Testy weryfikacyjne separacji powietrznej popiołów lotnych

Do testów weryfikacyjnych separacji powietrznej wykorzystano popiół lotny pochodzący ze zbiorników retencyjnych materiału jakościowego jednostek JP1, JP3, JP4 oraz JP5. Skrócona charakterystyka wykorzystanej nadawy przedstawiona została w Tabeli 18. Przekazany na testy materiał nie był zanieczyszczony amoniakiem.

Tab. 18. Testy weryfikacyjne separacji powietrznej – charakterystyka nadawy.

Popiół Miałkość

W Tabeli 18 przy wartościach średnich poszczególnych parametrów wskazano informację o zaobserwowanym odchyleniu poszczególnych parametrów od średniej.

Na podstawie danych zawartych w Tabeli 18 wyraźnie widoczna jest różnica w specyfice nadawy pochodzącej z różnych lokalizacji produkcyjnych. W przypadku JP3 oraz JP4 materiał charakteryzował się miałkością powyżej 40% (nie spełniał wymagań normy N1). W zakresie uziarnienia warto również zwrócić uwagę na wartość D90 dla materiałów pobranych z JP1, JP3 oraz JP5. Kształtował się on zdecydowanie poniżej średniej wartości dla nadawy z testów wstępnych (Tab. 17, D90 = 219 ± 38 µm). W materiale o tak niskim parametrze D90, ziarna popiołu nie są między sobą znacznie zróżnicowane pod kątem średnicy. Może to negatywnie wpływać na przebieg procesu separacji powietrznej poprzez utrudnienie wyboru optymalnych nastaw urządzeń i brak możliwości rozdziału materiału o precyzyjnie zadanych parametrach. Pod kątem zawartości części palnych, popiół lotny przekazany na testy separacji spełniał wymagania kategorii A, z wyjątkiem materiału pochodzącego z lokalizacji JP3. W zakresie strat prażenia, jakość popiołu pochodzącego z JP5 jest porównywalna do zmierzonej w trakcie inwentaryzacji oraz testów wstępnych separacji.

Dla uproszczenia opisu wyników uzyskanych w testach weryfikacyjnych, ponownie przywołano schemat procesu separacji w testach weryfikacyjnych (Fig. 17). W opisie uzyskanych wyników zastosowano analogiczne do testów wstępnych nazewnictwo pozyskanych frakcji. Materiał otrzymany w pierwszym kroku separacji nazywany będzie frakcją drobną F1 lub frakcją odpadową/grubą C1. Materiał pochodzący z drugiego kroku separacji nazywany będzie frakcją

ultradrobną, drobną F2 oraz frakcją odpadową/grubą C2. Dodatkowy krok separacji, pozyskiwanie materiału drobnego F3 przeprowadzono tylko na urządzeniach Sturtevant oraz Bradley. W jego wyniku postała również frakcja gruba/odpadowa C3.

Fig. 17. Schemat testów weryfikacyjnych separacji powietrznej.

Przed przystąpieniem do testów weryfikacyjnych, dla każdego z typów urządzeń oraz nadawy obliczono teoretyczne przewidywane wypady frakcji F1. Do obliczeń wykorzystano informacje o ilości frakcji F1 pozyskanej w testach wstępnych dla poszczególnych typów urządzeń (Fig. 43) oraz miałkości nadaw w kolejnych big-bagach (Tab. 18). Zastosowano wzór W4.

(W 4)

Zdolność urządzenia do separowania popiołu dla wszystkich trzech Dostawców określono na poziomie 85%. Obliczone wartości zestawiono w Tabeli 19. Posłużyły one do oszacowania na ile, w oparciu o parametry jakościowe nadawy, możliwe jest przewidywanie uzyskiwanej ilości frakcji F1.

Tab. 19. Przewidywane wypady frakcji F1 w testach weryfikacyjnych separacji powietrznej.

JP Dostawca Oznaczenie

Dane z testów weryfikacyjnych przeanalizowano pod kątem miałkości oraz TOC zmierzonych dla materiałów frakcji F1, F2, F3 oraz C1. Dane przedstawiono osobno dla każdej lokalizacji produkcyjnej (JP1 – Fig. 46, JP3 – Fig. 47, JP4 – Fig. 48, JP5 – Fig. 49). Wypad frakcji drobnej wyznaczono korzystając ze wzoru W2. Frakcja C1 uwzględniona została w zestawieniu jako nadawę w procesie reklasyfikacji i pozyskania frakcji F3 (Fig. 46 – Fig. 49, pkt. d). Dla każdej grupy rodzaj separatora – lokalizacja pochodzenia nadawy – frakcja; wytypowano próbę separacji o najlepszych z dostępnych parametrach. Pod uwagę brana była jakość uzyskiwanego produktu (miałkość i LOI) oraz parametry pracy urządzenia i uzyskiwanej frakcji drobnej. Wytypowane próby oznaczono zielonym okręgiem.

JP1

a) b)

c) d)

e) f)

Fig. 46. Wyniki testów weryfikacyjnych separacji powietrznej popiołu z JP1 a) F1 Bradley, b) F1 - Sturtevant, c) F1 Metso, d) C1 e) F2, f) F3.

Próbki z tych testów wytypowanych jako najlepsze, przekazane zostały na dodatkowe analizy laboratoryjne na zgodność z normą N1. Przy dwóch, podobnych pod kątem jakości uzyskiwanego materiału i parametrów operacyjnych, próbach separacji, decydujące w wyborze próbki do dalszych analiz było posiadanie masy materiału wystarczającej do wykonania badań (wymagane min 3kg).

Dostawca urządzeń Bradley zaraportował, iż w trakcie separacji nadawy z JP1 wystąpiły problemy z doborem optymalnych parametrów procesu separacji oraz jego stabilizacją. Powiązał to z mało zróżnicowanym rozkładem ziarnowym nadawy przy jednoczesnej niskiej miałkości. Podobnych problemów eksploatacyjnych nie zauważono w trakcie testów na pozostałych typach urządzeń.

Pomimo napotkanych trudności na urządzeniach wszystkich dostawców udało się osiągnąć cel, czyli produkcję popiołu kategorii S o miałkości poniżej 12% (Fig. 46, a-c). Produkt ten, dla wszystkich producentów charakteryzował się średnim LOI poniżej 5%, okresowo obserwowano jednak przekroczenia wartości normowej, w szczególności dla próbek otrzymanych na klasyfikatorach firmy Metso. Najwyższy uzysk frakcji F1 otrzymano na separatorach Bradley – średnio 74% mas.

W przypadku Metso było to 65%, a dla Sturtevant 66%. Wartości te są zbieżne lub nieco wyższe w porównaniu z przewidywanym wypadem obliczonym przed testami (Tab. 19). W zakresie separacji frakcji ultradrobnej, na urządzeniach Bradley zaobserwowano wyższe wypady niż w Sturtevant (Fig.

46, e), przy jednoczesnym zachowaniu wymagań odnośnie uziarnienia produktu. Niezależnie od zastosowanego urządzenia, frakcja ultradrobna charakteryzowała się zawartością LOI na poziomie około 7%, co plasuje ją jako produkt kategorii B. Niższą zawartość LOI we frakcji F2 uzyskiwano na urządzeniach firmy Sturtevant (średnia 6,42%). W przypadku reklasyfikacji frakcji odpadowej C1, na obu typach urządzeń dla których wykonano test, uzyskano materiał drobny podobny parametrami miałkości oraz LOI do nadawy.

Również dla nadawy pochodzącej z JP3, na urządzeniach wszystkich Dostawców udało się osiągnąć cel pierwszego kroku separacji, czyli produkcję popiołu kategorii S (Fig. 47, a-c). Uzyskano niższe wypady frakcji F1 niż dla nadawy z JP1. Najwyższy uzysk frakcji F1, wynoszący średnio 66%, zaobserwowano ponownie na urządzeniach Bradley. Na urządzeniach Metso wartość ta wynosiła 54%, a dla Sturtevant 55%. Wartości te są zbieżne do wypadu możliwego do uzyskania, przewidywanego przed testami (Tab. 19). Średnio popiół drobny F1, niezależnie od użytego separatora, charakteryzował się LOI powyżej 5%. Jest to związane z bardzo wysoką zawartością LOI w surowej nadawie. Frakcja ultradrobna F2 (Fig. 47, e) charakteryzowała się bardzo wysokim LOI wynoszącym 7,84 – 9,55% (popiół kategorii C lub poza klasyfikacją normy N1), uzyskano również jej niskie wypady. Niższą zawartość LOI we frakcji F2 uzyskiwano na urządzeniach firmy Sturtevant.

W przypadku trzeciego kroku separacji (Fig. 47, f) na obu typach urządzeń dla których wykonano próby, wyseparowano materiał drobny (F3), podobny parametrami miałkości oraz LOI do nadawy.

JP3

a) b)

c) d)

e) f)

Fig. 47. Wyniki testów weryfikacyjnych separacji powietrznej popiołu z JP3 a) F1 Bradley, b) F1 - Sturtevant, c) F1 Metso, d) C1 e) F2, f) F3.

W przypadku nadawy pochodzącej z JP4 na wszystkich typach urządzeń możliwa była również produkcja popiołu kategorii S (Fig. 48, a-c). Pozyskany popiół drobny (F1) charakteryzował się LOI poniżej 5%. Najniższą średnią wartość LOI zarejestrowano dla próbek F1 rozseparowanych w Bradley.

Również na urządzeniach Bradley uzyskano największy średni wypad frakcji F1 wynoszący 60%.

Wartość ta jest wyższa niż możliwy do uzyskania wypad, obliczony przed testami (Tab. 19). Dla urządzeń Metso uzyskiwano 51% mas. frakcji F1, a dla Sturtevant 58%.

JP4

a) b)

c) d)

e) f)

Fig. 48. Wyniki testów weryfikacyjnych separacji powietrznej popiołu z JP4 a) F1 Bradley, b) F1 - Sturtevant, c) F1 Metso, d) C1 e) F2, f) F3.

Frakcja ultradrobna wyseparowana z popiołu z JP4, charakteryzowała się LOI powyżej 5% (Fig. 48, e). Niższą wartość zmierzono ponownie dla produktów pochodzących z separatorów Sturtevant.

Reklasyfikacja materiału odpadowego C1, na obu typach urządzeń dla których wykonano próby, pozwoliła na uzyskanie materiału drobnego F3 podobnego parametrami miałkości oraz LOI do nadawy (Fig. 48, f).

Dane na temat wyników separacji popiołu lotnego z JP5 zestawiono na Figurze 49.

JP5

a) b)

c) d)

e) f)

Fig. 49. Wyniki testów weryfikacyjnych separacji powietrznej popiołu z JP5 a) F1 Bradley, b) F1 - Sturtevant, c) F1 Metso, d) C1 e) F2, f) F3.

Zgodnie z przekazanymi od operatorów urządzeń informacjami, popiół z JP5 najlepiej ze wszystkich materiałów poddawał się procesowi klasyfikacji. Nie napotkano problemów z doborem optymalnych warunków oraz utrzymaniem stabilności procesu. Niezależnie od zastosowanego urządzenia uzyskano popiół lotny kategorii S z wysoką sprawnością (Fig. 49, a-c). Najwyższy wypad frakcji F1 odnotowano ponownie dla urządzeń Bradley (średnio 66%), a najniższy dla urządzeń Metso

(średnio 59%). Produkt kategorii S, dla testów u wszystkich Dostawców, charakteryzował się średnim LOI poniżej 4%. Najwyższą zawartość LOI we frakcji F1 otrzymano na urządzeniach Metso. Niezależnie od zastosowanego urządzenia, uzyskano niski wypad frakcji ultradrobnej F2 (Fig. 49, e). Materiał charakteryzował się również zawartością LOI powyżej 5% (popiół kategorii B). Najniższą zawartość LOI we frakcji F2 uzyskiwano na urządzeniach firmy Sturtevant (średnia 5,88%). Również dla materiałów separowanych z nadawy N_JP5 powiodła się próba odzysku z materiału odpadowego C1, popiołu o parametrami miałkości oraz LOI zbliżonych do nadawy (Fig. 49, f).

Poza wybranymi materiałami F1, F2, F3 (pochodzącymi z prób separacji o najlepszych warunkach), do testów na zgodność z normą N1 wytypowano dodatkowe próbki. Wybrano je w oparciu o nietypowy przebieg procesu separacji, w celu oceny ich parametrów fizyko-chemicznych pod kątem optymalizacji schematu prowadzenia procesu separacji lub pod kątem poszukiwania możliwych kierunków ich zagospodarowania. Tabela 20 zawiera zestawienie próbek dodatkowych wraz z opisem celu wykonania szczegółowych analiz. Wytypowane materiały zebrane z filtrów workowych (F2*) oraz frakcji C2 nie zostały uwzględnione na Figurach 46 – 49. Ich charakterystykę pod kątem uziarnienia, LOI wypadu masowego zestawiono w Tabeli 21.

Na analizy na zgodność z normą N1 przekazano łącznie 60 próbek charakteryzujących się:

 Strata prażenia – 2 próbki otrzymane z nadawy z JP3 charakteryzowały się wartością LOI >9%;

pozostałe zaliczają się do kategorii A – 35 szt, kategorii B – 21 szt, kategorii C – 2 szt.

 Miałkość – 6 próbek otrzymanych z nadawy z JP3, JP4, JP5, charakteryzowało się miałkością powyżej 40%; pozostałe próbki zaliczają się do kategorii N – 18 szt oraz kategorii S – 36 szt.

Tab. 20. Zestawienie próbek dodatkowych przekazanych na analizy na zgodność z normą N1.

Lp. Materiał Uzasadnienie

1 JP1-S-F2-29

W trakcie jednej z prób separacji frakcji F2 na urządzeniach Sturtevant (Fig. 46, b, próbka nr 29) celowo obniżono wymagania co do miałkości otrzymywanego materiału celem uzyskania jego zwiększonego wypadu. Materiał ten (JP1-S-F2-29) został przekazany do dalszych analiz celem oceny różnic w parametrach wytrzymałościowych otrzymywanego z jego udziałem betonu.

2 JP1-M-F1-03

Ponieważ firma Metso nie dysponuje urządzeniami do separacji materiału ultradrobnego, do dalszych analiz przekazano najdrobniejszym materiał jaki udało się uzyskać na urządzeniach Metso w pierwszym kroku separacji. Celem jest weryfikacja różnic w parametrach użytkowych tego materiału w porównaniu do frakcji F2 pozyskiwanej na innych urządzeniach. Pozwoli to ocenić, na ile pogłębienie separacji polepsza parametry użytkowe uzyskiwanych frakcji.

3 JP4-B-F1-02

Materiał pochodził z pierwszego kroku separacji nadawy z JP4 na urządzeniach firmy Bradley. W teście tym uzyskano z zadowalającą wydajnością materiał o miałkości ~3,5%. Dodatkowe analizy wykonano w celu oceny, na ile pogłębienie separacji polepsza parametry użytkowe uzyskiwanego materiału.

4 2 próbki popiołu z filtrów workowych

W trakcie testów separacji prowadzonych na urządzeniach Sturtevant, pobrano cztery próby materiału z filtrów workowych po wykonaniu prób separacji frakcji F1. Charakteryzowały się one miałkością podobną do frakcji F2 (d90 < 10 µm) oraz zawartością LOI średnio na poziomie 4,27%. Próbki te oznaczono jako F2*.

Dodatkowe analizy wykonano w celu porównania właściwości użytkowych materiałów F2 oraz F2*.

5 12 próbek frakcji C2

Pod kątem miałkości oraz zawartości LOI materiał ten jest podobny do frakcji F1. Uzyskane wyniki pozwolą ocenić na ile usunięcie najdrobniejszych frakcji popiołowych wpływa na obniżenie parametrów jakościowych frakcji odpadowej. Będzie to miało wpływ na możliwe kierunki jej dalszego zagospodarowania

Tab. 21. Charakterystyka próbek popiołu lotnego frakcji F2* oraz C2 przekazanych na testy na

‘ próbki połączono w jedną (JP5-B-C2-01/02) i przekazano do analiz

” próbki połączono w jedną (JP3-B-C2-01/02) i przekazano do analiz