Technologia kontroli emisji firmy GEA
Absorber z suszarnią natryskową
Absorbery z suszarnią natryskową ułatwiają usuwanie zanieczyszczeń kwasowych, metali ciężkich oraz pyłu z gazów spalinowych i odlotowych w elektrowniach zasilanych paliwami kopalnymi, spalarniach odpadów i instalacjach przemysłowych.
Proces SDA
Korzyści
Absorpcja z suszeniem natryskowym — unikalne wykorzystanie technologii suszenia natryskowego dla absorpcji kwasów i gazów — została wynaleziona przez GEA w latach 70 XX wieku. Od tamtej pory technologia ta była rozwijana i optymalizowana w celu sprostania zmieniającym się warunkom i wymogom. Tym samym proces ten stanowi wydajne, kompleksowe i gruntownie przetestowane rozwiązanie. Każdy proces absorpcji z suszeniem natryskowym dostosowany jest do indywidualnych wymogów klienta oraz obowiązującego otoczenia legislacyjnego. Absorbery mogą się pochwalić sprawdzonymi funkcjami, takimi jak kontrola mocy szczytowej i wtryskiwanie węgla aktywowanego, które zostały zaprojektowane tak, aby zapewnić niską emisję rtęci i dioksyn.
Korzyści
• Wysoka skuteczność usuwania kwasów i gazów
• Niskie koszty kapitałowe, operacyjne i eksploatacyjne
• Niskie zużycie energii i wody — wykorzystanie wody o niskiej jakości
• Wysoka dostępność instalacji
Proces absorpcji z suszeniem natryskowym
Proces absorpcji z suszeniem natryskowym to półsuchy proces odsiarczania spalin. Proces wykorzystuje wapno gaszone Ca(OH)2 jako absorbent i pozwala otrzymać stabilny i suchy produkt końcowy, składający się głównie z popiołu lotnego oraz różnych związków wapnia.
Gorący, nieprzetworzony gaz spalinowy wprowadzany jest do absorbera z suszarnią natryskową poprzez dozownik gazu spalinowego, a następnie wchodzi w kontakt z wysoce reaktywnym absorbentem, rozpylanym przez mechanizm rozpyłowy. Skuteczny kontakt pomiędzy gazem spalinowym a absorbentem pozwala na szybki transfer masy związków kwasowych z gazu spalinowego do absorbentu zasady. Absorbent neutralizuje absorbowany kwas (SO2 + Ca(OH)2 –> CaSO3/CaSO4 + H2O). Podczas tej reakcji następuje odparowanie wody, co skutkuje utworzeniem się suchego proszku. Niewielka część suchego proszku zostanie odłożona na dnie komory absorbera i stamtąd odprowadzona, natomiast główna część zostanie przetransportowana do systemu zbierania pyłu położonego niżej, podczas gdy ochłodzony gaz spalinowy opuści komorę. Gaz spalinowy — już oczyszczony — przepływa z systemu zbierania pyłu do komina bez ponownego nagrzewania.
Ca(OH)2 — zakupiony jako wapno gaszone lub (częściej i ekonomiczniej) przygotowany na miejscu z wapna palonego, CaO — wtłaczany jest do mechanizmu rozpyłowego ze zbiornika buforowego. Po oddzielaniu proszek transportowany jest do instalacji magazynowania produktu końcowego lub ponownie użyty w procesie mającym na celu lepsze wykorzystanie nadmiaru absorbentu. Produkt końcowy z tego procesu to stabilny i suchy proszek. Proszek ten używany jest na całym świecie, głównie przy budowie dróg jako materiał budowlany oraz w innych celach w branży budowlanej.
Technologia absorpcji z suszeniem natryskowym daje znakomite wyniki absorpcji — nie tylko w przypadku podstawowych zanieczyszczeń, takich jak SO2 i HCl. Dzięki drobno rozpylanemu absorbentowi wtryskiwanemu do strumienia gazu spalinowego oraz usuwaniu pyłów zanieczyszczenia, takie jak SO3, HF itp., zostają praktycznie w całości usunięte. To pozwala na zastosowanie stali węglowej jako materiału konstrukcyjnego na całej drodze przepływu gazu spalinowego. Kolejne dwie korzyści to: Po pierwsze proces pozwala na użycie niskiej jakości wody procesowej, takiej jak np. woda ściekowa lub nawet woda morska, a po drugie ponieważ proces nie generuje wody ściekowej, nie jest potrzebne dalsze oczyszczanie ani przetwarzanie wody ściekowej.
Ponad 200 referencji
Na całym świecie zainstalowano ponad 200 systemów absorpcji z suszeniem natryskowym w elektrowniach, stalowniach, spalarniach odpadów oraz zakładach spalania niebezpiecznych odpadów. Wszystkie je łączy jedna cecha: Instalacje te działają zgodnie z normami lub powyżej norm ustalonych przez lokalne organy władzy. Nawet dziś pierwsze instalacje z lat 80 XX wieku ciągle działają skutecznie i zadowalająco.
• Łączna liczba instalacji: > 200
• Łączna liczba absorberów: > 350
• Łączna liczba mechanizmów rozpyłowych: > 450
• Procesy zainstalowane w elektrowniach o mocy około 25 000 MWe i 4300 MWt
• Procesy zainstalowane w ponad 160 spalarniach na całym świecie
• Procesy zainstalowane na taśmach spiekalniczych o powierzchni ponad 10 000 m2 na całym świecie
Kluczowe komponenty
Absorber z suszarnią natryskową — mechanizm rozpyłowy, dozownik gazu i komora absorbera — to serce procesu absorpcji z suszeniem natryskowym.Mechanizm rozpyłowy
Koło mechanizmu rozpyłowego
Mechanizm rozpyłowy jest kluczowym elementem absorberów z suszarnią natryskową. Ta część urządzenia rozpyla absorbent w postaci płynnej do gazu spalinowego po prostu poprzez podawanie absorbentu do koła mechanizmu rozpylania, które obraca się w tempie 10 000 rpm. Wyrzucając ciecz na zewnątrz, szybko obracające się koło rozbija ciecz i tworzy mgłę niezwykle małych kropelek (poniżej 50 mikronów) o wyjątkowo dużej powierzchni.
Dzięki wykorzystaniu specjalnych dysków i wkładek do dysków ze stali szlachetnej odpornych na ścieranie mechanizmy rozpyłowe stosowane w procesach absorpcji z suszeniem natryskowym — typu F-100, F-360, F-800 i F-1000 — zostały dostosowane do surowego środowiska i absorbentów ściernych.
Konstrukcja mechanizmu rozpyłowego składa się z górnej i dolnej części, oddzielonych centralną płytą podporową. W górnej części znajduje się przekładnia i system smarowania wraz z górną miską olejową. Mechanizm zasilany jest poprzez pionowy silnik kołnierzowy umiejscowiony powyżej przekładni. Elastyczne połączenie przekazuje energię z silnika do wału wejściowego przekładni. Dolna część mechanizmu, która narażona jest na działanie gorących mediów wewnątrz komory mechanizmu, składa się głównie z elastycznego wrzeciona, łożysk wrzeciona, rur podających i wypłukujących, dystrybutora cieczy i dysku mechanizmu rozpyłowego. Z uwagi na odporność produktów na ścieranie zarówno części samego mechanizmu, jak i dysku wykonane są z materiałów ceramicznych. Ponieważ te części narażone są na zużycie w wyniku działania absorbentów, są one wymienne.
Dozowniki gazu
Dozowniki gazu służą do optymalizacji dystrybucji gazu wewnątrz komory absorbera, ułatwiając kontakt pomiędzy gazem spalinowym a rozpylonymi kroplami absorbentu. Standardowy dozownik gazu typu DGA to dachowy dozownik gazu z regulowanymi łopatkami kierowniczymi. Używany jest on do gazów spalinowych o małej zawartości ściernego lub lepkiego popiołu lotnego. Do spalin zawierających wyższe stężenie ściernego popiołu lotnego stosuje się odporny na erozję dozownik gazu typu DGR. Ten dozownik gazu wykorzystywany jest w wielu absorberach z suszarnią natryskową w komunalnych spalarniach odpadów.
Złożone dozowniki gazu stosowane są do gazów spalinowych o objętości 400 000 Nm3/h i wyższej. Tutaj spaliny dzielone są na dwa strumienie, z czego 60% wpływa przez dachowy dozownik gazu, a pozostała część przez centralny dozownik gazu. Taka konfiguracja często stosowana jest w elektrowniach i spiekalniach. Większość dozowników gazu wykonanych jest ze stali miękkiej.
Komora absorbera z suszarnią natryskową
Zazwyczaj wykonana z miękkiej stali, komora absorbera z suszarnią natryskową to cylindryczna konstrukcja ze stożkowym dnem. Spaliny wpływają do komory poprzez dozownik(i) gazu i opuszczają ją przez przewód wychodzący umieszczony na stożkowym dnie. Mechanizm rozpyłowy zainstalowany jest centralnie w komorze i otoczony kanałem wychodzącym dachowego dozownika gazu, dzięki czemu gaz miesza się z rozpylonym absorbentem. Centralny dozownik gazu mieści się bezpośrednio pod mechanizmem rozpyłowym, ułatwiając tworzenie mgły w celu zapewnienia lepszego kontaktu gazu z cieczą.
Rozmiar komory zależy od ilości i właściwości gazu spalinowego, a kształt różni się w zależności od rodzaju dozownika gazu. Otwór wyjściowy dla dużych cząstek umieszczony jest na dole stożka absorbera.
GEA stale rozwija i optymalizuje konstrukcję oraz rozmiar komory i dozownika gazu absorbera z suszarnią natryskową. Obecnie dysponujemy możliwością przetwarzania ponad 2 000 000 Nm3/godz. w pojedynczej komorze absorbera i dążymy do skonstruowania instalacji absorpcji z suszeniem natryskowym (SDA) obsługującej jeszcze większe strumienie gazu.
ZASTOSOWANIA W ELEKTROWNIACH
Ponieważ znaczną część kosztów elektrowni stanowią koszty związane z kontrolą emisji, odpowiednie technologie nie tylko łagodzą wpływ na środowisko, ale również zapewniają przewagę konkurencyjną.
Proces zasilania SDA
Produkt końcowy z absorpcji z suszeniem natryskowym składa się z produktów reakcji, nadmiaru absorbentu i popiołu lotnego. Stosunek SO2/HCl gazu wejściowego jest wysoki, co pozwala na działanie na granicy adiabatycznej temperatury nasycenia i minimalizacji zawartości wapna w produkcie końcowym. System absorpcji z suszeniem natryskowym pozwala osiągać bardzo wysokie wskaźniki odsiarczania, ograniczone praktycznie jedynie akceptowalną zawartością nadmiaru wapna w produkcie.
Jeśli chodzi o ilość gazu i jego skład, standardowe zmiany w pracy generatora gazu spalinowego zwykle są tak niewielkie, że kontrolę temperatur wyjściowych i emisji osiąga się poprzez mieszanie strumieni podawanego absorbentu i poddanej recyklingowi zawiesiny (lub wody) w zbiorniku górnym. W dużym stopniu absorbent używany w elektrowniach jest nabywany i magazynowany jako CaO, a następnie gaszony na miejscu.
(wstawić animację)
Gorący nieprzetworzony gaz spalinowy wprowadzany jest do absorbera za pomocą dozowników gazu w celu optymalnej dystrybucji gazu, a kontakt z absorbentem umożliwia rozpylanie za pomocą mechanizmu rozpyłowego. Skuteczny kontakt między gazem i rozpylonym absorbentem w postaci zawiesiny pozwala na szybki transfer masy związków kwasowych, zachodzący w procesie przekształcania gazu ze stanu lotnego do stanu ciekłego.
Absorbent zasady neutralizuje absorbowany kwas, a pożądany produkt reakcji powstaje w wyniku równoczesnego odparowania wody. Niewielka część suchego produktu końcowego zostanie odłożona na dnie komory absorbera, skąd zostanie odprowadzona, natomiast główna część zostanie przetransportowana do systemu zbierania pyłu niższego szczebla wraz z ochłodzonym gazem spalinowym, a następnie usunięta z gazu. Oczyszczony w tym procesie gaz przepływa z systemu zbierania pyłu do komina bez ponownego ogrzewania.
Po reakcji chemicznej absorpcji związków kwasowych i końcowym suszeniu produkt końcowy w postaci proszku oddzielany jest od gazu i transportowany do instalacji magazynowania produktu końcowego lub ponownie wykorzystywany w procesie SDA w celu lepszego wykorzystania nadmiaru absorbentu. Decyzja o wyborze instalacji SDA z jednym cyklem lub z powtórnym cyklem zależy od jakości gazu wejściowego i wymogów dotyczących emisji.
Spiekalnie i podobne zastosowania
Absorpcja z suszeniem natryskowym to idealne rozwiązanie do usuwania pyłów oraz wylotowych kwaśnych gazów ze spiekalni.
Proces spiekania SDA
Zmiany jakości gazu mogą wystąpić stosunkowo szybko i dlatego system kontroli musi być zaprojektowany tak, aby działać równie szybko. W dużym stopniu absorbent używany w spiekalniach jest zakupowany i magazynowany jako CaO, a następnie gaszony na miejscu. Mechanizmy rozpyłowe stosowane w spiekalniach to zwykle modele F-360, F-800 i F-1000 wyposażone w dyski i centralne części ze stali szlachetnej.
(wstawić animację)
Gorący, nieprzetworzony gaz spalinowy wprowadzany jest do absorbera za pomocą dozowników gazu w celu optymalnej dystrybucji gazu, a kontakt z absorbentem umożliwia rozpylanie za pomocą mechanizmu rozpyłowego. Skuteczny kontakt między gazem i rozpylonym absorbentem w postaci zawiesiny pozwala na szybki transfer masy związków kwasowych ze stanu lotnego do stanu ciekłego.
Absorbent zasady neutralizuje absorbowany kwas, a produkt reakcji powstaje w wyniku równoczesnego odparowania wody. Niewielka część suchego produktu końcowego zostaje odłożona na dnie komory absorbera, skąd zostanie odprowadzona, natomiast główna część zostanie przetransportowana do systemu zbierania pyłu niższego szczebla wraz z ochłodzonym gazem spalinowym oraz usunięta z gazu. Oczyszczony w tym procesie gaz przepływa z systemu zbierania pyłu do komina bez ponownego nagrzewania.
Po absorpcji związków kwasowych, reakcji chemicznej i końcowym suszeniu produkt końcowy w postaci proszku oddzielany jest od gazu i transportowany do instalacji magazynowania produktu końcowego lub ponownie wykorzystywany w procesie absorpcji z suszeniem natryskowym w celu lepszego wykorzystania nadmiaru absorbentu. Decyzja o wyborze instalacji z jednym cyklem lub z powtórnym cyklem zależy od jakości gazu wejściowego i wymogów dotyczących emisji.
Zastosowania w spalarniach odpadów
Absorpcja z suszeniem natryskowym to sposób na zapewnienie zgodności z surowymi regulacjami obowiązującymi spalarnie odpadów.
Proces zarządzania odpadami SDA
Wysoka zawartość HCl w gazie powoduje znacznie wyższą temperaturę gazu wejściowego niż w zastosowaniach wykorzystywanych w elektrowniach. W rezultacie produkty końcowe wykazują inne właściwości. Ponadto wilgotność i zawartość O2 gazu odpadowego jest wyższa. Właściwości suszące absorbera, wysoka zawartość chlorku w produkcie końcowym, tryb z jednym cyklem itp. wymagają konstrukcji z dłuższym czasem retencji w komorze absorbera i dlatego też instalacje pracują przy wysokich temperaturach wyjściowych.
W instalacji można zastosować system kontroli mocy szczytowej w celu poprawy zdolności systemu absorpcji z suszeniem natryskowym do radzenia sobie ze skrajnie zmiennymi warunkami wejściowymi. Dzięki tej funkcji suchy absorbent, Ca(OH)2 w postaci proszku, wdmuchiwany jest bezpośrednio do strumienia gazu spalinowego. System absorpcji oparty na wtryskiwaniu sproszkowanego węgla aktywowanego również może być stosowany do skutecznego ograniczenia emisji, szczególnie rtęci i dioksyn. Absorbentem stosowanym w spalarniach odpadów może być CaO i Ca(OH)2 w zależności od lokalnych dostaw i kosztów.
(wstawić animację)
Gorący nieprzetworzony gaz spalinowy wprowadzany jest do absorbera za pomocą dachowego dozownika gazu w celu optymalnej dystrybucji gazu, a kontakt z absorbentem umożliwia rozpylanie za pomocą mechanizmu rozpyłowego. Skuteczny kontakt pomiędzy gazem i rozpylonym absorbentem w postaci zawiesiny pozwala na szybki transfer masy związków kwasowych ze stanu lotnego do stanu ciekłego.
Absorbent zasady neutralizuje absorbowany kwas i powstaje pożądany produkt. Równocześnie podczas tej reakcji następuje odparowanie wody, co skutkuje utworzeniem się suchego proszku. Niewielka część suchego proszku zostanie odłożona na dnie komory absorbera i stamtąd odprowadzona, natomiast główna część zostanie przetransportowana do systemu zbierania pyłu niższego szczebla z ochłodzonym gazem spalinowym i usunięta z gazu. Oczyszczony w tym procesie gaz przepływa z systemu zbierania pyłu do komina bez ponownego nagrzewania.
Po reakcji chemicznej, absorpcji związków kwasowych i końcowym suszeniu produkt końcowy w postaci proszku oddzielany jest od gazu i transportowany do instalacji magazynowania produktu końcowego. W celu skutecznego usunięcia dioksyn i rtęci z gazu do strumienia gazu wtryskiwany jest również sproszkowany węgiel aktywowany. System kontroli mocy szczytowej oparty na wtryskiwaniu hydratyzowanego wapna do strumienia gazu również może być zastosowany w konstrukcjach ukierunkowanych na szybką kontrolę znaczących zmian w jakości gazu wejściowego. Większość instalacji absorpcji z suszeniem natryskowym w spalarniach odpadów jest zaprojektowana jako systemy z jednym cyklem.
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 Insights
Korzyści zaklęte w butelce: technologia stojąca za napojami funkcjonalnymi
Podczas gdy zapotrzebowanie konsumentów na najnowsze napoje wspierające zdrowie i dobre samopoczucie stale rośnie i ewoluuje, GEA pomaga producentom bezpiecznie i wydajnie wprowadzać nowe produkty na rynek oraz zwiększać skalę produkcji.
Innovating for impact: cyzelowanie lepszych rozwiązań dla klientów
Od produkcji przemysłowej oczekuje się dziś mniejszego zużycia zasobów, większej inteligencji procesów oraz dłuższego utrzymania wydajności urządzeń. W GEA zmienia to sposób tworzenia innowacji: wiedza inżynieryjna, znajomość potrzeb klientów, kompetencje cyfrowe i doświadczenie serwisowe łączą się już na wcześniejszych etapach – kiedy wciąż można kształtować rozwiązanie u samych podstaw.
