كيف تعمل عملية إزالة الكبريت من غازات العادم المحتوية على الحجر الجيري أو الجير مع الجبس؟ دليل من مصنعي الطواحين العمودية

مقدمة في معالجة التخلص من الكبريت في غازات العادم (Flue Gas Desulfurization – FGD)

إزالة كبريتيد الكبريت من غازات العادم (Flue Gas Desulfurization – FGD) هي تقنية حيوية تستخدمها محطات التوليد الكهربائي والمنشآت الصناعية حول العالم للتخلص من غاز ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) من غازات العادم. مع تشديد اللوائح البيئية باستمرار، أصبح التحكم الفعال في غاز ثاني أكسيد الكبريت إلزاميًا لمحطات توليد الكهرباء التي تعمل بالفحم وللعديد من العمليات الصناعية. من بين التقنيات المتاحة لإزالة كبريتيد الكبريت، أثبتت أنظمة التنظيف الرطبة التي تستخدم مواد كالحجر الجيري أو مزيج من الجير والجبس أنها الأكثر كفاءة وانتشارًا، حيث تصل نسبة الإزالة إلى أكثر من 95%.

يستكشف هذا الدليل الشامل المبادئ الأساسية والعمليات الكيميائية ومكونات أنظمة إزالة الغازات السامة من الغلايات باستخدام الحجر الجيري/الجير والجبس، مع التركيز بشكل خاص على الدور الحيوي لمعدات الطحن في تحضير المواد الماصة لتلبية المواصفات المطلوبة بشكل مثالي.

الكيمياء وراء عملية معالجة غازات العادم باستخدام الحجر الجيري/الجير والجبس

فهم التفاعلات الكيميائية المعنية أمر ضروري لإدراك كيفية قيام أنظمة إزالة ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) من الغازات الناتجة عن الاحتراق باستخدام الحجر الجيري أو الجير والجبس بشكل فعال.

كيمياء عملية إزالة ثانويات أكسيد الكربون (FGD) المعتمدة على الحجر الجيري

في الأنظمة المبنية على الحجر الجيري، تحدث التفاعلات الرئيسية على النحو التالي:

1. امتصاص ثاني أكسيد الكربون (SO₂)يذوب ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) الموجود في غازات العادم داخل قطرات السليكا:
   SO₂(g) + H₂O → H₂SO₃ (aq)
2. تحييديتفاعل حمض الكبريتيك مع الحجر الجيري (CaCO₃) كما يلي:
   H₂SO₃ + CaCO₃ → CaSO₃ + CO₂ + H₂O
3. الأكسدةيتم إدخال الهواء لأكسدة كبريتات الكالسيوم إلى كبريتات الكالسيوم (جبس): 2CaSO₃ + O₂ → 2CaSO₄
4. التبلوريترسب كبريتات الكالسيوم على شكل بلورات جبس: CaSO₄ + 2H₂O → CaSO₄·2H₂O (صلب)

كيمياء عملية إزالة الكربونات الغازية (FGD) المبنية على الليمون

تتبع الأنظمة القائمة على الليمون نفس المسار، ولكنها تبدأ باستخدام الجير السريع (CaO) أو الجير المائي (Ca(OH)₂):

1. التخفيف(إذا تم استخدام الجير السريع): CaO + H₂O → Ca(OH)₂
2. امتصاص ثاني أكسيد الكبريت (SO₂)SO₂(g) + H₂O → H₂SO₃ (aq)
3. تحييدH₂SO₃ + Ca(OH)₂ → CaSO₃ + 2H₂O
4. الأكسدة والتبلورمشابهًا لأنظمة الحجر الجيري، حيث يتم إنتاج الجبس كمنتج نهائي.

المكونات الرئيسية لنظام معالجة الغازات العادمة بطريقة الغسيل الرطب (Wet FGD System)

يتكون نظام إزالة الكبريتيد الثاني (FGD) الكامل من عدة مكونات متكاملة تعمل معًا لإزالة ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) من غازات العادم بكفاءة عالية.

1. نظام تحضير المواد الماصة

يبدأ قلب نظام معالجة الغازات العادمة (FGD) بالتحضير السليم للمادة الماصة. يجب طحن الحجر الجيري أو الجير إلى درجة نعومة معينة لزيادة مساحة السطح وقابليته للتفاعل إلى أقصى حد. عادةً، يتطلب الحجر الجيري المستخدم في تطبيقات FGD طحنًا يجعل 90-95% من جزيئاته تمر عبر مصفاة شبكة رقم 325 (44 ميكرون) أو أدق. تضمن هذه الحجم المثالي للجزيئات الذوبان التام والتفاعل مع غاز ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) مع تقليل استهلاك المواد الكيميائية إلى أدنى حد.

يشتمل نظام الطحن عادةً على كسارات لتقليل الحجم بشكل أولي، يليها آلات طحن دقيقة. يؤثر اختيار معدات الطحن بشكل كبير على الكفاءة الإجمالية وتكاليف التشغيل لنظام إزالة الكبريتيدات من الغازات العادمة (FGD).

٢. برج الامتصاص

يحدث عملية إزالة ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) فعليًا في برج الامتصاص. حيث تدخل غازات العادم إلى البرج وتتلامس مع مسحوق الحجر الجيري أو محلول الجير. تستخدم أنظمة معالجة غازات العادم الحديثة (FGD) تصاميم مختلفة لبرج الامتصاص، مثل أبراج الرش، وأبراج الأحواض، وأجهزة التفاعل بالرش المتناثر. كل تصميم يعمل على تحسين تلامس الغاز مع السائل لزيادة كفاءة امتصاص ثاني أكسيد الكبريت.

3. نظام تغذية المواد الكيميائية

يتحكم هذا النظام بدقة في معدل تدفق العجينة الماصة المعدة للحفاظ على نسب كيميائية مثالية بالنسبة لتركيز غاز ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) في الغازات الناتجة عن الاحتراق. تقوم أنظمة التحكم الآلية بتعديل معدلات التدفق بناءً على قياسات فورية لتركيز غاز ثاني أكسيد الكبريت، لضمان أداء متسق مع تقليل استهلاك المواد الكيميائية إلى أدنى حد ممكن.

4. نظام الهواء المؤكسد

الأكسدة القسرية ضرورية لإنتاج جبس قابل للبيع كمنتج ثانوي. يتم حقن الهواء المضغوط داخل خزان التفاعل لتحويل كبريتيد الكالسيوم إلى كبريتات الكالسيوم (الجبس). تضمن عملية الأكسدة الصحيحة تكوين بلورات جبس عالية الجودة وسهلة التجفيف.

5. نظام تجفيف الجبس

يقوم هذا النظام بإزالة الماء من معجون الجبس الناتج في جهاز الامتصاص. عادةً ما تحقق أجهزة الهيدروسيكلونات وفلاتر الحزام الفراغي محتوى رطوبة نهائياً يبلغ 10% أو أقل، مما ينتج جبساً مناسباً للتطبيقات التجارية في صناعة ألواح الجدران، أو إنتاج الأسمنت، أو الاستخدامات الزراعية.

الدور الحيوي لعملية الطحن في كفاءة أنظمة معالجة الغازات الناتجة عن الاحتراق (FGD – Flue Gas Desulfurization)

يتأثر كفاءة نظام معالجة الغازات الناتجة عن الاحتراق (FGD) بشكل كبير بجودة مادة الامتصاص المستخدمة. يحقق الطحن السليم عدة أهداف حيوية:

تحسين حجم الجسيمات

تذوب جزيئات الحجر الجيري الأدق بسرعة أكبر في عجينة جهاز إزالة الغازات السامة، مما يوفر مساحة سطحية أكبر للتفاعل مع غاز ثاني أكسيد الكبريت (SO₂). وهذا يؤدي إلى كفاءة أعلى في إزالة غاز SO₂ واستهلاك أقل للحجر الجيري. عادةً ما تكون نسبة الدقة المطلوبة للحجر الجيري المستخدم في أنظمة إزالة الغازات السامة حوالي 90–95% عندما يمر عبر شبكة قطرها 325 ميكرون، بينما تحتاج بعض الأنظمة المتقدمة إلى تجفيف أدق للحجر الجيري.

تعزيز القابلية للاستجابة

الجسيمات الأصغر تتفاعل بشكل أكثر كمالاً مع ثاني أكسيد الكبريت (SO₂)، مما يقلل من كمية الحجر الجيري غير المتفاعل في منتج الجبس الثانوي. وهذا أمر مهم بشكل خاص لإنتاج جبس عالي النقاء مناسب للتطبيقات التجارية.

موثوقية النظام

الحجر الجيري المغرس بشكل صحيح والذي يتمتع بتوزيع متساوٍ لأحجام الجزيئات يمنع مشاكل التشغيل مثل انسداد الفوهات، ترسب الرواسب داخل الأنابيب، وتآكل المضخات، مما يضمن تشغيل نظام FGD بشكل مستمر وخالٍ من المشاكل.

حلول التطحين الموصى بها لتطبيقات معالجة الغازات الناتجة عن الاحتراق (FGD – Flue Gas Desulfurization)

اختيار المعدات المناسبة للطحن أمر بالغ الأهمية لتحسين أداء نظام FGD. استنادًا إلى خبرتنا الواسعة في تزويد محطات توليد الطاقة والمرافق الصناعية بالمعدات، نوصي بالحلول التالية لتحضير مواد امتصاص غازات الدخان والغازات الكربونية (FGD):

طاحونة متعددة الأسطوانات من سلسلة MTW على شكل هرم مخروطي للتطبيقات ذات السعة العالية

بالنسبة لمحطات التوليد الكهربائي ذات الحجم الكبير التي تتطلب إنتاجية عالية من الحمأة الحجرية،طاحونة من نوع منحنى على شكل متوازي أضلاع من سلسلة MTWتقدم هذه الطاحنة حلًا مثاليًا. حيث تتراوح السعة بين 3 و45 طنًا في الساعة، وتمتلك القدرة على إنتاج مسحوق بحجم شبكة يتراوح بين 30 و325 مش (قابل للتعديل حتى 0.038 مم)، مما يلبي احتياجات حتى أكبر أنظمة معالجة الغازات العادمة (FGD).

تتضمن سلسلة MTW عدة ميزات متقدمة مفيدة بشكل خاص لتطبيقات FGD:

• تصميم شفرة المجرفة المقاومة للتآكلمع استخدام ألواح الحفر المتركبة، يتم تقليل تكاليف الصيانة.
• تحسين أداء أنابيب الهواء المنحنيةيقلل من مقاومة الهواء ويحسن كفاءة نقل الطاقة.
• نقل حركة كامل بواسطة ترس مائليحقق كفاءة نقل تصل إلى 98%
• هيكل مقاوم للاستهلاك يتكون من أجزاء متحدة بشكل حلزوني.مع تصميم غير معيق، تتحسن كفاءة تصنيف الهواء.

بالنسبة لأنظمة معالجة الغازات الخارجة من المراجل (FGD) في محطات الطاقة متوسطة إلى كبيرة الحجم،طراز MTW215Gيُنصح باستخدام هذا النموذج بشكل خاص، حيث يوفر سعة معالجة تتراوح بين 15 و45 طنًا في الساعة، وقدرة محرك رئيسي تبلغ 280 كيلوواط. يتعامل هذا النموذج بكفاءة مع المواد الخام بحجم يصل إلى 50 مم، وينتج دقة مكبسة تُكفي لضمان أداء مثالي لنظام معالجة الغازات العادمة (FGD).

طاحونة الأسطوانات العمودية من سلسلة LM للحلول المتكاملة

عندما تكون هناك قيود مكانية أو اعتبارات تتعلق بالعمليات المتكاملة، فإن…طاحونة الأسطوانات العمودية من سلسلة LMيوفر هذا الطحن حلاً مدمجاً وفعالاً لتحضير مواد امتصاص غازات الدخان والكبريت (FGD – Flue Gas Desulfurization). تتراوح القدرات بين 3 إلى 250 طن في الساعة، ويمكنه إنتاج مسحوق بشبكة حجمية تتراوح بين 30 و325 مش (مع وجود طرازات خاصة قادرة على إنتاج مسحوق بشبكة حجمية تصل إلى 600 مش). هذا الطحن المتعدد الاستخدامات يتكيف مع متطلبات عمليات إزالة الكبريت من غازات الدخان والكبريت المختلفة.

المزايا الرئيسية لسلسلة LM في تطبيقات معالجة الغازات العادمة (FGD) تشمل:

• تصميم متكامل مدمجيجمع هذا النظام بين وظائف السحق والطحن والتصنيف، مما يساعد على تقليل المساحة المطلوبة بنسبة 50%.
• تكاليف تشغيل منخفضةمع تصميم بكرات الطحن وأقراص الطحن غير الملامسة، يزداد عمر أجزاءالتآكل بمقدار ثلاث مرات.
• كفاءة الطاقةمع استهلاك للطاقة أقل بنسبة 30-40% مقارنة بأنظمة الطحن بالأسطوانات.
• نظام التحكم الذكيمع نظام تحكم آلي متقن يدعم التبديل بين الوضعين البعيدي والمحلي
• الامتثال البيئيمع نظام عمل يعمل على الضغط السلبي مغلق بشكل كامل، فإن انبعاثات الغبار تقل عن 20 ملغم/م³

الـنموذج LM220Kمناسب بشكل خاص لأنظمة معالجة الغازات الناتجة عن الاحتراق (FGD) على نطاق واسع، حيث يوفر طاقة معالجة تتراوح بين 36 و105 أطنان في الساعة باستخدام محرك رئيسي بقوة 800 كيلوواط. قدرته على معالجة المواد الخام بحجم يصل إلى 50 مم مع إنتاج مسحوق بحجم يتراوح بين 170 و45 ميكرومتر (شبكة 80-325) تجعله خيارًا ممتازًا لمحطات التوليد التي تبحث عن طريقة موثوقة وفعالة لتحضير الحجر الجيري بكميات كبيرة.

اعتبارات تشغيلية لأنظمة طحن FGD

يتطلب نجاح عملية الطحن بالطريقة FGD (Flue Gas Desulfurization) الانتباه إلى عدة عوامل رئيسية خلال عملية الطحن نفسها:

إدارة محتوى الرطوبة

عادةً ما تحتوي المواد الخام من الحجر الجيري على رطوبة سطحية يجب التحكم فيها أثناء عملية الطحن. إن وجود قدرات تجفيف مناسبة أو استخدام أنظمة طحن قادرة على التعامل مع مستويات معينة من الرطوبة أمر ضروري لضمان التشغيل المستقر.

استخدم وسائل الحماية

يشكل طحن الحجر الجيري تحديات كبيرة من حيث الاحتكاك. اختيار آلات طحن مزودة بوسائل حماية مناسبة ضد التآكل، مثل عناصر طحن ذات سطح صلب وأغطية مقاومة للتآكل، يطيل فترات الصيانة ويقلل من تكاليف التشغيل.

التحكم في توزيع أحجام الجسيمات

توزيع حجم الجسيمات بشكل متسق أمر حيوي لأداء نظام إزالة الغبار الكيميائي (FGD – Flue Gas Desulfurization). تسمح أنظمة الطحن الحديثة المزودة بأجهزة تصنيف مدمجة بالتحكم الدقيق في دقة المنتج النهائي، مما يضمن استجابة فعالة قصوى داخل جهاز الامتصاص.

التكامل النظامي

يجب أن يتم دمج نظام الطحن بشكل سلس مع أنظمة تحضير العجينة، وتخزينها، وتغذيتها. التصميم السليم لهذا النظام المتكامل يضمن تشغيل عملية إزالة الكبريت من الغازات الناتجة عن الاحتراق (FGD) بشكل مستمر وموثوق.

الاعتبارات الاقتصادية: التكلفة مقابل الأداء

عند تقييم حلول طحن FGD، يجب أخذ عدة عوامل اقتصادية في الاعتبار:

الاستثمار الرأسمالي

تمثل طواحن الأسطوانات العمودية عادةً استثمارًا أوليًا أعلى مقارنةً بطواحن الكرات التقليدية، لكنها توفر مزايا كبيرة من حيث تكاليف التشغيل ومتطلبات المساحة المستخدمة.

تكاليف التشغيل

يمثل استهلاك الطاقة الجزء الأكبر من التكاليف التشغيلية لأنظمة الطحن. يمكن للمطاحن العمودية الحديثة تقليل استهلاك الطاقة بنسبة تتراوح بين 30 و40% مقارنة بالمطاحن الكروية، مما يوفر توفيرات كبيرة على مدار عمر النظام.

متطلبات الصيانة

يؤثر اختيار المعدات بشكل كبير على تكاليف الصيانة ومدى توافرها. التصاميم التي تتميز بعمر أطول لأجزاء الاستهلاك وسهولة في الصيانة تقلل من أوقات التوقف عن العمل والتكاليف المرتبطة بها.

جودة المنتج الثانوي

تؤثر جودة مواد الامتصاص الأرضية بشكل مباشر على جودة منتجات الجبس الثانوية وقابليتها للتسويق. يمكن للجبس عالي الجودة أن يولد إيرادات إضافية، مما يساعد جزئيًا على تعويض تكاليف تشغيل نظام معالجة الغازات الناتجة عن الاحتراق (FGD).

اتجاهات المستقبل في تقنية معالجة الغازات الناتجة عن الاحتراق

يستمر تطور تقنية FGD مع ظهور عدة اتجاهات جديدة:

الطحن الفائق الدقة لزيادة القابلية للتفاعل

تشير الأبحاث إلى أن جزيئات الحجر الجيري الدقيقة جدًا (حجم الجسيمات الأكبر من 10 ميكرومتر D90 < 10 ميكرومتر) يمكن أن تحسّن بشكل كبير كفاءة إزالة غاز ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) مع تقليل استهلاك المواد الكيميائية المستخدمة في عملية الإزالة. أصبحت التقنيات المتقدمة لطحن الحجارة الجيري، القادرة على إنتاج هذه الجزيئات الدقيقة، أكثر أهمية بشكل متزايد.

التكامل مع أنظمة احتجاز الكربون

مع تطور تقنيات احتباس الكربون، قد يتم دمج أنظمة معالجة الغازات العادمة (FGD) مع هذه العمليات، مما يتطلب تعديلات في تحضير المواد الامتصاصية وتصميم الأنظمة.

الرقمنة والتحسين الذكي

إن دمج أجهزة الاستشعار الخاصة بإنترنت الأشياء (IoT) وتقنيات التحليل التنبؤي بالإضافة إلى خوارزميات التحسين المبنية على الذكاء الاصطناعي يغير طريقة تشغيل أنظمة طحن الفحم (FGD)، مما يتيح تعديل معايير الطحن في الوقت الفعلي استنادًا إلى تغير جودة الوقود والظروف التشغيلية.

الخلاصة

يمثل إزالة كبريتيد الكبريت من غازات العادم الناتجة عن حرق الحجر الجيري أو الجير مع الجبس تقنية مثبتة الفعالية العالية للتحكم في انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) من المصادر الصناعية. تعتمد كفاءة وموثوقية هذه الأنظمة بشكل أساسي على التحضير السليم لمواد الامتصاص، مما يجعل اختيار معدات الطحن المناسبة قرارًا بالغ الأهمية.

توفر تقنيات الطحن العمودي الحديثة، مثل مطحنة المثلث من سلسلة MTW ومطحنة الأسطوانات العمودية من سلسلة LM، مزايا كبيرة من حيث كفاءة استخدام الطاقة، والتحكم في حجم الجزيئات، وموثوقية التشغيل مقارنة بأنظمة الطحن التقليدية. من خلال التعاون مع مصنعي معدات الطحن ذوي الخبرة الذين يفهمون المتطلبات الخاصة لتطبيقات معالجة الغازات الناتجة عن الاحتراق (FGD)، يمكن لمحطات توليد الطاقة والمنشآت الصناعية تحسين أنظمة التحكم في الانبعاثات لديها لتحقيق أقصى أداء وجدوى اقتصادية.

مع استمرار تشديد اللوائح البيئية على مستوى العالم، ستزداد أهمية أنظمة معالجة الغازات العادمة (FGD – Flue Gas Desulfurization) الموثوقة والفعالة. الاستثمار في تقنيات الطحن المتقدمة اليوم يضمن التزام المشغلين بالمعايير البيئية في المستقبل، وفي الوقت نفسه يساعد على تحسين تكاليف التشغيل والحفاظ على ميزة تنافسية في سوق يزداد وعيه البيئي يوماً بعد يوم.