Пълно ръководство за съвременната десулфуризация на флуидни газове: Технологии, тенденции и индустриални приложения

Нормативите за качеството на въздуха по света стават все по-строги през последното десетилетие, което принуждава електроцентралите, стоманодобивните заводи, производителите на цимент и химическите предприятия да модернизират системите си за почистване на димни газове. В центъра на тези изисквания за опазване на околната среда е десулфуризация на димни газове (FGD) — задължителният процес за премахване на сярния диоксид (SO₂) от промишлените отработени газове.

Докато индустриите преминават към по-зелени и по-ефективни операции, технологиите за FGD продължават да се развиват. От добре установения метод с варовик-гипс до по-новите амонячни подходи, всяко решение предлага различни предимства по отношение на ефективност, разходи, стабилност при експлоатация и възстановяване на странични продукти.

Тази статия предоставя изчерпателен преглед на технологиите за десулфуризиране, основните механизми, сферите на приложение и глобалните тенденции в индустрията – предназначена за инженери, мениджъри по доставки, EPC предприемачи и специалисти по околната среда, търсещи надеждни и актуални познания.

1. Защо десулфуризирането има значение

Сярният диоксид е основен замърсител, генериран от изгарянето на фосилни горива, металургични реакции и тежки индустриални процеси. Без подходяща обработка, емисиите на SO₂ допринасят за:

• Киселинен дъжд

• Формиране на смог

• Тежки респираторни здравни проблеми

• Киселинно замърсяване на почвата

• Повреди на оборудване, сгради и култури

Нормативните изисквания в Европа, Близкия изток, Югоизточна Азия и Китай сега често изискват емисиите на SO₂ да достигнат до 35 mg/Nm³ , което прави системите за десулфуризация задължителни за много предприятия.

Индустриалните клиенти също изпитват нарастващ натиск от международни купувачи, ESG инвеститори и ангажименти за неутралност по отношение на въглерода, всичко това превръща контрола на емисиите в стратегически приоритет – а не само в изискване за спазване на нормите.

2. Основни технологии, използвани при десулфуризацията на флуидния газ

Методите за десулфуризация могат условно да се разделят на влажни, полу-сухи и сухи процеси. Всеки от тях има свои собствени химически принципи, работни условия и подходящи индустрии.

2.1 Влажна десулфуризация с варовик–гипс (WFGD)

Това е най-широко прилаганият метод за десулфуризация в ТЕЦ с черно въглище и големи промишлени котли.

Принцип на процеса:

SO₂ в димните газове реагира със суспензия от варовик (CaCO₃), образувайки калциев сулфит, който по-нататък се окислява до гипс (CaSO₄·2H₂O).

Основни предимства:

• Висока и стабилна ефективност при премахване на SO₂ (95–99%)

• Зрела и надеждна технология

• Приложима за големи по мащаб инсталации

• Гипсовият страничен продукт може да се продава за използване в строителни материали

Ограничения:

• Високо потребление на вода

• По-голямо необходимо пространство

• Висока първоначална инвестиция

• Изнасяне и необходимост от поддръжка на тръбопроводите за суспензията

Въпреки недостатъците, технологията с варовик и гипс остава водеща в световен мащаб за електроцентрали и големи системи за горене поради своята стабилност и доказана ефективност.

2.2 Десулфуризация въз основата на амоняк (NH₃-FGD)

През последните години десулфуризацията с амоняк придобива все по-голям импулс, особено в химически заводи, стоманодобивни цехове, феросилициеви топилни, коксови установки и промишлени котли .

Принцип на процеса:

SO₂ реагира с амоняк и образува амониев сулфит/бисулфит, който след това се окислява за получаване на амониев сулфат – тор .

Предимства:

• Ефективност на отстраняване на SO₂ 97%

• Възприемане на NO₂ — едновременно десулфуриране и частично денитриране

• Нулево отделяне на замърсена вода

• Ценен страничен продукт — амониев сулфат

• Няма накипяване, по-проста експлоатация в сравнение с варовиковия гипс

Проблеми:

• Изисква стабилно доставяне на амоняк

• Контрол на изтичането на амоняк

• По-високи изисквания за безопасност и вентилация

За индустриите, търсещи както намаляване на емисиите, така и ресурсна ефективност, десулфурирането въз основа на амоняк все повече се превръща в предпочитан избор.

2.3 Полусуха десулфуризация (SDA) / Спрей сушилка абсорбер

Полусухите системи са чести в циментни заводи, обекти за преработка на отпадъци в енергия, малки енергийни блокове и биомасови котли .

Характеристики:

• Използва се хидратиран вар

• Изисква минимално количество вода

• Средна ефективност при премахване на SO₂ (70–90%)

• Ниска инвестиционна цена

• Проста експлоатация и ниско поддържане

Въпреки че полусухите системи не могат да достигнат изискваните ултра-ниски нива на емисии в някои страни, те остават икономически ефективно решение за по-малки или по-стари обекти.

2.4 Суха десулфуризация

Сухите процеси включват директно инжектиране на сухи абсорбенти в димните газове. Те обикновено се използват за:

• Малки промишлени пещи

• Стъкларски пещи

• Изпускателни потоци с ниско съдържание на SO₂

• Проекти за модернизация с ограничено пространство

Сухите системи са компактни и лесни за поддръжка, но тяхната ефективност и пълнотата на реакцията са по-ниски в сравнение с мокрите системи.

3. Как да изберем подходяща технология за десулфуризация

Изборът на подходяща система за отстраняване на серен двуокис (FGD) изисква оценка на няколко фактора:

3.1 Концентрация на SO₂ и скорост на потока димни газове

• Високо съдържание на SO₂ + голям поток → предпочитат се мокри системи (варовик или амоняк)

• Средно количество SO₂ → полу-сух

• Ниско количество SO₂ → сухо абсорбиране

3.3 Водни ресурси и местни регулации

• В зони с дефицит на вода (Близкия изток) предпочитат полу-сух метод

• За най-строгите стандарти се изисква амоняк или варовик-гипс

3.4 Използване на странични продукти

• Ако има купувачи на торове за дадена инсталация, десулфуризация на амоняк става по-икономично

• Пазарите на гипс се различават международно

3.5 Разглеждания за CAPEX и OPEX

Общата цена включва електроенергия, адсорбенти, поддръжка, персонал, разходни материали и обработка на гипс или сулфат амоний. Много клиенти сега поставят приоритет дългосрочните експлоатационни разходи пред първоначалните инвестиции .

4. Основни компоненти на ефективна система за десулфуризация

Съвременните единици за десулфуризация включват:

• Абсорбционна кула или скрубер

• Система за приготвяне на суспензия

• Оборудване за оксидиращ въздух

• Елиминатори за туман

• Циркуляционни помпи

• Системи за обработка на странични продукти (гипс, сулфат амоний)

• Системи за сушене и опаковане (за разтвори на база амоняк)

• Автоматизация и онлайн мониторинг

Високата надеждност на абсорбера, помпите и уловителите на мъгла директно определя производителността при премахване на SO₂.

5. Глобални тенденции в технологиите за десулфуризация

5.1 Преход към FGD с възстановяване на ресурси

Правителствата и клиентите все по-често изискват решения за кръгова икономика. Амонячните системи добре отговарят на тази тенденция, произвеждайки амониев сулфат в качеството на тор вместо отпадъчен гипс.

5.2 Все повече хибриди и интегрирани системи

FGD сега често се комбинира с:

• Деазотиране SCR/SNCR

• Отстраняване на прах

• Контрол на замърсяването от широколентови източници

• Обработка на VOC

Съвременните системи са оптимизирани за постигане на свръхниски емисии в един интегриран процес .

5.3 Дигитализация и умно управление

Наблюдението, задвижвано от изкуствен интелект, оптимизираната скорост на подаване на pH/амоняк и автоматизираното прогнозиране на натрупване на отлагания стават стандарт в напредналите централи.

5.4 Разширяване на пазарите в развиващи се страни

Страни в Близкия изток, Югоизточна Азия, Африка и Южна Америка бързо модернизират своите екологични стандарти. Търсенето расте особено силно в:

• Саудитска Арабия

• ОАЕ

• Индонезия

• Виетнам

• Индия

• Казахстан

За предприемачите (EPC) и доставчиците на оборудване тези региони представляват значителни пазарни възможности.

6. Приложни случаи: Където FGD оказва най-голямо въздействие

6.1 Топлоелектрически централи (ТЕЦ) на въглища

Все още най-голямата инсталационна база в световен мащаб, обикновено използваща варовик-гипсови или амонячни системи за постигане на съответствие с изискванията за ултра-ниски емисии.

6.2 Феросилициеви и металургични заводи

Димните газове често съдържат високо количество SO₂ и прах. Амонячното десулфуризиране, комбинирано с премахване на прах, е изключително ефективно.

6.3 Коксови и въглищнохимически индустрии

Среди, богати на амоняк, и променливи натоварвания с SO₂ правят амонячната FGD особено подходяща.

6.4 Циментови и заводи за преработка на отпадъци в енергия

Полусухи и сухи системи доминират поради ограничено пространство и по-ниска наличност на вода.

7. Бъдеща перспектива: Към горене без емисии

Докато индустриалният свят се движи към въглеродна неутралност, технологиите за десулфуризиране ще продължат да еволюират към:

• Нулеви отпадни води

• Ниско енергиен разход

• По-висока стойност на страничния продукт

• Пълния процес на цифров контрол

• Интеграция с улавяне на CO₂

ДГС остава една от най-важните средищни технологии за тежката промишленост и нейната роля ще се увеличава още повече, докато стандартите за качество на въздуха се засилват глобално.

Заключение

Десулфуризацията на флуидните газове вече не е само екологично изискване – тя е дългосрочна инвестиция в устойчива и конкурентна промишлена дейност. Дали една централа избира варовик-гипсова, амонячна, полу-суха или суха десулфуризация, зависи от изискванията за емисии, местните разпоредби, експлоатационните разходи и стойността на страничния продукт.

За компании, които се стремят към ултра-ниски емисии и икономически ползи, съвременните амонячни десулфуризационни системи и хибридни системи за контрол на множество замърсители представляват новото посока на индустрията.