Vòi phun Silicon Carbide FGD để khử lưu huỳnh trong nhà máy điện

Vòi phun hấp thụ khử lưu huỳnh khí thải (FGD)
Loại bỏ oxit lưu huỳnh, thường được gọi là SOx, khỏi khí thải bằng cách sử dụng thuốc thử kiềm, chẳng hạn như bùn đá vôi ướt.

Khi nhiên liệu hóa thạch được sử dụng trong quá trình đốt để vận hành lò hơi, lò nung hoặc các thiết bị khác, chúng có khả năng giải phóng SO2 hoặc SO3 vào khí thải. Các oxit lưu huỳnh này dễ dàng phản ứng với các nguyên tố khác để tạo thành hợp chất độc hại như axit sunfuric và có khả năng ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người và môi trường. Do những tác động tiềm tàng này, việc kiểm soát hợp chất này trong khí thải là một phần thiết yếu của các nhà máy điện than và các ứng dụng công nghiệp khác.

Do lo ngại về xói mòn, tắc nghẽn và tích tụ, một trong những hệ thống đáng tin cậy nhất để kiểm soát các khí thải này là quy trình khử lưu huỳnh khí thải ướt (FGD) bằng tháp hở sử dụng đá vôi, vôi tôi, nước biển hoặc dung dịch kiềm khác. Vòi phun có khả năng phân phối hiệu quả và đáng tin cậy các hỗn hợp này vào các tháp hấp thụ. Bằng cách tạo ra các hạt có kích thước phù hợp, các vòi phun này có thể tạo ra diện tích bề mặt cần thiết cho quá trình hấp thụ hiệu quả, đồng thời giảm thiểu sự cuốn theo dung dịch rửa vào khí thải.

Lựa chọn vòi phun hấp thụ FGD:
Những yếu tố quan trọng cần cân nhắc:

Mật độ và độ nhớt của vật liệu chà rửa
Kích thước giọt cần thiết
Kích thước giọt chính xác là điều cần thiết để đảm bảo tỷ lệ hấp thụ thích hợp
Vật liệu vòi phun
Vì khí thải thường có tính ăn mòn và chất lỏng tẩy rửa thường là bùn có hàm lượng chất rắn cao và có tính mài mòn nên việc lựa chọn vật liệu chống ăn mòn và mài mòn thích hợp là rất quan trọng.
Khả năng chống tắc nghẽn vòi phun
Vì chất lỏng chà rửa thường là bùn có hàm lượng chất rắn cao nên việc lựa chọn vòi phun có khả năng chống tắc nghẽn là rất quan trọng.
Kiểu phun và vị trí đặt vòi phun
Để đảm bảo hấp thụ đúng cách, việc bao phủ toàn bộ luồng khí mà không cần bỏ qua và thời gian lưu trú đủ là rất quan trọng.
Kích thước và loại kết nối vòi phun
Lưu lượng chất lỏng tẩy rửa cần thiết
Áp suất giảm có sẵn (∆P) trên vòi phun
∆P = áp suất cung cấp tại đầu vào vòi phun – áp suất xử lý bên ngoài vòi phun
Các kỹ sư giàu kinh nghiệm của chúng tôi có thể giúp xác định vòi phun nào sẽ hoạt động theo yêu cầu với các chi tiết thiết kế của bạn
Công dụng và ngành công nghiệp phổ biến của vòi phun hấp thụ FGD:
Nhà máy điện than và các nhiên liệu hóa thạch khác
Nhà máy lọc dầu
Lò đốt rác thải đô thị
Lò nung xi măng
Nhà máy luyện kim loại

Bảng dữ liệu vật liệu SiC

Nhược điểm của Vôi/Đá vôi

Như thể hiện trong Hình 1, các hệ thống FGD sử dụng quá trình oxy hóa cưỡng bức vôi/đá vôi (LSFO) bao gồm ba hệ thống phụ chính:

• Chuẩn bị, xử lý và bảo quản thuốc thử
• Bình hấp thụ
• Xử lý chất thải và sản phẩm phụ

Chuẩn bị thuốc thử bao gồm việc vận chuyển đá vôi nghiền (CaCO3) từ silo chứa đến bể cấp liệu đã được khuấy. Hỗn hợp đá vôi thu được sau đó được bơm vào bình hấp thụ cùng với khí thải lò hơi và không khí oxy hóa. Các vòi phun phun tạo ra các hạt thuốc thử mịn, sau đó chảy ngược dòng vào khí thải đầu vào. SO2 trong khí thải phản ứng với thuốc thử giàu canxi để tạo thành canxi sunfit (CaSO3) và CO2. Không khí được đưa vào bình hấp thụ thúc đẩy quá trình oxy hóa CaSO3 thành CaSO4 (dạng dihydrat).

Các phản ứng LSFO cơ bản là:

CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2 · 2H2O

Bùn oxy hóa được thu gom ở đáy bộ hấp thụ và sau đó được tái chế cùng với thuốc thử mới trở lại đầu vòi phun. Một phần dòng tuần hoàn được đưa vào hệ thống xử lý chất thải/phụ phẩm, thường bao gồm các hydrocyclone, bộ lọc dạng trống hoặc dạng băng tải, và một bể chứa nước thải/dung dịch được khuấy trộn. Nước thải từ bể chứa được tái chế trở lại bể chứa thuốc thử đá vôi hoặc đến hydrocyclone, nơi nước tràn được loại bỏ thành nước thải.

Sơ đồ quy trình chà ướt cưỡng bức bằng vôi/đá vôi điển hình

Hệ thống LSFO ướt thường có thể đạt hiệu suất loại bỏ SO2 từ 95-97%. Tuy nhiên, việc đạt mức trên 97,5% để đáp ứng các yêu cầu kiểm soát khí thải là rất khó khăn, đặc biệt là đối với các nhà máy sử dụng than có hàm lượng lưu huỳnh cao. Có thể bổ sung chất xúc tác magie hoặc nung đá vôi thành vôi hoạt tính cao hơn (CaO), nhưng những cải tiến này đòi hỏi thiết bị bổ sung và chi phí nhân công và điện năng đi kèm. Ví dụ, nung thành vôi đòi hỏi phải lắp đặt một lò nung vôi riêng. Hơn nữa, vôi dễ bị kết tủa, làm tăng nguy cơ hình thành cặn trong bộ lọc khí.

Chi phí nung bằng lò vôi có thể được giảm bằng cách phun trực tiếp đá vôi vào lò hơi. Với phương pháp này, vôi sinh ra trong lò hơi được đưa cùng với khí thải vào bộ lọc khí. Các vấn đề có thể xảy ra bao gồm đóng cặn lò hơi, cản trở quá trình truyền nhiệt và vôi bị bất hoạt do quá trình đốt quá mức trong lò hơi. Hơn nữa, vôi làm giảm nhiệt độ dòng chảy của tro nóng chảy trong lò hơi đốt than, dẫn đến hình thành cặn rắn mà nếu không sẽ không xảy ra.

Chất thải lỏng từ quy trình LSFO thường được dẫn đến các ao ổn định cùng với chất thải lỏng từ các nơi khác trong nhà máy điện. Nước thải FGD ướt có thể được bão hòa với các hợp chất sunfit và sunfat và các cân nhắc về môi trường thường hạn chế việc xả nước thải vào sông, suối hoặc các nguồn nước khác. Ngoài ra, việc tái chế nước thải/chất lỏng trở lại máy lọc có thể dẫn đến sự tích tụ các muối natri, kali, canxi, magiê hoặc clorua hòa tan. Các loại này cuối cùng có thể kết tinh trừ khi được xả đủ để giữ nồng độ muối hòa tan dưới mức bão hòa. Một vấn đề khác là tốc độ lắng chậm của chất rắn thải, dẫn đến nhu cầu về các ao ổn định lớn, có khối lượng lớn. Trong điều kiện thông thường, lớp lắng trong ao ổn định có thể chứa 50 phần trăm hoặc nhiều hơn pha lỏng ngay cả sau vài tháng lưu trữ.

Canxi sunfat thu hồi từ bùn tái chế hấp thụ có thể chứa hàm lượng đá vôi chưa phản ứng và tro canxi sunfit cao. Những tạp chất này có thể ngăn canxi sunfat được bán dưới dạng thạch cao tổng hợp để sử dụng trong sản xuất tấm tường, thạch cao và xi măng. Đá vôi chưa phản ứng là tạp chất chủ yếu được tìm thấy trong thạch cao tổng hợp và cũng là tạp chất phổ biến trong thạch cao tự nhiên (khai thác). Mặc dù bản thân đá vôi không ảnh hưởng đến các đặc tính của sản phẩm cuối cùng của tấm tường, nhưng tính chất mài mòn của nó gây ra các vấn đề về mài mòn cho thiết bị xử lý. Canxi sunfit là tạp chất không mong muốn trong bất kỳ loại thạch cao nào vì kích thước hạt mịn của nó gây ra các vấn đề về đóng cặn và các vấn đề xử lý khác như rửa cặn và tách nước.

Nếu chất rắn sinh ra trong quá trình LSFO không thể thương mại hóa dưới dạng thạch cao tổng hợp, điều này sẽ đặt ra một vấn đề xử lý chất thải đáng kể. Đối với một lò hơi công suất 1000 MW đốt than lưu huỳnh 1%, lượng thạch cao thải ra khoảng 550 tấn (thạch cao)/ngày. Đối với cùng một nhà máy đốt than lưu huỳnh 2%, sản lượng thạch cao tăng lên khoảng 1100 tấn/ngày. Cộng thêm khoảng 1000 tấn/ngày cho sản xuất tro bay, tổng khối lượng chất thải rắn thải ra khoảng 1550 tấn/ngày đối với trường hợp than lưu huỳnh 1% và 2100 tấn/ngày đối với trường hợp than lưu huỳnh 2%.

Ưu điểm của EADS

Một giải pháp thay thế công nghệ đã được chứng minh cho phương pháp rửa LSFO là thay thế đá vôi bằng amoniac làm tác nhân loại bỏ SO2. Các bộ phận nghiền, lưu trữ, xử lý và vận chuyển tác nhân rắn trong hệ thống LSFO được thay thế bằng các bể chứa đơn giản cho amoniac dạng nước hoặc khan. Hình 2 cho thấy sơ đồ dòng chảy của hệ thống EADS do JET Inc. cung cấp.

Amoniac, khí thải, không khí oxy hóa và nước quy trình đi vào bộ hấp thụ chứa nhiều cấp vòi phun. Các vòi phun tạo ra các giọt nhỏ thuốc thử chứa amoniac để đảm bảo thuốc thử tiếp xúc chặt chẽ với khí thải đầu vào theo các phản ứng sau:

(1) SO2 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO3

(2) (NH4)2SO3 + ½O2 → (NH4)2SO4

SO2 trong dòng khí thải phản ứng với amoniac ở nửa trên của bình hấp thụ để tạo ra amoni sunfit. Đáy bình hấp thụ đóng vai trò là bể oxy hóa, nơi không khí oxy hóa amoni sunfit thành amoni sunfat. Dung dịch amoni sunfat thu được được bơm trở lại các đầu phun ở nhiều cấp độ khác nhau trong bình hấp thụ. Trước khi khí thải đã được làm sạch thoát ra khỏi đỉnh bình hấp thụ, nó đi qua một bộ tách bụi, giúp kết tụ các giọt chất lỏng bị cuốn theo và giữ lại các hạt mịn.

Phản ứng amoniac với SO2 và quá trình oxy hóa sunfit thành sunfat đạt được tỷ lệ sử dụng thuốc thử cao. Cứ mỗi pound amoniac tiêu thụ, người ta tạo ra bốn pound amoni sunfat.

Tương tự như quy trình LSFO, một phần dòng tuần hoàn thuốc thử/sản phẩm có thể được rút ra để tạo ra sản phẩm phụ thương mại. Trong hệ thống EADS, dung dịch sản phẩm cất cánh được bơm đến hệ thống thu hồi chất rắn bao gồm hydrocyclone và máy ly tâm để cô đặc sản phẩm amoni sunfat trước khi sấy khô và đóng gói. Toàn bộ chất lỏng (hydrocyclone tràn và ly tâm cô đặc) được dẫn trở lại bể chứa bùn và sau đó được đưa trở lại dòng tuần hoàn amoni sunfat của thiết bị hấp thụ.

• Hệ thống EADS cung cấp hiệu suất loại bỏ SO2 cao hơn (>99%), giúp các nhà máy điện chạy bằng than linh hoạt hơn trong việc pha trộn than có hàm lượng lưu huỳnh cao hơn và rẻ hơn.
• Trong khi hệ thống LSFO tạo ra 0,7 tấn CO2 cho mỗi tấn SO2 được loại bỏ, thì quy trình EADS không tạo ra CO2.
• Do vôi và đá vôi ít phản ứng hơn amoniac trong việc loại bỏ SO2, nên cần tiêu thụ nước quy trình và năng lượng bơm cao hơn để đạt được tốc độ tuần hoàn cao. Điều này dẫn đến chi phí vận hành cao hơn cho các hệ thống LSFO.
• Chi phí đầu tư cho hệ thống EADS tương tự như chi phí xây dựng hệ thống LSFO. Như đã lưu ý ở trên, mặc dù hệ thống EADS yêu cầu thiết bị xử lý và đóng gói phụ phẩm amoni sunfat, nhưng các cơ sở chuẩn bị thuốc thử liên quan đến LSFO lại không cần thiết cho việc nghiền, xử lý và vận chuyển.

Ưu điểm nổi bật nhất của EADS là loại bỏ cả chất thải lỏng và rắn. Công nghệ EADS là quy trình không xả thải lỏng, nghĩa là không cần xử lý nước thải. Sản phẩm phụ amoni sunfat rắn dễ dàng tiếp thị; amoni sunfat là loại phân bón và thành phần phân bón được sử dụng nhiều nhất trên thế giới, với dự kiến ​​thị trường toàn cầu sẽ tăng trưởng đến năm 2030. Hơn nữa, mặc dù việc sản xuất amoni sunfat đòi hỏi máy ly tâm, máy sấy, băng tải và thiết bị đóng gói, nhưng những thiết bị này không phải là độc quyền và có sẵn trên thị trường. Tùy thuộc vào điều kiện kinh tế và thị trường, phân bón amoni sunfat có thể bù đắp chi phí khử lưu huỳnh khí thải bằng amoni và có khả năng mang lại lợi nhuận đáng kể.

Sơ đồ quy trình khử lưu huỳnh amoniac hiệu quả

Công ty TNHH Gốm sứ Đặc biệt Shandong Zhongpeng là một trong những nhà cung cấp vật liệu gốm silicon carbide mới lớn nhất tại Trung Quốc. Gốm kỹ thuật SiC: Độ cứng Mohs là 9 (độ cứng Mohs mới là 13), có khả năng chống xói mòn và ăn mòn tuyệt vời, khả năng chống mài mòn và chống oxy hóa tuyệt vời. Tuổi thọ của sản phẩm SiC cao gấp 4 đến 5 lần so với vật liệu alumina 92%. MOR của RBSiC cao gấp 5 đến 7 lần so với SNBSC, có thể được sử dụng cho các hình dạng phức tạp hơn. Quy trình báo giá nhanh chóng, giao hàng đúng như cam kết và chất lượng vượt trội. Chúng tôi luôn kiên trì theo đuổi mục tiêu và cống hiến hết mình cho xã hội.