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

Buses d'absorption de désulfuration des gaz de combustion (FGD)
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 processus de combustion pour faire fonctionner des chaudières, des fours ou d’autres équipements, ils peuvent potentiellement 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 et peuvent potentiellement nuire à la santé humaine et à l'environnement. En raison de ces effets potentiels, le contrôle de ce composé dans les gaz de combustion est un élément essentiel des centrales électriques au charbon et d’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 un processus de désulfuration des gaz de combustion humides (FGD) à tour ouverte utilisant du calcaire, de la chaux hydratée, de l'eau de mer ou une autre solution alcaline. Les buses de pulvérisation sont capables de distribuer ces boues de manière efficace et fiable dans les tours d’absorption. En créant des motifs uniformes de gouttelettes de taille appropriée, ces buses sont capables de créer efficacement la surface nécessaire à une absorption adéquate 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 considérer :

Densité et viscosité du produit de lavage
Taille de gouttelette requise
La taille correcte des gouttelettes est essentielle pour garantir des taux d’absorption appropriés
Matériau de la buse
Étant donné que les gaz de combustion sont souvent corrosifs et que le fluide de lavage est souvent une boue à haute 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 bouillie à haute teneur en matières solides, le choix de la buse en fonction de sa résistance au colmatage est important.
Modèle de pulvérisation et emplacement de la buse
Afin de garantir une bonne absorption, une couverture complète du flux de gaz sans dérivation et un temps de séjour suffisant est importante.
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 de process à l'extérieur de la buse
Nos ingénieurs expérimentés peuvent vous aider à déterminer quelle buse fonctionnera selon vos besoins en fonction des 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/calcaire

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

• Préparation, manipulation et stockage des réactifs
• Récipient absorbeur
• Gestion des déchets et sous-produits

La préparation des réactifs consiste à convoyer du calcaire broyé (CaCO3) depuis un silo de stockage vers une cuve d'alimentation agitée. La boue calcaire résultante est ensuite pompée vers le récipient absorbeur avec les gaz de combustion de la chaudière et l'air comburant. Les buses de pulvérisation délivrent de fines gouttelettes de réactif qui s'écoulent ensuite à contre-courant des gaz de combustion entrants. Le SO2 présent dans les gaz de combustion 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 collecteurs de buses de pulvérisation. Une partie du flux de recyclage est aspirée vers le système de gestion des déchets/sous-produits, qui se compose généralement d'hydrocyclones, de filtres à tambour ou à bande et d'un réservoir de rétention d'eaux usées/liqueur agitées. 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 en tant qu'effluent.

Schéma typique du processus de lavage humide à l'oxydatine forcée à la chaux/calcaire

Les systèmes LSFO humides peuvent généralement atteindre une efficacité d’élimination du SO2 de 95 à 97 pour cent. Il est cependant difficile d'atteindre des niveaux supérieurs à 97,5 pour cent pour répondre aux exigences de contrôle des émissions, en particulier pour les centrales utilisant du charbon 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 de telles modifications impliquent des équipements d'usine 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 dépôts de tartre dans l'épurateur.

Le coût de la calcination avec un four à chaux peut être réduit en injectant directement du calcaire dans le four de la chaudière. Dans cette approche, la chaux générée dans la chaudière est transportée avec les gaz de combustion vers le laveur. Les problèmes possibles incluent l'encrassement de la chaudière, les interférences avec le transfert de chaleur et l'inactivation du calcaire due à une combustion excessive dans la chaudière. De plus, la chaux réduit la température d'écoulement des cendres fondues dans les chaudières à charbon, ce qui entraîne des dépôts solides qui ne se produiraient pas autrement.

Les déchets liquides du procédé LSFO sont généralement dirigés vers des bassins de stabilisation avec les déchets liquides provenant d'ailleurs dans la centrale électrique. L'effluent liquide humide du FGD peut être saturé de composés sulfites et sulfates et des considérations environnementales limitent généralement son rejet dans les rivières, ruisseaux ou autres cours d'eau. De plus, le recyclage des eaux usées/liqueurs vers l'épurateur peut entraîner une accumulation de sels de sodium, de potassium, de calcium, de magnésium ou de chlorure dissous. Ces espèces peuvent éventuellement cristalliser à moins qu'un ressuage suffisant ne soit assuré pour maintenir les concentrations de sel dissous en dessous de la saturation. Un problème supplémentaire est la lenteur du taux de décantation des déchets solides, ce qui nécessite des bassins de stabilisation de grande taille et à volume élevé. Dans des conditions typiques, la couche déposée dans un bassin de stabilisation peut contenir 50 pour cent ou plus de phase liquide même après plusieurs mois de stockage.

Le sulfate de calcium récupéré à partir de la boue de recyclage de l'absorbeur peut être riche en cendres de calcaire et de sulfite de calcium n'ayant pas réagi. Ces contaminants peuvent empêcher la vente du sulfate de calcium sous forme de gypse synthétique destiné à la production de panneaux muraux, de plâtre et de ciment. Le calcaire n'ayant pas réagi est l'impureté prédominante trouvée dans le gypse synthétique et c'est également une impureté courante dans le gypse naturel (extrait). Bien que le calcaire lui-même n’interfère pas avec les propriétés des produits finis des panneaux muraux, ses propriétés abrasives présentent des problèmes d’usure pour les équipements de traitement. Le sulfite de calcium est une impureté indésirable dans tout gypse car sa fine taille de particules pose des problèmes de tartre et d'autres problèmes de traitement tels 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 important d'élimination des déchets. Pour une chaudière de 1 000 MW alimentée à 1 pour cent de charbon soufré, la quantité de gypse est d'environ 550 tonnes (courtes)/jour. Pour la même usine fonctionnant à 2 pour cent de charbon soufré, la production de gypse augmente à environ 1 100 tonnes/jour. En ajoutant quelque 1 000 tonnes/jour pour la production de cendres volantes, cela porte le tonnage total de déchets solides à environ 1 550 tonnes/jour pour le cas du charbon à 1 pour cent de soufre et à 2 100 tonnes/jour pour le cas à 2 pour cent de soufre.

Avantages EADS

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

L'ammoniac, les gaz de combustion, l'air comburant et l'eau de traitement pénètrent dans un absorbeur contenant plusieurs niveaux de buses de pulvérisation. Les 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 le flux de gaz de combustion réagit avec l'ammoniac dans la moitié supérieure de la cuve pour produire du sulfite d'ammonium. Le fond du récipient absorbant sert de réservoir d'oxydation où l'air oxyde le sulfite d'ammonium en sulfate d'ammonium. La solution de sulfate d'ammonium résultante est pompée vers les collecteurs de buses de pulvérisation à plusieurs niveaux dans l'absorbeur. Avant que les gaz de combustion épurés ne sortent par le haut de l'absorbeur, ils passent à travers un dévésiculeur qui fusionne toutes les gouttelettes de liquide entraînées et capture les fines particules.

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 des réactifs/produits peut être retirée pour produire un sous-produit commercial. Dans le système EADS, la solution du produit de décollage est pompée vers un système de récupération des solides composé d'un hydrocyclone et d'une centrifugeuse pour concentrer le produit de sulfate d'ammonium avant le séchage et le conditionnement. Tous les liquides (débordement de l'hydrocyclone et centrat de centrifugation) sont renvoyés vers un réservoir à lisier, puis réintroduits dans le flux de recyclage du sulfate d'ammonium de l'absorbeur.

• Les systèmes EADS offrent des efficacités d'élimination du SO2 plus élevées (> 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 aucun CO2.
• Étant donné que la chaux et le calcaire sont moins réactifs que l'ammoniac pour l'élimination du SO2, une consommation d'eau de traitement et une énergie de pompage plus élevées sont nécessaires pour atteindre des taux 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 ci-dessus, même si le système EADS nécessite des équipements de traitement et de conditionnement des sous-produits 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 le plus marquant d'EADS est l'élimination des déchets liquides et solides. La technologie EADS est un procédé sans rejet de liquide, ce qui signifie qu'aucun traitement des eaux usées n'est nécessaire. Le sous-produit de sulfate d'ammonium solide est facilement commercialisable ; Le sulfate d'ammoniac est l'engrais et le composant d'engrais le plus utilisé au monde, avec une croissance du marché mondial attendue jusqu'en 2030. De plus, bien que la fabrication du sulfate d'ammonium nécessite une centrifugeuse, un séchoir, un convoyeur et un équipement d'emballage, ces articles sont non exclusifs et commercialement. disponible. En fonction des conditions économiques et du marché, l'engrais au sulfate d'ammonium peut compenser les coûts de désulfuration des gaz de combustion à base d'ammoniac et potentiellement générer un bénéfice substantiel.

Schéma du processus efficace de désulfuration de l’ammoniac

Shandong Zhongpeng Special Ceramics Co., Ltd est l'une des plus grandes solutions de nouveaux matériaux en céramique de carbure de silicium en Chine. Céramique technique SiC : la dureté Moh's est de 9 (la dureté New Moh's est de 13), avec une excellente résistance à l'érosion et à la corrosion, une excellente résistance à l'abrasion et à l'anti-oxydation. La durée de vie du produit SiC est 4 à 5 fois plus longue que celle d'un matériau à 92 % d'alumine. Le MOR du RBSiC est 5 à 7 fois celui du SNBSC, il peut être utilisé pour des formes plus complexes. Le processus de devis est rapide, la livraison est comme promis et la qualité est inégalée. Nous persistons toujours à remettre en question nos objectifs et à redonner notre cœur à la société.