De verbranding van steenkool in elektriciteitscentrales produceert vast afval, zoals bodem- en vliegas, en rookgassen die in de atmosfeer terechtkomen. Veel centrales zijn verplicht om SOx-emissies uit de rookgassen te verwijderen met behulp van rookgasontzwavelingssystemen (FGD). De drie belangrijkste FGD-technologieën die in de VS worden gebruikt, zijn natte scrubbing (85% van de installaties), droge scrubbing (12%) en droge sorbentinjectie (3%). Natte scrubbers verwijderen doorgaans meer dan 90% van de SOx, vergeleken met droge scrubbers, die 80% verwijderen. Dit artikel presenteert de meest geavanceerde technologieën voor de behandeling van het afvalwater dat door natte scrubbing wordt gegenereerd.FGD-systemen.
Basisprincipes van natte rookgasontzwaveling
Natte rookgasontzwavelingssystemen (FGD) hebben een slurry-reactorsectie en een sectie voor het ontwateren van vaste stoffen gemeen. In de reactorsectie worden verschillende soorten absorptiemiddelen gebruikt, waaronder gepakte en schoteltorens, venturi-wassers en sproeiwassers. De absorptiemiddelen neutraliseren de zure gassen met een alkalische slurry van kalk, natriumhydroxide of kalksteen. Om diverse economische redenen gebruiken nieuwere wassers doorgaans een kalksteenslurry.
Wanneer kalksteen reageert met SOx onder de reducerende omstandigheden van de absorber, wordt SO₂ (het belangrijkste bestanddeel van SOx) omgezet in sulfiet, en ontstaat een slurry rijk aan calciumsulfiet. Eerdere rookgasontzwavelingssystemen (ook wel natuurlijke oxidatie- of geïnhibeerde oxidatiesystemen genoemd) produceerden calciumsulfiet als bijproduct. Nieuwere systemen produceren een calciumsulfiet-bijproduct.FGD-systemenEr wordt gebruikgemaakt van een oxidatiereactor waarin de calciumsulfietsuspensie wordt omgezet in calciumsulfaat (gips); deze systemen worden kalksteen-geforceerde oxidatie (LSFO) FGD-systemen genoemd.
Typische moderne LSFO FGD-systemen maken gebruik van ofwel een sproeitorenabsorber met een geïntegreerde oxidatiereactor in de basis (Figuur 1) of een jetbubbler-systeem. In beide systemen wordt het gas geabsorbeerd in een kalksteensuspensie onder anoxische omstandigheden; de suspensie stroomt vervolgens naar een aerobe reactor of reactiezone, waar sulfiet wordt omgezet in sulfaat en gips neerslaat. De hydraulische verblijftijd in de oxidatiereactor bedraagt ongeveer 20 minuten.
1. Spuitkolom kalksteen geforceerde oxidatie (LSFO) rookgasontzwavelingssysteem. In een LSFO-wasser wordt slurry naar een reactor geleid, waar lucht wordt toegevoegd om de oxidatie van sulfiet tot sulfaat te forceren. Deze oxidatie lijkt seleniet om te zetten in selenaat, wat leidt tot latere behandelingsproblemen. Bron: CH2M HILL
Deze systemen werken doorgaans met een gehalte aan zwevende deeltjes van 14% tot 18%. Zwevende deeltjes bestaan uit fijne en grove gipsdeeltjes, vliegas en inert materiaal dat met de kalksteen wordt ingebracht. Wanneer het gehalte aan vaste stoffen een bepaalde bovengrens bereikt, wordt de slurry afgevoerd. De meeste LSFO FGD-systemen maken gebruik van mechanische systemen voor het scheiden van vaste stoffen en ontwatering om gips en andere vaste stoffen van het spoelwater te scheiden (Figuur 2).
2. FGD-spoelwater-gipsontwateringssysteem. In een typisch gipsontwateringssysteem worden de deeltjes in het spoelwater geclassificeerd, of gescheiden, in grove en fijne fracties. Fijne deeltjes worden in de overloop van de hydrokloon afgescheiden, waardoor een onderstroom ontstaat die voornamelijk bestaat uit grote gipskristallen (voor potentiële verkoop) die met een vacuümbandontwateringssysteem tot een laag vochtgehalte kunnen worden ontwaterd. Bron: CH2M HILL
Sommige rookgasontzwavelingssystemen (FGD-systemen) gebruiken zwaartekrachtverdikkers of bezinkingsvijvers voor de scheiding van vaste stoffen en ontwatering, en sommige gebruiken centrifuges of roterende vacuümtrommels voor ontwatering, maar de meeste nieuwe systemen gebruiken hydroclonen en vacuümbanden. Sommige systemen gebruiken twee hydroclonen in serie om de verwijdering van vaste stoffen in het ontwateringssysteem te verhogen. Een deel van de overloop van de hydroclone kan worden teruggevoerd naar het FGD-systeem om de afvalwaterstroom te verminderen.
Het doorspoelen kan ook nodig zijn wanneer er een ophoping van chloriden in de rookgasontzwavelingsslurry ontstaat, als gevolg van beperkingen die worden opgelegd door de corrosiebestendigheid van de constructiematerialen van het rookgasontzwavelingssysteem.
Kenmerken van FGD-afvalwater
Veel variabelen beïnvloeden de samenstelling van het FGD-afvalwater, zoals de samenstelling van steenkool en kalksteen, het type scrubber en het gebruikte gipsontwateringssysteem. Steenkool draagt bij aan zure gassen – zoals chloriden, fluoriden en sulfaten – evenals vluchtige metalen, waaronder arseen, kwik, selenium, boor, cadmium en zink. De kalksteen draagt ijzer en aluminium (afkomstig van kleimineralen) bij aan het FGD-afvalwater. Kalksteen wordt doorgaans vermalen in een natte kogelmolen, waarbij de erosie en corrosie van de kogels ijzer aan de kalksteenslurry toevoegen. Klei draagt over het algemeen bij aan de inerte fijne deeltjes, wat een van de redenen is waarom afvalwater uit de scrubber wordt verwijderd.
Van: Thomas E. Higgins, PhD, PE; A. Thomas Sandy, PE; en Silas W. Givens, PE.
Email: caroline@rbsic-sisic.com
Geplaatst op: 4 augustus 2018