حذف گوگرد بر پایه آمونیاک در حال تبدیل شدن به راه‌حلی مورد ترجیح برای نیروگاه‌های مدرن است

افزایش فشار بر نیروگاه‌ها جهت دستیابی به انتشار بسیار کم

در طول دهه گذشته، مقررات زیست‌محیطی حاکم بر انتشارات نیروگاه‌ها به‌طور قابل‌توجهی در بازارهای جهانی سخت‌گیرانه‌تر شده‌اند. نیروگاه‌های سوزاننده زغال‌سنگ، بویلرهای صنعتی و واحدهای تولید انرژی مستقل اکنون ملزم به رعایت محدودیت‌های فزاینده انتشار دی‌اکسید گوگرد (SO₂) هستند که اغلب زیر ۳۵ میلی‌گرم بر مترمکعب نرمال (mg/Nm³) و در برخی مناطق حتی پایین‌تر از این مقدار است.

در نتیجه، سیستم‌های دفع گوگرد از دودکش (FGD) از موارد اختیاری و تکمیلی زیست‌محیطی به اجزای اصلی طراحی نیروگاه‌های حرارتی و استراتژی‌های عملیات بلندمدت تبدیل شده‌اند. انتخاب فناوری دفع گوگرد امروزه دیگر صرفاً بر اساس الزامات انطباق نیست، بلکه عوامل دیگری نیز در آن نقش دارند از جمله پایداری عملیاتی، هزینه عمر مفید، بازده انرژی و مدیریت محصولات جانبی .

در میان مسیرهای فنی موجود، دفع گوگرد مبتنی بر آمونیاک دوباره مورد توجه قرار گرفته است، زیرا نیروگاه‌ها به دنبال راه‌حل‌هایی هستند که عملکرد زیست‌محیطی را با پایداری اقتصادی متعادل کنند.

ویژگی‌های دودکش نیروگاه‌ها و تأثیر آن‌ها بر انتخاب فناوری

دودکش نیروگاه‌ها ترکیبی منحصربه‌فرد از چالش‌ها را ارائه می‌دهد. حجم بالای گاز، شرایط بار متغیر، محتوای گوگرد متغیر در سوخت و نیاز به عملیات پیوسته و پایدار، همه این‌ها الزامات بسیار بالایی را بر سیستم‌های دفع گوگرد تحمیل می‌کنند.

ویژگی‌های معمول دودکش نیروگاه‌های سوزاننده زغال‌سنگ:

• دبی بالا و عملیات پیوسته

• غلظت‌های دی‌اکسید سولفور که با کیفیت سوخت و بار تغییر می‌کنند

• ذرات ریز معلق و اجزای اسیدی

• اتصال تنگ و نزدیک با تجهیزات پایین‌دستی مانند سیستم‌های الکترواستاتیک (ESP)، سیستم‌های کاهش کاتالیستی انتخابی (SCR) و دودکش‌ها

در این شرایط، سیستم‌های حذف گوگرد باید عملکردی ارائه دهند با بازده بالا و بدون ایجاد ریسک‌های عملیاتی ، مصرف انرژی بیش از حد یا آلودگی ثانویه.

سیستم‌های سنتی جذب گاز دفع گوگرد بر پایه سنگ آهک-گچ به‌دلیل بلوغ و عملکرد اثبات‌شده‌اش مدت‌هاست که سهم عمده‌ای از بازار را در اختیار دارد. با این حال، محدودیت‌های این فناوری—مانند مصرف بالای انرژی کمکی، اشغال فضای زیاد سیستم، خطر تشکیل رسوب و فشار ناشی از دفع گچ—منجر به بازنگری بسیاری از بهره‌برداران در مورد فناوری‌های جایگزین شده است، به‌ویژه در پروژه‌های ارتقاء (Retrofit) یا نیروگاه‌هایی که به‌دنبال بهینه‌سازی هزینه‌های بلندمدت هستند.

اصول اساسی دفع گوگرد مبتنی بر آمونیاک

حذف گوگرد با استفاده از آمونیاک، از آمونیاک یا آب آمونیاک به‌عنوان جاذب برای واکنش با دی‌اکسید گوگرد موجود در گازهای خروجی استفاده می‌کند. به‌دلیل واکنش‌پذیری شیمیایی بالای آمونیاک، فرآیند جذب به‌سرعت انجام می‌شود، حتی در نسبت‌های پایین مایع به گاز.

واکنش اصلی، دی‌اکسید گوگرد را به سولفات آمونیوم تبدیل می‌کند؛ ترکیبی پایدار و ارزشمند تجاری که به‌طور گسترده‌ای به‌عنوان کود مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخلاف سیستم‌های مبتنی بر کلسیم، این فرآیند مقدار زیادی پسماند جامد تولید نمی‌کند که نیاز به دفع یا ذخیره‌سازی بلندمدت داشته باشد.

از دیدگاه شیمیایی و فرآیندی، حذف گوگرد مبتنی بر آمونیاک مزایای زیر را ارائه می‌دهد:

• سرعت بالای سینتیک واکنش

• بازده بالای حذف SO₂

• تمایل بسیار کم به تشکیل رسوب

• مسیرهای واکنشی تمیز در فاز مایع

این ویژگی‌ها آن را به‌ویژه مناسب نیروگاه‌های بزرگ با ظرفیت بالا که تحت محدودیت‌های سخت‌گیرانه‌ی انتشار کار می‌کنند، می‌سازد.

بازده بالای حذف گوگرد در شرایط عملیاتی متغیر

یکی از جذاب‌ترین مزایای حذف گوگرد مبتنی بر آمونیاک، توانایی آن در حفظ کارایی پایدار حذف در محدوده وسیعی از بارهای عملیاتی . در سیستم‌های قدرت مدرن، نوسانات مکرر بار ناشی از ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر، فشار اضافی را بر تجهیزات کنترل محیطی وارد می‌کند.

سیستم‌های دفع گازهای آلاینده مبتنی بر آمونیاک قادر به دستیابی پایدار به کارایی حذف SO₂ در بازه ۹۵ تا ۹۹ درصد هستند، حتی در طول تغییرات سریع بار. این پایداری برای نیروگاه‌هایی که تحت نظام‌های نظارت بلادرنگ بر انتشارات فعالیت می‌کنند، ضروری است؛ زیرا تجاوزهای کوتاه‌مدت می‌تواند منجر به جریمه یا کاهش اجباری بار شود.

کنترل دقیق دوز دهی آمونیاک به اپراتورها اجازه می‌دهد تا به‌سرعت در برابر تغییرات غلظت سولفور ورودی واکنش نشان دهند و از این‌رو انطباق با مقررات را بدون مصرف افزایش‌یافته ماده مورد نیاز تضمین کنند.

مزایای مصرف انرژی و توان کمکی

مصرف توان کمکی به‌عنوان یک عامل ارزیابی حیاتی در سیستم‌های زیست‌محیطی نیروگاه‌ها تبدیل شده است. پمپ‌ها، فن‌ها و سیستم‌های گردش گِل می‌توانند تأثیر قابل‌توجهی بر بازده خالص نیروگاه داشته باشند، به‌ویژه در واحدهای بزرگ.

در مقایسه با سیستم‌های حذف گازهای اسیدی مبتنی بر سنگ آهک، سیستم‌های مبتنی بر آمونیاک معمولاً با موارد زیر کار می‌کنند:

• نرخ‌های پایین‌تر گردش مایع

• کاهش افت فشار در جاذب

• پمپ‌های گردش کوچک‌تر

• طراحی بهینه‌شده پاشش و تماس گاز-مایع

این عوامل منجر به مصرف الکتریسیته کمتر برای تجهیزات کمکی می‌شوند که در نتیجه صرفه‌جویی قابل‌اندازه‌گیری در انرژی در بلندمدت حاصل می‌شود. در طول عمر عملیاتی یک نیروگاه برق، کاهش توان کمکی به‌طور مستقیم منجر به بهبود بازده خالص و کاهش هزینه‌های بهره‌برداری می‌شود.

برای نیروگاه‌هایی که در بازارهای رقابتی برق یا مکانیزم‌های پرداخت مبتنی بر ظرفیت فعالیت می‌کنند، این مزیت می‌تواند تأثیر معناداری بر سودآوری کلی داشته باشد.

استفاده از محصولات جانبی و مزایای اقتصاد چرخشی

تفاوت کلیدی بین فرآیندهای دی‌سولفوریزاسیون مبتنی بر آمونیاک و فرآیندهای متعارف مبتنی بر کلسیم، در مدیریت محصولات جانبی قرار دارد.

در حالی که سیستم‌های دی‌سولفوریزاسیون گاز دود (FGD) مبتنی بر سنگ آهک-گچ، گچ تولید می‌کنند که ممکن است با اشباع بازار یا چالش‌های دفع مواجه شود، فرآیند دی‌سولفوریزاسیون مبتنی بر آمونیاک دی‌اکسید گوگرد را به سولفات آمونیوم تبدیل می‌کند، که یک کود کشاورزی شناخته‌شده و گسترده است.

این تبدیل آلاینده‌ها به محصولات قابل استفاده، اصول اقتصاد دایره‌ای را پشتیبانی می‌کند و فرصت‌هایی را برای:

• ایجاد جریان‌های درآمدی اضافی

• کاهش هزینه‌های دفع ضایعات

• بهبود عملکرد مالی پروژه‌ها

در مناطقی که بازارهای رسوخ‌یافته‌ای برای کودها وجود دارد، استفاده از محصول جانبی سولفات آمونیوم می‌تواند بخش قابل توجهی از هزینه‌های عملیاتی دی‌سولفوریزاسیون را جبران کند و انطباق زیست‌محیطی را به فرآیندی بخشی از خودپایدار تبدیل نماید.

رفع نگرانی‌های تاریخی: نشت آمونیاک و تشکیل ائروسل

در طول تاریخ، فرآیند حذف گوگرد بر پایه آمونیاک با انتقاد و تردید روبه‌رو بود، زیرا نگرانی‌هایی درباره نشت آمونیاک و تشکیل ائروسل‌های سولفات وجود داشت که می‌توانست منجر به ایجاد بخارهای قابل مشاهده یا آلودگی ثانویه شود.

فناوری‌های مدرن حذف گوگرد بر پایه آمونیاک این مسائل را از ریشه از طریق موارد زیر حل کرده‌اند:

• طراحی جداسازی چندمرحله‌ای گاز–مایع

• سیستم‌های پیشرفته حذف غبار (مه)

• تزریق دقیق آمونیاک و کنترل بازخوردی

• ساختارهای داخلی جاذب بهینه‌شده

در نتیجه، سیستم‌های امروزی قادرند سطح نشت آمونیاک را به‌طور قابل‌توجهی پایین‌تر از حد مجاز تنظیم‌شده توسط مقررات نگه دارند و اغلب به سطوحی نزدیک به صفر انتشار برسند. حذف پدیده «بخار سفید» مرتبط با ائروسل‌ها نیز پذیرش عمومی و عملکرد زیست‌محیطی سیستم‌ها را به‌طور چشمگیری بهبود بخشیده است.

این پیشرفت‌ها فرآیند حذف گوگرد بر پایه آمونیاک را دوباره به‌عنوان یک فناوری پاک و قابل‌اطمینان تعریف کرده‌اند، نه به‌عنوان یک گزینه تخصصی یا پرریسک.

ادغام با سیستم‌های کاهش نیترات و تصفیه کلی گازهای خروجی

در نیروگاه‌های مدرن، فرآیند حذف گوگرد به‌صورت جداگانه انجام نمی‌شود. ادغام مؤثر با سیستم‌های کنترل ذرات و واحدهای کاهش نیترات برای دستیابی به اهداف انتشار فوق‌العاده پایین ضروری است.

سیستم‌های حذف گوگرد مبتنی بر آمونیاک شرایط مساعدی را برای فرآیندهای بعدی SCR یا SNCR فراهم می‌کنند، از جمله:

• ثبات‌بخشی به دمای گازهای خروجی و رطوبت آن‌ها

• کاهش نوسانات گازهای اسیدی

• امکان مدیریت بهینه آمونیاک در سراسر سیستم‌ها

در طراحی‌های سیستم‌های ادغام‌شده، استراتژی‌های هماهنگ‌شده کنترل آمونیاک می‌توانند مصرف کلی مواد مورد نیاز را کاهش داده و بازده کلی نیروگاه را بهبود بخشند، به‌ویژه در پروژه‌های بازسازی برای دستیابی به انتشار فوق‌العاده پایین.

مناسب بودن برای پروژه‌های ساخت جدید و بازسازی

حذف گوگرد مبتنی بر آمونیاک قابل اعمال برای هر دو نوع پروژه — ساخت نیروگاه‌های جدید و بازسازی واحدهای موجود — است. چیدمان فشرده و پیکربندی انعطاف‌پذیر این سیستم، آن را به‌ویژه جذاب می‌کند برای مکان‌هایی که فضای محدود یا محدودیت‌های سازه‌ای دارند.

برای پروژه‌های ارتقای به‌روز، مزایا عبارتند از:

• کاهش نیاز به اصلاحات ساختمانی

• زمان‌بندی نصب کوتاه‌تر

• آشفتگی حداقلی در عملیات جاری

این عوامل به‌ویژه برای نیروگاه‌های قدیمی که در تلاش‌اند عمر عملیاتی خود را افزایش داده و همزمان با استانداردهای زیست‌محیطی به‌روزشده انطباق یابند، اهمیت فراوانی دارند.

قابلیت اطمینان بلندمدت و ملاحظات هزینه‌ی چرخه‌ی عمر

فراتر از سرمایه‌گذاری اولیه، اپراتورهای نیروگاه‌ها فناوری‌ها را به‌طور فزاینده‌ای بر اساس هزینه‌ی کل مالکیت (TCO) ارزیابی می‌کنند. سیستم‌های دوسوزی مبتنی بر آمونیاک از این منظر عملکرد قوی‌ای از خود نشان می‌دهند، زیرا:

• نیازمندی‌های نگهداری کمتر

• خطرات رسوب‌گذاری و گرفتگی کاهش یافته‌اند

• عملکرد پایدار در طولانی‌مدت

• مصرف ماده‌ی واکنش‌دهنده قابل پیش‌بینی

در دوره‌های عملیاتی چند دهه‌ای، این عوامل منجر به افزایش در دسترس‌پذیری سیستم و کاهش هزینه‌های عملیاتی تجمعی می‌شوند و از امکان‌پذیری اقتصادی راه‌حل‌های مبتنی بر آمونیاک حمایت می‌کنند.

یک انتخاب استراتژیک برای نیروگاه‌های برق‌آور با نگرشی آینده‌نگر

با توجه به اینکه نیروگاه‌ها با چالش دوگانه‌ی انطباق زیست‌محیطی و پایداری اقتصادی روبه‌رو هستند، دفع گوگرد مبتنی بر آمونیاک ترکیبی جذاب از بهره‌وری بالا، صرفه‌جویی در انرژی، استفاده از محصولات جانبی و قابلیت اطمینان عملیاتی .

با پیشرفت‌های فناورانه که معایب تاریخی این روش را از بین برده‌اند، سیستم‌های دفع گازهای آلاینده (FGD) مبتنی بر آمونیاک به راه‌حلی بالغ و اثبات‌شده تبدیل شده‌اند که قادر است اهداف انتشار فوق‌العاده پایین را بدون تأثیر منفی بر عملکرد نیروگاه پشتیبانی کند.

برای اپراتوران نیروگاه‌های برق‌آور که رویکردی پیش‌بینانه در کنترل انتشارات دنبال می‌کنند، دفع گوگرد مبتنی بر آمونیاک نه‌تنها ابزاری برای انطباق با مقررات بلکه سرمایه‌گذاری استراتژیکی در تاب‌آوری عملیاتی بلندمدت محسوب می‌شود.