Boquilla de carburo de silicio para desulfuración en centrales eléctricas

Boquillas absorbedoras para la desulfuración de gases de combustión (FGD)
Eliminación de óxidos de azufre, comúnmente conocidos como SOx, de los gases de escape utilizando un reactivo alcalino, como una suspensión húmeda de piedra caliza.

Cuando se utilizan combustibles fósiles en procesos de combustión para el funcionamiento de calderas, hornos u otros equipos, existe la posibilidad de que se liberen SO₂ o SO₃ como parte de los gases de escape. Estos óxidos de azufre reaccionan fácilmente con otros elementos para formar compuestos nocivos como el ácido sulfúrico, y pueden afectar negativamente la salud humana y el medio ambiente. Debido a estos posibles efectos, el control de este compuesto en los gases de combustión es fundamental en las centrales eléctricas de carbón y otras aplicaciones industriales.

Debido a los problemas de erosión, obstrucción y acumulación, uno de los sistemas más fiables para controlar estas emisiones es el proceso de desulfuración de gases de combustión (DGC) húmedo en torre abierta, que utiliza piedra caliza, cal hidratada, agua de mar u otra solución alcalina. Las boquillas de pulverización distribuyen de forma eficaz y fiable estas suspensiones en las torres de absorción. Al crear patrones uniformes de gotas del tamaño adecuado, estas boquillas generan la superficie necesaria para una absorción óptima, minimizando a la vez la entrada de la solución de lavado en los gases de combustión.

Selección de una boquilla absorbente de FGD:
Factores importantes a considerar:

Densidad y viscosidad del medio de lavado
Tamaño de gota requerido
El tamaño correcto de las gotas es esencial para garantizar una absorción adecuada.
Material de la boquilla
Dado que los gases de combustión suelen ser corrosivos y el fluido de depuración frecuentemente es una suspensión con alto contenido de sólidos y propiedades abrasivas, es importante seleccionar el material adecuado resistente a la corrosión y al desgaste.
resistencia a la obstrucción de la boquilla
Dado que el fluido de limpieza suele ser una suspensión con alto contenido en sólidos, la selección de la boquilla en función de su resistencia a la obstrucción es importante.
Patrón y ubicación del rociado de la boquilla
Para garantizar una absorción adecuada, es importante una cobertura completa del flujo de gas sin derivación y un tiempo de residencia suficiente.
Tamaño y tipo de conexión de la boquilla
Caudales de fluido de lavado requeridos
Caída de presión disponible (∆P) a través de la boquilla
∆P = presión de suministro en la entrada de la boquilla – presión de proceso fuera de la boquilla
Nuestros ingenieros expertos pueden ayudarle a determinar qué boquilla funcionará según los requisitos de su diseño.
Usos e industrias comunes de las boquillas absorbedoras de FGD:
Centrales eléctricas de carbón y otros combustibles fósiles
refinerías de petróleo
incineradoras de residuos municipales
Hornos de cemento
fundiciones de metales

Hoja de datos del material SiC

Desventajas de la cal/piedra caliza

Como se muestra en la Figura 1, los sistemas FGD que emplean oxidación forzada con cal/piedra caliza (LSFO) incluyen tres subsistemas principales:

• Preparación, manipulación y almacenamiento de reactivos
• recipiente absorbedor
• manejo de residuos y subproductos

La preparación del reactivo consiste en transportar piedra caliza triturada (CaCO3) desde un silo de almacenamiento a un tanque de alimentación con agitación. La suspensión de piedra caliza resultante se bombea al absorbedor junto con los gases de combustión de la caldera y aire oxidante. Mediante boquillas de pulverización, se depositan finas gotas de reactivo que fluyen a contracorriente de los gases de combustión entrantes. El SO2 presente en los gases de combustión reacciona con el reactivo rico en calcio para formar sulfito de calcio (CaSO3) y CO2. El aire introducido en el absorbedor favorece la oxidación del CaSO3 a CaSO4 (dihidrato).

Las reacciones básicas de LSFO son:

CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2 · 2H2O

La suspensión oxidada se acumula en el fondo del absorbedor y posteriormente se recicla junto con reactivo fresco hacia los cabezales de las boquillas de pulverización. Una parte del flujo de reciclaje se dirige al sistema de tratamiento de residuos/subproductos, que normalmente consta de hidrociclones, filtros de tambor o de banda y un tanque de retención de aguas residuales/licor con agitación. Las aguas residuales del tanque de retención se reciclan al tanque de alimentación de reactivo de piedra caliza o a un hidrociclón, donde el rebosamiento se elimina como efluente.

Esquema típico del proceso de lavado húmedo por oxidación forzada de cal/piedra caliza

Los sistemas LSFO húmedos suelen alcanzar eficiencias de eliminación de SO₂ del 95-97 %. Sin embargo, lograr niveles superiores al 97,5 % para cumplir con los requisitos de control de emisiones resulta difícil, sobre todo en plantas que utilizan carbones con alto contenido de azufre. Se pueden añadir catalizadores de magnesio o calcinar la piedra caliza para obtener cal (CaO) de mayor reactividad, pero estas modificaciones implican equipos adicionales y los costes asociados de mano de obra y energía. Por ejemplo, la calcinación requiere la instalación de un horno de cal independiente. Además, la cal se precipita fácilmente, lo que aumenta la posibilidad de formación de incrustaciones en el depurador.

El coste de la calcinación con un horno de cal puede reducirse inyectando directamente piedra caliza en el horno de la caldera. De esta forma, la cal generada en la caldera se transporta con los gases de combustión al depurador. Entre los posibles problemas se incluyen la incrustación en la caldera, la interferencia con la transferencia de calor y la inactivación de la cal por sobrecalentamiento. Además, la cal reduce la temperatura de flujo de las cenizas fundidas en las calderas de carbón, lo que genera depósitos sólidos que de otro modo no se producirían.

Los residuos líquidos del proceso LSFO se suelen dirigir a balsas de estabilización junto con los residuos líquidos de otras áreas de la central eléctrica. El efluente líquido húmedo del proceso FGD puede estar saturado de compuestos de sulfito y sulfato, y las consideraciones ambientales suelen limitar su vertido a ríos, arroyos u otros cursos de agua. Además, el reciclaje de las aguas residuales/licor al depurador puede provocar la acumulación de sales disueltas de sodio, potasio, calcio, magnesio o cloruro. Estas sustancias pueden cristalizar si no se realiza un purgado suficiente para mantener las concentraciones de sales disueltas por debajo de la saturación. Otro problema es la lenta sedimentación de los sólidos residuales, lo que hace necesario el uso de balsas de estabilización de gran tamaño y capacidad. En condiciones normales, la capa sedimentada en una balsa de estabilización puede contener un 50 % o más de fase líquida incluso después de varios meses de almacenamiento.

El sulfato de calcio recuperado del lodo reciclado del absorbedor puede contener altos niveles de piedra caliza sin reaccionar y cenizas de sulfito de calcio. Estos contaminantes pueden impedir que el sulfato de calcio se comercialice como yeso sintético para su uso en la producción de placas de yeso, enlucido y cemento. La piedra caliza sin reaccionar es la impureza predominante en el yeso sintético y también es común en el yeso natural (extraído). Si bien la piedra caliza en sí misma no interfiere con las propiedades de los productos finales de placas de yeso, sus propiedades abrasivas generan problemas de desgaste en los equipos de procesamiento. El sulfito de calcio es una impureza indeseable en cualquier yeso, ya que su pequeño tamaño de partícula provoca problemas de incrustaciones y otros problemas de procesamiento, como el lavado y la deshidratación de la torta.

Si los sólidos generados en el proceso LSFO no son comercializables como yeso sintético, esto plantea un importante problema de gestión de residuos. Para una caldera de 1000 MW que utiliza carbón con un 1 % de azufre, la cantidad de yeso es de aproximadamente 550 toneladas (cortas) al día. Para la misma planta que utiliza carbón con un 2 % de azufre, la producción de yeso aumenta a aproximadamente 1100 toneladas al día. Si se añaden unas 1000 toneladas al día por la producción de cenizas volantes, el tonelaje total de residuos sólidos asciende a unas 1550 toneladas al día para el caso del carbón con un 1 % de azufre y a 2100 toneladas al día para el caso del carbón con un 2 % de azufre.

Ventajas de EADS

Una alternativa tecnológica probada al lavado con fueloil pesado (LSFO) sustituye la piedra caliza por amoníaco como reactivo para la eliminación de SO₂. Los componentes de molienda, almacenamiento, manipulación y transporte del reactivo sólido en un sistema LSFO se reemplazan por simples tanques de almacenamiento de amoníaco acuoso o anhidro. La figura 2 muestra un diagrama de flujo del sistema EADS proporcionado por JET Inc.

El amoníaco, los gases de combustión, el aire oxidante y el agua de proceso entran en un absorbedor que contiene varios niveles de boquillas de pulverización. Las boquillas generan finas gotas de reactivo que contiene amoníaco para asegurar el contacto íntimo del reactivo con los gases de combustión entrantes, según las siguientes reacciones:

(1) SO2 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO3

(2) (NH4)2SO3 + ½O2 → (NH4)2SO4

El SO₂ presente en los gases de combustión reacciona con el amoníaco en la mitad superior del recipiente para producir sulfito de amonio. La parte inferior del absorbedor actúa como tanque de oxidación, donde el aire oxida el sulfito de amonio a sulfato de amonio. La solución de sulfato de amonio resultante se bombea de regreso a los colectores de pulverización en distintos niveles del absorbedor. Antes de que los gases de combustión depurados salgan por la parte superior del absorbedor, pasan por un separador de gotas que aglomera cualquier gota de líquido arrastrada y retiene las partículas finas.

La reacción del amoníaco con el SO₂ y la oxidación del sulfito a sulfato logran una alta tasa de utilización de reactivos. Se producen cuatro libras de sulfato de amonio por cada libra de amoníaco consumida.

Al igual que en el proceso LSFO, una parte del flujo de reciclaje de reactivos/productos puede extraerse para generar un subproducto comercial. En el sistema EADS, la solución del producto de salida se bombea a un sistema de recuperación de sólidos compuesto por un hidrociclón y una centrífuga para concentrar el sulfato de amonio antes de su secado y envasado. Todos los líquidos (el rebose del hidrociclón y el centrado de la centrífuga) se dirigen de vuelta a un tanque de lodos y luego se reincorporan al flujo de reciclaje de sulfato de amonio del absorbedor.

• Los sistemas EADS proporcionan una mayor eficiencia en la eliminación de SO2 (>99%), lo que brinda a las centrales eléctricas de carbón una mayor flexibilidad para mezclar carbones más baratos y con mayor contenido de azufre.
• Mientras que los sistemas LSFO generan 0,7 toneladas de CO2 por cada tonelada de SO2 eliminada, el proceso EADS no produce CO2.
• Debido a que la cal y la piedra caliza son menos reactivas que el amoníaco para la eliminación de SO₂, se requiere un mayor consumo de agua de proceso y energía de bombeo para lograr altas tasas de circulación. Esto se traduce en mayores costos operativos para los sistemas LSFO.
• Los costos de capital para los sistemas EADS son similares a los de la construcción de un sistema LSFO. Como se mencionó anteriormente, si bien el sistema EADS requiere equipos para el procesamiento y envasado del subproducto sulfato de amonio, las instalaciones de preparación de reactivos asociadas con LSFO no son necesarias para la molienda, manipulación y transporte.

La principal ventaja del sistema EADS es la eliminación de residuos tanto líquidos como sólidos. Esta tecnología es un proceso de descarga cero de líquidos, lo que significa que no requiere tratamiento de aguas residuales. El sulfato de amonio sólido, subproducto de este proceso, es fácilmente comercializable; el sulfato de amonio es el fertilizante y componente de fertilizantes más utilizado en el mundo, y se prevé un crecimiento del mercado mundial hasta 2030. Además, si bien la fabricación de sulfato de amonio requiere una centrífuga, un secador, una cinta transportadora y equipos de envasado, estos elementos no son patentados y están disponibles comercialmente. Dependiendo de las condiciones económicas y de mercado, el fertilizante de sulfato de amonio puede compensar los costos de la desulfuración de gases de combustión con amoníaco y potencialmente generar una ganancia sustancial.

Esquema del proceso eficiente de desulfuración de amoníaco

Shandong Zhongpeng Special Ceramics Co., Ltd. es uno de los mayores proveedores de soluciones de materiales cerámicos de carburo de silicio en China. La cerámica técnica de SiC tiene una dureza Mohs de 9 (la nueva dureza Mohs es de 13), con excelente resistencia a la erosión y la corrosión, así como a la abrasión y la oxidación. La vida útil de los productos de SiC es de 4 a 5 veces mayor que la de los materiales de alúmina al 92 %. El módulo de rotura (MOR) del RBSiC es de 5 a 7 veces superior al del SNBSC, lo que permite su uso en formas más complejas. Ofrecemos presupuestos rápidos, entregas puntuales y una calidad insuperable. Nos esforzamos constantemente por alcanzar nuestros objetivos y contribuir al bienestar de la sociedad.