Proč je amoniaková desulfurizace vhodná i pro uhlí s nízkým obsahem síry

Dlouhou dobu platelo v odsořování elektráren jednoduché předpoklady: u uhlí s vysokým obsahem síry je nutné použít amoniakovou technologii, zatímco u uhlí s nízkým obsahem síry lze ekonomicky využít vápenatou odsořovací technologii.

Tento předpoklad se stává stále obtížněji obhajitelným.

Vzhledem k přísnějším požadavkům na emise, přísnějšímu nakládání s pevnými odpady a rostoucímu zájmu o náklady spojené s uhlíkem hledají elektrárny odpovědi nejen na otázku, zda jejich stávající systém splňuje současné limity emisí. Zároveň se ptají, zda bude tento systém ekonomicky i provozně udržitelný i v následujících letech.

Právě zde si amoniakové odsořování zaslouží podrobnější prozkoumání.

Proč může amoniakové odsořování zpracovávat různé kvality uhlí?

Přizpůsobivost amoniakového odsořování vyplývá především z jeho reakčního mechanismu.

Tradiční vápenatá desulfurizace zahrnuje plynně-pevnou a kapalnou reakci. Rychlost rozpouštění vápence a účinnost přenosu hmoty mohou ovlivnit celkový průběh reakce. S rostoucí koncentrací oxidu siřičitého může systém vyžadovat vyšší rychlost cirkulace suspenze a náročnější provozní podmínky.

Ammoniaková desulfurizace je naopak převážně plynně-kapalnou reakcí. Oxid siřičitý se snadno rozpouští a rychle reaguje s amoniakem, čímž umožňuje účinný průběh absorpce bez stejných omezení rychlosti reakce, která jsou spojena se systémy založenými na vápenci.

To činí amoniakovou technologii vhodnou pro širokou škálu kvalit uhlí.

V praxi mohou pokročilé amoniakové systémy desulfurizace dosáhnout účinnosti odstraňování síry nad 95 % za podmínek uhlí s nízkým, středním i vysokým obsahem síry. Výnosy amoniaku ve výši 97 % nebo vyšší také mohou pomoci udržet ekonomickou výkonnost systému.

U elektráren, kde se kvalita uhlí v průběhu času mění, se tato flexibilita může ukázat zvláště cenná. Elektrárna nemusí při každé změně obsahu síry v palivu přepracovávat svou základní strategii odsiřování.

I uhlí s nízkým obsahem síry vyžaduje kompletní výpočet provozních nákladů

Běžný argument je přímočarý: pokud uhlí s nízkým obsahem síry již produkuje relativně nízké emise SO₂ a vápníkový systém dokáže splnit příslušné limity, proč proces měnit?

Odpověď spočívá v celkových provozních nákladech, nikoli pouze v koncentraci síry.

1. Likvidace sádry zůstává provozní náklad

Vápníkové odsiřování vytváří jako vedlejší produkt sádru. Elektrárna spalující uhlí s nízkým obsahem síry může vyprodukovat méně sádry než elektrárna spalující uhlí s vysokým obsahem síry, avšak náklady na manipulaci, skladování, dopravu a likvidaci stále přetrvávají.

Vzhledem k tomu, že požadavky na nakládání se tuhými odpady se stávají přísnějšími, je třeba tyto náklady zahrnout do jakékoli dlouhodobé evaluace systému odstraňování síry z kouřových plynů.

2. Náklady na uhlík nezávisí pouze na typu uhlí

Dalším faktorem je uhlíkový dopad spojený s vápenatou desulfurací.

Podle chemické stechiometrie popsané pro tento proces absorpce jedné tuny SO₂ uvolní přibližně 0,75 tuny CO₂. Tento vztah souvisí se samotnou reakcí, nikoli s tím, zda elektrárna spaluje uhlí s vysokým nebo nízkým obsahem síry.

Vzhledem k rozvoji trhů s uhlíkem se ekonomické důsledky těchto emisí mohou stávat stále významnějšími pro provozovatele elektráren.

3. Ekonomika vedlejších produktů může změnit rovnici

Ekonomika systému desulfurace by měla také zohledňovat osud jeho vedlejších produktů.

U vápenatých systémů obvykle představuje sádra materiál, který je nutné spravovat. U amoniakové desulfurace lze síru naopak získat ve formě síranu amonného.

I když elektrárna spalující uhlí s nízkým obsahem síry vyrábí relativně malé množství síranu amonného, tento vedlejší produkt má potenciální obchodní hodnotu. To mění způsob, jakým lze posuzovat provozní ekonomiku systému.

Kvalita uhlí se stává méně předvídatelnou

Nákup paliva je dalším důvodem, proč je důležitá přizpůsobivost systému různým typům uhlí.

Mnoho elektráren nemůže po celou dobu provozu zařízení zaručit jednotnou a stálou kvalitu uhlí. Tržní podmínky, dostupnost zásob a náklady na palivo mohou vést k použití různých tříd uhlí nebo směsí paliv.

Desulfurizační systém proto musí být schopen vyrovnat změny koncentrace SO₂ na vstupu, aniž by došlo ke zhoršení stability provozu.

To je jedna z oblastí, ve které amoniaková desulfurizace umožňuje provozní flexibilitu.

Díky rychlé reakční kinetice umožňuje technologie založená na amoniaku účinně reagovat na kolísání koncentrace oxidu siřičitého. Místo návrhu systému pro jednu pevnou kvalitu uhlí mohou provozovatelé při výběru a míchání paliv využít větší flexibilitu.

V tomto smyslu není převod z vápenaté technologie na amoniakovou pouze modernizací procesu. Může také poskytnout elektrárně větší flexibilitu při budoucím nákupu paliv.

Opravdu již amoniaková desulfurizace překonala bariéru typu uhlí?

Názor, že amoniakové čištění spalin je vhodné pouze pro uhlí s vysokým obsahem síry, již neodráží celé spektrum možných aplikací této technologie.

Amoniaková desulfurizace byla nasazena za různých podmínek spalování uhlí a provozu, včetně elektráren využívajících relativně vysoce sírové palivo i zařízení provozovaných převážně na uhlí s nižším obsahem síry.

Rozhodnutí stávající elektrárny o nasazení amoniakového systému FGD by proto nemělo být založeno pouze na obsahu síry.

Komplexnější posouzení by mělo zohlednit:

• Koncentraci SO₂ a její očekávané kolísání

• Výkon stávajícího systému odstraňování síry (FGD)

• Požadavky na výrobu a likvidaci sádry

• Požadavky na úpravu odpadních vod

• Provozní náklady související s uhlíkem

• Spotřebu amoniaku a jeho zpětné získávání

• Využití vedlejších produktů

• Flexibilitu budoucího nákupu paliva

• Dodržování environmentálních předpisů na dlouhodobé období

Převod vápníku na amoniak: Více než jen modernizace odstraňování síry

U elektráren, které v současnosti provozují vápníkové systémy odstraňování síry, lze převod na amoniakovou technologii posoudit jako širší optimalizační projekt, nikoli pouze jako nahrazení jednoho absorbentu jiným.

Cílem není pouze dosáhnout požadované účinnosti odstraňování oxidu siřičitého. Cílem je také zlepšit celkovou rovnováhu mezi environmentálním výkonem, provozními náklady, hospodařením s vedlejšími produkty a budoucí flexibilitou paliva.

Společnost MingSheng Environmental Protection vychází z desetiletí zkušeností v oblasti chemického inženýrství a sedmi generací technologického vývoje v oblasti čištění spalin na bázi amoniaku. Tato technologie byla aplikována za různých podmínek kvality uhlí a zajišťuje stabilní desulfurizační výkon a regeneraci amoniaku.

Klíčový bod je jednoduchý: obsah síry v uhlí by neměl být jediným faktorem, na základě kterého se rozhoduje, zda je amoniaková desulfurizace vhodná.

Pro dnešní elektrárny je důležitější otázkou, zda stávající systém FGD dokáže i nadále zajišťovat stabilní environmentální výkon při kontrole celkových provozních nákladů za se měnících podmínek regulace, uhlíkového režimu a trhu s palivy.

Proto je přeměna vápníku na amoniak upoutává pozornost nejen u elektráren spalujících uhlí s vysokým obsahem síry, ale také u provozovatelů používajících uhlí se středním a nízkým obsahem síry.