Desafío
La planta de energía de Pleasant Prairie (P4) es una de las plantas de generación de energía más grandes del estado de Wisconsin, con una capacidad operativa nominal de 1,190 MW. La planta opera tradicionalmente con carga base, quemando aproximadamente cinco millones de toneladas de carbón subbituminoso occidental (cuenca del río Powder) con bajo contenido de azufre por año.
La planta ha realizado importantes inversiones en su Sistema de Control de la Calidad del Aire (AQCS, por sus siglas en inglés) para permitir el cumplimiento de las estrictas regulaciones para las partículas contaminantes y gaseosas, en particular los óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre. Estas mejoras han incluido la adición de unidades de control de emisiones de reducción catalítica selectiva (SCR) y controles de emisiones de desulfuración de gases de combustión húmedos (WFGD).
Con el endurecimiento de las restricciones de calidad del aire, el mercurio se ha convertido en un área de preocupación para las centrales eléctricas de carbón. El mercurio es un metal pesado tóxico que induce efectos nocivos en los seres humanos y los organismos en concentraciones muy bajas. Tras la combustión, el carbón que contiene mercurio produce tres formas del elemento que salen del horno con los gases de combustión y entran en el AQCS de la planta. En la actualidad, los AQCS suelen capturar la mayor parte del mercurio oxidado y en partículas. El mercurio elemental, sin embargo, se emite principalmente al aire con los gases de combustión limpios.
El grado en que el mercurio transita por el AQCS y se emite al aire depende de numerosos factores, entre ellos la composición del carbón, las condiciones del horno/combustión, los aditivos de combustión, las temperaturas de los gases de combustión, los AQCS en uso, las operaciones del AQCS y los aditivos del AQCS. La modificación de estos factores específicos de la planta puede optimizar la eliminación de mercurio de los gases de combustión y disminuir la emisión de mercurio al medio ambiente.
Para hacer frente a las emisiones de mercurio, la planta añadió un aditivo de bromuro para aumentar la oxidación del mercurio elemental en los gases de combustión. Al refractarse o introducirse directamente en los gases de combustión calientes, los halógenos producen especies oxidantes que aumentan la oxidación del mercurio elemental y mejoran la captura general de mercurio en los AQCS existentes, principalmente en el WFGD.
El halógeno combinado con el catalizador del SCR proporcionó suficiente oxidación de mercurio, pero se documentó la reemisión de mercurio, lo que dio lugar a períodos de altas emisiones de mercurio. La reemisión se produce cuando el mercurio oxidado soluble que entra queda capturado en el lodo de la WFGD, pero se somete a una reacción de reducción que regenera el mercurio elemental, que luego puede liberarse con el gas de combustión que sale.
Se intentó mitigar las reemisiones, incluidos los cambios operativos y los aditivos para depuradores. Los cambios operacionales redujeron el mercurio, pero no lo suficiente como para satisfacer el límite requerido. La inyección de carbón dio buenos resultados, pero causó efectos perjudiciales en la operación del depurador en forma de espuma. Un aditivo químico para depuradores demostró ser eficaz, pero su costo era prohibitivo.
P4 necesitaba una solución que le permitiera seguir cumpliendo con los límites de la norma de Normas de Mercurio y Tóxicos del Aire (MATS) de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. de una manera confiable y rentable.
Solución
Veolia propuso una nueva opción para mitigar las reemisiones con la introducción de un aditivo FuelSolv* HG en el WFGD. Se llevó a cabo un ensayo para determinar a qué nivel se podía controlar el mercurio en el gas de chimenea.
FuelSolv HG es un aditivo de reemisión de mercurio a base de sulfuro orgánico y puede alimentarse en varios puntos del sistema de depuración. Precipita el mercurio para asegurar que el mercurio oxidado que entra en la desulfuración de gases de combustión se disuelva en la suspensión alcalina, se divida en la fase sólida y no pueda ser objeto de reducción y reemisión. Se forma un polisulfuro de mercurio estable e insoluble que se puede eliminar fácilmente durante la separación de sólidos.
Antes de la prueba de FuelSolv, la tasa de emisión de mercurio aumentaba lentamente durante un período de unos seis meses (Figura 1). Si bien todavía está por debajo del límite requerido, la tendencia muestra claramente que respetar ese límite será cada vez más difícil y costoso.
Figura 1: Antes de la incorporación de FuelSolv HG, la tasa de emisión de mercurio mostraba una tendencia creciente.
Los cálculos de la tasa de alimentación del producto indicaron que se lograría un costo de tratamiento general más bajo con FuelSolv HG. La tasa de alimentación requerida por el tratamiento actual para mantener el mercurio por debajo del límite permitido fue de 2 a 2.3 galones por hora (gph) en ambos depuradores de FGD de bloque eléctrico.
La prueba de FuelSolv en la unidad 1 en P4 comenzó con una velocidad de alimentación inicial conservadora de 2,3 gph. La emisión de mercurio parecía relativamente estable después de 24 horas, por lo que la velocidad de alimentación se redujo a 2,0 gph. Al observar cuidadosamente el nivel de emisión de mercurio, la velocidad de alimentación se redujo en 0,2 gph cada dos semanas. La tasa se mantuvo estable durante aproximadamente dos semanas en cada punto de ajuste para permitir que la unidad de depuración de baja tasa de purga se ajustara al nivel de tratamiento.
Una velocidad de alimentación de 1,8 gph mantuvo el mercurio de emisión de chimenea en un nivel igual o mejor que antes del ensayo. Cuando esto se logró, el depurador de la Unidad 2 se cambió a FuelSolv HG a una velocidad de alimentación idéntica.
Resultado
Después de unos meses de funcionamiento constante y de disminución de las tasas de emisión de mercurio, las tasas de alimentación de productos químicos a ambos depuradores se redujeron a 1,2 gph, siempre con un cuidadoso monitoreo continuo de la tasa de emisión.
La Figura 2 muestra los datos resumidos de emisión para la unidad 1 de P4, indicando claramente el momento en que se cambió la química cerca del comienzo de 2016. Desde entonces, y con la disminución de la tasa de alimentación de productos químicos, las emisiones de mercurio han seguido disminuyendo.
Figura 2: Comparación de los datos de emisiones de mercurio de la unidad 1, incluidas las líneas de tendencia anteriores y posteriores a FuelSolv HG.
Con FuelSolv HG, P4 ha reducido sus emisiones de mercurio en aproximadamente un 65 por ciento en comparación con la inyección de bromuro solamente. Esto equivale a una reducción de 119 libras en las emisiones anuales y un ahorro de $100,000 por año.