PL177951B1

PL177951B1 - Method of granulating finely grained furnace wastes from fluidised bed furnace boilers

Info

Publication number: PL177951B1
Application number: PL95311547A
Authority: PL
Inventors: Marek Ściążko; Wojciech Smołka; Alfred Tramer; Andrzej Laska; Stanisław Kuśnierz; Andrzej Mazurkiewicz; Stanisław Krupka; Krzysztof Burek
Original assignee: Inst Chem Przerobki Wegla; Kotlow Rafako Sa Fab
Priority date: 1995-11-29
Filing date: 1995-11-29
Publication date: 2000-02-29
Also published as: PL311547A1

Abstract

1. The method of granulating fine-grained furnace waste materials from fluid boilers consists in hydro-thermal processing of raw ashes, granulation and hardening. Unique characteristics: The hydro-thermal processing of raw ashes is carried out by mixing raw ashes with 2 - 10 percent of a plasticising additive by mass of the raw ashes. The plasticising additive is introduced into raw ashes in the form of a water suspension, with the concentration of 3 - 25 percent by mass. Then, the mixture is granulated, preferably in a vibratory granulator, and initially stabilised under known conditions, until the compressive strength of 2.0 MPa is reached.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób granulacji drobnoziarnistych odpadów paleniskowych z kotłów fluidalnych ze spalania paliw stałych, zwłaszcza ze spalania węgli kamiennych i brunatnych, szczególnie w kotłach z cyrkulującą warstwą fluidalną, w których spalanie paliwa stałego zachodzi w temperaturze 800 - 900°C i do paleniska dodaje się związki wapniajako sorbent siarki.The subject of the invention is a method of granulating fine-grained furnace waste from fluidized bed boilers from the combustion of solid fuels, especially from the combustion of hard coal and lignite, especially in boilers with a circulating fluidized bed, in which the combustion of solid fuel takes place at a temperature of 800 - 900 ° C and the furnace is added calcium compounds as sulfur sorbent.

Przez spalanie w złożu fluidalnym paliw stałych, w tym również odpadów z przemysłu i gospodarki komunalnej, wymagania ochrony środowiska są spełnione w sposób kompleksowy. Ogranicza się bowiem jednocześnie emisję do atmosfery tlenków azotu, tlenków siarki, chlorowodoru, fluorowodoru, tlenku węgla oraz metali ciężkich. W procesie spalania paliw w palenisku fluidalnym z jednoczesnym odsiarczaniem spalin powstają stałe odpady paleniskowe o charakterystycznych własnościach fizykochemicznych i mineralogicznych, zasadniczo odmiennych od własności odpadów stałych powstających w paleniskach pyłowych i rusztowych, również w tych, w których zastosowano suche lub półsuche odsiarczanie spalin. Odpady stałe z kotłów fluidalnych, a zwłaszcza odpady pyłowe pochodzące z odpylania gazów spalinowych, charakteryzująsię dużą aktywnością chemicznąoraz dużązawartościązwiązków rozpuszczalnych w wodzie, a w szczególności związków wapnia oraz siarczanów. Ponadto wysoka zawartość związków siarki - do 8 - 9% (jako SO3) oraz duże straty przy prażeniu - do 30% sprawiają, że popioły te są nieprzydatne w wielu tradycyjnych kierunkach zagospodarowania odpadów paleniskowych, takich jak: ceramika, budownictwo, drogownictwo i górnictwo. Z tego względu popioły z kotłów fluidalnych należy zaliczyć do odpadów uciążliwych dla środowiska, wymagających neutralizacji i zagospodarowania. Jedną z dróg, która umożliwia utylizację tego rodzaju odpadów jest ich przetwarzanie na stabilny i bezpieczny dla środowiska produkt granulowany.Due to the combustion of solid fuels in the fluidized bed, including industrial and municipal waste, environmental protection requirements are comprehensively met. This is because emissions of nitrogen oxides, sulfur oxides, hydrogen chloride, hydrogen fluoride, carbon monoxide and heavy metals into the atmosphere are also limited. In the process of fuel combustion in a fluidized bed furnace with simultaneous flue gas desulphurization, solid furnace wastes with characteristic physicochemical and mineralogical properties, substantially different from the properties of solid wastes generated in dust and grate furnaces, also in those with dry or semi-dry flue gas desulphurization, are produced. Solid waste from fluidized bed boilers, especially dust waste from dust removal from flue gases, is characterized by high chemical activity and high content of water-soluble compounds, in particular calcium compounds and sulphates. Moreover, the high content of sulfur compounds - up to 8 - 9% (as SO3) and high losses on ignition - up to 30% make the ash unsuitable in many traditional directions of combustion waste management, such as: ceramics, construction, road construction and mining. For this reason, ash from fluidized bed boilers should be classified as environmentally harmful waste, requiring neutralization and management. One of the ways that allows the utilization of this type of waste is its processing into a stable and environmentally safe granular product.

Znane są i stosowane różne sposoby granulowania popiołów lotnych ze spalania węgli w kotłach tradycyjnych. Polegają one na dodawaniu do popiołów środków wiążących oraz innych dodatków, nawilżaniu i mieszaniu, a następnie granulowaniu tak otrzymanej mieszanki. Proces nawilżania mający na celu doprowadzenie popiołów lotnych do stanu nielotności, realizowany jest na drodze ich zraszania lub wstępnej obróbki hydrotermicznej. Zraszanie prowadzi się przez układ dysz lub głowic natryskowych rozpraszających wodę. W celu zintensyfikowania procesu prowadzi się również wstępną obróbkę hydrotermiczną polegającą na ogrzewaniu pyłów, a następnie zraszaniu ich wodą. Znanyjest również sposób obróbki hydrotermicznej polegający najednoczesnym ogrzewaniu i nawilżaniu popiołów lotnych na drodze nasycania ich parą wodną lub mieszaniną para-powietrze. Często całość lub część surowców stosowanych do granulowania jest uprzednio mielona w celu aktywacji popiołu lub uzyskania wymaganych własnościVarious methods of granulating fly ash from coal combustion in traditional boilers are known and used. They consist in adding binders and other additives to the ashes, moistening and mixing, and then granulating the mixture thus obtained. The humidification process aimed at bringing the fly ashes to a non-volatile state is carried out by sprinkling them or preliminary hydrothermal treatment. Sprinkling is carried out through a system of water dispersing nozzles or spray heads. In order to intensify the process, a preliminary hydrothermal treatment is also carried out, which consists in heating the dusts and then sprinkling them with water. There is also known a method of hydrothermal treatment consisting in simultaneous heating and moistening of fly ashes by saturating them with water vapor or a vapor-air mixture. Often all or part of the raw materials used for granulation are pre-milled to activate the ash or obtain the desired properties

177 951 wsadu. Sposobem tym można również granulować popioły z kotłów fluidalnych, jednak w mieszance z popiołami lotnymi z kotłów pyłowych, w której popioły fluidalne stanowią mniejszą część gotowego wsadu. Nieznane są natomiast sposoby granulowania popiołów, gdzie popiół z kotłów fluidalnych stanowi co najmniej 90% suchej masy wsadowej.177,951 batch. It is also possible to granulate ash from fluidized bed boilers with this method, but in a mixture with fly ash from pulverized coal boilers, in which fluidized ash is a smaller part of the finished charge. However, there are no known methods of ashes granulation, where the ash from fluidized bed boilers constitutes at least 90% of the charge dry matter.

Sposobami stosowanymi dla popiołów lotnych z kotłów tradycyjnych nie można granulować popiołów z kotłów fluidalnych, gdyż otrzymany granulat byłby mało trwały ze względu na postępującą reakcję wapna z wodą, co prowadzi do jego rozpadu. Proces granulowania popiołów fluidalnych jest ponadto trudny z uwagi na niekorzystną budowę poszczególnych ziaren popiołu oraz duże straty prażenia (w tym w znacznej części pochodzące z zawartości niespalonego węgla), co powoduje małą efektywność działania różnego rodzaju dodatków chemicznych wprowadzanych do wsadu popiołowego przed jego granulowaniem. Korzystną cechą popiołów fluidalnych są ich własności samowiążące, które zawdzięczają zawartym w nich nieprzereagowanym związkom takim jak: CaO, Ca(OH)₂, CaSO₄ równocześnie ze składnikami popiołu, CaCO3, oraz w mniejszych ilościach siarczanem i siarczynem sodu. Własności te sprawiają że z popiołów fluidalnych można otrzymać produkty o dużej wytrzymałości mechanicznejWith the methods used for fly ash from traditional boilers, it is not possible to granulate ashes from fluidized bed boilers, because the obtained granulate would not be stable due to the progressive reaction of lime with water, which leads to its decomposition. The fluidized ash granulation process is also difficult due to the unfavorable structure of individual ash grains and large losses on ignition (including, to a large extent, the unburned carbon content), which results in low effectiveness of various chemical additives introduced into the ash charge before its granulation. A favorable feature of fluidized ashes are their self-binding properties, which are due to the unreacted compounds contained therein, such as: CaO, Ca (OH) ₂ , CaSO ₄ simultaneously with ash components, CaCO3, and in smaller amounts with sodium sulphate and sulphite. These properties make it possible to obtain products with high mechanical strength from the fluidized ashes

Celem wynalazku jest sposób przetwarzania pyłowych odpadów z kotłów fluidalnych i wytwarzanie z nich trwałego i o ustabilizowanych własnościach granulatu, który może być gospodarczo wykorzystany w górnictwie, drogownictwie i rolnictwie lub ostatecznie może być składowany po niższych kosztach jako odpad obojętny dla środowiska.The object of the invention is a method of processing pulverized waste from fluidized bed boilers and producing a stable and stable granulate from it, which can be economically used in mining, road construction and agriculture, or finally can be landfilled at lower costs as inert waste for the environment.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że obróbkę hydrotermicznąpopiołu surowego prowadzi się na drodze mieszania popiołu surowego z dodatkiem uplastyczniającym w ilości 2 - 10% wagowych w stosunku do masy popiołu surowego, przy czym dodatek uplastyczniający wprowadza się do popiołu surowego w postaci wodnej zawiesiny o koncentracji 3 - 25% wagowych, a następnie mieszankę poddaje się granulowaniu, korzystnie na granulatorze wibracyjnym i wstępnemu sezonowaniu w znanych warunkach do uzyskania wytrzymałości na ściskanie do 2,0 MPa. Jako dodatki uplastyczniające stosuje się minerały ilaste, wapno pokarbidowe lub gips z procesów odsiarczania spalin.The essence of the method according to the invention consists in the fact that the hydrothermal treatment of the raw ash is carried out by mixing the raw ash with a plasticizing additive in the amount of 2 - 10% by weight in relation to the raw ash weight, while the plasticizing additive is introduced into the raw ash in the form of an aqueous suspension of % concentration 3 - 25% by weight, and then the mixture is granulated, preferably on a vibrating granulator, and pre-seasoned under known conditions to obtain a compressive strength of up to 2.0 MPa. Loam minerals, carbide lime or gypsum from flue gas desulphurization processes are used as plasticizing additives.

Realizacja sposobu według wynalazku przebiega na drodze wstępnego nawilżenia popiołu. Proces przebiega w mieszalniku, do którego dozowany jest popiół, wodna zawiesina dodatku uplastyczniającego oraz para wodna. Ilość wody z dodatkiem uplastyczniającym dozowanej do mieszalnika jak również zawartość dodatku w zawiesinie zależy od składu ziarnowego oraz wodożądności popiołu. Sumaryczna ilość wody wprowadzonej do mieszalnika w zawiesinie oraz w postaci pary wodnej wynosi od 30 do 65% a ilość dodatku od 2 do 10% w stosunku do masy suchego popiołu. Czas mieszania nawilżonej masy wynosi od 2 do 10 min, a temperatura końcowa mieszanki od 40 do 80°C. Wymaganą temperaturę wsadu w mieszalniku uzyskuje się dzięki wydzielaniu się ciepła wstępnej hydratacji popiołu a wymagany jej poziom regulowany jest dodatkiem pary wodnej. Gorący wsad podawany jest na urządzenie granulujące, korzystnie grudkownik talerzowy, gdzie w miarę potrzeby dodaje się wodę. Surowy granulat kierowany jest do izolowanych zbiorników, korzystnie ogrzewanych, gdzie ulega on wstępnemu sezonowaniu, w czasie którego uzyskuje wytrzymałość na ściskanie do 2,0 MPa. Korzystne warunki wstępnego sezonowania to wilgotność względna powyżej 90% oraz temperatura od 50 do 80°C. Czas utwardzania granulatu w tych warunkach jest krótki i wynosi ok. 8_godz. Po termicznym utwardzeniu granulat kierowany jest na otwartą przestrzeń magazynową, gdzie ulega dalszemu utwardzeniu i uzyskuje wytrzymałość na ściskanie od 3 do 8 MPa.The method according to the invention is carried out by pre-wetting the ash. The process takes place in a mixer to which ash, water suspension of plasticizing additive and steam are dosed. The amount of water with plasticizing additive dosed into the mixer as well as the content of the additive in the suspension depends on the grain composition and the ash water demand. The total amount of water introduced into the mixer in the slurry and in the form of steam is from 30 to 65%, and the amount of additive is from 2 to 10% in relation to the dry ash weight. The time of mixing the moistened mass is from 2 to 10 minutes, and the final temperature of the mixture is from 40 to 80 ° C. The required batch temperature in the mixer is achieved due to the heat of ash pre-hydration, and the required level is regulated by the addition of steam. The hot batch is fed to a granulating device, preferably a disc pelletizer, where water is added as required. The raw granulate is directed to insulated, preferably heated, tanks, where it undergoes pre-seasoning, during which it obtains a compressive strength of up to 2.0 MPa. Preferred conditions for preconditioning are relative humidity above 90% and a temperature of 50 to 80 ° C. The hardening time of the granulate in these conditions is short and amounts to approx. 8 hours. After thermal hardening, the granulate is directed to the open storage space, where it undergoes further hardening and obtains a compressive strength of 3 to 8 MPa.

Przykład:Example:

Mieszanie:Mixing:

Popiół fluidalny Zawiesina wodna gliny Para wodna CzasFluidized ash. Water suspension of clay. Water vapor

Temperatura końcowaFinal temperature

1000 k/ggodz1000 k / h

500 kg/godz (w tym glina 60 kg/godz) 20 I^^g<^<zz 4 min.500 kg / h (including clay 60 kg / h) 20 I ^^ g <^ <zz 4 min.

70°C70 ° C

177 951177 951

Granulowanie:Granulation:

Wsad z mieszalnika WodaThe feed from the mixer Water

TemperaturaTemperature

1517 k/godZz 40 kgkgodz 65°C1517 k / h Zz 40 kg kg h 65 ° C

Sezonowanie:Seasoning:

Wilgotność względna - 100%Relative humidity - 100%

Temperatura - 65°CTemperature - 65 ° C

Czas - 7 ooZz.Time - 7 ooZz.

W efekcie otrzymano granulat posiadający wytrzymałość na ściskanie 1,8 MPa, który po okresie 2 tygodni dalszego sezonowania w warunkach atmosferycznych w temperaturach dodatnich uzyskał wytrzymałość 3,° MPa.As a result, a granulate with a compressive strength of 1.8 MPa was obtained, which, after 2 weeks of further weathering in positive temperatures, obtained the strength of 3, ° MPa.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 70 copies. Price PLN 2.00.

Claims

Patent claims

1. The method of granulating fine-grained furnace waste from fluidized bed boilers, consisting in hydrothermal treatment of raw ash, granulation and hardening, characterized in that the hydrothermal treatment of raw ash is carried out by mixing raw ash with a plasticizing additive in the amount of 2 - 10% by weight in relation to raw ash mass, where the plasticizing additive is introduced to the raw ash in the form of an aqueous suspension with a concentration of 3 - 25% by weight, and then the mixture is granulated, preferably on a vibrating granulator, and pre-seasoned in known conditions to obtain the compressive strength up to 2, 0 MPa.

2. The method according to p. A method as claimed in claim 1, characterized in that clay minerals, carbide lime or gypsum from flue gas desulphurization processes are used as plasticizing additives.