystarczającą regulacją w celu nastawiania wilgotności w optymalnym zakresie dla osiągnięcia optymalnej wydajności.

Co się tyczy fig. 10, to dodawanie wody do popiołu w celu zwiększenia jego wilgotności względnej w optymalnym zakresie można stosować wtedy, gdy wilgotność względna popiołu jest zbyt niska. Powietrze, które wykorzystuje się do transportu, na przykład przenoszenia pneumatycznego albo fluidyzacji, można nawilżać przed stykaniem się go z popiołem. Można tego dokonywać przez wstrzykiwanie wody albo w postaci ciekłej albo w postaci pary. Mieszanie pary (gazu) z powietrzem można prowadzić łatwo i szybko przez prosty port do wstrzykiwania, w którym parę wstrzykuje się do strumienia powietrza i miesza z powietrzem. Wstrzykiwanie ciekłej wody jest trudniejsze. Aby mogła mieszać się szybko z powietrzem, ciekłą wodę należy rozbić na drobne kropelki. Stan techniki w dziedzinie urządzeń rozpylających jest dobrze opisany w książce pod tytułem „Liąuid Atomization” L. Bayvela i Z. Orzechowskiego, opublikowanej przez wydawnictwo Taylor & Francis, 1993, Biblioteka Kongresu #93-8528, TP156.56L57. Szczególnie użyteczne są pneumatyczne urządzenia do rozpylania wody, ponieważ stosunkowo małe ilości energii można doprowadzać w postaci sprężonego powietrza do wytwarzania drobnych kropel o wysokich prędkościach, które mogą się szybko mieszać.

Specyficzne usytuowanie zespołów do zwiększania nawilżania 62, 64, 66, 68 jest zwykle określone przez rozplanowanie instalacji oraz przez dostępność wody albo pary. Jeżeli powietrze transportujące ogrzewa się parą, to dogodne jest stosowanie wstrzykiwania pary. Zmniejsza to możliwość wstrzykiwania zbyt dużej ilości wody i naruszanie równowagi procesu. Jest to szczególnie ważne wtedy, gdy wodę dodaje się do powietrza fluidyzującego albo w dnie silosu poprzez przewód 50 albo w dnie odpylacza 34 poprzez przewód 65. Zbyt wiele wody w dnie silosu składowego 36 popiołu może spowodować jego zbrylanie się, a nawet zablokować silos. Ilości koniecznej wody mogą być zupełnie nieznaczne.

Co się tyczy Fig. 3, przy 50 tonach na godzinę, to zwiększanie wilgotności względnej popiołu w granicach od 5 do 10% w przypadku 13% popiołu według LOI oznacza wzrost zawartości wilgoci od 0,04 do 0,06% albo wzrost 0,02% oznacza około 0,18 kg na tonę albo około 9 kg na godzinę przy szybkości przepływu 50 ton. W celu zwiększenia wilgotności względnej można prowadzić także wstrzykiwanie ciekłej wody, przy czym należy jednak uważać na zabezpieczenie rozproszenia wody w popiele. Jednym ze sposobów dokonania tego jest wstrzykiwanie wody za pomocą rozpylacza pneumatycznego, w którym wykorzystuje się sprężone powietrze do wytwarzania bardzo drobnych kropelek. Taką ciekłą wodę można wstrzykiwać w różnych miejscach 62 i 64 układu transportu popiołu. Alternatywnie dogodne jest wstrzykiwanie wody w punkcie 68, pod silosem składowym 36, albo w punkcie fluidyzacyjnym 66 w dnie silosu składowego, ponieważ względną wilgotność powietrza można mierzyć w silosie, od strony czołowej wstrzykiwania wody, i regulować ilość wody, jaką można stosować. Także i sito oraz zasilacz fluidyzacyjny 56 mogą służyć do mieszania i dyspergowania wody wewnątrz popiołu.

Wodę można wstrzykiwać także do kompresora 38 stosowanego do sprężania powietrza transportującego, w którym chłodzenie ewaporacyjne powietrza w czasie jego sprężania będzie nieznacznie obniżać energię sprężania. Dodatek wody do popiołu albo usuwanie wody z popiołu przed silosem składowym 36 popiołu może umożliwić długie czasy przebywania w przypadku wody migrującej pomiędzy cząstkami. W tym przypadku początkowy rozdział wody na popiele nie musi być tak jednorodny, jak w przypadku, gdy upływa mniej czasu pomiędzy dodaniem wody i rozdzielaniem.

Na figurze 11 przedstawiono różne rozwiązania zmniejszania względnej wilgotności popiołu do optymalnego zakresu wilgotności. W jednym z urządzeń stosowanych do zmniejszania strat ciepła napotykanych w czasie transportu popiołu i manipulacji w urządzeniu transportowym 42 izolowanie urządzenia transportowego 42 i silosu składowego 36 wykonuje się za pomocą izolacji 76. W typowym zespole obróbki popiołu w elektrowni popioły lotne opuszczają lej 32 odpylacza elektrostatycznego w temperaturze wyższej niż 65°C. Jeżeli wtedy popiół transportuje się na duże odległości poprzez pneumatyczny zespół transportujący 42, to popiół może być schłodzony do temperatury otoczenia w miarę jak ciepło przechodzi do otaczającego środowiska. Gdy popiół i związane powietrze chłodzą się, to powietrze może zatrzymywać mniej wody. Gdy popiół i powietrze oddzielają się w silosie składowym 36, to mniej wody uchodzi z powietrzem, a zatem pozostaje w popiele. Zmniejszanie spadku temperatury popiołu w pneumatycznym zespole transportującym 42 pomiędzy lejem odpylacza 32 i silosem składowym 36, na przykład przez izolowanie linii, może pomóc przy zmniejszaniu względnej wilgotności powietrza, gdy wchodzi ono do separatora 12. Podobnie, ponieważ prężność nasycenia wody w temperaturze odpylacza jest dość wysoka, to wypieranie powietrza stykającego się z popiołem w wysokiej temperaturze z suchym powietrzem usunie znaczną ilość wilgoci. Na przykład fluidyzacja w leju 32 odpylacza, taka jak na przykład poprzez pneumatyczny zespół transportujący 61, 63, 65 za pomocą dość suchego powietrza w celu wyparcia gazów odlotowych z popiołu przed jego transportowaniem do silosu, usuwa wodę z układu popiół-powietrze.

187 113

B C

TEMPERATURA SUCHEJ PULPY (°F)

Fig. 2

50 60 70 80 90 100 110 120

TEMPERATURA WODY °F

Fig. 2A

187 113

Η

CO r- U) Ο Γ) ♦ < α ο β ω

ο ο

ο

Οα cu

W

Eh

D

C0 >1

Ν

D

Ο <

αρ α

ο

-ω ο

ζ •Ν

Μ t-3 <

C<3 <

Ζ

Ο

W «-q

Ο

Μ

Ό

-C0

Ο ζ

en ο

ο w

ο co ιθ

Ό

Ο

ΙΟ

-Τ

Ο

CN

Ι303ΊΙΜ pSOlOTMYZ

LO

CO <

ζ

Q ω* η!

ο

Ό

ΧΛ ο

ζ

Η

Ο

U

C0

6) £

ί I r

§

σ? CD. 04 O CO O

P^ OJ CD CT CD TP·»

CO o TT δ ad CD

co CO co tn δ

OJ 04 P«- co CD CD*

CD Ρ» tn 04 CT ct’

CD tn 3 P- tri

3.081939 2.572055

tn Si co tn co T“

Ύ— 3 CT tn CD

co CT O O 3

O tn Ή σ:

ω e 2 σ) Ó> C <

ao co CT OJ CO *77

3 CT CT T^- 04

tn co 3 tn

co ΤΡ O CD P-

CD ao CD CT tn CT cd

CT tn tn CT CO CO

P- CD CT CT P CD TT

3ί3 tn sen tt σ» £& oiioi i

CM co CT CD CD p. t—

CT co CT CT tn tn

co o CM tn CD CM

ϊ i I i 1

tn t. O co z

1

CT tD p. tn CD* OJ

CD CD OJ 77 p^

CO ó CD p.

3 P* co o co CT

CO o co 04 tn co’

CT δ tn CT CD co'

CT tn ▼— co CD tn

tn tn OJ CT P— CT CD

o CT tn CT 77 oi

CD cD O tn 04

00 P OJ to T~

CT CT 7Γ CD P 77

77 t—· fp CT CM

W c 2 cn cr c <

i i i I

<

CD δ CD o

p- ct to £ o

co 3 P: o

s σ P: σ τ-“

to O 04 04 P- O

CD fp OJ oi o

CT O CO to pL co

to CD T to ló

ao 77 O CD P* r~

co co CD O tn CT ad

P- tn OJ CD IP pL

CT tn tn CT CD CD

CM CT co CD tri

P- CD CT CT p. CD

TT 04 P- CT tn CD

cni,'' o in ot I ao ctiot OTIOT OTO cjIcj

CT CO CT CT tn «η

CT 04 P: T“ 77

CM CT CT CT CD

s. a oi

ε zc

1

04 O CD p: O

p. ct tn P- pL o T”·

co LÓ fp δ

co CD σ P: O

04 04 P*· O C3

co Pi o δ δ

CD pL co σ o o

CO co to 5 O ó

CD Ρ» O o o

tn CT co o CT CT CT

ε CT CT CT CT

p. CO CT CT CT O

co co tn o CT CT CT

CO 2 CT CT O CT

o CD CT CT CT CT

— icn OTIO CJ { CM OIO olo o jo ojo

co tn o o o CT

04 77 CT CT CT CT

P δ CT CT CT

ε

g

co r~- o o o σ

co o o a o o

to O ώ CD O T“

CD o ώ CD O t—

P^ CT ώ P- o

CO o ώ OJ o t—

CT O ώ ΙΠ p- cd

CT O ώ CO co *r·

CT O ώ ao t—

CT ώ tn CT co

CT ώ P- P* Ρ-’

CT ui P* CD

o ώ CO CO tri

CT ώ co CD TT

CT ώ CD CD

o Ul CD 04

o ώ OT O CJ

O ώ CD tn

o ώ CJ

CT ώ P-

0* LI W S

dP J 0 N s

o a T“

CT ct CT ct ct’ ct

ct CT ct ct σι

CT CT CT CT

en cri CT

CT CT

o CT

LO P-

O CO

o 7?

CT CD

tn 04

o CJ

tn

CT

tn

tn CT

δ

tn σ δ

δ δ

187 113

F 50 4ttR cosO mN/m o

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 P/Ps

Fig. 5

187 113 tri

Ε o

α.1

O

LU

o

PM

o

β»

TT

n

P*

PM

cn

lO

9»

PM

r*>

O

o

O

o

O

o

Ύ—

T“

T~

v—*

t—

V

Τ'-

T—

t—

T“

T—

X

LO

CM

LO

CM

co

t—

CM

t—

CM

co

to

co

'H”

T-

T

P ·· O o cn

m

CO

η

CM

o

«->

<n

PM

r>

n-

CD

Cl

O

o

O

o

O

o

O

o

O

o

T“

T—

T~

t—

T—

t—

TE—

T—

T~

T—

t—

T“

T”

t^-

X

'Τ’

lO

CM

co

to

CM

00

co

to

CM

cn

r~

·*

T-

n*~

-o ίΐ

O § LU 5

CD

00

pn

Cł

CD

r>

CD

PM

<n

cn

r->

r>

oo·

co

to

OT

LO

o

O

o

O

o

O

o

L^-

T““

v-

τ^-

p—

T~

V-

t—

T“

Ί“

t—

T—

T“

t—

T—

t—

T~

t—

V~

X

CM

to

CM

CO

co

M*

>-

T-

CO

CM

V

r-

CM

CO

CD

co

CO

TT

to

“=TT o

·· o O in

OD

CO

’Τ

TT

ID

OT

n

Ρ»

r*>

K.

OT

IO

«o

co

OT

CO

O

o

O

o

O

o

O

T*“

t—

*“

t^-

T“

T”

T—

T“

T—

•c—

t—

T-

T”

T—

t—

Ύ—

X

to

CM

to

M*

co

to

CO

CM

cn

to

CO

to

CM

to

σ>

r-

tt

<

£

O <

X.

UJ

I—

><

2

E-ł

2

X

tsl

υ

‘O

<

riT

•CM

w

s

2

o

<

CJJ

O

2

H

2

W

X

PU

H

3

w

<

tt

£

PU

2

1-4

2

<

2

£

cn

2

O

2

<

ω

W

Eu

ri)

O

o

2

«

z

CM

CSJ

X

>

tg)

2

-

2

N

o

U

Pi

<

O

2

Z

co

O

<

O

tt

Z

CM

o

2

O

H

<

2

Eu

W

N

tt

>1

tn

2

-

2

».

2

<

Z

2

tt

E-t

cu

O

<

cn

Eu

IX

ł—ł

2

·*

o

O

tt

CM

2

O

Q

2

D

-

2

a

O

tt

tn

tt

2

Pi

2

2 Ό

W

2*

<

ί

o

2

<

Om

tn

2 -O

2

<-cn

S

2

tt

cn

□

o

W

2

ISl

N

£

o

W

(rf

PU

<

O

3

<

o

m

Z

o

3

cn

Eu

2

o

S

2

tt

3

a

'2

O <

s

X <

O

H <

CU < O 2 2 2 W PS 3 CU < w 2 PU 2 ω q to ri) i

WYDAJNOŚĆ

Fig. 7 ♦ ASH 1 - 10% LOI, 100 deg F a ASH 2 -10% LOI, 70 deg F X ASH 3 -19% LOI, 70 deg F o ASH 4 - 6% LOI, 70 deg F

-POŁY. (ASH 1 -10% LOI, 100 deg F)

---POŁY. (ASH 2 - 10% LOI, 70 deg F)

-POŁY. (ASH 3 - 19% LOI, 70 deg F)

--POŁY. (ASH 4 - 6% LOI, 70 deg F)

187 113

WYDAJNOŚĆ

P/g. 8

WILGOTNOŚĆ WZGLĘDNA ♦ ASH 1 - 10% LOI, 100 deg F Δ ASH 2 -10% LOI, 70 deg F χ ASH 3-19% LOI, 70 deg F o ASH 4 - 6% LOI, 70 deg F

- POŁY. (ASH 1 -10% LOI, 100 deg F)

---POŁY. (ASH 2-10% LOI, 70 deg F)

- POŁY. (ASH 3 -19% LOI, 70 deg F)

--POŁY. (ASH 4 - 6% LOI, 70 deg F)

187 113

WYDAJNOŚĆ

WILGOTNOŚĆ WZGLĘDNA

Fig. 9

Δ ASH A -10% LOI, 70 deg F, YIELD O ASH B-10% LOI, 70 deg F, YIELD O ASH C-10% LOI, 90 deg F, YIELD □ ASH D-10% LOI, 95 deg F, YIELD ^A ASH A -10% LOI, 70 deg F, LOI ❖ ASH B -10% LOI, 70 deg F. LOI « ASH C -10% LOL 90 deg F, LOI a ASH D-10% LOI, 95 deg F, LOI -POŁY. (ASH A -10% LOI, 70 deg F, LOI)

---POŁY. (ASH B -10% LOI, 70 deg F, LOI)

-POŁY. (ASH C -10% LOI, 90 deg F, LOI)

--POŁY. (ASH D-10% LOI, 95 deg F, LOI)

-POŁY. (ASH A -10% LOI, 70 deg F, YIELD

---POŁY. (ASH B -10% LOI, 70 deg F, YIELD

-POŁY. (ASH C -10% LOI, 90 deg F, YIELD

--POŁY. (ASH D- 10% LOI, 95 deg F, YIELD

187 113

POPIÓŁ	WILGOTNOŚĆ WZGLĘDNA DLA PRODUKTU 3% LOI	WYDAJNOŚĆ PRZY WILGOTNOŚCI WZGL. PRODUKTU 3% LOI	WILG. WZGL. PRZY MAX WYDAJN.	MAX WYDAJ- NOŚĆ	WILGOTNOŚĆ WZGL. MAX WYDAJNOŚCI UŻYTECZNEGO PRODUKTU	WYDAJNOŚĆ
1	30%	75%	30%	75%	30%	75%
2	20%	67	15	70	15	70
3	22	60>	25	68	22	67
4	>25	60	15	70	15	70
A	>25	35	14	65	14	65
B	15	72	12	73	12	72
C	>25	45	9	60	9	60
D	29	75	25	78	25	78

TAB. 1

187 113

Fig. 11

187 113

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób odZzielnnia zząstek węglaod ropio© lotneoo, oc^łeaąjący na tym, że wprowadza się popiół lotny do separatora trcóoeleesrcązneeo i ładuje się eleetrosSatcąznie przez tarcie cząstki węgla i popiół oraz oddziela się elektrostatycznie naładowane cząstki węgla od naładowanego popiołU lotnego, znamienny tym, że przed wprowadzeniem popiołu lotnego do separatora Srcbrelektrycznegg reguluje się wilgotność względną popiołu lotnego do przedziału wilgotności względnej w zakresie od około 5% do 30% optymalnego do Sryboelektrycznego oddzielenia cząstek węgla od popiołu.
2. possób wddłgg aastrz. 1 , znamienyy tym, żc ymmessaa si ę wieootnoć ć wgl^dną popiołu lotnego.
3. Sposób wodługass>trz. 1 , enymienny tym, ea zwiekrabnib wilootnoćb wzgęędną popiołu lotnego.
4.Sposób wodłua asorzz. 1 , enymienny tym , ea wi^lgi^^^^ća wzgęędną popiohi ΙοΟζιοο zwiększa się przez dodawanie wody do powietrza stosowanego do transportowania popiołu lotnego z odległego zasobnika składowego do separatora SryógelekSrycznego.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny ttm, że wodę dodaje się w stanie ciekłym.
6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że wodę dodaje się w stanie pary.
7.Sprsób według sao0rz. 3, znamienny tym, że wilgotność względną zwiększa się przez dodawanie wody do popiołu lotnego na zasilaniu separatora tΓyóoeleetryąznego.
8. Sposób wedłb^ig ζ^η?:. 7 ,anamiennytym, ea woda dod^a ϋίς¹ do ρορίο© lontego pradd przejściem popiołu lotnego przez obszar fluidyzacyjny zasilania separatora tΓyóoelekSΓCcznego.
9. Pposbb wedhig zarzrz. a, enymienny tym, że przy ymniojszoniu wilgotności względnej doprowadzanego popiołu lotnego łączy się popisł lotny z powietrzem o zmniejszonej wilgotności względnej w znajdującym się powyżej temperatury otoczenia układzie popis© powietrze SΓaospgrSgwaocm do separatora tryóoelektr·fcznego, a następnie utrzymuje transportrwany układ popiół-powieSrse powyżej temperatury gtgczeona i oddziela się powietrze od popiołu, gdy transportowany układ popiółopowieSrze znajduje się powyżej temperatury otoczenia oraz gromadzi się popisł do doprowadzania go do separatora Srybgżleesrcczoego.
10. Sposóbweduig ζιιοϊτζ. 9, ζικ^υπηγ tym, ea wilgotns)śćwvzgiędną powierr/i;ł zmniejsza się przez ggΓsewanne pgwieSΓsa lub przez osuszanie powietrza do uzyskania powietrza o zmniejszonej wngggOogśąi względnej.
11. Sposblj wodłebaostrz . 2, enymienny tym , ea wilgcOgość wggęddną ρορϊοΚιΙοΟζιοο zmniejsza się przez ogrzewanie powietrza, które stosuje się do flunOyzacjn popiołu lotnego.
12. do οόόζίΝαηίΗ οζζιοζοΚ węgaa od ρορίο© gon^s^^o , ζ3λνίθΓαίρ(:ο r^l^^eb^ktryczny separator, posiadający wlrt popiołu lotnego i zespół do ładowania cząstek węgla i popiołu elektrostatycznie przez tarcie, i oddzielania elektrostatycznie naładowanych cząstek węgla od naładowanego popiołu, znamienne tym, że zawiera, usętuowanę przed separatorem trcbgegeesrycznym (12), sespół do obróbki popiołu lotnego do regulowania wilgotności względnej popiołu lotnego do przedziału wilgotności względnej od około 5 do 30% dr optymalnego trybgeleetrccsnegg oddzielenia cząstek węgla od popiołu.
13. Urzodeenie wędką zdori·/.. 12, tymi, że zespół do obsóbki j^tpiroHi ^;w^^;żora układ dr dodawania wody do pneumatycznego zespołu transportującego (42) popiołu lotnego z oddalonego leja odpylacza (32) dr separatora Srybrelektrycznegg (12).
14. U^^^^eo^a wedkig zusU-z. 12 , znamnenne tym , że zespó a do obróbka popioto zawńera układ do dodawania wody dr popiołu lotnegr w punkcie zasilania separatora ο^0οζ^Ο^^^ιο (12).
15. υ^άζεηϊε wedtóg zasu-g. 12 , ζικιωΐϋηηγ tym, że zespoa do obsobka popi oka zaweera układ do dodawania wody do popiołu lotnego w oddalonym silosie składowym (36) połączonym z wlotem separatora tryóreleesrcczoego (12).

187 113
16. Urządzenie według zatte . 12, znamienne tym, że zespół do obróbk i popiołu zawźera pneumatyczny układ transportujący (42) popiół lotny z oddalonego leja odpylacra (32) do sepataSota Sryboelektrycrnego (12) orar zawiera nagrzewacz (72) do ogrzewania powietrza transportującego popiół lotny z oddalonego leja odpylacza (32) do separatora Sryboelektrycznego (12) przed połączeniem powietrza transportującego z popiołem lotnym.
17. υ^όζεηϊε według . 16, znamienne tym, że pneumatyczny układ transpostujący (42) popiół lotny z oddalonego leja odpylacza (32) do separatora StyboelekSrycznego (12) zawiera izolację (76) zmniejszającą straty ciepła powietrza transportującego w układzie.
18. U^ądzen^ wedfog aatu.. 17 , znamienne tym, żł na końcu pneumatyrznego uł<ładu transportującego (42) jest umieszczony silos składowy (36) popiołu który ma port wylotowy (52) połączony z separatorem StyboelekSrycrnym (12).
19. υ^ήζεηϊε wedhig zathz . 12 . znamienne tym, że zespół do obróbki popioeł zawźera nagrzewacz (70, 74), do osuszania powietrza przed połączeniem powietrza z popiołem stosowanym do fleidyracji popiołu lotnego.
20. Ιύ'ζαόζϋηίο wedRig zatU.. 12, znamienne tym, że z^iesjrńł do outróblnlii ρορΐοΚ. zawźera nagrzewacz (72, 74) do odwadniania powietrza transportującego popiół lotny z oddalonego leja odpylacza (32) do separatora Sryboelekttycznego (12) przed połączeniem powietrza transportującego z popiołem lotnym.