تحقیق سولفور زدایی گاز خروجی نیروگاه ها

چکیده مقاله

یکی از آلاینده های موجود در گاز حاصل از سوخت فسیلی نیروگاهها دی اکسید سولفور می باشد .به منظور مقابله با اثرات سوءانتشار این گاز روشهای گوناگونی مورد بررسی قرار گرفته اند که از مهمترین آنها سولفور زدایی با استفاده از تزریق هیدروکسید کلسیم در خشک کن افشانه ای می باشد . در این مطالعه تحقیقی آزمایشهایی در مقیاس لابراتواری بر روی فرآورده های کلسیم دار تولید شده در دستگاه پیلوت سولفور زدایی متشکل از مجموعه خشک کن افشانه ای و فیلترهای پارچه ای و با ظرفیت اسمی 1000 فوت مکعب در دقیقه برای مطالعه خاصیت جذبی آنها انجام شد .فرآورده های مورد آزمایش در اثر  واکنش دی اکسید سولفور موجود در گاز حاصل از احتراق تولید شده بودند در اثر آنالیز های آزمایشی و بررسی داده های دستگاه پیلوت ، نتیجه گیری شد که افزایش بازدهی حذف دی اکسید سولفور ناشی از واگردانی فرآورده ها نی تواند در اثر جذب سطحی هیدرروکسید کلسیم بر سطح فرآورده های واکش کرده باشد.

فرضیه دیگر عنوان شده این بود که کربنات کلسیم حاصل از واکنش هیدروکسید کلسیم با دی اکسید کربن در گاز خروجی می تواند اثر سویی بر اثرات بالقوه مفید واگردانی فرآورده ها داشته باشد .

مروری بر فرآیند

در فرآیند سولفور زدایی گازهای خروجی (1) خشک , ماده جاذب (2) در شکل پودر یا دوغاب به داخل مسیر جریان گاز خروجی تزریق می شود .در فرم پودری , ماده جاذب قبل از دستگاه فیلترر پارچه ای به داخل جریان گاز خروجی ریخته می شود .در نوع دوغابی , که از این پس از آن به FGD خشک نامبرده خواهد شد, دوغاب حاوی ماده واکنشگر با استفاده از دیسک دوار یا افشانک (3) اتمیز کننده به ذراتی با قطر 70 تا 200 میکرومتر تبدیل شده و به داخل گاز خروجی حاوی SO2 افشانه می شود .گاز خروجی بطور آدیاباتیکی مرطوب شده و دوغاب تبخیر میشود که در نتیجه فرآورده ای ظاهراً خشک حاصل می شود .برای کاربردهای FGD ماده جاذب غالباً دوغاب حاوی کلسیم یا محلول سدیم می باشد که با گاز خروجی حاوی SO2 در حیم و بعد از خشک شدن تماس داده میشود .(Dullien,1989;EPA,1985;Kelly,1980 ) واکنشهای شیمیایی این فرآیند مشابه واکنش های دستگاه شوینده (4)تر می باشد .در عین حال وجود دی اکسید کربن در گاز خروجی و زدایش آب موجود در فرآوردهها به طور همزمان در داخل دستگاه فرآیند خشک را پیچیده تر می کند .

بر طبق گفته گتلر (1979,Getler )، واکنشهای خشک کن افشانه ای در چندین مرحله انجام می گیرد که می توان آنها را به صورت زیر توصیف کرد :

نفوذ دی اکسید سولفور و دی اکسیذد کربن از گاز به قطره اتمیزه شده حاوی هیدروکسید کلسیم

انحلال (5) so2 ,  co2  در فاز مایع

                                                                  H2SO3                     SO2+ H2O

CO2+H2O                   H2CO3

تجزیه در محیط قلیایی و انحلال جامدات  

تشکیل نمکها     

نظر به اینکه واکنشهای فوق به محیطی آبدار نیاز دارند مقدار آب موجود دردوغاب و جامدات خشک شده در خشک کن افشانه ای عامل مهمی می باشد .با توجه به واکنشهای فوق می تون مشاهده کرد که هر دوی و    با آهک موجود  ترکیب می شوند فشار جزئی CO2  در گاز خروجی حدااقل 100 برابر فشاار جزئی SO2 می باشد ولی بخاطر هیدراسیون (6) و اکسیداسیون SO2 در محلول ، سرعت انتقال جرم SO2 از CO2 بیشتر می باشد .ضرایب اانتقال جرم فرآیند خشک اشانه ای شناخته شده نیست ولی ضرایب انتقال جرم جرم فاز مایع (سطح مشترک هوا – آب )برای so2 و co2 ، به ترتیب 420و34                                                                        سانتی متر در ساعت و 20 سانتی متر در ساعت می باشد   (Thibodeaux,1979 ).

سرعت اتلاف رطوبت فرآورده های واکنش بوسیله ودمای نزدیک به اشباع موجود در نقطه خروجی خشک کن افشانه ای کنترل می شود .هرچه دمای عملکرد به دمای اشباع آدیاباتیکی (7) نزدیکتر باشد مدت تبخیر آب فرآورده طولانی تر بوده و بازدهی حذف so2 بالاتری نتیجه می شود .گزارش شده است که 6 درجه کاهش در دمای نقطه خروجی خشک کن افشانه ای (17 در جه سانتی گراد فوق دمای اشباع به 0c11 فوق دمای اشباع )

می تواند بازدهی حذف so2  را ده درصد افزایش دهد (1981,Hurst ).

در عین حال عملکرد در فوق دمای اشباع کمتر از 0110c بخاطر افزایش رطوبت باقی مانده در فرآورده های واکنش ، باعث ایجاد مشکلات بهره برداری و نگهداری در خشک کن افشانه ای و دستگاه فیلتر پارچه ای می شود .پارامتر دیگری که در عملکرد موثر است زمان ماند است در عمل بعلت زمان ماند کوتاه قطره دوغاب و فرآورده خشک شده در خشک کن افشانه ای ، بهره دهی آهک موجود کمتر از 100 درصد می باشد .

واگردانی فرآوردهای فرآیند FGD برای افزایش بازدهی حذف so2  مفید شناخته شده است . بر طبق گفته گود (Gude,1979 ) چندین ویژگی فرآورده ها در افزایش راندمان سولفور زدایی سهیم می باشند : مواد واگردانی شده حاوی مقداری آهک واکنش نکرده می باشد ، خاکستر پران (8) دارای خاصیت قلیایی بوده ، و فرآورده سطحی فراهم می کند که بر روی آن ذرات آهک می توانند تجمع پیدا کنند .

گتلر وجود کلسیم واکنش نکرده در مغز ذرات فرآورده واکنش دی اکسید سولفور با هیدروکسید کلسیم را نشان داده است .نتایج وی پیشنهاد می کند که آسیاب کردن گلوله ای (9) جامدات باعث در معرض قرار گرفتن آهک واکنش نکرده می شود ولی آزمایشهای محدود امجام شده بوسیله استرن (1978,Stern ) اثر ناچیزی در استفاده از این پیشنهاد را نشان داده اند .بررسی های مشابه انجام شده در دستگاه پیلوت FGD دانشگاه تنسی منفعت آسیاب کردن گلوله ای را تأیید می کند  ولی ظاهر شدن واکنش آهک واکنش نکرده را علت آن نمی داند زیرا سنجش های  انجام  شده نشان داده  که مقادیر ناچیزی از هیدروکسید کلسیم واکنش نکرده در فرآوئرده ها موجود می باشد.عاملی که در این عدم سازگاری ظاهری بین اطلاعات ارائه شده وجود دارد اندازه  ذرات می باشد .ذرات بزرگتر ممکن است مقداری هیدروکسید کلسیم در مغز خود داشته باشند که بعلت نفوذ محدود so2 واکنش نکرده باقی می ماند .

هدف از این مطالعه بررسی تجمع هیدروکسید کلسیم برفرآورده های واگردانی شده در موقع بهم زدن و قبل از اتمیزه شدن بود .در آزمایشهای انجام شده شرایط قسمت دوغاب سازی ثابت نگاه داشته شد و شرایط متفاوت در قسمت خشک کن افشانه ای و مقدار دوغاب تزریقی فراهم آورده شد .فرضیه این بود که فرآورده های اضافه شده به محلول آهک تازه این امکان را به وجود می آورد که در اثر جذب سطحی در معرض واکنش قرار گیرد و در نتیجه نیاز نفوذ کامل so2 به داخل قطره هیدروکسید کلسیم برای بهره د هی کامل آهک مرتفع می گردد.

جداسای اجزاء گازی یا مایع است جریان گاز خروجی در اثر جذب سطحی معلول نیروهای الکتریکی ، جذب واند والس (10) ، واکنش شیمیایی ، و یا تراکم می باشد (Levenspiel,1967 )برای نوع اول  ، وجود محیط باردار بر سطح ماده جاذب ، ماده جذب شونده را به طرف خود می کشد .در جذب فیزیکی ، نیروهای بین ملکولی مسبب متمرکز کردن یک ماده بر سطح ماده دیگر می باشد .در جذب شیمیایی بین ملکولهای جااذب و جذب شونده واکنش شیمیایی انجام میشود و سرعت آن با ازدیاد دما افزایش پیدا می کند در عمل مجموعه ای از این نیروها حاکم بوده و جذب سطحی مشاهده شده معلول برآیند آنها می باشد (Weber,1972 ).