Tecnología de control de emisiones
Sistema de secado por atomización
Los absorbedores con secador por atomización facilitan la eliminación de contaminantes ácidos, metales pesados y polvo de gases de escape y de gases de emisión en centrales eléctricas que utilizan combustibles fósiles, incineradoras de residuos e instalaciones industriales.
El proceso de SDA
Ventajas
Absorción mediante secado por atomización: la tecnología de secado por atomización utilizada para absorción de gases ácidos fue inventada originalmente por GEA en la década de los setenta. Desde entonces, ha alcanzado nuevos desarrollos y se ha optimizado para satisfacer los requisitos y condiciones cambiantes. Por lo tanto, el proceso representa una tecnología eficiente, versátil y ampliamente demostrada. Cada uno de los procesos de secado por atomización está individualizado de acuerdo con los requisitos del cliente, según las normativas medioambientales vigentes. Los absorbedores incorporan características de sistema demostradas, como por ejemplo, control de picos e inyección de carbono activado, que están diseñados con el propósito de garantizar bajas emisiones de mercurio y dioxinas.
Ventajas
• Alta eficiencia de eliminación de gas ácido
• Reducida inversión y costes de explotación y mantenimiento
• Bajo consumo de energía y agua – funciona con agua de baja calidad
• Planta de alta disponibilidad
El proceso de absorción mediante secado por atomización
El proceso de absorción mediante secado por atomización es un proceso de desulfuración de gases de escape semisecos. Este proceso utiliza cal muerta Ca(OH)2 como absorbente y produce un producto final seco y estable, que consiste principalmente de cenizas volantes y distintos compuestos de calcio.
El gas de escape caliente, sin tratar, se introduce en el absorbedor con secador por atomización mediante un dispersor de gas de escape, para entrar en contacto después con un absorbente muy reactivo que será pulverizado por un atomizador rotativo. Un contacto eficiente entre el gas de escape y el absorbente permite una rápida transferencia de la masa de componentes acídicos desde el gas de escape al absorbente alcalino. El absorbente neutraliza el ácido absorbido (SO2 + Ca(OH)2 -> CaSO3/CaSO4 + H2O). Cuando tiene lugar esta reacción, el agua se evapora formando un polvo seco. Una fracción del polvo seco se depositará en el fondo de la cámara del absorbedor y se descargará desde ahí, mientras que la parte principal se traslada al colector de polvo aguas abajo cuando el gas de escape refrigerado sale de la cámara. El gas de escape —limpio— pasa desde el colector de polvo hasta la chimenea sin recalentarse.
La cal Ca(OH)2 —adquirida como cal muerta o (más económicamente) preparada en el sitio a partir de cal quemada, CaO— se inyecta en el atomizador rotativo desde un tanque intermedio. Después de la separación, el polvo se transporta a una instalación de almacenamiento de producto final o se recicla en el proceso para un uso optimizado del exceso de absorbente. El producto final del proceso es un polvo seco y estable. Este polvo se utiliza en todo el mundo para construir carreteras, como material de construcción y para otros fines en la industria de la construcción.
La tecnología de absorción mediante secado por atomización se caracteriza por el excelente rendimiento de la absorción —no solo de contaminantes primarios como SO2 y HCl. Debido al absorbente finamente atomizado que se pulveriza dentro del caudal de gas de escape y la posterior eliminación del polvo, otros contaminantes como SO3, HF, etc., también se eliminan por completo. Esto facilita el uso de acero al carbono como material de construcción a través del trayecto del gas de escape. Además, se presentan otras dos ventajas: En primer lugar, el proceso permite utilizar agua de proceso de baja calidad, como aguas residuales e incluso agua marina y, en segundo lugar, como el proceso no genera agua residual, no se necesita un tratamiento ni procesado posterior de aguas residuales.
Más de 200 referencias
Hemos instalado más de 200 plantas de absorción mediante secado por atomización en centrales eléctricas, acerías, incineradoras de residuos y plantas que queman residuos peligrosos. Todas comparten una característica: Funcionan de acuerdo con las estipulaciones de rendimiento dispuestas por las autoridades locales e incluso las superan. Incluso hoy en día, las primeras plantas, que se instalaron en la década de los ochenta, siguen funcionando de manera satisfactoria.
• Total de plantas construidas: > 200
• Número total de absorbedores: > 350
• Número total de atomizadores: > 450
• Proceso instalado en centrales eléctricas con capacidad de 25 000 MWe y 4 300 MWt
• Proceso instalado en más de 160 líneas de incineración en todo el mundo
• Proceso instalado en más de 10.000 m2 de cinta de sinterización en todo el mundo
Componentes clave
El absorbedor con secador por atomización —el secador rotativo, el dispersador de gas y la cámara del absorbedor— constituye el núcleo del proceso de absorción mediante secado por atomización.Atomizador Rotativo
Rueda atomizadora
El atomizador rotativo es el elemento clave del absorbedor con secador por atomización. Este equipo atomiza el líquido absorbente en el gas de escape, alimentando el líquido absorbente dentro de la rueda atomizadora que gira aproximadamente a 10 000 rpm. Expulsando el líquido hacia fuera, las ruedas de giro rápido rompen el líquido en una neblina atomizada de microgotas minúsculas (menos de 50 micrones) con áreas de superficie inmensas.
Los atomizadores rotativos aplicados en los procesos de absorción mediante secado por atomización —tipos F-100, F-360, F-800 y F-1000— tienen tipos especiales de acero inoxidable, ruedas resistentes a la abrasión e insertos de ruedas que han sido modificados para soportar los entornos extremos y los absorbentes abrasivos.
La estructura del atomizador rotativo comprende una parte superior y una inferior, separadas por una placa central de soporte. La parte superior aloja la caja de engranajes y el sistema de lubricación, junto con el cárter de aceite superior. El atomizador se energiza desde un motor de brida vertical situado por encima de la caja de engranajes. Hay un acoplamiento flexible que transmite la potencia del motor al eje de entrada de la caja de engranajes. La parte inferior del atomizador, que está expuesta al medio caliente del interior de la cámara del absorbedor, consiste de un husillo flexible, cojinetes de husillo, tubos de alimentación y lavado, el distribuidor de líquidos y la rueda atomizadora. Debido a la resistencia a la abrasión de los productos, ambas partes del atomizador y las piezas de la rueda atomizadora están fabricadas de materiales cerámicos. Como estas partes están expuestas a un gran desgaste producido por la alimentación de absorbente, son reemplazables.
Los dispersores de gas
Los dispersores de gas sirven para optimizar la distribución del gas dentro de la cámara del absorbedor, facilitando el mejor contacto entre el gas de escape y las microgotas atomizadas del absorbente alimentado. El dispersor de gas estándar, tipo DGA, es un dispersador de techo con álabes guía ajustables. Se utiliza para gas de escape con solo un pequeño contenido de cenizas volantes abrasivas o adherentes. Para los gases de escape que contienen concentraciones más altas de cenizas volantes abrasivas, se aplica el dispersador de gas resistente a erosión, tipo DGR. Este dispersador se emplea en numerosos absorbedores con secador por atomización aplicados en plantas de incineración de residuos municipales.
Los dispersadores de gas compuestos se emplean para volúmenes de gas de escape de 400 000 Nm3/h y superiores. En este caso, el gas de escape se divide en dos caudales, donde aproximadamente un 60% entra a través del dispersor de techo, mientras que la parte restante ingresa por un dispersador central. Esta configuración se utiliza con frecuencia en centrales eléctricas y plantas de sinterización. La mayoría de dispersadores de gas están fabricados de acero templado.
Cámara del absorbedor con secador por atomización
La cámara del absorbedor con secador por atomización, fabricada generalmente de acero templado, es una construcción cilíndrica con un fondo cónico. El gas de escape entra a la cámara a través de los dispersadores de gas y sale por un conducto de salida que se encuentra en el fondo cónico. El atomizador rotativo está instalado en posición central dentro de la cámara, rodeado por la salida del dispersor de techo, permitiendo que el gas se mezcle con el lodo de absorbente atomizado. El dispersador de gas central está situado directamente por debajo del atomizador, facilitando la elevación de la neblina del atomizador para un mejor contacto entre gas y líquido.
El tamaño de la cámara depende de la cantidad y las propiedades del gas de escape; la forma variará según sea el tipo de dispersador de gas. Hay una salida para las partículas grandes en el fondo del cono del absorbedor.
GEA desarrolla y optimiza constantemente el diseño y tamaño tanto de la cámara de secado y atomización como de los dispersadores de gas. Ahora ofrecemos una capacidad para tratar más de 2 000 000 Nm3/h en una sola cámara de absorbedor, y nos seguimos esforzando por diseñar el SDA para cargas de gas incluso mayores.
APLICACIONES DE CENTRAL ELÉCTRICA
Con una parte considerable de los costes de las centrales eléctricas asignados al control de emisiones, las tecnologías adecuadas no solo reducen el impacto medioambiental, sino que también aportan ventajas competitivas.
El proceso de energía SDA
El producto final de la absorción mediante secado por atomización consiste de productos de reacción, exceso de absorbentes y cenizas volantes. La relación de SO2/HCl en el gas de entrada es alta, lo que permite un funcionamiento cercano a la temperatura de saturación adiabática y minimiza el contenido de cal en el producto final. Un sistema de absorción mediante secado por atomización pueden alcanzar tasas de desulfuración muy altas, que prácticamente solo están limitadas por el contenido aceptado de exceso de cal en el producto final.
Cuando se trata de cantidades y composición del gas, los cambios de funcionamiento normales del generador de gas de escape aguas arriba suelen ser tan suaves que el control de las emisiones y de las temperaturas de salida se consigue simplemente con mezclar los caudales alimentados de absorbente y lodo de reciclaje (o agua) en el tanque superior. En gran medida, el absorbente que se utiliza para aplicaciones de centrales eléctricas se adquiere y almacena como CaO para formar cal muerta en el sitio.
(insert animation)
El gas caliente no tratado se introduce en el módulo del absorbedor mediante dispersores de gas para una óptima distribución del flujo del gas, y el contacto con el absorbente se facilita mediante la pulverización asistida del atomizador rotativo. El eficiente contacto entre el gas y el lodo de absorbente atomizado permite una rápida transferencia másica de los componentes acídicos producidos durante el proceso desde el estado gaseoso al estado líquido.
El absorbente alcalino neutraliza el ácido absorbido y el producto de reacción deseado se genera por la evaporación simultánea del agua. Una fracción del producto final secado se depositará en el fondo de la cámara del absorbedor, desde donde será descargada, mientras que la parte principal se traslada al colector de polvo aguas abajo junto con el gas de escape refrigerado, para después ser eliminada del gas. El gas, ahora limpio, pasa desde el colector de polvo hasta la chimenea sin recalentarse.
Después de la reacción química de absorción del componente acídico y el secado final, el producto final en polvo se separa del estado gaseoso y se transporta a una instalación de almacenamiento del producto final, o se reutiliza en el proceso de SDA para un uso mejorado del exceso de absorbente. Diseñar o no una planta de SDA como sistema de una sola pasada o incorporar un sistema de reciclaje dependerá de la calidad del gas de entrada y de los requisitos sobre emisiones.
Plantas de sinterización y aplicaciones similares
La absorción de secador por atomización es la solución idónea para retirar el polvo y el escape de gas ácido en las plantas de sinterización.
El proceso de sinterizado SDA
Las variaciones en la calidad del gas pueden ocurrir rápidamente, por lo que el sistema de control debe diseñarse para actuar en consecuencia. En gran medida, el absorbente que se utiliza para aplicaciones de plantas de sinterización se adquiere y almacena como CaO para formar cal muerta en el sitio. Los atomizadores rotativos que se aplican en plantas de sinterización son generalmente los F-360, F-800 y F-1000, equipados con ruedas de acero inoxidable y piezas centrales.
(Insert animation)
El gas caliente no tratado se introduce en el módulo del absorbedor mediante dispersores de gas para una óptima distribución del flujo del gas, y el contacto con el absorbente se obtiene mediante la pulverización del atomizador rotativo. El eficiente contacto entre el gas y el lodo de absorbente atomizado permite una rápida transferencia másica de los componentes acídicos del estado gaseoso al estado líquido.
El absorbente alcalino neutraliza el ácido absorbido y el producto de esta reacción se forma mientras, al mismo tiempo, se evapora el agua. Una fracción del producto final secado se deposita en el fondo de la cámara del absorbedor, desde donde será descargada, mientras que la parte principal se traslada al colector de polvo aguas abajo con el gas de escape refrigerado, para después ser eliminada del gas. El gas limpio pasa desde el colector de polvo hasta la chimenea sin recalentarse.
Después de la absorción de componentes acídicos, la reacción química y el secado final, el producto final en polvo se separa del estado gaseoso y se transporta a una instalación de almacenamiento del producto final, o se reutiliza en el proceso de absorción mediante secado por atomización para un mejor uso del exceso de absorbente. Diseñar o no una planta como sistema de una sola pasada o incorporar un sistema de reciclaje dependerá de la calidad del gas de entrada y de los requisitos sobre emisiones.
Aplicaciones de incineradora de residuos
La absorción mediante secado por atomización es una manera de cumplir las estrictas normativas sobre emisiones que se aplican a las plantas incineradoras de residuos.
El proceso de residuos SDA
El alto contenido de HCl en el gas produce un incremento considerable de la temperatura del gas de entrada, comparado con las aplicaciones de central eléctrica. En consecuencia, los productos finales presentarán distintos comportamientos. Además, la humedad y el contenido de O2 son más altos en el gas residual. Las propiedades de secado del absorbedor, el alto contenido en cloro del producto final, el modo de pasada única, etc., exigen un diseño con un tiempo de retención más alto en la cámara de absorción, por lo que estas plantas funcionan a altas temperaturas de salida.
Puede incorporarse en el diseño un sistema de control de picos con objeto de mejorar la capacidad del sistema de absorbedor con secador por atomización para manejar variaciones extremas en las condiciones de entrada. Con esta característica, es posible soplar directamente un absorbente seco en polvo Ca(OH)2 dentro del caudal de gas de escape. También puede emplearse un sistema de absorbente basado en la inyección de carbono activado pulverizado para limitar de manera eficiente, sobre todo, la emisión de mercurio y dioxinas. El absorbente utilizado para las aplicaciones de incineradora de residuos puede ser CaO y Ca(OH)2, dependiendo del suministro local y los costes.
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El gas caliente no tratado se introduce en el módulo del absorbedor mediante el dispersor de techo para una óptima distribución del flujo del gas, y el contacto con el absorbente se obtiene mediante la pulverización del atomizador rotativo. El eficiente contacto entre el gas y el lodo de absorbente atomizado permite una rápida transferencia másica de los componentes acídicos del estado gaseoso a la fase líquida.
El absorbente alcalino neutraliza el ácido absorbido y se genera el producto de reacción deseado. A la vez que tiene lugar esta reacción, el agua se evapora formando un polvo seco. Una fracción del polvo seco se depositará en el fondo de la cámara del absorbedor y se descargará desde ahí, mientras que la parte principal se traslada al colector de polvo aguas abajo junto con el el gas de escape y se elimina del gas. El gas limpio pasa desde el colector de polvo hasta la chimenea sin recalentarse.
Con posterioridad a la reacción química, la absorción de los componentes acídicos y el secado final, el producto final en polvo se separa del estado gaseoso y se traslada a una instalación de almacenamiento del producto final. Para una eliminación eficiente de dioxinas y mercurio del gas, el carbono activado pulverizado se inyecta en el caudal de gas. El sistema de control de picos, basado en la inyección de cal hidratada dentro del caudal de vapor, también se puede incorporar en diseños dirigidos a un rápido control de las variaciones sustanciales en la calidad del gas de entrada. La mayoría de plantas incineradoras de residuos con absorbedor con secador por atomización están diseñadas como sistemas de una sola pasada.
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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