De verbranding van steenkool in energiecentrales produceert vast afval, zoals bodemas en vliegas, en rookgas dat in de atmosfeer wordt uitgestoten. Veel centrales moeten SOx-emissies uit de rookgassen verwijderen met behulp van rookgasontzwavelingssystemen (FGD). De drie belangrijkste FGD-technologieën die in de VS worden gebruikt, zijn natte wassing (85% van de installaties), droge wassing (12%) en droge sorptie-injectie (3%). Natte wassers verwijderen doorgaans meer dan 90% van de SOx, vergeleken met droge wassers, die 80% verwijderen. Dit artikel presenteert de modernste technologieën voor de behandeling van afvalwater dat wordt gegenereerd door natte wassers.FGD-systemen.
Basisprincipes van natte FGD
Natte FGD-technologieën hebben een slurryreactor en een vastestofontwateringssectie gemeen. Verschillende soorten absorbers zijn gebruikt in de reactor, waaronder gepakte torens, schoteltorens, venturiwassers en sproeiwassers. De absorbers neutraliseren de zure gassen met een alkalische slurry van kalk, natriumhydroxide of kalksteen. Om een aantal economische redenen gebruiken nieuwere scrubbers meestal kalksteenslurry.
Wanneer kalksteen reageert met SOx onder de reducerende omstandigheden van de absorber, wordt SO₂ (de hoofdcomponent van SOx) omgezet in sulfiet en ontstaat een slurry rijk aan calciumsulfiet. Eerdere FGD-systemen (ook wel natuurlijke oxidatie of geïnhibeerde oxidatie genoemd) produceerden een calciumsulfiet-bijproduct. NieuwerFGD-systemenmaken gebruik van een oxidatiereactor waarin de calciumsulfietslurry wordt omgezet in calciumsulfaat (gips); dit worden kalksteengeforceerde oxidatie (LSFO) FGD-systemen genoemd.
Typische moderne LSFO FGD-systemen maken gebruik van een sproeitorenabsorber met een geïntegreerde oxidatiereactor in de basis (figuur 1) of een jet-bubblersysteem. In beide systemen wordt het gas onder anoxische omstandigheden geabsorbeerd in een kalksteenslurry; de slurry stroomt vervolgens naar een aerobe reactor of reactiezone, waar sulfiet wordt omgezet in sulfaat en gips neerslaat. De hydraulische verblijftijd in de oxidatiereactor bedraagt ongeveer 20 minuten.
1. FGD-systeem met sproeikolomkalksteengeforceerde oxidatie (LSFO). In een LSFO-wasser stroomt slurry naar een reactor, waar lucht wordt toegevoegd om sulfiet geforceerd te oxideren tot sulfaat. Deze oxidatie lijkt seleniet om te zetten in selenaat, wat leidt tot latere behandelingsproblemen. Bron: CH2M HILL
Deze systemen werken doorgaans met een gehalte aan zwevende stoffen van 14% tot 18%. Zwevende stoffen bestaan uit fijne en grove gipsdeeltjes, vliegas en inert materiaal dat met de kalksteen wordt toegevoegd. Wanneer de vaste stoffen een bovengrens bereiken, wordt de slurry gezuiverd. De meeste LSFO FGD-systemen maken gebruik van mechanische scheidings- en ontwateringssystemen om gips en andere vaste stoffen van het zuiveringswater te scheiden (Figuur 2).
2. FGD-ontwateringssysteem voor gips. In een typisch gipsontwateringssysteem worden deeltjes in de purge ingedeeld, of gescheiden, in grove en fijne fracties. Fijne deeltjes worden in de overloop van de hydrokloon gescheiden om een onderloop te creëren die voornamelijk bestaat uit grote gipskristallen (voor potentiële verkoop) die met een vacuümbandontwateringssysteem tot een laag vochtgehalte kunnen worden ontwaterd. Bron: CH2M HILL
Sommige FGD-systemen gebruiken zwaartekrachtverdikkers of bezinkingsvijvers voor de classificatie en ontwatering van vaste stoffen, en sommige gebruiken centrifuges of roterende vacuümtrommelontwateringssystemen. De meeste nieuwe systemen gebruiken echter hydroklonen en vacuümbanden. Sommige systemen gebruiken twee hydroklonen in serie om de verwijdering van vaste stoffen in het ontwateringssysteem te verhogen. Een deel van de overloop van de hydroklonen kan worden teruggevoerd naar het FGD-systeem om de afvalwaterstroom te verminderen.
Het purgeren kan ook worden gestart als er sprake is van ophoping van chloriden in de FGD-slurry, als gevolg van de limieten die worden opgelegd door de corrosiebestendigheid van de bouwmaterialen van het FGD-systeem.
FGD-afvalwaterkenmerken
Veel variabelen beïnvloeden de samenstelling van het rookgasreinigingsafvalwater, zoals de samenstelling van steenkool en kalksteen, het type gaswasser en het gebruikte gipsontwateringssysteem. Steenkool levert zure gassen – zoals chloriden, fluoriden en sulfaat – en vluchtige metalen, waaronder arseen, kwik, selenium, boor, cadmium en zink. Kalksteen levert ijzer en aluminium (uit kleimineralen) aan het rookgasreinigingsafvalwater. Kalksteen wordt meestal verpulverd in een natte kogelmolen, en de erosie en corrosie van de kogels zorgen voor ijzer in de kalksteenslurry. Klei draagt vaak bij aan de inerte fijne deeltjes, wat een van de redenen is waarom afvalwater uit de gaswasser wordt afgevoerd.
Van: Thomas E. Higgins, PhD, PE; A. Thomas Sandy, PE; en Silas W. Givens, PE.
Email: caroline@rbsic-sisic.com
Plaatsingstijd: 4 augustus 2018