أنظمة وفوهات إزالة الكبريت من غازات المداخن

ينتج عن احتراق الفحم في محطات توليد الطاقة نفايات صلبة، مثل الرماد القاعي والرماد المتطاير، وغازات مداخن تُطلق في الغلاف الجوي. وتُلزم العديد من المحطات بإزالة انبعاثات أكاسيد الكبريت من غازات المداخن باستخدام أنظمة إزالة الكبريت من غازات المداخن. وتُعدّ تقنيات إزالة الكبريت من غازات المداخن الثلاث الأكثر شيوعًا في الولايات المتحدة هي: الغسل الرطب (85% من المنشآت)، والغسل الجاف (12%)، وحقن المواد الماصة الجافة (3%). وتزيل أجهزة الغسل الرطب عادةً أكثر من 90% من أكاسيد الكبريت، مقارنةً بأجهزة الغسل الجاف التي تزيل 80% منها. تُقدّم هذه المقالة أحدث التقنيات لمعالجة مياه الصرف الناتجة عن الغسل الرطب.أنظمة إزالة غازات المداخن.

أساسيات إزالة غازات المداخن الرطبة

تشترك تقنيات إزالة غازات المداخن الرطبة في قسم مفاعل للملاط وقسم لتجفيف المواد الصلبة. وقد استُخدمت أنواع مختلفة من أجهزة الامتصاص في قسم المفاعل، بما في ذلك الأبراج المعبأة والأبراج ذات الصواني، وأجهزة تنقية الغازات بتقنية فنتوري، وأجهزة تنقية الغازات بالرش. تعمل أجهزة الامتصاص على معادلة الغازات الحمضية باستخدام ملاط ​​قلوي من الجير أو هيدروكسيد الصوديوم أو الحجر الجيري. ولأسباب اقتصادية عديدة، تميل أجهزة التنقية الحديثة إلى استخدام ملاط ​​الحجر الجيري.

عندما يتفاعل الحجر الجيري مع أكاسيد الكبريت في ظروف الاختزال داخل جهاز الامتصاص، يتحول ثاني أكسيد الكبريت (المكون الرئيسي لأكاسيد الكبريت) إلى كبريتيت، وينتج معلق غني بكبريتيت الكالسيوم. كانت أنظمة إزالة غازات المداخن القديمة (المعروفة بأنظمة الأكسدة الطبيعية أو أنظمة الأكسدة المثبطة) تنتج كبريتيت الكالسيوم كمنتج ثانوي. أما الأنظمة الأحدثأنظمة إزالة غازات المداخنتستخدم مفاعل الأكسدة الذي يتم فيه تحويل معلق كبريتيت الكالسيوم إلى كبريتات الكالسيوم (الجبس)؛ ويشار إلى هذه باسم أنظمة إزالة غازات المداخن بالأكسدة القسرية للحجر الجيري (LSFO).

تستخدم أنظمة إزالة غازات المداخن الحديثة التي تعمل بوقود منخفض الكبريت إما برج امتصاص رذاذي مزود بمفاعل أكسدة مدمج في قاعدته (الشكل 1) أو نظام فقاعات نفاثة. في كلتا الحالتين، يُمتص الغاز في معلق من الحجر الجيري في ظروف لاهوائية؛ ثم ينتقل المعلق إلى مفاعل هوائي أو منطقة تفاعل، حيث يتحول الكبريتيت إلى كبريتات، ويترسب الجبس. يبلغ زمن الاحتجاز الهيدروليكي في مفاعل الأكسدة حوالي 20 دقيقة.

1. نظام إزالة غازات المداخن باستخدام الأكسدة القسرية للحجر الجيري في عمود الرش (LSFO). في جهاز تنقية غازات المداخن LSFO، يمرّ المعلق إلى مفاعل، حيث يُضاف الهواء لأكسدة الكبريتيت قسرًا إلى كبريتات. يبدو أن هذه الأكسدة تحوّل السيلينيت إلى سيلينات، مما يؤدي إلى صعوبات في المعالجة اللاحقة. المصدر: CH2M HILL

تعمل هذه الأنظمة عادةً بنسبة مواد صلبة عالقة تتراوح بين 14% و18%. تتكون هذه المواد من جبس ناعم وخشن، ورماد متطاير، ومواد خاملة تُضاف مع الحجر الجيري. عند بلوغ نسبة المواد الصلبة حدًا أقصى، يتم التخلص من الملاط. تستخدم معظم أنظمة إزالة غازات المداخن منخفضة الكبريت (LSFO FGD) أنظمة فصل ميكانيكي للمواد الصلبة وأنظمة تجفيف لفصل الجبس والمواد الصلبة الأخرى عن مياه التنظيف (الشكل 2).

٢. نظام تجفيف الجبس في عملية تنقية غازات المداخن. في نظام تجفيف الجبس النموذجي، تُصنّف جزيئات الجبس في سائل التنقية، أو تُفصل، إلى جزيئات خشنة وأخرى ناعمة. تُفصل الجزيئات الناعمة في التدفق العلوي من جهاز الفصل المائي لإنتاج تدفق سفلي يتكون في معظمه من بلورات جبس كبيرة (للبيع المحتمل) يمكن تجفيفها إلى نسبة رطوبة منخفضة باستخدام نظام تجفيف بحزام تفريغ. المصدر: CH2M HILL

تستخدم بعض أنظمة إزالة غازات المداخن مُكثِّفات الجاذبية أو أحواض الترسيب لتصنيف المواد الصلبة وتجفيفها، بينما تستخدم أنظمة أخرى أجهزة الطرد المركزي أو أنظمة التجفيف بالتفريغ الدوارة، لكن معظم الأنظمة الحديثة تستخدم وحدات التفريغ الهيدروليكية وأحزمة التفريغ. وقد تستخدم بعض الأنظمة وحدتي تفريغ هيدروليكيتين متصلتين على التوالي لزيادة إزالة المواد الصلبة في نظام التجفيف. ويمكن إعادة جزء من فائض مياه التفريغ الهيدروليكية إلى نظام إزالة غازات المداخن لتقليل تدفق مياه الصرف.

قد يتم البدء بعملية التطهير أيضًا عندما يكون هناك تراكم للكلوريدات في معلق نظام إزالة غازات المداخن، وهو أمر ضروري بسبب القيود التي تفرضها مقاومة التآكل لمواد بناء نظام إزالة غازات المداخن.

خصائص مياه الصرف الناتجة عن إزالة غازات المداخن

تؤثر العديد من المتغيرات على تركيبة مياه الصرف الناتجة عن عملية إزالة غازات المداخن، مثل تركيبة الفحم والحجر الجيري، ونوع جهاز التنقية، ونظام تجفيف الجبس المستخدم. يساهم الفحم في إنتاج غازات حمضية - مثل الكلوريدات والفلوريدات والكبريتات - بالإضافة إلى معادن متطايرة، بما في ذلك الزرنيخ والزئبق والسيلينيوم والبورون والكادميوم والزنك. يساهم الحجر الجيري في إنتاج الحديد والألومنيوم (من معادن الطين) في مياه الصرف الناتجة عن عملية إزالة غازات المداخن. يُطحن الحجر الجيري عادةً في مطحنة كروية رطبة، ويساهم تآكل الكرات في إضافة الحديد إلى معلق الحجر الجيري. تميل أنواع الطين إلى إنتاج جزيئات دقيقة خاملة، وهو أحد أسباب التخلص من مياه الصرف من جهاز التنقية.

من: توماس إي. هيغينز، دكتوراه، مهندس محترف؛ أ. توماس ساندي، مهندس محترف؛ وسيلاس دبليو. جيفنز، مهندس محترف.

Email: caroline@rbsic-sisic.com