Miksi ammoniakkidesulfurointi soveltuu myös vähärikkiselle hiilelle

Pitkään voimantasomme rikkidioksidin poistoa koskevassa prosessissa on ollut yksinkertainen oletus: korkeasulfurinen hiili vaatii ammoniakkipohjaista teknologiaa, kun taas matalasulfurinen hiili voidaan käsitellä taloudellisesti kalsiumperusteisella rikkidioksidin poistolla.

Tätä oletusta on kuitenkin yhä vaikeampi perustella.

Tiukentuvien päästövaatimusten, tiukemman kiinteän jätteen hallinnan ja kasvavan huomion hiilidioksidipäästöjen kustannuksiin liittyen voimantasot eivät enää tarkastele ainoastaan sitä, täyttääkö niiden nykyinen järjestelmä nykyiset päästörajat. Ne myös pohtivat, pysyykö järjestelmä taloudellisesti ja toiminnallisesti kestävänä tulevaisuudessa.

Juuri tässä tilanteessa ammoniakkipohjaisen rikkidioksidin poiston tulisi saada tarkempi tarkastelu.

Miksi ammoniakkipohjainen rikkidioksidin poisto soveltuu eri laatuisten hiilien käsittelyyn?

Ammoniakkipohjaisen rikkidioksidin poiston sopeutumiskyky johtuu suurelta osin sen reaktiomekanismista.

Perinteinen kalsiumperustainen rikkidioksidin poisto perustuu kaasu-kiinteä-neste -reaktioihin. Kalkkikiven liukoisuuden nopeus ja aineensiirron tehokkuus voivat vaikuttaa kokonaisreaktioprosessiin. Kun rikkidioksidipitoisuudet kasvavat, järjestelmä saattaa vaatia korkeampia liuoksen kierrätysnopeuksia ja vaativampia käyttöolosuhteita.

Ammoniakkiperustainen rikkidioksidin poisto taas on pääasiassa kaasu-neste -reaktio. Rikkidioksidi liukenee helposti ja reagoi nopeasti ammoniakin kanssa, mikä mahdollistaa tehokkaan absorptioprosessin ilman samoja reaktionopeuden rajoituksia kuin kalkkikiveen perustuvissa järjestelmissä.

Tämä tekee ammoniakkiperustaisesta teknologiasta soveltuvan laajalle levinneille hiililaaduille.

Käytännön sovelluksissa edistyneet ammoniakkiperustaiset rikkidioksidin poistojärjestelmät voivat saavuttaa yli 95 %:n rikkidioksidin poistotehokkuuden alhaisen, keskimäisen ja korkean rikkipitoisuuden hiilellä. Ammoniakin talteenottoprosentti yli 97 % voi myös auttaa ylläpitämään järjestelmän taloudellista suorituskykyä.

Tämä joustavuus voi olla erityisen arvokasta tehtaissa, joissa hiilen laatu muuttuu ajan myötä. Tehtaan ei tarvitse uudelleensuunnitella perusdesulfurointistrategiaansa joka kerta, kun polttoaineen rikkipitoisuus muuttuu.

Matalarikkipitoisuinen hiili edellyttää silti kokonaiskustannuslaskelmaa

Yleinen väite on suoraviivainen: jos matalarikkipitoisuinen hiili tuottaa jo suhteellisen vähän SO₂-päästöjä ja kalsiumperustainen järjestelmä täyttää sovellettavat raja-arvot, miksi vaihtaa prosessia?

Vastaus piilee kokonaistoimintakustannuksissa, ei pelkästään rikkiyhteyden pitoisuudessa.

1. Gipsin hävittäminen aiheuttaa edelleen toimintakustannuksia

Kalsiumperustainen desulfurointi tuottaa gipsiä sivutuotteena. Matalarikkipitoisuista hiiltä käyttävä tehdas saattaa tuottaa vähemmän gipsiä kuin korkearikkipitoisuista hiiltä käyttävä tehdas, mutta syntyvät käsittely-, varastointi-, kuljetus- ja hävityskustannukset eivät kuitenkaan katoa.

Kun kiinteän jätteen käsittelyn vaatimukset kiristyvät, nämä kustannukset on otettava huomioon kaikissa pitkän aikavälin arvioissa savukaasujen rikkidioksidin poistojärjestelmästä.

2. Hiilidioksidikustannukset eivät riipu pelkästään hiilen tyypistä

Toinen huomioitava seikka on kalsiumperusteisen rikkidioksidinpoiston hiilijalanjälki.

Prosessin kemiallisen stoikiometrian mukaan yhden tonnin SO₂:n sitominen vapauttaa noin 0,75 tonnia CO₂:ta. Tämä suhde liittyy itse reaktioon eikä siihen, poltetaanko voimalassa rikkipitoista vai rikkivapaata hiiltä.

Hiilimarkkinoiden kehittyessä näiden päästöjen taloudellisella merkityksellä voi olla yhä suurempi vaikutus sähköntuottajien toimintaan.

3. Sivutuotteiden taloudellisuus voi muuttaa laskentayhtälöä

Rikkidioksidinpoistojärjestelmän taloudellisuuden arvioinnissa on otettava huomioon myös sen sivutuotteiden kohtalo.

Kalsiumperusteisissa järjestelmissä gipsi edustaa yleensä materiaalia, jota on hallittava. Ammoniakkirikkidioksidinpoistossa rikki voidaan sen sijaan taltaa ammoniumsulfaattimuodossa.

Vaikka pieni rikkidioksidipitoisuus omaava hiilivoimalaitos tuottaisi suhteellisen vähän ammoniumsulfaattia, sivutuote voi olla kaupallisesti arvokas. Tämä muuttaa tapaa, jolla järjestelmän toimintataloutta voidaan arvioida.

Hiilen laatu muuttuu ennakoitavammatonta

Polttoaineen hankinta on toinen syy, miksi hiililajin sopeutuvuus on tärkeää.

Monet voimalaitokset eivät voi taata yhtä ja samaa hiilen laatua koko laitoksen käyttöiän ajan. Markkinaolosuhteet, tarjonnan saatavuus ja polttoaineen kustannukset voivat johtaa eri hiililajien tai sekoitettujen polttoaineiden käyttöön.

Siksi rikkidioksidin poistojärjestelmän on pystyttävä sopeutumaan tulevan kaasun SO₂-pitoisuuden muutoksiin vakauden vaarantamatta.

Tässä suhteessa ammoniakkirikkidioksidin poisto tarjoaa toiminnallista joustavuutta.

Ammoniakkipohjaisen teknologian nopean reaktiokinetiikan vuoksi se pystyy vastaamaan tehokkaasti rikkidioksidipitoisuuden vaihteluihin. Sen sijaan, että järjestelmä suunniteltaisiin yhden kiinteän hiililaatutyypin perusteella, käyttäjillä on suurempi joustavuus polttoaineiden valinnassa ja sekoittamisessa.

Tässä mielessä kalsium-ammoniakkimuunnos ei ole pelkästään prosessipäivitys. Se voi myös antaa voimalaitokselle suuremman joustavuuden tulevassa polttoaineiden hankinnassa.

Onko ammoniakkidesulfurointi todella ylittänyt hiilityyppirajoituksen?

Ajatus siitä, että ammoniakkipohjainen savukaasunpuhdistus sopii vain korkeasulfuuriselle hiilelle, ei enää heijastele täysin teknologian sovellusmahdollisuuksia.

Ammoniakkidesulfurointia on käytetty eri hiilityypeillä ja erilaisissa käyttöolosuhteissa, mukaan lukien laitokset, jotka käyttävät suhteellisen korkeasulfuurisia polttoaineita, sekä laitokset, jotka toimivat pääasiassa alhasulfuurisella hiilellä.

Vakiintuneen voimalaitoksen kohdalla päätös ammoniakkipohjaisen savukaasunpuhdistusjärjestelmän omaksumisesta ei siis saa perustua pelkästään rikkisisältöön.

Täydellisempi arviointi tulisi ottaa huomioon:

• SO₂-pitoisuus ja sen odotettu vaihtelu

• Nykyisen FGD-järjestelmän suorituskyky

• Gipsin tuotanto ja poistovaatimukset

• Jätevesien käsittelyvaatimukset

• Hiilipohjaiset käyttökustannukset

• Ammiakin kulutus ja talteenotto

• Sivutuotteiden hyödyntäminen

• Tuleva polttoaineen hankintajoustavuus

• Pitkäaikainen ympäristövaatimusten noudattaminen

Kalsium-ammiakki-muunnos: Enemmän kuin desulfurointipäivitys

Kasvillisuuden kalsiumpohjaisten desulfurointijärjestelmien käyttäjille ammiakkipohjaisen teknologian muunnos voidaan arvioida laajempana optimointiprojektina eikä pelkästään yhden absorboivan aineen korvaamisena toisella.

Tavoitteena ei ole ainoastaan saavuttaa vaadittu rikkidioksidin poistotehokkuus. Tavoitteena on myös parantaa yleistä tasapainoa ympäristösuorituksen, käyttökustannusten, sivutuotteiden hallinnan ja tulevan polttoaineen joustavuuden välillä.

MingSheng Environmental Protection hyödyntää kymmeniä vuosia kestänyttä kemiallista insinööritaitoa ja seitsemän sukupolvea ammiakkipohjaista savukaasun käsittelytekniikkaa kehittänyttä teknologiaa. Tekniikkaa on sovellettu eri hiilen laatuolosuhteissa, mikä tukee vakavaa rikkidioksidin poistoa ja ammiakin talteenottoa.

Kysymys on yksinkertainen: hiilen rikkipitoisuus ei saa olla ainoa tekijä, jolla päätetään, soveltuuko ammiakkidesulfurointi.

Nykyisille voimalaitoksille tärkein kysymys on, pystyykö olemassa oleva FGD-järjestelmä jatkamaan vakavaa ympäristösuoritusta samalla kun se pitää kokonaiskäyttökustannukset hallinnassa muuttuvien säädösten, hiilidioksidin ja polttoaineen markkinoiden olosuhteissa.

Siksi kalsium-ammoniakkimuunnos herättää huomiota ei ainoastaan korkean rikkupitoisuuden hiilivoimaloissa, vaan myös keski- ja matalarikkuisen hiilen käyttäjien keskuudessa.