Selekcja i separacja UPS doświadczenia i wynikające z nich potencjalne kierunki zastosowań. Jerzy Dyczek

Transkrypt

1 Selekcja i separacja UPS doświadczenia i wynikające z nich potencjalne kierunki zastosowań Jerzy Dyczek Seminarium: Innowacyjne rozwiązania w wykorzystaniu ubocznych produktów spalania (UPS) Kraków 14 listopada

2 Projekt (NCBiR, faza A): Analiza uwarunkowań oraz badania możliwości wykorzystania wybranych UPS w budownictwie i inżynierii lądowej Cel projektu: badania nad możliwością wykorzystania popiołów lotnych i mieszanek popiołowo-żużlowych w produkcji materiałów budowlanych, budownictwie i inżynierii lądowej. Zwiększenie efektywności i otwarcie nowych kierunków wykorzystania UPS uzyskano (między innymi) poprzez separację ziarnową popiołów suchych i UPS zalegających na składowiskach Selekcja poprzez odbieranie popiołu lotnego z różnych lei zsypowych elektrofilrtów Separacja pneumatyczna klasyfikatory turbinowe i pneumatyczne (różnicowanie właściwości fizyko-chemicznych) Mieszanka popiołowo żużlowa zalegająca na składowisku [MPŻ]. Podział na frakcje ziarnowe wymaga redukcji zawilgocenia 2

3 MPŻ. Frakcje 0-1mm i powyżej 1mm. Suszenie z wykorzystaniem energii słonecznej. Przesiewanie. Oddzielenie niespalonej biomasy ( 1 z 4) Poletka doświadczalne: m², m², m² Suszenie z wykorzystaniem energii słonecznej. Składowisko Pióry k/połańca Poletko doświadczalne 3000 m kwadr. Suszenie z wykorzystaniem energii słonecznej. Zabezpieczenie przed wodami opadowymi Schemat rozmieszczenia systemu rowów odwadniających i pryzm ograniczających spływ wód opadowych Sposób łączenia warstw folii dla ochrony powierzchni systemu rowów i pryzm oraz parceli badawczej na składowisku UPS w Połańcu 3

4 MPŻ. Frakcje 0-1mm i powyżej 1mm. Suszenie z wykorzystaniem energii słonecznej. Przesiewanie. Oddzielenie niespalonej biomasy ( 2 z 4) Poletko odkryte, przegarnianie i rozbijanie zbryleń, wysuszona MPŻ zapakowana w bigbagach 4

5 MPŻ. Frakcje 0-1mm i powyżej 1mm. Suszenie z wykorzystaniem energii słonecznej. Przesiewanie. Oddzielenie niespalonej biomasy ( 3 z 4) Przesiewanie wysuszonej MPŻ. Przesiewacz bębnowy 5

6 MPŻ. Frakcje 0-1mm i powyżej 1mm. Suszenie z wykorzystaniem energii słonecznej. Przesiewanie. Oddzielenie niespalonej biomasy ( 4 z 4) Frakcja (0,6 do 1,2) 4mm Frakcja pow. 4mm Straty prażenia 8 do 12%, wartość opałowa do ok J.g, dział w MPŻ 8 do 16% w zależności od wilgotności przesiewanej MPŻ Straty prażenia 8 do 16%, wartość opałowa do ok J.g, dział w MPŻ 4 do 11% w zależności od wilgotności przesiewanej MPŻ 6

7 Sposoby wyznaczania nominalnego wymiaru ziaren Nazwa Symbol Definicja Wymiar sitowy Wymiar powierzchniowy Wymiar objętościowy d a. = d 1 d s. = d 1 d V Minimalny wymiar boku oczka kwadratowego w sicie, przez które przeszło ziarno Średnica kuli o powierzchni takiej samej jak rozpatrywane ziarno ( 1,28 d s.) Średnica kuli o takiej samej objętości jak rozpatrywane ziarno ( 1,10 d s.) Wymiar projekcyjny d R Wymiar Stokes a d o (d St ) Średnica kuli o takiej samej powierzchni przekroju jak powierzchnia rzutu ziarna na płaszczyznę jego stabilnego położenia ( 1,41 d s.) Średnica kuli o takiej samej gęstości i opadającej w płynie z taką samą szybkością jak rozpatrywane ziarno. Przepływ zachodzi w obszarze laminarnym (Re<0,2), ( 0,97 d s.) Wymiar wg pow. właściwej Wymiar Fereta d sw d Fe Średnica kuli o takim samym stosunku powierzchni do objętości jak rozpatrywane ziarno Średnia odległość pomiędzy dwoma równoległymi liniami stycznymi do rzutu ziarna Wymiar Martina d Me Średnia długość cięciwy 7

8 Potencjalne kierunki zastosowań MPŻ i jej frakcji 1. Frakcja 0 ok. 1mm o zmniejszonych stratach prażenia i wilgotności do ok. 10%: drogownictwo, przemysł cementowy, betony 2. Frakcja pow. 1mm o zwiększonych stratach prażenia i wilgotności do ok. 10%: dodatek korygujący, zawierający niespaloną biomasę, wypalane ceramiczne materiały budowlana (poroterm, po rozdrobnieniu) 3. Niefrakcjonowana MPŻ, wysuszona do wilgotności ok. 15 i rozdrobniona Drogownictwo. Surowiec schudzający - Wypalane ceramiczne materiały budowlane. 8

9 Pneumatyczne frakcjonowanie popiołów lotnych (1 z 3) Na ziarno znajdujące się w strefie separacji działają następujące siły: F siła dynamiczna - bezwładności, G siła ciężkości, R siła oporu hydraulicznego, W siła wyporu hydrostatycznego ψ bezwymiarowy współczynnik oporu zależy do liczby Reynolds a i kształtu ziarna dv d d d v F m ; G m g; W g g; R g ; dt W separatorach turbinowych rozdział ziaren następuje w polu działania sił odśrodkowych d gr średnica ziarna granicznego Obok: v r prędkości obwodowej i v u prędkości unoszenia występuje też ρ m gęstość ziarna a ściślej mówiąc gęstość pozorna substancji z której (lub z których) zbudowane jest ziarno. Zatem, obok kryterium podziału na frakcje według wymiaru ziaren uwzględniamy ich gęstość (również pozorną) 9

10 Pneumatyczne frakcjonowanie pop. lotn. (2 z 4) Zróżnicowanie ziaren popiołów lotnych (OM) 10

11 Pneumatyczne frakcjonowanie pop. lotn. (3 z 4) Zróżnicowanie ziaren popiołów lotnych (SEM) Popiół K Popiół P MPŻ (PMS) 11

12 Pneumatyczne frakcjonowanie pop. lotn. (4 z 4) Zróżnicowanie chemiczne frakcji P-002 P-003 Popiół P Frakcje podstawowe P-002 Frakcja μm Frakcje dodatkowe Frakcja 0 45 μm Frakcja > 100 μm Udziały % Str. pr.% 5,46 8,85 2,74 3,25 Frakcja μm Udziały % Str. praż% 7,5 10,2 0,26 0,79 SiO 2 48,4 49,8 51,2 52,6 Al 2 O 3 18,8 19,9 23,0 24,8 Popiół K. Frakcje podstawowe K-002 Frakcja Frakcja Frakcja 0 30 μm μm > 100 μm Udziały % 27,1 28,5 43, ,7 27,1 Str. praż% 0,77 0,93 0,34 0,44 1,35 1,50 SiO 2 35,6 36,7 64,5 66,0 85, Al 2 O 3 8,0 9,1 6,3 6,9 2,1 3,75 CaO 31,1 32,4 13,6 14,8 2,1 3,6 SO 3 7,7 8,9 2,7 3,3 0,4 0,7 Popiół T. Frakcje podstawowe T-001 T-002 Frakcja 0 30 μm Frakcja > 30 μm Str. pr.% 1,8 5,1 2,1 4,8 CaO 20,2 33,0 10,1 20,3 SO 3 8,1 14,6 3,6 7,7 12

13 Kierunki zastosowania frakcji popiołów lotnych Prognozy zapotrzebowania. Popiół P i MPŻ (1 z 3) P/F0-100 Kierunki zastosowania dodatek do cementów i betonów P/Fpow.100 drogownictwo, kruszywo, materiał uszarstniający P/F0-45 wypalane ceramiczne materiały budowlane P/F wypalane ceramiczne materiały budowlane Prognozy zapotrzebowania według wstępnych uzgodnień z odbiorcami P/F0-100 i P/Fpow.100: uzgodnienia w toku P/F0-45 P/F Mg/miesiąc oczekiwane Mg/miesiąc Mg/miesiąc oczekiwane 2 600Mg/miesiąc Ponadto mieszanka popiołowo-żużlowa PMŻ przetworzona; skrót kodowania: PMS 3450Mg/miesiąc oczekiwane 6 000Mg/miesiąc 13

14 Kierunki zastosowania frakcji popiołów lotnych Prognozy zapotrzebowania. Popiół K (2 z 3) Kierunki zastosowania K/F0-30 dodatek do cementu i betonu w cementach murarskich autoklawizowane materiały budowlane, suche zaprawy wyroby wibroprasowane cementy specjalne K/F dodatek do cementu i betonu autoklawizowane materiały budowlane, suche zaprawy wyroby wibroprasowane Prognozy zapotrzebowania: uzgodnienia w toku K/Fpow. 100 sucha mączka kwarcowa 14

15 Kierunki zastosowania frakcji popiołów lotnych Prognozy zapotrzebowania. Popiół T (3 z 3) Zmienność właściwości tych popiołów i znaczna wodożądność utrudnia efektywne frakcjonowanie. Kierunki zastosowania T/Fpow.30 popiół T wyroby wibroprasowane drogownictwo cementy specjalne zaprawy i tynki Popiół T wyróżnia się składem mineralnym i kształtem ziaren tlenek i siarczan wapnia metakaolinit Ulepszenie rozdziału ziaren ze względu na skład mineralny różnice ciężaru objętościowego powinno otworzyć nowe kierunki zastosowań 15

16 DZIĘKUJE ZA UWAGĘ 16

17 Know-how dotyczących Projektu IniTech Analiza uwarunkowań oraz badania możliwości wykorzystania wybranych UPS w budownictwie i inżynierii lądowej Drogownictwo 4 zgłoszenia dotyczące hydraulicznych spoiw drogowych 1 zgłoszenie dotyczące mieszanek drogowych na podbudowy Betony 3 zgłoszenia dotyczące betonów konstrukcyjnych i chudych Cementy murarskie 3 zgłoszenia (MC 5, MC 12,6X, MC 22X) Cementy specjalne bez skurczowe, ekspansywne i górnicze 1 patent zgłoszony, 1 zgłoszenie know-how Cement romański 1 zgłoszenie know-how Zaprawy tynkarskie, murarskie i klejowe 5 zgłoszeń Produkcja klinkieru zawierającego kompleks Kleina 1 zgłoszenie Ogółem 19 zgłoszeń know-how, 1 zgłoszenie patentowe. 17