Az ammóniára alapuló kéntelenítés egyre népszerűbb megoldássá válik a modern erőművek számára

A növekvő nyomás az erőművek részéről az ultraalacsony kibocsátási határértékek elérésére

Az elmúlt tíz évben a globális piacokon az erőművek kibocsátását szabályozó környezetvédelmi előírások jelentősen szigorodtak. A szénalapú erőművek, ipari kazánok és saját célú erőműegységek ma már egyre szigorúbb kéndioxid (SO₂) kibocsátási határértékeknek kell megfelelniük, gyakran 35 mg/Nm³ alatt, egyes régiókban pedig még ennél is alacsonyabb értékek mellett.

Ennek eredményeként a füstgáz-kéntartalom-csökkentő (FGD) rendszerek a választható környezetvédelmi kiegészítőkből a villamosenergia-termelő berendezések tervezésének és hosszú távú üzemeltetési stratégiáinak alapvető elemeivé váltak. A kéntartalom-csökkentő technológia kiválasztása ma már nem csupán a megfelelési követelményekre épül, hanem az alábbiakra is: üzemeltetési stabilitás, élettartamra számított költség, energiatakarékosság és melléktermék-kezelés .

A rendelkezésre álló technikai útvonalak közül ammónián alapuló kéntartalom-csökkentés újra növekvő figyelmet kap, mivel a villamosenergia-termelő berendezések olyan megoldásokat keresnek, amelyek egyensúlyt teremtenek a környezeti teljesítmény és a gazdasági fenntarthatóság között.

A villamosenergia-termelő berendezések füstgázának jellemzői és hatásuk a technológia kiválasztására

A villamosenergia-termelő berendezések füstgáza egyedi kihívások együttesét jelenti. A nagy gázmennyiség, a változó terhelési körülmények, az üzemanyag kéntartalmának ingadozása, valamint a folyamatos, stabil üzemeltetés szükségessége mind magas követelményeket támaszt a kéntartalom-csökkentő rendszerekkel szemben.

Tipikus szénalapú villamosenergia-termelő berendezés füstgázának jellemzői:

• Magas átfolyási sebesség és folyamatos üzemeltetés

• A kéndioxid-koncentrációk változása az üzemanyag minőségétől és a terheléstől függően

• Finom szennyező részecskék és savas összetevők

• Szoros kapcsolat a kifolyó berendezésekkel, például az elektrosztatikus porleválasztókkal (ESP), a szelektív katalitikus redukciós (SCR) rendszerekkel és a kéményekkel

Ezen körülmények között a kéntelenítő rendszereknek biztosítaniuk kell magas hatékonyságot működési kockázatok bevezetése nélkül , túlzott energiafogyasztás vagy másodlagos szennyezés nélkül.

A hagyományos mészkő-gipsz alapú kéntelenítés (FGD) évek óta uralkodó pozíciót foglal el a piacon érettsége és igazolt teljesítménye miatt. Ennek ellenére korlátozásai – például a magas segédenergia-fogyasztás, a nagy rendszerfoglalás, a lerakódási kockázatok és a gipsz elhelyezésével kapcsolatos nyomás – sok üzemeltetőt arra késztettek, hogy újraértékeljék az alternatív technológiákat, különösen felújítási projektek vagy hosszú távú költségoptimalizálást célzó erőművek esetében.

Az ammóniával történő kéntelenítés alapvető elvei

Az ammónián alapuló kéntelenítés az ammóniát vagy ammónia-vizet használja elnyelő anyagként a füstgázban lévő kén-dioxid reakciójára. Az ammónia magas kémiai reaktivitása miatt az elnyelési folyamat gyorsan zajlik le, még viszonylag alacsony folyadék-gáz arány mellett is.

A fő reakció a kén-dioxidot ammónium-szulfáttá alakítja, amely egy stabil és kereskedelmi szempontból értékes vegyület, melyet széles körben műtrágyaként használnak. A kalcium-alapú rendszerekkel ellentétben ez a folyamat nem eredményez nagy mennyiségű szilárd hulladékot, amelyet el kellene távolítani vagy hosszú távon tárolni.

Kémiai és folyamati szempontból az ammónián alapuló kéntelenítés a következő előnyöket kínálja:

• Gyors reakciókinetika

• Magas SO₂-elnyelési hatásfok

• Minimális lerakódási hajlam

• Tiszta folyadékfázisú reakcióutak

Ezek a jellemzők különösen alkalmasakká teszik nagy kapacitású erőművek számára, amelyek szigorú kibocsátási korlátozások mellett üzemelnek.

Magas kéntelenítési hatásfok változó üzemeltetési feltételek mellett

Az ammónián alapuló kéntelenítés egyik legmeggyőzőbb előnye az, hogy képes fenntartani stabilis eltávolítási hatékonyság széles üzemi terhelés-tartományban a modern villamosenergia-rendszerekben a megújuló energiák integrációjából eredő gyakori terhelés-ingadozások további terhet rónak a környezetvédelmi berendezésekre.

Az ammóniára épülő FGD-rendszerek folyamatosan elérhetik A kéndioxid-eltávolítási hatékonyságot 95–99% között , még gyors terhelés-változások esetén is. Ez a stabilitás elengedhetetlen a valós idejű kibocsátásmérési rendszerek alatt üzemelő erőművek számára, ahol a rövid távú túllépések bírságot vagy kényszerített terhelés-csökkentést eredményezhetnek.

Az ammónia-adagolás pontos szabályozása lehetővé teszi az üzemeltetők számára, hogy gyorsan reagáljanak a bejövő kéntartalom koncentrációjának változására, így biztosítva a szabályozási előírások betartását túlzott reagens-felhasználás nélkül.

Az energiafogyasztás és a segédenergia-előnyök

A segédenergia-fogyasztás kritikus értékelési tényezővé vált az erőművek környezetvédelmi rendszereiben. A szivattyúk, a ventilátorok és a szuszpenzió-keringtető rendszerek jelentősen befolyásolhatják a nettó erőmű-hatékonyságot, különösen a nagy egységeknél.

A mészkőalapú FGD-hez képest az ammóniára épülő rendszerek általában a következőkkel működnek:

• Alacsonyabb folyadékkeringési sebességgel

• Csökkentett abszorber-nyomáseséssel

• Kisebb keringtető szivattyúkkal

• Optimalizált permetezési és gáz-folyadék érintkezési tervezéssel

Ezek a tényezők hozzájárulnak az auxiliáris berendezések alacsonyabb villamosenergia-fogyasztásához , ami mérhető hosszú távú energia-megtakarítást eredményez. Egy erőmű üzemelési ideje alatt a csökkent auxiliáris teljesítmény közvetlenül javítja a nettó hatásfokot és csökkenti az üzemeltetési költségeket.

Azoknál az erőműveknél, amelyek versenyképes villamosenergia-piacokon vagy kapacitás-alapú díjazási mechanizmusok mellett működnek, ez az előny jelentős hatással lehet az összesített jövedelmezőségre.

Mellemtermék-hasznosítás és körkörös gazdasági előnyök

A szén-dioxid-kivonásra alapuló szennyvízkezelés és a hagyományos, kalcium-alapú eljárások közötti kulcskülönbség a melléktermékek kezelésében rejlik.

Míg a mészkő-gipsz alapú szennyvízkezelő rendszer gipszet termel, amely piaci túlterheltséggel vagy hulladéklerakási nehézségekkel is szembesülhet, a szén-dioxid-kivonásra alapuló szennyvízkezelés a kéndioxidot ammonium-szulfát ammonium-szulfáttá alakítja, amely egy széles körben elismert mezőgazdasági műtrágya.

Ez a szennyező anyagok felhasználható termékekké történő átalakítása támogatja a körkörös gazdaság elveit, és lehetőséget teremt a következőkre:

• További bevételi források létrehozására

• Hulladéklerakási költségek csökkentésére

• A projekt pénzügyi teljesítményének javítására

Azokban a régiókban, ahol jól kialakult a műtrágya-piac, az ammonium-szulfát melléktermék felhasználása jelentős részét fedezheti a szennyvízkezelés üzemeltetési költségeinek, így az környezetvédelmi előírások betartása részben öntartó folyamattá válik.

Korábbi aggodalmak kezelése: ammónia-kioldódás és aeroszol-képződés

Történelmileg az ammónián alapuló kéntelenítési eljárásokat szkeptikusan fogadták, mivel aggódtak az ammónia-kiszökés és a szulfát-aeroszolok képződése miatt, amelyek látható füstfelhőket vagy másodlagos szennyezést eredményezhetnek.

A modern ammónián alapuló kéntelenítési technológiák alapvetően megoldották ezeket a problémákat a következő módon:

• Többfokozatú gáz–folyadék szétválasztási kialakítás

• Fejlett permetelnyelő rendszerek

• Pontos ammónia-bejuttatás és visszacsatolt szabályozás

• Optimalizált abszorber belső szerkezetek

Ennek eredményeként a jelenlegi rendszerek elérhetik az ammónia-kiszökés szintjét a szabályozási küszöbértékek jelentősen alatt , gyakran közel-nulla kibocsátáshoz közelítve. Az aeroszolokhoz kapcsolódó „fehér füstfelhő” jelenség megszüntetése tovább javította a nyilvánosság elfogadását és a környezeti teljesítményt.

Ezek a fejlesztések újraformálták az ammónián alapuló kéntelenítést egy tisztaságot és megbízhatóságot garantáló technológiaként, nem pedig egy specializált vagy magas kockázatot jelentő megoldásként.

Integráció a denitrifikációs és az általános füstgáz-tisztító rendszerekkel

A modern erőművekben a kéntelenítés nem működik elkülönülten. Az ultraalacsony kibocsátási célok eléréséhez elengedhetetlen a pormentesítő rendszerekkel és a denitrifikációs egységekkel való hatékony integráció.

Az ammónián alapuló kéntelenítő rendszerek kedvező feltételeket biztosítanak a szennyezőanyag-mentesítő (SCR) vagy a szennyezőanyag-mentesítő (SNCR) folyamatok számára a következők révén:

• A füstgáz hőmérsékletének és nedvességtartalmának stabilizálása

• Savas gázok ingadozásának csökkentése

• Az ammónia-kezelés optimalizálása az egyes rendszerek között

Az integrált rendszertervezés során összehangolt ammónia-kezelési stratégiák csökkenthetik az összes reagens-felhasználást, és javíthatják az erőmű teljes hatékonyságát, különösen az ultraalacsony kibocsátási szintekre történő felújítási projekteknél.

Alkalmasság új építésű és felújítási projektekhez

Az ammónián alapuló kéntelenítés mind új erőművek építésére, mind meglévő egységek felújítására alkalmazható. Kompakt elrendezése és rugalmas konfigurációja különösen vonzóvá teszi olyan helyszínek számára, ahol korlátozott a rendelkezésre álló hely vagy szerkezeti korlátok állnak fenn.

Átalakítási projektek esetén az előnyök a következők:

• Csökkentett építőmérnöki módosítási igény

• Rövidebb telepítési ütemtervek

• Minimális zavarás a folyamatban lévő működésben

Ezek a tényezők különösen fontosak a működési életüket szeretnék meghosszabbítani kívánó, öregedő erőművek számára, miközben megfelelnek a frissített környezetvédelmi szabványoknak.

Hosszú távú megbízhatóság és életciklus-költség szempontjai

A kezdeti tőkeberuházáson túl az erőművek üzemeltetői egyre inkább a teljes tulajdonlási költségen (TCO) alapuló technológiák értékelését végzik. Az ammóniára alapuló kéntelenítő rendszerek e tekintetben kiváló teljesítményt mutatnak a következő okokból:

• Kisebb karbantartási igény

• Csökkentett lerakódási és befogási kockázat

• Stabil hosszú távú teljesítmény

• Előrejelezhető reagens-fogyasztás

Több évtizedes üzemelési időszakok során ezek a tényezők hozzájárulnak a magasabb rendelkezésre állási arányhoz és az alacsonyabb összesített üzemeltetési költségekhez, erősítve ezzel az ammónia-alapú megoldások gazdasági életképességét.

Stratégiai választás a jövőorientált erőművek számára

Ahogy az erőművek környezetvédelmi megfelelőségük és gazdasági fenntarthatóságuk kérdésével is szembesülnek, az ammónia-alapú deszulfurizálás egy meggyőző kombinációt kínál: magas hatásfok, energia-megtakarítás, melléktermék-hasznosítás és üzemeltetési megbízhatóság .

A technológiai fejlesztések kiküszöbölték a korábbi hátrányokat, így az ammónia-alapú nedves gázmosó (FGD) mára érett, bizonyított megoldássá vált, amely képes támogatni az ultraalacsony kibocsátási célokat anélkül, hogy kompromisszumot kötnénk az erőmű teljesítményével.

Az erőművek üzemeltetői számára, akik egy jövőorientált megközelítést keresnek a kibocsátás-vezérlés területén, az ammónia-alapú deszulfurizálás nem csupán egy megfelelőségi eszköz, hanem stratégiai befektetés a hosszú távú üzemeltetési rugalmasságba.