Tecnologia de controle de emissões
Absorvedor do Secador por Pulverização (SDA)
Os secadores tipo spray para absorção facilitam a remoção de poluentes ácidos, metais pesados e pó de gases de emissão em usinas de geração de energia movidas a combustíveis fósseis, incineradores de resíduos e instalações industriais.
Processo SDA
Benefícios
A absorção por atomização — uso exclusivo da tecnologia de secagem por atomização para absorção de gás-ácido — foi originalmente inventada pela GEA na década de 1970. Desde então, passou por uma otimização e um desenvolvimento contínuos para cumprir requisitos e condições em constante mudança. Por isso, o processo se estabeleceu como uma tecnologia eficiente, versátil e extensivamente testada. Todo processo de Absorção por Atomização é personalizado para satisfazer aos requisitos do cliente e à legislação ambiental aplicável. Os absorvedores apresentam recursos com melhoria comprovados, tais como controle de pico e injeção de carbono ativado, que foram projetados para garantir baixas emissões de mercúrio e dioxina.
Benefícios
• Alta eficiência em remoção de gás ácido
• Baixos custos de capital, operacionais e de manutenção
• Baixo consumo de energia e de água — funciona com água de baixa qualidade
• Alta disponibilidade na instalação
Processo de Absorção por Atomização
A Absorção por Atomização é um processo de dessulfurização semisseca do gás de combustão. O processo usa cal extinta Ca(OH)2 como absorvente para gerar um produto final estável e seco que consista principalmente em cinzas volantes e diversos compostos de cálcio.
O gás de combustão quente e não tratado é introduzido no módulo do absorvedor por meio dos dispersadores de gás de combustão e consequentemente entre em contato com um absorvente altamente reativo que é atomizado pelo atomizador rotativo. O contato eficiente entre o gás de combustão e o absorvente permite uma rápida transferência de massa de componentes ácidos do gás de combustão para o absorvente alcalino. O absorvente neutraliza o ácido absorvido (SO2 + Ca(OH)2 -> CaSO3/CaSO4 + H2O). Enquanto essa reação acontece, a água evapora e forma-se um pó seco. Uma fração do pó seco se deposita no fundo da câmara do absorvedor e é descartada, ao passo que a parte principal é transportada para o coletor de pó posterior enquanto o gás de combustão resfriado sai da câmara. O gás de combustão — agora limpo — passa do coletor de pó para a chaminé sem reaquecer.
O Ca(OH)2 — seja ele comprado como cal extinta ou, mais frequente e economicamente, preparado no local a partir de cal viva CaO — é bombeado de um reservatório para o atomizador rotativo. Depois da separação, o pó é transportado para uma instalação de armazenagem de produto final ou reciclado no processo para melhorar a utilização do absorvente em excesso. O produto final do processo é um pó seco e estável. Esse pó é usado em todo o mundo principalmente na construção de estradas e para outras finalidades na indústria da construção.
A tecnologia de Absorção por Atomização tem um desempenho excelente para a absorção — não somente de poluentes primários como o SO2 e o HCl. Devido ao absorvente finamente atomizado no fluxo de gás de combustão e à subsequente remoção de pó, poluentes como o SO3, o HF, etc. serão removidos quase que completamente. Isso facilita o uso de aço carbono como material de construção em todo o percurso do gás de combustão. Ainda há mais dois benefícios: Em primeiro lugar, o processo permite o uso de água de processamento de baixa qualidade, como águas residuais ou até água do mar. Por último, o processo não gera nenhuma água residual — não há, portanto, nenhum tratamento ou processamento posterior de água residual.
Mais de 200 referências
No mundo todo, mais de 200 instalações de Secadores tipo Spray com Absorção estão instaladas em usinas de energia, siderúrgicas, incineradoras de resíduos e instalações que incineram resíduos perigosos. Todas elas apresentam um traço em comum: Funcionam de acordo com as estipulações de desempenho necessárias de acordo com os requisitos das autoridades locais ou de forma ainda mais exigente. As primeiras instalações, da década de 1980, funcionam até hoje de forma satisfatória e eficaz.
• Total de instalações construídas: > 200
• Total de absorvedores: > 350
• Total de atomizadores: > 450
• Processo instalado em usinas de capacidade de aproximadamente 25.000 MWe e 4.300 MWt
• Processo instalado em mais de 160 linhas de incineração no mundo todo
• Processo instalado em mais de 10.000 m² de banda de sinterização no mundo todo
Componentes chave
O Secador tipo Spray para Absorção — o Atomizador Rotativo, o Dispersor de Gás e a Câmara do Absorvedor — é o núcleo do processo de Absorção por Atomização.Atomizador Rotativo
Roda atomizadora
O atomizador rotativo é o elemento principal do Secador tipo Spray para Absorção. Esse equipamento alimenta o líquido absorvente na roda atomizadora que gira a cerca de 10 mil RPM para atomizar o líquido absorvente no gás de combustão. Expulsando o líquido para fora, a roda gira em alta velocidade e pulveriza o líquido em uma névoa atomizada de gotículas incrivelmente pequenas (inferiores a 50 µm) com imensas áreas de superfície.
Usando tipos especiais de aço inoxidável, as conexões da roda e a roda de atomização resistentes à abrasão, os atomizadores rotativos aplicados aos secadores tipo spray para absorção — tipos F-100, F-360, F-800 e F-1000 — foram modificados para resistir aos ambientes frequentemente agressivos e aos absorventes abrasivos.
A estrutura do atomizador rotativo consiste em uma peça superior e outra inferior, separadas por uma chapa de sustentação central. A parte superior comporta a caixa de engrenagens e o sistema de lubrificação em conjunto com o cárter de óleo superior. O atomizador é alimentado por um motor de flange localizado acima da caixa de engrenagens. Uma conexão flexível transmite a tração do motor para o eixo de entrada da caixa de engrenagens. A parte inferior do atomizador, a qual está exposta ao meio aquecido dentro da câmara do absorvedor, consiste principalmente em um fuso flexível, rolamentos do fuso, uma tubulação de alimentação e descarga, distribuidor de líquido e a roda do atomizador. Devido à resistência à abrasão dos produtos, as peças do atomizador e a roda do atomizador são fabricadas com materiais cerâmicos. Como essas peças são expostas a muito desgaste na alimentação de absorvente, elas são substituíveis.
Dispersadores de gás
Os dispersadores de gás servem para otimizar a distribuição do gás de combustão dentro da câmara do absorvedor, facilitando o contato ideal entre o gás de combustão e as gotículas atomizadas da alimentação de absorvente. O dispersor de gás padrão, tipo DGA, é um dispersor de gás de teto com pás guias ajustáveis. É usado para gás de combustão com pouco conteúdo de abrasivo ou de cinza volátil pegajosa. Para gases de combustão que contenham altas concentrações de cinza volátil abrasiva, usa-se o dispersor de gás resistente à erosão tipo DGR. Esse dispersor de gás é usado em muitos secadores/absorvedores aplicados a usinas de incineração de resíduos municipais.
Os dispersadores de gás composto são usados para volumes de gás de combustão iguais ou superiores a 400.000 Nm³/h. Aqui, o gás de combustão é dividido em dois fluxos, em que cerca de 60% entrará no dispersor de gás no teto e o gás de combustão restante entrará pelo dispersor de gás central. Essa configuração é usada frequentemente em usinas de energia e de sinterização. A maioria dos dispersadores de gás é de aço carbono.
Câmara do Secador tipo Spray para Absorção
Geralmente feito de aço carbono, a câmara do Secador tem uma construção cilíndrica com fundo cônico. O gás de combustão entra na câmera pelos dispersores de gás e sai por um duto de saída localizado no fundo cônico. O Atomizador Rotativo fica instalado no centro da câmara, circulado pela saída do dispersor de gás, permitindo que o gás se misture com a alimentação de pasta fluida e absorvente. O dispersor de gás central fica diretamente abaixo do atomizador, o que facilita uma elevação na névoa do atomizador para aumentar o contato entre gás e líquido.
O tamanho da câmara depende da quantidade e das propriedades do gás de combustão, e a forma variará conforme o tipo de dispersor de gás. A saída de partículas maiores se localiza no fundo do cone do absorvedor.
A GEA desenvolve e otimiza constantemente o desenho e o tamanho da câmara do secador e do dispersor de gás. Nós atualmente fornecemos plantas com a capacidade de tratar mais de 2.000.000 Nm³/h numa só câmara de absorvedor e ainda perseveramos para projetar um SDA que comporte cargas de gás ainda maiores.
APLICAÇÕES EM USINAS ELÉTRICAS
Com uma parte considerável dos custos de uma usina elétrica vinculada ao controle de emissões, as tecnologias certas não só amortecem os impactos ambientais como também trazem mais vantagens competitivas.
Processo de pó SDA
O produto final do Secador tipo Spray para Absorção consiste nos produtos da reação, no excesso de absorvente e cinza volátil. A proporção SO2:HCl do gás de admissão é alta, permitindo assim que a operação fique próxima à temperatura de saturação adiabática e minimizando o conteúdo de cal no produto final. O secador tipo spray para absorção pode chegar a altas taxas de dessulfurização, limitada praticamente só pelo conteúdo aceito de cal no produto final.
Quando se trata de quantidade e composição de gás, as alterações normais na operação do gerador de gás de combustão são geralmente tão sutis que é possível controlar as temperaturas de saída e as emissões simplesmente com a mistura dos fluxos de alimentação de absorvente e da pasta líquida (ou água) de reciclagem no tanque superior. Em larga extensão, o absorvente usado em aplicações de usinas elétricas é adquirido e armazenado como CaO e abrandado no local.
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O gás de combustão quente e não tratado é introduzido no módulo do absorvedor por meio de dispersadores de gás para uma distribuição de fluxo de gás ideal. O contato com o absorvente é obtido através do spray do atomizador rotativo O contato eficiente entre o gás e a pasta líquida do absorvente atomizado permite a rápida transferência de massa de compostos ácidos que ocorrem durante o processo do estado gasoso em um estado líquido.
O absorvente alcalino neutraliza o ácido absorvido, e o produto de reação desejado é gerado por evaporação simultânea de água. Uma fração do produto final seco se deposita no fundo da câmara do absorvedor, da qual será descartada, ao passo que a parte principal é transportada para o coletor de pó em conjunto com o gás de combustão resfriado e removida desse gás. O gás de combustão limpo passa do coletor de pó para a chaminé sem reaquecer.
Seguindo a reação química da absorção do componente ácido e da secagem final, o produto final em pó é separado do estado gasoso e transportado para uma instalação de armazenagem de produto final ou reciclado no processo de SDA para melhorar a utilização do absorvente em excesso. A definição ou não se o projeto de uma planta SDA deve ser um sistema de passagem única ou a incorporação de um sistema de reciclagem dependerá da qualidade do gás de admissão e dos requisitos de emissões.
Usinas de sinterização e aplicações semelhantes
O Secador tipo Spray para Absorção é a solução ideal para remover pó e exaustão de gás ácido de usinas de sinterização.
Processo de sinterização SDA
As variações da qualidade do gás podem ocorrer de forma relativamente rápida e, portanto, o sistema de controle deve ser projetado para agir de acordo. Em larga extensão, o absorvente usado em aplicações de usinas de sinterização será adquirido e armazenado como CaO e abrandado no local posteriormente. Os Atomizadores Rotativos usados em usinas de sinterização geralmente são o F-360, o F-800 e o F-1000, equipados com rodas e peças centrais de aço inoxidável.
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O gás de combustão quente e não tratado é introduzido no módulo do absorvedor por meio de dispersadores de gás para uma distribuição de fluxo de gás ideal. O contato com o absorvente é obtido através do spray do atomizador rotativo. O contato eficiente entre o gás e a pasta líquida do absorvente atomizado permite a rápida transferência de massa de compostos ácidos do estado gasoso em um estado líquido.
O absorvente alcalino neutraliza o ácido absorvido e o produto dessa reação se forma enquanto a água evapora simultaneamente. Uma fração do produto final seco se deposita no fundo da câmara do absorvedor, da qual será descartada, ao passo que a parte principal é transportada para o coletor de pó em conjunto com o gás de combustão resfriado e removida desse gás. O gás de combustão limpo passa do coletor de pó para a chaminé sem reaquecer.
Seguindo a absorção do componente ácido, reação química, e a secagem final, o produto final em pó é separado do estado gasoso e transportado para uma instalação de armazenagem de produto final ou reutilizado no Secador tipo Spray para Absorção a fim de melhorar a utilização do absorvente em excesso. A utilização ou não de um sistema de passagem única ou a incorporação de um sistema de reciclagem dependerá da qualidade do gás de admissão e dos requisitos de emissões.
Aplicações em incineradores de resíduos
O Secador tipo Spray para Absorção é um meio de cumprir os regulamentos exigentes de emissões que se aplicam às usinas de incineração de resíduos.
Processo de resíduos SDA
O alto teor de HCl no gás gera uma temperatura consideravelmente mais alta do gás de alimentação que as vistas em aplicações de usinas elétricas. Consequentemente, os produtos finais se comportarão de forma diferente. Além do mais, o conteúdo de umidade e de O2 do gás de resíduo é superior. As propriedades de secagem do absorvedor, o alto teor de cloreto no produto final, o modo de passagem única, etc., exigem um desenho com um tempo de retenção maior na câmara do absorvedor e, portanto, as unidades são operadas em altas temperaturas de saída.
É possível incorporar um sistema de controle de pico no projeto para melhorar a capacidade do sistema do Secador Tipo Spray para Absorção lidar com variações extremas nas condições de admissão. Com esse recurso, um absorvedor seco, Ca(OH)2 em pó, é soprado diretamente no fluxo de gás de combustão. É possível usar também um sistema adsorvente baseado na injeção de carbono ativado pulverizado para limitar eficientemente a emissão de mercúrio e dioxinas, especialmente. O absorvente usado em aplicações de incineração de resíduos pode ser CaO e Ca(OH)2 dependendo dos fornecimentos e custos locais.
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O gás de combustão quente e não tratado é introduzido no módulo do absorvedor por meio dos dispersadores de gás no teto para uma distribuição de fluxo de gás ideal. O contato com o absorvente é obtido pelo spray do atomizador rotativo. O contato eficiente entre o gás e a pasta líquida do absorvente atomizado permite a rápida transferência de massa de compostos ácidos do estado gasoso em um estado líquido.
O absorvente alcalino neutraliza o ácido absorvido para chegar ao produto de reação desejado. Simultaneamente a essa reação, a água é evaporada e forma-se um pó seco. Uma fração do pó seco se deposita no fundo da câmara do absorvedor e é descartada, ao passo que a parte principal é transportada para o coletor de pó posterior em conjunto com o gás de combustão resfriado e removida desse gás. O gás de combustão limpo passa do coletor de pó para a chaminé sem reaquecer.
Depois da reação química, o início da absorção dos componentes ácidos e da secagem final, o produto final em pó é separado do estado gasoso e transportado para uma instalação de armazenagem de produto final. Para a remoção eficiente de dioxinas e de mercúrio do gás, também se injeta carvão ativado pulverizado no fluxo de gás. O sistema de controle de pico, baseado na injeção de cal hidratada no fluxo de gás, também pode ser incorporado em projetos destinados ao rápido controle de variações substanciais na qualidade do gás de admissão. A maioria das unidades de incineração de resíduos com Secador Tipo Spray para Absorção são projetadas como sistemas de passagem única.
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
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