NL8000882A

NL8000882A - Werkwijze voor het agglomereren van vliegas.

Info

Publication number: NL8000882A
Application number: NL8000882A
Authority: NL
Original assignee: Estel Hoogovens Bv
Priority date: 1980-02-13
Filing date: 1980-02-13
Publication date: 1981-09-16
Also published as: DE3160774D1; US4473519A; EP0034389A1; EP0034389B1

Description

_ 1 _ · HO 402 rf '---------——-— -1

- WERKWIJZE VOOR HET AGGLOMEREREN VAN VLIEGAS

Door aanvraagster wordt als uitvinder genoemd:

Nicolaas Adrianus Hasenack te Castricum

# J

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het j 3 agglomereren van vliegas, teneinde dit voor oppervlakte- en \ grondwater meer milieuvriendelijk te maken, waarbij vliegas met water en eventuele toevoegingen tot een deegmassa gemengd en vervolgens tot kogels (pellets) wordt gevormd, waarna deze pellets thermisch gehard worden op een roosterbandmachine.

10 Hoofdzakelijk bij het stoken van kolen komt vliegas vrij, i • welke na gevangen te zijn, ten dele in andere produkten kan worden I verwerkt, doch welke voor het grootste gedeelte moet worden ge stort. Veelal geschiedt dit storten in oude grindputten of groeven. Gebleken is daarbij echter dat deze vorm van storten bezwaren met 1S zich meebrengt in verband met de vervuiling van het grond- en oppervlaktewater. Deze vervuiling wordt veroorzaakt door het uitlogen van de vliegas, hetgeen tot uiting komt in een pH-stijging van het oppervlaktewater, het in oplossing gaan van zware metalen en transport van sulfaat-ionen in het grondwater. De mate waarin 20 dit geschiedt is uiteraard sterk afhankelijk van de samenstelling ! van de vliegas, terwijl deze samenstelling van geval tot geval sterk kan variëren. Slechts ter illustratie hiervan is in de onderstaan-dë tabel een analyse gegeven van het voorkomen van diverse elementen in een drietal uit het stoken van verschillende steenkooltypes af-23j komstige vormen van vliegas. Daarbij is wel te bedenken, dat al deze elementen daarbij in de vorm van oxyden of andere verbindingen voorkomen.

509294F

8 0 0 0 8 82 /2 » ^ - 2 - HO 402 1 —j—- |--j— i

Al % 12,2 12,6 13,2

Ca % 3,2 3,2 4,1

Mg % 1,7 1,7 2,2

Si % 27,8 27,9 29,9 5 Ti % 0,48 0,54 0,60

Fe % 5,4 5,6 6,0 P205 % 0,4 0,4 0,4 S % 0,28 0,30 · 0,31 C % 10,2 9,3 3,2 10 F % 0,024 0,024 0,025

Na % 0,64 0,62 0,49 K % 2,9 2,8 2,1 \

Sr % 0,08 0,08 0,08 |

Cr % 0,017 0,017 0,017 j 15 Cu % 0,016 0,016 0,018 j

Mn % 0,076 0,076 0,104

Pb % 0,019 0,019 0,018 ;

Zn % 0,047 0,047 0,034 j ί

Ni % 0,015 0,016 0,018 1 i ' ' 20 Hg ppro 1,0 1,0 0,8 j Cd. ppra 4 1,0 3 1 .......— ...........1 · - - — ) '<

Ter illustratie van de vervuiling welke wordt veroorzaakt door het uitlogen van vliegas, werd onder voortdurend roeren gedurende twee uur 150 gram vliegas met een samenstelling volgens ;>5 ' de rechter-kolom uit bovenstaande tabel bij kamertemperatuur uitgeloogd met 750 gram water met een pH van 8½. In omstreeks één è twee minuten steeg de pH tot circa 12, om na verdergaand roeren I' tot een eindwaarde van circa 12¾ op te lopen na tien 4 twintig j minuten. De uitvinding stelt zich onder andere ten doel om deze '•’30 uitloogbaarheid zodanig te beperken dat bij een soortgelijke proef de pH zelfs na zeer veel langere tijd niet verder stijgt dan van 8¾ tot 9,0. ! i ; Reeds eerder is voorgesteld om vliegas tot agglomeraten te L________________________i 30823-,P 8 0 0 0 8 82 /3 - 3 - * HO 402 Γ ' ' : 1 sinteren, waardoor het totale oppervlak van de vliegasmassa drastisch wordt verkleind, en waardoor een minder chemisch reactief, | *· -.

zogenaamd geïmmobiliseerd, eindprodukt wordt verkregen. Bij deze ! bekende werkwijze werd echter steeds de brandtemperatuur beperkt 5 ' tot circa 1000, of hooguit 1100°C. Tevens moesten bij deze werk- ; I '

wijze substantiële hoeveelheden kalk en bentoniet worden toegevoegd, teneinde een voldoende binding te verkrijgen, I

Gebleken is dat de vliegas in de aldus verkregen pellets nog niet voldoende is geïmmobiliseerd om ze vrij te kunnen storten. Met; Ό name is gebleken dat dan nog een ontoelaatbare hoeveelheid zware metalen in het grondwater, respectievelijk in het oppervlaktewater in oplossing kan gaan, met alle bekende schadelijke gevolgen voor het milieu. Tevens is gebleken dat het produkt van deze werkwijze ' .

zeer grote verschillen in homogeniteit vertoont. Pellets welke 15 in de bovenlaag op de roosterband hebben gelegen, hebben geen temperatuur hoger dan bijvoorbeeld 1070°C mogen bereiken, waardoor ze onvoldoende samenhang hebben verkregen. Bij het verdere transport van deze pellets blijkt dan ook een hoog percentage zeer fijn en half-fijn materiaal te kunnen worden afgezeefd, het- 20 geen opnieuw aan een behandeling moet worden onderworpen^

Pogingen om volgens deze werkwijze harder gebrande pellets te krijgen door de brandtemperatuur op te voeren, zijn tot nu toe mislukt, als gevolg van het verschijnsel dat de pellets in het bed op het bandrooster dan aan elkaar blijken te gaan sinteren, 25 terwijl zich ook tijdens de eerste fase van het hardingsproces al een ondoordringbare laag in het bed vormt, welke het gehele brand-proces verstikt.

Gebleken is dat deze bezwaren kunnen worden ondervangen door toepassing van de nieuwe werkwijze volgens de uitvinding. Deze uit- i 30 vinding bestaat nu daarin, dat bij de bekend gestelde werkwijze de gevormde pellets eerst worden voorgebrand bij een temperatuur, waarbij in hoofdzaak alle in de pellets aanwezige koolstof via een gasvormige verbinding ontwijkt, onder vermijding van reductie van het merendeel der in de pellets aanwezige of gevormde Pe30^, 35 waarna in een oxyderend milieu wordt gebrand bij een temperatuur i “"" 800 0 8 82 /4 * * -4 - HO 402 P ' ------------1 j tot nabij de verwekingstemperatuur van het aanwezige mengsel van ijzeroxyden. Gebleken is dat door de pellets op deze wijze te . j branden, de brandtemperatuur kan worden opgevoerd tot tussen j 1100 en 1300°C, hetgeen ertoe leidt dat zware metalen en reac- i 5 ' tieve bestanddelen in de pellets zeer veel beter worden gelmmo- j biliseerd. De pellets kunnen nu zonder bezwaar voor het milieu 1 gestort worden, waarbij tevens een grotere uniformiteit in de ί >·.' kwaliteit ervan wordt verkregen. Dit laatste leidt ertoe, dat j • slechts een gering percentage van de pellets nog een zekere re- > 10 activiteit heeft, of een afwijkende sterkte. Ook blijken de pellets zeer veel harder te zijn, waardoor er duidelijk minder afzeef van » ; vergruisd materiaal is. Deze grotere hardheid is gevolg van het feit dat de kogels bij een hogere temperatuur zijn gebrand, ondanks dat zij als gevolg daarvan niet onderling zijn versinterd.

15 Ondanks het feit dat bij een hogere temperatuur gebrand moet worden, is gebleken dat de nieuwe werkwijze eerder goedkoper dan duurder is dan de bekende werkwijze. Hiertoe draagt tevens het feit bij, dat minder of zelfs geen kalk en/of bentoniet hoeven ; te worden bijgemengd om toch een voldoende binding in de pellets .

20 te verkrijgen.

Opgemerkt wordt, dat aan de uitvinding het nieuwe inzicht ten grondslag ligt, dat hoofdzakelijk de in de vliegas nog aanwezige bestanddelen koolstof en ijzeroxyde bepalend zijn voor het verloop van het hardingsproces van de pellets tijdens het L_ 25 branden. In de vliegas komt ijzer vrijwel uitsluitend voor in de vorm van Fe203. In combinatie met in de vliegas aanwezige koolstof kunnen zich bij verschillende temperaturen reductie-reacties afspelen, waarbij:dit Fe2C>2 successievelijk wordt gereduceerd tot Fe304; FeO en tenslotte zuiver ijzer. Bij het doorlopen van deze 30 verschillende reductiefasen wordt het oxyde lager smeltend. Wil J mep derhalve door bij hoge temperatuur te branden vermijden dat een smeltfase ontstaat, welke de pellets aan elkaar sintert, v respectievelijk welke een ondoordringbare laag in het pelletbed op de roosterband ten gevolge heeft, dan moet zodanig gebrand 35 worden, dat de aanwezige ijzeroxyden niet te ver gereduceerd !_ worden. Dit nu kan worden verkregen door volgens de uitvinding 80 0 0 8 82 /5 - 5 - HO 402 I-----------1 | in een voorbrandfase tot een voldoend lage temperatuur te ver hitten dat vrijwel geen reductie optreedt van Fe3C>4 tot FeO, maar dat niettemin alle in de vliegas aanwezige koolstof zich met luchtzuurstof verbindt tot gasvormig CO en/of CO2, en in die vorm; 3 kan ontwijken. Nadat op deze wijze de pellet is ontdaan van de I koolstof als reductiemiddel, kan hij tot een hogere temperatuur, en dus tot een grotere sterkte worden gebrand. j t

Met name is gebleken dat de nieuwe werkwijze goed kan worden; uitgevoerd, indien de temperatuur tijdens het voorbranden wordt 10 beheerst door het bewegen van lucht met een temperatuur van 600 ’ ; 4 800°C door de op de roosterband liggende pellets in een hoe- ' veelheid welke wordt geregeld op grond van de temperatuur van de het pelletbed verlatende lucht, welke temperatuur beneden 1000°C, en bij voorkeur beneden 900°C wordt gehouden. Het zal duidelijk 15 zijn, dat naarmate de temperatuur van de bed binnenkomende gassen lager is, de gassnelheden hoger, en de laagdikte geringer is, ook de temperatuur van de pellet minder kan oplopen, en dus minder reductie van de ijzeroxyden in de pellets zal optreden. Teneinde niettemin een snelle verwijdering van de koolstof te be-| 20 werkstelligen, dient de temperatuur van de het bed binnenkomende gassen ook niet te laag te zijn. In de praktijk is gebleken dat het proces goed beheersbaar is met een temperatuur van de aangevoerde lucht van 600 a 800°C.

Tijdens de verbranding van koolstof tot CO of CO2 komt warm-25 te vrij, welke de temperatuur van de pellets doet stijgen, in het bijzonder onderin het bed. De temperatuur van de uittredende lucht is daarom een goede maat voor de procesbeheersing in de voorbrandfase.

Het proces kan met verbeterde economie worden bedreven, in-30 dien de gebrande pelletmassa in twee stappen wordt gekoeld, waar-bij de uit de eerste stap afkomstige koellucht wordt toegevoerd aan de brandzone, en de uit de tweede stap afkomstige koellucht wordt toegevoerd aan de voorbrandzone. Door het onderling aanpassen van de hoeveelheden koellucht door de twee koelzones is 35 het verder ook raogelijk gebleken om de temperatuur van de pellets ] in de voorbrandzone en in de brandzone goed in de hand te houden.

800 0 8 82 5C8^MF w / , /6 - i.......^ - 6 - »402 . ...... .....~~~ ........1 » ' " -"n

Een verdere besparing kan nog worden verkregen, indien volgens de uitvinding het afgas uit de voorbrandzone wordt gebruikt voor het drogen van de gevormde pellets.

De uitvinding zal vervolgens worden toegelicht aan de hand 5 ' van een tweetal figuren.

Figuur 1 geeft daarbij schematisch een roosterbandmachine aan, welke wordt gebruikt voor de nieuwe werkwijze.

Figuur 2 geeft schematisch het verloop aan van de temperatuur van de procesgassen en van de pellets. · / j0 In figuur 1 zijn met verwijzingscijfers 1 t/m 5 achter elkaar geplaatste en omkapte zones aangegeven, waardoorheen een rooster-band 6 in pijlrichting wordt bewogen over de omleidrollen 7 en 8. Deze roosterbandmachine en de orakappingen zijn van een op zichzelf algemeen bekende constructie, welke hier niet nader 15 hoeft te worden toegelicht. Bij rol 7 is met de pijl schematisch de voeding van de roosterband met uit vliegas gevormde pellets - aangegeven. Zones 1, 2 en 3 worden in neerwaartse richting door gas doorstroomt, terwijl zones 4 en 5 in opwaartse richting • _ 1 ' worden doorstroomt. Zone 1 functioneert tijdens bedrijf als 20 droogzone voor de gevormde pellets, zone 2 als voorbrandzone, j zone 3 als brandzone, en zones 4 en 5 als twee koelzones.

! In figuur 2 is de temperatuur ter plaatse van een punt van de i · ! roosterband uitgezet tegen de tijd gedurende welke dit punt de roosterbandmachine doorloopt. Met I is daarbij de droogperiode, !25 met II de voorbrandperiode, met III de brandperiode, en met IV de totale koelperiode aangegeven. In figuur 2 is verder met de stippellijn A het verloop van de temperatuur der gassen aangegeven, welke in elk der verschillende zones worden .toegevoerd, terwijl de getrokken lijn B schematisch het gemiddelde tempera- 30 tuurverloop vein de pellets uit de onderlaag op de band weergeeft.

.· De pellets werden gevormd uit een bevochtigd mengsel van , · vliegas met 12 a 14% water. Eventueel kan aan dit mengsel nog een geringe hoeveelheid gebluste kalk en/of bentoniet klei worden toegevoegd, hoewel dit in vele gevallen niet noodzakelijk is ge- j 35 bleken. Het benodigde vochtgehalte is enigszins afhankelijk ge- i I bleken van het type vliegas, doch laat zich in de praktijk goed

'800 0 8 82 A

t . - . _7 — HD 402 I-;-----1 • uitproberen. Van belang is het dat het mengsel intensief wordt gemengd, bijvoorbeeld kan de droge vliegas eerst één minuut ge- . jr homogeniseerd worden en vervolgens één minuut onder regelmatige toevoeging van water verder worden gemengd en gehomogeniseerd.

5 ' Het vormen van de pellets blijkt verder zonder grote problemen ; i te kunnen geschieden op een gebruikelijke pelletiseerschotel. ‘ f-

I Zoals uit figuur 2 blijkt werden de gevormde pellets op de band :I

allereerst gedurende circa 450 seconden bij circa 350°C gedroogd, ^ waarna ze aan voorbrandzone 2 werden toegevoerd. In deze voor- ; ! 10 brandzone werd de temperatuur T2 van de toegevoerde gassen op ! i - #. · circa 650°C ingesteld, waardoor geleidelijk de temperatuur van j i de'pellets eerst ook tot deze waarde steeg om vervolgens hierboven uit te komen als gevolg van het verbranden van de in de pellets gevormde koolmonoxyde. Daarbij dient er voor gewaakt te 15 worden dat de temperatuur niet of slechts kortstondig boven circa 900°C uitstijgt, zodat vrijwel geen reductie van Fe304 tot FeO optreedt. ! i I In figuur 1 is met verwijzingscijfer 10 aangegeven dat in 1 de compartimenten C(9) de temperatuur T21 van de uit de voor- i ,20 brandzone tredende gassen kan worden gemeten, j Met een stippellijn A is in deze zone schematisch dit tem- peratuurverloop aangegeven. ·

Met behulp van de regelbare ventilator 11 is het mogelijk de gasstroom naar zone 2 (II) zodanig te beïnvloeden, dat de 25 maximale temperatuur T2 bereikt wordt in het vooraf gekozen I compartiment C^. De waarde van T2 ^ wordt eveneens beïnvloed I door de gasstroom en is bovendien afhankelijk van de gekozen I voorbrandtemperatuur T2, de gekozen laagdikte van de vliegas- i pellets op de roosterband en van de concentraties aan brandbare 30 koolstof en geraakkelijk reduceerbare metaaloxyden. j Aan het einde van de voorbrandzone bevindt zich vrijwel geen • i koolstof in de pellets, waardoor bij een verder oxyderend " i j branden van de pellets, geen reductie van Fe^ó^ meer kan plaats- /8 »»·*» 80 0 0 8 8 2 vinden. : ! ^ f

35 In zone III, 3 wordt lucht met een temperatuur van ca. 1300°C

toegevoerd, waardoor de pellets worden gebrand met een temperatuur * - ^ .......

_ 8 _ HO 402 { : ~] die oploopt tot ca. 1250°C. Bij die temperatuur worden sterke pellets verkregen welke nog geen neiging hebben om onderling te ! versinteren. Na het verlaten van de brandzone 3 worden de pellets j * i ; in twee opeenvolgende zones 4 en 5 (IV) snel afgekoeld. j 5 In figuur 1 is eveneens één van de manieren aangegeven om * i j·,' de tijdens het proces ontwikkelde warmte zo goed mogelijk te benutten. j

Regelbare ventilatoren 12 en 13 blazen omgevingslucht via j leidingen 1 en 1 naar de koelzones 4 en 5, waarna de opgewarmde i 10 lucht respectievelijk via leidingen 16 en 17 naar de brandzone 3 i respectievelijk voorbrandzone 2 worden geleid. Met behulp van een 'j' . ! drukmeting P2 in de voorbrandzone 2 wordt het debiet van ventilator 13 geregeld. j .’··

De verhouding tussen de druk P5 in zone 5 en de druk 18 in leiding ί < |15 19 regelt, via klep 20 de hoeveelheid van de gassen afkomstig uit I brandzone 3 die aan de voorbrandzone· 2 kunnen worden toegevoerd, j Een hulpbrander 21 draagt er zorg voor dat in zone 2 de vereiste I gastemperatuur T2 wordt bereikt, waarbij Ta ligt tussen 600 en I 900°C. · 20 De drukmeting P3 in brandzone 3 regelt het debiet van ventilator I 12. Hulpbrander 22 verzekert dat de vereiste brandtemperatuur T3 j in brandzone 3 wordt bereikt, waarbij T3 ligt tussen 1100 en 1300°C.

I Het is nuttig de drukken P4 resp. P5 waarmee de koellucht j koelzone 4 resp. 5 binnentreedt, te begrenzen door bij het bereiken b van de gestelde grenswaarden de inlaatkleppen 23 resp. 24 overeen-! komstig met de gewenste drukken P3 resp. P2 te openen.

De uit de regelbare ventilator 11 komende gassen worden toegevoerd aan de droogzone 1, evenals een deel van de ongebruikte gassen, afkomstig van zone 3. Regeling van de toevoeging van de ί 30 gassen van zone 3 aan de drogende gassen vindt plaats door de stand • van'regelkiep 25 overeenkomstig de aanwijzing van temperatuurmeting

Ti te wijzigen. Het ongebruikte gas uit zone 3 wordt via leiding 26 naar de schoorsteen gevoerd.

ί Het is nuttig de maximale temperatuur in ventilator 11 te 35 begrenzen door middel van de inlaatklep 27.

8 0 0 0 8 8 2 /9 - 9 - ’ HO 402 I---------· !

De drukmeting Pj in droogzone 1 regelt dit debiet van de regelbare ventilator 28, die deze gassen via leiding 29 transporteert f i naar de schoorsteen- ' ‘ v

Het is nuttig om de temperatuur 30 voor ventilator 28 aan de onder-5 zijde te begrenzen door middel van de inlaatklep 31, j

De regelbare ventilator 32 tenslotte zuigt het gas door brand-zone 3. Het debiet van deze ventilator wordt geregeld door de temper atuuropnemer 33. ’

Het is nuttig de temperatuur 34 van de gassen in ventilator 32 10 te begrenzen door middel van de inlaatklep 35. ;

De snelheid van de roosterband 6 wordt geregeld door de ge-wichtshoeveelheid per tijdseenheid aangevoerde verse pellets.

Het is verder nuttig in de leidingen naar de ventilatoren 11, | 28 en 32 stofopvang-apparaten op te nemen.

t - f t i i i i i j \ j i i i - j ““* 8000882 /10 V »

Claims

1. Werkwijze voor het agglomereren van vliegas teneinde dit j j voor oppervlakte- en grondwater meer milieuvriendelijk te maken, waarbij vliegas met water en eventuele toevoegingen ; t 5 tot een deegmassa gemengd en vervolgens tot kogels (pellets) ! wordt gevormd, waarna deze pellets thermisch gehard;worden op een roosterbandmachine, met het kenmerk, dat de gevormde pellets eerst worden voorgebrand bij een temperatuur waarbij ; in hoofdzaak alle in de pellets aanwezige koolstof via een I 10 gasvormige verbinding ontwijkt, onder vermijding van reduc- | 'tie van het merendeel der in de pellets aanwezige of gevorm- ' de Fe304, waarna in een oxyderend milieu wordt gebrand bij een temperatuur tot nabij de verwekingstemperatuur van het aanwezige mengsel van ijzeroxyden. ί i ;15

2) Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tempera- \ Ί ' 1 " ” ! tuur tijdens het voorbranden wordt beheerst door het bewegen ) _ | van lucht met een temperatuur van 600 £ 800°C door de op de I roosterband liggende pellets in een hoeveelheid welke wordt ! geregeld op grond van de temperatuur van de het pelletbed *20 verlatende lucht, welke temperatuur beneden 1000°C, en bij ί voorkeur beneden 900°C wordt gehouden.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de pellets worden gebrand tot een temperatuur tussen 1000°C en 1300°C. 25 4)'Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het j kenmerk, dat de gebrande pelletmassa in twee stappen wordt | gekoeld, waarbij de uit de eerste stap afkomstige koellucht i wordt toegevoerd aan de brandzone en de uit de tweede stap V J j afkomstige koellucht wordt toegevetird aan de vödrbrandzone. 30 5) Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het | afgas uit de vódrbrandzone wordt gebruikt voor het drogen | j van de gevormde pellets. I------------------------ 506234F 80 0 0 8 8 2