Ammoniakkipohjainen rikkidioksidin poisto on muodostumassa suositutuksi ratkaisuksi modernien voimalaitosten käytössä

Kasvava paine voimalaitoksille saavuttaa erittäin alhaiset päästöt

Viime vuosikymmenen aikana ympäristövaatimukset voimalaitosten päästöistä ovat tiukentuneet merkittävästi kaikkialla maailmassa. Hiilivoimalaitokset, teollisuuskuivurit ja omakotivoimalaitokset joutuvat nyt noudattamaan yhä tiukempia rikkidioksidipäästörajoja, jotka ovat usein alle 35 mg/Nm³ ja joissakin alueissa jopa alhaisemmat.

Tämän seurauksena savukaasun rikkidioksidin poistojärjestelmät (FGD-järjestelmät) ovat siirtyneet vaihtoehtoisista ympäristölisäosista voimalaitosten suunnittelun ja pitkän aikavälin toimintastrategioiden keskeisiksi komponenteiksi. Rikkidioksidin poistoteknologian valinta ei nykyään perustu enää pelkästään vaatimusten täyttämiseen, vaan myös toiminnalliseen vakausaan, elinkaaren kokonaiskustannuksiin, energiatehokkuuteen ja sivutuotteiden käsittelyyn .

Saatavilla olevien teknisten ratkaisutapojen joukossa ammoniakkia sisältävä tuulituho on saanut uudelleen huomiota, kun voimalaitokset etsivät ratkaisuja, jotka tasapainottavat ympäristösuoritusta ja taloudellista kestävyyttä.

Savukaasun ominaisuudet voimalaitoksissa ja niiden vaikutus teknologian valintaan

Voimalaitosten savukaasu aiheuttaa ainutlaatuisen haastekokonaisuuden. Suuret kaasumäärät, vaihtelevat kuormitustilanteet, polttoaineen rikkipitoisuuden vaihtelu sekä jatkuvan, vakauden vaativa toiminta asettavat korkeat vaatimukset rikkidioksidin poistojärjestelmille.

Tyypillisen hiilipohjaisen voimalaitoksen savukaasun ominaispiirteet:

• Korkeat virtausnopeudet ja jatkuva toiminta

• SO₂-pitoisuudet, jotka vaihtelevat polttoaineen laadun ja kuorman mukaan

• Hiukkasmainen hienojakoinen aine ja happamia komponentteja

• Tiukka yhteensopivuus alapuolella olevien laitteiden, kuten sähköstaattisten poistimien (ESP), selektiivisten katalyyttisten pelkistysjärjestelmien (SCR) ja savupiippujen, kanssa

Näissä olosuhteissa rikkidioksidin poistojärjestelmien on varmistettava korkea tehotaso ilman toiminnallisista riskeistä , liiallista energiankulutusta tai toissijaista saastumista.

Perinteinen kalkkikivi-gipsi-perustainen rikkidioksidin poisto (FGD) on pitkään hallinnut markkinoita sen kypsyyden ja todennetun suorituskyvyn vuoksi. Sen rajoitukset – kuten korkea apuvoiman kulutus, suuri järjestelmän vaatima pinta-ala, kalkkisaostumien muodostumisvaarat ja gipsin hävityksen aiheuttama paine – ovat kuitenkin johtaneet monia käyttäjiä uudelleenarvioimaan vaihtoehtoisia teknologioita, erityisesti jälkiasennusprojekteissa tai tehtaissa, jotka pyrkivät pitkäaikaiseen kustannustehokkuuden parantamiseen.

Ammiakkipohjaisten rikkidioksidin poistojärjestelmien perusteet

Ammoniakkipohjainen rikkidioksidin poisto käyttää ammoniakkia tai ammoniakkivettä absorbointiaineena reagoimaan savukaasujen rikkidioksidin kanssa. Ammoniakin korkean kemiallisen reaktiivisuuden vuoksi absorptioprosessi etenee nopeasti, jopa suhteellisen alhaisilla nesteen ja kaasun suhteilla.

Ydinreaktio muuttaa rikkidioksidin ammoniumsulfaatiksi, joka on vakaa ja kaupallisesti arvokas yhdiste, jota käytetään laajalti lannoitteena. Kalsiumperusteisten järjestelmien tapaan tämä prosessi ei tuota suuria määriä kiinteitä jätteitä, jotka vaatisivat hävitystä tai pitkäaikaista varastointia.

Kemiallisesta ja prosessiteknisestä näkökulmasta ammoniakkipohjainen rikkidioksidin poisto tarjoaa:

• Nopeat reaktiokinetiikat

• Korkean SO₂-poistotehokkuuden

• Vähäisen kalkkisaostumisen alttiuden

• Puhtaat nestefasiset reaktiotiet

Nämä ominaisuudet tekevät siitä erityisen soveltuvan suurtehoisille voimalaitoksille, jotka toimivat tiukkojen päästörajoitusten alaisena.

Korkea rikkidioksidin poistotehokkuus muuttuvissa käyttöolosuhteissa

Ammoniakkipohjaisen rikkidioksidin poiston yksi merkittävimmistä edut on sen kyky säilyttää vakaa poistotehokkuus laajalla käyttökuormien alueella nykyisissä sähköverkoissa uusiutuvan energian integroinnin aiheuttamat usein toistuvat kuorman vaihtelut lisäävät ympäristönsuojalaitteiden kuormitusta.

Ammoniakkipohjaiset FGD-järjestelmät voivat jatkuvasti saavuttaa SO₂-poistotehokkuuden 95–99 % , myös nopeiden kuorman muutosten aikana. Tämä vakaus on välttämätöntä voimalaitoksille, jotka toimivat reaaliaikaisen päästöseurannan alaisuudessa, jossa lyhytaikaiset ylitykset voivat johtaa sakkoihin tai pakolliseen kuorman alentamiseen.

Tarkka ammoniakin annostelun säätö mahdollistaa operaattoreiden nopean reagoinnin tulevan rikkidioksidipitoisuuden muutoksiin, mikä varmistaa vaatimustenmukaisuuden ilman liiallista reagenssikulutusta.

Energiankulutus ja apuvoiman edut

Apuvoiman kulutus on muodostunut kriittiseksi arviointitekijäksi voimalaitosten ympäristöjärjestelmissä. Pumput, tuuletimet ja lietteen kierrätysjärjestelmät voivat merkittävästi vaikuttaa kokonaisvoimalaitoksen hyötysuhteeseen, erityisesti suurissa yksiköissä.

Vertailtaessa kalkkikivipohjaisiin kaasunpuhdistusjärjestelmiin (FGD) ammoniakkipohjaiset järjestelmät toimivat yleensä:

• Alhaisemmillä nesten kiertonopeuksilla

• Pienemmällä absorberin painehäviöllä

• Pienemmillä kiertopumpuilla

• Optimoitulla suihkutus- ja kaasu-neste-kosketussuunnittelulla

Nämä tekijät edistävät pienempää sähkönkulutusta apulaitteissa , mikä johtaa mitattaviin pitkän aikavälin energiasäästöihin. Voimalaitoksen käyttöiän aikana vähentynyt apusähkön kulutus parantaa suoraan nettotehokkuutta ja alentaa käyttökustannuksia.

Kilpailullisissa sähkömarkkinoilla tai kapasiteettipohjaisissa korvausmekanismeissa toimiville voimalaitoksille tämä etu voi vaikuttaa merkittävästi kokonaistuottavuuteen.

Sivutuotteen hyödyntäminen ja kierrätekonomin edut

Tärkeä ero ammoniakkipohjaisen rikkidioksidin poiston ja perinteisten kalsiumpohjaisten prosessien välillä liittyy sivutuotteiden käsittelyyn.

Kun kalkkikivi-gipsi-perustainen kaasunpuhdistus (FGD) tuottaa gipsiä, joka saattaa kohdata markkinoiden tyytymättömyyttä tai hävityshaasteita, ammoniakkipohjainen rikkidioksidin poisto muuntaa rikkidioksidin ammooniumsulfati ammoniumsulfaatiksi, joka on laajalti tunnettu maatalouslannoite.

Tämä saastepitoisuuden muuntaminen hyödylliseksi tuotteeksi tukee ympyrätalouden periaatteita ja luo mahdollisuuksia:

• Lisättyihin tulovirtoihin

• Jätteen hävityskustannusten vähentämiseen

• Parantuneeseen hankkeen taloudelliseen suorituskykyyn

Alueilla, joissa on vakiintunut lannoitemarkkina, ammoniumsulfaatin sivutuotteen hyödyntäminen voi kattaa merkittävän osan rikkidioksidin poiston käyttökustannuksista, mikä tekee ympäristövaatimusten noudattamisesta osittain itsesäästävän prosessin.

Historiallisten huolenaiheiden ratkaiseminen: Ammoniakin vuoto ja aerosolien muodostuminen

Historiallisesti ammoniakkipohjaisia rikkidioksidin poistoteknologioita on suhtauduttu epäluottamukseen ammoniakin vuodon ja sulfaattihienohiukkasten muodostumisen takia, mikä voi johtaa näkyviin savupilviin tai toissijaiseen saastumiseen.

Nykyiset ammoniakkipohjaiset rikkidioksidin poistoteknologiat ovat perusteellisesti ratkaisseet nämä ongelmat seuraavien toimenpiteiden avulla:

• Monitasoisella kaasu–neste-erottelun suunnittelulla

• Edistyneillä sumunpoistojärjestelmillä

• Tarkalla ammoniakin ruiskutuksella ja takaisinkytkennällä varmistetulla säädöllä

• Optimoituja absorbaattorin sisäisiä rakenteita

Tämän seurauksena nykyaikaiset järjestelmät voivat saavuttaa ammoniakin vuodon tasot huomattavasti alapuolella sääntelyvaatimuksia , usein lähestyen lähes nollapäästöjä. Sumuhienohiukkasiin liittyvän ”valkoisen savupilven” ilmiön poistaminen on lisännyt julkista hyväksyntää ja parantanut ympäristösuorituskykyä.

Nämä edistykset ovat määritelleet ammoniakkipohjaisen rikkidioksidin poiston uudelleen puhtaana ja luotettavana teknologiana eikä enää erikois- tai korkean riskin vaihtoehtona.

Integrointi typenpoistojärjestelmien ja kokonaispolttoilman käsittelyjärjestelmien kanssa

Nykyisissä voimalaitoksissa rikkidioksidin poisto ei toimi eristyksissä. Tehokas integrointi hiukkasten hallintajärjestelmien ja typenpoistoyksiköiden kanssa on välttämätöntä ultra-alhaisien päästöjen saavuttamiseksi.

Ammoniakkipohjaiset rikkidioksidin poistojärjestelmät tarjoavat edullisia olosuhteita jälkikäsittelyyn SCR- tai SNCR-prosesseissa seuraavasti:

• Polttoilman lämpötilan ja kosteuden vakauttaminen

• Happokaasujen vaihtelujen vähentäminen

• Mahdollisuus optimoida ammoniakin hallintaa kaikissa järjestelmissä

Integroiduissa järjestelmirakenteissa yhteistyössä toteutettavat ammoniakin ohjausstrategiat voivat vähentää kokonaismateriaalin kulutusta ja parantaa kokonaisvoimalaitoksen tehokkuutta, erityisesti ultra-alhaisia päästöjä tavoittelevissa uudelleenkäyttöprojekteissa.

Soveltuvuus uusille rakennusprojekteille ja uudelleenkäyttöprojekteille

Ammoniakkipohjainen rikkidioksidin poisto soveltuu sekä uusien voimalaitosten rakentamiseen että olemassa olevien yksiköiden uudelleenkäyttöön. Sen tiukka asetteluratkaisu ja joustava konfiguraatio tekevät siitä erityisen houkuttelevan vaihtoehdon paikoille, joilla on rajoitettu tila tai rakenteellisia rajoituksia.

Retrofittiin liittyvissä hankkeissa etuja ovat:

• Vähemmän rakennusmuutoksia vaaditaan

• Lyhyempiä asennusaikoja

• Mahdollisimman vähäinen häiriö toiminnalle

Nämä tekijät ovat erityisen tärkeitä vanheneville voimalaitoksille, jotka pyrkivät pidentämään käyttöikäänsä samalla kun ne täyttävät päivitetyt ympäristövaatimukset.

Pitkäaikainen luotettavuus ja elinkaaren kokonaiskustannusten huomiointi

Alkuperäisen pääomasijoituksen lisäksi voimalaitosten käyttäjät arvioivat yhä enemmän teknologioita kokonaishyötykustannusten (TCO) perusteella. Ammoniakkipohjaiset rikkidioksidin poistojärjestelmät osoittautuvat tässä suhteessa tehokkaiksi seuraavien ominaisuuksiensa vuoksi:

• Alempien ylläpitovaatimuksien

• Vähentynyt kalkkisaostumien ja likaantumisen riski

• Vakaa pitkäaikainen suorituskyky

• Ennakoidaan reagenssin kulutusta

Näistä tekijöistä johtuen järjestelmän käytettävyys pysyy korkeana ja kumulatiiviset käyttökustannukset alhaisina useiden vuosikymmenten ajan, mikä vahvistaa ammoniakkipohjaisten ratkaisujen taloudellista elinkelpoisuutta.

Strateginen valinta tulevaisuuteen suuntautuneille voimalaitoksille

Kun voimalaitokset kohtaavat sekä ympäristövaatimusten noudattamisen että taloudellisen kestävyyden kaksinkertaisen haasteen, ammoniakkipohjainen rikkidioksidin poisto tarjoaa vakuuttavan yhdistelmän korkeasta tehokkuudesta, energiansäästöistä, sivutuotteiden hyödyntämisestä ja käyttövarmuudesta .

Teknologisen kehityksen ansiosta aiemmat heikkoudet on poistettu, ja ammoniakkipohjainen kaasupuhdistus (FGD) on kehittynyt kypsäksi, todennettuksi ratkaisuksi, joka kykenee tukemaan erittäin alhaisia päästörajoja kompromissitta voimalaitoksen suorituskyvyn kanssa.

Voimalaitosten käyttäjille, jotka etsivät tulevaisuuteen suuntautuvaa lähestymistapaa päästöjen hallintaan, ammoniakkipohjainen rikkidioksidin poisto edustaa paitsi vaatimustenmukaisuuden varmistamista myös strategista investointia pitkän aikavälin käyttövarmuuden varmistamiseksi.