Vòi phun FGD bằng cacbua silic dùng cho quá trình khử lưu huỳnh trong nhà máy điện.

Vòi phun hấp thụ khử lưu huỳnh khí thải (FGD)
Loại bỏ oxit lưu huỳnh, thường được gọi là SOx, khỏi khí thải bằng cách sử dụng chất kiềm, chẳng hạn như hỗn hợp đá vôi ướt.

Khi nhiên liệu hóa thạch được sử dụng trong các quá trình đốt cháy để vận hành nồi hơi, lò nung hoặc các thiết bị khác, chúng có khả năng thải ra SO2 hoặc SO3 như một phần của khí thải. Các oxit lưu huỳnh này dễ dàng phản ứng với các nguyên tố khác để tạo thành các hợp chất có hại như axit sulfuric và có khả năng ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người và môi trường. Do những tác động tiềm tàng này, việc kiểm soát hợp chất này trong khí thải là một phần thiết yếu của các nhà máy điện đốt than và các ứng dụng công nghiệp khác.

Do lo ngại về sự xói mòn, tắc nghẽn và tích tụ, một trong những hệ thống đáng tin cậy nhất để kiểm soát các khí thải này là quy trình khử lưu huỳnh khí thải ướt tháp hở (FGD) sử dụng đá vôi, vôi tôi, nước biển hoặc dung dịch kiềm khác. Vòi phun có khả năng phân phối hiệu quả và đáng tin cậy các hỗn hợp bùn này vào tháp hấp thụ. Bằng cách tạo ra các mẫu giọt có kích thước phù hợp đồng đều, các vòi phun này có thể tạo ra diện tích bề mặt cần thiết cho quá trình hấp thụ hiệu quả đồng thời giảm thiểu sự cuốn theo dung dịch làm sạch vào khí thải.

Lựa chọn vòi phun hấp thụ FGD:
Các yếu tố quan trọng cần xem xét:

Mật độ và độ nhớt của môi trường tẩy rửa
Kích thước giọt yêu cầu
Kích thước giọt phù hợp là yếu tố thiết yếu để đảm bảo tỷ lệ hấp thụ tối ưu.
Vật liệu vòi phun
Do khí thải thường có tính ăn mòn và dung dịch làm sạch thường là hỗn hợp sệt có hàm lượng chất rắn cao và đặc tính mài mòn, việc lựa chọn vật liệu chống ăn mòn và mài mòn phù hợp là rất quan trọng.
Khả năng chống tắc nghẽn vòi phun
Vì dung dịch rửa thường là hỗn hợp sệt có hàm lượng chất rắn cao, việc lựa chọn vòi phun có khả năng chống tắc nghẽn là rất quan trọng.
Kiểu phun và vị trí của vòi phun
Để đảm bảo quá trình hấp thụ diễn ra hiệu quả, cần bao phủ hoàn toàn dòng khí mà không có đường vòng và đảm bảo thời gian lưu trú đủ dài.
Kích thước và loại kết nối vòi phun
Lưu lượng chất lỏng tẩy rửa cần thiết
Độ giảm áp suất khả dụng (∆P) trên vòi phun
∆P = áp suất cấp tại cửa vào vòi phun – áp suất quá trình bên ngoài vòi phun
Các kỹ sư giàu kinh nghiệm của chúng tôi có thể giúp xác định loại vòi phun nào sẽ hoạt động theo đúng yêu cầu thiết kế của bạn.
Ứng dụng và ngành công nghiệp phổ biến của vòi phun hấp thụ FGD:
Các nhà máy điện than và nhiên liệu hóa thạch khác
Nhà máy lọc dầu
Lò đốt rác thải đô thị
Lò nung xi măng
Nhà máy luyện kim

Bảng dữ liệu vật liệu SiC

Nhược điểm của vôi/đá vôi

Như thể hiện trong Hình 1, hệ thống FGD sử dụng quá trình oxy hóa cưỡng bức bằng vôi/đá vôi (LSFO) bao gồm ba hệ thống con chính:

• Chuẩn bị, xử lý và bảo quản thuốc thử
• Bình hấp thụ
• Xử lý chất thải và sản phẩm phụ

Quá trình chuẩn bị chất phản ứng bao gồm việc vận chuyển đá vôi nghiền (CaCO3) từ silo chứa đến bể cấp liệu có khuấy. Hỗn hợp đá vôi dạng sệt thu được sau đó được bơm vào bình hấp thụ cùng với khí thải lò hơi và không khí oxy hóa. Các vòi phun tạo ra các giọt chất phản ứng nhỏ, sau đó chảy ngược chiều với khí thải đi vào. SO2 trong khí thải phản ứng với chất phản ứng giàu canxi để tạo thành canxi sunfit (CaSO3) và CO2. Không khí được đưa vào bình hấp thụ thúc đẩy quá trình oxy hóa CaSO3 thành CaSO4 (dạng ngậm nước).

Các phản ứng cơ bản của LSFO là:

CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2 · 2H2O

Bùn đã oxy hóa sẽ tích tụ ở đáy thiết bị hấp thụ và sau đó được tái chế cùng với thuốc thử mới trở lại các đầu vòi phun. Một phần dòng tái chế được rút về hệ thống xử lý chất thải/sản phẩm phụ, thường bao gồm các thiết bị tách ly tâm thủy lực, bộ lọc trống hoặc băng tải, và một bể chứa nước thải/dung dịch khuấy trộn. Nước thải từ bể chứa được tái chế trở lại bể cấp thuốc thử đá vôi hoặc đến thiết bị tách ly tâm thủy lực, nơi phần tràn được loại bỏ dưới dạng nước thải.

Sơ đồ quy trình rửa ướt cưỡng bức bằng vôi/đá vôi điển hình.

Các hệ thống LSFO ướt thường đạt hiệu quả loại bỏ SO2 từ 95-97%. Tuy nhiên, việc đạt mức trên 97,5% để đáp ứng các yêu cầu kiểm soát khí thải là khó khăn, đặc biệt đối với các nhà máy sử dụng than có hàm lượng lưu huỳnh cao. Có thể thêm chất xúc tác magie hoặc nung đá vôi thành vôi hoạt tính cao hơn (CaO), nhưng những sửa đổi như vậy liên quan đến việc bổ sung thiết bị nhà máy và chi phí nhân công và điện năng tương ứng. Ví dụ, việc nung thành vôi đòi hỏi phải lắp đặt một lò nung vôi riêng biệt. Ngoài ra, vôi dễ bị kết tủa và điều này làm tăng khả năng hình thành cặn trong thiết bị lọc.

Chi phí nung vôi bằng lò nung vôi có thể được giảm bớt bằng cách bơm trực tiếp đá vôi vào buồng đốt lò hơi. Trong phương pháp này, vôi được tạo ra trong lò hơi sẽ được mang theo khí thải vào thiết bị lọc khí. Các vấn đề có thể xảy ra bao gồm đóng cặn trong lò hơi, cản trở quá trình truyền nhiệt và vôi bị bất hoạt do cháy quá mức trong lò hơi. Hơn nữa, vôi làm giảm nhiệt độ dòng chảy của tro nóng chảy trong lò hơi đốt than, dẫn đến sự hình thành các cặn rắn mà nếu không có vôi sẽ không xảy ra.

Nước thải lỏng từ quy trình LSFO thường được dẫn đến các hồ ổn định cùng với nước thải lỏng từ các bộ phận khác trong nhà máy điện. Nước thải lỏng từ quá trình khử lưu huỳnh khí thải (FGD) có thể bão hòa các hợp chất sunfit và sunfat, và các yếu tố môi trường thường hạn chế việc thải nước thải này ra sông, suối hoặc các nguồn nước khác. Ngoài ra, việc tái chế nước thải/nước lỏng trở lại hệ thống lọc khí có thể dẫn đến sự tích tụ các muối natri, kali, canxi, magiê hoặc clorua hòa tan. Các chất này cuối cùng có thể kết tinh trừ khi có đủ lượng nước thải được xả ra để giữ nồng độ muối hòa tan dưới mức bão hòa. Một vấn đề khác là tốc độ lắng chậm của chất rắn thải, dẫn đến nhu cầu về các hồ ổn định lớn, có dung tích cao. Trong điều kiện điển hình, lớp lắng trong hồ ổn định có thể chứa 50% hoặc hơn pha lỏng ngay cả sau vài tháng lưu trữ.

Canxi sunfat thu hồi từ bùn tái chế của thiết bị hấp thụ có thể chứa hàm lượng đá vôi chưa phản ứng và tro canxi sunfit cao. Những chất gây ô nhiễm này có thể ngăn cản việc bán canxi sunfat dưới dạng thạch cao tổng hợp để sử dụng trong sản xuất ván tường, thạch cao trát và xi măng. Đá vôi chưa phản ứng là tạp chất chiếm ưu thế trong thạch cao tổng hợp và cũng là tạp chất phổ biến trong thạch cao tự nhiên (khai thác). Mặc dù bản thân đá vôi không ảnh hưởng đến các đặc tính của sản phẩm ván tường cuối cùng, nhưng tính chất mài mòn của nó gây ra các vấn đề mài mòn cho thiết bị chế biến. Canxi sunfit là một tạp chất không mong muốn trong bất kỳ loại thạch cao nào vì kích thước hạt mịn của nó gây ra các vấn đề đóng cặn và các vấn đề chế biến khác như rửa bánh và khử nước.

Nếu chất rắn sinh ra trong quá trình LSFO không thể bán được trên thị trường dưới dạng thạch cao tổng hợp, điều này sẽ gây ra vấn đề xử lý chất thải đáng kể. Đối với lò hơi 1000 MW đốt than có hàm lượng lưu huỳnh 1%, lượng thạch cao tạo ra ước tính khoảng 550 tấn/ngày. Đối với cùng nhà máy đó đốt than có hàm lượng lưu huỳnh 2%, sản lượng thạch cao tăng lên khoảng 1100 tấn/ngày. Cộng thêm khoảng 1000 tấn/ngày cho tro bay, tổng lượng chất thải rắn sẽ lên đến khoảng 1550 tấn/ngày đối với trường hợp than có hàm lượng lưu huỳnh 1% và 2100 tấn/ngày đối với trường hợp than có hàm lượng lưu huỳnh 2%.

Ưu điểm của EADS

Một công nghệ thay thế đã được chứng minh cho phương pháp lọc LSFO là thay thế đá vôi bằng amoniac làm chất phản ứng để loại bỏ SO2. Các công đoạn nghiền, lưu trữ, xử lý và vận chuyển chất phản ứng rắn trong hệ thống LSFO được thay thế bằng các bể chứa đơn giản cho amoniac dạng dung dịch hoặc khan. Hình 2 thể hiện sơ đồ quy trình của hệ thống EADS do JET Inc. cung cấp.

Amoniac, khí thải, không khí oxy hóa và nước xử lý đi vào một thiết bị hấp thụ chứa nhiều tầng vòi phun. Các vòi phun tạo ra các giọt nhỏ chứa chất phản ứng amoniac để đảm bảo chất phản ứng tiếp xúc chặt chẽ với khí thải đi vào theo các phản ứng sau:

(1) SO2 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO3

(2) (NH4)2SO3 + ½O2 → (NH4)2SO4

SO2 trong dòng khí thải phản ứng với amoniac ở nửa trên của bình hấp thụ để tạo ra amoni sunfit. Phần đáy của bình hấp thụ đóng vai trò là bể oxy hóa, nơi không khí oxy hóa amoni sunfit thành amoni sunfat. Dung dịch amoni sunfat thu được được bơm trở lại các đầu phun ở nhiều mức khác nhau trong bình hấp thụ. Trước khi khí thải đã được làm sạch thoát ra khỏi đỉnh bình hấp thụ, nó đi qua một bộ tách sương để kết tụ các giọt chất lỏng lẫn trong khí và giữ lại các hạt mịn.

Phản ứng giữa amoniac với SO2 và quá trình oxy hóa sunfit thành sunfat đạt được hiệu suất sử dụng thuốc thử cao. Cứ mỗi pound amoniac tiêu thụ thì thu được bốn pound amoni sunfat.

Tương tự như quy trình LSFO, một phần dòng tuần hoàn chất phản ứng/sản phẩm có thể được rút ra để tạo ra sản phẩm phụ thương mại. Trong hệ thống EADS, dung dịch sản phẩm được bơm đến hệ thống thu hồi chất rắn bao gồm thiết bị tách ly tâm và máy ly tâm để cô đặc sản phẩm amoni sulfat trước khi sấy khô và đóng gói. Tất cả chất lỏng (nước tràn từ thiết bị tách ly tâm và nước ly tâm) được dẫn trở lại bể chứa bùn và sau đó được đưa trở lại dòng tuần hoàn amoni sulfat của thiết bị hấp thụ.

• Hệ thống EADS cung cấp hiệu quả loại bỏ SO2 cao hơn (>99%), giúp các nhà máy điện đốt than linh hoạt hơn trong việc pha trộn các loại than rẻ hơn, có hàm lượng lưu huỳnh cao hơn.
• Trong khi các hệ thống LSFO tạo ra 0,7 tấn CO2 cho mỗi tấn SO2 được loại bỏ, quy trình EADS không tạo ra CO2.
• Do vôi và đá vôi ít phản ứng hơn so với amoniac trong việc loại bỏ SO2, nên cần tiêu thụ nhiều nước và năng lượng bơm hơn để đạt được tốc độ tuần hoàn cao. Điều này dẫn đến chi phí vận hành cao hơn đối với các hệ thống LSFO.
• Chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống EADS tương tự như chi phí xây dựng hệ thống LSFO. Như đã đề cập ở trên, trong khi hệ thống EADS yêu cầu thiết bị xử lý và đóng gói sản phẩm phụ amoni sulfat, thì các cơ sở chuẩn bị thuốc thử liên quan đến LSFO không cần thiết cho việc nghiền, xử lý và vận chuyển.

Ưu điểm nổi bật nhất của EADS là loại bỏ cả chất thải lỏng và chất thải rắn. Công nghệ EADS là quy trình không thải chất lỏng, nghĩa là không cần xử lý nước thải. Sản phẩm phụ amoni sulfat dạng rắn dễ dàng bán được; amoni sulfat là loại phân bón và thành phần phân bón được sử dụng nhiều nhất trên thế giới, với dự báo thị trường toàn cầu sẽ tăng trưởng đến năm 2030. Ngoài ra, mặc dù việc sản xuất amoni sulfat cần máy ly tâm, máy sấy, băng tải và thiết bị đóng gói, nhưng những thiết bị này không độc quyền và có sẵn trên thị trường. Tùy thuộc vào điều kiện kinh tế và thị trường, phân bón amoni sulfat có thể bù đắp chi phí cho quá trình khử lưu huỳnh khí thải bằng amoni và có khả năng mang lại lợi nhuận đáng kể.

Sơ đồ quy trình khử lưu huỳnh amoniac hiệu quả

Công ty TNHH Gốm sứ Đặc biệt Sơn Đông Zhongpeng là một trong những nhà cung cấp giải pháp vật liệu gốm silicon carbide mới lớn nhất tại Trung Quốc. Gốm kỹ thuật SiC: Độ cứng Mohs là 9 (độ cứng Mohs mới là 13), có khả năng chống ăn mòn và mài mòn tuyệt vời, khả năng chống mài mòn và chống oxy hóa vượt trội. Tuổi thọ của sản phẩm SiC dài hơn 4 đến 5 lần so với vật liệu alumina 92%. Độ bền uốn (MOR) của RBSiC cao hơn 5 đến 7 lần so với SNBSC, có thể được sử dụng cho các hình dạng phức tạp hơn. Quy trình báo giá nhanh chóng, giao hàng đúng hẹn và chất lượng hàng đầu. Chúng tôi luôn kiên trì theo đuổi mục tiêu và cống hiến hết mình cho xã hội.