Сопло из карбида кремния для десульфурации дымовых газов на электростанциях

Сопла абсорбера для десульфурации дымовых газов (ДДГ)
Удаление оксидов серы, обычно называемых SOx, из выхлопных газов с помощью щелочного реагента, например, влажного известнякового шлама.

При использовании ископаемого топлива в процессах сжигания для работы котлов, печей или другого оборудования существует вероятность выделения SO2 или SO3 в составе отходящих газов. Эти оксиды серы легко реагируют с другими элементами, образуя вредные соединения, такие как серная кислота, и могут оказывать негативное воздействие на здоровье человека и окружающую среду. В связи с этим потенциальным воздействием контроль содержания этого соединения в дымовых газах является важнейшей задачей угольных электростанций и других промышленных предприятий.

В связи с проблемами эрозии, закупорки и накопления отложений, одной из самых надежных систем контроля этих выбросов является процесс мокрой десульфуризации дымовых газов (ДДГ) в открытой башне с использованием известняка, гашеной извести, морской воды или другого щелочного раствора. Распылительные форсунки способны эффективно и надежно распределять эти шламы по абсорбционным башням. Создавая равномерную структуру из капель нужного размера, эти форсунки способны эффективно создавать необходимую площадь поверхности для надлежащего поглощения, одновременно минимизируя унос промывочного раствора в дымовые газы.

Выбор насадки-абсорбера FGD:
Важные факторы, которые следует учитывать:

Плотность и вязкость очищающей среды
Требуемый размер капли
Правильный размер капель имеет решающее значение для обеспечения надлежащей скорости абсорбции.
Материал сопла
Поскольку дымовой газ часто является едким, а очищающая жидкость часто представляет собой пульпу с высоким содержанием твердых частиц и абразивными свойствами, выбор подходящего коррозионно- и износостойкого материала имеет важное значение.
Сопротивление засорению сопла
Поскольку очищающая жидкость часто представляет собой пульпу с высоким содержанием твердых частиц, важен выбор насадки с учетом ее устойчивости к засорению.
Схема распыления и размещение форсунок
Для обеспечения надлежащего поглощения важно полное покрытие газового потока без обходных путей и достаточное время пребывания.
Размер и тип соединения сопла
Требуемые расходы очищающей жидкости
Доступный перепад давления (∆P) на сопле
∆P = давление подачи на входе в сопло – давление процесса снаружи сопла
Наши опытные инженеры помогут вам определить, какое сопло будет работать в соответствии с вашими проектными требованиями.
Распространенные области применения и отрасли промышленности насадок-абсорберов FGD:
Электростанции, работающие на угле и других видах ископаемого топлива
Нефтеперерабатывающие заводы
Мусоросжигательные заводы
Цементные печи
Металлургические заводы

Техническое описание материала SiC

Недостатки извести/известняка

Как показано на рисунке 1, системы FGD, использующие принудительное окисление извести/известняка (LSFO), включают три основные подсистемы:

• Подготовка, обращение и хранение реагентов
• Сосуд абсорбера
• Обработка отходов и побочных продуктов

Подготовка реагента заключается в подаче известнякового шлама (CaCO3) из силоса-хранилища в питательный резервуар с перемешиванием. Образовавшаяся известняковая пульпа затем перекачивается в абсорбер вместе с дымовыми газами котла и окисляющим воздухом. Распылительные форсунки распыляют мелкодисперсные капли реагента, которые затем движутся противотоком к поступающим дымовым газам. SO2 в дымовых газах реагирует с богатым кальцием реагентом, образуя сульфит кальция (CaSO3) и CO2. Воздух, подаваемый в абсорбер, способствует окислению CaSO3 до CaSO4 (дигидрат).

Основные реакции LSFO:

CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2 · 2H2O

Окисленный шлам собирается на дне абсорбера и затем возвращается вместе со свежим реагентом в коллекторы распылительных форсунок. Часть рециркулирующего потока отводится в систему обработки отходов/побочных продуктов, которая обычно состоит из гидроциклонов, барабанных или ленточных фильтров и резервуара для сбора сточных вод/раствора с перемешиванием. Сточные воды из резервуара возвращаются в резервуар для подачи известнякового реагента или в гидроциклон, где избыток удаляется в виде сточных вод.

Типичная схема процесса мокрой очистки с принудительным окислением извести/известняка

Системы мокрого LSFO обычно позволяют достичь эффективности удаления SO2 95–97%. Однако достижение уровня выше 97,5% для соблюдения требований по контролю выбросов затруднительно, особенно для предприятий, использующих высокосернистый уголь. Можно добавить магниевые катализаторы или обжечь известняк до извести с более высокой реакционной способностью (CaO), но такие модификации требуют дополнительного оборудования и соответствующих трудозатрат и энергозатрат. Например, для обжига до извести требуется установка отдельной известковой печи. Кроме того, известь легко осаждается, что увеличивает риск образования накипи в скруббере.

Стоимость обжига в известковой печи можно снизить за счёт непосредственного вдувания известняка в топку котла. При таком подходе известь, образующаяся в котле, уносится дымовыми газами в скруббер. Возможные проблемы включают загрязнение котла, нарушение теплопередачи и инактивацию извести из-за пережога. Кроме того, известь снижает температуру потока расплавленной золы в угольных котлах, что приводит к образованию твёрдых отложений, которые в противном случае не образовались бы.

Жидкие отходы процесса LSFO обычно направляются в стабилизационные пруды вместе с жидкими отходами из других мест электростанции. Влажный жидкий сток FGD может быть насыщен сульфитными и сульфатными соединениями, и по экологическим соображениям его сброс в реки, ручьи или другие водоемы обычно ограничивают. Кроме того, рециркуляция сточных вод/растворов обратно в скруббер может привести к накоплению растворенных солей натрия, калия, кальция, магния или хлоридов. Эти вещества в конечном итоге могут кристаллизоваться, если не обеспечить достаточный отвод для поддержания концентрации растворенных солей ниже точки насыщения. Дополнительной проблемой является медленная скорость осаждения твердых отходов, что приводит к необходимости в больших стабилизационных прудах большого объема. В типичных условиях отстоявшийся слой в стабилизационном пруду может содержать 50 процентов и более жидкой фазы даже после нескольких месяцев хранения.

Сульфат кальция, извлеченный из шлама вторичной переработки абсорбера, может содержать большое количество непрореагировавшего известняка и золы сульфита кальция. Эти загрязнители могут препятствовать продаже сульфата кальция в качестве синтетического гипса для использования в производстве гипсовых плит, штукатурки и цемента. Непрореагировавший известняк является преобладающей примесью в синтетическом гипсе, а также распространённой примесью в природном (добываемом) гипсе. Хотя сам известняк не влияет на свойства конечных продуктов из гипсовых плит, его абразивные свойства создают проблемы износа для технологического оборудования. Сульфит кальция является нежелательной примесью в любом гипсе, поскольку его мелкий размер частиц создаёт проблемы с образованием накипи и другие трудности при обработке, такие как промывка осадка и обезвоживание.

Если твердые частицы, образующиеся в процессе LSFO, не реализуются на рынке в виде синтетического гипса, это создает значительную проблему утилизации отходов. Для котла мощностью 1000 МВт, работающего на 1% сернистом угле, количество гипса (короткого) составляет приблизительно 550 тонн в сутки. Для той же установки, работающей на 2% сернистом угле, производство гипса увеличивается примерно до 1100 тонн в сутки. Если добавить около 1000 тонн в сутки на образование летучей золы, общий тоннаж твердых отходов составит около 1550 тонн в сутки для 1% сернистого угля и 2100 тонн в сутки для 2% сернистого угля.

Преимущества EADS

Проверенная технология, альтернативная очистке LSFO, предполагает замену известняка аммиаком в качестве реагента для удаления SO2. Компоненты измельчения, хранения, обработки и транспортировки твердого реагента в системе LSFO заменяются простыми резервуарами для хранения водного или безводного аммиака. На рисунке 2 показана технологическая схема системы EADS, предоставленной компанией JET Inc.

Аммиак, дымовой газ, окисляющий воздух и технологическая вода поступают в абсорбер, оснащенный несколькими ярусами распылительных форсунок. Форсунки генерируют мельчайшие капли аммиачного реагента, обеспечивая его тесный контакт с поступающим дымовым газом в соответствии со следующими реакциями:

(1) SO2 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO3

(2) (NH4)2SO3 + ½O2 → (NH4)2SO4

SO₂ в потоке дымовых газов реагирует с аммиаком в верхней половине абсорбера, образуя сульфит аммония. Дно абсорбера служит резервуаром окисления, где воздух окисляет сульфит аммония до сульфата аммония. Образовавшийся раствор сульфата аммония подается обратно в коллекторы распылительных форсунок, расположенные на нескольких уровнях абсорбера. Перед выходом из верхней части абсорбера очищенный дымовой газ проходит через каплеуловитель, который коагулирует все увлекаемые капли жидкости и улавливает мелкие частицы.

Реакция аммиака с SO₂ и окисление сульфита до сульфата обеспечивают высокую степень использования реагента. На каждый фунт потреблённого аммиака образуется четыре фунта сульфата аммония.

Как и в процессе LSFO, часть потока рециркуляции реагента/продукта может быть отведена для получения товарного побочного продукта. В системе EADS отбираемый раствор продукта перекачивается в систему улавливания твердых частиц, состоящую из гидроциклона и центрифуги, для концентрирования сульфата аммония перед сушкой и упаковкой. Все жидкости (слив гидроциклона и фугат центрифуги) возвращаются в шламовый бак, а затем повторно вводятся в поток рециркуляции сульфата аммония абсорбера.

• Системы EADS обеспечивают более высокую эффективность удаления SO2 (>99%), что дает угольным электростанциям больше гибкости для смешивания более дешевых углей с более высоким содержанием серы.
• В то время как системы LSFO создают 0,7 тонны CO2 на каждую удаленную тонну SO2, процесс EADS не производит CO2.
• Поскольку известь и известняк менее реакционноспособны по сравнению с аммиаком при удалении SO2, для достижения высокой скорости циркуляции требуется более высокий расход технологической воды и энергии на перекачку. Это приводит к более высоким эксплуатационным расходам систем LSFO.
• Капитальные затраты на системы EADS аналогичны затратам на строительство систем LSFO. Как отмечалось выше, хотя система EADS требует оборудования для переработки и упаковки побочных продуктов сульфата аммония, оборудование для подготовки реагентов, используемое в системах LSFO, не требуется для измельчения, обработки и транспортировки.

Наиболее существенным преимуществом EADS является отсутствие как жидких, так и твердых отходов. Технология EADS не предусматривает сброса жидких отходов, что означает отсутствие необходимости в очистке сточных вод. Твердый побочный продукт – сульфат аммония – легко реализуется на рынке; сульфат аммония – наиболее используемое удобрение и компонент удобрений в мире, и ожидается рост мирового рынка к 2030 году. Кроме того, хотя для производства сульфата аммония требуются центрифуга, сушилка, конвейерное и упаковочное оборудование, эти компоненты не являются патентованными и доступны для приобретения. В зависимости от экономической и рыночной конъюнктуры, удобрение на основе сульфата аммония может компенсировать затраты на десульфуризацию дымовых газов с использованием аммиака и потенциально обеспечить значительную прибыль.

Схема эффективного процесса десульфурации аммиака

Shandong Zhongpeng Special Ceramics Co., Ltd. – один из крупнейших производителей новых керамических материалов на основе карбида кремния в Китае. Техническая керамика на основе карбида кремния: твёрдость по шкале Мооса – 9 (новая твёрдость по шкале Мооса – 13), отличная стойкость к эрозии и коррозии, высокая износостойкость и антиокислительные свойства. Срок службы изделий из карбида кремния в 4-5 раз превышает срок службы изделий из 92% оксида алюминия. Коэффициент механического износа (MOR) RBSiC в 5-7 раз выше, чем у SNBSC, что позволяет использовать его для изготовления изделий более сложной формы. Процесс формирования коммерческого предложения быстрый, поставка осуществляется в соответствии с обещаниями, а качество непревзойдённое. Мы всегда стремимся к достижению поставленных целей и отдаём свои сердца обществу.