लेख

फ्लू गैस डीसल्फराइजेशन क्या है?

फ्लू गैस डीसल्फराइजेशन (FGD) एक प्रक्रिया है जो सल्फर डाइऑक्साइड (SO₂) को फ्लू गैस (निकास गैस) धारा से हटाती है। जब जीवाश्म ईंधन जलाए जाते हैं, तो सल्फर डाइऑक्साइड वायुमंडल में छोड़ा जाता है और यह अम्ल वर्षा का एक प्रमुख कारण है। FGD प्रक्रिया कई औद्योगिक संयंत्रों के लिए महत्वपूर्ण हो गई है क्योंकि पर्यावरणीय कानूनों की बढ़ती कठोरता के कारण। हालांकि FGD प्रक्रिया कई उद्योगों में मौजूद है, यह लेख विशेष रूप से बिजली उत्पादन उद्योग से संबंधित FGD उपकरणों पर केंद्रित है, विशेष रूप से कोयला आधारित बिजली स्टेशनों के लिए।

जानने योग्य - ‘डीसल्फराइजेशन’ को ‘डीसल्फराइजेशन’ भी लिखा जाता है, पहला ब्रिटिश अंग्रेजी है जबकि दूसरा अमेरिकी अंग्रेजी।

कोयला बिजली स्टेशन निकास प्रणाली जिसमें फ्लू गैस डीसल्फराइज़र हाइलाइट किया गया है

हमें फ्लू गैस डीसल्फराइजेशन की आवश्यकता क्यों है?

अधिकांश जीवाश्म ईंधन (कोयला, तेल आदि) में कुछ मात्रा में सल्फर होता है। जब एक जीवाश्म ईंधन जलाया जाता है, तो इसमें मौजूद सल्फर दहन की प्रक्रिया के माध्यम से वायुमंडल में छोड़ा जाता है। कुछ कोयले में 4% सल्फर तक हो सकता है, जो कि एक महत्वपूर्ण मात्रा है यह देखते हुए कि एक कोयला बिजली स्टेशन प्रति दिन 5,000 टन से अधिक कोयला जला सकता है।

सल्फर डाइऑक्साइड आसानी से पानी के साथ मिल जाता है और परिणामस्वरूप वायुमंडल में नमी के बादलों के साथ आसानी से मिल जाता है। एक बार जब बादल पर्याप्त रूप से नमी से संतृप्त हो जाता है, तो पानी की बूंदें बनती हैं और गुरुत्वाकर्षण के कारण जमीन पर गिरती हैं; इस प्रक्रिया को वृष्टि (वर्षा) के रूप में जाना जाता है।

दुर्भाग्यवश, जैसे ही पानी सल्फर डाइऑक्साइड को अवशोषित करता है, यह अधिक अम्लीय हो जाता है। परिणामस्वरूप, जैसे ही नमी के बादल वायुमंडल में सल्फर डाइऑक्साइड गैस को अवशोषित करते हैं, निलंबित पानी के अणुओं (नमी) का pH मान घटता है, और यह अधिक अम्लीय हो जाता है। अम्लीय वर्षा - जिसे आमतौर पर अम्ल वर्षा कहा जाता है - फिर गुरुत्वाकर्षण के कारण जमीन पर गिरती है।

अम्ल वर्षा से क्षतिग्रस्त वन

अम्ल वर्षा से क्षतिग्रस्त वन

अम्ल वर्षा फसलों, बुनियादी ढांचे, वनस्पति, मिट्टी को नुकसान पहुँचाती है और महासागर अम्लीकरण में योगदान देती है। क्योंकि सल्फर डाइऑक्साइड अम्ल वर्षा के कारणों का एक बड़ा योगदानकर्ता है, पर्यावरणीय कानून लागू किए गए हैं ताकि SO₂ उत्पादकों को उनके द्वारा उत्पन्न SO₂ की मात्रा को कम करने के लिए मजबूर किया जा सके। सल्फर डाइऑक्साइड के मुख्य उत्पादकों में से एक कोयला आधारित बिजली स्टेशन हैं, इसलिए, उन्हें अपने SO₂ उत्सर्जन को कम करने और पर्यावरणीय कानूनों का पालन करने के लिए FGD सिस्टम स्थापित करने के लिए मजबूर किया जाता है।

यदि आप बिजली इंजीनियरिंग विषयों और मशीनरी के बारे में अधिक जानना चाहते हैं, तो हमारे पावर इंजीनियरिंग फंडामेंटल्स वीडियो कोर्स को अवश्य देखें। आप हमारे इंजीनियरिंग PDF’s और हैंडबुक को डाउनलोड करने के लिए हमारे न्यूज़लेटर में शामिल होकर भी प्राप्त कर सकते हैं।

फ्लू गैस डीसल्फराइजेशन (FGD)

FGD प्रक्रियाओं को या तो ‘गीला’ या ‘सूखा’ कहा जाता है। सूखे प्रकार के FGD सिस्टम पाउडर रूप (सूखा रूप) में एक रिऐजेंट का उपयोग करते हैं। गीले प्रकार के FGD सिस्टम एक क्षारीय स्लरी का उपयोग करते हैं जो पानी के साथ सूखे रिऐजेंट को मिलाने के बाद बनता है। हालांकि FGD डिज़ाइन के दो मुख्य प्रकार संभव हैं, बिजली उत्पादन FGD सिस्टम के 75% से अधिक गीले हैं।

गीला फ्लू गैस डीसल्फराइज़र योजनाबद्ध

गीला फ्लू गैस डीसल्फराइज़र योजनाबद्ध

फ्लू गैस डीसल्फराइजेशन कैसे काम करता है

फ्लू गैस धारा से SO₂ को हटाने का सबसे किफायती तरीका एक रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से है जो एक रिऐजेंट के साथ होती है। एक रिऐजेंट एक पदार्थ या यौगिक होता है जिसे एक प्रणाली में रासायनिक प्रतिक्रिया उत्पन्न करने के लिए जोड़ा जाता है। उपयुक्त रिऐजेंट्स को SO₂ को पर्यावरण के लिए हानिरहित बनाना चाहिए जबकि एक उत्पाद भी उत्पन्न करना चाहिए जो पर्यावरण को नुकसान नहीं पहुँचाता।

FGD सिस्टम में उपयोग किए जाने वाले सबसे सामान्य रिऐजेंट्स चूना (कैल्शियम ऑक्साइड) और चूना पत्थर (CaCO₃) हैं। अन्य रिऐजेंट विकल्प मौजूद हैं जैसे अमोनिया, लेकिन चूना पत्थर सबसे व्यापक रूप से अपनाया गया है। चूना पत्थर के व्यापक अपनाने का मुख्य कारण यह है कि यह प्रचुर मात्रा में है, सस्ता है और आसानी से उपलब्ध है; हालांकि ये सभी कारक भौगोलिक स्थान पर निर्भर करते हैं।

फ्लू गैस डीसल्फराइजेशन प्रक्रिया के उप-उत्पाद आमतौर पर कैल्शियम सल्फाइट (CaSO₃) और/या कैल्शियम सल्फेट (CaSO₄) होते हैं। उत्पन्न उप-उत्पाद इस बात पर निर्भर करता है कि कौन सा रिऐजेंट और कौन सा FGD सिस्टम डिज़ाइन उपयोग किया जाता है। रिऐजेंट और डिज़ाइन की परवाह किए बिना, उप-उत्पाद आमतौर पर कैल्शियम आधारित होता है।

गीला ‘फेंकने योग्य’ FGD डिज़ाइन आज जीवाश्म ईंधन आधारित बिजली स्टेशनों द्वारा उपयोग किया जाने वाला सबसे सामान्य FGD डिज़ाइन है। अगला खंड एक विशिष्ट गीला चूना पत्थर अवशोषक टॉवर कैसे काम करता है, इसका वर्णन करता है।

गीला फ्लू गैस स्क्रबर टॉवर

गीला फ्लू गैस डीसल्फराइजेशन कैसे काम करता है?

नीचे दिया गया वीडियो हमारे इलेक्ट्रिकल ट्रांसफॉर्मर्स का परिचय ऑनलाइन वीडियो कोर्स से एक अंश है।

चूना पत्थर को संयंत्र में क्रश या संपूर्ण रूप में पहुँचाया जाता है। क्रश किया हुआ चूना पत्थर सीधे एक भंडारण साइलो में पहुँचाया जा सकता है, इससे पहले कि इसे पानी के साथ एक समर्पित मिक्सिंग यूनिट में मिलाया जाए। बिना क्रश किया हुआ चूना पत्थर को पानी के साथ मिलाने या भंडारण से पहले एक आकार घटाव चरण से गुजरना होगा। आकार घटाव ऑन-साइट क्रशर या मिलों का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है जैसे. जॉ क्रशर, गाइरेटरी क्रशर, बॉल मिल, कोन क्रशर आदि।

पाउडर किया हुआ चूना पत्थर पानी के साथ मिलाया जाता है ताकि एक क्षारीय आधारित स्लरी बन सके। एक क्षारीय स्लरी कोई भी स्लरी होती है जिसका pH 7.0 से अधिक होता है, लेकिन संचालन के उद्देश्यों के लिए स्लरी के लिए वांछित pH आमतौर पर 8.0 होता है (सिस्टम डिज़ाइन पर निर्भर)।

फ्लू गैस बिजली स्टेशन से वाटरट्यूब बॉयलर(s) से डिस्चार्ज की जाती है, एक बैग हाउस या इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रीसिपिटेटर (ESP) से गुजरती है और फिर डीसल्फराइज़र में भेजी जाती है। फ्लू गैस का तापमान लगभग 150⁰C (300⁰F) या उससे अधिक होता है जब यह फ्लू गैस डीसल्फराइज़र में प्रवेश करती है। फ्लू गैस में समाहित सल्फर डाइऑक्साइड गैस को गीले स्क्रबिंग के माध्यम से अलग किया जाता है।

गीला फ्लू गैस डीसल्फराइज़र

गीला फ्लू गैस डीसल्फराइज़र

गीला स्क्रबिंग स्क्रबर टॉवर के नीचे से ऊपर तक फ्लू गैस को पास करके प्राप्त किया जाता है। क्षारीय स्लरी विपरीत दिशा में यात्रा करती है (ऊपर से नीचे); इस व्यवस्था को ‘काउंटर फ्लो’ कहा जाता है क्योंकि दोनों प्रवाहित माध्यमों की प्रवाह दिशाएँ विपरीत होती हैं। ध्यान दें कि काउंटर फ्लो डिज़ाइन को कभी-कभी कॉन्ट्रा-फ्लो भी कहा जाता है। सभी प्रवाह डिज़ाइनों में से (काउंटर, क्रॉस और पैरेलल फ्लो), काउंटर फ्लो डिज़ाइन प्रवाहित माध्यमों के गर्मी हस्तांतरण और मिश्रण के लिए सबसे कुशल है।

क्षारीय स्लरी और फ्लू गैस के बीच कुशल प्रत्यक्ष संपर्क सुनिश्चित करने के लिए, स्प्रे डेक की एक श्रृंखला का उपयोग किया जाता है जिसमें स्प्रे नोजल होते हैं। स्प्रे नोजल टॉवर के भीतर क्षारीय स्लरी को समान रूप से डिस्चार्ज करते हैं, जो सुनिश्चित करता है कि प्रवाहित माध्यमों का एक-दूसरे के साथ उच्च संपर्क सतह क्षेत्र हो। निचले स्प्रे डेक लगभग 4.0 के pH पर काम करते हैं जबकि ऊपरी डेक लगभग 6.0 या उससे अधिक के pH पर काम करते हैं। स्प्रे नोजल कम दबाव पर काम करते हैं, लगभग 1 बार (14.5 psi)।

स्प्रे डेक से क्षारीय स्लरी एक छिद्रित ट्रे पर गिरती है। छिद्रित ट्रे फ्लू गैस को टॉवर के माध्यम से गुजरते समय स्लरी के माध्यम से बुलबुले बनाने के लिए मजबूर करती है, यह स्लरी और फ्लू गैस के बीच अच्छे प्रत्यक्ष संपर्क को सुनिश्चित करता है।

छिद्रित ट्रे में छेदों के माध्यम से गुजरने के बाद, स्लरी गुरुत्वाकर्षण के कारण टॉवर के आधार पर गिरती है और अपशिष्ट होल्डिंग टैंक (EHT) (कभी-कभी प्रतिक्रिया विलंब टैंक कहा जाता है) में एकत्र की जाती है। फ्लू गैस के साथ समाहित स्लरी को टॉवर के शीर्ष पर एक डेमिस्टर द्वारा अलग किया जाता है और EHT में वापस लौटाया जाता है।

डेमिस्टर (हरा गैस को इंगित करता है, नीला स्लरी को इंगित करता है)

डेमिस्टर (हरा गैस को इंगित करता है, नीला स्लरी को इंगित करता है)

स्लरी में पानी सल्फर डाइऑक्साइड गैस को आसानी से अवशोषित करता है जबकि स्लरी की क्षारीय प्रकृति गैस की अम्लता को बेअसर करती है। पानी को अवशोषक कहा जाता है जबकि चूना पत्थर को रिऐजेंट कहा जाता है। शेष फ्लू गैस टॉवर के शीर्ष पर डिस्चार्ज की जाती है, लेकिन अब तक 99% SO₂ को हटा दिया गया हो सकता है (आमतौर पर 90% से 95% हटा दिया जाता है)।

क्षारीय स्लरी को सल्फर डाइऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करने से कैल्शियम सल्फाइट (CaSO₃) बनता है, इस रासायनिक प्रतिक्रिया को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

CaCO₃ + 1 SO₂ → CaSO₃ + CO₂

कैल्शियम सल्फाइट का आगे ऑक्सीकरण कैल्शियम सल्फेट (CaSO₄) बनाता है, इस रासायनिक प्रतिक्रिया को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

CaSO₃ + 2H₂O + ½O₂ → CaSO₄ · 2H₂O

संपीड़ित हवा (लगभग 1 बार / 14.5 psi का दबाव) अपशिष्ट होल्डिंग टैंक के आधार में इंजेक्ट की जाती है जहाँ यह स्लरी के माध्यम से ऊपर की ओर बुलबुले बनाती है। स्लरी में संपीड़ित हवा के इंजेक्शन के कारण, कैल्शियम सल्फाइट का बलपूर्वक ऑक्सीकरण होता है और कैल्शियम सल्फेट बनता है। EHT द्वारा आयोजित कुछ स्लरी को स्प्रे डेक पर वापस प्रसारित किया जाता है, लेकिन कुछ स्लरी को जल निकासी के लिए टॉवर से डिस्चार्ज किया जाता है। एजिटेटर्स (प्रोपेलर्स जो तीन चरण मोटर्स से जुड़े होते हैं) EHT के भीतर कैल्शियम ठोसकरण को रोकते हैं।

जल निकासी प्रक्रिया FGD उप-उत्पादों को स्लरी से अलग करती है। स्लरी में लगभग 10-15% कैल्शियम-आधारित ठोस होते हैं जब इसे टॉवर से डिस्चार्ज किया जाता है। जल निकासी प्रक्रिया में उपयोग की जाने वाली मशीनरी वस्तुओं में अक्सर वैक्यूम फिल्टर, हाइड्रो-साइक्लोन और स्पष्टीकरण (गाढ़ा करने वाले) शामिल होते हैं। एक बार जब क्रिस्टलीय कैल्शियम-आधारित पदार्थ को निकाला जाता है, तो इसे या तो बेचा जा सकता है या निपटाया जा सकता है।

FGD उप-उत्पाद अक्सर बिक्री योग्य होते हैं और संयंत्र की कुल परिचालन लागत को कम करने के लिए बेचे जा सकते हैं। कैल्शियम सल्फेट को ‘जिप्सम’ के रूप में भी जाना जाता है और इसका उपयोग कई वाणिज्यिक उत्पादों के लिए किया जाता है। जिप्सम का सबसे आम उपयोग प्लास्टरबोर्ड (वॉलबोर्ड) के लिए निर्माण उद्योग में होता है, लेकिन इसका उपयोग कृषि उद्योग में उर्वरक के रूप में भी किया जाता है। यदि उप-उत्पाद को बेचा नहीं जा सकता है, तो इसे अक्सर फ्लाई ऐश के साथ मिलाया जाता है और लैंडफिल साइट पर भेजा जाता है।

प्लास्टरबोर्ड पकड़े हुए आदमी

प्लास्टरबोर्ड पकड़े हुए आदमी

गीला स्क्रबर टॉवर निर्माण सामग्री

टॉवर के भीतर संक्षारक और अपघर्षक वातावरण के कारण टॉवर निर्माण सामग्री का सावधानीपूर्वक चयन करना आवश्यक है। निर्माण सामग्री टॉवर के घटकों और डिज़ाइन पर निर्भर करती है, लेकिन स्टेनलेस स्टील, फाइबरग्लास और रबर लाइन वाले कार्बन स्टील, सामान्य निर्माण सामग्री हैं।

FGD प्रक्रिया दक्षता

गीले स्क्रबर टॉवर के माध्यम से तरल से गैस (L/G) प्रवाह दरें इसके संचालन की दक्षता पर बड़ा प्रभाव डालती हैं। आमतौर पर, एक उच्च L/G अनुपात वांछनीय होता है क्योंकि यह सुनिश्चित करता है कि जितना संभव हो उतना SO₂ फ्लू गैस से हटा दिया गया है, जबकि टॉवर के भीतर क्षारीय स्लरी के ठोसकरण को भी रोकता है। स्लरी का ठोसकरण टॉवर के भीतर प्रवाह पथों को कम करता है, स्प्रे नोजल अवरुद्ध करता है, और इसे हटाना मुश्किल होता है (बहुत कठोर और चिपचिपा)।

जब स्लरी सल्फर डाइऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करती है तो क्षारीय स्लरी का pH बढ़ जाता है, इसलिए यह आवश्यक है कि EHT को लगातार चूना पत्थर की आपूर्ति की जाए ताकि स्लरी का pH स्थिर रखा जा सके। स्लरी के pH में कमी FGD दक्षता में परिणामी कमी की ओर ले जाएगी।