Technologie de contrôle des émissions
Absorbeur-sécheur par atomisation
Les absorbeurs-sécheurs par atomisation facilitent l'élimination des polluants acides, métaux lourds et poussières provenant des gaz de combustion et de dégagement dans les centrales électriques à combustible fossile, les incinérateurs de déchets et les installations industrielles.
Le procédé SDA
Avantages
Le procédé d'absorption-séchage par atomisation - utilisation unique de la technologie de séchage par atomisation pour l'absorption des gaz acides - a initialement été inventé par GEA dans les années 1970. Depuis, il a fait l'objet d'un développement continu et a été optimisé afin de répondre à l'évolution des conditions et des exigences. Le procédé représente par conséquent une technologie efficace, polyvalente et testée de manière approfondie. Chaque procédé d'absorption-séchage par atomisation est conçu sur mesure pour répondre aux exigences du client, tout en respectant la législation environnementale en vigueur. Les absorbeurs offrent des fonctionnalités largement éprouvées, telles que le contrôle de pic et l'injection de charbon actif, qui ont été conçues afin de garantir des émissions faibles de mercure et de dioxines.
Avantages
• haut rendement d'élimination des gaz acides ;
• faibles coûts d'investissement, d'exploitation et de maintenance ;
• faible consommation d'électricité et d'eau - fonctionne avec de l'eau de basse qualité ;
• haute disponibilité des installations.
Le procédé d'absorption-séchage par atomisation
Le procédé d'absorption-séchage par atomisation est un processus de désulfuration des gaz de combustion semi-sec. Le procédé utilise de la chaux éteinte - Ca(OH)2 - comme absorbant pour former un produit final stable et sec, constitué principalement de cendres volantes et de divers composés de calcium.
Les gaz de combustion chauds et non traités sont introduits dans l'absorbeur-sécheur par atomisation par le biais d'un disperseur de gaz de combustion avant d'entrer en contact avec un absorbant hautement réactif qui sera atomisé par un atomiseur rotatif. Un contact efficace entre les gaz de combustion et l'absorbant permet un transfert de masse rapide des composants acides des gaz de combustion vers l'absorbant alcalin. L'absorbant neutralise l'acide absorbé (SO2 + Ca(OH)2 -> CaSO3/CaSO4 + H2O). Pendant que cette réaction a lieu, l'eau est évaporée, ce qui produit une poudre sèche. Une fraction de la poudre sèche se déposera au fond de la chambre d'absorption et sera évacué depuis cet endroit, alors que la majeure partie est entraînée vers le dépoussiéreur aval tandis que les gaz de combustion refroidis sortent de la chambre. Les gaz de combustion - désormais propres - passent du dépoussiéreur à la cheminée sans réchauffage.
Le Ca(OH)2 - soit acheté sous forme de chaux éteinte soit (plus fréquemment et plus économiquement) préparée sur place à partir de chaux vive, CaO - est pompé vers l'atomiseur rotatif depuis un réservoir tampon. Après la séparation, la poudre est soit transportée vers une installation de stockage du produit final, soit recyclée dans le procédé pour une meilleure utilisation de l'excès d'absorbant. Le produit final issu du procédé est une poudre stable et sèche. Cette poudre est utilisée dans le monde entier, principalement dans la construction des routes, en tant que matériau de construction, et à d'autres fins dans l'industrie de la construction.
La technologie d'absorption-séchage par atomisation affiche d'excellentes performances en matière d'absorption - et pas uniquement pour les polluants primaires tels que le SO2 et le HCl. En effet, grâce à l'absorbant finement atomisé pulvérisé dans le flux des gaz de combustion et l'élimination subséquente des poussières, les polluants tels que le SO3, le HF, etc. seront presque entièrement éliminés. Ceci facilite l'utilisation d'acier au carbone en tant que matériau de construction sur l'ensemble du circuit des gaz de combustion. Elle présente en outre deux autres avantages : tout d'abord, le procédé permet l'utilisation d'eaux de traitement de basse qualité, telles que les eaux usées voire même l'eau de mer ; d'autre part, du fait que le procédé ne produit pas d'eaux usées, aucun traitement ultérieur des eaux usées ne sera nécessaire.
Plus de 200 références
À travers le monde, on retrouve plus de 200 installations d'absorption-séchage par atomisation dans des centrales électriques, des usines sidérurgiques, des usines d'incinération de déchets et dans des usines de combustion de déchets dangereux. Elles partagent toutes une caractéristique commune : leur exploitation est conforme ou dépasse les exigences de performance définies par les autorités locales. À ce jour, les toutes premières installations réalisées dans les années 1980 fonctionnent encore de manière satisfaisante et avec succès.
• nombre d'installations réalisées : > 200
• nombre total d'absorbeurs : > 350
• nombre total d'atomiseurs : > 450
• procédé installé sur des centrales électriques ayant une capacité de près de 25 000 MWe et 4300 MWt ;
• procédé installé sur plus de 160 lignes d'incinération à travers le monde ;
• procédé installé sur plus de 10 000 m2 filons de frittage à travers le monde.
Principaux composants
L'absorbeur-sécheur par atomisation, constitué de l'atomiseur rotatif, du disperseur de gaz et de la chambre d'absorption, est au cœur du procédé d'absorption-séchage par atomisation.Atomiseur rotatif
Roue d'atomiseur
L'atomiseur rotatif est l'élément clé de l'absorbeur-sécheur par atomisation. Cet équipement atomise le liquide absorbant dans les gaz de combustion, essentiellement en faisant passer le liquide absorbant dans la roue d'atomiseur qui tourne à environ 10 000 tr/min. En projetant le liquide vers l'extérieur, la roue en rotation rapide fragmente le liquide en un brouillard atomisé de gouttelettes exceptionnellement petites (moins de 50 microns) dotées de surfaces immenses.
Grâce à l'utilisation d'aciers inoxydables spéciaux, et de roues et inserts de roue résistants à l'abrasion, les atomiseurs rotatifs appliqués aux procédés d'absorption-séchage par atomisation - types F-100, F-360, F-800 et F-1000 - ont été modifiés pour résister à des environnements souvent difficiles et aux absorbants abrasifs.
La structure de l'atomiseur rotatif comprend une partie supérieure et une partie inférieure, séparées par une plaque d'appui centrale. La partie supérieure abrite la boîte de vitesses, le système de lubrification et le carter d'huile supérieur. L'atomiseur est alimenté à partir d'un moteur à bride verticale situé au-dessus de la boîte de vitesses. Un accouplement flexible transmet la puissance du moteur à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses. La partie inférieure de l'atomiseur, qui est exposée au fluide chaud à l'intérieur de la chambre d'absorption, comprend principalement l'axe souple, les paliers d'axe, les conduites d'alimentation et de vidange, le distributeur de liquide et la roue d'atomiseur. En raison de la résistance des produits à l'abrasion, les éléments de l'atomiseur et de la roue d'atomiseur sont fabriquées à partir de matériaux céramiques. Ces éléments étant exposés à une usure importante due à la charge d'absorbant, ils sont remplaçables.
Les disperseurs de gaz
Les disperseurs de gaz servent à optimiser la distribution des gaz de combustion à l'intérieur de la chambre d'absorption, optimisant ainsi le contact entre les gaz de combustion et les gouttelettes atomisées de la charge d'absorbant. Le disperseur de gaz standard, de type DGA, est un disperseur de gaz à toit muni d'aubes réglables. Il est utilisé pour les gaz de combustion affichant une faible teneur en cendres volantes abrasives ou collantes. Pour les gaz de combustion affichant des concentrations de cendres volantes abrasives plus élevées, le disperseur de gaz de type DGR est utilisé. Ce disperseur de gaz est utilisé dans de nombreux absorbeurs-sécheurs par atomisation mis en application dans des usines d'incinération de déchets municipaux.
Les disperseurs de gaz composés sont utilisés pour les volumes de gaz de combustion de 400 000 Nm3/h et au-delà. Dans ce cas, les gaz de combustion sont divisés en deux courants : l'un d'environ 60% entre par le disperseur de gaz à toit, tandis que le reste entre par un disperseur de gaz central. Cette configuration est souvent utilisée dans les centrales électriques et les usines de frittage. La plupart des disperseurs de gaz sont fabriqués à partir d'acier doux.
La chambre de l'absorbeur-sécheur par atomisation
Généralement fabriquée à partir d'acier doux, la chambre de l'absorbeur-sécheur par atomisation est de forme cylindrique avec un fond conique. Les gaz de combustion pénètre dans la chambre par le biais du ou des disperseurs de gaz et sort par un conduit de sortie situé au niveau du fond conique. L'atomiseur rotatif est installé au centre de la chambre, encerclé par la sortie provenant du disperseur de gaz à toit, ce qui permet aux gaz de se mélanger avec la charge de suspension absorbante atomisée. Le disperseur de gaz central est placé directement sous l'atomiseur et facilite ainsi l'accroissement du brouillard provenant de l'atomiseur pour un meilleur contact gaz/liquide.
La taille de la chambre dépend de la quantité et des propriétés des gaz de combustion, et la forme varie en fonction du type de disperseur de gaz. Une sortie destinée aux particules plus grosses se trouve au fond du cône de l'absorbeur.
GEA développe et optimise en permanence la conception et la taille de la chambre et du disperseur de gaz de l'absorbeur-sécheur par atomisation. Nous proposons désormais une chambre d'absorption affichant à elle seule une capacité de traitement de plus de 2 000 000 Nm3/h, et nous cherchons encore à améliorer la conception du SDA pour des charges de gaz toujours plus importantes.
APPLICATIONS EN CENTRALE ÉLECTRIQUE
Une large portion des coûts d'exploitation d'une centrale électrique étant liée au contrôle des émissions, des technologies adaptées permettent non seulement d'atténuer les impacts sur l'environnement, mais également de renforcer les avantages concurrentiels.
Le procédé de centrale électrique SDA
Le produit final issu de l'absorption-séchage par atomisation est constitué des produits de réaction, d'un excès d'absorbant et de cendres volantes. Le rapport SO2/HCl du gaz d'entrée est élevé, ce qui permet un fonctionnement à une température proche de la température de saturation adiabatique tout en minimisant la teneur en chaux dans le produit final. Un système d'absorption-séchage par atomisation peut atteindre des taux de désulfuration très élevés, qui ne sont pratiquement limités que par la teneur admise en excès de chaux dans le produit final.
S'agissant de la quantité et de la composition des gaz, les modifications normales du fonctionnement du générateur de gaz de combustion en amont se font généralement tellement en douceur que le contrôle des températures de sortie et des émissions se fait simplement en mélangeant les courants d'alimentation de l'absorbant et de la suspension recyclée (ou de l'eau) dans le réservoir de tête. Dans une large mesure, l'absorbant utilisé pour les applications en centrale électrique est acheté et stocké sous forme de CaO, puis éteint sur place.
(animation à insérer)
Les gaz de combustion chauds non traités sont introduits dans le module d'absorption par le biais des disperseurs de gaz de façon à obtenir une distribution optimale du flux de gaz, et le contact avec l'absorbant est facilité par la vaporisation issue de l'atomiseur rotatif. Le contact efficace entre les gaz et la suspension absorbante atomisée permet le transfert de masse rapide des composants acides résultant du passage de la phase gazeuse à la phase liquide.
L'absorbant alcalin neutralise l'acide absorbé, et le produit de réaction souhaité se forme pendant l'évaporation simultanée de l'eau. Une fraction du produit final séché se déposera au fond de la chambre d'absorption, d'où elle sera ensuite évacuée, alors que la majeure partie est entraînée vers le dépoussiéreur aval avec les gaz de combustion refroidis avant d'être séparée des gaz. Les gaz désormais propres passent du dépoussiéreur à la cheminée sans réchauffage.
Après la réaction chimique d'absorption des composants acides et le séchage final, le produit final pulvérulent est séparé de la phase gazeuse et transporté vers une installation de stockage des produits finaux ou réutilisé dans le procédé SDA pour une meilleure utilisation de l'excès d'absorbant. Le fait de concevoir l'installation SDA comme un système à un seul passage ou d'incorporer un système de recyclage dépendra de la qualité des gaz d'entrée et des exigences en matière d'émissions.
Usines de frittage et applications similaires
L'absorption-séchage par atomisation est la solution idéale pour éliminer les poussières et les gaz acides d'échappement provenant des usines de frittage.
Le procédé de frittage SDA
Les variations de la qualité des gaz pouvant être relativement rapides, le système de contrôle doit être conçu de façon à réagir en conséquence. Dans une large mesure, l'absorbant utilisé pour les applications en usine de frittage est acheté et stocké sous forme de CaO, puis éteint sur place. Les atomiseurs rotatifs mis en application dans les usines de frittage sont généralement de types F-360, F-800 et F-1000, équipés de roues et de pièces centrales en acier inoxydable.
(animation à insérer)
Les gaz de combustion chauds non traités sont introduits dans le module d'absorption par le biais des disperseurs de gaz de façon à obtenir une distribution optimale du flux de gaz, et le contact avec l'absorbant s'effectue par la vaporisation issue de l'atomiseur rotatif. Le contact efficace entre les gaz et la suspension absorbante atomisée permet le transfert de masse rapide des composants acides résultant du passage de la phase gazeuse à la phase liquide.
L'absorbant alcalin neutralise l'acide absorbé, et le produit de cette réaction se forme pendant l'évaporation simultanée de l'eau. Une fraction du produit final séché se déposera au fond de la chambre d'absorption, d'où elle sera ensuite évacuée, alors que la majeure partie est entraînée vers le dépoussiéreur aval avec les gaz de combustion refroidis avant d'être séparée des gaz. Les gaz propres passent du dépoussiéreur à la cheminée sans réchauffage.
Après l'absorption des composants acides, la réaction chimique et le séchage final, le produit final pulvérulent est séparé de la phase gazeuse et transporté vers une installation de stockage des produits finaux ou réutilisé dans le procédé d'absorption-séchage par atomisation pour une meilleure utilisation de l'excès d'absorbant. Le fait de concevoir l'installation comme un système à un seul passage ou d'incorporer un système de recyclage dépendra de la qualité des gaz d'entrée et des exigences en matière d'émissions.
Applications en incinérateur de déchets
L'absorption-séchage par atomisation est un moyen de répondre aux normes d'émissions strictes qui s'appliquent aux usines d'incinération de déchets.
Le procédé de traitement des déchets SDA
Du fait de la forte teneur en HCl des gaz, la température des gaz d'entrée est nettement plus élevée que celle observée dans les applications en centrale électrique. Les produits finaux afficheront par conséquent des comportements différents. En outre, la teneur en humidité et en O2 des gaz résiduaires est plus élevée. Les propriétés de séchage de l'absorbeur, la forte teneur en chlorure du produit final, le mode à un seul passage, etc. impliquent une conception avec un temps de rétention plus long dans la chambre d'absorption, et les installations fonctionnent par conséquent à des températures de sortie élevées.
Un système de contrôle de pic peut être intégré dans la conception afin d'améliorer la capacité du système d'absorption-séchage par atomisation à gérer les variations extrêmes des conditions d'entrée. Avec cette fonctionnalité, un absorbant sec - Ca(OH)2 pulvérulent - est soufflé directement dans le flux des gaz de combustion. Un système d'adsorption basé sur l'injection de charbon actif en poudre peut également être utilisé pour limiter les émissions, en particulier de mercure et de dioxines, de manière efficace. L'absorbant utilisé pour les applications en incinérateur de déchets sont le CaO et le Ca(OH)2, selon l'approvisionnement local et les coûts associés.
(animation à insérer)
Les gaz de combustion chauds non traités sont introduits dans le module d'absorption par le biais du disperseur de gaz à toit de façon à obtenir une distribution optimale du flux de gaz, et le contact avec l'absorbant s'effectue par la vaporisation issue de l'atomiseur rotatif. Le contact efficace entre les gaz et la suspension absorbante atomisée permet le transfert de masse rapide des composants acides résultant du passage de la phase gazeuse à la phase liquide.
L'absorbant alcalin neutralise l'acide absorbé, et le produit de réaction souhaité se forme. Pendant que cette réaction a lieu, l'eau est évaporée, ce qui produit une poudre sèche. Une fraction de la poudre sèche se déposera au fond de la chambre d'absorption et sera évacué depuis cet endroit, alors que la majeure partie est entraînée vers le dépoussiéreur aval avec les gaz de combustion refroidis, puis séparée des gaz. Les gaz propres passent du dépoussiéreur à la cheminée sans réchauffage.
Après la réaction chimique, l'absorption des composants acides et le séchage final, le produit final pulvérulent est séparé de la phase gazeuse et transporté vers une installation de stockage des produits finaux. Pour une élimination efficace des dioxines et du mercure des gaz, du charbon actif pulvérulent est également injecté dans le flux de gaz. Le système de contrôle de pic, qui s'appuie sur l'injection de chaux éteinte dans le flux de gaz, peut également être intégré dans les conceptions visant à contrôler rapidement les variations importantes de la qualité des gaz d'entrée. La plupart des installations d'absorption-séchage par atomisation des incinérateurs de déchets sont conçues sous forme de systèmes à un seul passage.
Spray Drying Absorption process
The essential process stages are:
- Absorbent preparation and dosing
- Removal of Sox (acid gases)
- Solids recirculation and product discharge
Key Components
The Spray Dryer Absorber – the Rotary Atomizer, the Gas Disperser and the Absorber Chamber – is the heart of the Spray Drying Absorption process.
Spray Drying Absorption - the unique use of the spray drying technology for acid-gas absorption - was originally invented by GEA in the 1970s.
Ever since, it has been subject to continuous further development and optimized to meet changing conditions and requirements. Hence, the process stands as an efficient, versatile and thoroughly tested technology.
Rotary Atomizer wheel
This wheel is the key element in the SDA and atomizes the absorbent liquid into flue gas. The fast-rotating wheel breaks the liquid into an atomized mist of exceptionally small droplets with immense surface areas.
Gas Dispersers
Gas dispersers serve to optimize the distribution of flue gas inside the absorber chamber, facilitating the best contact between the flue gas and the atomized droplets of absorbent feed.
Spray Dryer Absorber chamber
The flue gas enters the SDA chamber, a cylindrical steel construction, via the gas disperser and leaves through an outlet duct at the coned bottom. The Rotary Atomizer installed centrally allows the gas to mix with the feed.
Power plant applications
The end product from Spray Drying Absorption consists of the reaction products, excess absorbent and fly ash. The SO2/HCl ratio of the inlet gas is high, thus allowing for operation close to the adiabatic saturation temperature and minimizing the content of lime in the end product. A Spray Drying Absorption system can achieve very high desulphurization rates, practically only limited by the accepted content of excess lime in the end product.
Waste to Energy applications
Waste incinerator applications are generally characterized by relatively low gas amounts; and, hence, the absorber is constructed with only a roof gas disperser. The smaller plant size and the composition of acid content typically favor single-pass designs. The Rotary Atomizers employed in waste incinerator plants, SDAs, are normally type F-100, equipped with wheels in Hastelloy.
The high HCl content in the gas gives rise to a considerably higher inlet gas temperature than seen in power plant applications. Consequently, the end products will show different behaviors. Further, the moisture and O2 content of the waste gas is higher. The drying properties of the absorber, high chloride content in the end product, single pass mode, etc., call for a design with higher retention time in the absorber chamber, and therefore the plants are operated at high outlet temperatures.
Sinter plant applications
Spray Drying Absorption installations for sinter plants combine features from power- and waste incineration plants.
Flue gas volumes are normally high; and, hence, necessitate the installation of large absorber modules. But, frequently, acid contents will be relatively low, thus allowing for the use of single pass systems.
Variations in gas quality may occur relatively fast, and therefore the control system must be designed to act accordingly. To a large extent, absorbent used for sinter plant applications will be purchased and stored as CaO for subsequent on-site slaking. The Rotary Atomizers applied in sinter plants are generally F-360, F-800 and F-1000, equipped with stainless steel wheels and central parts.
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