Emissiebeheersingstechnologie
Sproeidroogabsorber
Met sproeidroogabsorbers kunnen zure vervuilende stoffen, zware metalen en stof uit rook- en afvalgassen worden verwijderd bij krachtcentrales, afvalverbrandingsinstallaties en industriële installaties die werken op fossiele brandstoffen.
Het SDA-proces
Voordelen
Sproeidroogabsorptie, het unieke gebruik van de sproeidroogtechnologie voor absorptie van zuur gas, werd uitgevonden door GEA in de jaren '70. Sindsdien is deze technologie voortdurend verder ontwikkeld en geoptimaliseerd om te beantwoorden aan veranderende condities en vereisten. Hierdoor geldt het proces als een efficiënte, veelzijdige en grondig geteste technologie. Elk sproeidroogabsorptieproces is aangepast aan de eisen van de klant en de geldende milieuwetgeving. De absorbers beschikken over uitgebreid geteste systeemfuncties, zoals piek-controle en injectie met actieve kool, die speciaal zijn ontwikkeld om een lage kwik- en dioxine-uitstoot te garanderen.
Voordelen
• Zeer efficiënt in het verwijderen van zure gassen
• Lage kapitaal-, bedrijfs- en onderhoudskosten
• Laag energie- en waterverbruik – werkt op water van mindere kwaliteit
• Hoge beschikbaarheid van de installatie
Het sproeidroogabsorptieproces
Het sproeidroogabsorptieproces is een halfdroog ontzwavelingsproces voor rookgassen. In het proces wordt gebluste kalk Ca(OH)2 als absorberende stof gebruikt. Dit resulteert in een stabiel en droog eindproduct, dat voornamelijk bestaat uit vliegas en verschillende kalkbestanddelen.
Heet, onbehandeld rookgas komt de sproeidroogabsorber binnen via een rookgasverspreider en komt vervolgens in aanraking met een zeer reactieve absorberende stof, die verneveld wordt door een roterende vernevelaar. Een efficiënt contact tussen het rookgas en de absorberende stof zorgt voor snelle massaoverdracht van zure bestanddelen uit het rookgas in de basische absorberende stof. De absorberende stof neutraliseert het geabsorbeerde zuur (SO2 + Ca(OH)2 -> CaSO3/CaSO4 + H2O). Terwijl deze reactie plaatsvindt, wordt het water verdampt, waardoor een droog poeder wordt gevormd. Een fractie van het droge poeder wordt afgezet op de bodem van de absorberkamer en van daaruit afgevoerd, terwijl het grootste deel naar de stofvanger verderop in het proces wordt gevoerd en het gekoelde rookgas de kamer verlaat. Het nu schone rookgas stroomt van de stofvanger naar het rookkanaal, zonder dat het opnieuw verwarmd wordt.
Het Ca(OH)2 – aangekocht als gebluste kalk of (vaker en rendabeler) ter plaatse gemaakt uit gebrande kalk, CaO – wordt uit een buffertank naar de roterende vernevelaar gepompt. Na separatie wordt het poeder ofwel getransporteerd naar een opslagfaciliteit voor eindproduct, ofwel gerecycled in het proces voor een betere benutting van overtollige absorberende stof. Het eindproduct van het proces is een stabiel en droog poeder. Dit poeder wordt overal ter wereld gebruikt, met name in de aanleg van wegen, als bouwmateriaal en voor andere doeleinden in de bouw.
De sproeidroogabsorptietechnologie behaalt uitstekende prestaties met betrekking tot absorptie, niet alleen van primaire vervuilende stoffen als SO2 en HCl. Dankzij de fijn vernevelde absorberende stof die in de rookgasstroom wordt gesproeid en de daaropvolgende stofverwijdering worden vervuilende stoffen zoals SO3, HF, etc. praktisch geheel verwijderd. Hierdoor kan koolstofstaal als constructiemateriaal worden gebruikt in het rookgaskanaal. En er zijn nog twee voordelen: In de eerste plaats kan er water van lage kwaliteit worden gebruikt in het proces, zoals afvalwater of zelfs zeewater; en ten tweede is er geen verdere behandeling of verwerking van afvalwater nodig, omdat het proces geen water genereert.
Meer dan 200 referenties
Wereldwijd zijn er meer dan 200 sproeidroogabsorptie-installaties geïnstalleerd in krachtcentrales, staalfabrieken, afvalverbrandingsinstallaties en installaties waarin gevaarlijk afval wordt verbrand. Ze hebben allemaal één gemeenschappelijk kenmerk: Ze werken in overeenstemming met of zelfs beter dan de vereiste prestatienormen zoals opgelegd door de plaatselijke autoriteiten. Zelfs de allereerste installaties, geïnstalleerd in de jaren '80, werken vandaag de dag nog steeds succesvol en naar tevredenheid.
• Totaal aantal gebouwde installaties: > 200
• Totaal aantal absorbers: > 350
• Totaal aantal vernevelaars: > 450
• Proces geïnstalleerd in capaciteiten van bijna 25.000 MWe en 4300 MWt in krachtcentrales
• Proces geïnstalleerd in meer dan 160 verbrandingslijnen wereldwijd
• Proces geïnstalleerd in meer dan 10.000 m2 sinterband wereldwijd
Belangrijkste componenten
De sproeidroogarbsorber, bestaande uit de roterende vernevelaar, de gasverspreider en de absorberkamer, vormt het hart van het sproeidroogabsorptieproces.Roterende vernevelaar
Vernevelingswiel
De roterende vernevelaar is het belangrijkste element in de sproeidroogabsorber. Dit onderdeel van de apparatuur vernevelt de absorberende vloeistof in het rookgas, in principe door de absorberende vloeistof toe te voeren naar het vernevelingswiel, dat draait met een snelheid van ongeveer 10.000 tpm. Door de vloeistof naar buiten te slingeren breekt het sneldraaiende wiel de vloeistof in een vernevelde damp van uitzonderlijk kleine druppeltjes (minder dan 50 micron) met immense oppervlaktegebieden.
Met behulp van slijtbestendige wielen en wielinzetstukken van speciale typen roestvrij staal zijn de roterende vernevelaars die gebruikt worden in de sproeidroogabsorptieprocessen (typen F-100, F-360, F-800 en F-1000) gemodificeerd om bestand te zijn tegen de vaak ruwe omgevingen en schurende absorberende stoffen.
De structuur van de roterende vernevelaar bestaat uit een bovenste en een onderste gedeelte, gescheiden door een steunplaat in het midden. In het bovenste gedeelte bevinden zich de tandwielkast en het smeersysteem, samen met het bovenste oliereservoir. De vernevelaar wordt aangedreven door een verticale flensmotor boven de tandwielkast. Een flexibele koppeling brengt de energie van de motor over naar de drijvende as van de tandwielkast. Het onderste gedeelte van de vernevelaar, dat blootgesteld wordt aan het hete medium in de absorberkamer, bestaat hoofdzakelijk uit een flexibele spil, spillagers, toevoer- en spoelleidingen, de vloeistofverdeler en het vernevelingswiel. De onderdelen van de vernevelaar en het vernevelingswiel zijn gemaakt van keramische materialen vanwege de slijtbestendigheid van dit materiaal. Omdat deze onderdelen blootstaan aan een grote mate van slijtage door de toevoer van absorberende stof, zijn ze verwisselbaar.
De gasverspreiders
Gasverspreiders dienen om de verdeling van rookgas in de absorberkamer te optimaliseren, waardoor het beste contact tussen het rookgas en de vernevelde druppeltjes van de absorberende stof tot stand wordt gebracht. De standaard gasverspreider, type DGA, is een dakgasverspreider met instelbare leischoepen. Hij wordt gebruikt voor rookgas met slechts kleine hoeveelheden schurende of kleverige vliegas. Bij rookgassen met hogere concentraties schurende vliegas wordt de erosiebestendige gasverspreider type DGR gebruikt. Deze gasverspreider wordt in tal van sproeidroogabsorbers in gemeentelijke afvalverbrandingsinstallaties gebruikt.
Samengestelde gasverspreiders worden gebruikt bij rookgasvolumes van 400.000 Nm3/u en hoger. Hierbij wordt het rookgas in twee stromen gesplitst, waarbij ongeveer 60% door de dakgasverspreider gaat, terwijl het overige rookgas door een centrale gasverspreider wordt gevoerd. Dit ontwerp wordt vaak gebruikt bij krachtcentrales en sinterinstallaties. De meeste gasverspreiders zijn vervaardigd van zacht staal.
De sproeidroogabsorber-kamer
De sproeidroogabsorber-kamer is een cilindrische constructie met een conische bodem, over het algemeen gemaakt van zacht staal. Het rookgas komt de kamer binnen via de gasverspreider(s) en verlaat deze door een uitgangskanaal in de conische bodem. De roterende vernevelaar is in het midden van de kamer geïnstalleerd, omsloten door de uitlaat van de dakgasverspreider, waardoor het gas kan mengen met de toevoer van vernevelde absorberende slurry. De centrale gasverspreider is direct onder de vernevelaar geplaatst, waardoor de vernevelde damp kan opstijgen voor een beter contact tussen gas en vloeistof.
De grootte van de kamer is afhankelijk van de hoeveelheid en eigenschappen van het rookgas; en de vorm varieert met het type gasverspreider. In de conische bodem van de absorber bevindt zich een uitlaat voor grotere deeltjes.
GEA is voortdurend bezig met het ontwikkelen en verbeteren van het ontwerp en de grootte van zowel de sproeidroogabsorberkamer als de gasverspreider. Wij bieden nu de capaciteit voor het behandelen van meer dan 2.000.000 Nm3/u in één absorberkamer; en wij streven ernaar de SDA te ontwerpen voor nog hogere gasbelastingen.
TOEPASSINGEN IN KRACHTCENTRALES
Aangezien een aanzienlijk deel van de kosten van een krachtcentrale gerelateerd is aan emissiebeheersing, verminderen de juiste technologieën niet alleen de gevolgen voor het milieu, maar bieden ze ook verdere concurrerende voordelen.
Het SDA krachtcentraleproces
Het eindproduct van sproeidroogabsorptie bestaat uit de reactieproducten, overtollige absorberende stof en vliegas. De SO2/HCl-verhouding van het inlaatgas is hoog, waardoor werking dichtbij de adiabatische verzadigingstemperatuur mogelijk is en het kalkgehalte in het eindproduct tot een minimum wordt beperkt. Een sproeidroogabsorptiesysteem kan zeer hoge ontzwavelingspercentages bereiken, die praktisch alleen beperkt worden door het geaccepteerde gehalte aan overtollige kalk in het eindproduct.
Wat betreft de gashoeveelheid en -compositie zijn de normale veranderingen in werking van de bovenstroomse rookgasgenerator over het algemeen zo gelijkmatig, dat beheersing van de uitlaattemperaturen en emissies bereikt wordt door de toevoerstromen van absorberende en gerecyclede slurry (of water) eenvoudigweg te mengen in de hoofdtank. De absorberende stof die gebruikt wordt voor toepassingen in krachtcentrales wordt grotendeels gekocht en opgeslagen als CaO en vervolgens ter plaatse geblust.
(animatie invoegen)
Het hete onbehandelde rookgas wordt via gasverspreiders in de absorbermodule geïntroduceerd voor een optimale verdeling van de gasstroom; en het contact met de absorberende stof wordt tot stand gebracht door de sproeiing van de roterende vernevelaar. Het efficiënte contact tussen het gas en de vernevelde absorberende slurry zorgt voor snelle massaoverdracht van zure bestanddelen, die tijdens het proces van een gasvormige toestand overgaan naar een vloeibare toestand.
De basische absorberende stof neutraliseert het geabsorbeerde zuur, en het gewenste reactieproduct wordt gegenereerd door gelijktijdige waterverdamping. Een fractie van het droge eindproduct wordt afgezet op de bodem van de absorberkamer en van daaruit afgevoerd, terwijl het grootste deel naar de stofvanger verderop in het proces wordt gevoerd, samen met het gekoelde rookgas, en uit het gas wordt verwijderd. Het nu schone gas stroomt van de stofvanger naar het rookkanaal, zonder dat het opnieuw verwarmd wordt.
Na de chemische reactie van absorptie van zure bestanddelen en de uiteindelijke droging wordt het poederachtige eindproduct gescheiden van het gas en getransporteerd naar een opslagfaciliteit voor eindproduct, of hergebruikt in het SDA-proces voor een betere benutting van overtollige absorberende stof. Of de SDA-installatie ontworpen moet worden als enkelvoudig systeem of als recycle-systeem hangt af van de kwaliteit van het inlaatgas en de emissievereistens.
Sinterinstallaties en vergelijkbare toepassingen
Sproeidroogabsorptie is de ideale oplossing voor het verwijderen van stof en zuur afvalgas uit sinterinstallaties.
Het SDA sinterproces
Variaties in gaskwaliteit kunnen relatief snel optreden, en daarom moet het besturingssysteem ontworpen worden om daarop te reageren. De absorberende stof die gebruikt wordt voor toepassingen in sinterinstallaties wordt grotendeels gekocht en opgeslagen als CaO en vervolgens ter plaatse geblust. De roterende vernevelaars die toegepast worden in sinterinstallaties zijn over het algemeen F-360, F-800 en F-1000, voorzien van roestvrijstalen wielen en centrale onderdelen.
(animatie invoegen)
Het hete onbehandelde rookgas wordt via gasverspreiders in de absorbermodule geïntroduceerd voor een optimale verdeling van de gasstroom; en het contact met de absorberende stof wordt verkregen door de sproeiing van de roterende vernevelaar. Het efficiënte contact tussen het gas en de vernevelde absorberende slurry zorgt voor snelle massaoverdracht van zure bestanddelen van een gasvormige toestand naar een vloeibare toestand.
De basische absorberende stof neutraliseert het geabsorbeerde zuur, en het product uit deze reactie wordt gevormd terwijl water gelijktijdig wordt verdampt. Een fractie van het droge eindproduct wordt afgezet op de bodem van de absorberkamer en van daaruit afgevoerd, terwijl het grootste deel naar de stofvanger verderop in het proces wordt gevoerd, samen met het gekoelde rookgas, en uit het gas wordt verwijderd. Het schone gas stroomt van de stofvanger naar het rookkanaal, zonder dat het opnieuw verwarmd wordt.
Na de absorptie van zure bestanddelen, de chemische reactie, en de uiteindelijke droging wordt het poederachtige eindproduct gescheiden van het gas en getransporteerd naar een opslagfaciliteit voor eindproduct, of hergebruikt in het sproeidroogabsorptieproces voor een betere benutting van overtollige absorberende stof. Of de installatie ontworpen moet worden als enkelvoudig systeem of als recycle-systeem hangt af van de kwaliteit van het inlaatgas en de emissievereistens.
Toepassingen in afvalverbrandingsinstallaties
Sproeidroogabsorptie is een manier om te voldoen aan de strenge emissievoorschriften die gelden voor afvalverbrandingsinstallaties.
Het SDA afvalverbrandingsproces
Het hoge HCl-percentage in het gas veroorzaakt een aanzienlijk hogere temperatuur van het inlaatgas dan bij toepassingen in krachtcentrales. Daardoor vertonen ook de eindproducten andere gedragspatronen. Verder is het vocht- en O2-percentage van het afvalgas hoger. De droogeigenschappen van de absorber, het hoge chloorpercentage in het eindproduct, de enkelvoudige modus enz. vragen om een ontwerp met een langere retentietijd in de absorberkamer, en daarom worden de installaties gebruikt met hogere uitlaattemperaturen.
Er kan een piekcontrolesysteem worden opgenomen in het ontwerp, met als doel het vermogen van het sproeidroogabsorbersysteem om extreme verschillen in de inlaatcondities te verwerken, te verbeteren. Bij deze functie wordt een droge absorberende stof, poederachtig Ca(OH)2, rechtstreeks in de rookgasstroom geblazen. Ook kan een adsorberend systeem op basis van injectie van fijngemalen actieve kool worden gebruikt om de uitstoot van met name kwik en dioxinen efficiënt te beperken. De absorberende stof die gebruikt wordt voor afvalverbrandingstoepassingen kan CaO en Ca(OH)2 zijn, afhankelijk van de plaatselijke voorraden en kosten.
(animatie invoegen)
Het hete onbehandelde rookgas wordt via de dakgasverspreider in de absorbermodule geïntroduceerd voor een optimale verdeling van de gasstroom; en het contact met de absorberende stof wordt verkregen door de sproeiing van de roterende vernevelaar. Het efficiënte contact tussen het gas en de vernevelde absorberende slurry zorgt voor snelle massaoverdracht van zure bestanddelen van een gasvormige toestand naar een vloeibare toestand.
De basische absorberende stof neutraliseert het geabsorbeerde zuur, waardoor het gewenste reactieproduct wordt verkregen. Tegelijk met deze reactie wordt het water verdampt, waardoor een droog poeder wordt gevormd. Een fractie van het droge poeder wordt afgezet op de bodem van de absorberkamer en van daaruit afgevoerd, terwijl het grootste deel naar de stofvanger verderop in het proces wordt gevoerd, samen met het gekoelde rookgas, en uit het gas wordt verwijderd. Het schone gas stroomt van de stofvanger naar het rookkanaal, zonder dat het opnieuw verwarmd wordt.
Na de chemische reactie, waardoor de absorptie van zure bestanddelen in gang wordt gezet, en de uiteindelijke droging wordt het poederige eindproduct gescheiden van het gas en getransporteerd naar een opslagfaciliteit voor het eindproduct. Voor efficiënte verwijdering van dioxinen en kwik uit het gas wordt tevens fijngemalen actieve kool in de gasstroom geïnjecteerd. Het piekcontrolesysteem, dat gebaseerd is op de injectie van gehydrateerde kalk in de gasstroom, kan eveneens worden opgenomen in ontwerpen die gericht zijn op snelle controle van grote variaties in de kwaliteit van het inlaatgas. De meeste sproeidroogabsorptiesystemen in afvalverbrandingsinstallaties zijn ontworpen als enkelvoudige systemen.
Process for Power plant and Sinter plant applications
Key Components
The Spray Dryer Absorber – the Rotary Atomizer, the Gas Disperser and the Absorber Chamber – is the heart of the Spray Drying Absorption process.
Spray Drying Absorption - the unique use of the spray drying technology for acid-gas absorption - was originally invented by GEA in the 1970s.
Ever since, it has been subject to continuous further development and optimized to meet changing conditions and requirements. Hence, the process stands as an efficient, versatile and thoroughly tested technology.
Rotary Atomizer wheel
This wheel is the key element in the SDA and atomizes the absorbent liquid into flue gas. The fast-rotating wheel breaks the liquid into an atomized mist of exceptionally small droplets with immense surface areas.
Gas Dispersers
Gas dispersers serve to optimize the distribution of flue gas inside the absorber chamber, facilitating the best contact between the flue gas and the atomized droplets of absorbent feed.
Spray Dryer Absorber chamber
The flue gas enters the SDA chamber, a cylindrical steel construction, via the gas disperser and leaves through an outlet duct at the coned bottom. The Rotary Atomizer installed centrally allows the gas to mix with the feed.
Power plant applications
The Spray Drying Absorption process is a versatile way of cleaning flue gases by the removal of acid gases and particulates generated by fossil-fuel burning, mainly coal. Because of the presence of large volumes of flue gasses, power plant installations frequently have more than one Spray Dryer Absorber module. A compound-gas disperser ensures an optimum gas flow, even at very large volumes. The considerable plant size and gas volumes normally favor recycling of the end product, allowing operation at low outlet temperatures, no more than 10 - 15° C above adiabatic saturation temperature.
The end product from Spray Drying Absorption consists of the reaction products, excess absorbent and fly ash. The SO2/HCl ratio of the inlet gas is high, thus allowing for operation close to the adiabatic saturation temperature and minimizing the content of lime in the end product. A Spray Drying Absorption system can achieve very high desulphurization rates, practically only limited by the accepted content of excess lime in the end product.
Sinter plant applications
Spray Drying Absorption is the ideal solution for removing dust and acid-gas exhaust from sinter plants.
Spray Drying Absorption installations for sinter plants combine features from power- and waste incineration plants.
Flue gas volumes are normally high; and, hence, necessitate the installation of large absorber modules. But, frequently, acid contents will be relatively low, thus allowing for the use of single pass systems.
Variations in gas quality may occur relatively fast, and therefore the control system must be designed to act accordingly. To a large extent, absorbent used for sinter plant applications will be purchased and stored as CaO for subsequent on-site slaking. The Rotary Atomizers applied in sinter plants are generally F-360, F-800 and F-1000, equipped with stainless steel wheels and central parts.
Process for Power plant and Sinter plant applications
Waste to Energy applications
Spray drying Absorption is a means to meet the strict emission regulations applying to waste-incineration plants.
Waste incinerator applications are generally characterized by relatively low gas amounts; and, hence, the absorber is constructed with only a roof gas disperser. The smaller plant size and the composition of acid content typically favor single-pass designs. The Rotary Atomizers employed in waste incinerator plants, SDAs, are normally type F-100, equipped with wheels in Hastelloy.
The high HCl content in the gas gives rise to a considerably higher inlet gas temperature than seen in power plant applications. Consequently, the end products will show different behaviors. Further, the moisture and O2 content of the waste gas is higher. The drying properties of the absorber, high chloride content in the end product, single pass mode, etc., call for a design with higher retention time in the absorber chamber, and therefore the plants are operated at high outlet temperatures.
Process for Waste to Energy applications
Downloads
GEA-inzichten
Innovating for impact: betere oplossingen voor klanten ontwikkelen
Van de industriële productie wordt verwacht dat ze minder grondstoffen verbruikt, slimmer te werk gaat en ervoor zorgt dat apparatuur langer productief blijft. Bij GEA verandert dit de manier waarop innovatie tot stand komt: techniek, klantinzicht, digitale expertise en service worden al in een vroeger stadium gebundeld, namelijk op het moment dat de kern van een oplossing nog vorm kan krijgen.
