Siliziumkarbid-REA-Düse zur Entschwefelung in Kraftwerken

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

Wenn fossile Brennstoffe in Verbrennungsprozessen zum Betrieb von Kesseln, Öfen oder anderen Geräten verwendet werden, besteht die Möglichkeit, dass SO2 oder SO3 als Teil des Abgases freigesetzt werden. Diese Schwefeloxide reagieren leicht mit anderen Elementen unter Bildung schädlicher Verbindungen wie Schwefelsäure und können sich negativ auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt auswirken. Aufgrund dieser potenziellen Auswirkungen ist die Kontrolle dieser Verbindung in Rauchgasen ein wesentlicher Bestandteil von Kohlekraftwerken und anderen industriellen Anwendungen.

Aufgrund von Erosions-, Verstopfungs- und Ablagerungsproblemen ist eines der zuverlässigsten Systeme zur Kontrolle dieser Emissionen ein Nassrauchgasentschwefelungsverfahren (REA) mit offenem Turm unter Verwendung von Kalkstein, gelöschtem Kalk, Meerwasser oder einer anderen alkalischen Lösung. Sprühdüsen sind in der Lage, diese Schlämme effektiv und zuverlässig in Absorptionstürmen zu verteilen. Durch die Erzeugung gleichmäßiger Muster aus Tröpfchen in der richtigen Größe können diese Düsen effektiv die für eine ordnungsgemäße Absorption erforderliche Oberfläche erzeugen und gleichzeitig das Mitreißen der Waschlösung in das Rauchgas minimieren.

Auswahl einer REA-Absorberdüse:
Wichtige zu berücksichtigende Faktoren:

Dichte und Viskosität des Scheuermediums
Erforderliche Tropfengröße
Die richtige Tröpfchengröße ist für die Sicherstellung angemessener Absorptionsraten von entscheidender Bedeutung
Düsenmaterial
Da das Rauchgas häufig korrosiv ist und die Waschflüssigkeit häufig eine Aufschlämmung mit hohem Feststoffgehalt und abrasiven Eigenschaften ist, ist die Auswahl des geeigneten korrosions- und verschleißfesten Materials wichtig
Beständigkeit gegen Düsenverstopfung
Da es sich bei der Waschflüssigkeit häufig um eine Aufschlämmung mit hohem Feststoffgehalt handelt, ist die Auswahl der Düse im Hinblick auf die Verstopfungsresistenz wichtig
Sprühmuster und Platzierung der Düse
Um eine ordnungsgemäße Absorption sicherzustellen, ist eine vollständige Abdeckung des Gasstroms ohne Bypass und mit ausreichender Verweilzeit wichtig
Größe und Typ des Düsenanschlusses
Erforderliche Durchflussraten der Waschflüssigkeit
Verfügbarer Druckabfall (∆P) über die Düse
∆P = Versorgungsdruck am Düseneintritt – Prozessdruck außerhalb der Düse
Unsere erfahrenen Ingenieure können Ihnen anhand Ihrer Konstruktionsdetails dabei helfen, herauszufinden, welche Düse die erforderliche Leistung erbringt
Gängige Anwendungen und Branchen von REA-Absorberdüsen:
Kohle- und andere Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen
Erdölraffinerien
Kommunale Müllverbrennungsanlagen
Zementöfen
Metallhütten

SiC-Materialdatenblatt

Nachteile von Kalk/Kalkstein

Wie in Abbildung 1 dargestellt, umfassen REA-Systeme, die die erzwungene Oxidation von Kalk/Kalkstein (LSFO) nutzen, drei Hauptuntersysteme:

• Vorbereitung, Handhabung und Lagerung von Reagenzien
• Absorbergefäß
• Umgang mit Abfällen und Nebenprodukten

Die Reagenzienvorbereitung besteht darin, zerkleinerten Kalkstein (CaCO3) von einem Lagersilo zu einem Rührwerkstank zu transportieren. Die resultierende Kalksteinaufschlämmung wird dann zusammen mit dem Kesselrauchgas und der oxidierenden Luft zum Absorberbehälter gepumpt. Sprühdüsen geben feine Reagenztröpfchen ab, die dann im Gegenstrom zum einströmenden Rauchgas strömen. Das SO2 im Rauchgas reagiert mit dem kalziumreichen Reagenz zu Kalziumsulfit (CaSO3) und CO2. Die in den Absorber eingebrachte Luft fördert die Oxidation von CaSO3 zu CaSO4 (Dihydratform).

Die grundlegenden LSFO-Reaktionen sind:

CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2 · 2H2O

Die oxidierte Aufschlämmung sammelt sich am Boden des Absorbers und wird anschließend zusammen mit frischem Reagenz zurück zu den Sprühdüsenköpfen zurückgeführt. Ein Teil des Recyclingstroms wird dem Abfall-/Nebenprodukt-Handhabungssystem zugeführt, das typischerweise aus Hydrozyklonen, Trommel- oder Bandfiltern und einem gerührten Abwasser-/Laugenauffangtank besteht. Das Abwasser aus dem Vorratstank wird zum Kalksteinreagenz-Zufuhrtank oder zu einem Hydrozyklon zurückgeführt, wo der Überlauf als Abwasser entfernt wird.

Typisches schematisches Schema des erzwungenen Oxidatin-Nasswäscheprozesses für Kalk/Kalkstein

Nasse LSFO-Systeme können typischerweise eine SO2-Entfernungseffizienz von 95–97 Prozent erreichen. Allerdings ist es schwierig, Werte über 97,5 Prozent zu erreichen, um die Emissionskontrollanforderungen zu erfüllen, insbesondere für Anlagen, die schwefelreiche Kohlen verwenden. Es können Magnesiumkatalysatoren zugesetzt oder der Kalkstein zu Kalk (CaO) mit höherer Reaktivität kalziniert werden. Solche Modifikationen erfordern jedoch zusätzliche Anlagenausrüstung und die damit verbundenen Arbeits- und Energiekosten. Beispielsweise erfordert die Kalzinierung zu Kalk die Installation eines separaten Kalkofens. Außerdem wird Kalk leicht ausgefällt, was die Gefahr der Bildung von Kalkablagerungen im Wäscher erhöht.

Die Kosten für die Kalzinierung mit einem Kalkofen können durch die direkte Einspritzung von Kalkstein in den Kesselofen gesenkt werden. Bei diesem Ansatz wird der im Kessel erzeugte Kalk mit dem Rauchgas in den Wäscher transportiert. Mögliche Probleme sind Kesselverschmutzung, Störungen der Wärmeübertragung und Kalkinaktivierung aufgrund von Überverbrennung im Kessel. Darüber hinaus verringert der Kalk die Fließtemperatur der geschmolzenen Asche in kohlebefeuerten Kesseln, was zu festen Ablagerungen führt, die sonst nicht auftreten würden.

Flüssige Abfälle aus dem LSFO-Prozess werden typischerweise zusammen mit flüssigen Abfällen aus anderen Teilen des Kraftwerks in Stabilisierungsbecken geleitet. Das nasse flüssige REA-Abwasser kann mit Sulfit- und Sulfatverbindungen gesättigt sein und Umweltaspekte beschränken seine Freisetzung typischerweise auf Flüsse, Bäche oder andere Wasserläufe. Außerdem kann die Rückführung von Abwasser/Flüssigkeit in den Wäscher zur Ansammlung von gelösten Natrium-, Kalium-, Kalzium-, Magnesium- oder Chloridsalzen führen. Diese Spezies können schließlich kristallisieren, es sei denn, es wird ausreichend Blut abgelassen, um die gelösten Salzkonzentrationen unter der Sättigung zu halten. Ein weiteres Problem ist die langsame Absetzgeschwindigkeit der Abfallfeststoffe, die den Bedarf an großen Stabilisierungsteichen mit hohem Volumen zur Folge hat. Unter typischen Bedingungen kann die abgesetzte Schicht in einem Stabilisierungsteich auch nach mehreren Monaten Lagerung 50 Prozent oder mehr flüssige Phase enthalten.

Das aus der Absorber-Recyclingaufschlämmung gewonnene Calciumsulfat kann einen hohen Anteil an nicht umgesetztem Kalkstein und Calciumsulfitasche aufweisen. Diese Verunreinigungen können verhindern, dass Calciumsulfat als synthetischer Gips für die Herstellung von Wandplatten, Gips und Zement verkauft wird. Nicht umgesetzter Kalkstein ist die vorherrschende Verunreinigung in synthetischem Gips und kommt auch häufig in natürlichem (abgebautem) Gips vor. Während Kalkstein selbst die Eigenschaften von Wandplatten-Endprodukten nicht beeinträchtigt, stellen seine abrasiven Eigenschaften Verschleißprobleme bei Verarbeitungsgeräten dar. Calciumsulfit ist eine unerwünschte Verunreinigung in jedem Gips, da seine feine Partikelgröße zu Ablagerungsproblemen und anderen Verarbeitungsproblemen wie dem Waschen und Entwässern des Kuchens führt.

Wenn die im LSFO-Verfahren erzeugten Feststoffe nicht als synthetischer Gips kommerziell vermarktbar sind, stellt dies ein erhebliches Entsorgungsproblem dar. Bei einem 1000-MW-Kessel, der 1-prozentige Schwefelkohle befeuert, beträgt die Gipsmenge etwa 550 Tonnen (kurz) pro Tag. Für die gleiche Anlage, die 2-prozentige Schwefelkohle verfeuert, steigt die Gipsproduktion auf etwa 1100 Tonnen/Tag. Rechnet man etwa 1.000 Tonnen/Tag für die Flugascheproduktion hinzu, ergibt sich eine Gesamttonnage fester Abfälle von etwa 1.550 Tonnen/Tag für Kohle mit 1 Prozent Schwefel und 2.100 Tonnen/Tag für Kohle mit 2 Prozent Schwefel.

EADS-Vorteile

Eine bewährte technologische Alternative zur LSFO-Wäsche ersetzt Kalkstein durch Ammoniak als Reagenz zur SO2-Entfernung. Die Mahl-, Lager-, Handhabungs- und Transportkomponenten für feste Reagenzien in einem LSFO-System werden durch einfache Lagertanks für wässriges oder wasserfreies Ammoniak ersetzt. Abbildung 2 zeigt ein Flussdiagramm für das EADS-System 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 in der oberen Hälfte des Behälters mit Ammoniak zu Ammoniumsulfit. Der Boden des Absorbergefäßes dient als Oxidationstank, in dem Luft das Ammoniumsulfit zu Ammoniumsulfat oxidiert. Die resultierende Ammoniumsulfatlösung wird auf mehreren Ebenen im Absorber zu den Sprühdüsenköpfen zurückgepumpt. Bevor das gereinigte Rauchgas oben aus dem Absorber austritt, durchläuft es einen Demister, der alle mitgerissenen Flüssigkeitströpfchen zusammenführt und feine Partikel auffängt.

Durch die Ammoniakreaktion mit SO2 und die Sulfitoxidation zu Sulfat wird eine hohe Reagenzienausnutzungsrate erreicht. Für jedes verbrauchte Pfund Ammoniak entstehen vier Pfund Ammoniumsulfat.

Wie beim LSFO-Verfahren kann ein Teil des Reagens-/Produktrückführungsstroms abgezogen werden, um ein kommerzielles Nebenprodukt zu erzeugen. Im EADS-System wird die Abnahmeproduktlösung zu einem Feststoffrückgewinnungssystem gepumpt, das aus einem Hydrozyklon und einer Zentrifuge besteht, um das Ammoniumsulfatprodukt vor dem Trocknen und Verpacken zu konzentrieren. Alle Flüssigkeiten (Hydrozyklonüberlauf und Zentrifugenzentrifuge) werden zurück in einen Aufschlämmungstank geleitet und dann wieder in den Ammoniumsulfat-Recyclingstrom des Absorbers eingeleitet.

• EADS-Systeme bieten eine höhere SO2-Entfernungseffizienz (>99 %), was Kohlekraftwerken mehr Flexibilität bei der Mischung billigerer Kohlen mit höherem Schwefelgehalt gibt.
• Während LSFO-Systeme pro entfernter Tonne SO2 0,7 Tonnen CO2 erzeugen, erzeugt das EADS-Verfahren kein CO2.
• Da Kalk und Kalkstein im Vergleich zu Ammoniak bei der SO2-Entfernung weniger reaktiv sind, ist ein höherer Prozesswasserverbrauch und eine höhere 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 oben erwähnt, erfordert das EADS-System zwar Ausrüstung zur Verarbeitung und Verpackung von Ammoniumsulfat-Nebenprodukten, die mit LSFO verbundenen Reagenzienvorbereitungsanlagen sind jedoch für Mahlung, Handhabung und Transport nicht erforderlich.

Der herausragendste Vorteil von EADS ist die Eliminierung sowohl flüssiger als auch fester Abfälle. Bei der EADS-Technologie handelt es sich um einen Prozess ohne Flüssigkeitsabgabe, was bedeutet, dass keine Abwasserbehandlung erforderlich ist. Das feste Ammoniumsulfat-Nebenprodukt ist leicht vermarktbar; Ammoniaksulfat ist der weltweit am häufigsten verwendete Düngemittel- und Düngemittelbestandteil, wobei bis 2030 ein weltweites Marktwachstum erwartet wird. Darüber hinaus erfordert die Herstellung von Ammoniumsulfat zwar eine Zentrifuge, einen Trockner, ein Förderband und eine Verpackungsausrüstung, diese Artikel sind jedoch nicht proprietär und kommerziell erhältlich verfügbar. Abhängig von den Wirtschafts- und Marktbedingungen kann der Ammoniumsulfatdünger die Kosten für die Rauchgasentschwefelung auf Ammoniakbasis ausgleichen und möglicherweise einen erheblichen Gewinn erzielen.

Schematische Darstellung des effizienten Ammoniak-Entschwefelungsprozesses

Shandong Zhongpeng Special Ceramics Co., Ltd ist eine der größten neuen Materiallösungen für Siliziumkarbidkeramik in China. Technische SiC-Keramik: Die Mohs-Härte beträgt 9 (die neue Mohs-Härte beträgt 13), mit ausgezeichneter Erosions- und Korrosionsbeständigkeit, ausgezeichneter Abriebfestigkeit und Antioxidation. Die Lebensdauer von SiC-Produkten ist vier- bis fünfmal länger als die von 92 % Aluminiumoxidmaterial. Der MOR von RBSiC ist fünf- bis siebenmal so hoch wie der von SNBSC und kann für komplexere Formen verwendet werden. Der Angebotsprozess verläuft schnell, die Lieferung erfolgt wie versprochen und die Qualität ist unübertroffen. Wir sind stets beharrlich dabei, unsere Ziele in Frage zu stellen und der Gesellschaft unser Herz zurückzugeben.