مطالعه موردی · کنترل انتشار گازهای صنعتی
چگونه یک تولیدکننده پیشرو در زمینه بازیافت سرب و آلیاژ آلومینیوم به راندمان نیتراتزدایی SCR مدل 97%، خروجی SO₂ با میزان 35 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب و خروجی PM با میزان 10 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب از دو کوره اکسیداسیون دست یافت - با استفاده از یک زنجیره فرآیند نوآورانه ESP + مبدل حرارتی + فیلتر کیسهای + گوگردزدایی مایع یونی + ESP مرطوب با بازیابی حرارت کاشی سرامیکی در دمای پایین برای به حداقل رساندن هزینه عملیاتی.
گوگردزدایی با مایع یونی
نیتراتزدایی SCR در دمای پایین
رسوبگر الکترواستاتیک مرطوب
مبدل حرارتی کاشی و سرامیک
۰۱ — پیشینه صنعت
بازیابی منابع زباله جامد: بازیافت باتریهای سرب-اسید و موردی برای گوگردزدایی با مایعات یونی
استفاده از منابع پسماند جامد در نقطه تلاقی سیاست اقتصاد چرخشی و کنترل انتشار گازهای صنعتی قرار دارد. بازیابی و ذوب مجدد سرب از باتریهای سرب-اسیدی مصرفشده یکی از مهمترین بخشهای اقتصادی و از نظر فنی چالشبرانگیز در صنعت بازیابی منابع پسماند جامد است. باتریهای سرب-اسیدی مصرفشده حاوی الکترولیت اسید سولفوریک باقیمانده، خمیر سولفات سرب و صفحات سرب فلزی هستند که هنگام پردازش در کورههای اکسیداسیون، گازهای خروجی حاوی غلظتهای بالای SO₂ (از ترکیبات سولفات و اسید)، NOx (از واکنشهای احتراق در دمای بالا)، ذرات ریز حاوی سرب و سایر گونههای گاز اسیدی تولید میکنند. این آلایندهها باید قبل از تخلیه گازهای خروجی، تا حد مجاز کنترل شوند.
شرکت مورد مطالعه در این مطالعه موردی، یک شرکت تخصصی پیشرو در بخش بازیافت و ذوب مجدد سرب است که عملیات اصلی آن شامل بازیابی باتریهای سرب-اسیدی مستعمل، ذوب مجدد برای تولید سرب بازیافتی و تولید آلیاژ آلومینیوم میشود. این شرکت با ظرفیت فرآوری سالانه تقریباً 200000 تن باتری مستعمل و تولید سالانه حدود 100000 تن سرب بازیافتی و آلیاژ آلومینیوم، در میان شرکتهای پیشرو در صنعت بازیابی سرب ثانویه قرار دارد. این مرکز دو کوره اکسیداسیون (کوره اکسیداسیون-احیا) را اداره میکند که حجم کل گاز دودکش آن 40000 متر مکعب در ساعت در دمای 180 درجه سانتیگراد است.
ویژگی بارز گازهای خروجی کوره اکسیداسیون از بازیافت سرب، ترکیبی از غلظت بالای SO₂ (600-1500 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب)، NOx بالا (600-1500 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب)، محتوای بالای اکسیژن (8-16%) و بار بالای PM است - همه به طور همزمان در یک محیط گازی خورنده حاوی ذرات سرب و غبار اسیدی. رویکردهای متداول شستشوی مرطوب و FGD سنگ آهک مورد استفاده در کاربردهای نیروگاهی و صنعت فولاد با چالشهای قابل توجهی در این محیط روبرو هستند زیرا شیمی مایع یونی گازهای خروجی بازیافت سرب شرایطی را ایجاد میکند که عملکرد استاندارد جاذب را مختل کرده و پسابهای مایع پیچیدهای تولید میکند. این پروژه از گوگردزدایی مایع یونی - فناوریای که به طور خاص برای شیمی این کاربرد انتخاب شده است - همراه با SCR و یک زنجیره حذف گرد و غبار الکترواستاتیک و فیلتر کیسهای چند مرحلهای استفاده میکند.
.webp)
«تصمیم کلیدی مهندسی در این پروژه، قرار دادن مرحله گوگردزدایی مایع یونی در پاییندست زنجیره پیشتصفیه جامع ESP و فیلتر کیسهای برای حذف گرد و غبار بود - که باعث کاهش شدید بار ذرات قبل از تماس گاز با جاذب مایع یونی میشود. این مدیریت گرد و غبار در بالادست، شرایط سرویس گردش مجدد مایع یونی را محافظت میکند، خطر انسداد کاتالیزور را در مرحله SCR کاهش میدهد و با استفاده از بازیابی گرمای تلفشده مبدل حرارتی کاشی سرامیکی با دمای پایین، هزینه عملیاتی کلی سیستم را به طور قابل توجهی کاهش میدهد.»
— خلاصه تجربیات مهندسی، پروژه حذف گرد و غبار/گوگردزدایی/نیتریفیکاسیون در صنعت بهرهبرداری از منابع پسماند جامد
۰۲ — مشخصات آلودگی
گاز خروجی کوره اکسیداسیون: SO₂ بالا، NOx بالا، PM بالا و O₂ بالا در جریان گاز خورنده حاوی سرب
دو کوره اکسیداسیون روی هم رفته 40000 متر مکعب در ساعت گاز دودکش فرآیند را در دمای 180 درجه سانتیگراد تولید میکنند. میزان اکسیژن در محدوده 8-16% بالا است که مشخصه گاز خروجی کوره اکسیداسیون است و پیامدهایی هم برای شیمی گوگردزدایی (به نفع اکسیداسیون SO₂ به SO₃ در اسکرابرهای مرطوب) و هم برای طراحی کاتالیزور SCR (نیاز به فرمولاسیون کاتالیزور مقاوم در برابر اکسیژن) دارد. میزان بالای O₂ همچنین به این معنی است که کنترل دمای ورودی گوگردزدایی و مدیریت دمای ورودی SCR باید محیط اکسیداتیو را در دماهای بالا در نظر بگیرند.
مشخصات آلاینده نیاز به تصفیه همزمان پنج پارامتر دارد: NOx در محدوده ۶۰۰ تا ۱۵۰۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب، SO₂ در محدوده ۶۰۰ تا ۱۵۰۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب، PM در محدوده ۱۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب در ورودی گوگردزدایی (پس از پیشتصفیه)، NOx در ورودی نیتراتزدایی SCR در محدوده ۱۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب پس از پیشتصفیه نیتراتزدایی، و NOx در خروجی کوره اکسیداسیون که وارد SCR میشود در محدوده ۶۰۰ تا ۱۵۰۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب. همه محدودیتها باید بهطور همزمان در دودکش حاصل شوند.
| پارامتر | ورودی (گاز خام) | فروشگاه طراحی شده | خروجی واقعی | محدودیت EU IED / NER |
|---|---|---|---|---|
| اکسیدهای نیتروژن | ۶۰۰–۱۵۰۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب | ≤50 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب | ۵۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب | مواد منفجره دستساز ۲۰۱۰/۷۵/EU ≤۲۰۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب |
| SO₂ | ۶۰۰–۱۵۰۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب | ≤35 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب | ۳۵ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب | فرمان فعالیتهای هلندی NER |
| PM (در ورودی گوگردزدایی) | ۱۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب (پس از پیشفرآوری) | ≤10 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب | ۱۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب | مواد منفجره دستساز ۲۰۱۰/۷۵/EU ≤۵ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب |
| اچ اف | — | ≤50 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب | ≤50 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب | بمب دستساز |
| دوغاب آمونیاک (NH₃) | — | ≤5 پی پی ام | ۳ پیپیام | شرط مجوز |
| محتوای اکسیژن (O₂) | ۸–۱۶۱TP3T | — | — | — |
| حجم گاز دودکش فرآیند | ۴۰،۰۰۰ متر مکعب در ساعت (۲ کوره ترکیبی) | — | — | — |
| دمای گاز دودکش (خروجی کوره) | ۱۸۰ درجه سانتیگراد | — | — | — |
| دمای ورودی گوگردزدایی | ۱۸۰ درجه سانتیگراد (ورود به سیستم) | — | — | — |
| دمای ورودی نیتراتزدایی SCR | ۱۸۰–۲۲۰ درجه سانتیگراد (پس از گرم شدن مجدد با تبادل گرما) | — | — | — |
۰۳ — راهکار درمانی
فرآیند پنج مرحلهای: ESP خشک → تبادل گرما → فیلتر کیسهای → مایع یونی FGD → SCR → ESP مرطوب
سیستم تصفیه بر روی زیرساخت کوره اکسیداسیون موجود ساخته شده است و یک سیستم نیتراتزدایی SCR تازه ساخته شده به ترکیب تجهیزات ESP + گوگردزدایی مایع یونی + ESP مرطوب موجود اضافه میکند. بینش اساسی طراحی این است که مرحله گوگردزدایی مایع یونی برای عملکرد مؤثر به یک جریان گاز از پیش تمیز شده عمیق نیاز دارد: ذرات گرد و غبار موجود در جریان گاز، جاذب مایع یونی را جذب و غیرفعال میکنند و ظرفیت آن را برای جذب SO₂ به مرور زمان کاهش میدهند. با قرار دادن یک زنجیره پیشتصفیه جامع ESP خشک + مبدل حرارتی + فیلتر کیسهای در بالادست مرحله مایع یونی، گاز ورودی به جاذب مایع یونی به ≤10 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب PM کاهش مییابد - سطحی که در آن شرایط سرویس مایع یونی کافی است و طول عمر گردش مجدد قابل قبول است.
دومین تصمیم کلیدی در طراحی، موقعیت راکتور SCR در پاییندست مرحله گوگردزدایی مایع یونی است. این پیکربندی SCR در سمت سرد ضروری است زیرا گوگردزدایی مایع یونی، SO₂ را قبل از تماس گاز با کاتالیزور SCR به سطوح بسیار پایین کاهش میدهد و خطر رسوب بیسولفات آمونیوم روی کاتالیزور را که در دماهای پایین در گاز SO₂ بالا رخ میدهد، از بین میبرد. با قرار دادن SCR پس از FGD مایع یونی، کاتالیزور در محیطی اساساً عاری از SO₂ در دمای ۱۸۰ تا ۲۲۰ درجه سانتیگراد عمل میکند و کاتالیزور SCR در دمای پایین را قادر میسازد تا راندمان هدف نیتراتزدایی ۹۷۱TP3T را بدون مسمومیت SO₂ که در موقعیت سمت گرم در بالادست FGD رخ میدهد، ارائه دهد.
مرحله 1: رسوبدهنده الکترواستاتیک خشک (ESP) - پیشحذف ذرات درشت
گاز خروجی کوره اکسیداسیون در دمای ۱۸۰ درجه سانتیگراد ابتدا از میان رسوبدهنده الکترواستاتیک خشک (ESP) موجود عبور میکند که بخش عمدهای از ذرات درشت سرب را از جریان گاز حذف میکند. این مرحله، مبدل حرارتی پاییندست را از فرسایش گرد و غبار ساینده محافظت میکند و بار ذرات معلق را تا سطحی که توسط مبدل حرارتی و مراحل فیلتر کیسهای قابل کنترل باشد، کاهش میدهد. ESP در ولتاژ بالا تحت شرایط خورنده بالای O₂ گاز خروجی کوره اکسیداسیون کار میکند و باید با مواد الکترود مقاوم در برابر خوردگی مشخص شود.
مرحله ۲: مبدل حرارتی کاشی سرامیکی (۲۲۰ درجه سانتیگراد → ۴۰ درجه سانتیگراد، سپس ۴۰ درجه سانتیگراد → ۱۳۰ درجه سانتیگراد)
گاز از قبل غبارزدایی شده از مبدل حرارتی کاشی سرامیکی با دمای پایین (مدل HB-565؛ حجم گاز دودکش ۴۰۰۰۰ متر مکعب در ساعت در هر طرف؛ ورودی سمت گرم ۲۲۰ درجه سانتیگراد، خروجی تقریباً ۱۲۸ درجه سانتیگراد؛ ورودی سمت سرد ۴۰ درجه سانتیگراد، خروجی تقریباً ۱۳۰ درجه سانتیگراد؛ مساحت تبادل حرارت تقریباً ۵۶۳ متر مربع؛ بار حرارتی تقریباً ۱۳۴۴ کیلووات؛ فشار طراحی ۵ کیلوپاسکال؛ جنس بدنه از فولاد ضد زنگ S31603 با ضخامت دیواره ۰.۷ میلیمتر؛ جنس فلنج لوله S30408؛ ابعاد تقریباً ۳۳۰۰×۲۲۰۰×۲۷۰۰ میلیمتر) عبور میکند. گاز داغ قبل از ورود به فیلتر کیسهای پیشسرد میشود، در حالی که گاز خنکشده پس از FGD قبل از ورود به راکتور SCR دوباره گرم میشود. این حلقه بازیابی گرمای تلفشده، نیاز به گرمایش گاز خارجی برای SCR را از بین میبرد و آنچه را که در غیر این صورت هزینه انرژی قابل توجهی داشت، به یک سیستم بازیابی گرمای مستقل با استفاده از انرژی حرارتی گاز تلفشده خود تأسیسات تبدیل میکند.
مرحله ۳: فیلتر کیسهای - پرداخت ذرات ریز
پس از خنکسازی با تبادل حرارتی، گاز برای حذف ذرات ریز وارد فیلتر کیسهای میشود. فیلتر کیسهای، ذرات معلق را به کمتر از 10 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب کاهش میدهد - آستانه کلیدی برای قابلیت گوگردزدایی مایع یونی. ذرات معلق در ورودی مرحله گوگردزدایی 10 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب گزارش شده است که تأیید میکند فیلتر کیسهای به سطح پیش تصفیه هدف رسیده است. فیلتر کیسهای همچنین یک جذب ثانویه برای هر ذره سربداری که از مرحله ESP عبور کرده است، فراهم میکند و تضمین میکند که مرحله مایع یونی در معرض گرد و غبار حاوی فلزات سنگین که به تدریج جاذب مایع یونی را آلوده میکنند، قرار نمیگیرد.
مرحله ۴: گوگردزدایی با مایع یونی
گاز از پیش تصفیهشده با دمای تقریبی 40 درجه سانتیگراد (که توسط مبدل حرارتی خنک میشود) وارد سیستم گوگردزدایی مایع یونی میشود. گوگردزدایی مایع یونی از یک جاذب مایع یونی با فرمول ویژه استفاده میکند که به طور انتخابی SO₂ را از جریان گاز از طریق جذب فیزیکی جذب میکند. مزایای کلیدی نسبت به FGD معمولی سنگ آهک-گچ برای این کاربرد عبارتند از: (1) عدم تولید پسماند جامد - مایع یونی حاوی SO₂ بازسازی و بازیافت میشود و SO₂ غلیظی تولید میکند که میتواند برای تولید اسید سولفوریک استفاده شود، نه اینکه گچ تولید شود و نیاز به دفع داشته باشد؛ (2) عدم تولید فاضلاب از خود فرآیند FGD؛ (3) SO₂ گرفته شده را میتوان دوباره تغلیظ و به عنوان یک محصول جانبی فروخت یا به اسید سولفوریک تبدیل کرد و هزینه انطباق را به یک آیتم درآمدی تبدیل کرد؛ (4) مصرف کمتر معرف زیرا مایع یونی به جای مصرف استوکیومتری، دوباره گردش و بازسازی میشود. غلظت خروجی گوگردزدایی مطابق طراحی، ≤35 میلیگرم بر نیوتنمتر مکعب است و مقادیر اندازهگیری شده واقعی، انطباق با الزامات را تأیید میکنند. کنترل عملیاتی کلیدی، مدیریت pH حلقه گردش مایع یونی است: نظارت بر pH مایع و کنترل HF (از گاز خروجی کوره اکسیداسیون) و بارگذاری SO₂ در مایع یونی برای حفظ راندمان جذب و جلوگیری از تشکیل رسوب که میتواند سیستم گردش خون را مسدود کند.
مرحله ۵: دنیتریفیکاسیون SCR (دمای پایین ۱۸۰ تا ۲۲۰ درجه سانتیگراد)
پس از گوگردزدایی با مایع یونی، گاز تمیز (SO₂ کم، PM کم) توسط مبدل حرارتی کاشی سرامیکی با استفاده از گرمای تلف شده گاز خام داغ ورودی، از دمای تقریباً 40 درجه سانتیگراد به 180-220 درجه سانتیگراد گرم میشود. گاز گرم شده دوباره وارد راکتور نیتراتزدایی SCR با دمای پایین میشود. سیستم SCR به کاهش NOx 97% دست مییابد. پارامترهای کلیدی کاتالیزور: تعداد سوراخهای کاتالیزور 30؛ اندازه المان 150×150 میلیمتر (مقطع عرضی)، ارتفاع 580 میلیمتر؛ گام 4.93 میلیمتر؛ فاصله سوراخها 4.23 میلیمتر؛ ضخامت دیواره 0.70 میلیمتر؛ تخلخل 70.1%؛ مساحت سطح ویژه کاتالیزور 678 متر مربع بر متر مکعب؛ جزء فعال V₂O₅ روی حامل TiO₂ (محتوای حامل 75-85%)؛ دمای طراحی 220 درجه سانتیگراد؛ حداکثر دمای عملیاتی 420 درجه سانتیگراد؛ حداقل دمای عملیاتی 220 درجه سانتیگراد؛ افت فشار تک لایه ≤135 پاسکال (کاتالیزور تمیز)؛ عمر شیمیایی: 24000 ساعت از اولین تماس با گاز؛ راندمان نیتراتزدایی ≥96.66% در 16000 ساعت؛ سرعت کانال کاتالیزور ورودی SCR 4.33 متر بر ثانیه؛ مصرف نظری اوره 20.38 کیلوگرم بر ساعت؛ سرعت فضای حجمی 2661 ساعت⁻¹. سیستم SCR در پایین دست مرحله مایع یونی نصب شده است و از شرایط گاز بدون SO₂ برای امکان عملیات در دمای پایین بدون مسمومیت با کاتالیزور سولفات آمونیوم استفاده میکند. آب آمونیاک به عنوان عامل کاهنده با 0.02 تن بر ساعت استفاده میشود؛ لغزش آمونیاک ≤5 ppm را تضمین میکند (واقعی: 3 ppm).
مرحله 6: رسوبدهنده الکترواستاتیک مرطوب (WESP) - پرداخت نهایی
گاز پس از SCR برای غبار نهایی اسید و صیقل دادن ذرات ریز قبل از تخلیه دودکش، وارد رسوبدهنده الکترواستاتیک مرطوب میشود. WESP هرگونه آئروسل اسید باقیمانده و ذرات زیر میکرونی که توسط مراحل اولیه تصفیه حذف نشدهاند را جذب میکند و تضمین میکند که هدف خروجی PM ≤10 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب با حاشیه انطباق کافی برآورده میشود.
کورهها
۱۸۰ درجه سانتیگراد
(موجود)
پیش خنک کننده HX
→40 درجه سانتیگراد
(موجود)
بحث گروهی متمرکز (موجود)
۱۸۰–۲۲۰ درجه سانتیگراد
۹۷۱TP3T NOx
(موجود)
→ پشته
⭐ تجهیزات جدید اضافه شده در این پروژه ارتقاء
پارامترهای کلیدی تجهیزات
| مورد | مشخصات |
|---|---|
| مبدل حرارتی کاشی و سرامیک | مدل HB-565؛ ۴۰۰۰۰ متر مکعب بر ساعت؛ دمای قسمت گرم ۲۲۰ درجه سانتیگراد - ۱۲۸ درجه سانتیگراد؛ دمای قسمت سرد ۴۰ درجه سانتیگراد - ۱۳۰ درجه سانتیگراد؛ ۵۶۳ متر مربع؛ ۱۳۴۴ کیلووات؛ بدنه S31603 |
| عنصر کاتالیزور SCR | سطح مقطع ۱۵۰×۱۵۰ میلیمتر؛ ارتفاع ۵۸۰ میلیمتر؛ منافذ ۳۰؛ تخلخل ۷۰.۱۱TP3T؛ V₂O₅/TiO₂؛ طراحی ۲۲۰ درجه سانتیگراد؛ ۲۴۰۰۰ ساعت عمر مفید |
| راندمان نیتراتزدایی SCR | 97% واقعی؛ ≥96.66% تضمین شده در 16000 ساعت؛ ≤135 پاسکال افت فشار تک لایه |
| آب آمونیاک (احیاکننده) | ۰.۰۲ تن در ساعت؛ تضمین لغزش آمونیاک ≤۵ ppm؛ واقعی ۳ ppm |
| فن القایی اصلی | ۱۱۰ کیلووات؛ ۱ واحد (در حال کار) |
| کل توان نصب شده | ۱۲۴.۵ کیلووات نصبشده؛ ۱۲۳ کیلووات در حال کار واقعی |
| هزینه برق سالانه (۸۰۰۰ ساعت) | تقریباً ۳۹.۳۶ معادل ده هزار یوان (۰.۴ یوان/کیلووات ساعت) |
| هزینه سالانه گاز طبیعی (گرمایش SCR) | ۷۵ متر مکعب در ساعت؛ تقریباً ۱۹۲ ده هزار یوان در سال (۳.۲ یوان در متر مکعب) |
| هزینه سالانه آب آمونیاک | تقریباً 8 ده هزار یوان در سال (0.02 تن در ساعت، 500 یوان در تن) |
04 — مزایای اصلی
شش دلیل برای اینکه چرا این معماری فرآیند برای بازیافت سرب از طریق کوره اکسیداسیون گاز خروجی بهینه است
- ✓
حذف گرد و غبار عمیق بالادست، مایع یونی و کاتالیزور SCR را به طور همزمان محافظت میکند: تصمیم اساسی معماری در این پروژه، رسیدگی کامل به مشکل ذرات معلق (PM) قبل از تماس گاز با جاذب مایع یونی یا کاتالیزور SCR است. زنجیره ترکیبی ESP خشک + مبدل حرارتی + فیلتر کیسهای، ذرات معلق را از سطح خروجی کوره خام به ≤10 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب قبل از مرحله مایع یونی و به سطح حتی پایینتری قبل از مرحله SCR کاهش میدهد. این پیشگردگیری عمیق دو هدف را دنبال میکند: با جلوگیری از آلودگی ذرات جاذب، شرایط سرویس گردش مجدد مایع یونی را حفظ میکند و کاتالیزور SCR را از انسداد سریع و مسمومیت شیمیایی که در اثر قرار گرفتن در معرض گرد و غبار حاوی سرب در غلظتهای بالا ایجاد میشود، محافظت میکند. هر دو مزیت مستقیماً به طول عمر سیستم و کاهش دفعات تعمیر و نگهداری کمک میکنند. - ✓
SCR سمت سرد پس از FGD مایع یونی، مسمومیت با کاتالیزور آمونیوم بی سولفات را از بین میبرد: SCR دمای پایین در دمای ۱۸۰ تا ۲۲۰ درجه سانتیگراد، در صورت وجود SO₂ در سطح کاتالیزور، مستعد رسوب بیسولفات آمونیوم (ABS) است، زیرا سرعت تشکیل ABS در دمای ۱۸۰ تا ۲۸۰ درجه سانتیگراد بالاترین مقدار را دارد. با قرار دادن SCR در پایین دست مرحله گوگردزدایی مایع یونی، غلظت SO₂ در ورودی SCR از ۶۰۰ تا ۱۵۰۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب به تقریباً ۳۵ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب یا کمتر کاهش مییابد. در این غلظت پایین SO₂، سرعت تشکیل ABS به طور چشمگیری کاهش مییابد و کاتالیزور SCR دمای پایین را قادر میسازد تا راندمان نیتراتزدایی ۹۷۱TP3T را بدون غیرفعال شدن تدریجی کاتالیزور ناشی از رسوب ABS که در موقعیت SCR در سمت داغ در بالادست FGD رخ میدهد، ارائه دهد. - ✓
بازیابی گرمای اتلافی مبدل حرارتی کاشی سرامیکی، هزینه گرمایش مجدد SCR خارجی را حذف میکند: SCR برای واکنش کاتالیزوری مؤثر، نیاز به دمای گاز ورودی ۱۸۰ تا ۲۲۰ درجه سانتیگراد دارد. گاز پس از مایع یونی FGD تقریباً در دمای ۴۰ درجه سانتیگراد خارج میشود. بدون بازیابی گرما، این امر مستلزم گرم کردن ۴۰۰۰۰ متر مکعب در ساعت گاز از ۴۰ درجه سانتیگراد به ۱۸۰ درجه سانتیگراد است - هزینه انرژی معادل تقریباً ۷۵ متر مکعب در ساعت گاز طبیعی. مبدل حرارتی کاشی سرامیکی این انرژی را از گاز خام داغ ورودی (که به هر حال باید برای مراحل فیلتر کیسهای و مایع یونی خنک شود) بازیابی میکند و مازاد انرژی همزمان را با هزینه سوخت افزایشی صفر به وظیفه بازگرمایش تبدیل میکند. مصرف ۷۵ متر مکعب در ساعت گاز طبیعی برای افزایش دمای مبدل حرارتی و حفظ دمای ورودی SCR مورد نیاز است، اما این مقدار بسیار کمتر از مقداری است که بدون سیستم بازیابی گرما مورد نیاز خواهد بود. - ✓
گوگردزدایی با مایع یونی هیچ پسماند گچی تولید نمیکند و بازیابی محصول جانبی SO₂ را امکانپذیر میسازد: برخلاف FGD سنگ آهک-گچ (که گچ را به عنوان یک محصول جانبی جامد تولید میکند که نیاز به جابجایی و دفع یا فروش دارد)، گوگردزدایی با مایع یونی، جاذب را احیا کرده و SO₂ جذب شده را به عنوان یک جریان محصول قابل بازیابی تغلیظ میکند. در زمینه صنعت بازیافت سرب، SO₂ تغلیظ شده بازیابی شده را میتوان برای استفاده مجدد در تولید باتری یا تولید مواد شیمیایی صنعتی به اسید سولفوریک تبدیل کرد و یک حلقه اقتصادی دایرهای ایجاد کرد که هزینه انطباق را به یک محصول جانبی درآمدزا تبدیل میکند. عدم وجود گچ همچنین زیرساختهای آبگیری، ذخیرهسازی و لجستیکی را که FGD مرطوب به آن نیاز دارد، از بین میبرد. - ✓
ارتقاء زیرساختهای موجود، هزینه سرمایه و اختلال در سایت را به حداقل میرساند: این پروژه، مبدل حرارتی کاشی سرامیکی و سیستم نیتراتزدایی SCR را به مجموعه تجهیزات ESP، فیلتر کیسهای، گوگردزدایی مایع یونی و ESP مرطوب موجود در تأسیسات اضافه میکند. با تکیه بر زیرساختهای موجود به جای طراحی یک سیستم تصفیه کاملاً جدید، هزینه اولیه ارتقاء فقط به اجزای جدید (مبدل حرارتی و راکتور SCR) محدود میشود، در حالی که مزایای انطباق، تمام پارامترهای تنظیمشده را پوشش میدهد. این رویکرد مستقیماً برای هر تأسیساتی که تجهیزات کنترل انتشار متعارف در حال حاضر در محل وجود دارد اما انطباق با NOx بدون یک مرحله نیتراتزدایی اضافی قابل دستیابی نیست، قابل اجرا است. - ✓
عمر شیمیایی کاتالیزور SCR با ۲۴۰۰۰ ساعت، سه سال کارکرد مداوم را پوشش میدهد: تضمین عمر شیمیایی کاتالیزور SCR به مدت ۲۴۰۰۰ ساعت از اولین تماس با گاز، همراه با تضمین راندمان ۱۶۰۰۰ ساعته ≥۹۶.۶۶۱TP3T، به این معنی است که کاتالیزور میتواند تقریباً ۳ سال معادل ۸۰۰۰ ساعت در سال قبل از رسیدن به عمر شیمیایی کار کند. فرمولاسیون کاتالیزور دمای پایین V₂O₅/TiO₂ مورد استفاده در این نصب، به طور خاص برای محیط عاری از SO₂ و با O₂ بالا در جریان گاز پس از فرآیند FGD مایع یونی طراحی شده است. افت فشار تک لایه در ≤۱۳۵ پاسکال (کاتالیزور تمیز) تضمین شده است و سیستم SCR را قادر میسازد تا بدون نیاز به ارتقاء فن، در محدوده ظرفیت فن القایی موجود کار کند.
۰۵ — نتایج عملیاتی
دادههای انطباق تأیید شده: همه پارامترها در محدوده مجاز یا پایینتر از آن هستند
هزینههای عملیاتی سالانه: برق با توان عملیاتی واقعی ۱۲۳ کیلووات (۰.۴ یوان بر کیلووات ساعت، ۸۰۰۰ ساعت در سال) = تقریباً ۳۹.۳۶ ده هزار یوان معادل؛ گاز طبیعی برای گرمایش مجدد SCR با سرعت ۷۵ متر مکعب بر ساعت (۳.۲ یوان بر متر مکعب، ۸۰۰۰ ساعت) = تقریباً ۱۹۲ ده هزار یوان معادل؛ آب آمونیاک با سرعت ۰.۰۲ تن بر ساعت (۵۰۰ یوان بر تن، ۸۰۰۰ ساعت) = تقریباً ۸ ده هزار یوان معادل. گاز طبیعی برای حفظ دمای SCR، آیتم اصلی هزینههای عملیاتی است که ارزش مبدل حرارتی کاشی سرامیکی را در کاهش نیاز به گرمایش تکمیلی تقویت میکند.
06 — هشدارهای اجرایی
درسهای حیاتی مهندسی و عملیاتی برای بازیافت سرب و تصفیه گازهای خروجی
- ⚠️
حذف ضعیف گرد و غبار در بالادست باعث کاهش راندمان گوگردزدایی مایع یونی در پاییندست میشود - نظارت بر غلظت PM را در ورودی سیستم اضافه کنید و در صورت کاهش راندمان فوراً اقدام کنید: خطر اصلی مستند این است که حذف ضعیف گرد و غبار در بالادست (پیش تصفیه) باعث کاهش راندمان گوگردزدایی مایع یونی میشود. ذرات سربدار و سایر ذرات از کوره اکسیداسیون در حلقه گردش مایع یونی جذب میشوند و به تدریج جاذب را آلوده کرده و ظرفیت جذب SO₂ آن را کاهش میدهند. یک مانیتور غلظت PM مداوم در ورودی به مرحله مایع یونی نصب کنید. هنگامی که PM ورودی از آستانه طراحی (≤10 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب) بالاتر میرود، بررسی فوری عملکرد ESP بالادست و فیلتر کیسهای را آغاز کنید. اگر راندمان حذف گرد و غبار کاهش یافته است، قبل از اینکه ظرفیت جذب SO₂ سیستم مایع یونی مختل شود، علت را برطرف کنید. اگر بارگیری SO₂ مایع یونی را نمیتوان در محدوده قابل قبول حفظ کرد، با استفاده از یک جاذب با ظرفیت بالاتر یا نرخ بازسازی افزایش یافته، ظرفیت سیستم گوگردزدایی را ارتقا دهید. - ⚠️
غلظت SO₂ در ابتدای فرآیند دنیتریفیکاسیون SCR که در سطح منطقی کنترل نشود، احتمال تولید سولفات آمونیوم و انسداد کاتالیزور را افزایش میدهد: حتی پس از گوگردزدایی با مایع یونی، مقداری SO₂ باقیمانده (≤35 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب در طراحی) به کاتالیزور SCR میرسد. در دمای عملیاتی 180 تا 220 درجه سانتیگراد، اگر غلظت SO₂ در سطح کاتالیزور بالاتر از حد انتظار باشد - به عنوان مثال، اگر راندمان گوگردزدایی با مایع یونی در طول یک رویداد آلودگی جاذب به زیر سطوح طراحی کاهش یابد - هنوز هم میتواند بیسولفات آمونیوم (ABS) تشکیل شود. افت فشار سیستم SCR را به طور مداوم رصد کنید. اگر افت فشار فراتر از مقدار طراحی افزایش یابد (نشانگر رسوب ABS یا گرد و غبار)، دمای ورودی SCR را به بالای 280 درجه سانتیگراد افزایش دهید تا رسوبات ABS تبخیر شوند. اگر افت فشار با تمیز کردن در عملکرد عادی به سطوح قابل قبول کاهش نیابد، تجزیه و تحلیل حرارتی بستر کاتالیزور را انجام دهید تا مشخص شود که آیا آلودگی برگشتناپذیر رخ داده است یا خیر. - ⚠️
بیثباتی کنترل دمای نیتراتزدایی SCR، تضمین راندمان نیتراتزدایی را دشوار میکند - همیشه دمای ورودی نیتراتزدایی را کنترل کنید و اگر دما از حداقل دمای طراحی پایینتر آمد، تزریق آمونیاک را متوقف کنید: سومین خطر مستند این است که کنترل دمای ناپایدار در ورودی سیستم نیتراتزدایی SCR، تضمین راندمان نیتراتزدایی را دشوار میکند. کاتالیزور SCR در یک پنجره دمایی خاص (محدوده طراحی ۲۲۰ تا ۴۲۰ درجه سانتیگراد؛ حداقل ۲۲۰ درجه سانتیگراد) عمل میکند. اگر عملکرد مبدل حرارتی کاشی سرامیکی (به دلیل رسوب) کاهش یابد، یا اگر سیستم گرمایش گاز طبیعی تکمیلی دچار نقص شود، دمای ورودی SCR میتواند به زیر حداقل ۲۲۰ درجه سانتیگراد کاهش یابد. در زیر این دما، فعالیت کاتالیزور ناکافی است و آمونیاک واکنش نداده به جای کاهش NOx، رسوبات نمک آمونیوم ایجاد میکند. یک مانیتور دمای مداوم در ورودی SCR با یک قفل قطع خودکار تزریق آمونیاک در دمای ۲۱۰ درجه سانتیگراد (۱۰ درجه سانتیگراد زیر حداقل دمای طراحی) نصب کنید. ادامه تزریق آمونیاک در دمای کمتر از حداقل، معرف را هدر میدهد، باعث افزایش لغزش آمونیاک میشود و نمکهای آمونیوم را در کانالهای کاتالیزور رسوب میدهد. - ⚠️
مبدل حرارتی کاشی سرامیکی حساسترین جزء سیستم به خوردگی است - با انتخاب درجه مواد و سرعت گاز مناسب، از مشکلات تعویض صفحه، نشتی و سرعت خوردگی جلوگیری کنید: مبدل حرارتی، گاز خام کوره (SO₂ بالا، O₂ بالا، PM بالا، ذرات سربدار) را در سمت گرم و گاز تمیز پس از FGD را در سمت سرد پردازش میکند. این امر محیطی با خوردگی دوگانهی دشوار ایجاد میکند. انتخاب درجهی مناسب مواد مبدل حرارتی (S31603 که برای این نصب مشخص شده است)، تنظیم سرعت گاز در محدودهی طراحی برای به حداقل رساندن فرسایش-خوردگی ناشی از گرد و غبار باقیمانده، و بهینهسازی هندسهی کانال کانال برای کاهش نرخ رسوب لجن، از اصول کلیدی طراحی هستند. بازرسی دورهای سطوح لولههای مبدل حرارتی (حداقل سالانه از سال دوم به بعد) برای کاهش ضخامت دیواره باید در برنامهی نگهداری برنامهریزی شده گنجانده شود. - ⚠️
ذرات سربدار حاصل از کوره اکسیداسیون باید به عنوان زبالههای خطرناک در هر نقطه جمعآوری زبالههای جامد در سیستم تصفیه مدیریت شوند: سرب طبق مقررات EU REACH و دستورالعمل زبالههای خطرناک، در هر غلظتی بالاتر از آستانه مربوطه، یک ماده خطرناک است. زبالههای جامد جمعآوریشده در قیف ESP، قیفهای فیلتر کیسهای و مخزن جمعآوری ESP مرطوب، همگی حاوی ذرات سربدار در غلظتهایی هستند که معمولاً زبالهها را به عنوان خطرناک طبقهبندی میکنند. هر جریان زباله جامد باید قبل از تأیید هرگونه مسیر دفع، به صورت جداگانه با آزمایش شیرابه TCLP (EN 12457) مشخص شود و انتقال باید طبق مقررات حمل و نقل زبالههای خطرناک هلند، همراه با یک یادداشت ارسال زبالههای خطرناک باشد. مایع یونی آلوده به ذرات سرب نیز باید به طور مشابه هنگام تعویض نهایی در پایان عمر، مشخص شود، زیرا حاوی ترکیبات سرب جذبشده خواهد بود. - ⚠️
اگر دمای ورودی SCR کمتر از حداقل ۲۲۰ درجه سانتیگراد است، گرمایش تکمیلی (گاز طبیعی) را افزایش دهید - و در هنگام راهاندازی و خاموش کردن، از طریق دیواره کناری تهویه کنید تا از قرار گرفتن کاتالیزور در معرض گاز سرد و با رطوبت بالا جلوگیری شود: در طول راهاندازی و خاموش کردن کورههای اکسیداسیون، ترکیب و دمای گاز خروجی خارج از پارامترهای عملیاتی عادی خواهد بود. گاز مرطوب یا دمای پایین حاوی رطوبت بالا باید در طول این دورههای گذرا از اطراف راکتور SCR بایپس شود: تراکم رطوبت روی کاتالیزور در دماهای زیر حداقل میتواند باعث آسیب برگشتناپذیر کاتالیزور شود. قبل از راهاندازی، از عملکرد صحیح مجرای بایپس کناری و شیر بایپس اطمینان حاصل کنید و روش بایپس راهاندازی را در برنامه آموزش اپراتور بگنجانید.
07 - نکات مهندسی
چهار درس از این پروژه تصفیه گازهای خروجی بازیافت سرب
- 1
توالی مراحل تصفیه تعیین میکند که آیا هر فناوری با راندمان نامی خود عمل میکند یا خیر - توالی مراحل بیش از مشخصات فنی هر تجهیزات اهمیت دارد. در این پروژه، SCR به دلیل یک کاتالیزور با مشخصات فوقالعاده بالا، به دنیتریفیکاسیون 97% دست مییابد، اما به این دلیل که توالی تصفیه (حذف عمیق ذرات معلق قبل از FGD مایع یونی، FGD مایع یونی قبل از SCR) یک جریان گاز تمیز و کم SO₂ را در دمای صحیح به SCR تحویل میدهد. همان کاتالیزور در موقعیت متفاوت - به عنوان مثال، در بالادست FGD مایع یونی در یک جریان گاز با SO₂ بالا - به دلیل رسوب ABS در عرض چند ماه از کار میافتد. معماری سیستم تصفیه (توالی، دما، شرایط گاز در ورودی هر مرحله) تصمیم اولیه طراحی مهندسی برای کاربردهای پیچیده چند آلاینده است. - 2
گوگردزدایی با مایع یونی جایگزین برتر برای FGD سنگ آهک-گچ برای کاربردهای بازیافت سرب از گازهای خروجی است، به ویژه به این دلیل که هیچ جریان پسماند جامد یا مایعی از خود فرآیند FGD تولید نمیکند. در تأسیساتی که در حال حاضر زبالههای جامد آلوده به سرب را از ESP و فیلتر کیسهای مدیریت میکند، اضافه کردن یک مرحله FGD سنگ آهک-گچ، جریان بیشتری از گچ بالقوه آلوده به سرب ایجاد میکند که نیاز به طبقهبندی و دفع زبالههای خطرناک دارد. فرآیند مایع یونی از این جریان زباله اضافی جلوگیری میکند و همزمان یک محصول جانبی SO₂ غلیظ قابل بازیابی با ارزش تجاری تولید میکند. برای هرگونه کاربرد گازهای خروجی حاوی سرب، روی یا سایر فلزات سنگین که جریان زباله FGD به عنوان خطرناک طبقهبندی میشود، گوگردزدایی مایع یونی باید به عنوان فناوری اصلی گوگردزدایی قبل از مشخص شدن FGD سنگ آهک-گچ ارزیابی شود. - 3
بازیابی گرمای تلفشده از طریق مبدل حرارتی کاشی سرامیکی، یک منبع انرژی را به منبع گرمایش اولیه برای راکتور SCR تبدیل میکند. گاز خروجی داغ خام (۲۲۰ درجه سانتیگراد) باید قبل از مراحل فیلتر کیسهای و مایع یونی خنک شود؛ گاز پس از FGD (۴۰ درجه سانتیگراد) باید قبل از SCR دوباره گرم شود. این دو وظیفه مدیریت دما مستقیماً مکمل یکدیگر هستند: گرمای استخراج شده از سمت گرم دقیقاً همان چیزی است که در سمت سرد مورد نیاز است. مبدل حرارتی کاشی سرامیکی از این مکمل حرارتی بهره میبرد و نیاز به بخاری بخار یا گاز برقی را که تقریباً ۱۹۲ تا ۱۰ هزار RMB در سال به هزینه انرژی اضافه میکند، از بین میبرد. این بزرگترین صرفهجویی در هزینه عملیاتی واحد در این پروژه است و نشان میدهد که شناسایی و بازیابی گرمای تلف شده باید یک گام صریح در فرآیند طراحی سیستم باشد، نه یک اقدام بعدی. - 4
ارتقاء زیرساختهای موجود با اضافه کردن دو جزء جدید (مبدل حرارتی و SCR)، انطباق کامل با NOx را با کسری از هزینه تعویض کامل سیستم فراهم میکند. این پروژه ارزش موجودی دقیق تجهیزات موجود و ارزیابی قابلیتها را قبل از شروع هرگونه طراحی ارتقاء انطباق نشان میدهد. ESP موجود، فیلتر کیسهای، FGD مایع یونی و ESP مرطوب، همگی به عنوان سیستمهایی که قادر به دستیابی به اهداف عملکردی فردی خود در معماری سیستم ارتقاء هستند، تأیید شدند. فقط مبدل حرارتی (که مدیریت دما را برای عملکرد SCR فراهم میکند) و خود راکتور SCR، اضافات جدید بودند. نسبت هزینه سرمایهای این ارتقاء تدریجی به جایگزینی کامل سیستم جدید معمولاً در محدوده 15-25% خواهد بود - یک استدلال قانعکننده برای ارزیابی زیرساختهای موجود قبل از مشخص شدن هرگونه سیستم تصفیه اولیه.
08 — سوالات متداول
بازیافت باتری سرب-اسیدی و تصفیه گاز خروجی: پاسخ به ده سوال
سوالاتی از مدیران مجوزهای زیستمحیطی، مهندسان فرآیند و تیمهای HSE در تأسیسات تولید سرب ثانویه، بازیافت آلیاژ آلومینیوم و بازیابی منابع پسماند جامد که در حال برنامهریزی برای ارتقاء نیتراتزدایی SCR و گوگردزدایی با مایع یونی تحت الزامات قانون فعالیتهای IED اتحادیه اروپا / هلند هستند.
آمادهاید تا به استانداردهای انتشار بسیار کم برای تأسیسات بازیافت خود دست یابید؟
طیف کاملی از راهکارهای کنترل انتشار گازهای صنعتی را بررسی کنید
از گوگردزدایی با مایع یونی و SCR در دمای پایین برای تأسیسات بازیافت باتریهای سرب-اسید گرفته تا سیستمهای اکسیداسیون حرارتی احیاکننده برای کاهش VOC صنعتیتیم مهندسی ما، راهکارهای منطبق با استانداردهای اتحادیه اروپا در زمینه کنترل انتشار گازهای گلخانهای در حوزه بازیافت فلزات غیرآهنی را ارائه میدهد.
