W procesie spalania odpadów i odzyskiwania energii nie ma dwóch identycznych strumieni odpadów. Kwasy, zasady, osady i zanieczyszczone ciecze mogą przechodzić przez ten sam proces, a każdy z nich stanowi obciążenie dla urządzeń wtryskujących do niego substancje chemiczne. System wtrysku chemikaliów w takich warunkach musi radzić sobie z wieloma rodzajami cieczy, działać w ekstremalnych warunkach i zapobiegać nieplanowanym przestojom. Wszystko zaczyna się od wyboru materiałów.
Czym jest wtrysk chemikaliów w spalarni odpadów?
Wtrysk chemikaliów to kontrolowane dodawanie cieczy, takiej jak woda amoniakalna lub mocznik w celu kontroli emisji NOx, albo woda do chłodzenia gazu, do strumienia procesowego lub strumienia spalin. Dysza rozpylająca zamontowana na lancy lub wtryskiwaczu rozbija ciecz na kropelki, dzięki czemu szybko miesza się ona z gazem i wchodzi z nim w reakcję.
Dlaczego spalanie odpadów w elektrowniach stanowi duże obciążenie dla urządzeń do wtrysku
Odpady nie są standardowym paliwem. Skład mieszanki zmienia się w zależności od partii, więc zmieniają się również parametry spalin – temperatura, skład i zawartość cząstek stałych. Również ciecze po stronie wtrysku mogą się różnić. Przewód lub dysza, które radzą sobie w typowych warunkach, mogą nie sprostać najgorszym scenariuszom.
Głównym zagrożeniem jest korozja. W miarę zużywania się materiału ścianki stają się cieńsze, połączenia przeciekają, a otwory zmieniają kształt. Zużyta lub zablokowana dysza nie zapewnia już rozmiaru kropelek i rozkładu rozpylania, do których została zaprojektowana. Odbija się to na procesie w postaci zwiększonych kosztów konserwacji, mniej efektywnego wykorzystania środka reagującego, a w najgorszym przypadku – nieplanowanego zatrzymania.
Jak dobrać odpowiedni materiał do mediów agresywnych
Nie ma jednego najlepszego materiału. Właściwy wybór zależy od trzech czynników: składu chemicznego cieczy, temperatury w punkcie wtrysku oraz stopnia ruchomości urządzenia. W przypadku agresywnych mediów najczęściej rozważa się dwie opcje:
- Plastikowe przewody cieczy. Wiele tworzyw sztucznych jest odpornych na szeroki zakres kwasów i zasad oraz nie rdzewieje. Ich ograniczeniem jest temperatura, dlatego należy sprawdzić rzeczywistą temperaturę roboczą w punkcie wtrysku, a nie tylko średnią w przewodzie.
- Stopy o wysokiej zawartości niklu. Są one odporne na korozję wywoływaną przez agresywne substancje chemiczne i zachowują swoją wytrzymałość w wysokich temperaturach. Zazwyczaj są droższe, więc warto je stosować tam, gdzie tworzywa sztuczne nie dają rady.
Standardowa stal nierdzewna jest często wybierana domyślnie, ale nie zawsze jest to bezpieczny wybór. Media kwaśne i bogate w chlorki mogą ją atakować, więc metalowy przewód, który na papierze wygląda dobrze, w praktyce może ulegać korozji. Zawsze należy sprawdzić kompatybilność w odniesieniu do rzeczywistego stężenia i temperatury każdej cieczy, w tym w warunkach awaryjnych.
Nie zapominaj o rozszerzalności cieplnej
Materiały rozszerzają się pod wpływem ciepła, a różne materiały rozszerzają się w różnym stopniu. Tworzywo sztuczne rozszerza się bardziej niż metal, więc przewód z tworzywa sztucznego przymocowany do metalowego wspornika lub kołnierza potrzebuje miejsca na ruch. Lancy i wtryskiwacze również nagrzewają się i ochładzają wraz ze zmianami obciążenia instalacji. Jeśli w projekcie nie uwzględni się tego zjawiska, połączenia, uszczelnienia i wsporniki będą narażone na obciążenia, do których nie zostały zaprojektowane. Dobry projekt od samego początku uwzględnia zabezpieczenie przed rozszerzalnością cieplną.
Należy zweryfikować rozpylenie, a nie tylko materiał
Lanca odporna na korozję, która kieruje ciecz w niewłaściwe miejsce, i tak zawiedzie. W zakładach przetwarzania odpadów na energię kropelki odczynnika DeNOx muszą całkowicie odparować i równomiernie wymieszać się z gazem w określonym przedziale temperatur. Osiągnięcie tego stanu zależy od wielkości kropelek, kąta rozpylania i położenia lancy.
Modelowanie dynamiki płynów (CFD) pozwala inżynierom przetestować te parametry jeszcze przed rozpoczęciem budowy. Modele oparte na bibliotece precyzyjnych danych dotyczących rozpylania mogą pokazać trajektorie kropelek, przepływ gazu i mieszanie się w konkretnej geometrii kanału, dzięki czemu typ dyszy i jej rozmieszczenie są najpierw sprawdzane na ekranie. Typ dyszy również ma znaczenie: dwupłynne dysze FloMax® wykorzystują wieloetapowy proces atomizacji do wytwarzania bardzo małych kropelek, co pomaga w szybkim odparowaniu i wymieszaniu cieczy.
Miejsce wtrysku w łańcuchu przetwarzania spalin
Wtrysk chemiczny stanowi jeden z etapów w całym łańcuchu procesów. Technologia rozpylania pełni kilka funkcji w elektrociepłowni:
- Chłodzenie i hartowanie gazów. Chłodzenie wyparne za pomocą rozpylania obniża temperaturę gazu, chroniąc filtry tkaninowe i wymienniki ciepła. Zobacz sekcję „Chłodzenie i kondycjonowanie gazów” oraz system chłodzenia gazów AutoJet®, który steruje dyszami, pompami i czujnikami w obiegu zamkniętym.
- Redukcja NOx (DeNOx). W celu zmniejszenia emisji NOx wtryskiwany jest amoniak lub mocznik. Nasz artykuł na temat technologii natryskowej stosowanej w kontroli NOx wyjaśnia działanie procesów SCR i SNCR.
- Wtrysk chemikaliów i płukanie gazów. Wtryskiwacze i lance dostarczają odczynniki na całym przekroju rury lub kanału. Zobacz nasze wtryskiwacze, lance i rurki.
Pracujesz z cieczami korozyjnymi w innej branży? Nasz artykuł o trudnych operacjach natryskowych w przemyśle petrochemicznym i rafineryjnym omawia podobne wyzwania związane z wtryskiem.
Pięć pytań, które należy zadać przed doborem systemu
- Jakie ciecze będą przepływać przez system, uwzględniając warunki awaryjne i zakresy stężeń?
- Jaka jest rzeczywista temperatura w punkcie wtrysku?
- W jaki sposób lancy i przewody cieczy będą się rozszerzać i przemieszczać w miarę nagrzewania się i schładzania instalacji?
- Czy materiał wytrzyma zmienne ilości odpadów, a nie tylko średnie wartości?
- Czy rozpylanie zostało modelowane lub przetestowane pod kątem geometrii kanałów?
W firmie Spraying Systems Co. kierujemy się prostą zasadą: Państwo określają warunki, a my zapewniamy rozpylanie. Systemy są projektowane i dostosowywane do Państwa procesu, od odporności na wysokie temperatury po przewody cieczowe wykonane z tworzyw sztucznych lub stopów o wysokiej zawartości niklu. Zapoznajcie się Państwo z naszymi zastosowaniami rozpylania w technologiach procesowych lub skontaktujcie się z lokalnym ekspertem ds. rozpylania.
Często zadawane pytania
Dlaczego przewody do wtrysku metalu ulegają korozji w zakładach przetwarzania odpadów na energię?
Strumienie odpadów są zróżnicowane, więc w procesie mogą występować kwasy, zasady, osady i zanieczyszczone ciecze. Niektóre z nich z czasem niszczą standardowe metale, zwłaszcza przy wysokim stężeniu i wysokiej temperaturze.
Jakie materiały nadają się do wtrysku chemicznego z użyciem agresywnych mediów?
Plastikowe przewody cieczowe nadają się do wielu kwasów i zasad w umiarkowanych temperaturach. Stopy o wysokiej zawartości niklu nadają się do agresywnych mediów w wysokich temperaturach. Właściwy wybór zależy od składu chemicznego cieczy, temperatury i przepływu.
Czym jest rozszerzalność cieplna w lancach wtryskowych?
Jest to zmiana długości i wymiarów lanc oraz przewodów w wyniku ich nagrzewania i ochładzania. Różne materiały rozszerzają się w różnym tempie, dlatego konstrukcje muszą uwzględniać ten ruch, aby uniknąć naprężeń na połączeniach i uszczelnieniach.
W jaki sposób modelowanie CFD pomaga w wtrysku chemicznym?
CFD pokazuje, jak krople i gaz przemieszczają się w przewodzie. Pomaga to potwierdzić typ, liczbę i położenie dysz przed instalacją, tak aby rozpylona ciecz reagowała i odparowywała zgodnie z zamierzeniami.
Jaka jest różnica między iniektorem typu quill a iniektorem rozpylającym?
Inżektor typu „quill” uwalnia ciecz, a jej rozbicie odbywa się pod wpływem strumienia procesowego. Natomiast inżektor rozpylający z dyszą zapewnia kontrolowaną wielkość kropli, co poprawia mieszanie i ogranicza straty substancji chemicznej.