FI121299B - Menetelmä kivihiilituhkan jalostamiseksi erottamalla hiilipitoinen tuote ja ottamalla talteen silikaattisia tuhkatuotteita sekä menetelmällä tuotetun hiilipitoisen hienotuotteen käyttö - Google Patents

Description

MENETELMÄ KIVU IIILITUIIKAN JALOSTAMISEKSI EROTTAMALLA HIILI-PITOINEN TUOTE JA OTTAMALLA TALTEEN SILIKAATTISIA TUHKATUOT-TEITA SEKÄ MENETELMÄLLÄ TUOTETUN HIILEPITOISEN HIENOTUOTTEEN 5 KÄYTTÖ

Keksintö kohdistuu menetelmään voimalaitoksissa syntyvän kivihiilituhkan teolliseksi jalostamiseksi erottamalla mainitusta kivihiilituhkasta hiilipitoinen tuote ja palauttamalla takaisin käyttöön sekä ottamalla talteen jalostamisessa saatuja olennaisen hiilivapaita sili-10 kaattisia tuhkatuotteita. Edelleen keksintö kohdistuu edellä mainitun menetelmän avulla tuotetun hiilipitoisen hienotuotteen käyttöön.

Voimalaitoksissa syntyvä kivihiilituhka sisältää palamatonta hiiltä vaihtelevia määriä arvosta 1 %: sta jopa 20 %: iin. Kivihiilituhkan tuhka-aines on pääosin muodoltaan pyöreitä 15 partikkeleita, jotka ovat lasittuneita silikaattimineraaleja. Partikkelimuoto on edullinen ja tekee mahdolliseksi kivihiilituhkan hyötykäytön monissa sovellutuksissa, mikäli sen hiilipitoisuus on riittävän alhainen ja stabiili.

Yleisesti tiedetään, että kivihiilituhkaa voidaan käyttää sellaisenaan betonituotteissa ja 2 0 muissa rakentamiseen liittyvissä kuivatuotteissa sekä betonityösovellutuksissa.

Kivihiilituhkan laajamittaisempaa hyödyntämistä vaikeuttaa tuhkassa olevan palamattoman hiilen määrän suuri vaihtelu. Korkea hiilipitoisuus heikentää tuoreen betonin työstettävyyt-tä, vaikeuttaa eräiden lisäaineiden käyttöä sekä väljää betonia. Kivihiilituhkan käyttö mää- 2 5 ritellään normeissa, joissa sen käyttöä ohjataan kivihiilituhkan hiilipitoisuuden mukaan.

Lisäksi kivihiilituhkan raejakauma on hyvin laaja 0,1 pm -1000 pm.

Kokeellisesti on todettu, että kivihiilituhkasta voidaan taloudellisesti poistaa pneumaattisesti luokittelemalla, jopa 50 p-% raekooltaan alle 50 pm hienoa fraktiota. Polttoproses- 3 0 sista riippuen palamaton hiili rikastuu erilaisiin tuotteisiin tai fraktioihin. Määrätyissä ta pauksissa hienon tuotteen tai fraktion hiilipitoisuus on merkittävästi keskimääräistä hiili-pitoisuutta korkeampi. Palauttamalla tällainen tuote tai fraktio takaisin voimalan kattila-laitokseen voidaan palamaton hiili polttaa ja käyttää hiilen energia polttoprosessissa hyväksi.

Jauhetun kivihiilen poltossa syntyvä tuhka muodostuu prosessissa, jossa kivihiilen sisältämät mineraalit hajoavat, sulavat sekä jähmettyvät palokaasujen jäähtyessä ennen säh- 35 2 kösuodattimissa tapahtuvaa savukaasujen puhdistamista. Sekä mineraalien hajoaminen oksideiksi että syntyvien kiteisten aineiden sulaminen vaativat runsaasti energiaa. Tämän vuoksi kaikki normaalissa kivihiilen polttoprosessissa syntyvä lentotuhka ei ehdi täydel-5 lisesti sulaa ennen jäähtymistään. Piipitoisen materiaalin sulaminen ja nopea jäähtyminen on juuri oleellista pozzolaanisen aktiivisuuden saavuttamiselle.

Prosessiin luokitus- tai vaahdotusprosessin kautta palautettu lentotuhka on jo ensimmäisessä polttoprosessissa hajonnut oksideiksi sekä osaltaan kertaalleen sulanut ja menettänyt 10 näin kidemuotonsa. Palautetun tuhkan hajottamiseen tai sulattamiseen kattilaitoksessa olevaa termistä energiaa ei enää tarvita näihin prosesseihin. Tuhka lämpiää nopeasti, tuhkan sisältämä hiili pala ja tuhka sulaa nopeasti. Kierrätetyn tuhkan lämpötila ennen sähkösuo-dattimissa tapahtuvaa erottumista on merkittävästi korkeampi, kuin ensimmäiseen polttoon tulevan jauhetun kivihiilen mukana tulevan epäorgaanisen materiaalin lämpötila. Tämä 15 johtaa siihen, että myös jäähtyneen tuhkan lasimaisuusaste on uudelleen kiertäneessä tuhkassa merkittävästi korkeampi.

Uudelleen kierrätetyn tuhkan merkittävästi korkeampi lämpötila aiheuttaa sulan tuhkan viskositeetin sekä pintajännityksen pienenemiseen ja johtaa sitä kautta pienempään par-2 0 tikkelikokoon. Pienempi partikkelikoko johtaa taas parempaan pozzolaaniseen aktiivisuuteen ja siten myös korkeampaan aktiivisuuteen sementtipohjaisissa tuotteissa käytettäessä.

Mikäli tuhkan hiilipitoisuus on korkea ja palamaton hiili erittäin hienoa voidaan hieno- 2 5 tuote yhdistää prosessissa syntyvään hiilirikasteeseen ja näin käyttää hyödyksi energiana.

Vastaavasti mikäli tuhkan hiilipitoisuus on < 5 p-% soveltuu tämä osa tuhkasta erinomaisesti käytettäväksi erilaisissa rakennustekniikassa käytettävissä kuivatuotteissa.

Partikkelikokoon perustuvan pneumaattisen luokituksen avulla voidaan hienoa fraktiota 3 0 vähentää kivihiilituhkasta haluttu määrä, jolloin veden käyttöön perustuva vaahdotusmenetelmä on mahdollista saada toimimaan selektiivisesti ja hiili saadaan tarkoin ja taloudellisesti erotetuksi varsinaisesta silikaattiperusteisesta tuhkasta.

Hiilivapaasta ja hiilipitoisesta fraktiosta poistetaan vettä suodatustekniikan avulla ja hiili-3 5 vapaa fraktio kuivataan välittömästi suodatusvaiheen jälkeen.

Kuivaus tapahtuu, kun käytetään kuumaa työkaasua siirrettäessä materiaali suodatusvai- o

J

heesta pneumaattisesti toimivalle luokittimelle, joka luokittelee karkean ja hienon fraktion erilleen.

5 Syntyneitä hiilivapaita tuotefraktioita voidaan hyödyntää: • sellaisenaan esim. itsetiivistyvässä betonimassassa • prosessin ensimmäisessä vaiheessa syntyneiden hienojen fraktioiden hiilipitoisuuden säätämiseen • mikronisoimalla hiilivapaa fraktio erittäin hienoksi, jolloin sen aktiivisuusindeksi 10 nousee sementtiä korkeammaksi ja soveltuu korvaamaan erilaisia betonituotteissa tarvittavia silikatuotteita.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle kivihiilituhkan jalostamiseksi on tunnusomaista, mitä on esitetty patenttivaatimuksissa 1 ja 2 ja keksinnön mukaisella menetelmällä tuotetun hie-15 notuotteen käytölle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 6.

Keksinnön etuna on, että kivihiilituhka saadaan edullisesti hiilestä vapaaksi raaka-aineeksi ja myös erotettu hiili saadaan uudelleen käyttöön esim. polttoaineeksi.

2 0 Seuraavassa keksintöä selitetään lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, jossa

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti erästä kivihiilituhkan jalostusprosessia.

Kuvio 2 esittää kaaviollisesti erään kivihiilituhkaerän jakautumista prosessissa sen eri vaiheissa p-%:na.

2 5 Kuvio 3 esittää kokeellisesti saavutettuja massajakaumia ja -pitoisuuksia.

Kuviossa 1 on kivihiilituhkan 1 syöttösäiliö 8, josta kivihiilituhkaa annostellaan prosessiin, kuten pneumaattiseen kuljetusputkistoon 17, joka vie mainitun tuhkan pneumaattisiin luo-kittimiin 2.. .4, joista karkein fraktio 5 jatkaa siiloon 18. Hienoimpia fraktioita otetaan 3 0 talteen säiliöihin 9 ja 10.

Siilosta 18 karkea fraktio 5 annostellaan vaahdotuslaitteeseen vaahdotuslaitteiston valmen-timeen 11, jolta vaahdotettu materiaali johdetaan vaahdotuskennoihin 6a, 6b ja niiltä edelleen tuhkafraktio suodattimen 7a kautta kuivaukseen ja luokittimien 14, 15 kautta tuote-35 siiloihin 12 ja 13. Hiili johdetaan suodattimen 7b kautta uusiokäyttöön.

Syöttösäiliön 8 yhteydessä on edullisesti kivihiilituhkan 1 hiilipitoisuuden mittaus laitteella 4 16, jonka on-line analysoinnin tai jatkuvan analysoinnin perusteella ohjataan materiaalivirtaa luokituslaitteilta 2.4 vaahdotukseen ja tarvittaessa ohjataan vaahdotuksessa saadun lähes hiilivapaan fraktion palauttamista ensimmäisiin luokitusvaiheisiin 2. ..4 5 alentamaan hiilipitoisuutta. Vaahdotuksessa käytetään veteen lisättyjä kemiakaaleja tehostamaan vaahdotusta.

Lopputuotteelle on edullista, että tuotesiiloista 12 ja 13 saadut hiilestä lähes vapaat sili-kaattiset tuhkatuotteet ovat mikronisoidut tai mikronisoidaan erilaisia hienojauhatusme-10 netelmiä, kuten vastasuihkujauhatusta ja kierrätysmenetelmää käyttäen niin hienoksi, että sen aktiivisuusindeksi tulee korkeammaksi kuin sementillä.

Kuviossa 2 on yksikkömäärältään 10 yksikön suuruinen kivihiilituhkaerä alkutilanteessa säiliössä 1. Erän hiilipitoisuus on tavanomainen 10 painoprosenttia. Yksikkömäärät kus-15 sakin prosessin vaiheessa esitetään numeroina hakasulkujen sisällä.

Säiliöstä 1 lähtevä kivihiilituhkaerä luokitellaan luokittimissa 2 .4 ja esimerkissä yksikkö-määrä 10 jakautuu niin, että 7,5 yksikköä karkeampaa fraktiota jatkaa säiliöön 18 ja hienompaa fraktiota saadaan talteen 1,5 + 1 = 2,5 yksikköä säiliöihin 9 ja 10.

20 Säiliöön 18 johdettu 7,5 yksikköä jakautuu vaahdotuslaitteiston 11 avulla niin, että saatu hiili määrältään 1,5 yksikköä, noin 60 paino-% hiiltä johdetaan uusiokäyttöön ja hienompi fraktio määrältään 6 yksikköä, jossa on alle 1 % hiiltä, johdetaan luokittimien 14, 15 kautta tuotesiiloihin 12 ja 13, esimerkissä 3 yksikköä kumpaankin siiloon, jolloin hiilipitoisuus on 2 5 niissä alle 1 %.

Säiliöstä 12 johdetaan erään suoritusesimerkin mukaan hienoa luokiteltua fraktiota, jonka C-pitoisuus on alle 1 p-% esim. säiliöihin 9 ja 10 niissä olevien fraktioiden kanssa sekoitettavaksi, jolloin sekoituksen jälkeen niiden yhteinen yksikkömäärä on 2,5 + 3 = 5,5 ja 30 hiilipitoisuus alle 5 p-%.

Jos luokittimilta 2 ja 4 saadaan erotetuksi korkean hiilipitoisuuden hienotuotetta säiliöihin 9 ja 10, voidaan eräässä suoritusmuodossa tätä hienotuotetta yhdistää suodattimelta 7b saatuun hiilirikasteeseen ja näiden seosta käyttää energian tuotannossa polttamalla tätä.

Jalostettavan tuhkan laatu riippuu kivihiilestä ja polttokattilan konstruktiosta. Jos tuhka sisältää paljon hienojakoista hiiltä, käsitellään se pneumaattisessa luokittimessa, jolloin 35 5 keksinnön suoritusmuoto on patenttivaatimuksen 2 mukainen . Jos tuhkan hienoaines ei sisällä merkittävästi vaahdotusta haittaavaa hiiltä, kuten kokoluokkaa <10 pm, on tuhka 5 johdettavissa suoraan vaahdotusprosessiin, jolloin keksinnön suoritusmuoto on patenttivaatimuksen 1 mukainen.

Kuviossa 3 esitetään energian tuottamiseen tarkoitetun hiilen erottaminen. Hiili erottuu lähes täysin kivihiilituhkasta ja kuviossa esitetään lisäksi, että puhdistuksessa väliaineena 10 käytettävä vesi toimii suljetussa kierrossa, johon tarvitaan täydennystä vain tuotteen mukana lähtevän kosteuden verran.

15 20 25 30 35

Claims (7)

6

1. Menetelmä voimalaitoksissa syntyvän kivihiilituhkan (1) teolliseksi jalostamiseksi erottamalla mainitusta kivihiilituhkasta hiilipitoinen tuote takaisin käyttöön sekä ottamalla talteen jalostamisessa saatuja olennaisen hiilivapaita silikaattisia tuhkatuotteita, tunnettu siitä, että menetelmässä - kivihiilituhka (1) ohjataan vaahdotusprosessiin (11, 6a), jossa vettä väliaineena 10 käyttäen silikaattipitoinen tuhka-aines ja hiili erotetaan, jolloin erotus perustuu hiilen pinta-aktiivisiin ominaisuuksiin vaahdottua helposti, - vaahdotuksessa syntynyt hiilirikaste ja hiilestä ja hienoaineksesta lähes vapautunut karkea tuhkafraktio suodatetaan suodattimissa (7a), (7b) ja ainakin karkea silikaattipitoinen ja lähes hiilivapaa tuhkafraktio siirretään suodatuksessa jääneen veden haihdut- 15 tamiseksi kuumaa matalapaineista työkaasua käyttäen pneumaattisen luokituslaitteen kautta kuivattuna tuotesiiloihin (12) ja (13) ja rikastettu hiili palautetaan energian tuotantoon.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat därav, att processdugligheten av 35 stenkolsask (1) vidare förbättras genom att klassificera stenkolsask (1) i processens första steg i serie verkande pneumatiska klassificeringsanordningar (2...4) sä, att stenkolsask klassificeras när luit är som medium, i dem tili fin och grov fraktioner enligt partikelstorlek 5 8 och om behövs klassificeringar upprepas sä, att grov fraktion kan pä grund av frän den borttagen frn fraktion ledas till flotationprocessen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kivihiilituhkan (1) 2. prosessoitavuutta edelleen parannetaan luokittelemalla prosessoinnin ensimmäisessä vaiheessa kivihiilituhka (1) sarjassa toimivissa pneumaattisissa luokittimissa (2 .4) siten, että kivihiilituhka ilman ollessa väliaineena luokitellaan niissä hienoon ja karkeaan fraktioon partikkelikoon mukaan ja tarvittaessa luokituksia kerrataan niin, että karkea fraktio on siitä pääosin poistetun hienon fraktion vuoksi johdettavissa vaahdotusprosessiin. 25

3. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat därav, att fin fraktion, som är produce-rad frän i flotationsprocessen producerad nästan kolfri och pneumatiskt klassificerad ask leds i mellan i första klassificeringsstegen producerande fina fraktioner för nedsättning deras kolhaltighet. 10

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaahdotusprosessissa tuotetusta lähes hiilivapaasta tuhkasta pneumaattisesti luokiteltua hienoa fraktiota johdetaan ensimmäisissä luokitusvaiheissa syntyneiden hienojen fraktioiden joukkoon niiden hiilipitoisuuden alentamiseksi. 30

4. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat därav, att processdugligheten av stenkolsask (1) vidare förbättras när stenkolsaskens kolhaltighet kontrolleras med konti-nuerligt analysering eller med on-line analysering, vilken styr det pneumatiska klassifi-ceringssteget och kolens flotation pä grund av kolhaltigheten. 15

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kivihiilituhkan (1) prosessoitavuutta edelleen parannetaan, kun kivihiilituhkan hiilipitoisuutta valvotaan jatkuvalla analysoinnilla tai on-line analysoinnin avulla, mikä ohjaa pneumaattista luokitus-vaihetta ja hiilen vaahdotusta hiilipitoisuuden perusteella. 35 7

5. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat därav, att nästan kolfiia silikathaltiga askpodukter finmalas eller mikroniseras, varvid man använder olika finmalningsmetoder, strälmalning, motsträlmalning och cirkuleringsmetod till sä fin, att deras aktivitetindexser kommer högre än indexer, som omalade eller omikroniserade silikatiska askprodukter har. 20

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähes hiili vapaat sili-kaattipitoiset tuhkatuotteet hienojauhetaan eli mikronisoidaan erilaisia hienojauhatusmene- 5 telmiä, suihkujauhatusta, vastasuihkujauhatusta ja kierrätysmenetelmää käyttäen niin hie noksi, että niiden aktiivisuusindeksit tulevat korkeammaksi kuin jauhamattomilla eli mik-ronisoimattomilla silikaattisilla tuhkatuotteilla.

6. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat därav, att man använder i flotationen i vatten tillagda kemikaler som förbättrar flotationseffekten.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaahdotuksessa 10 käytetään veteen lisättyjä vaahdotustehoa parantavia kemikaaleja.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukaisella menetelmällä tuotetun ja pneumaattisessa luokitus-vaiheessa (2...4) erotetun hiilipitoisen hienotuotteen käyttö energiantuotantoon joko sellaisenaan tai kun siihen on yhdistetty mainitun menetelmän mukaisesti vaahdottamalla 15 rikastettua hiilirikastetta. 20 1. Förfarande för industriell bearbetning av i kraftverkanläggningar producerande sten- kolsask (1) genom att separera hän nämnda stenkolsask en kolhaltig produkt tillbaka tili användning samt genom att tillvarata i bearbetningen producerade väsentligt kolhia silikatiska askprodukter, kännetecknat därav, att i förfarandet - stenkolsask (1) leds tili en flotationsprocess (11,6a), där man använder vatten som 2. medium och separerar askämne och koi, varvid separeringen grundar sig pä kolens yt- aktiva egenskaper att skiunma lätt, - i flotation producerad kolanrikningskoncentrat och grov askfraktion, som är nästan befriat sig frän koi och finämne filtreras i filtren (7a),(7b) och ätminstone grov silikat-haltig och nästan kolhi askfraktion flyttas för avdunstning av i filtrationen kvarstätt 3. vatten genom användning hett lägtryck arbetsgas via en pneumatisk klassificerings- anordning som torkad in i produktsilor (12) och (13) och anrikad koi retumeras tili energiproduktion.

7. Användning av kolhaltig finprodukt, som är producerad enligt förfarandet av patentkrav 2 5 1 och separerat i pneumatiska klassificeringssteg (2.. .4) till energiproduktion antingen i sädan form eller när till den är tillagd kolanrikningskoncentrat som är anrikad med flotation enligt nämnda förfarande. 30 35