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

เนื่องมาจากปัญหาการกัดกร่อน การอุดตัน และการสะสมตัว หนึ่งในระบบที่เชื่อถือได้มากที่สุดในการควบคุมการปล่อยมลพิษเหล่านี้คือกระบวนการกำจัดซัลเฟอร์ออกจากก๊าซไอเสียแบบเปียก (FGD) ในหอคอยเปิดโดยใช้หินปูน ปูนขาวไฮเดรต น้ำทะเล หรือสารละลายด่างอื่นๆ หัวฉีดสเปรย์สามารถกระจายสารละลายเหล่านี้เข้าไปในหอคอยดูดซับได้อย่างมีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ โดยการสร้างรูปแบบที่สม่ำเสมอของละอองที่มีขนาดเหมาะสม หัวฉีดเหล่านี้จึงสามารถสร้างพื้นผิวที่จำเป็นสำหรับการดูดซับที่เหมาะสมได้อย่างมีประสิทธิภาพในขณะที่ลดการพาสารละลายขัดถูเข้าไปในก๊าซไอเสียให้น้อยที่สุด

การเลือกหัวฉีดดูดซับ FGD:
ปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณา:

ความหนาแน่นและความหนืดของสื่อการขัดถู
ขนาดหยดที่ต้องการ
ขนาดหยดที่ถูกต้องถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าอัตราการดูดซึมเหมาะสม
วัสดุหัวฉีด
เนื่องจากก๊าซไอเสียมักกัดกร่อนและน้ำยาขัดถูมักเป็นสารละลายที่มีปริมาณของแข็งสูงและคุณสมบัติในการขัดถู ดังนั้นการเลือกวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนและการสึกหรอจึงมีความสำคัญ
ความต้านทานการอุดตันของหัวฉีด
เนื่องจากน้ำยาขัดถูมักเป็นสารละลายที่มีปริมาณของแข็งสูง การเลือกหัวฉีดที่ทนทานต่อการอุดตันจึงเป็นสิ่งสำคัญ
รูปแบบและตำแหน่งของการพ่นหัวฉีด
เพื่อให้แน่ใจว่าการดูดซึมที่เหมาะสมจะครอบคลุมกระแสก๊าซอย่างครบถ้วนโดยไม่มีทางเลี่ยงและเวลาคงอยู่เพียงพอจึงมีความสำคัญ
ขนาดและประเภทของการเชื่อมต่อหัวฉีด
อัตราการไหลของของเหลวขัดถูที่จำเป็น
แรงดันตกที่สามารถใช้ได้ (∆P) ทั่วหัวฉีด
∆P = แรงดันจ่ายที่ทางเข้าหัวฉีด – แรงดันกระบวนการภายนอกหัวฉีด
วิศวกรที่มีประสบการณ์ของเราสามารถช่วยกำหนดว่าหัวฉีดใดจะทำงานได้ตามต้องการตามรายละเอียดการออกแบบของคุณ
การใช้งานหัวฉีดดูดซับ FGD ทั่วไปและอุตสาหกรรม:
โรงไฟฟ้าถ่านหินและเชื้อเพลิงฟอสซิลอื่น ๆ
โรงกลั่นน้ำมัน
เครื่องเผาขยะเทศบาล
เตาเผาปูนซีเมนต์
โรงหลอมโลหะ

แผ่นข้อมูลวัสดุ SiC

ข้อเสียของปูนขาว/หินปูน

ดังแสดงในรูปที่ 1 ระบบ FGD ที่ใช้การออกซิเดชันบังคับด้วยปูนขาว/หินปูน (LSFO) ประกอบด้วยระบบย่อยหลัก 3 ระบบ:

• การเตรียม การจัดการ และการเก็บรักษาสารเคมี
• ภาชนะดูดซับ
• การจัดการของเสียและผลิตภัณฑ์รอง

การเตรียมรีเอเจนต์ประกอบด้วยการลำเลียงหินปูนบด (CaCO3) จากไซโลเก็บไปยังถังป้อนที่มีการกวน จากนั้นสารละลายหินปูนที่ได้จะถูกสูบไปยังภาชนะดูดซับพร้อมกับก๊าซไอเสียของหม้อไอน้ำและอากาศออกซิไดซ์ หัวฉีดสเปรย์จะส่งหยดรีเอเจนต์ขนาดเล็กที่ไหลสวนทางกับก๊าซไอเสียที่เข้ามา SO2 ในก๊าซไอเสียจะทำปฏิกิริยากับรีเอเจนต์ที่มีแคลเซียมสูงเพื่อสร้างแคลเซียมซัลไฟต์ (CaSO3) และ CO2 อากาศที่ใส่เข้าไปในตัวดูดซับจะส่งเสริมการเกิดออกซิเดชันของ CaSO3 เป็น CaSO4 (รูปแบบไดไฮเดรต)

ปฏิกิริยา LSFO พื้นฐานมีดังนี้:

CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2 · 2H2O

สารละลายออกซิไดซ์จะสะสมอยู่ที่ก้นของตัวดูดซับ จากนั้นจึงรีไซเคิลพร้อมกับรีเอเจนต์ใหม่กลับไปที่ส่วนหัวของหัวฉีดสเปรย์ ส่วนหนึ่งของกระแสรีไซเคิลจะถูกดึงออกไปยังระบบการจัดการของเสีย/ผลิตภัณฑ์รอง ซึ่งโดยทั่วไปประกอบด้วยไฮโดรไซโคลน ตัวกรองแบบดรัมหรือแบบสายพาน และถังเก็บน้ำเสีย/สุราที่ผ่านการกวน น้ำเสียจากถังเก็บจะถูกรีไซเคิลกลับไปที่ถังป้อนรีเอเจนต์หินปูนหรือไปยังไฮโดรไซโคลน ซึ่งน้ำล้นจะถูกกำจัดออกในรูปของของเสีย

แผนผังกระบวนการขัดผิวแบบเปียกด้วยออกซิไดตินบังคับด้วยปูนขาว/หินปูนทั่วไป

โดยทั่วไประบบ LSFO แบบเปียกสามารถบรรลุประสิทธิภาพการกำจัด SO2 ได้ถึง 95-97 เปอร์เซ็นต์ อย่างไรก็ตาม การทำให้ระดับสูงกว่า 97.5 เปอร์เซ็นต์เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดการควบคุมการปล่อยมลพิษนั้นเป็นเรื่องยาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโรงงานที่ใช้ถ่านหินที่มีกำมะถันสูง สามารถเพิ่มตัวเร่งปฏิกิริยาแมกนีเซียมหรือเผาหินปูนให้เป็นปูนขาวที่มีปฏิกิริยาสูง (CaO) ได้ แต่การปรับเปลี่ยนดังกล่าวต้องใช้อุปกรณ์โรงงานเพิ่มเติม รวมถึงแรงงานและค่าไฟฟ้าที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น การเผาให้เป็นปูนขาวต้องติดตั้งเตาเผาปูนขาวแยกต่างหาก นอกจากนี้ ปูนขาวยังตกตะกอนได้ง่าย ซึ่งจะเพิ่มโอกาสในการเกิดตะกรันในเครื่องขัดล้าง

ต้นทุนของการเผาด้วยเตาเผาปูนขาวสามารถลดลงได้โดยการฉีดหินปูนเข้าไปในเตาเผาของหม้อไอน้ำโดยตรง วิธีนี้จะทำให้หินปูนที่เกิดขึ้นในหม้อไอน้ำถูกพาไปกับก๊าซไอเสียในเครื่องขัดผิว ปัญหาที่อาจเกิดขึ้นได้ ได้แก่ คราบตะกรันในหม้อไอน้ำ การรบกวนการถ่ายเทความร้อน และการทำงานของหินปูนลดลงเนื่องจากการเผาไหม้มากเกินไปในหม้อไอน้ำ นอกจากนี้ หินปูนยังช่วยลดอุณหภูมิการไหลของเถ้าหลอมเหลวในหม้อไอน้ำที่ใช้ถ่านหิน ส่งผลให้เกิดตะกอนแข็งที่ปกติแล้วจะไม่เกิดขึ้น

ของเสียในรูปของเหลวจากกระบวนการ LSFO มักจะถูกส่งไปยังบ่อบำบัดน้ำเสียพร้อมกับของเสียในรูปของเหลวจากที่อื่นในโรงไฟฟ้า น้ำเสียในรูปของเหลวจากกระบวนการ FGD แบบเปียกอาจอิ่มตัวด้วยสารประกอบซัลไฟต์และซัลเฟต และเนื่องจากปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม มักจะจำกัดการปล่อยลงในแม่น้ำ ลำธาร หรือทางน้ำอื่นๆ นอกจากนี้ การรีไซเคิลน้ำเสีย/สุรากลับไปที่เครื่องขัดล้างอาจทำให้เกลือโซเดียม โพแทสเซียม แคลเซียม แมกนีเซียม หรือคลอไรด์ที่ละลายน้ำสะสมอยู่ได้ สิ่งมีชีวิตเหล่านี้อาจตกผลึกในที่สุด เว้นแต่จะมีการระบายออกอย่างเพียงพอเพื่อให้ความเข้มข้นของเกลือที่ละลายน้ำอยู่ต่ำกว่าจุดอิ่มตัว ปัญหาเพิ่มเติมอีกประการหนึ่งคือ อัตราการตกตะกอนของของแข็งในของเสียที่ช้า ซึ่งส่งผลให้จำเป็นต้องมีบ่อบำบัดน้ำเสียขนาดใหญ่ที่มีปริมาณมาก ในสภาวะปกติ ชั้นที่ตกตะกอนในบ่อบำบัดน้ำเสียอาจมีเฟสของเหลว 50 เปอร์เซ็นต์หรือมากกว่านั้น แม้จะเก็บไว้เป็นเวลาหลายเดือนแล้วก็ตาม

แคลเซียมซัลเฟตที่ได้จากสารละลายรีไซเคิลตัวดูดซับอาจมีหินปูนและเถ้าแคลเซียมซัลไฟต์ที่ยังไม่ผ่านการทำปฏิกิริยาในปริมาณสูง สารปนเปื้อนเหล่านี้อาจทำให้แคลเซียมซัลเฟตไม่สามารถนำไปขายเป็นยิปซัมสังเคราะห์เพื่อใช้ในการผลิตแผ่นผนัง ปูนปลาสเตอร์ และซีเมนต์ได้ หินปูนที่ยังไม่ผ่านการทำปฏิกิริยาเป็นสิ่งเจือปนหลักที่พบในยิปซัมสังเคราะห์ และยังเป็นสิ่งเจือปนทั่วไปในยิปซัมธรรมชาติ (ที่ขุดได้) อีกด้วย แม้ว่าหินปูนเองจะไม่รบกวนคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์แผ่นผนัง แต่คุณสมบัติในการขัดถูของหินปูนอาจทำให้เกิดการสึกหรอในอุปกรณ์แปรรูปได้ แคลเซียมซัลไฟต์เป็นสิ่งเจือปนที่ไม่ต้องการในยิปซัมทุกชนิด เนื่องจากขนาดอนุภาคเล็กของหินปูนอาจทำให้เกิดปัญหาการตกตะกอนและปัญหาในการแปรรูปอื่นๆ เช่น การล้างเค้กและการขจัดน้ำออก

หากของแข็งที่เกิดขึ้นในกระบวนการ LSFO ไม่สามารถนำไปจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ในรูปแบบยิปซัมสังเคราะห์ได้ ก็จะก่อให้เกิดปัญหาในการกำจัดขยะจำนวนมาก สำหรับหม้อไอน้ำขนาด 1,000 เมกะวัตต์ที่ใช้ถ่านหินกำมะถัน 1 เปอร์เซ็นต์ ปริมาณยิปซัมจะอยู่ที่ประมาณ 550 ตัน (สั้น) ต่อวัน สำหรับโรงงานเดียวกันที่ใช้ถ่านหินกำมะถัน 2 เปอร์เซ็นต์ ปริมาณการผลิตยิปซัมจะเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 1,100 ตันต่อวัน หากเพิ่มปริมาณการผลิตเถ้าลอยอีกประมาณ 1,000 ตันต่อวัน จะทำให้ปริมาณขยะของแข็งทั้งหมดอยู่ที่ประมาณ 1,550 ตันต่อวันสำหรับถ่านหินกำมะถัน 1 เปอร์เซ็นต์ และ 2,100 ตันต่อวันสำหรับถ่านหินกำมะถัน 2 เปอร์เซ็นต์

ข้อดีของ EADS

เทคโนโลยีทางเลือกที่ได้รับการพิสูจน์แล้วสำหรับการขัด LSFO ได้แทนที่หินปูนด้วยแอมโมเนียซึ่งเป็นสารเคมีสำหรับการกำจัด SO2 ส่วนประกอบของสารเคมีที่เป็นของแข็งในการบด การจัดเก็บ การจัดการ และการขนส่งในระบบ LSFO จะถูกแทนที่ด้วยถังเก็บแบบธรรมดาสำหรับแอมโมเนียในน้ำหรือไม่มีน้ำ รูปที่ 2 แสดงแผนผังการไหลของระบบ EADS ที่จัดทำโดย JET Inc.

แอมโมเนีย ก๊าซไอเสีย อากาศออกซิไดซ์ และน้ำที่ใช้ในการทำปฏิกิริยาจะเข้าสู่ตัวดูดซับที่มีหัวฉีดหลายระดับ หัวฉีดจะสร้างหยดสารเคมีที่มีแอมโมเนียเป็นส่วนประกอบเพื่อให้มั่นใจว่าสารเคมีจะสัมผัสก๊าซไอเสียที่เข้ามาอย่างใกล้ชิดตามปฏิกิริยาต่อไปนี้:

(1) SO2 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO3

(2) (NH4)2SO3 + ½O2 → (NH4)2SO4

SO2 ในกระแสก๊าซไอเสียจะทำปฏิกิริยากับแอมโมเนียในครึ่งบนของถังเพื่อผลิตแอมโมเนียมซัลไฟต์ ส่วนล่างของถังดูดซับทำหน้าที่เป็นถังออกซิเดชันซึ่งอากาศจะออกซิไดซ์แอมโมเนียมซัลไฟต์เป็นแอมโมเนียมซัลเฟต สารละลายแอมโมเนียมซัลเฟตที่ได้จะถูกสูบกลับไปยังส่วนหัวของหัวฉีดสเปรย์ที่ระดับต่างๆ ในถังดูดซับ ก่อนที่ก๊าซไอเสียที่ถูกขัดจะออกจากด้านบนของถังดูดซับ ก๊าซจะผ่านเครื่องไล่ความชื้นซึ่งจะรวมหยดของเหลวที่ติดมากับถังและจับอนุภาคขนาดเล็ก

ปฏิกิริยาแอมโมเนียกับ SO2 และการออกซิเดชันของซัลไฟต์เป็นซัลเฟตทำให้มีอัตราการใช้รีเอเจนต์สูง โดยแอมโมเนียมซัลเฟต 4 ปอนด์จะถูกผลิตขึ้นจากแอมโมเนีย 1 ปอนด์ที่บริโภค

เช่นเดียวกับกระบวนการ LSFO ส่วนหนึ่งของกระแสรีไซเคิลรีเอเจนต์/ผลิตภัณฑ์สามารถดึงออกมาเพื่อผลิตผลพลอยได้ทางการค้า ในระบบ EADS สารละลายผลิตภัณฑ์ที่นำออกจะถูกสูบไปยังระบบกู้คืนของแข็งซึ่งประกอบด้วยไฮโดรไซโคลนและเครื่องปั่นเหวี่ยงเพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์แอมโมเนียมซัลเฟตเข้มข้นก่อนการทำให้แห้งและบรรจุหีบห่อ ของเหลวทั้งหมด (ไฮโดรไซโคลนล้นและเครื่องปั่นเหวี่ยง) จะถูกส่งกลับไปยังถังสารละลาย จากนั้นจึงนำกลับเข้าไปในกระแสรีไซเคิลแอมโมเนียมซัลเฟตของตัวดูดซับอีกครั้ง

• ระบบ EADS มีประสิทธิภาพในการกำจัด SO2 สูงขึ้น (>99%) ซึ่งทำให้โรงไฟฟ้าถ่านหินมีความยืดหยุ่นมากขึ้นในการผสมถ่านหินที่มีราคาถูกและมีกำมะถันสูง
• ในขณะที่ระบบ LSFO ก่อให้เกิด CO2 ได้ 0.7 ตันต่อ SO2 หนึ่งตันที่ถูกกำจัดออกไป แต่กระบวนการ EADS กลับไม่ก่อให้เกิด CO2 เลย
• เนื่องจากปูนขาวและหินปูนมีปฏิกิริยาต่ำกว่าแอมโมเนียในการกำจัด SO2 จึงต้องใช้ปริมาณน้ำในกระบวนการและพลังงานในการสูบน้ำที่สูงขึ้นเพื่อให้ได้อัตราการหมุนเวียนที่สูง ส่งผลให้ต้นทุนการดำเนินงานของระบบ LSFO สูงขึ้น
• ต้นทุนการลงทุนสำหรับระบบ EADS นั้นใกล้เคียงกับต้นทุนการสร้างระบบ LSFO ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น แม้ว่าระบบ EADS จะต้องมีอุปกรณ์แปรรูปและบรรจุภัณฑ์ผลพลอยได้จากแอมโมเนียมซัลเฟต แต่สิ่งอำนวยความสะดวกในการเตรียมรีเอเจนต์ที่เกี่ยวข้องกับ LSFO นั้นไม่จำเป็นสำหรับการบด การจัดการ และการขนส่ง

ข้อได้เปรียบที่โดดเด่นที่สุดของ EADS คือการกำจัดของเสียทั้งของเหลวและของแข็ง เทคโนโลยี EADS เป็นกระบวนการปล่อยของเหลวเป็นศูนย์ ซึ่งหมายความว่าไม่จำเป็นต้องบำบัดน้ำเสีย ผลิตภัณฑ์พลอยได้ของแอมโมเนียมซัลเฟตที่เป็นของแข็งสามารถนำไปจำหน่ายได้ง่าย แอมโมเนียซัลเฟตเป็นปุ๋ยและส่วนประกอบของปุ๋ยที่ใช้กันมากที่สุดในโลก โดยตลาดทั่วโลกคาดว่าจะเติบโตจนถึงปี 2030 นอกจากนี้ ในขณะที่การผลิตแอมโมเนียมซัลเฟตต้องใช้เครื่องเหวี่ยง เครื่องอบแห้ง สายพานลำเลียง และอุปกรณ์บรรจุภัณฑ์ แต่สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่ผลิตภัณฑ์เฉพาะและมีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ ทั้งนี้ ขึ้นอยู่กับสภาพเศรษฐกิจและตลาด ปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟตสามารถชดเชยต้นทุนการกำจัดซัลเฟอร์ในก๊าซไอเสียโดยใช้แอมโมเนีย และอาจให้ผลกำไรมหาศาลได้

แผนผังกระบวนการกำจัดซัลเฟอร์แอมโมเนียที่มีประสิทธิภาพ

บริษัท Shandong Zhongpeng Special Ceramics Co., Ltd เป็นหนึ่งในผู้ผลิตวัสดุเซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์รายใหญ่ที่สุดในประเทศจีน เซรามิกเทคนิค SiC: ความแข็งของ Moh อยู่ที่ 9 (ความแข็งของ Moh ใหม่อยู่ที่ 13) มีความทนทานต่อการกัดกร่อนและการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม ทนต่อการเสียดสีและออกซิเดชันได้ดีเยี่ยม อายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ SiC ยาวนานกว่าวัสดุอะลูมินา 92% ถึง 4 ถึง 5 เท่า MOR ของ RBSiC นั้นสูงกว่า SNBSC ถึง 5 ถึง 7 เท่า จึงสามารถใช้สำหรับรูปร่างที่ซับซ้อนกว่าได้ กระบวนการเสนอราคารวดเร็ว การจัดส่งเป็นไปตามที่สัญญาไว้ และคุณภาพนั้นไม่มีใครเทียบได้ เราพยายามท้าทายเป้าหมายของเราอยู่เสมอและมอบหัวใจของเราคืนสู่สังคม