หัวฉีดซิลิกอนคาร์ไบด์ FGD สำหรับการกำจัดซัลเฟอร์ในโรงไฟฟ้า

หัวฉีดดูดกำจัดซัลเฟอร์ในก๊าซไอเสีย (FGD)
การกำจัดซัลเฟอร์ออกไซด์ ซึ่งมักเรียกกันว่า SOx ออกจากก๊าซไอเสียโดยใช้สารเคมีที่มีฤทธิ์เป็นด่าง เช่น สารละลายหินปูนเปียก

เมื่อเชื้อเพลิงฟอสซิลถูกนำไปใช้ในกระบวนการเผาไหม้เพื่อขับเคลื่อนหม้อไอน้ำ เตาเผา หรืออุปกรณ์อื่นๆ เชื้อเพลิงเหล่านี้อาจปล่อย SO2 หรือ SO3 ออกมาเป็นส่วนหนึ่งของก๊าซไอเสีย ซัลเฟอร์ออกไซด์เหล่านี้ทำปฏิกิริยากับธาตุอื่นๆ ได้ง่ายจนกลายเป็นสารประกอบที่เป็นอันตราย เช่น กรดซัลฟิวริก และอาจส่งผลเสียต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อมได้ เนื่องด้วยผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นเหล่านี้ การควบคุมสารประกอบนี้ในก๊าซไอเสียจึงเป็นส่วนสำคัญของโรงไฟฟ้าถ่านหินและการใช้งานในอุตสาหกรรมอื่นๆ

เนื่องจากความกังวลเกี่ยวกับการกัดเซาะ การอุดตัน และการสะสมตัว หนึ่งในระบบที่เชื่อถือได้มากที่สุดในการควบคุมการปล่อยมลพิษเหล่านี้คือกระบวนการกำจัดซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (FGD) แบบเปียกในหอเปิด โดยใช้หินปูน ปูนขาวไฮเดรต น้ำทะเล หรือสารละลายด่างอื่นๆ หัวฉีดสเปรย์สามารถกระจายสารละลายเหล่านี้ไปยังหอดูดซับได้อย่างมีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ ด้วยการสร้างรูปแบบที่สม่ำเสมอของหยดละอองที่มีขนาดเหมาะสม หัวฉีดเหล่านี้จึงสามารถสร้างพื้นที่ผิวที่จำเป็นสำหรับการดูดซับได้อย่างมีประสิทธิภาพ พร้อมกับลดการตกค้างของสารละลายขัดถูในก๊าซไอเสียให้น้อยที่สุด

การเลือกหัวฉีดดูดซับ FGD:
ปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณา:

ความหนาแน่นและความหนืดของสื่อการขัดถู
ขนาดหยดที่ต้องการ
ขนาดหยดที่ถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่ามีอัตราการดูดซับที่เหมาะสม
วัสดุหัวฉีด
เนื่องจากก๊าซไอเสียมักมีฤทธิ์กัดกร่อน และน้ำยาขัดถูมักเป็นสารละลายที่มีปริมาณของแข็งสูงและมีคุณสมบัติในการขัดถู การเลือกวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนและการสึกหรอจึงมีความสำคัญ
ความต้านทานการอุดตันของหัวฉีด
เนื่องจากน้ำยาขัดถูมักเป็นสารละลายที่มีปริมาณของแข็งสูง การเลือกหัวฉีดโดยคำนึงถึงความต้านทานการอุดตันจึงเป็นสิ่งสำคัญ
รูปแบบและตำแหน่งของการพ่นหัวฉีด
เพื่อให้แน่ใจว่าการดูดซึมที่เหมาะสมครอบคลุมกระแสก๊าซอย่างสมบูรณ์โดยไม่มีทางเลี่ยงและมีเวลาคงอยู่เพียงพอจึงมีความสำคัญ
ขนาดและประเภทของการเชื่อมต่อหัวฉีด
อัตราการไหลของของเหลวขัดถูที่จำเป็น
แรงดันตกที่มีอยู่ (∆P) ทั่วหัวฉีด
∆P = แรงดันจ่ายที่ทางเข้าหัวฉีด – แรงดันกระบวนการภายนอกหัวฉีด
วิศวกรที่มีประสบการณ์ของเราสามารถช่วยกำหนดว่าหัวฉีดใดจะทำงานได้ตามต้องการตามรายละเอียดการออกแบบของคุณ
การใช้งานและอุตสาหกรรมหัวฉีดดูดซับ FGD ทั่วไป:
โรงไฟฟ้าถ่านหินและเชื้อเพลิงฟอสซิลอื่นๆ
โรงกลั่นน้ำมัน
เตาเผาขยะเทศบาล
เตาเผาปูนซีเมนต์
โรงหลอมโลหะ

แผ่นข้อมูลวัสดุ SiC

ข้อเสียของปูนขาว/หินปูน

ตามที่แสดงในรูปที่ 1 ระบบ FGD ที่ใช้การออกซิเดชันบังคับของปูนขาว/หินปูน (LSFO) ประกอบด้วยระบบย่อยหลักสามระบบ:

• การเตรียม การจัดการ และการเก็บรักษาสารเคมี
• ถังดูดซับ
• การจัดการของเสียและผลพลอยได้

การเตรียมสารรีเอเจนต์ประกอบด้วยการลำเลียงหินปูนบด (CaCO3) จากไซโลเก็บไปยังถังป้อนที่ถูกกวน จากนั้นสารละลายหินปูนที่ได้จะถูกสูบไปยังถังดูดซับพร้อมกับก๊าซไอเสียจากหม้อไอน้ำและอากาศออกซิไดซ์ หัวฉีดสเปรย์จะปล่อยหยดสารรีเอเจนต์ขนาดเล็กที่ไหลสวนทางกับก๊าซไอเสียที่เข้ามา SO2 ในก๊าซไอเสียจะทำปฏิกิริยากับสารรีเอเจนต์ที่อุดมไปด้วยแคลเซียมเพื่อสร้างแคลเซียมซัลไฟต์ (CaSO3) และ CO2 อากาศที่เข้าไปในตัวดูดซับจะส่งเสริมการเกิดออกซิเดชันของ CaSO3 เป็น CaSO4 (รูปแบบไดไฮเดรต)

ปฏิกิริยา LSFO พื้นฐานมีดังนี้:

CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2 · 2H2O

สารละลายออกซิไดซ์จะสะสมอยู่ที่ก้นของตัวดูดซับ จากนั้นจึงนำไปรีไซเคิลพร้อมกับรีเอเจนต์ใหม่กลับไปที่ส่วนหัวของหัวฉีดสเปรย์ กระแสน้ำรีไซเคิลบางส่วนจะถูกดึงออกไปยังระบบการจัดการของเสีย/ผลพลอยได้ ซึ่งโดยทั่วไปประกอบด้วยไฮโดรไซโคลน ตัวกรองแบบดรัมหรือแบบสายพาน และถังเก็บน้ำเสีย/สุราแบบกวน น้ำเสียจากถังเก็บจะถูกรีไซเคิลกลับไปยังถังป้อนรีเอเจนต์หินปูน หรือไปยังไฮโดรไซโคลน ซึ่งน้ำที่ล้นออกจะถูกกำจัดออกในรูปของน้ำทิ้ง

แผนผังกระบวนการขัดถูแบบเปียกที่บังคับด้วยออกซิไดตินปูนขาว/หินปูนโดยทั่วไป

โดยทั่วไปแล้ว ระบบ LSFO แบบเปียกสามารถบรรลุประสิทธิภาพในการกำจัด SO2 ได้ถึง 95-97 เปอร์เซ็นต์ อย่างไรก็ตาม การบรรลุระดับที่สูงกว่า 97.5 เปอร์เซ็นต์เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดการควบคุมการปล่อยมลพิษเป็นเรื่องยาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโรงงานที่ใช้ถ่านหินที่มีกำมะถันสูง สามารถเพิ่มตัวเร่งปฏิกิริยาแมกนีเซียมหรือเผาหินปูนให้เป็นปูนขาวที่มีปฏิกิริยาสูง (CaO) ได้ แต่การปรับเปลี่ยนดังกล่าวต้องใช้อุปกรณ์โรงงานเพิ่มเติม รวมถึงค่าแรงและค่าไฟฟ้าที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น การเผาปูนขาวต้องติดตั้งเตาเผาปูนขาวแยกต่างหาก นอกจากนี้ ปูนขาวยังตกตะกอนได้ง่าย และเพิ่มโอกาสในการเกิดตะกรันสะสมในเครื่องฟอก

ค่าใช้จ่ายในการเผาด้วยเตาเผาปูนขาวสามารถลดลงได้โดยการฉีดหินปูนเข้าไปในเตาเผาหม้อไอน้ำโดยตรง วิธีนี้ ปูนขาวที่เกิดขึ้นในหม้อไอน้ำจะถูกพัดพาไปกับก๊าซไอเสียที่ปล่อยออกมาในเครื่องฟอกไอเสีย ปัญหาที่อาจเกิดขึ้น ได้แก่ คราบตะกรันในหม้อไอน้ำ การรบกวนการถ่ายเทความร้อน และภาวะปูนขาวเสื่อมสภาพเนื่องจากการเผาไหม้ที่มากเกินไปในหม้อไอน้ำ นอกจากนี้ ปูนขาวยังช่วยลดอุณหภูมิการไหลของเถ้าหลอมเหลวในหม้อไอน้ำที่ใช้ถ่านหิน ส่งผลให้เกิดตะกอนแข็งที่ปกติจะไม่เกิดขึ้น

โดยทั่วไปแล้ว ของเสียที่เป็นของเหลวจากกระบวนการ LSFO จะถูกส่งไปที่บ่อปรับสภาพพร้อมกับของเสียที่เป็นของเหลวจากส่วนอื่นๆ ในโรงไฟฟ้า น้ำทิ้งจากกระบวนการ FGD แบบเปียกอาจอิ่มตัวด้วยสารประกอบซัลไฟต์และซัลเฟต และการพิจารณาด้านสิ่งแวดล้อมมักจำกัดการปล่อยลงในแม่น้ำ ลำธาร หรือแหล่งน้ำอื่นๆ นอกจากนี้ การรีไซเคิลน้ำเสีย/สุรากลับไปที่เครื่องฟอก (scrubber) อาจทำให้เกิดการสะสมของเกลือโซเดียม โพแทสเซียม แคลเซียม แมกนีเซียม หรือคลอไรด์ที่ละลายอยู่ สารเหล่านี้อาจตกผลึกในที่สุด เว้นแต่จะมีการระบายเกลือที่ละลายอยู่ให้อยู่ในระดับต่ำกว่าจุดอิ่มตัว ปัญหาอีกประการหนึ่งคืออัตราการตกตะกอนของของแข็งเสียที่ช้า ซึ่งส่งผลให้จำเป็นต้องมีบ่อปรับสภาพขนาดใหญ่ที่มีปริมาณมาก ในสภาวะปกติ ชั้นที่ตกตะกอนในบ่อปรับสภาพอาจมีของเหลว 50 เปอร์เซ็นต์หรือมากกว่า แม้จะเก็บไว้เป็นเวลาหลายเดือนแล้วก็ตาม

แคลเซียมซัลเฟตที่ได้จากสารละลายรีไซเคิลตัวดูดซับอาจมีหินปูนและเถ้าแคลเซียมซัลไฟต์ที่ไม่ทำปฏิกิริยาในปริมาณสูง สารปนเปื้อนเหล่านี้อาจทำให้แคลเซียมซัลเฟตไม่สามารถนำไปขายเป็นยิปซัมสังเคราะห์เพื่อใช้ในการผลิตแผ่นผนัง ปูนปลาสเตอร์ และซีเมนต์ได้ หินปูนที่ไม่ทำปฏิกิริยาเป็นสารเจือปนหลักที่พบในยิปซัมสังเคราะห์ และยังเป็นสิ่งเจือปนทั่วไปในยิปซัมธรรมชาติ (ที่ขุดได้) แม้ว่าตัวหินปูนเองจะไม่รบกวนคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์แผ่นผนัง แต่คุณสมบัติในการขัดถูของหินปูนอาจทำให้เกิดการสึกหรอสำหรับอุปกรณ์แปรรูป แคลเซียมซัลไฟต์เป็นสารเจือปนที่ไม่พึงประสงค์ในยิปซัมทุกชนิด เนื่องจากขนาดอนุภาคที่เล็กของหินปูนทำให้เกิดปัญหาการเกิดตะกรันและปัญหาอื่นๆ ในกระบวนการผลิต เช่น การล้างเค้กและการขจัดน้ำออก

หากของแข็งที่เกิดขึ้นในกระบวนการ LSFO ไม่สามารถนำไปจำหน่ายเชิงพาณิชย์ในรูปแบบยิปซัมสังเคราะห์ได้ ปัญหานี้ถือเป็นปัญหาใหญ่ที่ต้องจัดการกำจัดของเสีย สำหรับหม้อไอน้ำขนาด 1,000 เมกะวัตต์ที่ใช้ถ่านหินกำมะถัน 1 เปอร์เซ็นต์ ปริมาณยิปซัมอยู่ที่ประมาณ 550 ตัน (สั้น) ต่อวัน สำหรับโรงงานเดียวกันที่ใช้ถ่านหินกำมะถัน 2 เปอร์เซ็นต์ ปริมาณการผลิตยิปซัมจะเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 1,100 ตันต่อวัน เมื่อเพิ่มปริมาณการผลิตเถ้าลอยอีกประมาณ 1,000 ตันต่อวัน จะทำให้ปริมาณขยะมูลฝอยทั้งหมดอยู่ที่ประมาณ 1,550 ตันต่อวันสำหรับถ่านหินกำมะถัน 1 เปอร์เซ็นต์ และ 2,100 ตันต่อวันสำหรับถ่านหินกำมะถัน 2 เปอร์เซ็นต์

ข้อดีของ EADS

เทคโนโลยีทางเลือกที่ได้รับการพิสูจน์แล้วสำหรับการขัดถูด้วย LSFO ได้แทนที่หินปูนด้วยแอมโมเนียซึ่งเป็นสารรีเอเจนต์สำหรับการกำจัด SO2 ส่วนประกอบของสารรีเอเจนต์ที่เป็นของแข็งสำหรับการบด การจัดเก็บ การจัดการ และการขนส่งในระบบ LSFO จะถูกแทนที่ด้วยถังเก็บแบบง่ายสำหรับแอมโมเนียในน้ำหรือปราศจากน้ำ รูปที่ 2 แสดงแผนผังการไหลของระบบ EADS ที่จัดทำโดย JET Inc.

แอมโมเนีย ก๊าซไอเสีย อากาศออกซิไดซ์ และน้ำที่ใช้ในกระบวนการจะเข้าสู่ตัวดูดซับที่มีหัวฉีดสเปรย์หลายระดับ หัวฉีดจะปล่อยละอองสารรีเอเจนต์ที่มีแอมโมเนียออกมาเป็นหยดละเอียด เพื่อให้แน่ใจว่าสารรีเอเจนต์จะสัมผัสกับก๊าซไอเสียที่เข้ามาอย่างใกล้ชิดตามปฏิกิริยาต่อไปนี้:

(1) SO2 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO3

(2) (NH4)2SO3 + ½O2 → (NH4)2SO4

SO2 ในกระแสก๊าซไอเสียจะทำปฏิกิริยากับแอมโมเนียในครึ่งบนของถังเพื่อผลิตแอมโมเนียมซัลไฟต์ ด้านล่างของถังดูดซับทำหน้าที่เป็นถังออกซิเดชัน ซึ่งอากาศจะออกซิไดซ์แอมโมเนียมซัลไฟต์ให้เป็นแอมโมเนียมซัลเฟต สารละลายแอมโมเนียมซัลเฟตที่ได้จะถูกสูบกลับไปยังส่วนหัวของหัวฉีดสเปรย์หลายระดับในตัวดูดซับ ก่อนที่ก๊าซไอเสียที่ผ่านการขัดแล้วจะไหลออกจากด้านบนของตัวดูดซับ ก๊าซไอเสียจะผ่านเครื่องดูดละออง (Demister) ซึ่งจะรวมตัวกับหยดของเหลวที่ติดค้างอยู่และดักจับอนุภาคขนาดเล็ก

ปฏิกิริยาแอมโมเนียกับ SO2 และการออกซิเดชันของซัลไฟต์ไปเป็นซัลเฟตทำให้มีอัตราการใช้รีเอเจนต์สูง แอมโมเนียมซัลเฟต 4 ปอนด์ถูกผลิตขึ้นจากปริมาณแอมโมเนีย 1 ปอนด์ที่บริโภค

เช่นเดียวกับกระบวนการ LSFO สามารถนำส่วนหนึ่งของกระแสรีไซเคิลรีเอเจนต์/ผลิตภัณฑ์ออกมาผลิตผลพลอยได้เชิงพาณิชย์ได้ ในระบบ EADS สารละลายผลิตภัณฑ์ที่ถูกนำออกจะถูกสูบไปยังระบบกู้คืนของแข็งซึ่งประกอบด้วยไฮโดรไซโคลนและเครื่องเหวี่ยง เพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์แอมโมเนียมซัลเฟตเข้มข้นขึ้นก่อนการอบแห้งและการบรรจุ ของเหลวทั้งหมด (ไฮโดรไซโคลนล้นและเครื่องเหวี่ยง) จะถูกส่งกลับไปยังถังสารละลาย แล้วจึงนำกลับเข้าสู่กระแสรีไซเคิลแอมโมเนียมซัลเฟตของตัวดูดซับ

• ระบบ EADS มอบประสิทธิภาพในการกำจัด SO2 ที่สูงขึ้น (>99%) ซึ่งทำให้โรงไฟฟ้าถ่านหินมีความยืดหยุ่นมากขึ้นในการผสมถ่านหินที่มีราคาถูกและมีกำมะถันสูง
• ในขณะที่ระบบ LSFO สร้าง CO2 ได้ 0.7 ตันต่อ SO2 ทุกๆ หนึ่งตันที่ถูกกำจัดออกไป แต่กระบวนการ EADS กลับไม่ก่อให้เกิด CO2 เลย
• เนื่องจากปูนขาวและหินปูนมีปฏิกิริยาน้อยกว่าแอมโมเนียในการกำจัด SO2 จึงจำเป็นต้องใช้น้ำในกระบวนการและพลังงานในการสูบน้ำที่สูงขึ้นเพื่อให้ได้อัตราการหมุนเวียนที่สูง ส่งผลให้ต้นทุนการดำเนินงานของระบบ LSFO สูงขึ้น
• ต้นทุนการลงทุนสำหรับระบบ EADS ใกล้เคียงกับต้นทุนการก่อสร้างระบบ LSFO ดังที่กล่าวมาแล้ว แม้ว่าระบบ EADS จะต้องใช้อุปกรณ์แปรรูปและบรรจุภัณฑ์ผลพลอยได้จากแอมโมเนียมซัลเฟต แต่ไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์เตรียมสารรีเอเจนต์ที่เกี่ยวข้องกับ LSFO สำหรับการบด การขนย้าย และการขนส่ง

ข้อได้เปรียบที่โดดเด่นที่สุดของ EADS คือการกำจัดของเสียทั้งของเหลวและของแข็ง เทคโนโลยี EADS เป็นกระบวนการปล่อยของเหลวเป็นศูนย์ ซึ่งหมายความว่าไม่จำเป็นต้องบำบัดน้ำเสีย ผลพลอยได้จากแอมโมเนียมซัลเฟตที่เป็นของแข็งสามารถนำไปจำหน่ายได้ง่าย แอมโมเนียซัลเฟตเป็นปุ๋ยและส่วนประกอบของปุ๋ยที่ถูกใช้มากที่สุดในโลก และคาดการณ์ว่าตลาดทั่วโลกจะเติบโตถึงปี พ.ศ. 2573 นอกจากนี้ แม้ว่าการผลิตแอมโมเนียมซัลเฟตจะต้องใช้เครื่องหมุนเหวี่ยง เครื่องอบแห้ง สายพานลำเลียง และอุปกรณ์บรรจุภัณฑ์ แต่อุปกรณ์เหล่านี้ไม่ได้เป็นกรรมสิทธิ์และมีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ ทั้งนี้ ขึ้นอยู่กับสภาพเศรษฐกิจและตลาด ปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟตสามารถชดเชยต้นทุนการกำจัดซัลเฟอร์จากก๊าซไอเสียโดยใช้แอมโมเนีย และอาจสร้างผลกำไรมหาศาลได้

แผนผังกระบวนการกำจัดซัลเฟอร์แอมโมเนียที่มีประสิทธิภาพ

บริษัท ชานตง จงเผิง สเปเชียล เซรามิกส์ จำกัด เป็นหนึ่งในผู้ผลิตวัสดุเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์รายใหม่ที่ใหญ่ที่สุดในประเทศจีน เซรามิกทางเทคนิค SiC: ความแข็งโมห์อยู่ที่ 9 (ความแข็งโมห์ใหม่อยู่ที่ 13) ทนทานต่อการสึกกร่อนและการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม ทนทานต่อการขัดถูและการเกิดออกซิเดชันได้อย่างดีเยี่ยม ผลิตภัณฑ์ SiC มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าวัสดุอะลูมินา 92% ถึง 4-5 เท่า มีค่า MOR ของ RBSiC มากกว่า SNBSC ถึง 5-7 เท่า จึงสามารถนำไปใช้กับรูปทรงที่ซับซ้อนมากขึ้นได้ กระบวนการเสนอราคารวดเร็ว การจัดส่งเป็นไปตามที่สัญญาไว้ และคุณภาพที่เหนือชั้น เรามุ่งมั่นที่จะท้าทายเป้าหมายของเราและตอบแทนสังคมอย่างต่อเนื่อง