Curățarea gazelor arse și a gazelor reziduale

Acasă Engineering Curățarea gazelor arse și a gazelor reziduale

Ne ocupăm de studii și de consultanță, în domeniul tehnologiei de reducere și de îndepărtare a concentrației de substanțe SOx, NOx, PCDD, PCDF, VOC și TZL în diferite unități industriale, precum centrale electrice, centrale termice, unități de incinerare a deșeurilor, turnătorii, fabrici de ciment ș.a.m.d. Efectuăm studii pentru surse locale mici și pentru blocuri industriale mari, pentru intervalul de debit al gazelor arse de 10.000 – 3.000 000 m³/h. În continuare, ne ocupăm cu studii privind modernizarea și intensificarea surselor existente.

Studiul este realizat de către departamentul nostru de engineering, vezi contactul.

Desulfurarea gazelor arse

În conținutul combustibililor gazoși naturali, sulful apare cel mai des sub formă de SO2 sau de SO3. În cazul combustibililor solizi, în special al cărbunelui, care își găsesc utilizarea în cadrul majorității surselor de căldură staționare, sulful este legat deja în combustibil, ca parte a acestuia. În cadrul acestor combustibili, sulful poate apărea sub încă 3 forme, în special sulfat (legat chimic de cenușă), organic și pirită. Sulful pirită în cărbune este o formă de sulf care, în cazul unei apariții nedispersate în cadrul combustibilului, este ușor de îndepărtat prin metode clasice, dintre care amintim, de ex., tratamentul în hidrocicloane. Eficiența acestor metode este de multe ori limitată. Există și alte moduri mecanice de îndepărtare a sulfului din combustibil, depinde însă, în principal, de eficiența economică, datorită faptului că, de multe ori, aceste metode nu sunt rentabile, din cauza prețului de vânzare a căldurii pe piață, tocmai ca urmare a dezvoltării mari a surselor ecologice mici și a introducerii unităților de cogenerare. Astăzi, cele mai folosite metode de îndepărtare a compușilor de sulf sunt tocmai cele aplicate gazelor arse care trec prin coș. Îndepărtarea sulfului este posibilă prin două metode (diferite ca principiu): fie prin oxidare catalitică la SO3 și îndepărtare ulterioară sub formă de H₂SO_{4 ,} fie prin legare la un aditiv solid corespunzător.

Metoda uscată de reducere a SOx

Metoda aditivă uscată se folosește cel mai mult în combinație cu filtrele textile. Principiul acestei metode constă în dozarea aditivilor pe bază de Ca2+ (cel mai adesea var stins Ca(OH)2), dar și pe bază de Na+ (NaHCO3) în fluxul gazelor arse, în sistemul de combustie sau în reactor, unde are loc un amestec intens de aditivi cu gazele arse, producându-se reacția primară. Reacția secundară are loc în materialul textil de filtrare – proces intens, în special în cazul filtrelor cu regenerare cu ajutorul unui jet de aer produs de ventilator.

Această metodă este folosită în cazul desulfurării unor surse de ardere mai mici și pentru reducerea HCI, HF, a dioxinelor și a altor substanțe toxice gazoase.

În cazul desulfurării se atinge o eficiență de până la 75 %, pentru reducerea HCI și HF chiar și peste 90 %.
Această metodă presupune costuri de investiție mici, dezavantajul fiind o eficiență mai mică și un consum de aditivi ridicat. Uneori, această metodă poate fi completată cu procesul de intensificare, în care, prin pulverizarea apei în reactor se poate atinge o eficiență mai mare și un consum de aditivi mai redus.

Metoda semiuscată de reducere a SOx

O altă metodă folosită este metoda semiuscată pentru desulfurare. Această metodă este preferată mai ales pentru blocurile centralelor electrice cu putere max. instalată de până la 300 MW. Se remarcă în special datorită faptului că produsul procesului de desulfurare poate fi depus permanent într-o groapă de gunoi obișnuită, nefiind însă recomandată unei folosiri ulterioare ca materie secundară. În principiu, este vorba despre un proces simplu și ușor de aplicat în practică. Prin pulverizarea apei în fluxul gazelor arse, temperatura acestora scade cu 10-20 °C față de temperatura de saturare a acestora (din cauza condensării gazelor arse și a apariției coroziunii de temperatură joasă în coșuri), apoi, în gazele arse, este adus sub formă de pulbere sau de suspensie de apă Ca(OH)₂, care reacționează în continuare conform reacțiilor specificate în partea dreaptă.

Avantajul acestei metode este reactivitatea agenților reactivi în alte substanțe gazoase toxice, precum clorură de hidrogen sau fluorură de hidrogen, prin acesta având loc îndepărtarea parțială a acestora din gazele arse.

Metoda umedă de reducere a SOx

În prezent, cea mai folosită metodă este așa numita spălare umedă cu calcar. Este cea mai răspândită metodă în domeniul energetic carbonifer, de altfel singura metodă folosită în cadrul centralelor electrice moderne. Diferența de bază față de metodele anterioare este faptul că are loc o spălare umedă a fluxului de gaze arse, cu ajutorul unui agent reactiv, în cadrul reactorului, concomitent cu apariția produsului final (ghipsul energetic), care poate fi folosit ca materie secundară în domeniul construcțiilor, ca fundament al căilor rutiere sau pentru fabricarea plăcilor din gips-carton.

Întregul proces este format din procese intermediare, care reprezintă zonele corespunzătoare ale reactorului de desulfurare. Acest reactor poartă, de obicei, denumirea de absorbant. Principiul de bază este aducerea gazelor arse necurățate în absorbant, unde are loc spălarea acestora cu suspensie de calcar, pe mai multe niveluri. Proiectul construcției, numărul de niveluri de spălare și alegerea tipului de duze depinde, în general, de simularea CFD pentru atingerea unei suprafețe intermediare maxime de agent reactiv și de gaze arse, în scopul unei curățări cât mai perfecte. Gazele arse curățate sunt eliminate prin partea superioară a absorbantului, în coșul existent al centralei electrice. La ieșirea acestor gaze arse din absorbant, există o măsurare continuă nu numai a emisiilor de gaze arse, ci și a temperaturii acestora, astfel încât să se asigure ca această temperatură să fie întotdeauna cu cel puțin 10 °C mai mare decât temperatura punctului de condensare a gazelor arse, la presiunea dată. În practică, această temperatură a gazelor arse se află în intervalul 68-58 °C. Absorbantul este, de obicei, un vas metalic, acoperit în interior cu cauciuc în câteva straturi. Nivelurile de spălare sunt, de obicei, minim 2; în practică, de multe ori chiar 3 niveluri. Deasupra acestor niveluri de spălare se află un echipament denumit separator de picături, care reduce greutatea apei dispersate în gazele arse, prin aceasta reducându-se pierderea agentului de lucru. Este vorba, în general, despre niște grile tip jaluzea, cu duze pentru spălare, care funcționează întotdeauna timp de câteva zeci de minute prin intermediul sistemului automat ASŘTP. Partea inferioară a absorbantului este formată din fundul de colectare, în care se menține un nivel dat al suspensiei de calcar. În aceste locuri este introdus în absorbant aerul oxidant din agitatoarele de aer oxidant. Apoi mai există agitatoarele absorbantului, pentru amestecarea suspensiei și crearea unui mediu propice oxidării. Acest amestec de calcar-gips este recirculat continuu, cu ajutorul unor pompe mari de recirculare în părțile superioare ale duzelor, aflate la nivelul de spălare corespunzător. Din cauza unui mediu abraziv, aceste țevi sunt întotdeauna din sticlă laminată, identificate ca FRP. Produsul rezultat din spălarea gazelor arse este condus, cu ajutorul pompelor de absorbție, în bazine de avarie sau în sisteme de îngroșare, unde are loc îngroșarea amestecului rezultat, în vederea expedierii acestuia în afara incintei centralei termice.

Această metodă este foarte eficientă și efectivă, presupune însă spații mari pentru gestionarea calcarului și pentru asigurarea apei necesare pentru spălarea tuturor pompelor, construcția unor clădiri noi, cu bazine pentru suspensia de calcar și de gips și alte medii de exploatare, necesare curățării continue a fluxului de gaze arse. Metoda atinge adesea o eficiență de până la 98,5 %. Valoarea pH obișnuită pentru funcționarea corespunzătoare a procesului de desulfurare este, în practică, în jurul valorii de 5-5,5.

Produsul final este obținut apoi prin faptul că, din partea de colectare a absorbantului, suspensia de calcar este absorbită cu ajutorul pompelor și transmisă în centrul de amestecare, în scopul drenării apei. Din centrul de amestecare, suspensia este dirijată apoi în sistemul de îngroșare, care reușește, în practică, o drenare a apei de până la 30 % din greutatea sa.

Denitrificarea gazelor arse

Denitrificarea reprezintă reducerea substanțelor toxice, în special a compușilor NOx din gazele arse. Acești compuși rezultă prin arderea combustibililor la temperaturi ridicate (de regulă temperaturi de peste 1100 °C), situație în care apar cel mai frecvent compuși termici ai azotului. În gazele arse sunt eliminați compuși de combustibil legați, tocmai în agentul inflamabil al combustibilului dat și prin descompunere. Astăzi se folosesc 3 metode de reducere a acestor substanțe toxice (așa numitele metode primare de reducere NOx):

Măsuri de modificare a sistemului de ardere propriu-zis
Intervenție constructivă în cadrul camerei de ardere
Combinația celor două metode anterioare

Elementele de bază privind reducerea primară a oxizilor de azot sunt măsurile de modificare a sistemului de ardere propriu-zis. Printre acestea amintim, de ex., recircularea gazelor arse, exploatarea arderii cu factor de surplus de aer redus, controlat de către sistemul ASŘTP în baza condițiilor dinamice a arderii în sine sau diferite valori ale temperaturilor de exploatare, la diferitele niveluri ale camerei de ardere.

Al treilea principiu folosit constă în diferite metode de combinare a celor două categorii anterioare, cel mai adesea prin modificarea circuitelor de măcinare a combustibilului, împreună cu reglarea aerului primar și, în special, a aerului secundar în camera de ardere.

Alte metode de reducere a NOx din gazele de ardere sunt cele de pulverizare a aditivilor pe bază de amoniac sau de uree în gazele de ardere.

Reducerea necatalitică selectivă a NOx

Reducerea necatalitică selectivă constă în crearea condițiilor de reducere în cadrul cărora, amoniacul sau ureea pulverizate în cazan produce reducerea selectivă (prioritară) a oxizilor de azot, rezultând azot elementar și vapori de apă. Eficiența de reducere a NO_x este de la 40 până la 60 %. Semnul caracteristic al acestei metode este faptul că aceasta are loc în cazan, la o temperatură situată între 900 și 1050 °C. Folosirea amoniacului ca agent de reducere prezintă și unele dezavantaje. Amoniacul este o substanță dăunătoare sănătății, necesită echipamente tehnologice mai complexe din punct de vedere al depozitării și al manipulării, scurgerea acestuia produce miros neplăcut în mediul înconjurător, iar compușii amoniacului și ai sulfului apăruți pot produce sedimente nedorite la nivelul utilajelor. Din aceste motive, în cadrul unor aplicații, în locul amoniacului se folosește ureea.

Reducerea catalitică selectivă

Reducerea catalitică selectivă se bazează pe reacții chimice identice ca în cazul reducerii necatalitice anterioare, numai că, datorită catalizatorului, reacțiile au loc la temperaturi cu valori între 300 și 400 °C. Amoniacul este injectat în gazele arse, care sunt introduse ulterior în reactorul catalizator, în cadrul căruia oxizii de azot, conținuți în gazele arse, se transformă din nou în azot și vapori de apă. Eficiența de reducere a NO_x este ridicată, de la 80 până la 90 %. Catalizatoarele sunt fabricate, de obicei, din oxizi de vanadiu, de molibden, de wolfram și din combinații ale acestor elemente. Prețul acestora este destul de ridicat și durata de viață, dimpotrivă, este relativ scăzută.

Engineering