Duză FGD din carbură de siliciu pentru desulfurare în centrale electrice

Duze de absorbție pentru desulfurarea gazelor de ardere (FGD)
Îndepărtarea oxizilor de sulf, denumiți în mod obișnuit SOx, din gazele de eșapament utilizând un reactiv alcalin, cum ar fi o suspensie umedă de calcar.

Atunci când combustibilii fosili sunt utilizați în procesele de ardere pentru a alimenta cazane, cuptoare sau alte echipamente, aceștia au potențialul de a elibera SO2 sau SO3 ca parte a gazelor de eșapament. Acești oxizi de sulf reacționează ușor cu alte elemente pentru a forma compuși nocivi, cum ar fi acidul sulfuric, și au potențialul de a afecta negativ sănătatea umană și mediul înconjurător. Datorită acestor efecte potențiale, controlul acestui compus din gazele de ardere este o parte esențială a centralelor electrice pe cărbune și a altor aplicații industriale.

Din cauza problemelor legate de eroziune, colmatare și depuneri, unul dintre cele mai fiabile sisteme de control al acestor emisii este un proces de desulfurare umedă a gazelor de ardere (FGD) cu turn deschis, utilizând calcar, var hidratat, apă de mare sau altă soluție alcalină. Duzele de pulverizare sunt capabile să distribuie eficient și fiabil aceste suspensii în turnurile de absorbție. Prin crearea de modele uniforme de picături de dimensiuni corespunzătoare, aceste duze sunt capabile să creeze eficient suprafața necesară pentru o absorbție adecvată, reducând în același timp la minimum antrenarea soluției de epurare în gazele de ardere.

Selectarea unei duze de absorbție FGD:
Factori importanți de luat în considerare:

Densitatea și vâscozitatea mediului de spălare
Dimensiunea necesară a picăturii
Dimensiunea corectă a picăturilor este esențială pentru asigurarea unor rate de absorbție adecvate
Materialul duzei
Întrucât gazele de ardere sunt adesea corozive, iar fluidul de spălare este frecvent o suspensie cu conținut ridicat de solide și proprietăți abrazive, selectarea materialului adecvat rezistent la coroziune și uzură este importantă.
Rezistență la înfundarea duzei
Deoarece fluidul de spălare este adesea o suspensie cu un conținut ridicat de solide, alegerea duzei în funcție de rezistența la înfundare este importantă.
Modelul de pulverizare și amplasarea duzei
Pentru a asigura o absorbție corectă, este importantă acoperirea completă a fluxului de gaz fără bypass și cu un timp de staționare suficient.
Dimensiunea și tipul conexiunii duzei
Debitele necesare ale fluidului de spălare
Cădere de presiune disponibilă (∆P) pe duză
∆P = presiunea de alimentare la intrarea duzei – presiunea de proces în afara duzei
Inginerii noștri experimentați vă pot ajuta să determinați ce duză va funcționa conform cerințelor, în funcție de detaliile dumneavoastră de proiectare.
Utilizări și industrii comune ale duzei de absorbție FGD:
Centrale electrice pe cărbune și alte combustibili fosili
Rafinării de petrol
Incineratoare de deșeuri municipale
Cuptoare de ciment
Topitorii de metale

Fișă tehnică a materialului SiC

Dezavantaje ale varului/calcarului

După cum se arată în Figura 1, sistemele FGD care utilizează oxidarea forțată a varului/calcarului (LSFO) includ trei subsisteme principale:

• Prepararea, manipularea și depozitarea reactivilor
• Vas absorbant
• Manipularea deșeurilor și a produselor secundare

Prepararea reactivilor constă în transportul calcarului zdrobit (CaCO3) dintr-un siloz de depozitare într-un rezervor de alimentare agitat. Suspensia de calcar rezultată este apoi pompată în vasul de absorbție împreună cu gazele de ardere ale cazanului și aerul oxidant. Duzele de pulverizare furnizează picături fine de reactiv care apoi curg în contracurent față de gazele de ardere care intră. SO2 din gazele de ardere reacționează cu reactivul bogat în calciu pentru a forma sulfit de calciu (CaSO3) și CO2. Aerul introdus în absorbitor promovează oxidarea CaSO3 în CaSO4 (formă dihidrat).

Reacțiile LSFO de bază sunt:

CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2 · 2H2O

Suspensia oxidată se acumulează pe fundul absorbantului și este ulterior reciclată împreună cu reactivul proaspăt înapoi în colectoarele duzelor de pulverizare. O parte din fluxul de reciclare este extrasă în sistemul de manipulare a deșeurilor/produselor secundare, care constă de obicei din hidrocicloane, filtre cu tambur sau cu bandă și un rezervor de stocare a apelor uzate/lichidului agitat. Apa uzată din rezervorul de stocare este reciclată înapoi în rezervorul de alimentare cu reactiv de calcar sau într-un hidrociclon, unde excesul este eliminat ca efluent.

Schema procesului tipic de spălare umedă cu oxidare forțată a varului/calcarului

Sistemele LSFO umede pot atinge de obicei eficiențe de eliminare a SO2 de 95-97%. Atingerea unor niveluri peste 97,5% pentru a îndeplini cerințele de control al emisiilor este însă dificilă, în special pentru instalațiile care utilizează cărbuni cu conținut ridicat de sulf. Se pot adăuga catalizatori de magneziu sau calcarul poate fi calcinat în var cu reactivitate mai mare (CaO), dar astfel de modificări implică echipamente suplimentare pentru instalație și costurile asociate cu forța de muncă și energia electrică. De exemplu, calcinarea în var necesită instalarea unui cuptor de var separat. De asemenea, varul precipită ușor, ceea ce crește potențialul de formare a depunerilor de calcar în scruber.

Costul calcinării cu ajutorul unui cuptor de var poate fi redus prin injectarea directă a calcarului în cuptorul cazanului. În această abordare, varul generat în cazan este transportat împreună cu gazele de ardere în scruber. Printre problemele posibile se numără murdărirea cazanului, interferența cu transferul de căldură și inactivarea varului din cauza supraarderii în cazan. Mai mult, varul reduce temperatura de curgere a cenușii topite în cazanele pe cărbune, rezultând depuneri solide care altfel nu ar apărea.

Deșeurile lichide din procesul LSFO sunt de obicei direcționate către iazuri de stabilizare, împreună cu deșeurile lichide din alte părți ale centralei electrice. Efluentul lichid umed FGD poate fi saturat cu compuși de sulfit și sulfat, iar considerațiile de mediu limitează de obicei eliberarea acestuia în râuri, pâraie sau alte cursuri de apă. De asemenea, reciclarea apelor uzate/lichidelor înapoi în epurator poate duce la acumularea de săruri dizolvate de sodiu, potasiu, calciu, magneziu sau clorură. Aceste specii se pot cristaliza în cele din urmă, cu excepția cazului în care se asigură o purjare suficientă pentru a menține concentrațiile de sare dizolvată sub saturație. O problemă suplimentară este rata lentă de decantare a solidelor reziduale, ceea ce duce la necesitatea unor iazuri de stabilizare mari, cu volum mare. În condiții tipice, stratul decantat dintr-un iaz de stabilizare poate conține 50% sau mai mult fază lichidă chiar și după câteva luni de depozitare.

Sulfatul de calciu recuperat din suspensia de reciclare a absorbantului poate conține un conținut ridicat de calcar nereacționat și cenușă de sulfit de calciu. Acești contaminanți pot împiedica vânzarea sulfatului de calciu ca gips sintetic pentru utilizarea în producția de plăci de gips, ipsos și ciment. Calcarul nereacționat este impuritatea predominantă găsită în gipsul sintetic și este, de asemenea, o impuritate comună în gipsul natural (extras). Deși calcarul în sine nu interferează cu proprietățile produselor finite din plăci de gips, proprietățile sale abrazive prezintă probleme de uzură pentru echipamentele de procesare. Sulfitul de calciu este o impuritate nedorită în orice gips, deoarece dimensiunea fină a particulelor sale prezintă probleme de descuamare și alte probleme de procesare, cum ar fi spălarea și deshidratarea turtelor.

Dacă solidele generate în procesul LSFO nu sunt comercializabile ca gips sintetic, acest lucru prezintă o problemă considerabilă de eliminare a deșeurilor. Pentru un cazan de 1000 MW care arde cărbune cu 1% sulf, cantitatea de gips este de aproximativ 550 de tone (lipsite)/zi. Pentru aceeași instalație care arde cărbune cu 2% sulf, producția de gips crește la aproximativ 1100 de tone/zi. Adăugând aproximativ 1000 de tone/zi pentru producția de cenușă zburătoare, acest lucru aduce tonajul total de deșeuri solide la aproximativ 1550 de tone/zi pentru cazul cărbunelui cu 1% sulf și 2100 de tone/zi pentru cazul cărbunelui cu 2% sulf.

Avantajele EADS

O alternativă tehnologică dovedită la epurarea cu LSFO înlocuiește calcarul cu amoniac ca reactiv pentru îndepărtarea SO2. Componentele de măcinare, depozitare, manipulare și transport ale reactivilor solizi dintr-un sistem LSFO sunt înlocuite cu rezervoare simple de stocare pentru amoniac apos sau anhidru. Figura 2 prezintă o schemă de flux pentru sistemul EADS furnizat de JET Inc.

Amoniacul, gazele de ardere, aerul oxidant și apa de proces intră într-un absorbant care conține mai multe niveluri de duze de pulverizare. Duzele generează picături fine de reactiv care conține amoniac pentru a asigura contactul intim al reactivului cu gazele de ardere care intră, conform următoarelor reacții:

(1) SO2 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO3

(2) (NH4)2SO3 + ½O2 → (NH4)2SO4

SO2 din fluxul de gaze de ardere reacționează cu amoniacul din jumătatea superioară a vasului pentru a produce sulfit de amoniu. Partea inferioară a vasului de absorbție servește drept rezervor de oxidare unde aerul oxidează sulfitul de amoniu în sulfat de amoniu. Soluția de sulfat de amoniu rezultată este pompată înapoi în colectoarele duzelor de pulverizare la mai multe niveluri în absorbitor. Înainte ca gazele de ardere purificate să iasă din partea superioară a absorbitorului, acestea trec printr-un demisterizator care coalesce orice picături de lichid antrenate și captează particulele fine.

Reacția amoniacului cu SO2 și oxidarea sulfitului la sulfat realizează o rată ridicată de utilizare a reactivului. Se produc patru livre de sulfat de amoniu pentru fiecare livre de amoniac consumată.

Ca și în cazul procesului LSFO, o porțiune din fluxul de recirculare a reactivului/produsului poate fi extrasă pentru a produce un produs secundar comercial. În sistemul EADS, soluția de produs extrasă este pompată într-un sistem de recuperare a solidelor, format dintr-un hidrociclon și o centrifugă pentru a concentra produsul sulfat de amoniu înainte de uscare și ambalare. Toate lichidele (reversul hidrociclonului și concentratul centrifugei) sunt direcționate înapoi într-un rezervor de nămol și apoi reintroduse în fluxul de recirculare a sulfatului de amoniu al absorbantului.

• Sistemele EADS oferă eficiențe mai mari de eliminare a SO2 (>99%), ceea ce oferă centralelor electrice pe cărbune mai multă flexibilitate pentru a amesteca cărbuni mai ieftini și cu conținut ridicat de sulf.
• În timp ce sistemele LSFO creează 0,7 tone de CO2 pentru fiecare tonă de SO2 eliminată, procesul EADS nu produce CO2.
• Deoarece varul și calcarul sunt mai puțin reactive în comparație cu amoniacul pentru îndepărtarea SO2, este necesar un consum mai mare de apă de proces și energie de pompare pentru a obține rate de circulație ridicate. Acest lucru duce la costuri de operare mai mari pentru sistemele LSFO.
• Costurile de capital pentru sistemele EADS sunt similare cu cele pentru construirea unui sistem LSFO. După cum s-a menționat mai sus, deși sistemul EADS necesită echipamente de procesare și ambalare a produselor secundare de sulfat de amoniu, facilitățile de preparare a reactivilor asociate cu LSFO nu sunt necesare pentru măcinare, manipulare și transport.

Cel mai distinctiv avantaj al EADS este eliminarea atât a deșeurilor lichide, cât și a celor solide. Tehnologia EADS este un proces cu zero deversări de lichide, ceea ce înseamnă că nu este necesară tratarea apelor uzate. Produsul secundar solid de sulfat de amoniu este ușor comercializabil; sulfatul de amoniu este cel mai utilizat îngrășământ și componentă de îngrășământ din lume, cu o creștere a pieței mondiale așteptată până în 2030. În plus, deși fabricarea sulfatului de amoniu necesită o centrifugă, un uscător, un transportor și echipamente de ambalare, aceste articole sunt nebrevetate și disponibile comercial. În funcție de condițiile economice și de piață, îngrășământul cu sulfat de amoniu poate compensa costurile pentru desulfurarea gazelor de ardere pe bază de amoniac și poate oferi potențial un profit substanțial.

Schema procesului eficient de desulfurare a amoniacului

Shandong Zhongpeng Special Ceramics Co., Ltd este unul dintre cei mai mari furnizori de soluții de materiale ceramice noi pe bază de carbură de siliciu din China. Ceramica tehnică SiC: duritatea Moh este 9 (noua duritate Moh este 13), cu o rezistență excelentă la eroziune și coroziune, rezistență excelentă la abraziune și antioxidantă. Durata de viață a produsului SiC este de 4 până la 5 ori mai lungă decât cea a materialului cu 92% alumină. MOR (Rezistența la Rezistență) al RBSiC este de 5 până la 7 ori mai mare decât cel al SNBSC, putând fi utilizat pentru forme mai complexe. Procesul de cotare este rapid, livrarea este conform promisiunilor, iar calitatea este de neegalat. Persistăm întotdeauna în a ne atinge obiectivele și ne oferim sufletul înapoi societății.