DK175803B1 - Fremgangsmåde til behandling af flyveaske samt indretning til anvendelse hertil - Google Patents

Description

DK 175803 B1 i

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til granulering af flyveaske indeholdende calciumoxid og eventuelt calciumsulfat ved blanding med vand, hvorved asken granuleres til en på enkel måde håndterbar og deponerbar form under læskning af calciumoxidet. Ifølge opfindelsen sker blandingen ved fritfaldsblanding ' 5 under tilsætning af vand i forhold til askemængden. Opfindelsen angår tillige en indretning til anvendelse ved gennemførelse af fremgangsmåden, hvilken indretning omfatter organer til afføling af blandingens konsistens og organer til at styre vandtilførslen i afhængighed deraf.

10 Varmekedler af FB-typen, dvs. sådanne, der gør brug af et fluidiserende leje, anvendes i bl.a. kraftvarmeværker. Forbrændingen sker i disse med brændselspartiklerne i et leje af fint sand, som holdes svævende ved, at luft indblæses med høj hastighed. Lejet får derved væskelignende egenskaber.

15 En af de store fordele ved forbrænding i et fluidiserende leje er, at man kan fyre med brændsler med forskellige egenskaber i samme kedel. I FB-kedler fyrer man således med bl.a. kul, træ, tørv og andre faste brændsler såsom affald enten hver for sig eller i forskellige kombinationer.

20 En anden stor fordel ved forbrænding i et fluidiserende leje er, at udslippet af svovl- og nitrogenoxider kan begrænses på en enklere måde end i andre typer forbrændingsanlæg. Specielt kul og tørv indeholder svovl, hvorved man kan binde svovlen ved at tilsætte formalet kalksten til lejet. Kalkstenen reagerer med den dannede svovldioxid for at danne calciumsulfat.

25

Oxidationen af luftens nitrogen til nitrogenoxid er temperaturafhængig. Den forholdsvis lave forbrændingstemperatur i FB-kedler, 800° - 900°C, medfører, at udslippet af nitrogenoxid kan holdes på et lavt niveau. Den normale forbrændingstemperatur i andre typer kedler er over 1000°C.

30 '

Ved store kedler opnås der imidlertid store mængder flyveaske, som der skal tages vare på, hvilket medfører såvel praktiske problemer som arbejdsmiljøproblemer.

Ved fyring med svovlholdige brændsler kommer flyveasken således til at indeholde 35 calciumsulfat, et overskud af tilsat kalk i form af CaC03 og i fyrstedet brændt kalk,

I DK 175803 B1 I

CaO. Kalkstenen tilføres som nævnt for at minimere svovlemissionerne. Kalkstens- I

mængden bestemmes af brændslets svovlindhold og forholdet Ca/S, som normalt I

er 1,5 - 3. Hvis brændslet eller brændselsblandingen i sig selv indeholder en stor I

andel kalk, kan indfødningen af tilsætningsskalk reduceres. Der kræves ligeledes I

5 mindre eller ingen kalktilsætning ved brændsler med et lavt svovlindhold. Den til- I

satte kalk udgøres af CaC03. Nar CaC03 opvarmes til temperaturer over 800°C, I

gennemgår den en kalcineringsproces. Reaktionen forløber i henhold til: - I

CaC03(s).......> CaO(s) + C02(g). I

Det ved kalcineringen dannede calciumoxid kan ved tilstedeværelse af oxygen rea- I

gere med svovldioxid til dannelse af calciumsulfat: I

CaO(s) + S02(g) + y202 ......> CaS04(s). I

Denne reaktion benævnes sulfatering. I

Mange parametre indgår i afsvovlingsprocessen. Dette medfører, at den tilførte I

kalksten ikke kan udnyttes 100%, men sædvanligvis kun 20-60%. En af de vig- 20 tigste styreparametre er temperaturen i fyrstedet, hvilken kan varieres mellem 800

og 900°C. I

Afsvovlingsgraden kan betragtes som en kappestrid mellem to konkurrerende pro- I

cesser, nemlig den ovenfor angivne I

oxygenreduktionsproces, som giver calciumsulfat, og følgende reaktion, som er i I

ligevægt med den: I

2 CaS04(s) + CO/H2{g) ......> 2 CaO(s) + 2 S02 + C02/H20(g). I

Begge processerne kan studeres i et stabilitetsdiagram. I

Såfremt udnyttelsesgraden af den tilførte kalksten er ringe, udskilles en stor I

mængde brændt kalk fra røggasserne i kedlens elektrofilter og genfindes således i I

35 flyveasken. Denne kan tillige indeholde CaO hidrørende fra i brændslet naturligt I

DK 175803 B1 3 forekommende calcium. Den brændte kalk bliver senere læsket ved udtagningen ved befugtning af asken. Den kemiske reaktion ved læskning af brændt kalk er:

CaO + H20.......> Ca(OH)2.

5

Denne reaktion finder sted under stærk varmeudvikling, som medfører såvel håndterings- som arbejdsmiljøproblemer.

Mængden af CaO i flyveasken bør således begrænses. På den anden side tilstræber 10 man en vidtgående afsvovling, hvilket indebærer, at man normalt overdoserer tilsætningen af kalksten, hvilket ligeledes giver et overskud af CaO.

I dag transporteres sædvanligvis den i elektrofilteret udskilte flyveaske, som udgør ca. 85% af den totale askemængde, via et pneumatisk transportsystem til en eller 15 flere siloer: Derfra lastes de ofte via en celleføder og en befugtningsindretning på lastbiler. Befugteren kan bestå af et langstrakt trug med et padleværk, som blander asken med fra dyser indsprøjtet vand og transporterer blandingen til en slisk, hvorfra den lastes på et lastbillad i form af en klæbrig masse.

20 Kravet til det udlastede produkt er, at det af arbejdsmiljøgrunde ikke skal støve og heller ikke skal være for "blødt", da man derved får store problemer som følge af vedhæftning på ladets overflader eller som følge af, at med aske blandet vand lækker fra lastefladen. Aske fra forskellige brændsler har helt forskellig evne til at binde vand, hvilket medfører vanskeligheder med at opnå masser med den "rigtige" 25 konsistens.

Som følge af den til mindskning af støvdannelsen nødvendige vandindblanding forårsager flyveaskens indhold af brændt kalk og calciumsulfat kemiske reaktioner såsom læskning af den brændte kalk med kraftig varmeudvikling og dannelse af gips, 30 hvorved det her tilstræbes, at vandmolekyler bindes krystallinsk til CaSCVmoleky-lerne.

Kalklæskningen og gipsdannelsen medfører, at massen brænder sammen og hæfter fast på ladet, hvilket medfører store problemer ved tipningen, samt aflejres på 35 blandetruget og det deri indførte padleværk. Dette medfører behov for stor manuel _ _

I DK 175803 B1 I

I

I arbejdsindsats under vanskelige arbejdsmiljøforhold, da tungt værktøj skal hånd- I

I teres for at fjerne det vedhæftende materiale samtidigt med, at der opstår kraftig I

I støvdannelse under arbejdet.

I 5 Den under læskningsprocessen opstående varmeudvikling, som når sit maksimum I

I 5-8 minutter efter vandtilsætningen, medfører i visse tilfælde ved de i dag anvend- I

I te metoder, at der i den bløde masse på ladet dannes dampbobler, som stiger opad I

I og afstedkommer udbrud, hvorved store dele af lasten slynges ud fra lastbilladet. I

I Dette medfører alvorlig fare for ulykker og tillige miljøproblemer. I

I 10 I

I Hovedformålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe en teknik til be- I

I handling af flyveaske af den aktuelle type på en sådan måde, at de uønskede kon- I

I sekvenser af de kemiske reaktioner elimineres, og at disse i stedet på en fordelag- I

I tig mide benyttes til at forvandle asken til en på enkel måde håndterbar og depo- I

I 15 nerbar form, som bl.a. fjerner de ovenfor nævnte miljørisici. I

I Til grund for opfindelsen ligger den indsigt, at dette mål kan opnås ved at bearbej- I

I de flyveasken, inden den transporteres videre, så den danner et tørt granulat, som I

I ikke klæber på de overflader, som det kommer i kontakt med, og ved hvilket var- I

I 20 meudviklingen ikke kan bevirke indesluttede bobler, som risikerer at briste. I ste- I

I det kommer varme dampstrømme til at kunne passere gennem granulatet uden

I problemer. Granulatets større berøringsflade med den omgivende luft medfører I

endvidere en mere effektiv afkøling af granulatet, hvilket yderligere reducerer pro- I

I blemerne. I

I I

I Til dannelse af granulatet kan man benytte reaktionen i forbindelse med læskning- I

I en af kalken ved blanding af flyveasken med vand og den gipsdannende virkning, I

I som opnås derved, når asken indeholder calciumsulfat. I

I 30 Man kan ikke opnå nogen granulering ved den tidligere anvendte blanding af flyve- I

I aske og vand i en trugform eller lignende. Hertil kræves der ifølge den foreliggende I

I opfindelse, at flyveasken udsættes for en såkaldt fritfaldsblanding under tilsætning I

I af vand i forhold til askemængden, så det indeholdte calciumoxid læskes, og der I

sker en dannelse af gips ved forekomst af calciumsulfat, hvilke reaktioner som føl- I

I 35 ge af fritfaldsblandingen giver anledning til granulering af asken. I

5 DK 175803 B1

Ved hjælp af en nøjagtig regulering af vandmængden kan man således ved hjælp af fremgangsmåden afstedkomme en granulering af asken, hvilket granulat siden på enkel måde kan transporteres og deponeres. Afhængigt af askens kemiske sam-’ 5 mensætning i øvrigt kan granulatet eventuelt føres tilbage til naturen eller udnyttes i fx bygningsmaterialer.

Blandingen af flyveaske og vand kan ske portionsvis, hvorved der passende kan ske en afføling af blandingens konsistens, og vandtilførslen styres afhængigt heraf.

10

Det særligt kendetegnende ved en indretning til anvendelse ved gennemførelse af fremgangsmåden fremgår af de efterfølgende patentkrav.

Opfindelsen vil blive nærmere beskrevet nedenfor under henvisning til den som ek-15 sempel på vedlagte tegning viste udførelsesform for en indretning til behandling af flyveaske.

Med tallene 1 og 2 betegnes to siloer til modtagelse af flyveasken fra en stor, ikke vist, med fast brændsel fyret kedel, som fx kan være af CFB-typen, dvs. arbejden-20 de med et cirkulerende, fluidiserende leje. Flyveasken har i tør tilstand en finheds-grad, som omtrent modsvarer cement med en overfladevægt på 400m2/kilo. ud over de i brændslerne indgående mineraler indeholder asken tillige sand fra det fluidiserende leje samt Cao og CaS04 ved tilsætning af kalk til afsvovling. Askens sammensætning kommer til at variere betydeligt afhængigt af, hvilket brændsel 25 eller hvilke brændselskombinationer benyttes. Ved benyttelse af træbrændsel, som indeholder små mængder svovl, behøves der kun en lille eller ingen tilsætning af kalk. Brændslet indeholder imidlertid relativt store mængder alkalimetaller, hvorfor også aske fra træbrændsel vil indeholde calcium.

30 Ved fyring med torv, som har et højt svovlindhold, tilsættes der meget kalksten, hvorfor calciummængden i asken bliver stor, da også brændslet i sig selv indeholder calcium. Asken vil som afsvovlingsprodukt tillige komme til at indeholde CaS04. Dette gælder også kul, som har et højt svovlindhold, hvilket kræver en stor mængde kalksten. \ 35

I DK 175803 B1 I

I 6 I

Flyveasken føres fra siloerne via en tilhørende transportør 3, 4 til en vægt 5, som I

I udvejer en pi forhånd bestemt portion af flyveaske. Denne føres via yderligere en I

transportør 6 til en blandemaskine 7, som er koblet til en vandtilførselsledning 8. I

5 Blandemaskinen 7 kan i princippet være udført som en til betonfremstilling anvendt I

I fritfaldsblandemaskine, dvs. omfatte en roterende tromle med skovle, som løfter I

I massen op og leder den falde frit ned. En kendt betonblandemaskine kan modifi-

I ceres til anvendelse til dette formål ved at fjerne diagonalskovlene og belægge I

I tromlen indvendigt med et syntetisk materiale. Skovlene er derved udført således, I

I 10 at massen blandes ved rotation i den ene retning, medens de ved rotation i den I

I anden retning føder massen til ved en udløbsåbning beliggende tømmeskovle. I

I Til forvandling af den i blandemaskinen med vand fugtede masse til granulatform I

I kræves, at vandtilførslen reguleres nøjagtigt i afhængighed af den aktuelle flyve- I

I 15 askes egenskaber. I

I Hertil kan man starte blandemaskinen efter tilsætning af en bestemt mængde I

flyveaske, som gennemfugtes med en første vandtilsætning. Derefter tilføres der I vand meget langsomt under iagttagelse af massens konsistensforandring. Dette

I 20 kan med fordel ske under registrering af det aktuelle drivmoment, som tilføres I

I blandemaskinen, hvilket udgør et mål for massens aktuelle konsistens. Når massen I

I begynder at granuleres for gradvist helt at gå over i et tørt granulat, noteres den I

I totalt tilførte vandmængde. I

I 25 Efter et sådant forløb, kan de kommende portioner behandles automatisk ved sty-

I ring fra en mikrodatamat, som er blevet programmeret med de ved det første for- , I

I løb opnåede værdier. Det fra blandemaskinen udledte materiale består således af I

I tørt flyveaskegranulat, som kan tippes direkte ned på et lastbillad og efter trans- I

I port til den ønskede deponering på enkel måde kan tippes af ladet. Ved lastningen .. I

I 30 kan chaufføren indlæse den ønskede lastvægt i den til styring af processen an- I

I vendte mikrodatamat, hvorefter denne udvejer en passende portion flyveaske og I

I tilfører vand afhængigt af massens konsistens, dvs. det på sædvanlig måde aflæste I

I drivmoment. Når portionen er forvandlet til et tørt granulat, tippes dette automa- I

I tisk ned på ladet, hvorefter næste lastbil kan køre frem og indprogrammere en ny I

I 35 lastmængde. I

Claims (5)

20 Selvom processen er beskrevet ovenfor med anvendelse af en portionsblandemaskine, kan den givetvis også udføres i en kontinuerlig fritfaldsblandingsproces, forudsat massens konsistens kan afføles til den nødvendige proportionering af tilsætningsvandet.

1. Fremgangsmåde til granulering af flyveaske indeholdende calciumoxid og even- * tuelt calciumsulfat ved blanding med vand, kendetegnet ved, at blandingen sker 30 som fritfaldsblanding under tilsætning af vand i forhold til askemængden.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at blandingen af flyveaske og vand sker portionsvis. I DK 175803 B1 I

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at blandingens konsi- I stens afføles, og at vandtilførslen styres i afhængighed heraf. , I

4. Indretning til granulering af flyveaske indeholdende calciumoxid og eventuelt I 5 calciumsulfat ved blanding med vand i en fritfaldsblandemaskine, kendetegnet ved, I I at den omfatter organer til afføling af blandingens konsistens og organer til at styre I vandtilførslen i afhængighed heraf. I I

! 5. Indretning ifølge krav 4, kendetegnet ved, at konsistensføleorganerne omfatter I I 10 organer til afføling af det på blandemaskinen virkende drivmoment. I H i I