Broquet FGD de carbur de silici per a la dessulfuració en centrals elèctriques

Boquilles d'absorció de dessulfuració de gasos de combustió (FGD)
Eliminació d'òxids de sofre, comunament anomenats SOx, dels gasos d'escapament mitjançant un reactiu alcalí, com ara una pasta de pedra calcària humida.

Quan els combustibles fòssils s'utilitzen en processos de combustió per fer funcionar calderes, forns o altres equips, tenen el potencial d'alliberar SO2 o SO3 com a part dels gasos d'escapament. Aquests òxids de sofre reaccionen fàcilment amb altres elements per formar compostos nocius com l'àcid sulfúric i tenen el potencial d'afectar negativament la salut humana i el medi ambient. A causa d'aquests efectes potencials, el control d'aquest compost en els gasos de combustió és una part essencial de les centrals elèctriques de carbó i altres aplicacions industrials.

A causa dels problemes d'erosió, obstruccions i acumulacions, un dels sistemes més fiables per controlar aquestes emissions és un procés de dessulfuració de gasos de combustió en forma humida (FGD) a torre oberta que utilitza pedra calcària, calç hidratada, aigua de mar o una altra solució alcalina. Els broquets de polvorització són capaços de distribuir aquestes suspensions de manera eficaç i fiable a les torres d'absorció. En crear patrons uniformes de gotes de mida adequada, aquests broquets són capaços de crear eficaçment la superfície necessària per a una absorció adequada alhora que minimitzen l'arrossegament de la solució de depuració als gasos de combustió.

Selecció d'una boquilla d'absorció FGD:
Factors importants a tenir en compte:

Densitat i viscositat del medi de fregament
Mida de gota requerida
La mida correcta de les gotes és essencial per garantir unes taxes d'absorció adequades
Material de la boquilla
Com que el gas de combustió sovint és corrosiu i el fluid de depuració és freqüentment una pasta amb un alt contingut de sòlids i propietats abrasives, és important seleccionar el material adequat resistent a la corrosió i al desgast.
Resistència a l'obstrucció de la boquilla
Com que el fluid de fregament sovint és una pasta amb un alt contingut de sòlids, és important seleccionar la boquilla tenint en compte la resistència a les obstruccions.
Patró de polvorització i col·locació del broquet
Per tal de garantir una absorció adequada, és important una cobertura completa del corrent de gas sense bypass i amb un temps de residència suficient.
Mida i tipus de connexió de la boquilla
Cabals de fluid de fregament necessaris
Caiguda de pressió disponible (∆P) a través de la boquilla
∆P = pressió de subministrament a l'entrada de la boquilla – pressió de procés fora de la boquilla
Els nostres enginyers experimentats poden ajudar a determinar quina boquilla funcionarà segons els detalls del vostre disseny.
Usos i indústries comuns de la boquilla d'absorció FGD:
Centrals elèctriques de carbó i altres combustibles fòssils
Refineries de petroli
incineradores de residus municipals
forns de ciment
foneries de metalls

Fitxa tècnica del material SiC

Inconvenients de la calç/pedra calcària

Com es mostra a la Figura 1, els sistemes FGD que utilitzen oxidació forçada de calç/pedra calcària (LSFO) inclouen tres subsistemes principals:

• Preparació, manipulació i emmagatzematge de reactius
• Recipient absorbent
• Gestió de residus i subproductes

La preparació dels reactius consisteix a transportar pedra calcària triturada (CaCO3) des d'una sitja d'emmagatzematge fins a un tanc d'alimentació agitat. La suspensió de pedra calcària resultant es bomba al recipient absorbent juntament amb els gasos de combustió de la caldera i l'aire oxidant. Els broquets de polvorització subministren fines gotes de reactiu que després flueixen a contracorrent respecte als gasos de combustió entrants. El SO2 dels gasos de combustió reacciona amb el reactiu ric en calci per formar sulfit de calci (CaSO3) i CO2. L'aire introduït a l'absorbidor promou l'oxidació de CaSO3 a CaSO4 (forma dihidrat).

Les reaccions bàsiques de LSFO són:

CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2 · 2H2O

La suspensió oxidada s'acumula a la part inferior de l'absorbidor i posteriorment es recicla juntament amb el reactiu fresc de tornada als capçals de les boquilles de polvorització. Una part del corrent de reciclatge es retira al sistema de manipulació de residus/subproductes, que normalment consisteix en hidrociclons, filtres de tambor o de cinta i un tanc de retenció d'aigües residuals/lícor agitat. Les aigües residuals del tanc de retenció es reciclen de nou al tanc d'alimentació de reactius de pedra calcària o a un hidrocicló on el sobreeiximent s'elimina com a efluent.

Esquema del procés típic de depuració humida amb oxidació forçada de calç/calcària

Els sistemes LSFO humits normalment poden aconseguir eficiències d'eliminació de SO2 del 95-97%. Tanmateix, assolir nivells superiors al 97,5% per complir els requisits de control d'emissions és difícil, especialment per a les plantes que utilitzen carbons amb alt contingut de sofre. Es poden afegir catalitzadors de magnesi o la pedra calcària es pot calcinar a calç de reactivitat més alta (CaO), però aquestes modificacions impliquen equips addicionals de la planta i els costos de mà d'obra i energia associats. Per exemple, la calcinació a calç requereix la instal·lació d'un forn de calç separat. A més, la calç es precipita fàcilment i això augmenta el potencial de formació de dipòsits d'incrustacions al depurador.

El cost de la calcinació amb un forn de calç es pot reduir injectant directament pedra calcària al forn de la caldera. En aquest mètode, la calç generada a la caldera es transporta amb els gasos de combustió al depurador. Els possibles problemes inclouen l'incrustació de la caldera, la interferència amb la transferència de calor i la inactivació de la calç a causa de la sobrecombustió a la caldera. A més, la calç redueix la temperatura de flux de cendres foses a les calderes de carbó, donant lloc a dipòsits sòlids que d'altra manera no es produirien.

Els residus líquids del procés LSFO normalment es dirigeixen a basses d'estabilització juntament amb residus líquids d'altres parts de la central elèctrica. L'efluent líquid humit de FGD pot estar saturat amb compostos de sulfit i sulfat i les consideracions ambientals solen limitar el seu alliberament a rius, rierols o altres cursos d'aigua. A més, el reciclatge d'aigües residuals/licors de tornada al depurador pot provocar l'acumulació de sals de sodi, potassi, calci, magnesi o clorur dissoltes. Aquestes espècies poden acabar cristal·litzant tret que es proporcioni un purgat suficient per mantenir les concentracions de sal dissolta per sota de la saturació. Un problema addicional és la lenta velocitat de decantació dels sòlids residuals, que resulta en la necessitat de basses d'estabilització grans i de gran volum. En condicions típiques, la capa decantada en una bassa d'estabilització pot contenir un 50 per cent o més de fase líquida fins i tot després de diversos mesos d'emmagatzematge.

El sulfat de calci recuperat de la pasta de reciclatge de l'absorbidor pot tenir un alt contingut de pedra calcària no reaccionada i cendres de sulfit de calci. Aquests contaminants poden impedir que el sulfat de calci es vengui com a guix sintètic per al seu ús en la producció de plaques de guix, guix i ciment. La pedra calcària no reaccionada és la impuresa predominant que es troba en el guix sintètic i també és una impuresa comuna en el guix natural (extret). Tot i que la pedra calcària en si mateixa no interfereix amb les propietats dels productes finals de plaques de guix, les seves propietats abrasives presenten problemes de desgast per als equips de processament. El sulfit de calci és una impuresa no desitjada en qualsevol guix, ja que la seva mida de partícula fina planteja problemes d'escamació i altres problemes de processament, com ara el rentat de pastilles i la deshidratació.

Si els sòlids generats en el procés LSFO no es poden comercialitzar com a guix sintètic, això planteja un problema considerable d'eliminació de residus. Per a una caldera de 1000 MW que crema carbó amb un 1% de sofre, la quantitat de guix és d'aproximadament 550 tones (curtes)/dia. Per a la mateixa planta que crema carbó amb un 2% de sofre, la producció de guix augmenta fins a aproximadament 1100 tones/dia. Si afegim unes 1000 tones/dia per a la producció de cendres volants, això eleva el tonatge total de residus sòlids a unes 1550 tones/dia per al cas del carbó amb un 1% de sofre i a 2100 tones/dia per al cas del 2% de sofre.

Avantatges d'EADS

Una alternativa tecnològica provada a la depuració amb LSFO substitueix la pedra calcària per amoníac com a reactiu per a l'eliminació de SO2. Els components de mòlta, emmagatzematge, manipulació i transport de reactius sòlids en un sistema LSFO es substitueixen per tancs d'emmagatzematge senzills per a amoníac aquós o anhidre. La figura 2 mostra un esquema de flux per al sistema EADS proporcionat per JET Inc.

L'amoníac, els gasos de combustió, l'aire oxidant i l'aigua de procés entren en un absorbidor que conté múltiples nivells de broquets de polvorització. Els broquets generen fines gotes de reactiu que conté amoníac per garantir un contacte íntim del reactiu amb els gasos de combustió entrants segons les reaccions següents:

(1) SO2 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO3

(2) (NH4)2SO3 + ½O2 → (NH4)2SO4

El SO2 del corrent de gasos de combustió reacciona amb l'amoníac a la meitat superior del recipient per produir sulfit d'amoni. La part inferior del recipient absorbent serveix com a tanc d'oxidació on l'aire oxida el sulfit d'amoni a sulfat d'amoni. La solució de sulfat d'amoni resultant es bomba de tornada als col·lectors de broquets de polvorització a múltiples nivells de l'absorbidor. Abans que els gasos de combustió depurats surtin per la part superior de l'absorbidor, passen per un desemmotllador que coalesceix les gotes de líquid arrossegades i captura les partícules fines.

La reacció de l'amoníac amb el SO2 i l'oxidació del sulfit a sulfat aconsegueix una alta taxa d'utilització del reactiu. Es produeixen quatre lliures de sulfat d'amoni per cada lliura d'amoníac consumida.

Igual que amb el procés LSFO, una part del corrent de reciclatge de reactiu/producte es pot retirar per produir un subproducte comercial. En el sistema EADS, la solució del producte d'extracció es bomba a un sistema de recuperació de sòlids que consisteix en un hidrocicló i una centrífuga per concentrar el producte de sulfat d'amoni abans de l'assecat i l'envasament. Tots els líquids (sobreeiximent de l'hidrocicló i concentrat de la centrífuga) es dirigeixen de tornada a un tanc de fangs i després es reintrodueixen al corrent de reciclatge de sulfat d'amoni de l'absorbidor.

• Els sistemes EADS proporcionen eficiències d'eliminació de SO2 més elevades (>99%), cosa que dóna a les centrals elèctriques de carbó més flexibilitat per barrejar carbons més barats i amb més sofre.
• Mentre que els sistemes LSFO creen 0,7 tones de CO2 per cada tona de SO2 eliminada, el procés d'EADS no produeix CO2.
• Com que la calç i la pedra calcària són menys reactives en comparació amb l'amoníac per a l'eliminació de SO2, es requereix un consum d'aigua de procés i energia de bombament més elevats per aconseguir taxes de circulació elevades. Això es tradueix en costos operatius més elevats per als sistemes LSFO.
• Els costos de capital per als sistemes EADS són similars als de la construcció d'un sistema LSFO. Com s'ha esmentat anteriorment, mentre que el sistema EADS requereix equips de processament i envasament de subproductes de sulfat d'amoni, les instal·lacions de preparació de reactius associades amb LSFO no són necessàries per a la mòlta, la manipulació i el transport.

L'avantatge més distintiu d'EADS és l'eliminació de residus tant líquids com sòlids. La tecnologia EADS és un procés de descàrrega líquida zero, cosa que significa que no cal tractament d'aigües residuals. El subproducte sòlid de sulfat d'amoni és fàcilment comercialitzable; el sulfat d'amoni és el fertilitzant i component fertilitzant més utilitzat al món, i es preveu un creixement del mercat mundial fins al 2030. A més, tot i que la fabricació de sulfat d'amoni requereix una centrifugadora, un assecador, un transportador i un equip d'envasament, aquests articles no són propietaris i estan disponibles comercialment. Depenent de les condicions econòmiques i de mercat, el fertilitzant de sulfat d'amoni pot compensar els costos de la dessulfuració de gasos de combustió a base d'amoníac i potencialment proporcionar un benefici substancial.

Esquema del procés eficient de dessulfuració d'amoníac

Shandong Zhongpeng Special Ceramics Co., Ltd és una de les majors solucions de materials ceràmics de carbur de silici a la Xina. Ceràmica tècnica SiC: la duresa Moh és de 9 (la nova duresa Moh és de 13), amb una excel·lent resistència a l'erosió i la corrosió, excel·lent resistència a l'abrasió i antioxidant. La vida útil del producte SiC és de 4 a 5 vegades més llarga que la del material d'alúmina al 92%. El MOR de RBSiC és de 5 a 7 vegades superior al de SNBSC, es pot utilitzar per a formes més complexes. El procés de pressupost és ràpid, el lliurament és tal com s'ha promès i la qualitat és insuperable. Sempre persistim en desafiar els nostres objectius i retornem els nostres cors a la societat.