Kísilkarbíð FGD stútur fyrir brennisteinshreinsun í virkjun

Gleypistútur fyrir brennisteinshreinsun reykgass (FGD)
Fjarlæging brennisteinsoxíða, almennt kallað SOx, úr útblásturslofttegundum með því að nota basískt hvarfefni, svo sem blautan kalksteinssleðju.

Þegar jarðefnaeldsneyti er notað í brennsluferlum til að knýja katla, ofna eða annan búnað getur það losað SO2 eða SO3 sem hluta af útblástursloftinu. Þessi brennisteinsoxíð hvarfast auðveldlega við önnur frumefni og mynda skaðleg efnasambönd eins og brennisteinssýru og geta haft neikvæð áhrif á heilsu manna og umhverfið. Vegna þessara hugsanlegu áhrifa er stjórnun á þessu efnasambandi í útblásturslofttegundum nauðsynlegur þáttur í kolaorkuverum og öðrum iðnaðarnotkun.

Vegna áhyggna af rofi, stíflum og uppsöfnun er eitt áreiðanlegasta kerfið til að stjórna þessum losunum opin turn með blautum útblástursgasbrennisteinshreinsun (FGD) þar sem notaður er kalksteinn, vatnsbundinn kalk, sjór eða önnur basísk lausn. Úðastútar geta dreift þessum gruggum á skilvirkan og áreiðanlegan hátt í frásogsturna. Með því að búa til einsleit mynstur af rétt stórum dropum geta þessir stútar á áhrifaríkan hátt skapað það yfirborðsflatarmál sem þarf fyrir rétta frásog og lágmarkað meðrif skrúbblausnarinnar í útblástursgasið.

Val á FGD-gleypistútu:
Mikilvægir þættir sem þarf að hafa í huga:

Þéttleiki og seigja skrúbbmiðla
Nauðsynleg dropastærð
Rétt dropastærð er nauðsynleg til að tryggja rétta frásogshraða
Efni stúts
Þar sem útblástursgasið er oft ætandi og hreinsivökvinn er oft leðja með hátt fast efnisinnihald og slípieiginleikum, er mikilvægt að velja viðeigandi tæringar- og slitþolið efni.
Viðnám gegn stíflun stúta
Þar sem skrúbbvökvinn er oft leðja með miklu föstu efnisinnihaldi er mikilvægt að velja stútinn með tilliti til stífluþols.
Sprautumynstur og staðsetning stúta
Til að tryggja rétta frásog er mikilvægt að gasstraumurinn sé fullkomlega þekjaður án hjáleiðar og með nægum dvalartíma.
Stærð og gerð stúttengingar
Nauðsynleg rennslishraði skrúbbvökva
Tiltækt þrýstingsfall (∆P) yfir stútinn
∆P = þrýstingur við stútinntak – ferlisþrýstingur utan stúts
Reynslumiklir verkfræðingar okkar geta aðstoðað við að ákvarða hvaða stútur hentar þínum þörfum miðað við hönnunarupplýsingar þínar.
Algeng notkun og atvinnugreinar fyrir FGD-gleypistúta:
Kola- og aðrar jarðefnaeldsneytisorkuver
Olíuhreinsunarstöðvar
Sorphirðustöðvar sveitarfélaga
Sementsofnar
Málmbræðsla

Gagnablað fyrir SiC efni

Ókostir við kalk/kalkstein

Eins og sést á mynd 1, innihalda FGD kerfi sem nota kalk/kalksteins-þvingaða oxun (LSFO) þrjú megin undirkerfi:

• Undirbúningur, meðhöndlun og geymsla hvarfefna
• Gleypiskip
• Meðhöndlun úrgangs og aukaafurða

Undirbúningur hvarfefnis felst í því að flytja mulinn kalkstein (CaCO3) úr geymsluíláti í hrærðan fóðurtank. Kalksteinsblöndunni sem myndast er síðan dælt í frásogsílátið ásamt reykgasi katla og oxandi lofti. Úðastútar dreifa fínum dropum af hvarfefni sem síðan renna gegn straumi við innstreymisreykgasið. SO2 í reykgasinu hvarfast við kalsíumríka hvarfefnið og myndar kalsíumsúlfít (CaSO3) og CO2. Loftið sem kemur inn í frásogsílátið stuðlar að oxun CaSO3 í CaSO4 (tvíhýdratform).

Helstu LSFO viðbrögðin eru:

CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2 · 2H2O

Oxaða leðjan safnast fyrir í botni frásogstækisins og er síðan endurunnin ásamt fersku hvarfefni aftur í úðastútana. Hluti af endurvinnslustraumnum er dreginn inn í meðhöndlunarkerfið fyrir úrgang/aukaafurðir, sem samanstendur venjulega af vatnshvirfilvindur, tromlu- eða beltisíum og hrærðum frárennslis-/vökvageymslutanki. Frárennslisvatn frá geymslutankinum er endurunnið aftur í aðfóðurtank kalksteinshvarfefnisins eða í vatnshvirfilvindu þar sem yfirfallið er fjarlægt sem frárennsli.

Dæmigert skýringarmynd af blauthreinsunarferli með kalki/kalksteini með þvingaðri oxunarefni

Blaut LSFO kerfi geta yfirleitt náð 95-97 prósent skilvirkni í fjarlægingu SO2. Það er hins vegar erfitt að ná stigum yfir 97,5 prósent til að uppfylla kröfur um losun, sérstaklega fyrir verksmiðjur sem nota kol með háu brennisteinsinnihaldi. Hægt er að bæta við magnesíumhvötum eða brenna kalksteininn í kalk með meiri hvarfgirni (CaO), en slíkar breytingar fela í sér viðbótarbúnað verksmiðjunnar og tilheyrandi vinnuafls- og orkukostnað. Til dæmis krefst brennsla í kalk uppsetningar sérstaks kalkofns. Einnig fellur kalk auðveldlega út og það eykur líkurnar á myndun útfellinga í hreinsibúnaðinum.

Hægt er að lækka kostnað við brennslu með kalkofni með því að sprauta kalksteini beint inn í katlaofninn. Í þessari aðferð er kalkið sem myndast í katlinum borið með reykgasinu inn í hreinsitækið. Möguleg vandamál eru meðal annars óhreinindi í katlinum, truflun á varmaflutningi og óvirkjun kalks vegna ofbruna í katlinum. Þar að auki lækkar kalkið flæðishitastig bráðins ösku í kolakyntum katlum, sem leiðir til fastra útfellinga sem annars myndu ekki myndast.

Fljótandi úrgangur frá LSFO ferlinu er venjulega beint í stöðugleikatjarnir ásamt fljótandi úrgangi annars staðar frá virkjuninni. Blautt frárennslisvatn frá FGD getur verið mettað af súlfít- og súlfatsamböndum og umhverfissjónarmið takmarka yfirleitt losun þess í ár, læki eða önnur vatnsföll. Einnig getur endurvinnsla frárennslisvatns/vökva aftur í hreinsitækið leitt til uppsöfnunar uppleystra natríum-, kalíum-, kalsíum-, magnesíum- eða klóríðsalta. Þessar tegundir geta að lokum kristallast nema nægilegt blóðflæði sé tryggt til að halda styrk uppleystra saltanna undir mettun. Annað vandamál er hægur botnfallshraði úrgangsefna, sem leiðir til þess að þörf er á stórum stöðugleikatjörnum með miklu rúmmáli. Við dæmigerðar aðstæður getur botnfallið í stöðugleikatjörn innihaldið 50 prósent eða meira af fljótandi fasa, jafnvel eftir nokkurra mánaða geymslu.

Kalsíumsúlfatið sem endurheimt er úr endurvinnslumyllunni frá frásogi getur innihaldið mikið af óhvarfuðum kalksteini og kalsíumsúlfítösku. Þessi mengunarefni geta komið í veg fyrir að kalsíumsúlfatið sé selt sem tilbúið gifs til notkunar í framleiðslu á veggplötum, gifsi og sement. Óhvarfað kalksteinn er ríkjandi óhreinindi sem finnast í tilbúnum gifsi og það er einnig algeng óhreinindi í náttúrulegu (námuefnis) gipsi. Þó að kalksteinn sjálfur hafi ekki áhrif á eiginleika lokaafurða veggplatna, þá valda slípieiginleikar hans slitvandamálum fyrir vinnslubúnað. Kalsíumsúlfít er óæskilegt óhreinindi í öllu gipsi þar sem fín agnastærð þess veldur vandamálum með myndun skánar og öðrum vinnsluvandamálum eins og þvotti og afvötnun köku.

Ef föstu efnin sem myndast í LSFO ferlinu eru ekki markaðshæf sem tilbúið gips, þá skapar það verulegt vandamál við förgun úrgangs. Fyrir 1000 MW katla sem brennir 1% brennisteinkolum er magn gipssins um það bil 550 tonn (stutt) á dag. Fyrir sömu verksmiðju sem brennir 2% brennisteinkolum eykst gipsframleiðslan í um það bil 1100 tonn á dag. Þegar um 1000 tonn á dag eru bætt við fyrir framleiðslu á flugösku, þá er heildarmagn fasts úrgangs um 1550 tonn á dag fyrir tilvikið með 1% brennisteinkolum og 2100 tonn á dag fyrir tilvikið með 2% brennisteini.

Kostir EADS

Sannað tæknilegt val í stað LSFO-hreinsunar er að nota ammoníak sem hvarfefni til að fjarlægja SO2 í stað kalksteins. Íhlutir fastra hvarfefna í LSFO-kerfi eru skipt út fyrir einfalda geymslutanka fyrir vatnskennt eða vatnsfrítt ammóníak. Mynd 2 sýnir flæðirit fyrir EADS-kerfið frá JET Inc.

Ammoníak, útblástursgas, oxandi loft og vinnsluvatn fara inn í frásogsrör sem inniheldur margar úðastúta. Stútarnir mynda fína dropa af ammoníakinnihaldandi hvarfefni til að tryggja náið samband hvarfefnisins við innkomandi útblástursgas samkvæmt eftirfarandi viðbrögðum:

(1) SO2 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO3

(2) (NH4)2SO3 + ½O2 → (NH4)2SO4

SO2 í útblástursgasinu hvarfast við ammóníak í efri helmingi ílátsins og myndar ammóníumsúlfít. Botn frásogsílátsins þjónar sem oxunartankur þar sem loft oxar ammóníumsúlfítið í ammóníumsúlfat. Ammoníumsúlfatlausnin sem myndast er dælt aftur í úðastútana á mörgum stigum í frásogstækinu. Áður en hreinsað útblástursgas fer út úr efri hluta frásogstækisins fer það í gegnum móðuþoku sem sameinar allar vökvadropa sem hafa safnast fyrir og fangar fínar agnir.

Viðbrögð ammóníaks við SO2 og oxun súlfíts í súlfat ná fram mikilli nýtingu hvarfefnisins. Fyrir hvert pund af ammóníaki sem neytt er myndast fjögur pund af ammóníaksúlfati.

Eins og með LSFO ferlið er hægt að taka út hluta af endurvinnslustraumi hvarfefnisins/afurðarinnar til að framleiða aukaafurð í atvinnuskyni. Í EADS kerfinu er lausnin sem losnar úr afurðinni dælt í endurheimtarkerfi fyrir fast efni, sem samanstendur af hýdróhvirfilvindu og skilvindu, til að þykkja ammoníumsúlfatafurðina áður en hún er þurrkuð og pökkuð. Allir vökvar (yfirfall hýdróhvirfilvindu og skilvinduþykkni) eru sendir aftur í leðjutank og síðan settir aftur í endurvinnslustraum ammoníumsúlfats frásogsefnisins.

• EADS-kerfi bjóða upp á meiri skilvirkni í fjarlægingu SO2 (>99%), sem gefur kolaorkuverum meiri sveigjanleika til að blanda saman ódýrari kolum með hærra brennisteinsinnihaldi.
• Þó að LSFO kerfi framleiði 0,7 tonn af CO2 fyrir hvert tonn af SO2 sem fjarlægt er, framleiðir EADS ferlið ekkert CO2.
• Þar sem kalk og kalksteinn eru minna hvarfgjörn samanborið við ammóníak við fjarlægingu SO2, þarf meiri vatnsnotkun í vinnslu og dæluorku til að ná háum blóðrásarhraða. Þetta leiðir til hærri rekstrarkostnaðar fyrir LSFO kerfi.
• Fjárfestingarkostnaður fyrir EADS-kerfi er svipaður og við smíði LSFO-kerfis. Eins og fram kemur hér að ofan, þó að EADS-kerfið krefjist búnaðar til vinnslu og pökkunar á aukaafurðum ammoníumsúlfats, eru hvarfefnaundirbúningsaðstöður sem tengjast LSFO ekki nauðsynlegar fyrir mölun, meðhöndlun og flutning.

Helsti kosturinn við EADS er að það losar bæði fljótandi og fast úrgang. EADS tæknin er ferli þar sem vökvann losnar ekki, sem þýðir að engin þörf er á að meðhöndla skólp. Fasta aukaafurðin ammoníumsúlfat er auðseljanleg; ammoníaksúlfat er mest notaði áburðurinn og áburðarþátturinn í heiminum og búist er við markaðsvexti um allan heim til ársins 2030. Þó að framleiðsla á ammoníumsúlfati krefjist skilvindu, þurrkara, færibanda og pökkunarbúnaðar, eru þessir hlutir ekki einkaleyfisverndaðir og fáanlegir í verslun. Eftir því sem efnahags- og markaðsaðstæður geta ammoníumsúlfatáburðurinn vegað upp á móti kostnaði við brennisteinshreinsun á ammoníakgasi og hugsanlega skilað verulegum hagnaði.

Skýringarmynd af skilvirkri ammóníakhreinsunarferli