فوهة من كربيد السيليكون لإزالة الكبريت في محطات توليد الطاقة

فوهات امتصاص غازات المداخن (FGD)
إزالة أكاسيد الكبريت، والتي يشار إليها عادةً باسم SOx، من غازات العادم باستخدام كاشف قلوي، مثل معلق الحجر الجيري الرطب.

عند استخدام الوقود الأحفوري في عمليات الاحتراق لتشغيل الغلايات والأفران وغيرها من المعدات، فإنه قد يُطلق ثاني أكسيد الكبريت (SO2) أو ثالث أكسيد الكبريت (SO3) ضمن غازات العادم. تتفاعل هذه الأكاسيد الكبريتية بسهولة مع عناصر أخرى لتكوين مركبات ضارة مثل حمض الكبريتيك، مما قد يؤثر سلبًا على صحة الإنسان والبيئة. ونظرًا لهذه الآثار المحتملة، يُعد التحكم في هذه المركبات في غازات المداخن أمرًا بالغ الأهمية في محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم وغيرها من التطبيقات الصناعية.

نظراً لمخاوف التآكل والانسداد والتراكم، يُعدّ نظام إزالة الكبريت من غازات المداخن الرطبة في أبراج مفتوحة، باستخدام الحجر الجيري أو الجير المطفأ أو مياه البحر أو أي محلول قلوي آخر، من أكثر الأنظمة موثوقيةً للتحكم في هذه الانبعاثات. وتستطيع فوهات الرش توزيع هذه المحاليل المعلقة بكفاءة وموثوقية داخل أبراج الامتصاص. ومن خلال تكوين أنماط متجانسة من قطرات ذات أحجام مناسبة، تُوفّر هذه الفوهات مساحة السطح اللازمة للامتصاص الأمثل، مع تقليل اختلاط محلول التنظيف بغازات المداخن.

اختيار فوهة امتصاص غازات المداخن:
عوامل مهمة يجب مراعاتها:

كثافة ولزوجة وسائط التنظيف
حجم القطرة المطلوب
يُعدّ حجم القطرة الصحيح أمراً أساسياً لضمان معدلات امتصاص مناسبة.
مادة الفوهة
نظراً لأن غازات المداخن غالباً ما تكون أكالة، ولأن سائل التنظيف غالباً ما يكون عبارة عن معلق ذي محتوى عالٍ من المواد الصلبة وخصائص كاشطة، فإن اختيار المادة المناسبة المقاومة للتآكل والتلف أمر مهم.
مقاومة انسداد الفوهة
بما أن سائل التنظيف غالباً ما يكون عبارة عن خليط يحتوي على نسبة عالية من المواد الصلبة، فإن اختيار الفوهة فيما يتعلق بمقاومة الانسداد أمر مهم
نمط وموضع رش الفوهة
لضمان الامتصاص السليم، من المهم تغطية تيار الغاز بالكامل دون أي تجاوز ووقت إقامة كافٍ
حجم ونوع وصلة الفوهة
معدلات تدفق سائل التنظيف المطلوبة
انخفاض الضغط المتاح (∆P) عبر الفوهة
∆P = ضغط الإمداد عند مدخل الفوهة - ضغط العملية خارج الفوهة
بإمكان مهندسونا ذوو الخبرة مساعدتك في تحديد الفوهة المناسبة التي ستؤدي وظيفتها وفقًا لتفاصيل التصميم الخاصة بك.
الاستخدامات الشائعة لفوهات امتصاص غازات المداخن والصناعات ذات الصلة:
محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم وأنواع الوقود الأحفوري الأخرى
مصافي البترول
محارق النفايات البلدية
أفران الأسمنت
مصاهر المعادن

ورقة بيانات مادة كربيد السيليكون

عيوب استخدام الجير/الحجر الجيري

كما هو موضح في الشكل 1، تتضمن أنظمة إزالة غازات المداخن التي تستخدم الأكسدة القسرية بالجير/الحجر الجيري (LSFO) ثلاثة أنظمة فرعية رئيسية:

• تحضير الكواشف، والتعامل معها وتخزينها
• وعاء الامتصاص
• معالجة النفايات والمنتجات الثانوية

تتضمن عملية تحضير الكاشف نقل الحجر الجيري المسحوق (كربونات الكالسيوم) من صومعة التخزين إلى خزان تغذية مزود بمحرك تقليب. ثم يُضخ معلق الحجر الجيري الناتج إلى وعاء الامتصاص مع غازات الاحتراق الناتجة عن الغلاية والهواء المؤكسد. تقوم فوهات الرش بتوزيع قطرات دقيقة من الكاشف تتدفق عكس اتجاه غازات الاحتراق الداخلة. يتفاعل ثاني أكسيد الكبريت الموجود في غازات الاحتراق مع الكاشف الغني بالكالسيوم لتكوين كبريتيت الكالسيوم (كبريتيت الكالسيوم) وثاني أكسيد الكربون. يُعزز الهواء المُدخل إلى وعاء الامتصاص أكسدة كبريتيت الكالسيوم إلى كبريتات الكالسيوم (ثنائي الهيدرات).

التفاعلات الأساسية لـ LSFO هي:

CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2 · 2H2O

يتجمع الراسب المؤكسد في قاع جهاز الامتصاص، ثم يُعاد تدويره مع الكاشف النقي إلى رؤوس فوهات الرش. يُسحب جزء من تيار إعادة التدوير إلى نظام معالجة النفايات/المنتجات الثانوية، والذي يتكون عادةً من فواصل هيدروليكية، ومرشحات أسطوانية أو شريطية، وخزان تجميع مياه الصرف الصحي/السائل مع التحريك. تُعاد مياه الصرف الصحي من خزان التجميع إلى خزان تغذية كاشف الحجر الجيري أو إلى فاصل هيدروليكي حيث يُزال الفائض كسائل مُصرّف.

مخطط نموذجي لعملية التنظيف الرطب بالأكسدة القسرية للجير/الحجر الجيري

تستطيع أنظمة الوقود السائل منخفض الكبريت الرطبة عادةً تحقيق كفاءة إزالة ثاني أكسيد الكبريت بنسبة 95-97%. إلا أن الوصول إلى مستويات أعلى من 97.5% لتلبية متطلبات التحكم في الانبعاثات أمرٌ صعب، لا سيما بالنسبة للمحطات التي تستخدم الفحم عالي الكبريت. يمكن إضافة محفزات المغنيسيوم أو تكليس الحجر الجيري لإنتاج جير (CaO) ذي تفاعلية أعلى، لكن هذه التعديلات تتطلب معدات إضافية للمحطة وما يرتبط بها من تكاليف العمالة والطاقة. على سبيل المثال، يتطلب التكليس لإنتاج الجير تركيب فرن جير منفصل. كما أن الجير يترسب بسهولة، مما يزيد من احتمالية تكوّن رواسب كلسية في جهاز التنقية.

يمكن خفض تكلفة التكليس في فرن الجير عن طريق حقن الحجر الجيري مباشرةً في فرن الغلاية. في هذه الطريقة، ينتقل الجير المتولد في الغلاية مع غازات الاحتراق إلى جهاز التنقية. تشمل المشاكل المحتملة تراكم الرواسب في الغلاية، وتداخلها مع انتقال الحرارة، وتعطل الجير نتيجة احتراقه الزائد في الغلاية. علاوة على ذلك، يُخفّض الجير درجة حرارة تدفق الرماد المنصهر في غلايات الفحم، مما يؤدي إلى ترسبات صلبة ما كانت لتتشكل لولا ذلك.

تُوجَّه النفايات السائلة الناتجة عن عملية إزالة الكبريت من غازات المداخن عادةً إلى أحواض التثبيت، جنبًا إلى جنب مع النفايات السائلة من أجزاء أخرى في محطة توليد الطاقة. قد تكون مياه الصرف الرطبة الناتجة عن عملية إزالة الكبريت من غازات المداخن مشبعة بمركبات الكبريتيت والكبريتات، ولذا تحدّ الاعتبارات البيئية عادةً من تصريفها في الأنهار أو الجداول أو المجاري المائية الأخرى. كما أن إعادة تدوير مياه الصرف/السائل إلى جهاز التنقية قد يؤدي إلى تراكم أملاح الصوديوم أو البوتاسيوم أو الكالسيوم أو المغنيسيوم أو الكلوريد الذائبة. قد تتبلور هذه المواد في نهاية المطاف ما لم يتم توفير تصريف كافٍ للحفاظ على تركيزات الأملاح الذائبة دون مستوى التشبع. ومن المشاكل الأخرى بطء معدل ترسيب المواد الصلبة، مما يستدعي إنشاء أحواض تثبيت كبيرة الحجم. في الظروف العادية، قد تحتوي الطبقة المترسبة في حوض التثبيت على 50% أو أكثر من الطور السائل حتى بعد عدة أشهر من التخزين.

قد يحتوي كبريتات الكالسيوم المستخلص من معلق إعادة تدوير الممتص على نسبة عالية من الحجر الجيري غير المتفاعل ورماد كبريتيت الكالسيوم. هذه الملوثات قد تمنع بيع كبريتات الكالسيوم كجبس صناعي يُستخدم في إنتاج ألواح الجدران والجص والأسمنت. يُعد الحجر الجيري غير المتفاعل الشائبة السائدة في الجبس الصناعي، وهو أيضًا شائبة شائعة في الجبس الطبيعي (المستخرج من المناجم). مع أن الحجر الجيري بحد ذاته لا يؤثر على خصائص ألواح الجدران النهائية، إلا أن خصائصه الكاشطة تُسبب مشاكل تآكل لمعدات المعالجة. يُعد كبريتيت الكالسيوم شائبة غير مرغوب فيها في أي نوع من الجبس، إذ يُسبب حجم جزيئاته الدقيقة مشاكل في التقشر ومشاكل أخرى في المعالجة، مثل غسل الكعكة وتجفيفها.

إذا لم تكن المواد الصلبة الناتجة عن عملية تحويل الوقود منخفض الكبريت قابلة للتسويق تجاريًا كجبس صناعي، فإن ذلك يُشكل مشكلة كبيرة في التخلص من النفايات. بالنسبة لغلاية بقدرة 1000 ميغاواط تعمل بفحم يحتوي على 1% كبريت، تبلغ كمية الجبس حوالي 550 طنًا (قصير) يوميًا. أما بالنسبة لنفس المحطة التي تعمل بفحم يحتوي على 2% كبريت، فيزداد إنتاج الجبس إلى حوالي 1100 طن يوميًا. وبإضافة حوالي 1000 طن يوميًا لإنتاج الرماد المتطاير، يصل إجمالي كمية النفايات الصلبة إلى حوالي 1550 طنًا يوميًا في حالة الفحم الذي يحتوي على 1% كبريت، و2100 طن يوميًا في حالة الفحم الذي يحتوي على 2% كبريت.

مزايا شركة إيرباص للدفاع والفضاء

يُقدّم نظام بديل مُثبت لتقنية تنقية ثاني أكسيد الكبريت باستخدام زيت الوقود منخفض الكبريت (LSFO) بديلاً تقنياً يعتمد على استبدال الحجر الجيري بالأمونيا كمادة كيميائية لإزالة ثاني أكسيد الكبريت. وتُستبدل مكونات طحن وتخزين ومناولة ونقل المواد الكيميائية الصلبة في نظام LSFO بخزانات تخزين بسيطة للأمونيا المائية أو اللامائية. يوضح الشكل 2 مخطط تدفق نظام EADS المُقدّم من شركة JET Inc.

يدخل الأمونيا وغازات الاحتراق والهواء المؤكسد ومياه المعالجة إلى جهاز امتصاص يحتوي على مستويات متعددة من فوهات الرش. تُنتج هذه الفوهات قطرات دقيقة من كاشف يحتوي على الأمونيا لضمان تلامس الكاشف بشكل وثيق مع غازات الاحتراق الداخلة وفقًا للتفاعلات التالية:

(1) SO2 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO3

(2) (NH4)2SO3 + ½O2 → (NH4)2SO4

يتفاعل ثاني أكسيد الكبريت الموجود في تيار غازات الاحتراق مع الأمونيا في النصف العلوي من الوعاء لإنتاج كبريتيت الأمونيوم. يعمل الجزء السفلي من وعاء الامتصاص كخزان أكسدة حيث يؤكسد الهواء كبريتيت الأمونيوم إلى كبريتات الأمونيوم. يُضخ محلول كبريتات الأمونيوم الناتج مرة أخرى إلى رؤوس فوهات الرش على مستويات متعددة داخل وعاء الامتصاص. قبل خروج غازات الاحتراق المُنقّاة من أعلى وعاء الامتصاص، تمر عبر مزيل للرذاذ يعمل على تجميع أي قطرات سائلة عالقة والتقاط الجسيمات الدقيقة.

يحقق تفاعل الأمونيا مع ثاني أكسيد الكبريت وأكسدة الكبريتيت إلى كبريتات معدل استخدام عالٍ للمواد الكيميائية. إذ يتم إنتاج أربعة أرطال من كبريتات الأمونيوم مقابل كل رطل من الأمونيا المستهلكة.

كما هو الحال في عملية LSFO، يمكن سحب جزء من تيار إعادة تدوير الكواشف/المنتج لإنتاج منتج ثانوي تجاري. في نظام EADS، يُضخ محلول المنتج المُستخرج إلى نظام استخلاص المواد الصلبة، والذي يتكون من فاصل هيدروسيكلون وجهاز طرد مركزي، لتركيز منتج كبريتات الأمونيوم قبل التجفيف والتعبئة. تُعاد جميع السوائل (الفائض من الفاصل الهيدروسيكلوني ومحلول الطرد المركزي) إلى خزان معلق، ثم تُعاد إلى تيار إعادة تدوير كبريتات الأمونيوم في جهاز الامتصاص.

• توفر أنظمة EADS كفاءة أعلى في إزالة ثاني أكسيد الكبريت (>99٪)، مما يمنح محطات الطاقة التي تعمل بالفحم مرونة أكبر في مزج أنواع الفحم الأرخص والأكثر كبريتًا.
• في حين أن أنظمة LSFO تنتج 0.7 طن من ثاني أكسيد الكربون لكل طن من ثاني أكسيد الكبريت الذي تتم إزالته، فإن عملية EADS لا تنتج أي ثاني أكسيد الكربون.
• نظراً لأن الجير والحجر الجيري أقل تفاعلاً من الأمونيا في إزالة ثاني أكسيد الكبريت، فإن تحقيق معدلات دوران عالية يتطلب استهلاكاً أكبر لمياه المعالجة وطاقة ضخ أعلى. وهذا بدوره يؤدي إلى ارتفاع تكاليف تشغيل أنظمة الوقود منخفض الكبريت.
• تتشابه التكاليف الرأسمالية لأنظمة EADS مع تكاليف إنشاء نظام LSFO. وكما ذُكر سابقًا، فبينما يتطلب نظام EADS معدات لمعالجة وتعبئة منتجات كبريتات الأمونيوم الثانوية، فإن مرافق تحضير الكواشف المرتبطة بنظام LSFO غير مطلوبة للطحن والمناولة والنقل.

تتمثل الميزة الأبرز لتقنية EADS في التخلص من النفايات السائلة والصلبة على حد سواء. فهي تقنية لا تُنتج أي تصريفات سائلة، ما يعني عدم الحاجة إلى معالجة مياه الصرف الصحي. ويُعدّ كبريتات الأمونيوم الصلب الناتج منتجًا ثانويًا سهل التسويق؛ إذ تُعتبر كبريتات الأمونيوم أكثر الأسمدة استخدامًا في العالم، ومن المتوقع نمو سوقها العالمي حتى عام 2030. علاوة على ذلك، ورغم أن تصنيع كبريتات الأمونيوم يتطلب جهاز طرد مركزي، ومجففًا، وناقلًا، ومعدات تغليف، إلا أن هذه المعدات متوفرة تجاريًا. وبحسب الظروف الاقتصادية وظروف السوق، يُمكن لسماد كبريتات الأمونيوم أن يُغطي تكاليف إزالة الكبريت من غازات المداخن باستخدام الأمونيا، بل وقد يُحقق ربحًا كبيرًا.

مخطط عملية إزالة الكبريت من الأمونيا بكفاءة

تُعدّ شركة شاندونغ تشونغ بنغ للسيراميك المتخصص المحدودة واحدة من أكبر الشركات الصينية المتخصصة في حلول مواد السيراميك الجديدة المصنوعة من كربيد السيليكون. يتميز سيراميك كربيد السيليكون التقني بصلابة 9 على مقياس موس (وصلابة 13 على مقياس موس الجديد)، مما يمنحه مقاومة فائقة للتآكل والصدأ، ومقاومة ممتازة للتآكل والتآكل الكيميائي، بالإضافة إلى خصائص مضادة للأكسدة. يبلغ عمر منتجات كربيد السيليكون من 4 إلى 5 أضعاف عمر مواد الألومينا بنسبة 92%. كما أن معامل الانحناء (MOR) لسيراميك كربيد السيليكون المُعاد تدويره (RBSiC) أعلى من معامل الانحناء لسيراميك كربيد السيليكون المُعاد تدويره (SNBSC) من 5 إلى 7 أضعاف، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في تصنيع أشكال أكثر تعقيدًا. تتميز عملية تقديم عروض الأسعار بالسرعة، والتسليم في الموعد المحدد، والجودة العالية التي لا تُضاهى. نسعى دائمًا لتحقيق أهدافنا ونبذل قصارى جهدنا لخدمة المجتمع.