Tại sao công nghệ khử lưu huỳnh bằng amoniac cũng phù hợp với than thấp lưu huỳnh

Trong một thời gian dài, người ta đã giả định một cách đơn giản trong quá trình khử lưu huỳnh tại các nhà máy điện: than có hàm lượng lưu huỳnh cao đòi hỏi công nghệ dựa trên amoniac, trong khi than có hàm lượng lưu huỳnh thấp có thể được xử lý một cách kinh tế bằng công nghệ khử lưu huỳnh dựa trên canxi.

Giả định đó ngày càng khó biện minh hơn.

Với các yêu cầu về phát thải ngày càng nghiêm ngặt, quản lý chất thải rắn khắt khe hơn và sự quan tâm ngày càng gia tăng đối với chi phí carbon, các nhà máy điện không chỉ xem xét liệu hệ thống hiện có của họ có đáp ứng được giới hạn phát thải hiện hành hay không. Họ còn đặt câu hỏi liệu hệ thống đó có duy trì được tính bền vững về mặt kinh tế và vận hành trong những năm tới hay không.

Đây chính là lúc công nghệ khử lưu huỳnh bằng amoniac xứng đáng được xem xét kỹ lưỡng hơn.

Tại sao Công nghệ Khử Lưu Huỳnh Bằng Amoniac Có Thể Xử Lý Nhiều Loại Than Khác Nhau?

Tính thích ứng của công nghệ khử lưu huỳnh bằng amoniac chủ yếu bắt nguồn từ cơ chế phản ứng của nó.

Quá trình khử lưu huỳnh bằng canxi truyền thống bao gồm các phản ứng giữa pha khí – pha rắn – pha lỏng. Tốc độ hòa tan của đá vôi và hiệu quả truyền khối có thể ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình phản ứng. Khi nồng độ dioxide lưu huỳnh tăng lên, hệ thống có thể yêu cầu tốc độ tuần hoàn bùn cao hơn và điều kiện vận hành khắt khe hơn.

So sánh với phương pháp trên, quá trình khử lưu huỳnh bằng amoniac chủ yếu là phản ứng giữa pha khí – pha lỏng. Dioxit lưu huỳnh dễ dàng hòa tan và phản ứng nhanh với amoniac, cho phép quá trình hấp thụ diễn ra hiệu quả mà không gặp những hạn chế về tốc độ phản ứng như ở các hệ thống dựa trên đá vôi.

Điều này khiến công nghệ dựa trên amoniac phù hợp với nhiều loại than khác nhau.

Trong thực tiễn ứng dụng, các hệ thống khử lưu huỳnh tiên tiến sử dụng amoniac có thể đạt hiệu suất khử lưu huỳnh trên 95% khi xử lý than có hàm lượng lưu huỳnh thấp, trung bình và cao. Tỷ lệ thu hồi amoniac đạt 97% trở lên cũng góp phần duy trì hiệu quả kinh tế của hệ thống.

Đối với các nhà máy mà chất lượng than thay đổi theo thời gian, tính linh hoạt này có thể đặc biệt có giá trị. Nhà máy không cần thiết kế lại chiến lược khử lưu huỳnh cơ bản mỗi khi hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu thay đổi.

Than thấp lưu huỳnh vẫn yêu cầu phép tính chi phí toàn bộ

Một lập luận phổ biến khá rõ ràng: nếu than thấp lưu huỳnh đã tạo ra lượng phát thải SO₂ tương đối thấp và hệ thống dựa trên canxi có thể đáp ứng các giới hạn áp dụng, thì tại sao phải thay đổi quy trình?

Câu trả lời nằm ở tổng chi phí vận hành chứ không chỉ riêng nồng độ lưu huỳnh.

1. Việc xử lý thạch cao vẫn là một khoản chi phí vận hành

Quá trình khử lưu huỳnh dựa trên canxi tạo ra thạch cao như một sản phẩm phụ. Một nhà máy sử dụng than thấp lưu huỳnh có thể sản xuất ít thạch cao hơn so với nhà máy sử dụng than cao lưu huỳnh, nhưng các yêu cầu liên quan đến xử lý, lưu trữ, vận chuyển và loại bỏ thạch cao vẫn tồn tại.

Khi các yêu cầu quản lý chất thải rắn ngày càng nghiêm ngặt hơn, những chi phí này cần được đưa vào bất kỳ đánh giá dài hạn nào đối với hệ thống khử lưu huỳnh khí thải.

2. Chi phí carbon không chỉ phụ thuộc vào loại than

Một yếu tố khác cần xem xét là tác động carbon liên quan đến quá trình khử lưu huỳnh dựa trên canxi.

Theo tỷ lệ hóa học được mô tả cho quy trình này, việc hấp thụ một tấn SO₂ sẽ giải phóng khoảng 0,75 tấn CO₂. Mối quan hệ này gắn với chính phản ứng hóa học chứ không phụ thuộc vào việc nhà máy đốt than có hàm lượng lưu huỳnh cao hay thấp.

Khi thị trường carbon phát triển, hệ quả kinh tế từ những lượng phát thải này ngày càng trở nên quan trọng đối với các nhà vận hành nhà máy điện.

3. Kinh tế sản phẩm phụ có thể làm thay đổi phương trình

Kinh tế của một hệ thống khử lưu huỳnh cũng cần tính đến số phận của các sản phẩm phụ do hệ thống tạo ra.

Với các hệ thống dựa trên canxi, thạch cao thường là vật liệu cần được quản lý. Với khử lưu huỳnh bằng amoniac, lưu huỳnh có thể được thu hồi dưới dạng amoni sulfat.

Ngay cả khi một nhà máy điện than có hàm lượng lưu huỳnh thấp sản xuất một lượng nhỏ amoni sulfat, phụ phẩm này vẫn có giá trị thương mại tiềm năng. Điều này làm thay đổi cách đánh giá hiệu quả kinh tế vận hành của hệ thống.

Chất lượng than ngày càng trở nên khó dự đoán hơn

Việc mua nhiên liệu là một lý do khác khiến khả năng thích ứng với các loại than trở nên quan trọng.

Nhiều nhà máy điện không thể đảm bảo sử dụng duy nhất một loại than có chất lượng ổn định trong suốt vòng đời vận hành của cơ sở. Các điều kiện thị trường, khả năng cung ứng và chi phí nhiên liệu có thể dẫn đến việc sử dụng các loại than khác nhau hoặc hỗn hợp nhiên liệu.

Do đó, hệ thống khử lưu huỳnh cần có khả năng thích ứng với những thay đổi về nồng độ SO₂ đầu vào mà không làm ảnh hưởng đến tính ổn định trong vận hành.

Đây là một lĩnh vực mà công nghệ khử lưu huỳnh bằng amoniac có thể mang lại tính linh hoạt trong vận hành.

Do có động học phản ứng nhanh, công nghệ dựa trên amoniac có thể đáp ứng hiệu quả trước các biến đổi về nồng độ dioxide lưu huỳnh.

Theo nghĩa này, việc chuyển đổi từ canxi sang amoniac không chỉ đơn thuần là nâng cấp quy trình. Nó còn giúp nhà máy điện linh hoạt hơn trong việc mua nhiên liệu trong tương lai.

Liệu khử lưu huỳnh bằng amoniac thực sự đã vượt qua rào cản loại than?

Quan niệm cho rằng xử lý khí thải bằng amoniac chỉ phù hợp với than giàu lưu huỳnh giờ đây không còn phản ánh đầy đủ phạm vi ứng dụng của công nghệ này.

Khử lưu huỳnh bằng amoniac đã được áp dụng trong nhiều điều kiện than và vận hành khác nhau, bao gồm cả các nhà máy sử dụng nhiên liệu tương đối giàu lưu huỳnh cũng như các cơ sở chủ yếu vận hành bằng than ít lưu huỳnh.

Do đó, đối với một nhà máy điện đã đi vào hoạt động, quyết định áp dụng hệ thống FGD dựa trên amoniac không nên chỉ dựa vào hàm lượng lưu huỳnh.

Một đánh giá toàn diện hơn nên xem xét:

• Nồng độ SO₂ và biến động dự kiến của nó

• Hiệu suất hiện tại của hệ thống FGD

• Yêu cầu về sản xuất và xử lý thạch cao

• Yêu cầu xử lý nước thải

• Chi phí vận hành liên quan đến carbon

• Lượng amoniac tiêu thụ và khả năng thu hồi

• Tận dụng phụ phẩm

• Tính linh hoạt trong việc mua nhiên liệu trong tương lai

• Tuân thủ các quy định môi trường dài hạn

Chuyển đổi từ canxi sang amoniac: Hơn cả một nâng cấp khử lưu huỳnh

Đối với các nhà máy hiện đang vận hành hệ thống khử lưu huỳnh dựa trên canxi, việc chuyển sang công nghệ dựa trên amoniac có thể được đánh giá như một dự án tối ưu hóa tổng thể thay vì chỉ đơn thuần thay thế một chất hấp thụ bằng chất khác.

Mục tiêu không chỉ là đạt được hiệu suất loại bỏ dioxide lưu huỳnh yêu cầu. Mục tiêu còn nhằm cải thiện sự cân bằng tổng thể giữa hiệu suất môi trường, chi phí vận hành, quản lý sản phẩm phụ và khả năng linh hoạt về nhiên liệu trong tương lai.

MingSheng Environmental Protection dựa trên nhiều thập kỷ kinh nghiệm kỹ thuật hóa chất và bảy thế hệ phát triển công nghệ xử lý khí thải bằng amoniac. Công nghệ này đã được áp dụng trong nhiều điều kiện khác nhau về chất lượng than, hỗ trợ duy trì hiệu suất khử lưu huỳnh ổn định và thu hồi amoniac.

Điểm mấu chốt rất đơn giản: hàm lượng lưu huỳnh trong than không nên là yếu tố duy nhất để xác định liệu công nghệ khử lưu huỳnh bằng amoniac có phù hợp hay không.

Đối với các nhà máy điện hiện nay, câu hỏi quan trọng hơn là liệu hệ thống FGD hiện hữu có tiếp tục đảm bảo hiệu suất môi trường ổn định đồng thời kiểm soát tổng chi phí vận hành dưới các điều kiện đang thay đổi về quy định, carbon và thị trường nhiên liệu hay không.

Đó là lý do tại sao quá trình chuyển đổi canxi thành amoniac đang thu hút sự chú ý không chỉ từ các nhà máy điện than có hàm lượng lưu huỳnh cao, mà còn từ các đơn vị vận hành sử dụng than có hàm lượng lưu huỳnh trung bình và thấp.