Tecnologías de desulfuración de los gases de combustión

Tecnologías de desulfuración de los gases de combustión

Alberto Gambarè

Escuela Politécnica Superior de Algeciras, 02/12/2008

Tecnologías de desulfuración de los gases de combustión - 02/12/2008 - P 2© ALSTOM 2008. All rights reserved. Information contained in this document is provided without liability for information purposes only and is subject to change without notice. No representation or warranty is given or to be implied as to the completeness of information or fitness for any particular purpose. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited.

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

Desulfuración de tipo humédo: OST



Desulfuración de tipo humédo: FlowPac®



Desulfuración de tipo humédo: Seawater



Desulfuración de tipo semi-humédo: NID


Agenda







Tipica central térmica de combustión

Turbina y generator

Carbón

Caldera

Precipitador electrisatico

Sistema de combustion

Sistema DeSOx Tech. a humédo

Sistema DeNOx

Pulverizador

Chimenea


• SO2(g) + H2O → H2SO3(fase acuosa)

• H2SO3(fase acuosa) →H+ + HSO3

= →2H+ + SO3

=

• Conjunto: CaCO3 + SO2 + 2 H2O + 1/2 O2 →CaSO4•2H2O + CO2

Absorbción de SO2 en agua

Tecnología de desulfuración a humédo

Proceso de absorbcion de SO2 en fase acuosa:

SO2

CaSO3SO2

SO2

CO2

CaSO4

liquid filmgas film

CaCO3

SO2

SO2


• 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 líquido-líquido y reacciones líquido-sólido.

• Los pasos principales que ocurren simultáneamente son:− Absorción− Neutralización− Regeneración− Oxidación− Precipitación

Química del proceso caliza / yeso de desulfuración a humédo



• 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

TANQUE DE AGUA DE PROCESO

PURGA DE CLORUROS A PLANTA DE TRAT. DE AGUA

HIDROCICLÓN

FILTRO DE BANDA

PRECIPITADOR ELECTRO STÁTICO

CHIMENEAAGUA

CALIZA

TANQUE DE PREP. DE LECHADA DE CALIZA

A TANQUE DE PREP. DE LECHADA DE CALIZA

AGUA DE PROCESO

YESO

CALENTADOR ROTATIVO DE GASES

VENTILADOR DE TIRO INDUCIDO

VENTILADOR DE REFUERZO

TANQUE DE AGUA DE

RECUPERADA

BY-PASS

ABSORBEDOR

AIRE

SILO DE CALIZA



Silo de yeso

AbsorbedorAlmacenamiento y preparación de lechada de caliza

Deshidratación de yeso



Silo de almacenamiento de caliza

Tanque de la lechada de caliza

Estación de hidrociclones

Molinos 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.


Sistema de almacenamiento y preparación de lechada 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.


Sistema de almacenamiento de caliza


• Se utiliza normalmente una tipolgía de molino horizontal y con proceso humédo.

• Tamaño de la caliza en entrada: 20-25 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


Sistema de molienda 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


Sistema de preparación de lechada de caliza



Bomba de vacío

Filtro banda de vacío

Estación de hidrociclones

Separador del filtrado


• 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).


Sistema de deshidratación del yeso


• 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.


Sistema de deshidratación primaria


• 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%).


Sistema de deshidratación secundaria



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


Simulación CFD en conductos

Sistema de conductos de gas Doble codoSeparación de gas

Mezcla de gases Descarga de VR Deflectores

Proceso de desulfuración a humédo


Agenda







Instalación de un absorbedor a humédo

Depulverización de gases: Precipitador Electrostático

Absorbedor



Reacciones químicas del proceso de desulfuración:

Gases de combustión (SO2)

H2O + CaCO3(Agua) + (Caliza)

O2(Oxígeno)

CaSO4•2H2O(Sulfato de Calcio,

Yeso)

CO2(Dióxido de Carbono)

SO2 + CaCO3 + ½O2 + H2O → CaSO4•2H2O + CO2


Absorbedor a humédo

• El sistema del Absorbedor se divide en dos (2) áreas principales:− Absorbedor− Tanque de Reacción

Absorbedor y Tanque de Reacción


Absorbedor

Tanque de Reacción



• 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

Equipos principales de un Absorbedor a humédo:



• 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.

Filosofía y conceptos generales de diseño basico



• 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

Cuerpo:

• Acero al Carbono con recubrimiento de goma

• Acero al Carbono con recubrimiento de Flakeglass

• Acero Inoxidable(317LMN)

• Acero Inoxidable de tipo Duplex (2205, 255)

• Acero aleado al Ni

• Hormigón con recubrimiento de azulejos plásticosTuberias de recirculación:

• FRP


• Acero Inoxidable / Acero aleado al Ni

Bancos de atomizacion:


• FRP

• Acero Inoxidable (317LMN)

• Acero Inoxidable de tipo Duplex (2205, 255)

• Acero aleado al Ni

Conducto de entrada:

• C-276 / Alloy 59



Agenda







Instalación de un Flowpac

Depulverización de gases: Precipitador Electrostático

Flowpac

��

��

� ��

��

��


��

��

� ��

��

��


Reacciones químicas del proceso de desulfuración:

Gases de combustión (SO2)

H2O + CaCO3(Agua) + (Caliza)

O2(Oxígeno)

CaSO4•2H2O(Sulfato de Calcio,

Yeso)

CO2(Dióxido de Carbono)

SO2 + CaCO3 + ½O2 + H2O → CaSO4•2H2O + CO2



Configuración de layout del Flowpac:



• 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.

Flowpac: características de diseño


Agenda







Central de Los Barrios

Planta DGC (Desulfuración Gases Combustión)



Absorbedor



Absorbedor



Bombas de recirculación



Preparación de lechada de caliza y silo de yeso

www.alstom.com

Documents

Tecnologías de desulfuración de los gases de combustión