Siliziumkarbid-FGD-Düse zur Entschwefelung im Kraftwerk

Absorberdüsen für die Rauchgasentschwefelung (FGD)
Entfernung von Schwefeloxiden, allgemein als SOx bezeichnet, aus Abgasen mithilfe eines alkalischen Reagenz, 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. Aufgrund dieser potenziellen Auswirkungen ist die Kontrolle dieser Verbindungen in Rauchgasen ein wesentlicher Bestandteil von Kohlekraftwerken und anderen industriellen Anwendungen.

Aufgrund von Erosion, Verstopfung und Ablagerungen ist die Nassentschwefelung von Rauchgasen (FGD) in offenen Röhren 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 in das 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 ein Schlamm mit hohem Feststoffgehalt ist, ist die Auswahl der Düse im Hinblick auf die Verstopfungsbeständigkeit wichtig
Sprühmuster und Platzierung der Düse
Um eine ordnungsgemäße Absorption zu gewährleisten, ist eine vollständige Abdeckung des Gasstroms ohne Bypass und ausreichende Verweilzeit wichtig
Düsenanschlussgröße und -typ
Erforderliche Waschflüssigkeitsdurchflussraten
Verfügbarer Druckabfall (∆P) über der Düse
∆P = Versorgungsdruck am Düseneingang – Prozessdruck außerhalb der Düse
Unsere erfahrenen Ingenieure können Ihnen dabei helfen, die Düse zu finden, die Ihren Konstruktionsdetails entspricht.
Gängige Anwendungen und Branchen für FGD-Absorberdüsen:
Kohlekraftwerke und andere fossile Brennstoffkraftwerke
Erdölraffinerien
Verbrennungsanlagen für Siedlungsmüll
Zementöfen
Metallhütten

SiC-Materialdatenblatt

Nachteile von Kalk/Kalkstein

Wie in Abbildung 1 dargestellt, umfassen FGD-Systeme mit forcierter Kalk-/Kalksteinoxidation (LSFO) drei Hauptuntersysteme:

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

Die Reagenzaufbereitung besteht darin, zerkleinerten Kalkstein (CaCO3) aus einem Lagersilo in einen Rührbehälter zu befördern. Der entstehende Kalksteinschlamm wird dann zusammen mit dem Kesselrauchgas und der Oxidationsluft in den Absorberbehälter gepumpt. Sprühdüsen geben feine Reagenztröpfchen ab, die dann 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 in das Abfall-/Nebenproduktbehandlungssystem abgezogen, das typischerweise aus Hydrozyklonen, Trommel- oder Bandfiltern und einem Rührwerkstank für Abwasser/Flüssigkeit besteht. Das Abwasser aus dem Tank wird zurück in den Kalkstein-Reagenzbehälter oder zu einem Hydrozyklon geführt, wo der Überlauf als Abwasser entfernt wird.

Schema des typischen Nasswaschprozesses mit forcierter Oxidation von Kalk/Kalkstein

Nasse LSFO-Systeme erreichen typischerweise SO2-Entfernungsgrade von 95–97 Prozent. Werte über 97,5 Prozent zur Einhaltung der Emissionskontrollvorschriften sind jedoch schwierig zu erreichen, 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. Außerdem fällt Kalk leicht aus, was die Gefahr von Kalkablagerungen im Wäscher 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 Wäscher 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 auftreten 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 normalerweise begrenzt. Auch 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 Ablass vorgesehen wird, um die Konzentrationen 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 zurückgewonnene Calciumsulfat kann einen hohen Anteil an nicht umgesetztem Kalkstein und Calciumsulfit-Asche enthalten. Diese Verunreinigungen können verhindern, dass das Calciumsulfat als synthetischer Gips zur Verwendung in der Wandplatten-, Putz- und Zementproduktion verkauft wird. Nicht umgesetzter Kalkstein ist die vorherrschende Verunreinigung in synthetischem Gips und kommt auch in natürlichem (abgebautem) Gips häufig 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, der mit 1-prozentiger Schwefelkohle befeuert wird, beträgt die Gipsmenge etwa 550 Tonnen (kurz) pro Tag. Bei der gleichen Anlage, die mit 2-prozentiger Schwefelkohle befeuert wird, erhöht sich die Gipsproduktion auf etwa 1100 Tonnen pro Tag. Rechnet man etwa 1000 Tonnen pro Tag für die Flugascheproduktion hinzu, beträgt die Gesamtmenge an Feststoffabfällen etwa 1550 Tonnen pro Tag bei 1-prozentiger Schwefelkohle und 2100 Tonnen pro Tag bei 2-prozentiger Schwefelkohle.

Vorteile von EADS

Eine bewährte Technologiealternative zur LSFO-Wäsche ist der Ersatz von 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 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 4 Pfund Ammoniumsulfat produziert.

Wie beim LSFO-Prozess kann ein Teil des Reagenz-/Produktrücklaufstroms entnommen und ein kommerzielles Nebenprodukt erzeugt werden. 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 Ammoniumsulfat-Rücklaufstrom des Absorbers eingeleitet.

• EADS-Systeme bieten eine höhere SO2-Entfernungseffizienz (>99 %), was Kohlekraftwerken mehr Flexibilität bei der Mischung günstigerer Kohle mit höherem Schwefelgehalt gibt.
• 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 sind mit denen für den Bau eines LSFO-Systems vergleichbar. 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 Flüssigkeitsableitung, d. h. es ist keine Abwasserbehandlung erforderlich. Das feste Nebenprodukt Ammoniumsulfat ist problemlos vermarktbar; Ammoniumsulfat ist das weltweit am häufigsten verwendete Düngemittel und dessen Bestandteil; bis 2030 wird ein weltweites Marktwachstum erwartet. Für die Herstellung von Ammoniumsulfat werden zwar Zentrifuge, Trockner, Förderband und Verpackungsanlagen benötigt, diese sind jedoch herstellerunabhängig und kommerziell erhältlich. Je nach Wirtschafts- und Marktlage 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. Technische SiC-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 kann für komplexere Formen verwendet werden. Die Angebotserstellung erfolgt 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.