Miért alkalmas az ammóniás kéntelenítés alacsony-kéntartalmú szénre is

Hosszú ideje egy egyszerű feltevés él a kohók szulfurizációs rendszereiben: a magas-kén-tartalmú szenekhez ammónián alapuló technológiára, míg az alacsony-kén-tartalmú szenekhez gazdaságosan kalcium-alapú szulfurizációs eljárásra van szükség.

Ez a feltevés egyre nehezebben védhető meg.

A szigorúbb kibocsátási előírások, a szigorúbb szilárd hulladékkezelési követelmények és a növekvő figyelem a szén-dioxid-költségek iránt miatt az erőművek nemcsak azt vizsgálják, hogy meglévő rendszerük képes-e ma betartani a kibocsátási határértékeket, hanem azt is, hogy gazdaságilag és működési szempontból fenntartható marad-e az elkövetkező években.

Éppen ezért érdemes részletesebben megvizsgálni az ammónia-alapú szulfurizációt.

Miért képes az ammónia-alapú szulfurizáció különböző minőségű szenek kezelésére?

Az ammónia-alapú szulfurizáció alkalmazkodóképessége nagyrészt a reakciómechanizmusából fakad.

A hagyományos kalcium-alapú kéntelenítés gáz-szilárd-folyadék reakciókat foglal magában. A mészkő oldódási sebessége és a tömegátadás hatékonysága befolyásolhatja az egész reakciós folyamatot. Ahogy a kéndioxid-koncentráció növekszik, a rendszer nagyobb szuszpenzió-keringtetési sebességet és szigorúbb üzemeltetési feltételeket igényelhet.

Az ammónia-alapú kéntelenítés – összehasonlításképpen – elsősorban gáz-folyadék reakció. A kéndioxid könnyen oldódik és gyorsan reagál az ammóniával, így az elnyelési folyamat hatékonyan zajlik le anélkül, hogy ugyanazok a reakciósebességi korlátozások lépnének fel, mint a mészkőalapú rendszerek esetében.

Ez az ammónia-alapú technológiát alkalmasabbá teszi széles körű szénminőségekhez.

Gyakorlati alkalmazásokban a fejlett ammónia-alapú kéntelenítő rendszerek 95%-nál magasabb kéntelenítési hatékonyságot érhetnek el alacsony-, közepes- és magas-kéntartalmú szén esetén. Az ammónia visszanyerési aránya 97% vagy annál magasabb is lehet, ami hozzájárul a rendszer gazdasági teljesítményének fenntartásához.

A rugósság különösen értékes olyan erőművek esetében, ahol a szén minősége idővel változik. Az erőműnek nem kell minden egyes alkalommal újraterveznie alapvető kéntelenítési stratégiáját, amikor a tüzelőanyag kéntartalma megváltozik.

Az alacsony-kéntartalmú szén esetében is teljes költségszámítás szükséges

Egy gyakori érv egyszerű: ha az alacsony-kéntartalmú szén már viszonylag alacsony SO₂-kibocsátást eredményez, és egy kalcium-alapú rendszer képes teljesíteni a vonatkozó határértékeket, akkor miért változtatni a folyamaton?

A válasz a teljes üzemeltetési költségben rejlik, nem csupán a kéntartalomban.

1. A gipsz elhelyezése továbbra is üzemeltetési költség

A kalcium-alapú kéntelenítés melléktermékként gipszet állít elő. Egy alacsony-kéntartalmú szénre épülő erőmű talán kevesebb gipszt termel, mint egy magas-kéntartalmú szénre épülő erőmű, de az ebből eredő kezelési, tárolási, szállítási és elhelyezési kötelezettségek nem tűnnek el.

Ahogy a szilárd hulladékkezeléssel szemben támasztott követelmények egyre szigorúbbá válnak, ezeket a költségeket be kell vonni bármely hosszú távú füstgáz-kéntelenítő rendszer értékelésébe.

2. A szén-dioxid-költségek nem csupán a szenet típusától függenek

Egy másik szempont a kalcium-alapú kéntelenítés szén-dioxid-hatása.

A folyamatra leírt kémiai sztöchiometria szerint egy tonna kén-dioxid elnyelése körülbelül 0,75 tonna szén-dioxid kibocsátásához vezet. Ez az összefüggés magával a reakcióval kapcsolatos, nem pedig azzal, hogy a berendezés magas- vagy alacsony-kéntartalmú szenet éget-e.

Ahogy a szén-dioxid-piacok fejlődnek, ezeknek a kibocsátásoknak a gazdasági következményei egyre fontosabbá válhatnak az erőművek üzemeltetői számára.

3. A melléktermékek gazdasági értéke módosíthatja az egyenletet

A kéntelenítő rendszer gazdasági elemzésénél figyelembe kell venni a melléktermékek sorsát is.

A kalcium-alapú rendszerek esetében a gipsz általában olyan anyagot jelent, amelyet kezelni kell. Az ammónia-alapú kéntelenítésnél a ként viszont ammónium-szulfát formájában lehet visszanyerni.

Még akkor is, ha egy alacsony-kéntartalmú szénalapú erőmű viszonylag kis mennyiségű ammónium-szulfátot állít elő, a melléktermék kereskedelmi értéke potenciálisan jelentős. Ez megváltoztatja a rendszer üzemeltetési gazdaságosságának értékelési módját.

A szén minősége egyre kevésbé jósolható

A tüzelőanyag-beszerzés egy másik oka annak, hogy miért fontos a széntípusokhoz való alkalmazkodóképesség.

Sok erőmű nem tudja garantálni ugyanazon, egységes szénminőség használatát az egész létesítmény üzemelési ideje alatt. A piaci körülmények, az ellátás elérhetősége és a tüzelőanyag-költségek miatt különböző szénfajták vagy kevert tüzelőanyagok használata válik szükségessé.

Ezért egy kéntelenítő rendszernek képesnek kell lennie az SO₂-ben mért bemeneti koncentráció változásaira úgy reagálni, hogy közben fenntartsa a stabil üzemelést.

Ez egy olyan terület, ahol az ammóniás kéntelenítés működési rugalmasságot biztosíthat.

Gyors reakciókinetikája miatt az ammónián alapuló technológia hatékonyan reagálhat a kéndioxid-koncentráció ingadozásaira. A rendszert nem egyetlen, rögzített szénminőség köré kell tervezni; így az üzemeltetők nagyobb rugalmasságot élveznek az üzemanyag-kiválasztás és -keverés során.

Ebben az értelemben a kalciumról ammóniára történő átállás nem csupán egy folyamatfejlesztés. Az erőmű számára további rugalmasságot is biztosíthat a jövőbeni üzemanyag-beszerzés területén.

Valóban átlépte az ammóniás kéntelenítés a szénfajták közötti korlátot?

Az az elképzelés, miszerint az ammónián alapuló füstgáz-tisztítás kizárólag magas-kéntartalmú szénre alkalmas, már nem tükrözi a technológia teljes alkalmazási spektrumát.

Az ammóniás kéntelenítést különböző szénfajták és üzemelési feltételek mellett is alkalmazták, beleértve olyan erőműveket is, amelyek viszonylag magas-kéntartalmú üzemanyagot használnak, valamint olyan létesítményeket is, amelyek főként alacsony-kéntartalmú szénnel működnek.

Ezért egy meglévő erőmű számára az ammónián alapuló FGD-rendszer bevezetésének döntése nem csupán a kéntartalom alapján hozható meg.

Egy teljesebb értékelésnek a következőket is figyelembe kell vennie:

• A kén-dioxid-koncentráció és az elvárt ingadozása

• A meglévő FGD-rendszer teljesítménye

• A gipszképződés és a hulladékkezelési követelmények

• Szennyvízkezelési követelmények

• A szénhez kapcsolódó üzemeltetési költségek

• Ammónia-fogyasztás és visszanyerés

• Melléktermék-hasznosítás

• Jövőbeli tüzelőanyag-beszerzési rugalmasság

• Hosszú távú környezetvédelmi megfelelés

Kalcium–ammónia átalakítás: Több mint egy kéntelenítési fejlesztés

Azoknál az erőműveknél, amelyek jelenleg kalcium-alapú kéntelenítési rendszerekkel üzemelnek, az ammónia-alapú technológiára történő átállás nem csupán egy elnyelő anyag másikra való cseréjeként, hanem egy átfogóbb optimalizációs projekt részeként értékelhető.

A cél nem csupán a szükséges kén-dioxid-eltávolítási hatékonyság elérése. Az is fontos, hogy javuljon az összkép egyensúlya a környezeti teljesítmény, az üzemeltetési költség, a melléktermék-kezelés és a jövőbeli tüzelőanyag-igazodási rugalmasság között.

A MingSheng Environmental Protection több évtizedes vegyészmérnöki tapasztalatra és hét generációs ammónia-alapú füstgáz-tisztítási technológia-fejlesztésre támaszkodik. A technológiát különböző szénminőségi feltételek mellett alkalmazták, így biztosítva a stabil deszulfurizációs teljesítményt és az ammónia visszanyerését.

A lényeg egyszerű: a szén kéntartalma nem lehet az egyetlen tényező, amely meghatározza, hogy az ammónia-alapú deszulfurizáció megfelelő-e.

A mai erőművek számára a fontosabb kérdés az, hogy a meglévő FGD-rendszer továbbra is képes-e stabil környezeti teljesítményt nyújtani, miközben az üzemeltetési teljes költségét ellenőrzi a változó szabályozási, szén-dioxid- és tüzelőanyag-piaci körülmények mellett.

Ezért a kalcium-ammoniák átalakítás nemcsak a magas-kén-tartalmú szénalapú erőművek, hanem a közepes és alacsony kén-tartalmú szénnel üzemelő üzemeltetők figyelmét is felkelti.