Ακροφύσιο FGD καρβιδίου πυριτίου για αποθείωση σε σταθμό παραγωγής ενέργειας

Ακροφύσια Αποθείωσης Καυσαερίων (FGD)
Αφαίρεση οξειδίων του θείου, που συνήθως αναφέρονται ως SOx, από καυσαέρια χρησιμοποιώντας ένα αλκαλικό αντιδραστήριο, όπως ένα υγρό πολτό ασβεστόλιθου.

Όταν τα ορυκτά καύσιμα χρησιμοποιούνται σε διεργασίες καύσης για τη λειτουργία λεβήτων, κλιβάνων ή άλλου εξοπλισμού, έχουν τη δυνατότητα να απελευθερώνουν SO2 ή SO3 ως μέρος των καυσαερίων. Αυτά τα οξείδια του θείου αντιδρούν εύκολα με άλλα στοιχεία σχηματίζοντας επιβλαβείς ενώσεις όπως το θειικό οξύ και έχουν τη δυνατότητα να επηρεάσουν αρνητικά την ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον. Λόγω αυτών των πιθανών επιπτώσεων, ο έλεγχος αυτής της ένωσης στα καυσαέρια αποτελεί ουσιαστικό μέρος των μονάδων παραγωγής ενέργειας με καύση άνθρακα και άλλων βιομηχανικών εφαρμογών.

Λόγω ανησυχιών για διάβρωση, απόφραξη και συσσώρευση, ένα από τα πιο αξιόπιστα συστήματα για τον έλεγχο αυτών των εκπομπών είναι μια διαδικασία αποθείωσης υγρών καυσαερίων (FGD) ανοιχτού πύργου που χρησιμοποιεί ασβεστόλιθο, υδράσβεστο, θαλασσινό νερό ή άλλο αλκαλικό διάλυμα. Τα ακροφύσια ψεκασμού είναι σε θέση να κατανέμουν αποτελεσματικά και αξιόπιστα αυτά τα πολτά σε πύργους απορρόφησης. Δημιουργώντας ομοιόμορφα μοτίβα σταγονιδίων κατάλληλου μεγέθους, αυτά τα ακροφύσια είναι σε θέση να δημιουργήσουν αποτελεσματικά την επιφάνεια που απαιτείται για σωστή απορρόφηση, ελαχιστοποιώντας παράλληλα την εισχώρηση του διαλύματος καθαρισμού στα καυσαέρια.

Επιλογή ακροφυσίου απορρόφησης FGD:
Σημαντικοί παράγοντες που πρέπει να λάβετε υπόψη:

Πυκνότητα και ιξώδες μέσων καθαρισμού
Απαιτούμενο μέγεθος σταγόνας
Το σωστό μέγεθος σταγονιδίων είναι απαραίτητο για την εξασφάλιση σωστών ρυθμών απορρόφησης
Υλικό ακροφυσίου
Καθώς τα καυσαέρια είναι συχνά διαβρωτικά και το υγρό καθαρισμού είναι συχνά ένας πολτός με υψηλή περιεκτικότητα σε στερεά και λειαντικές ιδιότητες, η επιλογή του κατάλληλου υλικού ανθεκτικό στη διάβρωση και τη φθορά είναι σημαντική.
Αντίσταση απόφραξης ακροφυσίου
Καθώς το υγρό καθαρισμού είναι συχνά ένας πολτός με υψηλή περιεκτικότητα σε στερεά, η επιλογή του ακροφυσίου με γνώμονα την αντοχή στο φράξιμο είναι σημαντική.
Σχέδιο ψεκασμού και τοποθέτηση ακροφυσίου
Για να διασφαλιστεί η σωστή απορρόφηση, είναι σημαντική η πλήρης κάλυψη του ρεύματος αερίου χωρίς παράκαμψη και ο επαρκής χρόνος παραμονής.
Μέγεθος και τύπος σύνδεσης ακροφυσίου
Απαιτούμενοι ρυθμοί ροής υγρού καθαρισμού
Διαθέσιμη πτώση πίεσης (ΔP) στο ακροφύσιο
ΔP = πίεση τροφοδοσίας στην είσοδο του ακροφυσίου – πίεση διεργασίας εκτός του ακροφυσίου
Οι έμπειροι μηχανικοί μας μπορούν να σας βοηθήσουν να προσδιορίσετε ποιο ακροφύσιο θα αποδώσει όπως απαιτείται με τις λεπτομέρειες του σχεδιασμού σας.
Κοινές χρήσεις και βιομηχανίες ακροφυσίων απορρόφησης FGD:
Μονάδες παραγωγής ενέργειας από άνθρακα και άλλα ορυκτά καύσιμα
Διυλιστήρια πετρελαίου
Αποτεφρωτήρες αστικών αποβλήτων
Κλίβανοι τσιμέντου
Χυτήρια μετάλλων

Φύλλο δεδομένων υλικού SiC

Μειονεκτήματα με ασβέστη/ασβεστόλιθο

Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1, τα συστήματα FGD που χρησιμοποιούν εξαναγκασμένη οξείδωση ασβέστη/ασβεστόλιθου (LSFO) περιλαμβάνουν τρία κύρια υποσυστήματα:

• Προετοιμασία, χειρισμός και αποθήκευση αντιδραστηρίων
• Δοχείο απορρόφησης
• Διαχείριση αποβλήτων και υποπροϊόντων

Η προετοιμασία του αντιδραστηρίου συνίσταται στη μεταφορά θρυμματισμένου ασβεστόλιθου (CaCO3) από ένα σιλό αποθήκευσης σε μια αναδευόμενη δεξαμενή τροφοδοσίας. Το προκύπτον πολτό ασβεστόλιθου αντλείται στη συνέχεια στο δοχείο απορρόφησης μαζί με τα καυσαέρια του λέβητα και τον οξειδωτικό αέρα. Τα ακροφύσια ψεκασμού απελευθερώνουν λεπτά σταγονίδια αντιδραστηρίου που στη συνέχεια ρέουν αντίθετα προς τα εισερχόμενα καυσαέρια. Το SO2 στα καυσαέρια αντιδρά με το πλούσιο σε ασβέστιο αντιδραστήριο για να σχηματίσει θειώδες ασβέστιο (CaSO3) και CO2. Ο αέρας που εισάγεται στον απορροφητή προάγει την οξείδωση του CaSO3 σε CaSO4 (διένυδρη μορφή).

Οι βασικές αντιδράσεις LSFO είναι:

CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2 · 2H2O

Το οξειδωμένο πολτό συλλέγεται στον πυθμένα του απορροφητή και στη συνέχεια ανακυκλώνεται μαζί με το φρέσκο ​​αντιδραστήριο πίσω στις κεφαλές των ακροφυσίων ψεκασμού. Ένα μέρος του ρεύματος ανακύκλωσης αποσύρεται στο σύστημα χειρισμού αποβλήτων/παραπροϊόντων, το οποίο συνήθως αποτελείται από υδροκυκλώνες, φίλτρα τυμπάνου ή ιμάντα και μια αναδευόμενη δεξαμενή συγκράτησης λυμάτων/υγρών. Τα λύματα από τη δεξαμενή συγκράτησης ανακυκλώνονται πίσω στη δεξαμενή τροφοδοσίας αντιδραστηρίου ασβεστόλιθου ή σε έναν υδροκυκλώνα όπου η υπερχείλιση απομακρύνεται ως εκροή.

Τυπικό Σχήμα Διαδικασίας Υγρής Τρίψιμο με Αναγκαστική Οξειδωτίνη Ασβέστη/Ασβεστόλιθο

Τα συστήματα υγρής LSFO μπορούν συνήθως να επιτύχουν αποδόσεις απομάκρυνσης SO2 της τάξης του 95-97%. Η επίτευξη επιπέδων άνω του 97,5% για την κάλυψη των απαιτήσεων ελέγχου των εκπομπών, ωστόσο, είναι δύσκολη, ειδικά για μονάδες που χρησιμοποιούν άνθρακες υψηλής περιεκτικότητας σε θείο. Μπορούν να προστεθούν καταλύτες μαγνησίου ή ο ασβεστόλιθος μπορεί να φρυχθεί σε ασβέστη υψηλότερης αντιδραστικότητας (CaO), αλλά τέτοιες τροποποιήσεις συνεπάγονται πρόσθετο εξοπλισμό της μονάδας και το σχετικό κόστος εργασίας και ενέργειας. Για παράδειγμα, η φρύξη σε ασβέστη απαιτεί την εγκατάσταση ξεχωριστού κλιβάνου ασβέστη. Επίσης, ο ασβέστης καθιζάνει εύκολα και αυτό αυξάνει την πιθανότητα σχηματισμού επικαθίσεων κλίμακας στον καθαριστήρα.

Το κόστος της πύρωσης με ασβεστοκάμινο μπορεί να μειωθεί με την άμεση έγχυση ασβεστόλιθου στον κλίβανο του λέβητα. Σε αυτήν την προσέγγιση, ο ασβέστης που παράγεται στον λέβητα μεταφέρεται μαζί με τα καυσαέρια στον καθαριστήρα. Πιθανά προβλήματα περιλαμβάνουν τη ρύπανση του λέβητα, την παρεμβολή στη μεταφορά θερμότητας και την απενεργοποίηση του ασβέστη λόγω υπερβολικής καύσης στον λέβητα. Επιπλέον, ο ασβέστης μειώνει τη θερμοκρασία ροής της τηγμένης τέφρας σε λέβητες που λειτουργούν με άνθρακα, με αποτέλεσμα στερεές αποθέσεις που διαφορετικά δεν θα δημιουργούνταν.

Τα υγρά απόβλητα από τη διαδικασία LSFO συνήθως κατευθύνονται σε δεξαμενές σταθεροποίησης μαζί με υγρά απόβλητα από άλλα σημεία του σταθμού παραγωγής ενέργειας. Τα υγρά απόβλητα της υγρής αποθειωμένης απαερίωσης (FGD) μπορούν να κορεσθούν με θειώδεις και θειικές ενώσεις και οι περιβαλλοντικοί παράγοντες συνήθως περιορίζουν την απελευθέρωσή τους σε ποτάμια, ρέματα ή άλλα υδάτινα ρεύματα. Επίσης, η ανακύκλωση λυμάτων/υγρών πίσω στον καθαριστήρα μπορεί να οδηγήσει στη συσσώρευση διαλυμένων αλάτων νατρίου, καλίου, ασβεστίου, μαγνησίου ή χλωρίου. Αυτά τα είδη μπορούν τελικά να κρυσταλλωθούν, εκτός εάν παρέχεται επαρκής διαρροή για να διατηρηθούν οι συγκεντρώσεις διαλυμένων αλάτων κάτω από τον κορεσμό. Ένα επιπλέον πρόβλημα είναι ο αργός ρυθμός καθίζησης των στερεών αποβλήτων, ο οποίος έχει ως αποτέλεσμα την ανάγκη για μεγάλες δεξαμενές σταθεροποίησης μεγάλου όγκου. Υπό τυπικές συνθήκες, το καθιζάνον στρώμα σε μια δεξαμενή σταθεροποίησης μπορεί να περιέχει 50 τοις εκατό ή περισσότερο υγρή φάση ακόμη και μετά από αρκετούς μήνες αποθήκευσης.

Το θειικό ασβέστιο που ανακτάται από τον πολτό ανακύκλωσης του απορροφητή μπορεί να έχει υψηλή περιεκτικότητα σε μη αντιδράσαντα ασβεστόλιθο και τέφρα θειώδους ασβεστίου. Αυτοί οι ρύποι μπορούν να εμποδίσουν την πώληση του θειικού ασβεστίου ως συνθετικού γύψου για χρήση στην παραγωγή γυψοσανίδων, γύψου και τσιμέντου. Ο μη αντιδράσαντας ασβεστόλιθος είναι η κυρίαρχη πρόσμειξη που βρίσκεται στον συνθετικό γύψο και είναι επίσης μια κοινή πρόσμειξη στον φυσικό (εξορυσσόμενο) γύψο. Ενώ ο ίδιος ο ασβεστόλιθος δεν επηρεάζει τις ιδιότητες των τελικών προϊόντων γυψοσανίδας, οι λειαντικές του ιδιότητες παρουσιάζουν προβλήματα φθοράς για τον εξοπλισμό επεξεργασίας. Το θειώδες ασβέστιο είναι μια ανεπιθύμητη πρόσμειξη σε οποιονδήποτε γύψο, καθώς το λεπτό μέγεθος των σωματιδίων του δημιουργεί προβλήματα απολέπισης και άλλα προβλήματα επεξεργασίας, όπως το πλύσιμο του κέικ και η αφυδάτωση.

Εάν τα στερεά που παράγονται κατά τη διαδικασία LSFO δεν είναι εμπορεύσιμα ως συνθετικός γύψος, αυτό δημιουργεί ένα σημαντικό πρόβλημα διάθεσης αποβλήτων. Για έναν λέβητα 1000 MW που τροφοδοτεί άνθρακα με 1% θείο, η ποσότητα γύψου είναι περίπου 550 τόνοι (μικρού ποσού)/ημέρα. Για την ίδια μονάδα που τροφοδοτεί άνθρακα με 2% θείο, η παραγωγή γύψου αυξάνεται σε περίπου 1100 τόνους/ημέρα. Προσθέτοντας περίπου 1000 τόνους/ημέρα για την παραγωγή ιπτάμενης τέφρας, η συνολική ποσότητα στερεών αποβλήτων ανέρχεται σε περίπου 1550 τόνους/ημέρα για την περίπτωση άνθρακα με 1% θείο και σε 2100 τόνους/ημέρα για την περίπτωση άνθρακα με 2% θείο.

Πλεονεκτήματα της EADS

Μια αποδεδειγμένη τεχνολογική εναλλακτική λύση στην πλύση με LSFO αντικαθιστά τον ασβεστόλιθο με αμμωνία ως αντιδραστήριο για την απομάκρυνση SO2. Τα εξαρτήματα άλεσης, αποθήκευσης, χειρισμού και μεταφοράς στερεών αντιδραστηρίων σε ένα σύστημα LSFO αντικαθίστανται από απλές δεξαμενές αποθήκευσης για υδατική ή άνυδρη αμμωνία. Το Σχήμα 2 δείχνει ένα σχηματικό διάγραμμα ροής για το σύστημα EADS που παρέχεται από την JET Inc.

Η αμμωνία, τα καυσαέρια, ο οξειδωτικός αέρας και το νερό διεργασίας εισέρχονται σε έναν απορροφητή που περιέχει πολλαπλά επίπεδα ακροφυσίων ψεκασμού. Τα ακροφύσια παράγουν λεπτά σταγονίδια αντιδραστηρίου που περιέχει αμμωνία για να εξασφαλίσουν την άμεση επαφή του αντιδραστηρίου με τα εισερχόμενα καυσαέρια σύμφωνα με τις ακόλουθες αντιδράσεις:

(1) SO2 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO3

(2) (NH4)2SO3 + ½O2 → (NH4)2SO4

Το SO2 στο ρεύμα καυσαερίων αντιδρά με αμμωνία στο άνω μισό του δοχείου για να παράγει θειώδες αμμώνιο. Ο πυθμένας του δοχείου απορρόφησης χρησιμεύει ως δεξαμενή οξείδωσης όπου ο αέρας οξειδώνει το θειώδες αμμώνιο σε θειικό αμμώνιο. Το προκύπτον διάλυμα θειικού αμμωνίου αντλείται πίσω στις κεφαλές των ακροφυσίων ψεκασμού σε πολλαπλά επίπεδα στον απορροφητή. Πριν τα καθαρισμένα καυσαέρια εξέλθουν από την κορυφή του απορροφητή, διέρχονται από έναν αποσβεστήρα που συγκεντρώνει τυχόν παρασυρόμενα σταγονίδια υγρού και συλλαμβάνει τα λεπτά σωματίδια.

Η αντίδραση αμμωνίας με SO2 και η οξείδωση του θειώδους άλατος σε θειικό άλας επιτυγχάνουν υψηλό ποσοστό αξιοποίησης του αντιδραστηρίου. Για κάθε λίβρα αμμωνίας που καταναλώνεται, παράγονται τέσσερις λίβρες θειικού αμμωνίου.

Όπως και με τη διαδικασία LSFO, ένα μέρος του ρεύματος ανακύκλωσης αντιδραστηρίου/προϊόντος μπορεί να αποσυρθεί για να παραχθεί ένα εμπορικό υποπροϊόν. Στο σύστημα EADS, το διάλυμα του προϊόντος αποδέσμευσης αντλείται σε ένα σύστημα ανάκτησης στερεών που αποτελείται από έναν υδροκυκλώνα και μια φυγόκεντρο για τη συμπύκνωση του προϊόντος θειικού αμμωνίου πριν από την ξήρανση και τη συσκευασία. Όλα τα υγρά (υπερχείλιση υδροκυκλώνα και συμπύκνωμα φυγόκεντρου) κατευθύνονται πίσω σε μια δεξαμενή πολτού και στη συνέχεια επανεισάγονται στο ρεύμα ανακύκλωσης θειικού αμμωνίου του απορροφητή.

• Τα συστήματα EADS παρέχουν υψηλότερη απόδοση απομάκρυνσης SO2 (>99%), γεγονός που δίνει στους σταθμούς παραγωγής ενέργειας με καύση άνθρακα μεγαλύτερη ευελιξία στην ανάμειξη φθηνότερων, υψηλότερης περιεκτικότητας σε θείο ανθράκων.
• Ενώ τα συστήματα LSFO δημιουργούν 0,7 τόνους CO2 για κάθε τόνο SO2 που αφαιρείται, η διαδικασία EADS δεν παράγει CO2.
• Επειδή ο ασβέστης και ο ασβεστόλιθος είναι λιγότερο δραστικοί σε σύγκριση με την αμμωνία για την απομάκρυνση SO2, απαιτείται υψηλότερη κατανάλωση νερού διεργασίας και ενέργεια άντλησης για την επίτευξη υψηλών ρυθμών κυκλοφορίας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερο λειτουργικό κόστος για τα συστήματα LSFO.
• Το κόστος κεφαλαίου για τα συστήματα EADS είναι παρόμοιο με εκείνο για την κατασκευή ενός συστήματος LSFO. Όπως σημειώθηκε παραπάνω, ενώ το σύστημα EADS απαιτεί εξοπλισμό επεξεργασίας και συσκευασίας υποπροϊόντων θειικού αμμωνίου, οι εγκαταστάσεις προετοιμασίας αντιδραστηρίων που σχετίζονται με το LSFO δεν απαιτούνται για την άλεση, τον χειρισμό και τη μεταφορά.

Το πιο ξεχωριστό πλεονέκτημα του EADS είναι η εξάλειψη τόσο των υγρών όσο και των στερεών αποβλήτων. Η τεχνολογία EADS είναι μια διαδικασία μηδενικής απόρριψης υγρών, που σημαίνει ότι δεν απαιτείται επεξεργασία λυμάτων. Το στερεό παραπροϊόν θειικού αμμωνίου είναι άμεσα εμπορεύσιμο. Η θειική αμμωνία είναι το πιο χρησιμοποιούμενο λίπασμα και συστατικό λιπάσματος στον κόσμο, με αναμενόμενη παγκόσμια ανάπτυξη της αγοράς έως το 2030. Επιπλέον, ενώ η παραγωγή θειικού αμμωνίου απαιτεί φυγόκεντρο, ξηραντήρα, μεταφορικό ιμάντα και εξοπλισμό συσκευασίας, αυτά τα είδη είναι μη ιδιόκτητα και εμπορικά διαθέσιμα. Ανάλογα με τις οικονομικές και τις συνθήκες της αγοράς, το λίπασμα θειικού αμμωνίου μπορεί να αντισταθμίσει το κόστος για την αποθείωση των καυσαερίων με βάση την αμμωνία και ενδεχομένως να προσφέρει σημαντικό κέρδος.

Αποτελεσματική Σχηματική Διαδικασία Αποθείωσης Αμμωνίας

Η Shandong Zhongpeng Special Ceramics Co., Ltd είναι μια από τις μεγαλύτερες λύσεις νέων υλικών κεραμικών καρβιδίου του πυριτίου στην Κίνα. Τεχνικά κεραμικά SiC: Η σκληρότητα Moh είναι 9 (η σκληρότητα New Moh είναι 13), με εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση και τη διάβρωση, εξαιρετική αντοχή στην τριβή και την αντιοξείδωση. Η διάρκεια ζωής του προϊόντος SiC είναι 4 έως 5 φορές μεγαλύτερη από το υλικό 92% αλουμίνας. Η MOR του RBSiC είναι 5 έως 7 φορές μεγαλύτερη από αυτή του SNBSC, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πιο σύνθετα σχήματα. Η διαδικασία προσφοράς είναι γρήγορη, η παράδοση είναι όπως υποσχέθηκε και η ποιότητα είναι απαράμιλλη. Πάντα επιμένουμε να αμφισβητούμε τους στόχους μας και να δίνουμε την καρδιά μας πίσω στην κοινωνία.