Tecnologia di controllo delle emissioni
Spray Dryer Absorber (SDA)
Gli SDA facilitano la rimozione degli inquinanti acidi, di metalli pesanti e polveri da fumi e gas residui nelle centrali elettriche a combustibili fossili, negli inceneritori di rifiuti e negli impianti industriali.
Il processo SDA
Vantaggi
Lo Spray Drying Absorption, esclusiva modalità d'impiego della tecnologia di spray drying per l'assorbimento di gas acidi, è stato originariamente inventato da GEA negli anni '70. Da allora, è stato soggetto a continui sviluppi e ottimizzato per rispondere a requisiti e condizioni in costante cambiamento. Il processo si impone quindi come una tecnologia efficiente, versatile e ampiamente testata. Ogni processo di Spray Drying Absorption è creato su misura per rispondere alle esigenze dei clienti nonché in conformità alle leggi in vigore sulla tutela dell'ambiente. Gli assorbitori vantano caratteristiche di sistema ben comprovate, ad es. iniezione con carbonio attivato e controllo picco, progettate per assicurare basse emissioni di mercurio e diossina.
Vantaggi
• Rimozione ad alta efficienza dei gas acidi
• Bassi costi di capitale, operativi e di manutenzione
• Basso consumo di acqua ed energia. Funziona con acqua di bassa qualità
• Alta disponibilità dell'impianto
Il processo di Spray Drying Absorption
Il processo di Spray Drying Absorption è un processo di desolforazione dei fumi a semi-secco. Il processo usa come assorbente la calce spenta Ca(OH)2, per ottenere in tal modo un prodotto finale stabile e asciutto, composto principalmente da ceneri volatili e da vari composti di calcio.
Il fumo caldo non trattato viene introdotto nello Spray Dryer Absorber tramite un dispersore di gas ed entra quindi in contatto con un assorbente altamente reattivo che viene atomizzato da un atomizzatore rotante. Un contatto efficace tra il fumo e l'assorbente consente il rapido trasferimento della massa dei componenti acidi dal fumo all'assorbente alcalino. L'assorbente neutralizza l'acido assorbito (SO2 + Ca(OH)2 -> CaSO3/CaSO4 + H2O). Mentre avviene questa reazione, l'acqua viene fatta evaporare; in questo modo, si ottiene una polvere secca. Una frazione di polvere secca viene depositata sul fondo della camera di assorbimento e scaricata da qui, mentre la parte principale viene trasportata nel collettore di polvere a valle e mentre il fumo raffreddato lascia la camera. Il fumo, ora pulito, passa dal collettore di polvere al camino senza scaldarsi di nuovo.
La Ca(OH)2, acquistata come calce spenta o (in modo più economico e frequente) preparata presso il sito dalla calce fortemente cotta, CaO, viene pompata nell'atomizzatore rotante da un serbatoio tampone. Dopo la separazione, la polvere viene trasportata in una struttura di immagazzinamento del prodotto finale o riciclata nel processo per un migliore utilizzo dell'assorbente in eccesso. Il prodotto finale del processo è una polvere secca e stabile. Questa polvere viene usata in tutto il mondo, principalmente nelle costruzioni stradali, come materiale edilizio, e per tutte le finalità nel settore delle costruzioni.
La tecnologia Spray Drying Absorption assicura prestazioni di assorbimento eccellenti, non solo degli inquinanti principali, ad es. SO2 e HCl. Ad esempio, a causa dell'assorbente finemente atomizzato e spruzzato nel flusso del fumo con la successiva rimozione della polvere, gli inquinanti quali SO3, HF ecc. saranno praticamente rimossi del tutto. Questo facilita l'uso dell'acciaio carbonio come materiale di costruzione per il percorso del fumo. Esistono altri due vantaggi: In primo luogo, il processo consente l'uso di acqua di processo di bassa qualità, ad es. acque reflue o perfino l'acqua di mare; in secondo luogo, poiché il processo non genera acque reflue, non sarà necessario un successivo processo o trattamento delle acque reflue.
Oltre 200 referenze
In tutto il mondo, sono installati oltre 200 impianti di Spray Drying Absorption nelle centrali elettriche, centrali di incenerimento dei rifiuti, centrali di combustione dei rifiuti pericolosi. Sono tutti accomunati da una caratteristica: Vengono utilizzati in conformità o al di sopra delle disposizioni sulle prestazione previste dalle autorità locali. Ancora oggi, i primissimi impianti installati negli anni '80 sono perfettamente funzionanti.
• Impianti totali costruiti: > 200
• Numero totale di assorbitori: > 350
• Numero totale di atomizzatori: > 450
• Processo installato in quasi 25.000 MWe e 4.300 MWt di capacità della centrale elettrica
• Processo installato su oltre 160 linee di incenerimento, in tutto il mondo
• Processo installato su oltre 10.000 m2 di bande di sinterizzazione, in tutto il mondo
Componenti principali
Lo Spray Dryer Absorber, con l'atomizzatore rotante, il dispersore di gas e la camera di assorbimento, è il fulcro del processo di Spray Drying Absorption.Atomizzatore rotante
Ruota atomizzatrice
L'atomizzatore rotante è l'elemento chiave dello Spray Dryer Absorber. Questa parte dell'apparecchiatura atomizza il liquido assorbente nel fumo, alimentando in pratica il liquido assorbente nella ruota dell'atomizzatore che effettua rotazioni a circa 10.000 rpm. Indirizzando il liquido verso l'esterno, la ruota a rotazione rapida rompe il liquido in una nebbia atomizzata di goccioline eccezionalmente piccole (meno di 50 micron) con aree superficiali molto grandi.
Utilizzando i modelli in acciaio inossidabile speciali, le ruote resistenti all'abrasione e gli inserti delle ruote, gli atomizzatori rotanti per i processi di Spray Drying Absorption (F-100, F-360, F-800, F-1000) sono stati modificati per sopportare ambienti particolarmente difficili e assorbenti abrasivi.
La struttura dell'atomizzatore rotante comprende una parte superiore e inferiore, separate da una piastra di supporto centrale. La parte superiore alloggia la scatola di trasmissione e il sistema di lubrificazione insieme al serbatoio superiore dell'olio. L'atomizzatore è alimentato tramite un motore a flangia verticale, posizionato sulla scatola di trasmissione. L'accoppiamento flessibile trasmette l'energia dal motore all'albero di ingresso della scatola di trasmissione. La parte inferiore dell'atomizzatore, esposta ai mezzi caldi all'interno della camera di assorbimento, è composta sostanzialmente da un mandrino flessibile, dai cuscinetti del mandrino, da tubazione di alimentazione e di risciacquo, dal distributore liquidi, dalla ruota atomizzatrice. Data la resistenza dei prodotti all'abrasione, le parti dell'atomizzatore e le parti della ruota atomizzatrice sono realizzate in materiali ceramici. Queste parti, in quanto particolarmente esposte all'usura dovuta all'alimentazione dell'assorbente, sono sostituibili.
I dispersori di gas
I dispersori di gas servono a ottimizzare la distribuzione del fumo all'interno della camera di assorbimento, facilitando un migliore contatto tra il fumo e le gocce atomizzate dell'assorbente di alimentazione. Il dispersore di gas standard, tipo DGA, è un dispersore di gas superiore con palette direttrici regolabili. Viene utilizzato per fumi solo con piccoli contenuti di ceneri volatili abrasive o aderenti. Per i fumi contenenti concentrazioni più elevate di ceneri volatili abrasive, viene utilizzato un dispersore di gas resistente all'erosione, tipo DGR. Questo dispersore di gas è impiegato in molti Spray Dryer Absorber presso gli impianti di incenerimento dei rifiuti municipali.
I dispersori di gas composti vengono usati per i volumi di fumi di 400.000 Nm3/h e oltre. Qui, il fumo viene diviso in due flussi, in cui circa il 60% entra attraverso il dispersore di gas superiore, mentre il fumo rimanente entra attraverso il dispersore di gas centrale. Questa disposizione viene spesso utilizzata nelle centrali elettriche e di sinterizzazione. La maggior parte dei dispersori di gas è composta in acciaio dolce.
Camera dello Spray Dryer Absorber
Generalmente realizzata in acciaio dolce, la camera dello Spray Dryer Absorber è una costruzione cilindrica con base conica. Il fumo entra nella camera tramite uno o più dispersori di gas ed esce attraverso il condotto posizionato sulla base conica. L'atomizzatore rotante è installato al centro nella camera, circondato dall'uscita del dispersore di gas superiore che consente al gas di miscelarsi con lo slurry assorbente atomizzato. Il dispersore di gas centrale è posizionato direttamente sotto l'atomizzatore, facilitando quindi il sollevamento della nebbia dell'atomizzatore per un migliore contatto gas/liquido.
La dimensione della camera dipende dalla quantità e dalle proprietà del fumo; la forma varierà in base al tipo di dispersore di gas. Un'uscita per le particelle più grandi è posizionata sul fondo del cono assorbente.
GEA sviluppa e ottimizza costantemente il design e la dimensione sia della camera di Spray Drying Absorption sia del dispersore di gas. Ora offriamo la capacità di trattare oltre 2.000.000 Nm3/h in una singola camera di assorbimento e stiamo ancora lavorando al progetto di uno SDA per carichi di gas ancora maggiori.
APPLICAZIONI CENTRALI ELETTRICHE
Poiché una parte considerevole dei costi di una centrale elettrica è legata al controllo delle emissioni, le tecnologie giuste non solo attutiscono l'impatto ambientale, ma offrono anche ulteriori vantaggi competitivi.
Il processo per l'energia SDA
Il prodotto finale del processo di Spray Drying Absorption è costituito da prodotti di reazione, assorbente in eccesso e ceneri volatili. Il rapporto SO2/HCl del gas in ingresso è elevato, consentendo così un funzionamento vicino alla temperatura di saturazione adiabatica e riducendo al minimo il contenuto di calce nel prodotto finale. Un sistema di Spray Drying Absorption è in grado di raggiungere tassi di desolforazione molto alti, praticamente limitati solo dal contenuto di calce in eccesso ammesso nel prodotto finale.
Per quanto riguarda la composizione e le quantità di gas, le normali variazioni nel funzionamento del generatore di fumi a monte sono generalmente così uniformi che il controllo delle emissioni e delle temperature di uscita è possibile mescolando semplicemente i flussi di alimentazione dell'assorbente e lo slurry di riciclo (o acqua) nel serbatoio superiore. Per la maggior parte, l'assorbente usato per le applicazioni nelle centrali elettriche viene acquistato e immagazzinato come CaO e quindi spento nel sito.
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Il fumo caldo non trattato viene introdotto nel modulo di assorbimento tramite i dispersori di gas per una distribuzione ottimale del flusso del gas; il contatto con l'assorbente è facilitato dallo spruzzo assistito dell'atomizzatore rotante. Il contatto efficiente tra il gas e lo slurry assorbente atomizzato consente la rapida conversione in massa delle componenti acide dallo stato gassoso allo stato liquido durante il processo.
L'assorbente alcalino neutralizza l'acido assorbito e il prodotto di reazione desiderato viene generato tramite la contemporanea evaporazione dell'acqua. Una frazione di prodotto finale asciutto viene depositata sul fondo della camera di assorbimento da cui è scaricata, mentre la parte principale viene trasportata nel collettore di polvere a valle insieme al fumo raffreddato e quindi rimosso dal gas. Il gas ora pulito passa dal collettore della polvere al camino senza scaldarsi di nuovo.
Dopo la reazione chimica dell'assorbimento del componente acido e dell'essiccazione finale, il prodotto finale in polvere viene separato dallo stato gassoso e trasportato in una struttura di immagazzinamento del prodotto finale o riutilizzato nel processo SDA per un migliore utilizzo dell'assorbente in eccesso. La progettazione dell'impianto SDA, sia come sistema single-pass sia per includere il sistema di riciclo, dipenderà dalla qualità del gas di entrata e dai requisiti delle emissioni.
Impianti di sinterizzazione e applicazioni simili
Lo Spray Drying Absorption è la soluzione ideale per la rimozione della polvere e del gas acido di scarico dagli impianti di sinterizzazione.
Il processo di sinterizzazione SDA
La qualità del gas può cambiare in modo relativamente veloce; pertanto, il sistema di controllo deve essere progettato per funzionare di conseguenza. Per la maggior parte, l'assorbente usato per le applicazioni negli impianti di sinterizzazione verrà acquistato e immagazzinato come CaO e quindi spento nel sito. Gli atomizzatori rotanti applicati negli impianti di sinterizzazione sono generalmente F-360, F-800 e F-1000, dotati di ruote in acciaio inossidabile e parti centrali.
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Il fumo caldo non trattato viene introdotto nel modulo di assorbimento tramite i dispersori di gas per una distribuzione ottimale del flusso del gas; il contatto con l'assorbente è ottenuto dallo spruzzo dell'atomizzatore rotante. Il contatto efficiente tra il gas e lo slurry assorbente atomizzato consente la rapida conversione in massa delle componenti acide dallo stato gassoso allo stato liquido.
L'assorbente alcalino neutralizza l'acido assorbito; il prodotto di questa reazione si forma mentre l'acqua viene fatta evaporare in contemporanea. Una frazione di prodotto finale asciutto viene depositata sul fondo della camera di assorbimento da cui è scaricata, mentre la parte principale viene trasportata nel collettore di polvere a valle insieme al fumo raffreddato e quindi rimossa dal gas. Il gas pulito passa dal collettore della polvere al camino senza scaldarsi di nuovo.
Dopo l'assorbimento dei componenti acidi, la reazione chimica e l'essiccazione finale, il prodotto finale in polvere viene separato dallo stato gassoso e trasportato in una struttura di immagazzinamento del prodotto finale o riutilizzato nel processo SDA per un migliore utilizzo dell'assorbente in eccesso. La progettazione dell'impianto, sia come sistema single-pass sia per includere il sistema di riciclo, dipende dalla qualità del gas di entrata e dai requisiti delle emissioni.
Applicazioni in inceneritori di rifiuti
Lo Spray Drying Absorption è il mezzo per rispondere alle norme restrittive sulle emissioni applicate agli impianti di incenerimento dei rifiuti.
Il processo di trattamento dei rifiuti SDA
L'elevato contenuto di HCI nel gas produce un aumento a temperature di gas di ingresso considerevolmente superiori rispetto a quanto riscontrato nelle applicazioni delle centrali elettriche. Di conseguenza, i prodotti finiti mostrano comportamenti diversi. Inoltre, il contenuto di O2 e umidità del gas di scarico è più alto. Le proprietà di essiccazione dell'assorbitore, il contenuto elevato di cloro nel prodotto finito, la modalità single-pass ecc... richiedono una progettazione con un maggior tempo di ritenzione nella camera di assorbimento; di conseguenza, gli impianti lavorano a temperature di uscita elevate.
Un sistema di controllo dei picchi può essere incluso nella progettazione per migliorare la capacità del sistema Spray Dryer Absorber di gestire variazioni estreme nelle condizioni di ingresso. Con questa caratteristica, un assorbente secco, Ca(OH)2 in polvere, viene soffiato direttamente nel flusso del fumo. È possibile adottare anche un sistema assorbente basato sull'iniezione di carbonio attivato polverizzato; in questo modo viene limitata in maniera efficiente l'emissione speciale di mercurio e diossine. L'assorbente utilizzato per le applicazioni di incenerimento dei rifiuti può essere CaO e Ca(OH)2 in base ai costi e alle forniture locali.
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Il fumo caldo non trattato viene introdotto nel modulo di assorbimento tramite il dispersore di gas superiore per una distribuzione ottimale del flusso del gas; il contatto con l'assorbente è ottenuto tramite lo spruzzo dell'atomizzatore rotante. Il contatto tra il gas e lo slurry assorbente atomizzato consente la rapida conversione in massa delle componenti acide dallo stato gassoso allo stato liquido.
L'assorbente alcalino neutralizza l'acido assorbito; si ottiene così il prodotto di reazione desiderato. In contemporanea a questa reazione, l'acqua viene fatta evaporare, formando quindi una polvere secca. Una frazione di polvere secca viene depositata sul fondo della camera di assorbimento e scaricata da qui, mentre la parte principale viene trasportata nel collettore di polvere a valle insieme al fumo raffreddato e rimossa dal gas. Il gas pulito passa dal collettore della polvere al camino senza scaldarsi di nuovo.
Dopo la reazione chimica, la compensazione dell'assorbimento dei componenti acidi e l'essiccazione finale, il prodotto finale in polvere viene separato dallo stato gassoso e trasportato in una struttura di immagazzinamento del prodotto finale. Per l'efficiente rimozione delle diossine e del mercurio dal gas, il carbonio attivato polverizzato viene inoltre iniettato nel flusso del gas. Il sistema di controllo dei picchi, basato sull'iniezione di calce spenta nel flusso del gas, può inoltre essere incluso nella progettazione per ottenere un controllo rapido delle variazioni sostanziali alla qualità del gas in entrata. La maggior parte degli impianti di Spray Dryer Absorber degli inceneritori di rifiuti sono progettati come sistemi single-pass.
Process for Power plant and Sinter plant applications
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 Spray Drying Absorption process is a versatile way of cleaning flue gases by the removal of acid gases and particulates generated by fossil-fuel burning, mainly coal. Because of the presence of large volumes of flue gasses, power plant installations frequently have more than one Spray Dryer Absorber module. A compound-gas disperser ensures an optimum gas flow, even at very large volumes. The considerable plant size and gas volumes normally favor recycling of the end product, allowing operation at low outlet temperatures, no more than 10 - 15° C above adiabatic saturation temperature.
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.
Sinter plant applications
Spray Drying Absorption is the ideal solution for removing dust and acid-gas exhaust from sinter plants.
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.
Process for Power plant and Sinter plant applications
Waste to Energy applications
Spray drying Absorption is a means to meet the strict emission regulations applying to waste-incineration plants.
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.
Process for Waste to Energy applications
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