Γιατί η αποθείωση με αμμωνία είναι κατάλληλη και για τον άνθρακα χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο

Για πολύ καιρό, υπήρχε μια απλή υπόθεση στην αποθείωση εργοστασίων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας: ο άνθρακας υψηλής περιεκτικότητας σε θείο απαιτεί τεχνολογία με βάση την αμμωνία, ενώ ο άνθρακας χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο μπορεί να αντιμετωπιστεί οικονομικά με αποθειωτική τεχνολογία με βάση το ασβέστιο.

Αυτή η υπόθεση γίνεται όλο και πιο δύσκολο να δικαιολογηθεί.

Με αυστηρότερες απαιτήσεις εκπομπών, πιο αυστηρή διαχείριση στερεών αποβλήτων και αυξανόμενη προσοχή στο κόστος του άνθρακα, τα εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας εξετάζουν όχι μόνο αν το υφιστάμενο σύστημά τους μπορεί να πληροί τα σημερινά όρια εκπομπών, αλλά και αν θα μπορεί να παραμείνει οικονομικά και λειτουργικά βιώσιμο τα επόμενα χρόνια.

Εδώ είναι ακριβώς που η αποθείωση με αμμωνία αξίζει πιο προσεκτικής εξέτασης.

Γιατί η αποθείωση με αμμωνία μπορεί να αντιμετωπίσει διαφορετικές ποιότητες άνθρακα;

Η προσαρμοστικότητα της αποθείωσης με αμμωνία οφείλεται κυρίως στον μηχανισμό της αντίδρασής της.

Η παραδοσιακή αποθείωση με ασβέστιο περιλαμβάνει αντιδράσεις αερίου-στερεού-υγρού. Ο ρυθμός διάλυσης του ασβεστόλιθου και η αποδοτικότητα της μεταφοράς μάζας μπορούν να επηρεάσουν τη συνολική διαδικασία αντίδρασης. Καθώς οι συγκεντρώσεις διοξειδίου του θείου αυξάνονται, το σύστημα ενδέχεται να απαιτεί υψηλότερους ρυθμούς κυκλοφορίας της πάστας και πιο απαιτητικές συνθήκες λειτουργίας.

Η αποθείωση με αμμωνία, αντίθετα, είναι κυρίως αντίδραση αερίου-υγρού. Το διοξείδιο του θείου διαλύεται εύκολα και αντιδρά γρήγορα με την αμμωνία, επιτρέποντας στη διαδικασία απορρόφησης να προχωρά αποτελεσματικά χωρίς τους περιορισμούς ρυθμού αντίδρασης που συνδέονται με τα συστήματα βασισμένα σε ασβεστόλιθο.

Αυτό καθιστά την τεχνολογία με αμμωνία κατάλληλη για μια ευρεία ποικιλία ποιοτήτων άνθρακα.

Σε πρακτικές εφαρμογές, τα προηγμένα συστήματα αποθείωσης με αμμωνία μπορούν να επιτύχουν αποδοτικότητα αποθείωσης πάνω από 95% σε συνθήκες χαμηλού, μεσαίου και υψηλού περιεχομένου θείου στον άνθρακα. Ποσοστά ανάκτησης αμμωνίας 97% ή υψηλότερα μπορούν επίσης να συμβάλουν στη διατήρηση της οικονομικής απόδοσης του συστήματος.

Για τις εγκαταστάσεις όπου η ποιότητα του άνθρακα μεταβάλλεται με τον καιρό, αυτή η ευελιξία μπορεί να είναι ιδιαίτερα πολύτιμη. Η εγκατάσταση δεν χρειάζεται να επανασχεδιάσει τη βασική της στρατηγική αποθείωσης κάθε φορά που μεταβάλλεται η περιεκτικότητα του καυσίμου σε θείο.

Ακόμα και ο άνθρακας χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο απαιτεί πλήρη υπολογισμό κόστους

Ένα συνηθισμένο επιχείρημα είναι απλό: αν ο άνθρακας χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο παράγει ήδη σχετικά χαμηλές εκπομπές SO₂ και ένα σύστημα βασισμένο σε ασβέστιο μπορεί να πληροί τα εφαρμόσιμα όρια, γιατί να αλλάξει η διαδικασία;

Η απάντηση βρίσκεται στο συνολικό λειτουργικό κόστος, και όχι μόνο στη συγκέντρωση του θείου.

1. Η διάθεση του γύψου παραμένει λειτουργικό κόστος

Η αποθείωση βασισμένη σε ασβέστιο παράγει γύψο ως παραπροϊόν. Μια εγκατάσταση που χρησιμοποιεί άνθρακα χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο μπορεί να παράγει λιγότερο γύψο από μια εγκατάσταση που χρησιμοποιεί άνθρακα υψηλής περιεκτικότητας σε θείο, αλλά οι αντίστοιχες απαιτήσεις για χειρισμό, αποθήκευση, μεταφορά και διάθεση δεν εξαφανίζονται.

Καθώς οι απαιτήσεις για τη διαχείριση στερεών αποβλήτων γίνονται αυστηρότερες, αυτά τα κόστη πρέπει να συμπεριλαμβάνονται σε κάθε μακροπρόθεσμη αξιολόγηση ενός συστήματος αποθείωσης καυσαερίων.

2. Το κόστος του άνθρακα δεν εξαρτάται αποκλειστικά από τον τύπο του άνθρακα

Ένα άλλο ζήτημα είναι η επίδραση στον άνθρακα που συνδέεται με την αποθείωση με βάση το ασβέστιο.

Σύμφωνα με τη χημική στοιχειομετρία που περιγράφεται για τη διαδικασία, η απορρόφηση ενός τόνου SO₂ απελευθερώνει περίπου 0,75 τόνους CO₂. Αυτή η σχέση συνδέεται με την ίδια την αντίδραση, και όχι με το αν η εγκατάσταση καίει άνθρακα υψηλής ή χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο.

Καθώς αναπτύσσονται οι αγορές άνθρακα, οι οικονομικές επιπτώσεις αυτών των εκπομπών μπορούν να γίνονται όλο και πιο σημαντικές για τους φορείς λειτουργίας των εγκαταστάσεων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

3. Η οικονομική αξία των παραπροϊόντων μπορεί να αλλάξει την εξίσωση

Η οικονομική ανάλυση ενός συστήματος αποθείωσης πρέπει επίσης να λαμβάνει υπόψη τη μοίρα των παραπροϊόντων του.

Με τα συστήματα με βάση το ασβέστιο, το γύψος αντιπροσωπεύει συνήθως ένα υλικό που απαιτεί διαχείριση. Με την αποθείωση με αμμωνία, το θείο μπορεί αντ’ αυτού να ανακτηθεί υπό μορφή θειικού αμμωνίου.

Ακόμα και όταν μια εγκατάσταση άνθρακα χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο παράγει σχετικά μικρή ποσότητα θειικού αμμωνίου, το παραπροϊόν έχει εμπορική αξία. Αυτό αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο μπορεί να αξιολογηθεί η λειτουργική οικονομία του συστήματος.

Η ποιότητα του άνθρακα γίνεται όλο και λιγότερο προβλέψιμη

Η προμήθεια καυσίμου είναι ένας άλλος λόγος για τον οποίο η ευελιξία ως προς τον τύπο άνθρακα έχει σημασία.

Πολλές εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας δεν μπορούν να εγγυηθούν μία μόνο, σταθερή ποιότητα άνθρακα καθ’ όλη τη διάρκεια λειτουργίας της εγκατάστασης. Οι συνθήκες της αγοράς, η διαθεσιμότητα της προμήθειας και το κόστος του καυσίμου μπορούν να οδηγήσουν στη χρήση διαφορετικών βαθμών άνθρακα ή μειγμάτων καυσίμων.

Ένα σύστημα αποθείωσης πρέπει επομένως να μπορεί να προσαρμόζεται σε αλλαγές της συγκέντρωσης SO₂ στην είσοδο, χωρίς να θέτει σε κίνδυνο τη σταθερή λειτουργία.

Αυτός είναι ένας τομέας όπου η αποθείωση με αμμωνία μπορεί να προσφέρει λειτουργική ευελιξία.

Λόγω της γρήγορης κινητικής αντίδρασής του, η τεχνολογία με βάση την αμμωνία μπορεί να ανταποκρίνεται αποτελεσματικά σε μεταβολές της συγκέντρωσης διοξειδίου του θείου. Αντί να σχεδιάζεται το σύστημα με βάση μία σταθερή ποιότητα άνθρακα, οι χειριστές μπορούν να έχουν μεγαλύτερη ευελιξία κατά την επιλογή και την ανάμειξη καυσίμων.

Σε αυτήν την έννοια, η μετατροπή από ασβέστιο σε αμμωνία δεν είναι απλώς μία αναβάθμιση διαδικασίας. Μπορεί επίσης να παρέχει σε μία εγκατάσταση παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας μεγαλύτερη ευελιξία στη μελλοντική προμήθεια καυσίμων.

Έχει πραγματικά η αποθείωση με αμμωνία ξεπεράσει το εμπόδιο του τύπου άνθρακα;

Η ιδέα ότι η επεξεργασία καυσαερίων με βάση την αμμωνία είναι κατάλληλη μόνο για άνθρακα υψηλής περιεκτικότητας σε θείο δεν αντικατοπτρίζει πλέον το πλήρες φάσμα εφαρμογών αυτής της τεχνολογίας.

Η αποθείωση με αμμωνία έχει εφαρμοστεί σε διαφορετικές συνθήκες άνθρακα και λειτουργίας, συμπεριλαμβανομένων εγκαταστάσεων που χρησιμοποιούν σχετικά υψηλής περιεκτικότητας σε θείο καύσιμα, καθώς και εγκαταστάσεων που λειτουργούν κυρίως με άνθρακα χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο.

Για μία καθιερωμένη εγκατάσταση παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, η απόφαση υιοθέτησης ενός συστήματος FGD με βάση την αμμωνία δεν πρέπει συνεπώς να βασίζεται αποκλειστικά στην περιεκτικότητα σε θείο.

Μια πιο ολοκληρωμένη αξιολόγηση θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη:

• Συγκέντρωση SO₂ και την αναμενόμενη μεταβολή της

• Απόδοση του υφιστάμενου συστήματος FGD

• Παραγωγή γύψου και απαιτήσεις διάθεσής του

• Απαιτήσεις επεξεργασίας αποβλήτων υδάτων

• Λειτουργικά κόστη σχετικά με τον άνθρακα

• Κατανάλωση αμμωνίας και ανάκτησή της

• Χρησιμοποίηση παραπροϊόντων

• Ευελιξία στη μελλοντική προμήθεια καυσίμων

• Μακροπρόθεσμη συμμόρφωση προς τις περιβαλλοντικές απαιτήσεις

Μετατροπή Ασβεστίου σε Αμμωνία: Περισσότερο από μια αναβάθμιση αποθείωσης

Για εγκαταστάσεις που λειτουργούν ήδη με συστήματα αποθείωσης βασισμένα στο ασβέστιο, η μετατροπή σε τεχνολογία βασισμένη στην αμμωνία μπορεί να αξιολογηθεί ως ένα ευρύτερο έργο βελτιστοποίησης, και όχι απλώς ως αντικατάσταση ενός απορροφητικού με ένα άλλο.

Ο στόχος δεν είναι μόνο η επίτευξη της απαιτούμενης απόδοσης αφαίρεσης διοξειδίου του θείου. Είναι επίσης η βελτίωση της συνολικής ισορροπίας μεταξύ περιβαλλοντικής απόδοσης, λειτουργικού κόστους, διαχείρισης παραπροϊόντων και μελλοντικής ευελαστικότητας ως προς τα καύσιμα.

Η MingSheng Environmental Protection βασίζεται σε δεκαετίες εμπειρίας στη χημική μηχανική και σε επτά γενιές ανάπτυξης τεχνολογίας για την επεξεργασία καυσαερίων με βάση την αμμωνία. Η τεχνολογία έχει εφαρμοστεί σε διαφορετικές συνθήκες ποιότητας άνθρακα, υποστηρίζοντας σταθερή απόδοση αποθείωσης και ανάκτηση αμμωνίας.

Το βασικό σημείο είναι απλό: το περιεχόμενο θείου στον άνθρακα δεν πρέπει να είναι ο μοναδικός παράγοντας που χρησιμοποιείται για να καθοριστεί εάν η αποθείωση με αμμωνία είναι κατάλληλη.

Για τους σημερινούς σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, το πιο σημαντικό ερώτημα είναι εάν το υφιστάμενο σύστημα FGD μπορεί να συνεχίσει να παρέχει σταθερή περιβαλλοντική απόδοση ενώ ελέγχει το συνολικό λειτουργικό κόστος υπό μεταβαλλόμενες συνθήκες ρυθμιστικού πλαισίου, απαιτήσεων για μείωση του διοξειδίου του άνθρακα και αγορών καυσίμων.

Γι’ αυτό το λόγο, η μετατροπή ασβεστίου σε αμμωνία προσελκύει την προσοχή όχι μόνο από εγκαταστάσεις άνθρακα υψηλής θειούχιας περιεκτικότητας, αλλά και από φορείς λειτουργίας που χρησιμοποιούν άνθρακα μεσαίας και χαμηλής θειούχιας περιεκτικότητας.