Ghidul complet privind desulfurarea modernă a gazelor de ardere: Tehnologii, tendințe și aplicații industriale

Reglementările privind calitatea aerului din întreaga lume au devenit din ce în ce mai stricte în ultimul deceniu, determinând centralele electrice, uzinele siderurgice, producătorii de ciment și întreprinderile chimice să-și modernizeze sistemele de curățare a gazelor de ardere. În centrul acestor cerințe de mediu se află desulfurarea gazelor de ardere (FGD) —procesul esențial pentru eliminarea dioxidului de sulf (SO₂) din emisiile industriale.

Pe măsură ce industriile trec la operațiuni mai ecologice și mai eficiente, tehnologiile FGD continuă să evolueze. De la metoda bine consolidată cu piatră de var și ghips, până la noile abordări bazate pe amoniac, fiecare soluție oferă avantaje diferite în ceea ce privește eficiența, costul, stabilitatea în funcționare și recuperarea subproduselor.

Acest articol oferă o prezentare cuprinzătoare a tehnologiilor de desulfurizare, mecanismele lor principale, scenariile de aplicare și tendințele industriale globale—elaborată pentru ingineri, manageri de achiziții, contractori EPC și profesioniști în domeniul mediului care caută informații fiabile și actualizate.

1. De ce este importantă desulfurizarea

Dioxidul de sulf este un poluant major generat de arderea combustibililor fosili, reacțiile metalurgice și procesele industriale grele. Fără o tratare corespunzătoare, emisiile de SO₂ contribuie la:

• Ploaie acidă

• Formarea smogului

• Probleme grave de sănătate respiratorie

• Acidifierea solului

• Deteriorarea echipamentelor, clădirilor și culturilor

Reglementările din Europa, Orientul Mijlociu, Asia de Sud-Est și China necesită acum în mod frecvent ca emisiile de SO₂ să atingă valori de doar 35 mg/Nm³ , ceea ce face sistemele FGD obligatorii pentru multe instalații.

Clienții industriali se confruntă de asemenea cu o presiune tot mai mare din partea cumpărătorilor internaționali, a investitorilor ESG și a angajamentelor privind neutralitatea carbonică, toate acestea transformând controlul emisiilor într-o prioritate strategică, nu doar într-o obligație de conformitate.

2. Tehnologii de bază utilizate în desulfurizarea gazelor de ardere

Metodele FGD pot fi împărțite în mod general în procese umede, semiuscate și uscate . Fiecare dintre acestea are propriile principii chimice, condiții de funcționare și industrii adecvate.

2.1 Desulfurizarea umedă cu gips și calcar (WFGD)

Aceasta este metoda de desulfurizare cel mai frecvent utilizată în centralele electrice pe cărbune și în cazanele industriale mari.

Principiul procesului:

SO₂ din gazul de ardere reacționează cu suspensia de calcar (CaCO₃) pentru a forma sulfit de calciu, care este ulterior oxidat la ghips (CaSO₄·2H₂O).

Principalele avantaje:

• Eficiență ridicată și stabilă de eliminare a SO₂ (95–99%)

• Tehnologie matură și fiabilă

• Aplicabilă la instalații de mare capacitate

• Produsul secundar ghips poate fi vândut pentru materiale de construcție

Limitări:

• Consum ridicat de apă

• Suprafață mai mare necesară

• Investiție Inițială Înaltă

• Necesități de întreținere legate de colmatare și conductele de suspensie

În ciuda dezavantajelor, tehnologia cu calcar și ghips rămâne soluția predominantă la nivel mondial pentru centralele electrice și sistemele mari de combustie datorită stabilității și performanței dovedite.

2.2 Desulfurizare pe bază de amoniac (NH₃-FGD)

În ultimii ani, desulfurizarea cu amoniac a câștigat un avânt puternic, în special în instalații chimice, oțelării, topitorii de ferrosiliciu, instalații de cocsificare și cazane industriale .

Principiul procesului:

SO₂ reacționează cu amoniacul pentru a forma sulfit/bisulfit de amoniu, care este apoi oxidat pentru a produce îngrășământ Sulfat de Amoniu .

Avantaje:

• Eficiență de eliminare a SO₂ de 97%

• Capacitate de absorbție a NO₂—desulfurare simultană și denitrificare parțială

• Fără evacuarea apelor uzate

• Produs secundar valoros: sulfat de amoniu

• Fără formare de crustă, operare mai simplă decât în cazul gipsului din piatră de var

Provocări:

• Necesită un aprovizionare stabilă cu amoniac

• Controlul scurgerii de amoniac

• Cerințe mai mari privind siguranța și ventilarea

Pentru industriile care urmăresc atât reducerea emisiilor, cât și eficiența resurselor, desulfurarea bazată pe amoniac devine din ce în ce mai mult o alegere preferată.

2.3 Desulfurizare Semi-Uscată (SDA) / Absorbant cu Spray

Sistemele semi-uscate sunt frecvente în cimentării, instalații de valorificare a deșeurilor, unități mici de producție energie și cazane pe biomasă .

Caracteristici:

• Utilizează var stins

• Necesită cantități minime de apă

• Eficiență medie de eliminare SO₂ (70–90%)

• Costuri reduse de investiție

• Funcționare simplă și întreținere ușoară

Deși sistemele semi-uscate nu pot atinge nivelurile ultra-scăzute de emisii cerute în unele țări, ele rămân o soluție rentabilă pentru instalații mai mici sau mai vechi.

2.4 Desulfurizare Uscată

Procesele uscate implică injectarea de sorbenți uscați direct în gazele de ardere. Sunt utilizate în mod tipic pentru:

• Cuptoare industriale mici

• Cuptoare de sticlă

• Fluxuri de evacuare cu conținut scăzut de SO₂

• Proiecte de modernizare cu spațiu limitat

Sistemele uscate sunt compacte și ușor de întreținut, dar eficiența și completitudinea reacției sunt mai reduse decât în cazul sistemelor umede.

3. Cum se alege tehnologia potrivită de desulfurizare

Selectarea unui sistem FGD adecvat presupune evaluarea mai multor factori:

3.1 Concentrația de SO₂ și debitul de gaze de ardere

• SO₂ ridicat + debit mare → se preferă sistemele umede (piatră de var sau amoniac)

• SO₂ mediu → semi-uscat

• SO₂ scăzut → absorbție uscată

3.2 Resurse de apă și reglementări locale

• Regiunile cu resurse limitate de apă (Orientul Mijlociu) pot prefera tehnologia semi-uscată

• Pentru cele mai stricte standarde, sunt necesare amoniac sau piatră de var-gips

3.3 Utilizarea produselor secundare

• Dacă o instalație are cumpărători pentru îngrășăminte, desulfurarea amoniacului devine mai economic

• Piețele de gips variază la nivel internațional

3.4 Considerente privind CAPEX și OPEX

Costul total include electricitatea, sorbenții, întreținerea, forța de muncă, consumabilele și manipularea gipsului sau a sulfatului de amoniu. Mulți clienți acordă acum prioritate costurilor operaționale pe termen lung față de investiția inițială .

4. Componente cheie ale unui sistem FGD eficient

Unitățile moderne de desulfurizare includ:

• Turn de absorbție sau spălător

• Sistem de preparare a suspensiei

• Echipamente pentru aer de oxidare

• Eliminatoare de aburi

• Pompe de circulație

• Sisteme de manipulare a produselor secundare (gips, sulfat de amoniu)

• Sisteme de uscare și ambalare (pentru soluții pe bază de amoniac)

• Automatizare și monitorizare online

Fiabilitatea ridicată a absorbantului, pompelor și separatoarelor de ceață determină în mod direct performanța de eliminare a SO₂.

5. Tendințe globale în tehnologia desulfurării

5.1 Trecerea la sisteme FGD cu recuperare de resurse

Guvernele și clienții cer din ce în ce mai mult soluții bazate pe economia circulară. Sistemele pe bază de amoniac se încadrează bine în această tendință, producând sulfat de amoniu de calitate fertilizant în loc de ghips deșeu.

5.2 Mai multe sisteme hibride și integrate

FGD este acum adesea combinat cu:

• Denitrificare SCR/SNCR

• Îndepărtarea prafului

• Controlul poluării în bandă largă

• Tratamentul COV

Sistemele moderne sunt optimizate pentru a obține emisii ultra-scăzute într-un singur proces integrat .

5.3 Digitalizare și control inteligent

Supravegherea bazată pe IA, reglarea optimizată a pH-ului/rata de alimentare cu amoniac și predicția automatizată a formării depunerilor devin standard în instalațiile avansate.

5.4 Extindere pe piețele emergente

Țările din Orientul Mijlociu, Asia de Sud-Est, Africa și America de Sud își actualizează rapid standardele de mediu. Creșterea cererii este deosebit de puternică în:

• Arabia Saudită

• Emiratele Arabe Unite

• Indonezia

• Vietnam

• India

• Kazahstan

Pentru contractorii EPC și furnizorii de echipamente, aceste regiuni reprezintă oportunități majore de piață.

6. Aplicații practice: Unde FGD are cel mai mare impact

6.1 Centrale electrice pe cărbune

Încă cea mai mare bază de instalații la nivel mondial, utilizând în mod tipic sisteme cu ghips-calcar sau amoniac pentru a respecta normele de emisii ultra-scăzute.

6.2 Instalații de Ferrosiliciu și Metalurgice

Gazul de ardere conține adesea SO₂ și particule în concentrații ridicate. Desulfurizarea cu amoniac combinată cu eliminarea prafului este foarte eficientă.

6.3 Industria Cocsului și Chimicalelor din Cărbune

Mediile bogate în amoniac și sarcinile variabile de SO₂ fac ca FGD cu amoniac să fie deosebit de potrivită.

6.4 Ciment și Centrale de Valorificare Energetică a Deșeurilor

Sistemele semiuscate și uscate domină datorită spațiului limitat și disponibilității reduse de apă.

7. Perspective viitoare: Către arderea fără emisii

Pe măsură ce lumea industrială evoluează către neutralitatea carbonică, tehnologia de desulfurizare va continua să evolueze către:

• Zero ape reziduale

• Consum mai mic de energie

• Valoare mai mare a subprodusului

• Control digital complet procesual

• Integrare cu captarea CO₂

DGF rămâne una dintre cele mai esențiale tehnologii de mediu pentru industria grea, iar rolul său va crește doar pe măsură ce standardele privind calitatea aerului se strâng la nivel global.

Concluzie

Desulfurizarea gazelor de ardere nu mai este doar o cerință de mediu — este o investiție pe termen lung într-o funcționare industrială durabilă și competitivă. Alegerea unei instalații între desulfurizarea cu piatră de var-gips, cu amoniac, semiuscată sau uscată depinde de cerințele privind emisiile, reglementările locale, costurile de operare și valoarea subprodusului.

Pentru companiile care urmăresc emisii ultra-scăzute și beneficii economice, sistemele moderne de desulfurizare pe bază de amoniac și sistemele hibride de control al poluanților multipli reprezintă noua direcție a industriei.