Tecnologías de desulfuración.

Transcripción

Tecnologías de desulfuración de los
gases de combustión
Alberto Gambarè
Escuela Politécnica Superior de Algeciras,
02/12/2008
Agenda
• 1st topic
Tecnologías de Desulfuración
• 2nd topic
Tecnologías de desulfuración a húmedo
• 3rd topic
Desulfuración a húmedo: OST
• 4th topic
Desulfuración a húmedo: Flowpac
• 5th topic
Central de Los Barrios
Tecnologías de desulfuración de los gases de combustión - 02/12/2008 - P 2
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Tecnologías de desulfuración
Desulfuración de tipo humédo: OST
Desulfuración de tipo humédo: FlowPac®
Desulfuración de tipo humédo: Seawater
Desulfuración de tipo semi-humédo: NID
Agenda
• 1st topic
• 2nd topic
• 3rd topic
• 4th topic
• 5th topic
Tipica central térmica de combustión
Caldera
Sistema DeNOx
Turbina y generator
Carbón
Chimenea
Pulverizador
Sistema de combustion
Precipitador
electrisatico
Sistema DeSOx
Tech. a humédo
Tecnología de desulfuración a humédo
Proceso de absorbcion de SO2 en fase acuosa:
• SO2(g) + H2O → H2SO3
(fase acuosa)
• H2SO3(fase acuosa) →
H+ + HSO3= →
2H+ + SO3=
SO2
gas film
liquid film
SO2
SO2
CaSO3
CaSO4
• Conjunto:
CaCO3 + SO2 + 2 H2O + 1/2 O2 →
CaSO4•2H2O + CO2
CaCO3
CO2
SO2
SO2
Absorbción de SO2 en agua
Química del proceso caliza / yeso de desulfuración a humédo
• Las reacciones químicas, que ocurren en un sistema húmedo de
caliza, pueden ser caracterizadas mediante una serie de pasos.
• Las reacciones en cada paso del proceso pueden ser agrupadas en
tres categorías generales: reacciones gas-líquido, reacciones líquidolíquido y reacciones líquido-sólido.
• Los pasos principales que ocurren simultáneamente son:
−
−
−
−
−
Absorción
Neutralización
Regeneración
Oxidación
Precipitación
• Absorción: este es el primer paso del proceso de remoción de SO2.
Es la absorción del dióxido de azufre en el líquido atomizado.
Absorción es la transferencia de masa que lleva a un vapor soluble a
un estado líquido.
• Neutralización: en este paso, el SO2 absorbido reacciona con la caliza
disuelta y otras especies alcalinas presentes. En esta etapa se forma
sulfito y dióxido de carbono que se libera en forma gaseosa.
• Regeneración: es la disolución de la caliza que provee el reagente
que reacciona con el SO2 formando sulfato de calcio, CaSO4. La
caliza es básica y ayuda a balancear el pH de la lechada evitando que
se transforme en una solución muy ácida.
• Oxidación: es el proceso de combinar una sustancia con oxígeno. A
través del proceso de oxidación, sulfito es convertido en sulfato.
• Precipitación: es el proceso mediante el cual una sustancia se separa
de una solución a través de un cambio químico. En el tanque de
reacción del absorbedor, cuando la solución se satura, el sulfato de
calcio precipita en forma de cristales.
Proceso caliza / yeso de desulfuración a
humédo
BYPASS
PRECIPITADOR
ELECTRO
STÁTICO
CHIMENEA
AGUA
CALENTADOR
ROTATIVO DE GASES
VENTILADOR
DE TIRO
INDUCIDO
TANQUE DE
AGUA DE
PROCESO
ABSORBEDOR
A TANQUE DE PREP. DE
LECHADA DE CALIZA
PURGA DE
CLORUROS A
PLANTA DE TRAT. DE
AGUA
VENTILADOR DE
REFUERZO
CALIZA
HIDROCICLÓN
SILO DE CALIZA
AIRE
FILTRO DE
BANDA
YESO
TANQUE DE PREP. DE
LECHADA DE CALIZA
AGUA DE
PROCESO
TANQUE DE
AGUA DE
RECUPERADA
humédo
Almacenamiento y preparación
de lechada de caliza
Absorbedor
Silo de yeso
Deshidratación
de yeso
humédo
Estación de hidrociclones
Silo de
almacenamiento
de caliza
Tanque de la
lechada de caliza
Molinos de
caliza
humédo
Sistema de almacenamiento y preparación de lechada de caliza
• El sistema de almacenamiento de caliza está diseñado para recibir,
almacenar y dosificar caliza.
• El sistema de molienda de la caliza está diseñado para obtener reactivo en
forma de polvo con el objeto de obtener el tamaño deseados de sólidos.
• La caliza en polvo se mezcla con agua de proceso/recuperada con el objeto
de obtener la concentración deseada de sólidos.
humédo
Sistema de almacenamiento de caliza
• La caliza en grava se almacena en
un silo dedicado o en parque y se
transfiera hasta el sistema de
molienda.
• La caliza en polvo se almacena en
un silo dedicado.
• Tolvas fluidificadas o con sistema
de vibración mecanico.
• La caliza se dosifica normalmente
mediante una válvula rotativa y se
pesa mediante un alimentador
gravimétrico.
humédo
Sistema de molienda de caliza
• Se utiliza normalmente una tipolgía
de molino horizontal y con proceso
humédo.
• Tamaño de la caliza en entrada: 2025 mm.
• Tamaño de la caliza molida: 80-95%
< 44 microns.
• Material: acero al carbono con
recubrimiento en goma y bolas en
acero endurecido.
Molino horizontal de tipo humédo
humédo
Sistema de preparación de lechada de caliza
• La caliza en polvo es contenida en
el tanque de preparación de caliza,
donde està mezclada con agua de
proceso o recuperada obteniendo
así una lechada con la
concentración de sólidos requerida
(típicamente 30% ss).
• La lechada de caliza se recircula
contínuamente a través de las
bombas de alimentación de
lechada, manteniendo la velocidad
de la lechada dentro de un rango
óptimo.
Molino horizontal de tipo humédo
humédo
Estación de hidrociclones
Filtro banda
de vacío
Bomba de
vacío
Separador del
filtrado
humédo
Sistema de deshidratación del yeso
• La función del sistema de deshidratación es la de remover los
cristales de yeso de la lechada contenida en el Tanque de Reacción,
produciendo un yeso de calidad industrial y recuperando el agua para
ser reutilizada en el proceso.
• El sistema de deshidratación està normalmente costituido de un
sistema deshidratación primaria (Hidrociclones) y de un sistema de
deshidratación secundaria (Filtros banda de vacío).
humédo
Sistema de deshidratación primaria
• Los hidrociclones producen la primera separación entre los cristales de yeso
(más gruesos) y la caliza no reaccionada (más finos).
• Los cristales de yeso son evacuados en su mayoría mediante el flujo inferior
(“underflow”) y desde aquí son enviados a los filtros banda de vacío.
• La caliza sin reaccionar se envía principalmente mediante el flujo superior
(“overflow”) y desde aquí se envía primero al tanque de agua recuperada y
luego al absorbedor.
humédo
Sistema de deshidratación secundaria
• El flujo inferior de los hidrociclones (“underflow”) descarga directamente en
los filtros banda de vacío, donde ocurre la deshidratación final. El agua
extraida se recupera y se envía nuevamente al Absorbedor.
• Dependiendo del nivel de cloruros del yeso, puede ser necesario lavarlo con
agua para reducir este nivel a un valor aceptable.
• Aplicando vacío debajo de la cinta, se logra extraer el agua libre y el yeso se
deshidrata hasta el punto de humedad requerido (< 10%).
humédo
Characteristicas del yeso de calidad commercial
Especificación típica:
−
−
−
−
−
−
>95% CaSO4.2H2O
<0.5-1.0% CaSO3.½H2O
<100 ppm Cl
<10% moisture
pH 6 - 8
30-40µ MMD
Requisitos:
−
−
−
−
−
Caliza de pureza elevada (95-96%)
PE de eficiencia elevada
Eficiencia de oxidación: 99+%
Filtro banda de vacio o centrifugas
Lavado de la torta de yeso
Proceso de desulfuración a humédo
Simulación CFD en conductos
Sistema de conductos de gas
Mezcla de gases
Separación de gas
Descarga de VR
Doble codo
Deflectores
Agenda
• 1st topic
• 2nd topic
• 3rd topic
• 4th topic
• 5th topic
Instalación de un absorbedor a humédo
Depulverización de gases:
Precipitador Electrostático
Absorbedor
Reacciones químicas del proceso de desulfuración:
H2O + CaCO3
(Agua) + (Caliza)
CO2
(Dióxido de
Carbono)
Gases de combustión
(SO2)
O2
(Oxígeno)
CaSO4•2H2O
(Sulfato de Calcio,
Yeso)
SO2 + CaCO3 + ½O2 + H2O → CaSO4•2H2O + CO2
Absorbedor a humédo
Absorbedor y Tanque de Reacción
• El sistema del Absorbedor se
divide en dos (2) áreas
principales:
− Absorbedor
− Tanque de Reacción
Absorbedor
Tanque de
Reacción
Equipos principales de un Absorbedor a humédo:
• Sistema de separador de gotas
• Boquillas y bancos de
atomizacion
• Agitadores del tanque de
reacción y lanzas de aire de
oxidación
• Bombas de recirculación del
absorbedor
• Soplantes del aire de oxidación
Filosofía y conceptos generales de diseño basico
• La cantidad de lechada de recirculación necesaria para una remoción efectiva
del flujo de masa de SO2 de diseño se identifica mediante un parámetro
llamado relación líquido/gas (L/G).
• La relación L/G determina la eficiencia de desulfuracion que se intiende
consiguir en el Absorbedor.
• Esta relación está dada por el numero de niveles de bancos de atomización
operativos, cada nivel alimentado por una bomba de recirculación propra.
Tipicamente se instala otro nivel de atomización como repuesto.
• La lechada que circula en el ciclo del Absorbedor contiene en suspensión un
15% de sulfato de calcio, sulfito de calcio, caliza sin reaccionar y diversos
materiales solubles: extrae el dióxido de azufre de los gases sucios.
• Cada banco de atomización consiste en una serie de atomizadores diseñados
para suministrar gotas de un tamaño específico de manera tal de lograr una
absorción óptima de SO2.
• Los atomizadores se distribuyen de manera tal de garantizar una
pulverización uniforme y completa, asegurando un correcto contacto
líquido/gas en el absorbedor.
• El Tanque de Reacción se dimensiona de manera de garantizar un tiempo de
retención suficiente que permita un completo desarrollo de todas las
reacciones químicas involucradas.
• Un flujo de lechada de caliza pura se adiciona al tanque de reacción donde se
balancea con la lechada que se encuentra en recirculación.
• El aire de oxidación se genera por las soplantes correspondientes y se
agrega para transformar el sulfito de calcio disuelto (CaSO3) en sulfato de
calcio (CaSO4), que cristaliza a CaSO4*2H2O. Tipicamente un 99,5% del
grado de oxidación del yeso se produce en el tanque de reacción.
• El aire de oxidación es enfriado y saturado con agua previo a ser inyectado al
tanque de reacción de manera tal de evitar depósitos.
• Las lanzas de oxidación se encuentran localizadas delante de cada agitador.
• Los agitadores se instalan en la parte inferior del tanque de reacción para
asegurar la suspensión de sólidos y la dispersión del aire de oxidación en el
tanque de reacción. Los agitadores se diseñan para operar con cualquier
combinación posible de bombas de recirculación en servicio
• El arrastre de las gotas que llegan desde los bancos atomización està
removido en un separador de gotas normalmente instalado internamente a la
columna de desulfuración.
• El sistema separador de gotas consiste en dos etapas, flujo vertical,
instalación horizontal, de tipo Chevron y dos niveles de lavado. Las etapas se
encuentran instaladas en la parte superior del absorbedor.
• Los separadores de gotas se limpian con agua en forma discontinua a través
de un ciclo de lavado pre-definido. El sistema inferior de lavado se efectúa
hacia arriba, mientras que el sistema superior lo efectúa en ambos sentidos
(hacia arriba y hacia abajo).
• La presión de lavado del sistema separador de gotas se diseñan para permitir
el descenso de los sólidos y líquidos químicamente reactivos.
• Se utiliza agua con bajo contenido de solidos y sulfatos para el lavado del
sistema separador de gotas. Las bombas de lavado están dedicadas y se
utilizan para proveer agua a la primera y segunda etapa.
Materiales de construcción
Bancos de atomizacion:
Cuerpo:
•
Acero al Carbono con
recubrimiento de goma
•
•
FRP
•
•
Acero Inoxidable (317LMN)
recubrimiento de Flakeglass
•
Acero Inoxidable de tipo
Duplex (2205, 255)
•
Acero Inoxidable(317LMN)
•
Acero Inoxidable de tipo
Duplex (2205, 255)
•
Acero aleado al Ni
•
Hormigón con recubrimiento
de azulejos plásticos
•
Acero aleado al Ni
Tuberias de recirculación:
•
FRP
•
Conducto de entrada:
•
Acero Inoxidable / Acero
aleado al Ni
•
C-276 / Alloy 59
Agenda
• 1st topic
• 2nd topic
• 3rd topic
• 4th topic
• 5th topic
Instalación de un Flowpac
Demister
Clean gas
Raw gas
Depulverización de gases:
Precipitador Electrostático
Absobent
slurry
Compressed
air
Flowpac
Reacciones químicas del proceso de desulfuración:
Demister
Gases de combustión
(SO2)
CO2
(Dióxido de
Carbono)
Clean gas
H2O + CaCO3
(Agua) + (Caliza)
O2
(Oxígeno)
Raw gas
Absobent
slurry
CaSO4•2H2O
(Sulfato de Calcio,
Yeso)
Compressed
air
SO2 + CaCO3 + ½O2 + H2O → CaSO4•2H2O + CO2
Configuración de layout del Flowpac:
Flowpac: características de diseño
• Layout reducido y optimizado en planta y elevación.
• Ausencia de bombas de recirculación.
• Eficiencias de SO2 muy elevadas y controlables en forma continua.
• Consumido de potencia electrica optimizado.
Agenda
• 1st topic
• 2nd topic
• 3rd topic
• 4th topic
• 5th topic
Planta DGC (Desulfuración Gases Combustión)
Absorbedor
Absorbedor
Bombas de recirculación
Preparación de lechada de caliza y silo de yeso
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Tecnologías de desulfuración.

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