Buse FGD en carbure de silicium pour la désulfuration dans les centrales électriques

Buses d'absorption pour la désulfuration des gaz de combustion (DGC)
Élimination des oxydes de soufre, communément appelés SOx, des gaz d'échappement à l'aide d'un réactif alcalin, tel qu'une boue de calcaire humide.

Lorsque des combustibles fossiles sont utilisés dans des procédés de combustion pour alimenter des chaudières, des fours ou d'autres équipements, ils peuvent libérer du SO2 ou du SO3 dans les gaz d'échappement. Ces oxydes de soufre réagissent facilement avec d'autres éléments pour former des composés nocifs tels que l'acide sulfurique, susceptibles d'avoir des effets néfastes sur la santé humaine et l'environnement. Compte tenu de ces effets potentiels, le contrôle de ce composé dans les gaz de combustion est essentiel pour les centrales électriques au charbon et autres applications industrielles.

En raison des problèmes d'érosion, de colmatage et d'accumulation, l'un des systèmes les plus fiables pour contrôler ces émissions est la désulfuration des gaz de combustion par voie humide (DGC) en tour ouverte, utilisant du calcaire, de la chaux hydratée, de l'eau de mer ou une autre solution alcaline. Les buses de pulvérisation permettent de répartir efficacement et de manière fiable ces boues dans les tours d'absorption. En créant des motifs uniformes de gouttelettes de taille appropriée, ces buses créent la surface nécessaire à une absorption optimale tout en minimisant l'entraînement de la solution de lavage dans les gaz de combustion.

Sélection d'une buse d'absorption FGD :
Facteurs importants à prendre en compte :

Densité et viscosité du média de lavage
Taille de gouttelette requise
La taille correcte des gouttelettes est essentielle pour garantir des taux d'absorption appropriés
Matériau de la buse
Comme les gaz de combustion sont souvent corrosifs et que le fluide de lavage est fréquemment une boue à forte teneur en solides et aux propriétés abrasives, il est important de sélectionner le matériau approprié résistant à la corrosion et à l'usure.
Résistance au colmatage des buses
Comme le liquide de lavage est souvent une boue à forte teneur en solides, le choix de la buse en fonction de la résistance au colmatage est important.
Modèle de pulvérisation et emplacement de la buse
Afin de garantir une absorption adéquate, une couverture complète du flux de gaz sans dérivation et un temps de séjour suffisant sont importants.
Taille et type de connexion de buse
Débits de fluide de lavage requis
Chute de pression disponible (∆P) à travers la buse
∆P = pression d'alimentation à l'entrée de la buse – pression du processus à l'extérieur de la buse
Nos ingénieurs expérimentés peuvent vous aider à déterminer quelle buse fonctionnera comme requis avec les détails de votre conception
Utilisations et industries courantes des buses d'absorption FGD :
Centrales électriques au charbon et autres combustibles fossiles
Raffineries de pétrole
Incinérateurs de déchets municipaux
Fours à ciment
Fonderies de métaux

Fiche technique du matériau SiC

Inconvénients de la chaux/du calcaire

Comme le montre la figure 1, les systèmes FGD utilisant l’oxydation forcée à la chaux/calcaire (LSFO) comprennent trois sous-systèmes principaux :

• Préparation, manipulation et stockage des réactifs
• récipient absorbant
• Gestion des déchets et des sous-produits

La préparation du réactif consiste à transporter du calcaire concassé (CaCO3) d'un silo de stockage vers un réservoir d'alimentation agité. La boue calcaire obtenue est ensuite pompée vers la cuve d'absorption avec les fumées de la chaudière et l'air oxydant. Des buses de pulvérisation délivrent de fines gouttelettes de réactif qui circulent ensuite à contre-courant des fumées entrantes. Le SO2 contenu dans les fumées réagit avec le réactif riche en calcium pour former du sulfite de calcium (CaSO3) et du CO2. L'air introduit dans l'absorbeur favorise l'oxydation du CaSO3 en CaSO4 (forme dihydratée).

Les réactions de base du LSFO sont :

CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2 · 2H2O

La boue oxydée s'accumule au fond de l'absorbeur et est ensuite recyclée avec le réactif frais vers les buses de pulvérisation. Une partie du flux recyclé est acheminée vers le système de traitement des déchets/sous-produits, généralement composé d'hydrocyclones, de filtres à tambour ou à bande, et d'un réservoir de rétention des eaux usées/liquides agité. Les eaux usées du réservoir de rétention sont recyclées vers le réservoir d'alimentation en réactif calcaire ou vers un hydrocyclone où le trop-plein est éliminé sous forme d'effluent.

Schéma typique du processus d'épuration humide par oxydation forcée de la chaux/calcaire

Les systèmes LSFO humides atteignent généralement des rendements d'élimination du SO₂ de 95 à 97 %. Il est toutefois difficile d'atteindre des niveaux supérieurs à 97,5 % pour satisfaire aux exigences de contrôle des émissions, notamment pour les centrales utilisant des charbons à haute teneur en soufre. Des catalyseurs au magnésium peuvent être ajoutés ou le calcaire peut être calciné en chaux à réactivité plus élevée (CaO), mais ces modifications impliquent des équipements supplémentaires et les coûts de main-d'œuvre et d'énergie associés. Par exemple, la calcination en chaux nécessite l'installation d'un four à chaux séparé. De plus, la chaux précipite facilement, ce qui augmente le risque de formation de tartre dans l'épurateur.

Le coût de la calcination dans un four à chaux peut être réduit en injectant directement du calcaire dans le foyer de la chaudière. Cette approche consiste à évacuer la chaux produite par la chaudière avec les fumées vers l'épurateur. Parmi les problèmes potentiels figurent l'encrassement de la chaudière, les interférences avec le transfert de chaleur et l'inactivation de la chaux due à une surchauffe. De plus, la chaux réduit la température d'écoulement des cendres fondues dans les chaudières à charbon, ce qui entraîne des dépôts solides qui, autrement, ne se formeraient pas.

Les déchets liquides issus du procédé LSFO sont généralement dirigés vers des bassins de stabilisation avec les déchets liquides provenant d'autres installations de la centrale. Les effluents liquides de la désulfuration des gaz de combustion (DGC) par voie humide peuvent être saturés en composés sulfites et sulfates, et des considérations environnementales limitent généralement leur rejet dans les rivières, ruisseaux ou autres cours d'eau. De plus, le recyclage des eaux usées/liquides vers l'épurateur peut entraîner l'accumulation de sels dissous de sodium, de potassium, de calcium, de magnésium ou de chlorure. Ces espèces peuvent finir par cristalliser si une purge suffisante n'est pas assurée pour maintenir les concentrations de sels dissous en dessous de la saturation. Un autre problème est la lente décantation des déchets solides, qui nécessite des bassins de stabilisation de grande taille et de grand volume. En conditions normales, la couche décantée d'un bassin de stabilisation peut contenir 50 % ou plus de phase liquide, même après plusieurs mois de stockage.

Le sulfate de calcium récupéré des boues de recyclage de l'absorbeur peut être riche en calcaire non réagi et en cendres de sulfite de calcium. Ces contaminants peuvent empêcher la commercialisation du sulfate de calcium sous forme de gypse synthétique pour la production de plaques de plâtre, de plâtre et de ciment. Le calcaire non réagi est la principale impureté présente dans le gypse synthétique et est également une impureté courante dans le gypse naturel (extrait). Bien que le calcaire en lui-même n'interfère pas avec les propriétés des plaques de plâtre finies, ses propriétés abrasives entraînent des problèmes d'usure des équipements de traitement. Le sulfite de calcium est une impureté indésirable dans tout gypse, car sa fine granulométrie pose des problèmes d'entartrage et d'autres difficultés de traitement, telles que le lavage et la déshydratation du gâteau.

Si les solides générés par le procédé LSFO ne sont pas commercialisables sous forme de gypse synthétique, cela pose un problème considérable d'élimination des déchets. Pour une chaudière de 1 000 MW utilisant du charbon à 1 % de soufre, la quantité de gypse est d'environ 550 tonnes (courtes)/jour. Pour la même centrale utilisant du charbon à 2 % de soufre, la production de gypse passe à environ 1 100 tonnes/jour. Si l'on ajoute environ 1 000 tonnes/jour pour la production de cendres volantes, le tonnage total de déchets solides s'élève à environ 1 550 tonnes/jour pour le charbon à 1 % de soufre et à 2 100 tonnes/jour pour le charbon à 2 % de soufre.

Avantages EADS

Une alternative technologique éprouvée au lavage LSFO consiste à remplacer le calcaire par de l'ammoniac comme réactif pour l'élimination du SO₂. Les composants de broyage, de stockage, de manutention et de transport des réactifs solides d'un système LSFO sont remplacés par de simples réservoirs de stockage d'ammoniac aqueux ou anhydre. La figure 2 présente un schéma de principe du système EADS fourni par JET Inc.

L'ammoniac, les fumées, l'air oxydant et l'eau de procédé pénètrent dans un absorbeur équipé de plusieurs niveaux de buses de pulvérisation. Ces buses génèrent de fines gouttelettes de réactif contenant de l'ammoniac pour assurer un contact intime du réactif avec les fumées entrantes, selon les réactions suivantes :

(1) SO2 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO3

(2) (NH4)2SO3 + ½O2 → (NH4)2SO4

Le SO2 présent dans les fumées réagit avec l'ammoniac dans la partie supérieure de la cuve pour produire du sulfite d'ammonium. Le fond de la cuve de l'absorbeur sert de cuve d'oxydation où l'air oxyde le sulfite d'ammonium en sulfate d'ammonium. La solution de sulfate d'ammonium ainsi obtenue est renvoyée vers les buses de pulvérisation à plusieurs niveaux de l'absorbeur. Avant de quitter la partie supérieure de l'absorbeur, les fumées épurées traversent un dévésiculeur qui coalesce les gouttelettes de liquide entraînées et capture les particules fines.

La réaction de l'ammoniac avec le SO₂ et l'oxydation du sulfite en sulfate permettent d'obtenir un taux d'utilisation élevé des réactifs. Quatre livres de sulfate d'ammonium sont produites pour chaque livre d'ammoniac consommée.

Comme pour le procédé LSFO, une partie du flux de recyclage réactif/produit peut être prélevée pour produire un sous-produit commercial. Dans le système EADS, la solution de produit prélevée est pompée vers un système de récupération des solides composé d'un hydrocyclone et d'une centrifugeuse pour concentrer le sulfate d'ammonium avant séchage et conditionnement. Tous les liquides (surverse de l'hydrocyclone et centrifugation) sont renvoyés vers un réservoir à boues, puis réintroduits dans le flux de recyclage du sulfate d'ammonium de l'absorbeur.

• Les systèmes EADS offrent des rendements d'élimination du SO2 plus élevés (> 99 %), ce qui donne aux centrales électriques au charbon plus de flexibilité pour mélanger des charbons moins chers et à plus forte teneur en soufre.
• Alors que les systèmes LSFO créent 0,7 tonne de CO2 pour chaque tonne de SO2 éliminée, le procédé EADS ne produit pas de CO2.
• La chaux et le calcaire étant moins réactifs que l'ammoniac pour l'élimination du SO2, une consommation d'eau de procédé et une énergie de pompage plus importantes sont nécessaires pour atteindre des débits de circulation élevés. Cela entraîne des coûts d'exploitation plus élevés pour les systèmes LSFO.
• Les coûts d'investissement des systèmes EADS sont similaires à ceux de la construction d'un système LSFO. Comme indiqué précédemment, si le système EADS nécessite des équipements de traitement et de conditionnement du sulfate d'ammonium, les installations de préparation des réactifs associées au LSFO ne sont pas nécessaires pour le broyage, la manutention et le transport.

L'avantage principal d'EADS réside dans l'élimination des déchets liquides et solides. La technologie EADS repose sur un procédé sans rejet liquide, ce qui signifie qu'aucun traitement des eaux usées n'est requis. Le sulfate d'ammonium solide, sous-produit de la désulfuration, est facilement commercialisable ; le sulfate d'ammonium est l'engrais et le composant d'engrais le plus utilisé au monde, avec une croissance du marché mondial prévue d'ici 2030. De plus, si la fabrication du sulfate d'ammonium nécessite une centrifugeuse, un sécheur, un convoyeur et des équipements de conditionnement, ces équipements sont non exclusifs et disponibles dans le commerce. Selon les conditions économiques et commerciales, l'engrais à base de sulfate d'ammonium peut compenser les coûts de la désulfuration des gaz de combustion à base d'ammoniac et générer potentiellement un bénéfice substantiel.

Schéma du processus efficace de désulfuration de l'ammoniac

Shandong Zhongpeng Special Ceramics Co., Ltd est l'un des plus grands fournisseurs de nouveaux matériaux céramiques en carbure de silicium en Chine. Céramique technique SiC : dureté Mohs de 9 (dureté Mohs de 13), excellente résistance à l'érosion, à la corrosion, à l'abrasion et à l'oxydation. La durée de vie des produits SiC est 4 à 5 fois supérieure à celle des matériaux à 92 % d'alumine. Le RBSiC présente un MOR 5 à 7 fois supérieur à celui du SNBSC, ce qui permet de réaliser des formes plus complexes. Le processus de devis est rapide, la livraison est conforme aux promesses et la qualité est irréprochable. Nous nous efforçons constamment de relever nos objectifs et de nous investir pleinement dans la société.