مطالعه موردی · کنترل انتشار گازهای صنعتی
چگونه یک تولیدکننده پیشرو آند پیشپختشده به گوگردزدایی ۹۹.۵۱TP3T و حذف گرد و غبار ۹۵۱TP3T از گازهای خروجی کوره ترکیبی کلسیناسیون و زینترینگ دست یافت - با استفاده از یک سیستم یکپارچه FGD سنگ آهک-گچ (L/G=29.7، اسپری ۵ لایه) به همراه رسوبدهنده الکترواستاتیک مرطوب BLWESP-540 برای تصفیه ۴۰۰۰۰۰ نیوتن متر مکعب در ساعت از گازهای خروجی بسیار خورنده با SO₂ بالا و در عین حال مدیریت خطر انفجار CO که ذاتی پردازش مواد کربنی است.
سنگ آهک-گچ FGD
نیتراتزدایی SNCR
رسوبگر الکترواستاتیک مرطوب
تفجوشی آند کربنی
۰۱ — پیشینه صنعت
تولید مواد کربنی: بخشی استراتژیک و حیاتی با چالشهای جدی در زمینه انتشار گازهای گلخانهای
مواد کربنی برای اقتصاد صنعتی جهانی ضروری هستند. آندهای پیشپختشده به عنوان ماده اولیه الکترود مصرفی در ذوب الکترولیتی آلومینیوم استفاده میشوند؛ الکترودهای گرافیتی در فولادسازی کوره قوس الکتریکی؛ کامپوزیتهای کربن-کربن در هوافضا، سیستمهای ترمز با عملکرد بالا و تولید نیمههادیها؛ و مواد کربنی جدید از جمله کامپوزیتهای مبتنی بر گرافن، نانولولههای کربنی و فیبر کربن به طور فزایندهای در اجزای خودروهای انرژی جدید، سیستمهای ذخیره انرژی و مواد سازهای سبک وزن نقش دارند.
رشد انرژیهای تجدیدپذیر - پنلهای خورشیدی، توربینهای بادی و باتریهای در مقیاس شبکه - باعث رشد پایدار تقاضا برای مواد کربنی با کیفیت بالا، به ویژه برای کاربردهای الکترود ذخیرهسازی و اجزای سازهای سبک وزن میشود. بخش جهانی مواد کربنی همزمان در حال گسترش دامنه بازار خود و مواجهه با فشارهای نظارتی فزاینده بر فرآیندهای تولید خود، به ویژه در مورد انتشار SO₂ بالا و ذرات معلق زیاد از کورههای کلسیناسیون و زینترینگ است که برای تولید مواد کربنی ضروری هستند.
شرکت مورد مطالعه در این مطالعه موردی، یک شرکت تخصصی تولید آند پیشپختشده است که زمینی به مساحت ۷۰،۰۰۰ متر مربع را با ۸ کوره کلسیناسیون، ۴۸ کوره زینترینگ، ۲ خط تجهیزات شکلدهی ۱۵۰،۰۰۰ تن در سال به علاوه تجهیزات حفاظت از محیط زیست مرتبط (شامل تولید برق از گرمای تلفشده) و ظرفیت تولید سالانه ۳۰۰،۰۰۰ آند پیشپختشده پوشش میدهد. این مرکز، یک شرکت پیشرو در سطح استانی در بخش آند پیشپختشده آلومینیوم است که به عنوان یک جزء حیاتی زنجیره تأمین به کارخانههای ذوب آلومینیوم خدمت میکند. با تشدید مقررات زیستمحیطی، سیستم تصفیه گاز دودکش این مرکز به یک اولویت سرمایهگذاری استراتژیک تبدیل شده است: FGD مرطوب سنگ آهک-گچ همراه با رسوب الکترواستاتیک مرطوب اکنون پیکربندی استانداردی است که در سراسر این بخش برای مقابله با چالش انتشار آلایندههای متعدد از کورههای زینترینگ مواد کربنی به کار گرفته میشود.
زمینه FGD مرطوب برای این کاربرد: FGD سنگ آهک-گچ یکی از پرکاربردترین فناوریهای گوگردزدایی گاز دودکش در سطح جهان است. ویژگیهای اصلی آن عبارتند از: راندمان بالای گوگردزدایی؛ کاربرد گسترده؛ نسبت نسبتاً پایین سنگ آهک به کلسیم؛ از نظر فنی بالغ؛ و گچ حاصل از آن میتواند به عنوان یک محصول تجاری فروخته شود. این سیستم شامل یک سیستم گاز دودکش، سیستم جذب SO₂، سیستم آمادهسازی جاذب و سیستم تصفیه گچ است. رسوب الکترواستاتیک مرطوب (WESP) یک فناوری تصفیه گاز دودکش با راندمان بالا است که در درجه اول برای تصفیه ذرات ریز و غبار اسیدی در جریان گاز پس از FGD استفاده میشود و غلظت آلاینده خروجی ترکیبی را در بهترین حالت به کمتر از 5 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب کاهش میدهد.
۰۲ — مشخصات آلودگی
کلسیناسیون + تفجوشی ترکیبی گاز خروجی: SO₂ بسیار بالا در دمای ۶۰۰۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب به علاوه خطر انفجار CO
این پروژه گازهای خروجی مخلوط از کورههای کلسیناسیون و کورههای زینترینگ را تصفیه میکند. پس از خنک کردن گازهای خروجی کوره کلسیناسیون تا دمای مناسب و گرفتن ذرات کک، تمام گازهای خروجی کوره با هم ترکیب شده و برای گوگردزدایی و تصفیه غبارزدایی به سیستم جدید گوگردزدایی و رسوبدهنده الکترواستاتیک مرطوب هدایت میشوند. با ترکیب سیستم گازهای خروجی کوره زینترینگ موجود در سیستم جدید، گاز دودکش تمیز شده مستقیماً از طریق فن القایی از دودکش تخلیه میشود. سیستم تصفیه از یک سیستم کنترل DCS استفاده میکند و سیستم فن، سیستم دوغاب، سیستم آمادهسازی دوغاب، سیستم آبگیری گچ و سیستم تصفیه دوغاب را به اشتراک میگذارد.
دو نوع کوره در جریان ترکیبی گاز دودکش نقش دارند: کوره کلسیناسیون (کوره کلسیناسیون) و کوره زینترینگ. حجم استاندارد گاز دودکش ترکیبی ۲۳۰،۰۰۰ نیوتن متر مکعب در ساعت است؛ در شرایط فرآیند (۲۰۰ درجه سانتیگراد)، این حجم ۴۰۰،۰۰۰ نیوتن متر مکعب در ساعت است. مصرف سوخت گاز طبیعی ۴۵۰۰ متر مکعب در ساعت است. چالش مهم انتشار، غلظت SO₂ با ۶۰۰۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب در ورودی FGD است - یکی از بالاترین غلظتهای ورودی SO₂ در هر یک از ۳۰ مطالعه موردی در این بروشور. این بارگذاری شدید SO₂، نسبت L/G بسیار بالا (۲۹.۷) و پیکربندی اسپری ۵ لایه مورد نیاز در جاذب FGD را هدایت میکند.
خطر انفجار CO بُعد ایمنی منحصر به فرد فرآوری مواد کربنی است که در سایر کاربردهای تصفیه گازهای خروجی صنعتی دیده نمیشود. فرآیندهای کلسیناسیون و زینترینگ کربن، CO را به عنوان یک محصول جانبی احتراق تولید میکنند. اگر غلظت CO در جریان گاز دودکش ترکیبی از حد پایین انفجار (≤250 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب آستانه اتصال) بالاتر رود، خطر انفجار در رسوبدهنده الکترواستاتیک مرطوب وجود دارد که در آن میدان الکتریکی ولتاژ بالا میتواند مخلوط قابل اشتعال CO-هوا را مشتعل کند. این امر مستلزم موارد زیر است: نظارت مداوم CO در ورودی ESP مرطوب که به یک قفل اتصال خودکار ESP مرطوب در هنگام عبور CO از آستانه متصل است.
| پارامتر | غلظت اولیه | فروشگاه طراحی شده | محدودیت EU IED / NER |
|---|---|---|---|
| اکسیدهای نیتروژن | ۵۰–۱۰۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب | ≤100 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب | مواد منفجره دستساز ۲۰۱۰/۷۵/EU ≤۱۰۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب |
| SO₂ (در ورودی FGD) | ۶۰۰۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب | ≤35 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب | فرمان فعالیتهای هلندی ≤35 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب |
| ذرات معلق (PM) | ۱۰۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب | ≤5 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب | NER هلندی ≤5 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب |
| CO (اینترلاک ESP مرطوب) | متغیر؛ خطر انفجار بالای ۲۵۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب | خاموش شدن خودکار ESP مرطوب در غلظت ۱۵۰ تا ۲۵۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب | قفل ایمنی مورد نیاز است |
| حجم استاندارد گاز دودکش | ۲۳۰،۰۰۰ نیوتن متر مکعب بر ساعت | — | — |
| حجم گاز دودکش فرآیند | ۴۰۰۰۰۰ نیوتن متر مکعب بر ساعت در دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد | — | — |
| دمای خروجی کوره | ۲۰۰ درجه سانتیگراد (کلسیناسیون)؛ ۱۷۰ درجه سانتیگراد (تفتجوشی/گوگردزدایی) | — | — |
| محتوای O₂ | ۱۲–۱۵۱TP3T واقعی (۱۱۱TP3T پایه) | — | — |
| میزان رطوبت | ۱۰۰ گرم بر نیوتن متر مکعب | — | — |
۰۳ — راهکار درمانی
سنگ آهک-گچ FGD + BLWESP-540 Wet ESP: سیستم ترکیبی با بهرهگیری از همافزایی بین شستشوی مرطوب و رسوب الکترواستاتیک
ترکیب FGD مرطوب سنگ آهک-گچ و رسوب الکترواستاتیک مرطوب به این دلیل انتخاب شد که این دو فناوری مکمل و تقویتکننده یکدیگر برای این کاربرد هستند. مرحله FGD در درجه اول گاز اسیدی SO₂ را با راندمان بالا حذف میکند و در مرحله دوم ذرات ریز موجود در قطرات اسپری را به طور همزمان جذب میکند. مرحله WESP در درجه اول ذرات ریز و غبار اسیدی را که از میان حذفکنندههای غبار FGD عبور میکنند، حذف میکند و به خروجی PM زیر 5 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب دست مییابد که با FGD به تنهایی نمیتوان به طور قابل اعتمادی به آن دست یافت. این ترکیب، انطباق بسیار کمی را برای SO₂ و PM ارائه میدهد که هیچ یک از فناوریها به صورت جداگانه در این زمینه کاربردی نمیتوانند به آن دست یابند.
این پروژه شامل ساخت یک برج گوگردزدایی جدید و یک رسوبدهنده الکترواستاتیک مرطوب جدید است. سیستم کنترل از یک سیستم DCS مشترک بین دو واحد عملیاتی، شامل سیستمهای مشترک فن، دوغاب، آمادهسازی دوغاب، آبگیری گچ و تصفیه دوغاب، استفاده میکند. زیرسیستمهای جریان فرآیند عبارتند از: سیستم فن؛ سیستم پایش CO2؛ سیستم جذب دوغاب؛ سیستم آمادهسازی دوغاب؛ سیستم آبگیری گچ؛ سیستم آب فرآیند؛ و سیستم برق.
برج جاذب FGD (φ8.4-6.4 متر، 400000 نیوتن متر مکعب در ساعت)
جاذب FGD سنگ آهک-گچ برای حجم کامل گاز دودکش و حداکثر SO₂ ورودی طراحی شده است. پارامترهای کلیدی: حجم گاز دودکش ۴۰۰۰۰۰ متر مکعب در ساعت؛ دمای گاز دودکش ۲۰۰ درجه سانتیگراد در ورودی؛ غلظت ورودی SO₂ ۶۰۰۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب؛ غلظت خروجی SO₂ ۳۵ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب؛ نسبت کلسیم به گوگرد ۱.۰۳؛ سرعت گاز کمتر از ۳.۵ متر بر ثانیه؛ قطر داخلی برج φ۸.۴/۶.۴ متر (پلهای)؛ ارتفاع برج جذب ۳۱.۵ متر؛ نسبت مایع به گاز ۲۹.۷؛ لایههای اسپری ۵؛ جریان تک پمپ ۱۴۰۰ متر مکعب بر ساعت؛ زمان تهنشینی دوغاب ۵ ساعت؛ مصرف عملیاتی سنگ آهک ۲۱۵۰ کیلوگرم بر ساعت (حداکثر)؛ تولید گچ ۳۸۵۰ کیلوگرم بر ساعت (حداکثر، یعنی تقریباً ۳.۸۵ تن بر ساعت)؛ رطوبت گچ ≤15%؛ غبارگیر: نوع توری دو لایه؛ ظرفیت ذخیرهسازی سنگ آهک متوسط ۱۸۰ متر مکعب (۷ روز ماندگاری در ۱۸۰ متر مکعب). جنس دوغاب FGD از فولاد ضد زنگ دوپلکس ۲۲۰۵ است که به دلیل مقاومت در برابر خوردگی در محیط دوغاب با کلرید و سولفات بالا در گازهای خروجی فرآوری مواد کربنی انتخاب شده است.
رسوبدهنده الکترواستاتیک مرطوب (BLWESP-540، 320,000 Nm³/h)
گاز پس از FGD با دمای تقریبی ۶۰ درجه سانتیگراد وارد رسوبدهنده الکترواستاتیک مرطوب BLWESP-540 میشود. WESP ذرات ریز، غبار اسیدی و آئروسلهای زیر میکرونی که توسط حذفکنندههای غبار FGD حذف نشدهاند را جذب میکند. پارامترهای کلیدی: مدل WESP BLWESP-540؛ پیکربندی برج-خارجی؛ جریان گاز از پایین-ورودی، از بالا-خروجی (جریان مستقیم از طریق)؛ راندمان تصفیه ≥95%؛ غلظت آلاینده مخلوط ورودی ۱۰۰ میلیگرم بر متر مکعب؛ غلظت آلاینده مخلوط خروجی ۵ میلیگرم بر متر مکعب؛ مقاومت بدنه ۳۰۰ پاسکال؛ حجم گاز دودکش تصفیه ۳۲۰۰۰۰ متر مکعب بر ساعت؛ دمای گاز دودکش کمتر از ۶۰ درجه سانتیگراد؛ ابعاد پنل لوله ۳۶۰×۶۰۰۰ میلیمتر؛ ارتفاع لوله آند ۶ متر؛ تعداد لوله آند ۵۴۰؛ سرعت گاز تقویتشده میدانی ۱.۴۶ متر بر ثانیه؛ ابعاد دستگاه ۱۱۵۰۰×۷۵۰۰×۱۳۰۰۰ میلیمتر؛ ارتفاع دستگاه ۱۸۰۰۰ میلیمتر؛ فشار طراحی ±۵۰۰۰ پاسکال؛ مدل منبع تغذیه BLEMG-2K؛ تعداد منبع تغذیه ۲ واحد؛ توان متوسط ۲۰۰ کیلووات.
خلاصه جریان فرآیند
کورهها
۸ واحد
گرد و غبار کک
ضبط
کورهها
۴۸ واحد
گروه ویژه ⭐
۹۹.۵۱TP3T SO₂
BLWESP-540
≥95% PM
→ پشته
⭐ تجهیزات جدید در این پروژه. قفل داخلی مانیتورینگ CO روی ESP مرطوب (خاموش شدن خودکار در غلظت ۱۵۰ تا ۲۵۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب CO) از خطر انفجار در کل سیستم جلوگیری میکند.
خلاصهای از تجهیزات کلیدی و هزینههای عملیاتی
| مورد | مشخصات |
|---|---|
| برج جاذب FGD | φ8.4/6.4 متر؛ ارتفاع = 31.5 متر؛ طول / عرض = 29.7؛ 5 لایه اسپری؛ پمپ 1400 متر مکعب در ساعت؛ 2205 ماده دوغاب SS دوبلکس |
| مصرف سنگ آهک FGD (حداکثر) | ۲۱۵۰ کیلوگرم در ساعت؛ هزینه سالانه تقریباً ۶۷۲ ده هزار یوان (۴۰۰ یوان در هر تن) |
| تولید گچ FGD (حداکثر) | ۳,۸۵۰ کیلوگرم بر ساعت (≈۳.۸۵ تن بر ساعت)؛ رطوبت ≤۱۵۱TP3T |
| ESP مرطوب | BLWESP-540؛ 320,000 متر مکعب بر ساعت؛ ≥95%؛ 540 لوله آند φ360×6,000 میلیمتر؛ 11,500×7,500×13,000 میلیمتر؛ BLEMG-2K |
| پمپهای گردشی (FGD) | ۵ واحد (A/B/C/D/E)؛ ۱۳۲/۱۶۰/۱۸۵/۱۸۵/۲۰۰ کیلووات؛ در مجموع تقریباً ۸۶۲ کیلووات فقط برای گردش آب نصب شده است |
| طرفداران پیش نویس القایی | ۳۵۰×۲ کیلووات (۱ حالت کار + ۱ حالت آماده به کار)؛ ۶۰۰۰ پاسکال؛ کانال φ۳۲۲۰ میلیمتر |
| حداکثر توان عملیاتی سیستم | ۱,۶۶۴.۹۵ کیلووات واقعی؛ ۱,۹۵۹.۴۵ کیلووات کل نصب شده |
| هزینه برق سالانه (۸۰۰۰ ساعت) | تقریباً ۴۷۹.۵ ده هزار یوان معادل (۰.۳۶ یوان/کیلووات ساعت) |
| هزینه سالانه سنگ آهک | تقریباً ۶۷۲ ده هزار یوان (۲۱۵۰ کیلوگرم در ساعت با نرخ ۴۰۰ یوان در تن) |
| آستانه قفل CO (ESP مرطوب) | خاموش شدن خودکار در غلظت CO2 بین ۱۵۰ تا ۲۵۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب در ورودی مرطوب ESP (پیشگیری از انفجار) |
04 — مزایای اصلی
پنج دلیل برای اینکه چرا روش FGD سنگ آهک-گچ + ESP مرطوب برای تف جوشی آند کربنی با گاز خروجی بهینه است
- ✓
ترکیب FGD + Wet ESP به چیزی دست مییابد که هیچکدام از این دو فناوری به تنهایی نمیتوانند: FGD مرطوب با راندمان ۹۹.۵۱TP3T، SO₂ را از ۶۰۰۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب به ۳۵ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب کاهش میدهد - اما FGD همچنین غبار کریستالیت سولفات کلسیم ریز باقیمانده تولید میکند که از طریق حذفکننده غبار عبور میکند و بدون پرداخت بیشتر، خروجی PM 20 تا ۵۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب در دودکش ایجاد میکند. ESP مرطوب این کریستالیتهای ریز و قطرات غبار اسیدی را جذب میکند تا خروجی PM ≤۵ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب را که محدودیت EU IED BAT لازم دارد، ارائه دهد. FGD حذف سنگین SO₂ را انجام میدهد؛ ESP مرطوب پرداخت نهایی PM را انجام میدهد. هر مرحله اگر به تنهایی کار کند، نمیتواند الزامات انطباق کامل را برآورده کند، اما با هم به انطباق بسیار پایینی در هر دو پارامتر دست مییابند. - ✓
L/G=29.7 و اسپری ۵ لایه به درستی برای ورودی ۶۰۰۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب SO₂ در حذف ۹۹.۵۱TP3T مشخص شدهاند: نسبت مایع به گاز ۲۹.۷ - که در بین بالاترین مقادیر در بین تمام سیستمهای FGD شرح داده شده در ۲۰ مطالعه موردی بررسی شده قرار دارد - نتیجه مستقیم غلظت ورودی ۶۰۰۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب SO₂ همراه با نیاز به حذف ۹۹.۵۱TP3T است. در نسبتهای استاندارد FGD L/G نیروگاهی ۸ تا ۱۵، فشار جزئی SO₂ در فاز گاز در ورودی ۶۰۰۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب، قبل از رسیدن به هدف خروجی، از ظرفیت جذب فاز مایع فراتر میرود. اسپری ۵ لایه و L/G=۲۹.۷، زمان اقامت طولانیتر تماس گاز-مایع مورد نیاز برای دستیابی به وظیفه حذف ترمودینامیکی SO₂ را فراهم میکنند. سیستمی که برای شرایط نیروگاه طراحی شده و صرفاً از نظر اندازه بزرگ شده باشد، بدون بهینهسازی مجدد نسبت L/G و تعداد لایههای اسپری، برای این کاربرد به درستی کار نخواهد کرد. - ✓
فولاد ضد زنگ دولایه ۲۲۰۵ برای قطعات دوغابی FGD که در تماس با دوغاب هستند، به خوردگی ناشی از گازهای خروجی ناشی از فرآوری کربن میپردازد: گاز خروجی حاصل از تفجوشی آند کربنی حاوی ترکیبات آلی، باقیماندههای کلرید و غلظت بالای سولفات است که یک محیط خوردگی فوقالعاده تهاجمی برای حلقه دوغاب FGD ایجاد میکند. فولاد ضد زنگ استاندارد 316L که در سیستمهای دوغاب FGD نیروگاهها استفاده میشود، در این محیط دچار خوردگی تسریعشده و خرابی زودرس میشود. فولاد ضد زنگ دوپلکس 2205، با کروم (22%)، مولیبدن (3.1%) و نیتروژن بالاتر در مقایسه با 316L، مقاومت بالاتری در برابر حفرهدار شدن، خوردگی شکافی و ترکخوردگی ناشی از خوردگی تنشی در محیط دوغاب FGD غنی از کلرید و سولفات بالا در کاربردهای فرآوری کربن ارائه میدهد. این ارتقاء مواد به هزینه اولیه میافزاید اما برای دستیابی به عمر مفید طراحیشده ضروری است. - ✓
قفل داخلی CO روی ESP مرطوب، محافظت ایمنی ضروری در برابر خطر انفجار را فراهم میکند: رسوبدهنده الکترواستاتیک مرطوب با ولتاژ بالا (ژنراتور BLEMG-2K، با توان متوسط ۲۰۰ کیلووات) کار میکند. گاز خروجی حاصل از فرآوری کربن حاوی CO در غلظتهایی است که در صورت ناپایدار شدن احتراق کوره، میتواند به حد پایین انفجار در محفظه ESP مرطوب نزدیک یا از آن فراتر رود. سیستم نظارت بر CO در ورودی ESP مرطوب، که به یک قفل داخلی خاموشکننده خودکار ESP مرطوب در غلظت ۱۵۰ تا ۲۵۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب CO متصل است، مانع ایمنی اصلی بین رویداد تجمع CO و انفجار در ESP مرطوب است. این قفل داخلی باید به عنوان یک سیستم حیاتی برای ایمنی جان افراد در نظر گرفته شود و طبق همان برنامهای که سیستمهای اطفاء حریق و تشخیص گاز دارند، نگهداری و آزمایش شود. - ✓
محصول جانبی گچ با نرخ ۳.۸۵ تن در ساعت، ارزش تجاری قابل توجهی ایجاد میکند: با حداکثر تولید گچ ۳۸۵۰ کیلوگرم در ساعت، این سیستم FGD تقریباً ۳۰.۸ تن گچ در هر روز کاری ۸ ساعته تولید میکند - حجم قابل توجهی از نظر تجاری. اگر کیفیت گچ مطابق با مشخصات مصالح ساختمانی تحت استاندارد EN 13279-1 باشد (خلوص CaSO₄·2H₂O ≥90%، کلرید ≤0.01%، رطوبت ≤15%)، درآمد فروش حاصل از تحویل گچ به تولیدکنندگان تخته دیوار یا تولیدکنندگان سیمان میتواند هزینه ۲۱۵۰ کیلوگرم در ساعت معرف سنگ آهک را به طور قابل توجهی جبران کند. ایجاد یک توافقنامه تأمین گچ قبل از راهاندازی و اجرای یک برنامه نظارت بر کیفیت گچ از زمان راهاندازی، از نظر تجاری به اندازه برنامه انطباق با SO₂ اهمیت دارد.
۰۵ — نتایج عملیاتی
دادههای انطباق تأیید شده و خلاصه هزینههای سالانه
هزینههای عملیاتی سالانه: برق با نرخ واقعی ۱۶۶۴.۹۵ کیلووات (۰.۳۶ یوان بر کیلووات ساعت، ۸۰۰۰ ساعت در سال) = تقریباً ۴۷۹.۵ ده هزار یوان؛ سنگ آهک با نرخ ۲۱۵۰ کیلوگرم بر ساعت (۴۰۰ یوان بر تن، ۸۰۰۰ ساعت) = تقریباً ۶۷۲ ده هزار یوان؛ سنگ آهک تاکنون اصلیترین هزینه واکنشگر است. تولید گچ با نرخ ۳۸۵۰ کیلوگرم بر ساعت در ۸۰۰۰ ساعت در سال = تقریباً ۳۰۸۰۰ تن در سال، که میتواند درآمد فروش قابل توجهی را برای جبران هزینه واکنشگر، بسته به قیمتهای بازار محلی گچ، ایجاد کند.
06 — هشدارهای اجرایی
شش ملاحظه مهندسی و ایمنی حیاتی برای تصفیه گازهای خروجی از آند کربنی
- 🚫
خطر انفجار CO در ESP مرطوب یک خطر جانی است - قفل CO اختیاری نیست و هرگز نباید از آن عبور کرد: گاز خروجی حاصل از فرآوری کربن حاوی CO در غلظتهایی است که در صورت ناپایدار شدن احتراق، میتواند به سطوح انفجاری در ESP مرطوب نزدیک شود. میدان ولتاژ بالای ESP مرطوب، منبع احتراق را فراهم میکند. هنگامی که CO در ورودی ESP مرطوب به ۱۵۰ تا ۲۵۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب میرسد، قفل داخلی خاموشکننده خودکار ESP مرطوب باید هر بار به طور قابل اعتمادی فعال شود. این قفل داخلی باید: با فرکانس مشخص شده (حداقل ماهانه) آزمایش شود؛ توسط یک تکنسین ابزار دقیق الکتریکی واجد شرایط نگهداری شود؛ هرگز به هیچ دلیل عملیاتی بایپس نشود؛ و به سیستم نظارت ایمنی مرکزی تأسیسات با اعلان هشدار به مدیریت در حال انجام وظیفه متصل شود. اقدامات واکنشی شامل موارد زیر است: اتصال سیستم نظارت بر غلظت CO ورودی سیستم گوگردزدایی گاز دودکش به سیستم کنترل عملیاتی ESP مرطوب، خاموش کردن ESP مرطوب هنگامی که غلظت CO گاز به ۱۵۰ تا ۲۵۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب میرسد؛ و استفاده از خاکریز، خاکریزها و استخرهای جمعآوری اطراف برای بازیابی اضطراری به عنوان مهار ثانویه. - ⚠️
خوردگی گاز دودکش همراه با کاهش طول عمر تجهیزات، نیاز به مدیریت پیشگیرانه مواد دارد: دومین خطر مستند این است که خوردگی گاز دودکش زیاد است و عمر مفید تجهیزات به الزامات طراحی نمیرسد. مشخصات فولاد ضد زنگ دوپلکس ۲۲۰۵ برای قطعات مرطوب شده با دوغاب FGD پاسخی مستقیم به این خطر است. با این حال، مشخصات مواد به تنهایی کافی نیست: نظارت بر خوردگی (اندازهگیری ضخامت دیواره در مکانهای نمونه، حداقل سالانه از سال دوم به بعد)، مدیریت pH حلقه دوغاب FGD (حفظ pH در محدوده مشخص شده برای جلوگیری از حمله اسیدی با pH کمتر از حد مجاز و رسوب با pH بیش از حد مجاز) و کنترل غلظت کلرید در حلقه دوغاب (رقیقسازی و رقیقسازی برای جلوگیری از تجمع کلرید بالاتر از آستانه ترک خوردگی ناشی از خوردگی تنشی) همگی از الزامات عملیاتی هستند. - ⚠️
نشت لولههای فرآیند تولید به دلیل ترک خوردگی لوله باعث سرریز فاضلاب و آلودگی محیط زیست در گردش میشود: سومین خطر ثبتشده، ترکخوردگی لوله است که منجر به سرریز فاضلاب میشود. ترکیبی از دوغاب با سولفات بالا، کلرید بالا و دمای بالا که با جریان پمپ تا ۱۴۰۰ متر مکعب در ساعت در لولهها گردش میکند، تنش مکانیکی قابل توجهی ایجاد میکند. بازرسی بصری هفتگی از تمام لولههای دوغاب انجام دهید؛ خطوط دوغاب FGD را در محدوده تعمیر و نگهداری برنامهریزیشده سالانه برای آزمایش ضخامت غیرمخرب قرار دهید؛ موجودی قطعات یدکی را برای قطعات و اتصالات استاندارد لوله نگه دارید؛ و اطمینان حاصل کنید که تمام مهارهای ثانویه (سینیهای چکهگیر، دیوارهای حائل، استخرهای جمعآوری اضطراری) در شرایط قابل استفاده نگهداری میشوند تا هرگونه سرریز قبل از رسیدن به محیط زیست را مهار کنند. - ⚠️
مصرف بسیار بالای سنگ آهک (۲۱۵۰ کیلوگرم در ساعت) نیازمند مدیریت قوی زنجیره تأمین و ذخیرهسازی است: با حداکثر مصرف سنگ آهک ۲۱۵۰ کیلوگرم در ساعت با ذخیرهسازی ۱۸۰ متر مکعب (۷ روز استقلال در بار کامل)، تأمین سنگ آهک باید به عنوان یک ورودی حیاتی برای تولید مدیریت شود. قرارداد تأمین باید تناوب تحویل را تضمین کند. حداقل سطح موجودی (سه روز موجودی باقیمانده) را حفظ کنید که سفارشات خرید خودکار را آغاز کند. برای هرگونه وقفه برنامهریزی نشده در تأمین، یک رویه احتیاطی مستند داشته باشید که شامل کاهش توان تولید متناسب با موجودی سنگ آهک موجود باشد. - ⚠️
کیفیت گچ باید به طور پیشگیرانه مدیریت شود تا طبقهبندی استفاده مجدد تجاری حفظ شود - آلایندههای فرآیند کربن میتوانند بر خلوص گچ تأثیر بگذارند: گاز خروجی از تفجوشی آند کربنی ممکن است حاوی بقایای ترکیبات آلی و ذرات کک باشد که به داخل دوغاب FGD جذب میشوند و به طور بالقوه محصول گچ را با ترکیبات آلی، فلزات سنگین از مواد اولیه الکترود (کک نفتی) یا محتوای کلرید بالا آلوده میکنند. آزمایش ماهانه کیفیت گچ شامل خلوص CaSO₄·2H₂O، رطوبت، کلرید و محتوای فلزات سنگین برای تأیید باقی ماندن گچ در محدوده مشخصات استفاده مجدد تجاری مورد نیاز است. در صورت تشخیص آلودگی مرتبط با کربن، گچ باید به عنوان زباله صنعتی طبقهبندی شده و از طریق پیمانکاران دارای مجوز دفع شود که این امر اعتبار درآمد را حذف و هزینه دفع را افزایش میدهد. - ⚠️
سیستم کنترل DCS که بین FGD و ESP مرطوب مشترک است، باید دارای قفلهای ایمنی مستقل باشد که منطق کنترل فرآیند نتواند آنها را لغو کند: از آنجا که FGD و ESP مرطوب یک سیستم DCS مشترک دارند، این خطر وجود دارد که یک خطای DCS یا خطای منطقی نرمافزاری به طور همزمان بر هر دو مرحله تصفیه تأثیر بگذارد. به طور خاص، قفل داخلی CO باید به عنوان یک رله ایمنی سختافزاری (نه یک مسیر منطقی PLC نرمافزاری) پیادهسازی شود تا اطمینان حاصل شود که مستقل از هر وضعیت DCS عمل میکند. به طور مشابه، خاموش شدن منبع تغذیه ولتاژ بالای ESP مرطوب در هنگام هشدار CO باید یک قفل داخلی سیمکشی شده باشد که صرف نظر از وضعیت DCS فعال میشود. هر دو قفل داخلی باید قبل از شروع هرگونه عملیات تولیدی توسط تیم راهاندازی ایمنی برق تأیید شوند.
07 - نکات مهندسی
چهار درس از این پروژه FGD + Wet ESP مواد کربنی
- !
خطر انفجار CO در ESP مرطوب، وجه تمایز ایمنی منحصر به فرد و حیاتی برای کاربردهای مواد کربنی است - باید به عنوان یک مسئله ایمنی جانی در نظر گرفته شود، نه یک مسئله انطباق. قفل داخلی CO2 مرطوب ESP مهمترین سیستم ایمنی در این تاسیسات است. فرآوری مواد کربنی در میان بیست مطالعه موردی، در تولید CO2 در غلظتهایی که میتواند باعث انفجار در محیط ESP مرطوب ولتاژ بالا شود، منحصر به فرد است. مهندسانی که سیستمهای ESP مرطوب را برای کاربردهای فرآوری کربن طراحی میکنند و در پیادهسازی قفل داخلی CO2 به عنوان یک سیستم ایمنی جانی سختافزاری کوتاهی میکنند، خطر انفجار غیرقابل قبولی را ایجاد میکنند. این مسئله ترجیح نظارتی نیست - بلکه مسئله جلوگیری از انفجار بالقوه کشنده است. - 2
SO₂ با غلظت ۶۰۰۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب صرفاً نسخهی «غلظت بالاتر» محفظهی کورهی فولاد با غلظت ۲۸۰۰ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب یا محفظهی کربنات لیتیوم با غلظت ۴۶۴۵ میلیگرم بر نیوتن متر مکعب نیست - بلکه به یک طراحی FGD اساساً متفاوت با نسبت L/G=29.7 و ۵ لایهی اسپری نیاز دارد. هر دو برابر شدن غلظت ورودی SO₂ با همان هدف خروجی، تقریباً به افزایش 20 تا 30 درصدی در نسبت L/G نیاز دارد تا نیروی محرکه جذب ترمودینامیکی حفظ شود. در ورودی 6000 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب با هدف خروجی 35 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب (حذف 99.41 TP3T)، سیستم عملاً به حد عملی بالایی از پارامترهای فرآیند FGD سنگ آهک-گچ رسیده است. هرگونه افزایش بعدی در ورودی SO₂ فراتر از 6000 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب، یا به یک سیستم جاذب دو مرحلهای یا به طور کامل به یک فناوری گوگردزدایی متفاوت نیاز دارد. - 3
فولاد ضد زنگ دوپلکس ۲۲۰۵ برای قطعات مرطوب FGD در کاربردهای فرآوری کربن، یک ارتقاء ویژه نیست - این حداقل مشخصات قابل قبول برای عمر مفید کافی است. ترکیب SO₂ بالا (تولید سولفات)، ترکیبات آلی بالا از تف جوشی کربن و کلرید بالا از ناخالصیهای مواد اولیه، محیطی دوغابی ایجاد میکند که از طریق ترک خوردگی تنشی در عرض ۲ تا ۳ سال به فولاد ضد زنگ ۳۱۶L حمله میکند. فولاد ضد زنگ دوپلکس ۲۲۰۵ - که در طول این نصب برای تمام اجزای FGD خیس شده با دوغاب مشخص شده است - گرید مادهای است که مقاومت کافی در برابر این محیط خوردگی خاص را فراهم میکند. پذیرش مشخصات ماده درجه پایینتر برای کاهش هزینه اولیه منجر به خرابی زودرس تجهیزات در عرض ۲ تا ۳ سال خواهد شد و هزینههای جایگزینی را به مراتب بیشتر از صرفهجویی اولیه ایجاد میکند. - 4
گچ با تولید ۳.۸۵ تن در ساعت، یک فرصت درآمدزایی بزرگ است که سرمایهگذاری در مدیریت کیفیت گچ را از روز اول توجیه میکند. بیشتر اپراتورهای سیستم FGD، گچ را به عنوان یک محصول جانبی انطباق با استانداردها در نظر میگیرند - چیزی که باید با حداقل هزینه دفع شود. این تاسیسات با تولید ۳.۸۵ تن در ساعت، تقریباً ۳۰۸۰۰ تن گچ در سال تولید میکند. اگر این مقدار به عنوان گچ FGD با درجه تجاری (که نیاز به مدیریت کیفیت فعال برای تأیید و حفظ آن دارد) در نظر گرفته شود، درآمد حاصل از فروش گچ میتواند بازدهای ایجاد کند که هزینه غالب معرف سنگ آهک، یعنی ۶۷۲ ده هزار یوان در سال را جبران کند. در نظر گرفتن برنامه کیفیت گچ به عنوان یک شرکت تجاری، نه فقط یک تعهد برای توصیف ضایعات، تفاوت بین یک سیستم FGD است که بخشی از هزینههای عملیاتی خود را پرداخت میکند و سیستمی که یک مرکز هزینه خالص است.
08 — سوالات متداول
پخت آند کربنی با گاز خروجی FGD + عملیات ESP مرطوب: پاسخ به ده سوال
سوالاتی از مدیران مجوزهای زیستمحیطی، مهندسان فرآیند و تیمهای HSE در تأسیسات تولید مواد کربنی، الکترود گرافیتی و آند پیشپختشده که در حال برنامهریزی ارتقاء کنترل انتشار FGD و ESP مرطوب تحت الزامات EU IED / Dutch Activities Command هستند.
آمادهاید تا چالش انتشار بالای SO₂ مواد کربنی خود را حل کنید؟
طیف کاملی از راهکارهای کنترل انتشار گازهای صنعتی را بررسی کنید
از FGD سنگ آهک-گچ و رسوب الکترواستاتیک مرطوب برای کورههای زینترینگ آند کربنی گرفته تا سیستمهای اکسیداسیون حرارتی احیاکننده برای کاهش VOC صنعتیتیم مهندسی ما، راهکارهای منطبق با استانداردهای اتحادیه اروپا در زمینه مواد منفجره دستساز (IED) را برای سختگیرانهترین الزامات کنترل انتشار مواد کربنی ارائه میدهد.
