أنظمة التفريغ لإزالة الكبريت من غاز المداخن (FGD) في محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم

تعد إزالة الكبريت من غاز المداخن (FGD) واحدة من أهم تقنيات التحكم في الانبعاثات لمحطات الطاقة التي تعمل بالفحم، حيث تقوم بإزالة ما يصل إلى 95-99٪ من ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) من غازات المداخن. تعتمد عملية إزالة الكبريت من الكبريت الأكثر انتشارًا - وهي الغسل الرطب للحجر الجيري والجبس - على أنظمة التفريغ لإزالة الماء من الجبس الثانوي وتحويله إلى شكل قابل للاستخدام تجاريًا ومعالجة مياه الصرف الصحي المعالجة.

بدون تقنية التفريغ الفعالة، ستنتج عملية FGD حمأة رطبة لا يمكن التحكم فيها، مما يزيد من تكاليف التخلص منها ويقلل من الفوائد البيئية لالتقاط ثاني أكسيد الكبريت. يشرح هذا الدليل كيفية عمل أنظمة التفريغ في عمليات FGD، والمعدات المعنية، وكيفية تحسين الأداء لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة والامتثال التنظيمي.

1. عملية إزالة الكبريت من الحجر الجيري والجبس – حيث يتناسب الفراغ

1.1 نظرة عامة على العملية

في نظام إزالة الكبريت من الكبريت الرطب من الحجر الجيري والجبس النموذجي، يتم رش غاز المداخن المحتوي على ثاني أكسيد الكبريت باستخدام ملاط ​​من الحجر الجيري في برج الامتصاص. يتفاعل SO₂ مع كربونات الكالسيوم (الحجر الجيري) لتكوين كبريتيت الكالسيوم، والذي يتأكسد بعد ذلك إلى ثنائي هيدرات كبريتات الكالسيوم - الجبس.

تسلسل التفاعل الكيميائي:

يتم تعليق بلورات الجبس في الملاط الممتص. لاستعادة منتج ثانوي قابل للتسويق، يجب فصل الجبس عن السائل وتجفيف الماء - عادةً باستخدام مرشحات الحزام المفرغ.

1.2 خطوة نزح المياه بالفراغ

يتم تغذية ملاط ​​الجبس من جهاز الامتصاص (عادةً 10-20٪ من المواد الصلبة بالوزن) إلى مرشح حزام فراغ أفقي متحرك. عندما يمر الحزام فوق صندوق مفرغ، يسحب الفراغ السائل من خلال قماش الفلتر، مما يترك كعكة جبسية صلبة. يتم بعد ذلك غسل الكعكة (لإزالة الكلوريدات)، وتجفيفها تحت التفريغ، ثم تفريغها.

لماذا الفراغ ضروري:

• يحقق نسبة 85-92% من المواد الصلبة في كعكة الجبس

• يزيل الكلوريدات والشوائب القابلة للذوبان الأخرى

• تمكن من بيع الجبس لمصنعي ألواح الجدران أو مصانع الأسمنت

• يقلل من حجم مدافن النفايات إذا لم يكن من الممكن تسويق الجبس

2. معدات التفريغ لخدمة FGD

2.1 مرشحات حزام الفراغ (المعدات الأساسية)

يعتبر مرشح الحزام الفراغي الأفقي (ويسمى أيضًا مرشح الحزام المطاطي) هو جهاز نزح المياه القياسي للجبس FGD. تشمل المكونات الرئيسية ما يلي:

2.2 تقنيات مضخة التفريغ لـ FGD

معيار الصناعة: تعد مضخات التفريغ الحلقية السائلة هي الاختيار السائد لمرشحات حزام التفريغ FGD نظرًا لقدرتها على التعامل مع الملاط المرحل والقشور والهواء المشبع دون حدوث ضرر داخلي.

2.3 تحجيم مضخة الفراغ لنزح المياه من الجبس

القاعدة الأساسية للحجم: بالنسبة لمرشح حزام التفريغ FGD النموذجي الذي ينتج 10-20 طن/ساعة من الجبس، يلزم وجود مضخة تفريغ حلقية سائلة بسعة 500-1500 متر مكعب/ساعة.

2.4 مواد المضخة الحلقية السائلة لخدمة إزالة الكبريت من غاز الكبريت

تحتوي ملاط ​​FGD ومياه معالجة الجبس على الكلوريدات والكبريتات، وغالبًا ما يكون الرقم الهيدروجيني منخفضًا. قد تفشل مضخات الحديد الزهر القياسية بسرعة. اختيار المواد أمر بالغ الأهمية:

3. تحسين أداء نظام التفريغ في مجموعة التركيز

3.1 الحفاظ على فراغ عميق ومستقر

تعتمد جودة الجبس منزوع الماء وبالتالي قابليته للتسويق بشكل مباشر على مستوى الفراغ.

العوامل المؤثرة على استقرار الفراغ:

• تسرب الهواء في نظام ختم الفلتر

• تراكم المقياس على قماش الفلتر أو صندوق التفريغ

• عدم كفاية تدفق المياه أو درجة الحرارة

• الأجزاء الداخلية للمضخة متآكلة (المكره، لوحة المنفذ)

3.2 إزالة الكلوريد – المحرك المتنامي

يتم تنظيم مياه الصرف الصحي التي تحتوي على كلوريدات FGD بشكل متزايد. في أوروبا والولايات المتحدة، تؤدي متطلبات صفر تصريف سائل (ZLD) إلى المزيد من عمليات نزح المياه بالتفريغ لتقليل حجم مياه الصرف الصحي.

النهج المتقدم: الترشيح الفراغي على مرحلتين:

1. مرشح الحزام الفراغي الأساسي – ينتج كعكة الجبس الرئيسية

2. مرشح فراغ ثانوي (أو جهاز طرد مركزي) - يعالج التيار الجانبي لتقليل الكلوريدات إلى أقل من 100 جزء في المليون

3.3 كفاءة الطاقة في أنظمة التفريغ FGD

4 فراغ لمعالجة مياه الصرف الصحي FGD

بالإضافة إلى نزح المياه من الجبس، يتم استخدام أنظمة التفريغ في معالجة مياه الصرف الصحي المتقدمة من عملية إزالة الكبريت من غاز المداخن:

4.1 التبخر الفراغي لعدم تفريغ السائل (ZLD)

يمكن تركيز المياه الناتجة عن عملية التناضح العكسي (RO) الناتجة عن معالجة مياه الصرف الصحي FGD باستخدام المبخرات الفراغية. يعمل التشغيل تحت فراغ (100-200 ملي بار مطلق) على خفض درجة الغليان، مما يقلل من استهلاك الطاقة بنسبة 30-50% مقارنة بالتبخر الجوي.

4.2 الترشيح الفراغي لحمأة الجير

في خطوة تليين الجير لمعالجة مياه الصرف الصحي FGD، تقوم مرشحات التفريغ بإزالة الماء من حمأة كربونات الكالسيوم / هيدروكسيد المغنيسيوم، مما يقلل من حجم السحب بنسبة 70-80٪.

4.3 تفريغ الهواء من النفايات السائلة FGD

تتم إزالة الغازات المذابة (CO₂، O₂) من مياه الصرف الصحي لإزالة الكبريت من غاز المداخن تحت فراغ لمنع التحجيم في أغشية التناضح العكسي.

5. أفضل ممارسات الصيانة لمضخات التفريغ FGD

6: الاتجاهات المستقبلية في تكنولوجيا فراغ FGD

6.1 حدود أكثر صرامة للانبعاثات والتفريغ

سوف تتطلب لوائح وكالة حماية البيئة الجديدة في الولايات المتحدة والمراجعات القادمة لمعايير GB في الصين انخفاضًا في انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت (تصل إلى أقل من 10 مجم / نيوتن متر مكعب) وتصريف سائل يقترب من الصفر. سيؤدي هذا إلى زيادة الطلب على نزح المياه الفراغي والتبخر الفراغي بشكل أكثر كفاءة.

6.2 اعتماد مضخة التفريغ الجاف

هيمنت المضخات الحلقية السائلة على عملية إزالة الكبريت من غاز المداخن بسبب متانتها، لكن المضخات اللولبية الجافة تكتسب أرضية لمصانع جديدة للأسباب التالية:

• استهلاك أقل للطاقة بنسبة 30-40%

• لا يوجد استهلاك للمياه الختم

• انخفاض الصيانة الشاملة (لا يوجد زيت أو أنظمة مياه مانعة للتسرب)

القيود: المضخات اللولبية الجافة أقل تحملاً للسائل المرحل؛ أنها تتطلب أوعية قاضية فعالة قبل المضخة.

6.3 المراقبة الذكية والتحسين

يتم نشر مضخات التفريغ التي تدعم إنترنت الأشياء مع المراقبة في الوقت الفعلي لمستوى التفريغ، وقوة المحرك، واهتزاز المحمل في أنظمة إزالة الكبريت من غاز المداخن للتنبؤ باحتياجات الصيانة وتحسين استخدام الطاقة.

6.4 التكامل مع احتجاز الكربون

وبينما تستكشف مصانع الفحم احتجاز الكربون بعد الاحتراق، تتطلب الأنظمة القائمة على الأمينات تجديد المذيب بالفراغ. تعمل خبرة FGD على وضع مشغلي محطات توليد الطاقة بشكل جيد في هذا التحول.

خاتمة

لا غنى عن أنظمة التفريغ لإزالة الكبريت من غاز المداخن من الحجر الجيري والجبس. أنها تمكن:

• كفاءة نزح المياه من الجبس (85-92% مواد صلبة)

• إزالة الكلوريدات للامتثال التنظيمي

• منتج ثانوي قابل للتسويق يقلل من الهدر ويدر الإيرادات

بالنسبة لخدمة FGD، تظل مضخات التفريغ الحلقية السائلة هي المعيار الصناعي نظرًا لتحملها للرطوبة والحجم وظروف العملية الصعبة. يعد الاختيار المناسب للمواد (الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج للخدمة المسببة للتآكل)، والتحكم في VFD لتحقيق كفاءة الطاقة، والصيانة المنتظمة أمرًا أساسيًا للموثوقية على المدى الطويل.

نظرًا لأن محطات الفحم تواجه حدودًا أكثر صرامة للانبعاثات ولوائح لتصريف المياه، فإن تحسين أنظمة التفريغ لإزالة الكبريت من غاز المداخن ليس مجرد متطلب بيئي - بل هو ضرورة تنافسية.

الأسئلة الشائعة الفنية

س: ما هو مستوى الفراغ النموذجي لنزح المياه من الجبس في عملية FGD؟
ج: عادة ما يكون فراغ التشغيل 300-500 ملي بار مطلق (حوالي 15-26 بوصة زئبقية). يؤدي الفراغ الأعمق إلى إنتاج كعكة جبس أكثر جفافًا ولكنه يزيد من استهلاك الطاقة وقد يؤدي إلى عمى قماش الفلتر.

س: لماذا تتطلب مضخات التفريغ FGD مواد خاصة؟
ج: تحتوي مياه عملية FGD وملاط الجبس على الكلوريدات والفلوريدات ودرجة الحموضة المنخفضة. تتآكل مضخات الحديد الزهر القياسية بسرعة، مما يؤدي إلى فشل متكرر. يوصى باستخدام الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج (2205) أو البناء المبطن بالمطاط للخدمة القوية.

س: هل يمكن لمضخات التفريغ الجافة أن تحل محل المضخات الحلقية السائلة في خدمة إزالة الكبريت من غاز المداخن؟
ج: نعم، في بعض التطبيقات. توفر المضخات اللولبية الجافة كفاءة أعلى ولا تستهلك مياه مانعة للتسرب. ومع ذلك، فهي أقل تحملاً لنقل السوائل وحجمها. بالنسبة لمحطات إزالة الكبريت من غاز المداخن الجديدة ذات ميزانيات المياه المحدودة والتشغيل المستقر، تعد المضخات اللولبية الجافة خيارًا قابلاً للتطبيق.

س: كيف يؤثر نزح المياه بالفراغ FGD على تسويق الجبس؟
ج: يتم رفض الجبس الذي يحتوي على أكثر من 200-300 جزء في المليون من الكلوريد بشكل عام من قبل الشركات المصنعة لألواح الجدران. يتطلب الحصول على أكثر من 90% من المواد الصلبة للكعك والكلوريدات المنخفضة أنظمة تفريغ جيدة الصيانة مع غسيل فعال للكعك.

س: ما الذي يسبب فقدان الفراغ في مرشح حزام FGD؟
ج: الأسباب الشائعة: تسرب الهواء من خلال سدادات الحزام، أو انسداد قماش الفلتر، أو مضخة التفريغ البالية، أو تسرب الماء الدافئ جدًا، أو تراكم الترسبات الكلسية في صندوق التفريغ.