Rauchgasentschwefelungsanlagen und -düsen

Bei der Verbrennung von Kohle in Kraftwerken entstehen feste Abfälle wie Boden- und Flugasche sowie Rauchgas, die in die Atmosphäre abgegeben werden. Viele Anlagen müssen SOx-Emissionen mithilfe von Rauchgasentschwefelungssystemen (REA) aus dem Rauchgas entfernen. Die drei führenden FGD-Technologien, die in den USA eingesetzt werden, sind Nasswäsche (85 % der Anlagen), Trockenwäsche (12 %) und trockene Sorptionseinspritzung (3 %). Nasswäscher entfernen typischerweise mehr als 90 % des SOx, verglichen mit Trockenwäschern, die 80 % entfernen. In diesem Artikel werden modernste Technologien zur Behandlung des bei der Nassreinigung anfallenden Abwassers vorgestelltREA-Systeme.

Grundlagen der Nass-REA

Nass-REA-Technologien haben gemeinsam einen Schlammreaktorabschnitt und einen Feststoffentwässerungsabschnitt. Es wurden verschiedene Arten von Absorbern verwendet, darunter Füllkörper- und Hordentürme, Venturiwäscher und Sprühwäscher im Reaktorbereich. Die Absorber neutralisieren die sauren Gase mit einer alkalischen Aufschlämmung aus Kalk, Natriumhydroxid oder Kalkstein. Aus einer Reihe wirtschaftlicher Gründe verwenden neuere Wäscher tendenziell Kalksteinschlamm.

Wenn Kalkstein unter den reduzierenden Bedingungen des Absorbers mit SOx reagiert, wird SO 2 (der Hauptbestandteil von SOx) in Sulfit umgewandelt und es entsteht eine kalziumsulfitreiche Aufschlämmung. Frühere REA-Systeme (sogenannte Systeme mit natürlicher Oxidation oder gehemmter Oxidation) erzeugten ein Calciumsulfit-Nebenprodukt. NeuerREA-Systemeeinen Oxidationsreaktor einsetzen, in dem die Calciumsulfit-Aufschlämmung in Calciumsulfat (Gips) umgewandelt wird; Diese werden als FGD-Systeme mit erzwungener Kalksteinoxidation (LSFO) bezeichnet.

Typische moderne LSFO-REA-Systeme verwenden entweder einen Sprühturmabsorber mit integriertem Oxidationsreaktor in der Basis (Abbildung 1) oder ein Strahlblasensystem. In jedem Fall wird das Gas unter anoxischen Bedingungen in einer Kalksteinaufschlämmung absorbiert; Die Aufschlämmung gelangt dann in einen aeroben Reaktor oder eine Reaktionszone, wo Sulfit in Sulfat umgewandelt wird und Gips ausfällt. Die hydraulische Verweilzeit im Oxidationsreaktor beträgt etwa 20 Minuten.

1. REA-System mit Sprühsäulen-Kalkstein-Zwangsoxidation (LSFO). In einem LSFO-Wäscher gelangt die Aufschlämmung in einen Reaktor, wo Luft hinzugefügt wird, um die Oxidation von Sulfit zu Sulfat zu erzwingen. Diese Oxidation scheint Selenit in Selenat umzuwandeln, was zu späteren Behandlungsschwierigkeiten führt. Quelle: CH2M HILL

Diese Systeme arbeiten typischerweise mit Schwebstoffen von 14 % bis 18 %. Schwebstoffe bestehen aus feinen und groben Gipsfeststoffen, Flugasche und inertem Material, das mit dem Kalkstein eingebracht wird. Wenn die Feststoffe eine Obergrenze erreichen, wird die Aufschlämmung ausgespült. Die meisten LSFO-REA-Systeme verwenden mechanische Feststofftrennungs- und Entwässerungssysteme, um Gips und andere Feststoffe aus dem Spülwasser zu trennen (Abbildung 2).

2. REA-Reinigungsgips-Entwässerungssystem. In einem typischen Gipsentwässerungssystem werden die Partikel im Spülwasser in grobe und feine Fraktionen klassifiziert oder getrennt. Feine Partikel werden im Überlauf des Hydroklons abgetrennt, um einen Unterlauf zu erzeugen, der hauptsächlich aus großen Gipskristallen (zum potenziellen Verkauf) besteht, die mit einem Vakuumband-Entwässerungssystem auf einen niedrigen Feuchtigkeitsgehalt entwässert werden können. Quelle: CH2M HILL

Einige REA-Systeme verwenden Schwerkrafteindicker oder Absetzbecken zur Feststoffklassifizierung und Entwässerung, andere verwenden Zentrifugen oder rotierende Vakuumtrommel-Entwässerungssysteme, aber die meisten neuen Systeme verwenden Hydroklone und Vakuumbänder. Einige verwenden möglicherweise zwei Hydroklone in Reihe, um die Feststoffentfernung im Entwässerungssystem zu verbessern. Ein Teil des Hydroklon-Überlaufs kann in das REA-System zurückgeführt werden, um den Abwasserfluss zu reduzieren.

Die Spülung kann auch eingeleitet werden, wenn sich in der REA-Aufschlämmung Chloride ansammeln, was aufgrund der Korrosionsbeständigkeit der Baumaterialien des REA-Systems erforderlich ist.

Eigenschaften von REA-Abwasser

Viele Variablen beeinflussen die Zusammensetzung des REA-Abwassers, wie z. B. die Kohle- und Kalksteinzusammensetzung, die Art des Wäschers und das verwendete Gipsentwässerungssystem. Kohle liefert saure Gase – wie Chloride, Fluoride und Sulfate – sowie flüchtige Metalle, darunter Arsen, Quecksilber, Selen, Bor, Cadmium und Zink. Der Kalkstein trägt Eisen und Aluminium (aus Tonmineralien) zum REA-Abwasser bei. Kalkstein wird typischerweise in einer Nasskugelmühle pulverisiert, und die Erosion und Korrosion der Kugeln trägt Eisen zur Kalksteinaufschlämmung bei. Tone neigen dazu, inerte Feinstoffe beizutragen, was einer der Gründe dafür ist, dass das Abwasser aus dem Wäscher gespült wird.

Von: Thomas E. Higgins, PhD, PE; A. Thomas Sandy, PE; und Silas W. Givens, PE.

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