การกำจัดกำมะถันด้วยแอมโมเนียกำลังกลายเป็นวิธีการที่ได้รับความนิยมมากขึ้นสำหรับโรงไฟฟ้าสมัยใหม่

แรงกดดันที่เพิ่มขึ้นต่อโรงไฟฟ้าในการบรรลุการปล่อยมลพิษในระดับต่ำสุดเท่าที่เป็นไปได้

ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ข้อบังคับด้านสิ่งแวดล้อมที่ควบคุมการปล่อยมลพิษจากโรงไฟฟ้าได้เข้มงวดขึ้นอย่างมากทั่วทั้งตลาดโลก โรงไฟฟ้าถ่านหิน หม้อไอน้ำอุตสาหกรรม และหน่วยผลิตไฟฟ้าแบบเฉพาะกิจ (captive power units) ต่างถูกกำหนดให้ต้องปฏิบัติตามขีดจำกัดการปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO₂) ที่เข้มงวดยิ่งขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งมักต่ำกว่า 35 มก./Nm³ และในบางภูมิภาค ต่ำกว่านั้นอีก

ดังนั้น ระบบกำจัดกำมะถันจากก๊าซเสีย (FGD) จึงเปลี่ยนสถานะจากอุปกรณ์เสริมด้านสิ่งแวดล้อมที่ไม่จำเป็น ไปสู่องค์ประกอบหลักของการออกแบบโรงไฟฟ้าและกลยุทธ์การดำเนินงานในระยะยาว การเลือกเทคโนโลยีการกำจัดกำมะถันในปัจจุบันจึงไม่ได้ขับเคลื่อนเพียงแค่โดยข้อกำหนดด้านความสอดคล้องเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับ ความมั่นคงในการปฏิบัติงาน ต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และการจัดการผลิตภัณฑ์รอง .

ในบรรดาทางเลือกทางเทคนิคที่มีอยู่ การลดน้ําผึ้งจากแอมมอนิโอค กำลังได้รับความสนใจอีกครั้ง เนื่องจากโรงไฟฟ้าต่างๆ กำลังแสวงหาแนวทางแก้ไขที่สามารถสมดุลระหว่างประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมกับความยั่งยืนทางเศรษฐกิจ

ลักษณะของก๊าซเสียในโรงไฟฟ้าและผลกระทบต่อการเลือกเทคโนโลยี

ก๊าซเสียจากโรงไฟฟ้ามีความท้าทายที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัว ทั้งปริมาณก๊าซที่มีมาก สภาวะโหลดที่ผันแปร ปริมาณกำมะถันในเชื้อเพลิงที่แตกต่างกัน และความจำเป็นในการดำเนินงานอย่างต่อเนื่องและมั่นคง ซึ่งทั้งหมดนี้ล้วนสร้างภาระอันหนักหนาต่อระบบกำจัดกำมะถัน

ลักษณะทั่วไปของก๊าซเสียจากโรงไฟฟ้าที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง:

• อัตราการไหลสูงและการดำเนินงานอย่างต่อเนื่อง

• ความเข้มข้นของ SO₂ ที่เปลี่ยนแปลงไปตามคุณภาพของเชื้อเพลิงและภาระงาน

• ฝุ่นละอองขนาดเล็กและส่วนประกอบที่มีฤทธิ์เป็นกรด

• การผสานอย่างแน่นหนากับอุปกรณ์ขั้นตอนต่อเนื่อง เช่น ระบบ ESP, ระบบ SCR และปล่องไอเสีย

ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ระบบกำจัดกำมะถันจะต้องสามารถให้ผลลัพธ์ มีประสิทธิภาพสูงโดยไม่ก่อให้เกิดความเสี่ยงในการดำเนินงาน , การใช้พลังงานมากเกินไป หรือมลพิษรอง

ระบบกำจัดกำมะถันแบบหินปูน-ยิปซัมแบบดั้งเดิมครองส่วนแบ่งตลาดมายาวนาน เนื่องจากความพร้อมใช้งานและความน่าเชื่อถือของประสิทธิภาพที่ผ่านการพิสูจน์มาแล้ว อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดของระบบดังกล่าว—เช่น การใช้พลังงานเสริมสูง พื้นที่ติดตั้งระบบใหญ่ ความเสี่ยงของการเกิดคราบตะกรัน และแรงกดดันจากการจัดการยิปซัมที่ได้—ทำให้ผู้ปฏิบัติงานจำนวนมากต้องทบทวนเทคโนโลยีทางเลือกอีกครั้ง โดยเฉพาะสำหรับโครงการปรับปรุง (retrofit) หรือโรงไฟฟ้าที่มุ่งเน้นการลดต้นทุนในระยะยาว

หลักการพื้นฐานของระบบกำจัดกำมะถันที่ใช้แอมโมเนีย

การกำจัดกำมะถันโดยใช้แอมโมเนียใช้แอมโมเนียหรือน้ำแอมโมเนียเป็นสารดูดซับเพื่อทำปฏิกิริยากับก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในก๊าซเสีย เนื่องจากแอมโมเนียมีปฏิกิริยาเคมีสูง กระบวนการดูดซับจึงดำเนินไปอย่างรวดเร็ว แม้ในอัตราส่วนของของเหลวต่อก๊าซที่ค่อนข้างต่ำ

ปฏิกิริยาหลักเปลี่ยนก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ให้กลายเป็นแอมโมเนียมซัลเฟต ซึ่งเป็นสารประกอบที่มีความเสถียรและมีมูลค่าเชิงพาณิชย์สูง โดยใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะปุ๋ย ต่างจากระบบฐานแคลเซียม กระบวนการนี้ไม่ก่อให้เกิดของเสียแข็งในปริมาณมากที่ต้องกำจัดหรือจัดเก็บระยะยาว

จากมุมมองทางเคมีและกระบวนการ การกำจัดกำมะถันโดยใช้แอมโมเนียมีข้อดีดังนี้:

• อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีรวดเร็ว

• ประสิทธิภาพสูงในการกำจัด SO₂

• แนวโน้มการเกิดคราบตะกรันต่ำมาก

• เส้นทางปฏิกิริยาในเฟสของเหลวที่สะอาด

ลักษณะเหล่านี้ทำให้กระบวนการนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่ดำเนินการภายใต้ข้อจำกัดด้านการปล่อยมลพิษที่เข้มงวด

ประสิทธิภาพสูงในการกำจัดกำมะถันภายใต้สภาวะการดำเนินงานที่แปรผัน

หนึ่งในข้อได้เปรียบที่โดดเด่นที่สุดของการกำจัดกำมะถันโดยใช้แอมโมเนียคือความสามารถในการรักษา ประสิทธิภาพในการกำจัดที่มีเสถียรภาพในช่วงโหลดการปฏิบัติงานที่กว้าง ในระบบไฟฟ้าสมัยใหม่ ความผันผวนของโหลดที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งอันเนื่องจากการผสานพลังงานหมุนเวียนเข้ากับระบบส่งผลให้อุปกรณ์ควบคุมสิ่งแวดล้อมต้องรับภาระเพิ่มเติม

ระบบ FGD ที่ใช้แอมโมเนียสามารถบรรลุ ประสิทธิภาพในการกำจัด SO₂ ได้ที่ระดับ 95–99% แม้ในช่วงที่โหลดเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว เสถียรภาพนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับโรงไฟฟ้าที่ดำเนินการภายใต้ระบบร monitering การปล่อยมลพิษแบบเรียลไทม์ ซึ่งการเกินขีดจำกัดในระยะสั้นอาจนำไปสู่บทลงโทษหรือการลดโหลดโดยบังคับ

การควบคุมปริมาณแอมโมเนียที่เติมเข้าไปอย่างแม่นยำทำให้ผู้ปฏิบัติการสามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้นของกำมะถันที่ไหลเข้าได้อย่างรวดเร็ว จึงรับประกันการปฏิบัติตามข้อกำหนดโดยไม่สิ้นเปลืองสารเคมีเกินจำเป็น

การใช้พลังงานและการได้เปรียบด้านพลังงานเสริม

การใช้พลังงานเสริม (Auxiliary power consumption) ได้กลายเป็นปัจจัยสำคัญในการประเมินระบบสิ่งแวดล้อมของโรงไฟฟ้า ปั๊ม พัดลม และระบบหมุนเวียนสารละลาย (slurry circulation systems) อาจส่งผลกระทบอย่างมีน้ำหนักต่อประสิทธิภาพสุทธิของโรงไฟฟ้า โดยเฉพาะในหน่วยผลิตขนาดใหญ่

เมื่อเปรียบเทียบกับระบบ FGD ที่ใช้หินปูนเป็นฐาน ระบบแบบใช้แอมโมเนียโดยทั่วไปจะทำงานภายใต้เงื่อนไขดังต่อไปนี้:

• อัตราการไหลเวียนของของเหลวน้อยลง

• แรงดันตกคร่อมตัวดูดซับลดลง

• ปั๊มหมุนเวียนมีขนาดเล็กลง

• การออกแบบหัวพ่นและโครงสร้างการสัมผัสระหว่างก๊าซกับของเหลวได้รับการปรับให้เหมาะสม

ปัจจัยเหล่านี้ส่งผลให้ การใช้พลังงานไฟฟ้าของอุปกรณ์เสริมลดลง ส่งผลให้เกิดการประหยัดพลังงานในระยะยาวอย่างชัดเจน ตลอดอายุการใช้งานของโรงไฟฟ้า การลดการใช้พลังงานเสริมนี้จะส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพสุทธิที่ดีขึ้นและต้นทุนการดำเนินงานที่ต่ำลง

สำหรับโรงไฟฟ้าที่ดำเนินงานภายใต้ตลาดไฟฟ้าเชิงแข่งขัน หรือกลไกการชดเชยตามกำลังการผลิต ข้อได้เปรียบนี้สามารถส่งผลกระทบอย่างมีน้ำหนักต่อกำไรรวมโดยรวม

การนำผลิตภัณฑ์รองไปใช้ประโยชน์และประโยชน์ด้านเศรษฐกิจหมุนเวียน

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างกระบวนการกำจัดซัลเฟอร์ด้วยแอมโมเนีย กับกระบวนการแบบแคลเซียมที่ใช้กันทั่วไป อยู่ที่การจัดการของเสียที่เกิดขึ้น

แม้ว่าระบบกำจัดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์แบบหินปูน-ยิปซัม (Limestone-Gypsum FGD) จะผลิตยิปซัมซึ่งอาจประสบปัญหาอุปทานล้นตลาดหรือความยากลำบากในการกำจัด แต่กระบวนการกำจัดซัลเฟอร์ด้วยแอมโมเนียจะเปลี่ยนก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ให้กลายเป็น แอมโมเนียซัลเฟต แอมโมเนียมซัลเฟต ซึ่งเป็นปุ๋ยทางการเกษตรที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง

การเปลี่ยนสารมลพิษให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้นี้ สอดคล้องกับหลักเศรษฐกิจหมุนเวียน และสร้างโอกาสในด้านต่อไปนี้:

• แหล่งรายได้เพิ่มเติม

• การลดต้นทุนการกำจัดของเสีย

• การปรับปรุงประสิทธิภาพทางการเงินของโครงการ

ในภูมิภาคที่มีตลาดปุ๋ยที่มั่นคง การนำแอมโมเนียมซัลเฟตซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์พลอยได้ไปใช้ประโยชน์สามารถชดเชยค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานด้านการกำจัดซัลเฟอร์ได้ส่วนหนึ่งอย่างมีนัยสำคัญ ทำให้การปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมกลายเป็นกระบวนการที่สามารถรองรับตนเองได้บางส่วน

การแก้ไขข้อกังวลในอดีต: การรั่วไหลของแอมโมเนีย (Ammonia Slip) และการก่อตัวของแอโรซอล

ในอดีต กระบวนการกำจัดกำมะถันที่ใช้แอมโมเนียเคยเผชิญกับความไม่เชื่อมั่นจากภาคอุตสาหกรรม เนื่องจากมีข้อกังวลเกี่ยวกับการรั่วไหลของแอมโมเนีย (ammonia slip) และการก่อตัวของฝอยละอองซัลเฟต ซึ่งอาจก่อให้เกิดไอขาวที่มองเห็นได้หรือมลพิษรอง

เทคโนโลยีการกำจัดกำมะถันที่ใช้แอมโมเนียในปัจจุบันได้แก้ไขปัญหาเหล่านี้โดยสิ้นเชิงผ่าน:

• การออกแบบระบบแยกก๊าซ–ของเหลวแบบหลายขั้นตอน

• ระบบกำจัดฝอยละอองขั้นสูง

• การฉีดแอมโมเนียอย่างแม่นยำพร้อมระบบควบคุมแบบป้อนกลับ (feedback control)

• โครงสร้างภายในห้องดูดซับที่ผ่านการปรับแต่งให้เหมาะสม

ผลลัพธ์คือ ระบบสมัยใหม่สามารถบรรลุ ระดับการรั่วไหลของแอมโมเนียต่ำกว่าเกณฑ์ที่หน่วยงานกำกับดูแลกำหนดอย่างมาก มักเข้าใกล้ระดับการปล่อยที่เป็นศูนย์ ทั้งนี้ การขจัดปรากฏการณ์ 'ไอขาว' (white plume) ที่เกิดจากฝอยละอองยังช่วยเพิ่มการยอมรับจากสาธารณชนและยกระดับประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

ความก้าวหน้าเหล่านี้ได้เปลี่ยนนิยามของการกำจัดกำมะถันที่ใช้แอมโมเนียใหม่ทั้งหมด ให้กลายเป็นเทคโนโลยีที่สะอาดและเชื่อถือได้ แทนที่จะเป็นทางเลือกเฉพาะกลุ่มหรือมีความเสี่ยงสูง

การผสานรวมกับระบบกำจัดไนโตรเจนออกไซด์และระบบการบำบัดก๊าซเสียโดยรวม

ในโรงไฟฟ้าสมัยใหม่ ระบบกำจัดกำมะถันไม่ได้ทำงานอย่างโดดเดี่ยว แต่จำเป็นต้องผสานรวมอย่างมีประสิทธิภาพกับระบบควบคุมฝุ่นละอองและหน่วยกำจัดไนโตรเจนออกไซด์ เพื่อบรรลุเป้าหมายการปล่อยมลพิษระดับต่ำพิเศษ

ระบบกำจัดกำมะถันที่ใช้แอมโมเนียให้เงื่อนไขที่เอื้ออำนวยต่อกระบวนการ SCR หรือ SNCR ขั้นตอนถัดไป โดย:

• รักษาอุณหภูมิและความชื้นของก๊าซเสียให้คงที่

• ลดความผันผวนของก๊าซกรด

• ทำให้สามารถจัดการปริมาณแอมโมเนียได้อย่างเหมาะสมทั่วทั้งระบบ

ในการออกแบบระบบแบบผสานรวม กลยุทธ์การควบคุมแอมโมเนียที่ประสานงานกันสามารถลดการใช้สารเคมีรวมทั้งหมดและเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของโรงไฟฟ้า โดยเฉพาะในโครงการปรับปรุงให้บรรลุมาตรฐานการปล่อยมลพิษระดับต่ำพิเศษ

ความเหมาะสมสำหรับโครงการก่อสร้างใหม่และโครงการปรับปรุง

ระบบกำจัดกำมะถันที่ใช้แอมโมเนียมีความเหมาะสมทั้งสำหรับการก่อสร้างโรงไฟฟ้าใหม่และการปรับปรุงหน่วยผลิตที่มีอยู่แล้ว ทั้งนี้ เนื่องจากโครงสร้างที่กะทัดรัดและรูปแบบการติดตั้งที่ยืดหยุ่น ทำให้ระบบดังกล่าวมีความน่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับสถานที่ที่มีพื้นที่จำกัดหรือมีข้อจำกัดด้านโครงสร้าง

สำหรับโครงการปรับปรุงเพิ่มเติม (retrofit) ข้อได้เปรียบประกอบด้วย:

• ความต้องการในการปรับปรุงโครงสร้างพื้นฐานลดลง

• ระยะเวลาการติดตั้งสั้นลง

• ก่อให้เกิดการหยุดชะงักต่อการดำเนินงานที่กำลังดำเนินอยู่น้อยที่สุด

ปัจจัยเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อโรงไฟฟ้าที่มีอายุการใช้งานยาวนานซึ่งมุ่งหวังจะขยายอายุการใช้งานออกไป ขณะเดียวกันก็ปฏิบัติตามมาตรฐานสิ่งแวดล้อมที่ปรับปรุงใหม่

ความน่าเชื่อถือในระยะยาวและการพิจารณาต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน

นอกเหนือจากการลงทุนครั้งแรกแล้ว ผู้ดำเนินงานโรงไฟฟ้ายังประเมินเทคโนโลยีต่าง ๆ เพิ่มมากขึ้นตามต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ (TCO) ระบบกำจัดกำมะถันที่ใช้แอมโมเนียแสดงประสิทธิภาพที่โดดเด่นในด้านนี้ เนื่องจาก:

• ความต้องการการบำรุงรักษาต่ำ

• ความเสี่ยงของการเกิดคราบตะกรันและการสะสมสิ่งสกปรกลดลง

• ประสิทธิภาพระยะยาวที่เสถียร

• การใช้สารเคมีตัวทำปฏิกิริยาสามารถคาดการณ์ได้อย่างแม่นยำ

ตลอดช่วงเวลาการดำเนินงานหลายทศวรรษ ปัจจัยเหล่านี้ส่งผลให้อัตราการพร้อมใช้งานของระบบสูงขึ้น และต้นทุนการดำเนินงานสะสมต่ำลง ซึ่งยิ่งเสริมสร้างความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจของวิธีการแก้ปัญหาที่ใช้แอมโมเนีย

ทางเลือกเชิงกลยุทธ์สำหรับโรงไฟฟ้าที่มุ่งสู่อนาคต

เมื่อโรงไฟฟ้าต้องเผชิญกับความท้าทายสองด้าน คือ การปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมและการรักษาความยั่งยืนทางเศรษฐกิจ กระบวนการกำจัดซัลเฟอร์ด้วยแอมโมเนียจึงเสนอข้อได้เปรียบที่น่าสนใจอย่างยิ่ง ทั้งในด้าน ประสิทธิภาพสูง การประหยัดพลังงาน การนำผลพลอยได้ไปใช้ประโยชน์ และความน่าเชื่อถือในการดำเนินงาน .

ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่สามารถขจัดข้อเสียในอดีตออกไปได้แล้ว ระบบกำจัดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (FGD) แบบใช้แอมโมเนียจึงพัฒนาขึ้นเป็นวิธีการแก้ปัญหาที่สุกงอมและผ่านการพิสูจน์แล้ว ซึ่งสามารถสนับสนุนเป้าหมายการปล่อยมลพิษระดับต่ำสุดอย่างยิ่ง โดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพการทำงานของโรงไฟฟ้า

สำหรับผู้ประกอบการโรงไฟฟ้าที่แสวงหาแนวทางการควบคุมการปล่อยมลพิษที่มุ่งเน้นอนาคต กระบวนการกำจัดซัลเฟอร์ด้วยแอมโมเนียจึงไม่เพียงแต่เป็นเครื่องมือเพื่อให้สอดคล้องกับกฎระเบียบเท่านั้น แต่ยังเป็นการลงทุนเชิงกลยุทธ์เพื่อเสริมสร้างความยืดหยุ่นในการดำเนินงานในระยะยาวอีกด้วย