Siliziumkarbid-FGD-Düse zur Entschwefelung im Kraftwerk

Absorberdüsen für die Rauchgasentschwefelung (FGD)
Entfernung von Schwefeloxiden (allgemein als SOx bezeichnet) aus Abgasen mithilfe eines alkalischen Reagenzes, beispielsweise einer nassen Kalksteinaufschlämmung.

Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe zum Betrieb von Kesseln, Öfen oder anderen Anlagen können SO2 oder SO3 im Abgas freigesetzt werden. Diese Schwefeloxide reagieren leicht mit anderen Elementen zu schädlichen Verbindungen wie Schwefelsäure und können sich negativ auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt auswirken. Daher ist die Kontrolle dieser Verbindungen in Rauchgasen ein wesentlicher Bestandteil von Kohlekraftwerken und anderen industriellen Anwendungen.

Aufgrund von Erosion, Verstopfung und Ablagerungen ist die Nass-Rauchgasentschwefelung (FGD) in offenen Türmen mit Kalkstein, Löschkalk, Meerwasser oder anderen alkalischen Lösungen eines der zuverlässigsten Systeme zur Kontrolle dieser Emissionen. Sprühdüsen verteilen diese Schlämme effektiv und zuverlässig in Absorptionstürmen. Durch die Erzeugung gleichmäßiger Muster aus Tropfen der richtigen Größe schaffen diese Düsen die für eine optimale Absorption erforderliche Oberfläche und minimieren gleichzeitig den Eintrag der Waschlösung ins Rauchgas.

Auswahl einer FGD-Absorberdüse:
Wichtige zu berücksichtigende Faktoren:

Dichte und Viskosität des Waschmediums
Erforderliche Tröpfchengröße
Die richtige Tröpfchengröße ist entscheidend für die richtige Absorptionsrate
Düsenmaterial
Da das Rauchgas oft korrosiv ist und die Waschflüssigkeit häufig ein Schlamm mit hohem Feststoffgehalt und abrasiven Eigenschaften ist, ist die Auswahl des geeigneten korrosions- und verschleißfesten Materials wichtig
Widerstand gegen Düsenverstopfung
Da die Waschflüssigkeit häufig eine Aufschlämmung mit hohem Feststoffgehalt ist, ist die Auswahl der Düse hinsichtlich der Verstopfungsbeständigkeit wichtig
Sprühmuster und Platzierung der Düse
Um eine ordnungsgemäße Absorption zu gewährleisten, ist eine vollständige Abdeckung des Gasstroms ohne Bypass und mit ausreichender Verweilzeit wichtig
Düsenanschlussgröße und -typ
Erforderliche Waschflüssigkeitsdurchflussraten
Verfügbarer Druckabfall (∆P) über der Düse
∆P = Versorgungsdruck am Düseneinlass – Prozessdruck außerhalb der Düse
Unsere erfahrenen Ingenieure können Ihnen dabei helfen, herauszufinden, welche Düse die erforderliche Leistung für Ihre Konstruktionsdetails bietet.
Gängige Anwendungen und Branchen für FGD-Absorberdüsen:
Kohlekraftwerke und andere fossile Brennstoffkraftwerke
Erdölraffinerien
Müllverbrennungsanlagen
Zementöfen
Metallhütten

SiC-Materialdatenblatt

Nachteile von Kalk/Kalkstein

Wie in Abbildung 1 dargestellt, umfassen FGD-Systeme mit Kalk-/Kalkstein-Forced-Oxidation (LSFO) drei Hauptsubsysteme:

• Vorbereitung, Handhabung und Lagerung der Reagenzien
• Absorberbehälter
• Abfall- und Nebenproduktbehandlung

Die Reagenzienaufbereitung besteht darin, zerkleinerten Kalkstein (CaCO3) aus einem Lagersilo in einen Rührbehälter zu befördern. Der entstehende Kalksteinschlamm wird anschließend zusammen mit Kesselabgasen und Oxidationsluft zum Absorberbehälter gepumpt. Sprühdüsen geben feine Reagenztröpfchen ab, die im Gegenstrom zum einströmenden Rauchgas strömen. Das im Rauchgas enthaltene SO2 reagiert mit dem kalziumreichen Reagenz zu Calciumsulfit (CaSO3) und CO2. Die in den Absorber eingeleitete Luft fördert die Oxidation von CaSO3 zu CaSO4 (Dihydrat).

Die grundlegenden LSFO-Reaktionen sind:

CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2 · 2H2O

Der oxidierte Schlamm sammelt sich am Boden des Absorbers und wird anschließend zusammen mit frischem Reagenz zu den Sprühdüsen zurückgeführt. Ein Teil des Rücklaufstroms wird dem Abfall-/Nebenproduktbehandlungssystem zugeführt, das typischerweise aus Hydrozyklonen, Trommel- oder Bandfiltern und einem Rührwerkstank für Abwasser/Flüssigkeit besteht. Das Abwasser aus dem Tank wird zum Kalksteinreagenzbehälter oder zu einem Hydrozyklon zurückgeführt, wo der Überlauf als Abwasser abgeführt wird.

Schema des typischen Nasswäscheprozesses mit forcierter Oxidation von Kalk/Kalkstein

Nasse LSFO-Systeme erreichen typischerweise SO2-Abscheidungsgrade von 95–97 Prozent. Werte über 97,5 Prozent zur Einhaltung der Emissionskontrollvorschriften sind jedoch schwierig, insbesondere bei Anlagen mit schwefelreicher Kohle. Magnesiumkatalysatoren können zugesetzt oder der Kalkstein zu reaktivem Kalk (CaO) kalziniert werden. Solche Modifikationen erfordern jedoch zusätzliche Anlagenausrüstung und die damit verbundenen Arbeits- und Energiekosten. Beispielsweise erfordert das Kalzinieren zu Kalk die Installation eines separaten Kalkofens. Zudem fällt Kalk leicht aus, was die Gefahr von Kalkablagerungen im Gaswäscher erhöht.

Die Kosten der Kalzinierung mit einem Kalkofen lassen sich durch die direkte Einblasung von Kalkstein in den Kesselofen senken. Bei diesem Verfahren wird der im Kessel erzeugte Kalk mit dem Rauchgas in den Gaswäscher geleitet. Mögliche Probleme sind Kesselverschmutzung, Störungen der Wärmeübertragung und Kalkinaktivierung durch Überverbrennung im Kessel. Darüber hinaus senkt der Kalk die Fließtemperatur der geschmolzenen Asche in kohlegefeuerten Kesseln, was zu festen Ablagerungen führt, die sonst nicht entstehen würden.

Flüssige Abfälle aus dem LSFO-Prozess werden typischerweise zusammen mit flüssigen Abfällen aus anderen Bereichen des Kraftwerks in Stabilisierungsbecken geleitet. Das nasse flüssige Abwasser der REA kann mit Sulfit- und Sulfatverbindungen gesättigt sein, und aus Umweltschutzgründen wird seine Einleitung in Flüsse, Bäche oder andere Wasserläufe typischerweise begrenzt. Außerdem kann die Rückführung von Abwasser/Lauge in den Wäscher zur Ansammlung von gelösten Natrium-, Kalium-, Calcium-, Magnesium- oder Chloridsalzen führen. Diese Verbindungen können schließlich kristallisieren, wenn nicht ausreichend Abfluss gewährleistet wird, um die Konzentration der gelösten Salze unter der Sättigung zu halten. Ein weiteres Problem ist die langsame Sinkgeschwindigkeit der Abfallfeststoffe, die große Stabilisierungsbecken mit hohem Volumen erforderlich macht. Unter typischen Bedingungen kann die abgesetzte Schicht in einem Stabilisierungsbecken selbst nach mehreren Monaten Lagerung 50 Prozent oder mehr Flüssigphase enthalten.

Das aus der Absorber-Recycling-Aufschlämmung gewonnene Calciumsulfat kann einen hohen Anteil an nicht umgesetztem Kalkstein und Calciumsulfit-Asche enthalten. Diese Verunreinigungen können verhindern, dass das Calciumsulfat als synthetischer Gips für die Herstellung von Wandplatten, Putz und Zement verkauft werden kann. Nicht umgesetzter Kalkstein ist die vorherrschende Verunreinigung in synthetischem Gips und kommt auch häufig in natürlichem (abgebautem) Gips vor. Während Kalkstein selbst die Eigenschaften der Wandplatten-Endprodukte nicht beeinträchtigt, verursachen seine abrasiven Eigenschaften Verschleißprobleme für die Verarbeitungsanlagen. Calciumsulfit ist eine unerwünschte Verunreinigung in jedem Gips, da seine feine Partikelgröße zu Ablagerungsproblemen und anderen Verarbeitungsproblemen wie Kuchenwäsche und Entwässerung führt.

Wenn die im LSFO-Prozess erzeugten Feststoffe nicht als synthetischer Gips kommerziell vermarktbar sind, stellt dies ein erhebliches Entsorgungsproblem dar. Bei einem 1000-MW-Kessel mit 1-prozentiger Schwefelkohle beträgt die Gipsmenge etwa 550 Tonnen (kurz) pro Tag. Bei derselben Anlage mit 2-prozentiger Schwefelkohle erhöht sich die Gipsproduktion auf etwa 1100 Tonnen pro Tag. Rechnet man etwa 1000 Tonnen pro Tag für die Flugascheproduktion hinzu, beträgt die Gesamtabfallmenge bei 1-prozentiger Schwefelkohle etwa 1550 Tonnen pro Tag und bei 2-prozentiger Schwefelkohle 2100 Tonnen pro Tag.

Vorteile von EADS

Eine bewährte Technologiealternative zur LSFO-Wäsche ersetzt Kalkstein durch Ammoniak als Reagenz zur SO2-Entfernung. Die Komponenten für Mahlen, Lagerung, Handhabung und Transport der Feststoffe in einem LSFO-System werden durch einfache Lagertanks für wässriges oder wasserfreies Ammoniak ersetzt. Abbildung 2 zeigt ein Flussdiagramm des EADS-Systems von JET Inc.

Ammoniak, Rauchgas, oxidierende Luft und Prozesswasser gelangen in einen Absorber mit mehreren Sprühdüsenebenen. Die Düsen erzeugen feine Tröpfchen ammoniakhaltigen Reagenzes, um einen engen Kontakt des Reagenzes mit dem einströmenden Rauchgas gemäß den folgenden Reaktionen sicherzustellen:

(1) SO2 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO3

(2) (NH4)2SO3 + ½O2 → (NH4)2SO4

Das SO₂ im Rauchgasstrom reagiert im oberen Behälterteil mit Ammoniak zu Ammoniumsulfit. Der Boden des Absorberbehälters dient als Oxidationstank, in dem Luft das Ammoniumsulfit zu Ammoniumsulfat oxidiert. Die entstehende Ammoniumsulfatlösung wird zu den Sprühdüsenköpfen auf mehreren Ebenen im Absorber zurückgepumpt. Bevor das gereinigte Rauchgas den oberen Teil des Absorbers verlässt, passiert es einen Demister, der mitgerissene Flüssigkeitströpfchen koalesziert und Feinstaub auffängt.

Durch die Reaktion von Ammoniak mit SO2 und die Oxidation von Sulfit zu Sulfat wird eine hohe Reagenzienausnutzung erreicht. Pro Pfund verbrauchtem Ammoniak werden 1,8 kg Ammoniumsulfat produziert.

Wie beim LSFO-Verfahren kann ein Teil des Reagenz-/Produktrücklaufstroms entnommen werden, um ein kommerzielles Nebenprodukt zu erzeugen. Im EADS-System wird die entnommene Produktlösung in ein Feststoffrückgewinnungssystem, bestehend aus einem Hydrozyklon und einer Zentrifuge, gepumpt, um das Ammoniumsulfatprodukt vor dem Trocknen und Verpacken zu konzentrieren. Alle Flüssigkeiten (Hydrozyklonüberlauf und Zentrifugenzentrat) werden in einen Schlammtank zurückgeleitet und anschließend wieder in den Absorber-Ammoniumsulfatrücklaufstrom eingeleitet.

• EADS-Systeme bieten eine höhere SO2-Entfernungseffizienz (>99 %), was Kohlekraftwerken mehr Flexibilität bei der Mischung günstigerer, schwefelreicherer Kohle bietet.
• Während LSFO-Systeme für jede entfernte Tonne SO2 0,7 Tonnen CO2 erzeugen, entsteht beim EADS-Prozess kein CO2.
• Da Kalk und Kalkstein im Vergleich zu Ammoniak bei der SO2-Entfernung weniger reaktiv sind, ist ein höherer Prozesswasserverbrauch und mehr Pumpenergie erforderlich, um hohe Umwälzraten zu erreichen. Dies führt zu höheren Betriebskosten für LSFO-Systeme.
• Die Investitionskosten für EADS-Systeme ähneln denen für den Bau eines LSFO-Systems. Wie bereits erwähnt, erfordert das EADS-System zwar Anlagen zur Verarbeitung und Verpackung von Ammoniumsulfat-Nebenprodukten, die mit LSFO verbundenen Reagenzienaufbereitungsanlagen für Mahlen, Handhabung und Transport sind jedoch nicht erforderlich.

Der größte Vorteil von EADS ist die Vermeidung von flüssigen und festen Abfällen. Die EADS-Technologie arbeitet ohne jegliche Abwässer, sodass keine Abwasserbehandlung erforderlich ist. Das feste Nebenprodukt Ammoniumsulfat ist problemlos vermarktbar; Ammoniumsulfat ist das weltweit am häufigsten verwendete Düngemittel und dessen Komponente, und bis 2030 wird ein weltweites Marktwachstum erwartet. Die Herstellung von Ammoniumsulfat erfordert zwar eine Zentrifuge, einen Trockner, ein Förderband und Verpackungsanlagen, diese sind jedoch herstellerunabhängig und kommerziell erhältlich. Abhängig von den wirtschaftlichen und marktwirtschaftlichen Bedingungen kann der Ammoniumsulfatdünger die Kosten für die ammoniakbasierte Rauchgasentschwefelung decken und potenziell einen erheblichen Gewinn erzielen.

Schema eines effizienten Ammoniakentschwefelungsprozesses

Shandong Zhongpeng Special Ceramics Co., Ltd. ist einer der größten Anbieter von neuen Siliziumkarbid-Keramikwerkstoffen in China. SiC-technische Keramik: Mohshärte 9 (neue Mohshärte 13) mit ausgezeichneter Erosions- und Korrosionsbeständigkeit, hervorragender Abriebfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit. Die Lebensdauer von SiC-Produkten ist 4- bis 5-mal länger als die von 92%-Aluminiumoxid-Material. Der MOR von RBSiC ist 5- bis 7-mal höher als der von SNBSC und eignet sich daher für komplexere Formen. Die Angebotserstellung ist schnell, die Lieferung erfolgt wie versprochen und die Qualität ist unübertroffen. Wir verfolgen stets unsere Ziele und engagieren uns mit ganzem Herzen für die Gesellschaft.