تقنيات إزالة الكبريت وإزالة النيترة من غازات العادم لأنظمة الغلايات في محطات توليد الطاقة

بالنسبة لمحطات توليد الطاقة الجديدة التي تعمل بالفحم، تتوفر تقنيات متعددة لإزالة كبريت الغازات المنبعثة (FGD) وإزالة نزع النتروجين (DeNOx) متاحة. وتختلف كل خيار من حيث مبادئ التفاعل، والكفاءة، وحجم الاستثمار، والاستقرار التشغيلي، واستغلال المنتجات الثانوية. ويُعد اختيار التوليفة المناسبة أمراً ضرورياً لتحقيق انبعاثات منخفضة للغاية مع الحفاظ على تكاليف تشغيل معقولة.

أدناه نظرة عامة على أكثر التقنيات استخداماً، إلى جانب التطبيقات الصناعية العملية.

تقنيات إزالة الكبريت

1. تقنية إزالة الكبريت الرطبة باستخدام الحجر الجيري–الجبس (WFGD)

تُعد عملية الحجر الجيري–الجبس حاليًا أكثر تقنيات إزالة كبريت الغازات الرطبة (FGD) انتشارًا على مستوى العالم. يتم طحن الحجر الجيري جيدًا وخلطه مع الماء لتكوين معلق، ثم رشه داخل برج الامتصاص. ويتفاعل ثاني أكسيد الكبريت الموجود في غازات العادم مع هذا المعلق ليشكل سلفيت الكالسيوم، الذي يتأكسد لاحقًا إلى بلورات الجبس.

الميزات الرئيسية:

كفاءة إزالة الكبريت أعلى من 95%

تقنية ناضجة وموثوقة ومناسبة للوحدات الكبيرة للطاقة

يمكن إعادة استخدام المنتج الثانوي الجبس في مواد البناء

تعقيد نظامي عالٍ، مع تكلفة استثمارية وتشغيلية أعلى مقارنة بالبدائل الجافة

من الأمثلة النموذجية مشروع إزالة الكبريت والتحفيز على إزالة النيتروجين الذي نفذته MirShine البيئة لمحطة توليد الطاقة التابعة لمجموعة شنشي للمواد الفحمية في تشانغآن-ييانغ. وتبلغ قدرتها التثبيتية الإجمالية 3.86 غيغاواط، وهي أكبر محطة طاقة تعمل بالفحم في مقاطعة هونان.

2. إزالة الكبريت باستخدام الأمونيا

تستخدم طريقة الأمونيا الأمونيا المائية كمادّة ماصة. يتفاعل ثاني أكسيد الكبريت مع الأمونيا لتكوين كبريتات الأمونيوم وبيكربونات الأمونيوم، والتي تُؤكسد وتُعالج لاحقًا لإنتاج اسمدة سلفات الأمونيوم .

المميزات:

إزالة الكبريت تصل الكفاءة إلى 95–99%

سرعة تفاعل كيميائي عالية

المنتج الثانوي كبريتات الأمونيوم له قيمة اقتصادية عالية

لا توجد مياه صرف ثانوية أو نفايات صلبة

التحديات:

حساسية أعلى لتآكل المعدات

تكاليف تشغيلية أعلى

تتطلب إمدادًا مستقرًا من الأمونيا وقنوات استهلاك للأسمدة في المراحل اللاحقة

طورت شركة MirShine Environmental تقنية عملية تنقية غازات المداخن القائمة على الأمونيا بنظام الفصل المتدرج المتقدمة ، مما يحل مشكلات صناعية قديمة مثل تكوين الهباء الجوي وتسرب الأمونيا. تدمج هذه التكنولوجيا عمليتي إزالة الكبريت وإزالة الغبار مع تقليل كبير في استهلاك الطاقة. وقد تم تطبيقها عبر قطاعات متعددة، مما يحقق فوائد بيئية واقتصادية ملحوظة.

تقنيات إزالة النيتروجين

1. التخفيض الانتقائي بالعوامل المساعدة (SCR)

يُعد SCR أكثر تقنيات إزالة أكاسيد النيتروجين نضجًا وفعالية في المراجل الصناعية. يتم حقن الأمونيا في غاز المداخن عند درجة حرارة 280–420°م بوجود عامل مساعد، لتحويل NOₓ إلى نيتروجين وماء.

النقاط البارزة:

كفاءة إزالة NOₓ تصل إلى 80–90%

أداء مثبت في محطات توليد الكهرباء الكبيرة

تشغيل مستقر على المدى الطويل

الاعتبارات:

تكلفة العامل المساعد مرتفعة

يجب إدارة تسمم العامل المساعد وانعدام فعاليته

متطلبات صيانة أعلى

يُعد SCR عادةً الخيار القياسي للمنشآت التي تهدف إلى انبعاثات منخفضة جدًا من أكاسيد النيتروجين (NOₓ).

2. اختزال انتقائي غير محفز (SNCR)

يقوم SNCR بحقن الأمونيا أو اليوريا مباشرة في منطقة درجة حرارة الفرن البالغة بين 850 و1100°م. ويتحلل المُعدِّن إلى NH₃، الذي يتفاعل مع NOₓ.

المميزات:

تكوين بسيط وتكلفة استثمار منخفضة

لا يتطلب وجود عامل حفاز

قيود:

كفاءة إزالة أقل ( 30–60%)

نافذة درجة حرارة ضيقة للغاية

تسرب أمونيا أعلى

أنسب للوحدات الصغيرة أو المناطق ذات المتطلبات المعتدلة للانبعاثات

3. عملية هجينة تجمع بين SNCR + SCR

في هذا النهج المدمج، تقوم SNCR بإزالة جزء من أكاسيد النيتروجين (NOₓ) في الفرن. ويتم معالجة أكاسيد النيتروجين المتبقية في مفاعل SCR لاحقٍ. كما يمكن استخدام البخار الأمونياكي المتسرب من نظام SNCR بواسطة وحدة SCR.

الفوائد:

كفاءة عالية إجمالية في إزالة أكاسيد النيتروجين

تقليل حجم العامل الحفاز واستثمار أقل في نظام SCR

مناسب جدًا للمصانع التي تهدف إلى الامتثال لمعايير أكاسيد النيتروجين بتكلفة مُحسّنة

ابتكار صناعي: تقنية MirShine Environmental المتقدمة للإزالة بالكبريت باستخدام الأمونيا

قامت شركة MirShine Environmental بتطوير تقنيتها لاستخلاص الكبريت القائمة على الأمونيا عبر سبعة أجيال من الترقيات. وتشمل الإنجازات الرئيسية ما يلي:

تسرب أمونيا شبه معدوم

Ứcام كامل لتكوين الهباء الجوي

دمج عمليتي إزالة الكبريت باستخدام الأمونيا وإزالة الغبار

إنتاج مشترك من أسمدة مركبات كبريتات الأمونيوم العضوية

لا يمكّن الحل فقط من تحقيق انبعاثات منخفضة للغاية، بل يوفر أيضًا مصادر إيرادات إضافية لمشغلي المحطات. وقد حققت العديد من الشركات التي اعتمدت هذه التكنولوجيا الامتثال البيئي ومكاسب اقتصادية غير متوقعة في آنٍ واحد.

الاستنتاج

تملك محطات توليد الطاقة اليوم مجموعة واسعة من تقنيات إزالة الكبريت (FGD) وإزالة أكاسيد النيتروجين (DeNOx) للاختيار من بينها، وتقدم كل تقنية نقاط قوة مختلفة حسب حجم الوحدة وجودة الفحم ومتطلبات الانبعاثات والقيود المتعلقة بالتكلفة. وتظل تقنية كربونات الكلسيوم الرطبة–الجبس هي الطريقة السائدة لإزالة الكبريت، في حين تكتسب التقنيات القائمة على الأمونيا زخمًا بفضل كفاءتها العالية ومنتجاتها الثانوية القيّمة. وفيما يتعلق بإزالة أكاسيد النيتروجين، لا تزال تقنية SCR هي المعيار المستخدم في التطبيقات عالية الأداء.

مع الاستمرار في الابتكار — مثل تقنية إزالة الكبريت بالطريقة القائمة على الأمونيا التي طوّرتها شركة شاندونغ مينغشينغ للبيئة — يمكن لمحطات توليد الطاقة تحقيق انبعاثات منخفضة للغاية مع تحسين الأداء الاقتصادي على المدى الطويل.