Đề tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện 10000 M3/H, Nguyễn Ngọc Nhất - 0979075904

Chia sẻ: NGUYEN NGOC NHAT | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:69

Thêm vào BST

Báo xấu

1.085
lượt xem 277
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Năng lượng đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống xã hội của chúng ta, xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao. Tiêu thụ năng lượng trên thế giới gia tăng liên tục, từ năm 1976 đến năm 2006 tổng mức tiêu thụ năng lượng trên thê giới tăng từ khoảng 6 tỷ tấn đổi đổi ra dầu (TQD) lên đến 12 TQD. Trong đó năng lượng hoá thạch chiếm 80 % tổng lượng năng lượng nêu trên, năng lượng sinh khối chỉ chiếm khoảng 10 %, còn lại là 10 % năng lượng điện...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện 10000 M3/H, Nguyễn Ngọc Nhất - 0979075904

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH ĐIỆN ĐỐT THAN Ở VIỆT NAM I.1 Vấn đề năng lượng nói chung: Năng lượng đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống xã hội của chúng ta, xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao. Tiêu thụ năng lượng trên thế giới gia tăng liên tục, từ năm 1976 đến năm 2006 tổng mức tiêu thụ năng lượng trên thê giới tăng từ khoảng 6 tỷ tấn đổi đổi ra dầu (TQD) lên đến 12 TQD. Trong đó năng lượng hoá thạch chiếm 80 % tổng l ượng năng lượng nêu trên, năng lượng sinh khối chỉ chiếm khoảng 10 %, còn lại là 10 % năng lượng điện sơ cấp, nguồn năng lượng này được sản xuất gồm 55 % là năng lượng tái tạo mà chủ yếu là thuỷ điện, còn 45% là năng lượng hạt nhân. Khoảng từ những năm 2000, mức tiêu thụ năng lượng hoá thạch tăng trưởng ngày càng cao, đặc biệt cùng với sự tăng trưởng kinh tế của các nước đang phát triển.[1] • Tiềm năng năng lượng ở Việt Nam: Việt Nam có tiềm năng lớn về các nguồn khoáng sản năng lượng và đang được huy động tích cực để phục vụ cho sự phát triển nền kinh tế xã hội Việt Nam có mạng lưới sông ngòi dày đặc có độ dốc cao, là điều kiện tốt cho việc phát triển các công trình thủy điện phục vụ cung cấp điện cho sự phát triển của nền kinh tế quốc dân. Đến nay các nhà địa chất đã phát hiện và xác định được tiềm năng dầu khí ở các bể trầm tích khoảng 4,3 tỷ tấn dầu quy đổi, trong đó trữ lượng là 1,2 tỷ tấn và trữ lượng dầu khí có khả năng thương mại là 814,7 triệu tấn. Tổng tài nguyên khoáng sản than của bể than Quảng Ninh đạt trên 10 tỷ tấn, trong đó tr ữ l ượng đạt hàng tỷ tấn. Than lignit ở dưới sâu đồng bằng sông Hồng với tiềm năng khoảng 200 tỷ tấn là nguồn năng lượng lớn cho thế kỷ 21. Như vậy đây là nguồn nhiên liệu dồi dào cho sự phát triển của ngành nhiệt điện đốt than, đốt dầu và khí thiên nhiên. Ưu thế của ngành phát triển năng lượng nhiệt điện là nguồn nhiên liệu ổn định hơn và chi phí đầu tư thấp hơn so với ngành thủy điện. Ngoài hai nguồn năng lượng truyền thống thì Việt Nam cũng đang có chương trình nghiên cứu sử dụng các nguồn năng lượng mới như: năng lượng mặt trời, địa nhiệt, năng lượng gió, năng lượng sóng thủy triều, năng lượng sinh khối… I.2 Hiện trạng và xu hướng phát triển nhiệt điện đốt than ở Việt Nam. I.2.1 Hiện trạng ngành nhiệt điện ở Việt Nam Nhu cầu về năng lượng điện ở Việt Nam hiện nay vẫn tiếp tục tăng từ 14- 16%/năm trong thời kỳ 2011-2015 và sau đó giảm dần xuống 11.15%/năm trong thời kỳ 2016-2020 và 7.4-8.4%/năm cho giai đoạn 2021-2030. Vì vậy sản lượng điện hàng năm cũng đang tăng mạnh, tuy nhiên vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu s ử Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551 Trang 1
dụng do nhiều lý do khách quan và chủ quan. Tính đến năm 2011 sản l ượng đi ện sản xuất trung bình ngày đạt 285 triệu kWh, tính trung bình năm đạt hàng trăm tỉ kWh. Trong đó nhiệt điện đóng vai trò hết sức quan trọng chiếm khoảng 48-52% tổng sản lượng điện. Nhìn chung hàng năm tốc độ tăng trưởng sản lượng đi ện đạt từ 12-15% so với năm trước.[2] Để đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ điện, nhiệt điện đốt than đang được ưu tiên lựa chọn và phát triển vì nguồn nguyên liệu ổn định, chi phí xây dựng thấp và thời gian thi công nhanh hơn so với thủy điện. Nguồn nguyên liệu chính trong sản xuất nhiệt điện hiện nay là than, dầu và khí tự nhiên. Theo tổng kết của tập đoàn than khoáng sản Việt Nam, trữ lượng than của nước ta khoảng 10 tỉ tấn, trong đó đã thăm dò tìm kiếm 3,5 tỉ tấn chủ yếu là than atraxit, loại than này đang được khai thác với quy mô lớn và có khả năng đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng than trong nước và một phần xuất khẩu. Ngoài ra, trữ lượng than nâu ở Việt Nam cũng rất lớn nhưng hiện nay vẫn chưa khai thác được nhiều; theo Bộ Công Thương năm 2011 tổng sản lượng dầu khai thác được khoảng 25 triệu tấn/năm, khí thiên nhiên đạt khoảng 9 tỷ m3/năm…và sản lượng khai thác hàng năm đều tăng hơn so với năm trước từ 2-10%. Đây là những loại nhiên liệu sẵn có ở Việt Nam, với các mỏ than lớn tập trung chủ yếu ở tỉnh Quảng Ninh, các mỏ dầu khí tập trung ở miền trung và miền nam. Chính vì vậy mà các nhà máy nhiệt điện cũng được phân bố một cách hợp lý dọc theo chiều dài đất nước. Các nhà máy nhiệt điện đốt than tập trung chủ yếu ở miền Bắc như nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Thái Bình, Hải Phòng, Uông Bí, Cẩm Phả, Ninh Bình…còn các nhà máy nhiệt điện tua bin khí được xây dựng ở miền trung và miền nam như nhà máy nhiệt điên Phú Mỹ, Vũng Áng, Nhơn Trạch, Duyên Hải 3… I.2.2 Xu thế phát triển nhiệt điện đốt than ở Việt Nam Khoáng sản than năng lượng ở Việt Nam được đánh giá có trữ lượng lớn (10 tỉ tấn), đáp ứng được nhu cầu cho phát triển nhiệt điện đốt than đến khoảng năm 2025. Tuy nhiên do trình độ và điều kiện kinh tế của Việt Nam còn thấp nên trữ lượng than phần lớn còn nằm sâu dưới lòng đất mà chưa khai thác được. Phần có khả năng khai thác thì cũng đã sắp cạn kiệt, chỉ đủ đáp ứng đến hết năm 2011. Vì vậy, để đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng than trong nước, tập Đoàn điện lực Việt Nam đã chủ trương chính sách nhập khẩu than Bitum ở các nước láng giềng mà chủ yếu là Indonesia và Úc. Than nhập khẩu này có thể đốt riêng biệt hoặc pha trộn với than trong nước để tăng khả năng cháy của than trong nước. Vấn đ ề ở đây là sẽ phải làm sao bố trí địa điểm xây dựng nhà máy thật hợp lý, nhằm phân bổ, cân đối công suất các nhà máy nhiệt điện than giữa các vùng miền. Cụ thể là đảm bảo tỷ lệ 50% công suất ở miền Nam, còn lại ở miền Bắc và miền Trung. Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551 Trang 2
Qua đó mới hạn chế được việc truyền tải điện Bắc - Nam, giảm tổn thất, nâng cao chất lượng điện năng, đảm bảo có nguồn cấp cho từng miền, khu vực. Trong việc bố trí xây dựng nhà máy nhiệt điện thì ưu tiên các nhà máy ở phía Bắc s ử dụng nguồn than nội địa, còn các nhà máy ở phía Nam thì sử dụng nguồn than nhập khẩu và dầu khí. Trong tương lai việc chuyển giao công nghệ và ứng dụng lò đốt tầng sôi tuần hoàn cho các nhà máy nhiệt điện than cũng được thực hiện vì công nghệ này ít gây ô nhiểm môi trường hơn và hiện được nhiều nước trên thế giới ứng dụng. Dự kiến đến năm 2020 tỉ trọng nhiệt điện than chiếm khoảng 48,6% tổng sản lượng điện của cả nước và đến năm 2030 thì sản lượng nhiệt điện than đ ạt khoảng 52% tổng sản lượng điện của cả nước.[2] Bên cạnh việc gia tăng phát triển các nhà máy nhiệt điện thì vấn đ ề bảo vệ môi trường cũng được quan tâm trong trong quá trình đầu tư, lựa chọn công nghệ, lựa chọn nguyên liệu. I.3 Vấn đề môi trường do nhà máy nhiệt điện gây ra I.3.1 Các đặc trưng của chất thải nhà máy nhiệt điện đốt than: Đặc trưng chất thải nhà máy nhiệt điện đốt than chủ yếu phụ thuộc vào thành phần và tính chất của nhiên liệu. Nguồn nguyên liệu chính được sử dụng cho quá trình sản suất là than antraxit - loại than có hàm lượng tro cao, khi đốt tạo ra lượng khói lớn nên chất thải nhà máy nhiệt điện có những đặc trưng chính sau: • Thành phần khói thải: - Khói thải được tạo ra chủ yếu từ quá trình đốt than ở trong lò hơi, với l ưu lượng rất lớn chủ yếu mang theo tro bụi và một số chất khí ô nhiễm như SO 2, NOx, CO, CO2, dioxin, furan, VOC, hơi thủy ngân … - Ngoài ra còn có khí thải của các phương tiện giao thông đi lại trong nhà máy; các hợp chất hữu cơ bay hơi bị rò rỉ từ đường ống dẫn, thiết bị cũng như từ các quá trình ở trong nhà máy; bụi than trước quá trình đốt thường xuất hiện ở các cảng than, cảng lật toa, kho chứa than, quá trình vận chuyển than về kho và vận chuyển sản xuất… • Nước thải: nhu cầu sử dụng nước của nhà máy nhiệt điện là rất lớn nên vấn đề nước thải là không thể tránh khỏi, nước thải nhà máy nhiệt điện đốt than có nguồn gốc từ các quá trình khác nhau và mang những đặc trưng khác nhau:Nước làm mát: được thải ra từ quá trình làm mát bình ngưng và các thiết bị phụ, thường thì có nhiệt độ cao, thành phần và tính chất ít biến đổi so với nguồn nước ban đầu; Nước thải ô nhiễm dầu: do các sự cố rò rỉ dầu, quá trình rửa thiết bị có sử dụng dầu, rửa nồi hơi, các động cơ, nhà dầu, nước mưa chảy tràn… Nước thải chứa dầu thường có màng dầu nổi ở phía trên, nếu hàm lượng dầu lớn Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551 Trang 3
có màu đen; Nước xả lò hơi: trong quá trình vận hành lò hơi, để tránh tình trạng đóng cặn lắng trong các bộ quá nhiệt người ta thường bổ sung thêm các hóa chất chống đóng cặn, theo chu kì thì thải rửa. Loại nước nước thải này không thường xuyên và lưu lượng cũng không quá lớn, chất lượng nằm trong tiêu chuẩn xả thải; Nước thải tro xỉ: có lưu lượng lớn, thường để thải 1 tấn tro xỉ phải tốn 4 m 3 nước[3]. Nước thải tro xỉ có độ đục cao, hàm lượng cặn lớn, khả năng tiếp nhận oxi giảm. Nếu không xử lý thì đây là nguồn gây ô nhiễm nước đáng lo ngại; Nước thải sinh hoạt: với lượng công nhân làm việc thường rất đông, nên vấn đề nước thải sinh hoạt cũng đáng quan tâm. Nước thải sinh hoạt thường có hàm l ượng BOD, COD cao, độ màu độ đục cao, hàm lượng chất dinh dưỡng lớn…; Nước rửa thiết bị, rửa dầm nền thiết bị lọc bụi và nước mưa chảy tràn: có độ đục cao, chứa các ion kim loại, có chứa dầu mỡ, hàm lượng chất rắn lớn. • Chất thải rắn: Chất thải rắn nhà máy nhiệt điện chủ yếu là tro xỉ từ quá trình đốt nhiên liệu, thạch cao từ quá trình xử lý SO 2, và một phần là chất thải rắn sinh hoạt, các thiết bị hư hỏng... - Than có hàm lượng tro cao (30,32%), trong đó có 10% là xỉ lò đ ược thải ra nhờ hệ thống tháo xỉ. Phần còn lại là tro bay theo khói (90% hàm l ượng tro) sẽ được tách ra khỏi khối khí thải nhờ hệ thống lọc bụi. Lượng tro xỉ này được thải theo hệ thống kín và đưa ra một hồ chứa tập trung riêng biệt.[3] - Do quá trình xử lý SO2, người ta thường sử dụng phương phấp hấp thụ bằng dung dịch sữa vôi, nên sau hệ thống xử lý SO2 có tạo ra một lượng lớn thạch cao. - Quá trình sinh hoạt làm việc của cán bộ công nhân viên trong nhà máy cũng phát sinh thêm lượng chất thải rắn như: bao bì, thức ăn thừa, giấy, nhựa... và một số chất thải từ các trang thiết bị bị hư hỏng... • Vi khí hậu: - Nhiệt: các quá trình hoạt động với công suất lớn, đặc biệt là lò hơi đã toả ra một lượng nhiệt đáng kể làm cho môi trường không khí xung quanh nóng lên, gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của người lao động. - Tiếng ồn: các thiết bị điều hoạt động với công suất lớn, tiếng ồn luôn ở mức quá giới hạn cho phép. Nếu người lao động không có những thiết bị bảo hộ lao động thì rất dễ bị bệnh nghề nghiệp do tiếng ồn gây ra như: nặng tay, viêm màng nhĩ, điếc nghề nghiệp... Các nguồn chính phát ra tiếng ồn là: máy nghiền than, bộ lọc bụi tĩnh điện, máy phát điện.... I.3.2 Các tác hại của khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than: • Tác hại của tro, bụi: [4] Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551 Trang 4
Tác hại đầu tiên cần phải nói đến là ảnh hưởng đến sức khỏe con người: - trẻ em, người già và những người mắc bệnh về hô hấp là dể bị ảnh hưởng nhiều nhất. Các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 10 µm có thể đi vào tận phế nang gây viêm nhiểm phế quản, hạt nhỏ hơn 2,5 µm có thể đi vào tận màng phổi và đ ọng lại trong lá phổi gây viêm phổi, sơ hóa phổi, nếu nồng độ cao và kéo dài có th ể dẩn đến ung thư phổi.Một số bệnh ở con người do bụi gây ra: đối với hệ hô hấp:viêm mũi, viêm phế quản, hen suyễn, viêm phổi, ung thư phổi; đối với hệ tiêu hóa: giảm men răng gây sâu răng, gây rối loạn tuyến nước bọt, rối loạn hệ tiêu hóa, viêm dạ dày, viêm nhiểm đường ruột làm giảm khả năng tiêu hóa và hấp thụ chất dinh dưỡng; đối với da: tác động đến tuyến nhờn ở da làm khô da, kích thích gây dị ứng da, viêm da, sinh mụn trứng cá, mụn nhọt, lở loét da; đối với mắt: khi bụi tiếp xúc trực tiếp với mắt sẽ kích thích đến màng tiếp hợp gây sưng đỏ, chảy nước mắt nếu tình trạng này kéo dài có thể làm tổn thương màng tiếp hợp gây viêm mi mắt, viêm giác mạc, giảm thị lực, nặng hơn có thể làm mù mắt. - Bụi còn gây tác hại đến hệ sinh thái, ảnh hưởng đến mùa màng: khi bụi lắng đọng trên bề mặt lá cây, nếu không có nước mưa để rửa sạch thì ngăn cản quá trình quang hợp và trao đổi chất của cây làm cây cối chậm phát triển, hệ sinh thái bị tổn hại nặng nề và năng suất cây trồng giảm sút. - Khi bụi phát tán ra môi trường làm giảm độ trong suốt của khí quyển, cản trở tầm nhìn, hư hỏng thiết bị, giảm tuổi thọ của công trình, làm mất giá trị mỹ quan. • Tác hại của SO2: [5], [6] - Khí SO2, SO3 gọi chung là SOx là những khí độc hại không chỉ với sức khỏe con người, động thực vật mà còn tác động lên các vật liệu xây dựng, các công trình kiến trúc. Chúng là những chất có tính kích thích, ở nồng độ nhất định có thể gây co giật cơ trơn của khí quản. Ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăng tiết dịch niêm mạc đường khí quản gây viêm khí quản, khi tiếp xúc với mắt có thể tạo thành axit gây tổn hại đến thị lực. - SOx có thể xâm nhập vào cơ thể người qua các cơ quan hô hấp hoặc cơ quan tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt, cuối cùng chúng có thể xâm nhập vào hệ tuần hoàn. Khi tiếp xúc với SOx có thể tạo ra các hạt axit nhỏ, các hạt này có thể xâm nhập vào các huyết mạch. SOx có thể xâm nhập vào cơ thể người qua da và gây các chuyển đổi hóa học, kết quả của nó là hàm l ượng kiềm trong máu giảm, amoniac bị thoát qua đường tiểu và có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt. - SOxbị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit H2SO4 hay các muối sulfate gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến sự phát Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551 Trang 5
triển thực vật, ảnh hưởng đến hệ sinh thái, làm chua đất và là tác nhân gây ăn mòn kim loại, bê tông và các công trình kiến trúc…. • Tác hại của NO2: [5], [6] - NOx là khí có màu nâu đỏ có mùi gắt và cay, mùi của nó có thể phát hi ện được vào khoảng 0.12 ppm. NO2 là khí có tính kích thích mạnh đường hô hấp. Nó tác động đến hệ thần kinh và phá hủy mô tế bào phổi, làm chảy nước mũi, viêm họng. Khi NO2 với nồng độ 100ppm có thể gây tử vong cho người và động vật sau ít phút. Với nồng độ 5ppm có thể gây ảnh hưởng xấu đến đường hô hấp. Con người tiếp xúc lâu với NO2 khoảng 0.06 ppm có thể gây các bệnh trầm trọng về phổi. - Một số thực vật nhạy cảm cũng bị tác hại bởi NO2 khi ở nồng độ khoảng 1 ppm. NO2 cũng là tác nhân gây ra hiệu ứng nhà kính. • Tác hại của CO [5] [6] - Khí CO là loại khí không màu, không mùi không vị, tạo ra từ quá trình cháy không hoàn toàn của nguyên liệu than. Sức đề kháng của con người với CO rất kém. Những người mang thai và đau tim tiếp xúc với CO sẽ rất nguy hiểm vì ái lực của CO với hemoglobin cao hơn gấp 200 lần so với oxy, nên khi vào cơ thể sẽ lập tức phản ứng với hemoglobin, cản trở oxy từ máu đến các mô. Vì vậy cần một lượng máu lớn hơn nhiều đ ược bơm đến để mang cùng một lượng oxy cần thiết đến các mô.Ở nồng độ khoảng 5ppm có thể gây đâu đầu chóng mặt. Ở những nồng độ từ 10-250 ppm có thể gây tổn hại đến hệ thống tim mạch thậm chí gây tử vong. - Rất nhiều nghiên cứu trên con người và động vật chứng tỏ rằng những người yếu tim sẽ bị tăng thêm căng thẳng khi lượng CO trong máu vượt quá mức. Đặc biệt các nghiên cứu lâm sàng đã cho thấy khi tiếp xúc với CO ở mức cao thì những người hay bị đau thắt ngực sẽ tăng thời gian đau. Những người khoẻ mạnh cũng bị ảnh hưởng, nhưng chỉ khi tiếp xúc với CO cao sẽ dẫn đến khả năng suy giảm thị lực, năng lực làm việc, sự khéo léo, khả năng học tập và hiệu suất công việc. Với các tác hại của khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than như đã trình bày thì yêu cầu cấp bách cho chúng ta là phải có hệ thống xử lý khí thải hợp lý trước khi đưa dòng khí vào môi trường. Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551 Trang 6
CHƯƠNG II: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ CHO HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI II.1 Một số phương pháp xử lý khí thải thường được sử dụng: II.1.1 Các phương pháp xử lý bụi: 1. Xử lý bụi theo phương pháp khô: a.i) Buồng lắng: Buồng lắng là một không gian dạng hình hộp chữ nhật có tiết diện ngang l ớn hơn nhiều lần so với tiết diện của đường ống dẩn khí vào, nhằm giảm vận tốc dòng khí xuống rất nhỏ khi đi vào buồng lắng. Vì vậy, các hạt bụi có đủ thời gian lắng xuống đáy thiết bị dưới tác dụng của trọng lực và được giữ lại ở đó mà không bị dòng khói mang theo. Buồng lắng được ứng dụng để lọc bụi thô, hạt bụi có kích thước lớn hơn 50µm. Ưu điểm: - Thiết bị có cấu tạo đơn giản, đầu tư thấp, có thể xây dựng bằng các vật liệu dể kiếm như gạch, xi măng. - Chi phí vận hành, sửa chữa, bảo dưỡng thấp. - Lọc được hiệu suất cao các hạt bụi có kích thước lớn giảm quá tải cho các thiết bị phía sau, tổn thất áp suất nhỏ. - Có khả năng làm việc trong dải nhiệt độ và áp suất rộng Nhược điểm: - Kích thước thiết bị cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích. - Chỉ có thể lọc các hạt bụi có kích thước lớn hơn 50µm. Thiết bị lọc bụi ly tâm: a.ii) Thiết bị lọc bụi ly tâm hay còn gọi là xiclon. Có cấu tạo gồm thân hình trụ tròn, phía dưới thân hình trụ có phễu thu bụi và dưới cùng là ống thu bụi. Không khí mang bụi đi vào ở phần trên của thiết bị theo đường ống có phương tiếp tuy ến với thân hình trụ, vì vậy dòng khí vào chuyển động theo đ ường xoắn ốc từ trên xuống. Nhờ vào lực ly tâm mà các hạt bụi có xu hướng tiến về phía thành ống rồi va chạm vào đó, mất động năng và rơi xuống phễu hứng bụi. Khi dòng khí chạm vào đáy phễu thì bị dội ngược lên nhưng vẫn giữ được chuyển động xoáy ốc và đi ra ngoài theo đường ống thoát khí được lắp cùng trục với thân thiết bị. Để có được hiệu suất lọc bụi cao người ta thường bố trí hai hay nhiều xiclon theo kiểu mắc nối tiếp, song song hoặc theo kiểu chùm. Ưu diểm: Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp, chi phí vận hành bảo dưỡng thấp, có khả năng làm việc liên tục, có thể chế tạo bằng nhiều loại vật liệu khác nhau tùy vào yêu cầu nhiệt độ áp suất. Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551 Trang 7
Nhược điểm: Hiệu suất thấp đối với hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 5µm; Dể bị mài mòn nếu bụi có độ cứng cao, Hiệu suất sẽ giảm nếu bụi có độ kết dính cao. Thiết bị lọc bụi bằng vật liệu lọc: a.iii) Môi trường lọc hay còn gọi là vật liệu lọc hay lưới lọc. Được cấu tạo từ một hoặc nhiều lớp sợi mà mỗi sợi được xem là có tiết diện tròn nằm cách nhau từ 5- 10 lần so với kích thước của hạt bụi. Khi dòng khí mang bụi đi qua lớp vật liệu lọc thì bụi bị giữ lại trên bề mặt lớp vật liệu sạch. Sau một khoảng thời gian lớp vật liệu lọc có sự thay đổi về mặt cấu trúc do bụi bám vào bên trong, do thay đ ổi độ ẩm hoặc là do một lí do nào đó làm cho sức cản khí động và hiệu quả l ọc bị thay đổi rõ rệt. Thiết bị lắng bụi tĩnh điện: a.iv) Thiết bị có cấu tạo gồm một dây kim loại nhẵn, có tiết diện nhỏ, được căng theo trục của ống kim loại nhờ có đối trọng. Dây kim loại đ ược nạp dòng đi ện một chiều có điện thế cao khoảng 50-100 = kV, còn gọi là cực âm hay cực ion hóa của thiết bị. Cực dương là ống kim loại được bao quanh cực âm và nối đất hay còn gọi là cực lắng. Khi cấp điện thế cao vào cực âm thì tạo ra một điện tr ường mạnh bên trong ống cực dương và khi dòng khí mang bụi đi qua các phân tử khí sẽ bị ion hóa và truyền điện tích âm cho các hạt bụi do tác dụng va chạm hoặc khếch tán ion. Các hạt bụi bị nhiểm điện âm sẽ di chuyển về cực dương (cực lắng) và đọng lại trên bề mặt bên trong của ống hình trụ, mất điện tích và rơi xuống phễu thu bụi. Ngoài ra còn có thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu tấm, là loại thiết bị mà c ực dương là các tấm dạng bảng được đặt song song hai bên các cực âm. Ưu điểm: - Có thể thu bụi với hiệu suất cao 99,5 %. Lưu lượng khí thải lớn. - Có thể thu bụi có kích thước siêu nhỏ, dưới 1µm, và nồng đ ộ bụi l ớn 50 g/m3. - Có thể làm việc trong môi trường có nhiệt độ cao lên đến 5000c. - Làm việc trong phạm vi áp suất cao hoặc áp suất chân không. - Có khả năng tách bụi có độ ẩm cao, cả dạng lỏng hoặc rắn. Nhược điểm: - Vì khá nhạy cảm nên khó khăn trong việc lọc bụi có nồng độ thay đổi lớn. - Chi phí chế tạo cao, vận hành, bảo dưỡng cao và phức tạp hơn các thiết bị khác; dễ bị ăn mòn, hư hỏng trong điều kiện khí thải có chứa hơi axit hay chất ăn mòn; Không thể lọc bụi mà khí thải có chứa các chất dể cháy nổ.có điện trở suất quá cao. Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551 Trang 8
Tốn nhiều không gian để đặt thiết bị. - - Vì môi trường làm việc có điện thế và nhiệt độ cao nên có thể phát sinh các chất gây ô nhiểm môi trường như NOx hay O3. 2. Phương pháp ướt: Phương pháp tách bụi ướt dựa trên nguyên tắc cho dòng khí mang bụi tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng mà thông thường là nước. Bụi sẽ bị chất lỏng giữ lại và tách ra khỏi dòng khí dưới dạng bùn. Trong quá trình xử lý bụi bằng phương pháp ướt có thể kết hợp xử lý một số chất ô nhiểm dạng khí như SO 2, NOx, ngoài ra còn kết hợp để giảm nhiệt độ khí thải trước khi thải ra môi trường. Các thiết bị tách bụi ướt thường được bố trí các vòi phun nước ở các vị trí thích hợp tuỳ từng loại thiết bị. Một số thiết bị được sử dụng để tách bụi theo phương pháp ướt là: Cyclon ướt, ventury ướt, thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nước sủi bọt, thiết bị lọc bụi có lớp đệm bằng vật liệu rỗng được tưới nước, buồng phun-thùng rửa khí rỗng, thiết bị lọc bụi kiểu ướt có tác động va đập quán tính.  Ưu nhược điểm của phương pháp tách bụi ướt: Ưu điểm: - Chi phí đầu tư ban đầu thấp. - Có thể xử lý đồng thời bụi và các khí ô nhiểm. - Có khả năng lọc được những hạt bụi có kích thước nhỏ, hiệu suất lọc bụi cao hơn phương pháp khô. - Không có hiện tượng bụi quay lại. - Có khả năng làm việc với khí thải có nhiệt độ cao. Nhược điểm: - Chi phí vận hành cao, tiêu tốn nhiều năng lượng. - Thiết bị dể bị ăn mòn, phát sinh nhiều bùn thải. II.1.2 Các phương pháp xử lý khí SO2 [7] a.i.1.a.i.1. Xử lý SO2 bằng phương pháp hấp thụ: a.i.1.a.i.1.a. Hấp thụ SO2 bằng đá vôi, vôi nung CaO hoặc sữa vôi (Ca(OH)2) Xử lý SO2 bằng vôi là phương pháp này được áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi. Trong tháp hấp thụ, dòng khí thải mang khí SO2 đi từ dưới lên trên qua bộ phận phân phối khí, dòng dung dịch hấp thụ đi từ trên xuống qua hệ thống giàn phun. Khi SO2 tiếp xúc với dung dịch hấp thụ thì xảy ra quá trình hấp thụ SO2 tạo thành thạch cao, dòng khí sạch qua bộ khử ẩm rồi đi ra ngoài, còn dung dịch sau hấp thụ được trộn với dung dịch hấp thụ mới và tiếp tục được sử dụng đ ến khi nồng đ ộ thạch cao trong dung dịch trên 60 % [16] thì được tháo ra nhờ hệ thống tách thạch cao. Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551 Trang 9
Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình xử lý như sau: CaCO3 + SO2CaCO3 + CO2 CaO + SO2 CaSO3 2CaSO3 + O2 2CaSO4 Hiệu quả hấp thụ SO2 bằng sữa vôi đạt 98%. Sức cản khí động của hệ thống không vượt quá 20 mm H2O.[7] Nguyên liệu vôi được sử dụng một cách hoàn toàn, cụ thể là cặn bùn từ hệ thống xử lý thải ra có thể được sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau khi chuyển sunfit thành sunfat trong lò nung. Ưu điểm: - Công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, có thể chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống axit và không chiếm nhiều diện tích xây dựng. - Hiệu quả xử lý cao, tiêu tốn chất hấp thụ ít và điện năng tiêu thụ thấp. - Độ tin cậy và giá trị lợi ích cao, sản phẩm phụ có độ ổn định cao. a.i.1.a.i.1.b. Hấp thụ SO2 bằng MgO hoặc ZnO: Về khả năng sử dụng sữa MgO (ZnO) để khử SO2 khói thải đã được biết từ lâu, nhưng nghiên cứu ứng dụng trong công nhgiệp mới được thực hiện gần đây chủ yếu là do các nhà khoa học công nghệ của Liên Xô cũ. SO2 được hấp thụ bởi oxit –hydroxit magiê, tạo thành tinh thể ngậm nước sunfit magiê. Trong thiết bị hấp thụ xảy ra các phản ứng sau: MgO + SO2 = MgSO3 MgO + H2O = Mg(OH)2 MgSO3 + H2O + SO2 = Mg(HSO3)2 Mg(OH)2 + Mg( HSO3)2 = 2MgSO3 + 2H2O Độ hòa tan của sunfit magiê trong nước bị giới hạn, nên lượng dư ở dạng MgSO3.6H2O và MgSO3.3H2O rơi xuống thành cặn lắng. Tỉ lệ rắn: lỏng trong huyền phù là 1:10. Độ pH ở đầu vào là 6,8 – 7,5; còn ở đầu ra là 5,5 – 6,0. Sunfat magiê được hình thành do oxit hóa sunfit magiê: MgSO3 + O2 MgSO4 SO2 thoát ra là 7-15% được làm nguội, tách bụi và sương mù axit sunfuric dùng để sản xuất axit sunfuric. Ưu điểm: - Có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ. - Thu được axit sunfuric, hiệu quả làm sạch cao. Nhược điểm: - Quy trình công nghệ phức tạp. - Không phân giải hoàn toàn sulfat khi nung. Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551 Trang 10
Tổn hao MgO khá nhiều. - Xử lý SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ: a.i.1.a.i.1.c. Xử lí khí SO2 trong khí thải bằng các chất hấp thụ hữu cơ được áp dụng nhiều trong công nghiệp luyện kim màu. Chất hấp thụ khí SO2 được sử dụng phổ biến là các amin thơm như anilin C6H5NH2, toluđin CH3C6H4NH2, xyliđin (CH3)2C6H3NH2, và đimety-anilin C6H5N(CH3)2. Quá trình xử lí theo phương pháp trên là quá trình sunfidin: Quá trình này đ ược các hãng công nghiệp hóa chất và luyện kim của Đức nghiên cứu và áp dụng ở nhà máy luyện kim Hamburg để khử SO2 trong khói thải của lò thổi luyện đồng. Nồng độ của khí trong khói thải dao động trong phạm vi 0,5 ÷ 8%, trung bình là 3,6%.Chất hấp thụ là hỗn hợp xylidin và nước tỉ lệ ≈ 1:1. Quá trình khử SO2 bằng dimetylanilin – Quá trình ASARCO: quá trình này được nghiên cứu và áp dụng ở nhiều các nhà máy luyện kim. a.i.1.a.i.2. Xử lý SO2 bằng phương pháp hấp phụ thể rắn: Thực chất của phương pháp này là sử dụng các chất hấp phụ thể rắn có khả năng hấp phụ SO2 đưa vào trong thiết bị phản ứng. Khi SO2 đi qua lớp chất hấp thụ ở một điều kiện nhất định sẽ bị giữ lại trong đó, dòng khí sạch đi ra ngoài, chất hấp phụ được hoàn nguyên bởi những phương pháp khác nhau. Một số chất hấp phụ thể rắn thường được sử dụng: than hoạt tính, than hoạt tính có tưới nước,nhôm oxit kiềm hóa, mangan oxit, bằng vôi và dolomit trộn với than nghiền… II.1.3 Các phương pháp xử lý khí NOx a.iv.1.a.i.1. Khử xúc tác chọn lọc với chất khử là ammoniac:( SCR) Ammoniac là chất khử có khả năng phản ứng chọn lọc với NO và NO2 ở nhiệt độ cao >232 0c. Quá trình khử được thực hiện trên bề mặt xúc tác tạo thành Nito và nước theo các phản ứng sau: Khi có mặt của oxy: 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O 2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O Phản ứng phụ không mong muốn: 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O Khi không có mặt của oxy: 6NO + 4NH3 → 5N2 + 6H2O 6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O Một số nhóm xúc tác thường được dùng cho quá trình này bao gồm: - Nhóm xúc tác kim loại quý: platin Pt, Rodi, Pt-Ro, Pt/Al 2O3 , nhiệt độ làm việc từ 200-300 0C. Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551 Trang 11
Nhóm xúc tác oxit kim loại: Fe2O3/Cr2O3, V2O5/ TiO2…Nhiệt độ làm việc từ - 300-450 0C. - Nhóm xúc tác Zeolite, nhiệt độ làm việc 300-600 0C. Ưu điểm: hiệu quả xử lý cao Nhược điểm: cần phải gia nhiệt dòng khí trước khi đưa vào hệ thống xử lý. a.iv.1.a.i.2. Khử xúc tác không chọn lọc: Các chất khử thường dùng trong phương pháp này là hydrocacbon, hydro, và cacbon monoxit với sự có mặt của xúc tác. Các phản ứng xảy ra: 4NO + CH4 → 2N2 + CO2 + 2H2O 2NO2 + CH4 → N2 + CO2 + 2H2O O2 + CH4 → CO2 + 2H2O. Các loại xúc tác được sử dụng cho quá trình ở quy mô công nghiệp gồm: Platin, muối Crom, các oxit kim loại. Khoảng nhiệt độ giới hạn là 350-800 0C, nhiệt độ tối ưu khoảng 425-650 0C. Ưu điểm: Hiệu suất khử NOx cao, có thể đạt 80-90%. Nhược điểm: Chủ yếu được áp dụng với dòng khói thải có nồng độ oxy thấp.Các chất xúc tác trên dể bị ngộ độc bởi SO2, kẽm và phốt pho có trong khí thải của quá trình đốt. a.iv.1.a.i.3. Khử chọn lọc không có xúc tác: Phương pháp này cũng dựa trên phản ứng chọn lọc của NH 3 với NO và NO2, giống như khử xúc tác chọn lọc nhưng nhiệt độ để xảy ra các phản ứng cao hơn (khoảng 900- 1000 0C). Tác nhân khử được sử dụng là NH3 hoặc Ure, quá trình khử diễn ra chậm. Ở nhiệt độ cao hơn, hầu hết NH 3 được chuyển hóa thành NO: NH3 +O2 →NO + 3/2 H2O Ngoài ra, người ta còn sử dụng một số phương pháp khác để xử lý NOx như: hấp phụ NOx bằng silicagel, alumogel, than hoạt tính… II.2 Lựa chọn công nghệ cho hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện với công suất phát thải 10000 m3/h. Khí thải của nhà máy nhiệt điện đốt than có lưu lượng lớn, nồng độ bụi cao, và chứa nhiều chất ô nhiểm dạng khí như SOx, NOx…có tác hại nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường. Vì vậy chúng ta cần có hệ thống xử lý các chất ô nhiểm này đảm bảo nồng độ của chúng sau khi ra môi trường phải đạt tiêu chuẩn cho phép. Việc lựa chọn các thiết bị cho hệ thống xử lý phụ thuộc vào đặc tính của dòng thải, phụ thuộc vào điều kiện kinh tế kĩ thuật ở mỗi địa phương mỗi quốc gia, đồng thời phải đạt hiệu suất xử lý theo yêu cầu. Vì dòng khí thải có nồng độ bụi khá cao nên việc xử lý bụi trước khi thải ra môi trường là một vấn đề cần cân nhắc trong quy hoạch xây dựng nhà máy nhiệt Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551 Trang 12
điện, mặc khác khí thải có lưu lượng lớn và độ ẩm của khí thải thường thấp nên sử dụng phương pháp khô để xử lý vừa đảm bảo an toàn cho thiết bị vừa không phát sinh lượng lớn nước thải phía sau. Đối với khí thải nhà máy nhiệt điện thì yêu cầu thiết bị xử lý bụi phải có khả năng làm việc với lưu lượng khí thải l ớn, nồng độ bụi rất cao và quan trọng nhất là hiệu suất xử lý phải đạt yêu cầu. Sau khi so sánh ưu nhược điểm và khả năng lọc bụi của các thiết bị thấy rằng bộ lắng bụi tĩnh điện có khả năng đáp ứng được các yêu cầu nhiều nhất. Vì vậy chọn bộ lắng bụi tĩnh điện (ESP) để xử lý bụi là hợp lý nhất. Đối với SO2, trong các phương pháp xử lý được trình bày ở phần II.1.2 thì phương pháp hấp thụ SO2 bằng dung dịch đá vôi, với tháp hấp thụ là tháp rữa khí rỗng là phù hợp với điều kiện kinh tế kĩ thuật nước ta. Ở nước ta các nhà máy nhiệt điện đốt than có sử dụng hệ thống xử lý SO 2 đều sử dụng phương pháp này, đây là điều kiện thuận lợi để người cán bộ kĩ thuật, vận hành cũng như người chế tạo thiết bị dễ dàng trao đổi kinh nghiệm. Tháp rữa khí rỗng có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, chi phí xây dựng hệ thống không cao. Vật liệu hấp thụ - đá vôi - là nguồn vật liệu có sẵn ở Việt Nam, dễ kiếm rẻ tiền, đồng thời quá trình xử lý cũng ít tiêu tốn vật liệu mà hiệu suất xử lý thì khá cao. Vì vậy để xử lý khí thải của nhà máy nhiệt điện đốt than với lưu lượng 10000 m 3/h thì em cũng chọn phương pháp hấp thụ bằng dung dịch đá vôi với tháp hấp thụ là tháp rửa khí rỗng. Để xử lý NOx, hiện nay người ta thường sử dụng phương pháp khử xúc tác có chọn lọc với chất khử là NH3 và xúc tác là V2O5, nhiệt độ làm việc khoảng 300 – 450 oC. Đây là phương pháp có hiệu suất xử lý cao, nhiệt độ làm việc so với các phương pháp khử khác thì thấp hơn nhiều. Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551 Trang 13
Hình II.2 Sơ đồ dây chuyền xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện Thuyết minh sơ đồ làm việc của hệ thống: Dòng khí thải sau khi qua khỏi bộ quá nhiệt thì nhiệt độ vẫn còn cao nên ta phải cho hạ nhiệt độ của dòng khí trước khi đi vào bộ lắng tĩnh điện nhằm giảm lưu lượng khí thải vào thiết bị nên có thể giảm được kích thước thiết bị và kích thước đường ống dẫn. Chất tải nhiệt có thể dùng là nước, vì vừa rẻ tiền lại có sẵn trong hệ thống cấp nước của nhà máy. Nước nóng sau khi tải nhiệt có thể cấp cho lò hơi, một phần cung cấp nước nóng cho việc tắm rữa, sinh hoạt của cán bộ trong nhà máy. Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551 Trang 14
Khói thải sau khi đi qua các bộ trao đổi nhiệt để tận dụng nguồn nhiệt thì được đưa vào bộ lắng bụi tĩnh điện để xử lý bụi. Khi dòng khí mang bụi đi vào thiết bị, nhờ có điện trường mạnh các phân tử khí sẽ bị ion hóa và nhiểm điện âm và di chuyển về các điện cực lắng. Trên đường di chuyển các phân tử khí truyền điện tích âm cho các hạt bụi do tác dụng va chạm hoặc khếch tán ion. Các hạt bụi nhiễm điện âm sẽ di chuyển về cực lắng và đọng lại trên bề mặt của điện cực, sau một khoảng thời gian nào đó, các tấm bụi được giũ ra nhờ hệ thống rung, gõ. Dòng khí sạch bụi đi ra ngoài và được đưa vào thiết bị khử NOx. Dòng khí mang NOx đi vào thiết bị khử xúc tác chọn lọc với chất khử được sử dụng là amniac và xúc tác là V2O5. Ở nhiệt độ cao hơn 300 0C NH3 có khả năng phản ứng chọn lọc với NO và NO2. Quá trình khử được thực hiện trên bề mặt xúc tác V2O5 tạo thành Nitơ và nước. Sau khi xử lý NOx, nhiệt độ dòng khí vẫn còn cao và dòng khí vẫn còn chứa SO2. Như ta đã biết quá trình hấp thụ SO2 xảy ra ở nhiệt độ thấp. Do vậy trước khi đi vào tháp hấp thụ ta cho dòng khói đi qua bộ trao đổi nhiệt ống chùm, đ ể s ấy nóng không khí cung cấp cho buồng đốt. Dòng khí sau khi qua thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm được đưa đến tháp hấp thụ SO2. Trong tháp hấp thụ, dòng khí đi từ dưới lên dung dịch sữa vôi đ ược phun từ trên xuống nhờ hệ thống giàn phun. Khí SO2 tiếp xúc với Ca(OH)2 xảy ra phản ứng mà sản phẩm tạo thành là bùn thạch cao. Bùn thạch cao theo dòng lỏng đi xuống đáy tháp và được tháo ra theo định kì. Khí sạch lên trên qua bộ khử ẩm (để tách nước và bùn còn dính trong khí) rồi ra ngoài qua ống khói nhờ quạt khói. Ống khói có nhiệm vụ vận chuyển dòng khí thải ra môi trường ở một độ cao nhất định, đảm bảo các chất ô nhiểm còn lại không gây tác hại đến môi trường không khí xung quanh. CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN CÔNG SUẤT PHÁT THẢI 10000M3/H III.1 Các Thông Số Thiết Kế: III.1.1 Các thông số đầu vào: Theo yêu cầu thiết kế của đồ án tốt nghiệp thì các thông số đ ầu vào c ủa h ệ thống như sau: - Lưu lượng khí thải: 10000 Nm3/h; - Nhiệt độ khí thải: t = 600oC; Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551 Trang 15
Nồng độ bụi vào: Cv = 38600 mg/Nm3; - - Nồng độ SO2: 1200 mg/Nm3; - Nồng độ NOx: 4000 mg/Nm3 Ở đây Nm3 là mét khối khí thải ở điều kiện chuẩn (t= 0oC và áp suất p = 1 at). III.1.2 Các thông số đầu ra: Theo QCVN 22:2009/ BTNMT- Quy Chuẩn Kỹ Thuật Quốc Gia Về Khí Thải Công Nghiệp Nhiệt Điện thì nồng độ tối đa cho phép của các thông số ô nhiểm trong khí thải công nghiệp nhiệt điện được xác định như sau: Cmax = C.Kp.Kv Với: Cmax: là nồng độ tối đa cho phép của các thông số ô nhiểm trong khí thải công nghiệp nhiệt điện, mg/Nm3;C: nồng độ của các thông số ô nhiểm trong khí thải công nghiệp nhiệt điện được thể hiện trong sau: Bảng III.1: Nồng độ C của các thông số ô nhiễm trong khí thải công nghiệp nhiệt điện. Nồng độ C (mg/Nm3) Thông số Stt B (Theo loại nhiên liệu sử dụng) A Dầu Than Khí Bụi tổng 1 400 200 150 50 Nitơ oxit, NOX 1000 650 (với than có hàm lượng 600 2 250 chất bốc > 10%) (tính theo NO2) 1000 (với than có hàm lượng chất bốc ≤ 10% 3 Lưu huỳnh dioxit 1500 500 500 500 Đối với các tổ máy của nhà máy nhiệt điện hoạt động kể từ ngày 17/10/2005 thì áp dụng quy chuẩn theo cột B. - Kp: là hệ số công suất, với lưu lượng khói thải 10000 Nm3/h, thì công suất thiết kế của nhà máy nhiệt điện < 300 MW. Nên chọn Kp = 1; - Kv: hệ số vùng, khu vực hoạt động. Với công suất thiết kế nhỏ, ta chọn vùng hoạt động thuộc loại 3, phục vụ cho khu công nghiệp. Theo bảng 3 của QCVN 22:2009/BTNMT thì Kv =1. Giả thiết hàm lượng NOx có trong khí thải chỉ gồm có NO và NO2, và NO2 chỉ chiếm 7% hàm lượng NOx. Khi đó phân tử lượng trung bình của NOx sẽ là: MNOx= 0,07.MNO2 + 0,93.MNO = 0,07.46 + 0,93. 30 = 31 (đvc) Theo quy chuẩn cột B, hàm lượng NOx tính theo NO2 là 1000 mg/Nm3 tương đương với hàm lượng NOx trung bình là: 1000*31/46 = 676 (mg/Nm3). Như vậy các thông số đầu ra được tóm tắc trong bảng sau: Bảng III.2 Các thông số đầu ra của hệ thống đạt quy chuẩn thải Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551 Trang 16
Thông số Nồng độ (mg/Nm3) Stt Bụi tổng 1 200 2 SO2 500 3 NOx 676 III.2 Tính Bộ Trao Đổi Nhiệt: Khí thải sau khi ra khỏi bộ quá nhiệt của lò hơi thường có nhiệt độ cao khoảng 600oC, vì vậy cần tận dụng nguồn nhiệt này để hâm một lượng nước tr ước khi cấp cho bao hơi, một phần cung cấp cho sinh hoạt của cán bộ công nhân nhà máy. Ta chọn thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống xoắn gồm nhiều đoạn thẳng đặt song song thẳng đứng được nối với nhau bởi các co, môi chất lạnh là nước đi trong ống, khói nóng đi cắt ngang bên ngoài ống. Chọn nhiệt độ nước vào là t 2’ = 25oC, nhiệt độ nước ra t2’’ = 85 oC, nhiêt độ khí vào t1’= 600oC, khí ra t1’’= 370oC. Vì thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao, nên ta chọn ống trao đổi nhiệt làm bằng thép Crom- Mangan có hệ số dẫn nhiệt λ = 22 W/m.K [8], kích thước ống là d2/d1 = 36/32 mm. t2’’ t2’ 1 t1’→ → t1’’ 2 Hình 3.1 Bộ trao đổi nhiệt 1 – kênh dẫn khí; 2 - ống trao đổi nhiệt, dẫn chất lỏng. Với nhiệt độ khí thải ở 600 oC, tra bảng 5 [8] ta được các thông số sau: - Khối lượng riêng của khói ở 600oc: ρ600 = 0,405kg/m3 - Nhiệt dung riêng đẳng áp: C1p = 1214 J/kg.độ Lưu lượng khí thải ở 6000C: V6000C = V0 * = 10000* = 31978 m3/h →lưu lượng khối lượng khí thải ở 600oC là: G1 = ρ600*V600 = 0,405*31978 = 12951 kg/h = 3,6 kg/s Lượng nhiệt khói thải tỏa ra để giảm nhiệt độ từ 600oC xuống 370oC là: Q1 = G1*C1p* (t1’-t1’’) = 3,6*1214*(600-370) = 1005192 W. Nhiệt độ trung bình của dòng nước đi trong tháp là:t2 = 0,5(25+85) = 55 0C, tại nhiệt độ này nước có nhiệt dung riêng đẳng áp là:C2p = 4,1765 kJ/kg.độ = 4176,5 J/kg.độ[8]. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh của thiết bị trao đổi nhiệt trong các trường hợp hầu như là nhỏ, Qtt= 4%Q1[8] Qtt = 0,04.1027548 = 40207 (W); Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551 Trang 17
Lượng nhiệt mà nước nhận được từ dòng khói: Q2 = G2*C2p*(t2’’-t2’) Với: G2: lưu lượng nước cần sử dụng, kg/s C2p: nhiệt dung riêng đẳng áp của nước tại nhiệt độ t2, J/kg.độ Theo phương trình cân bằng nhiệt lượng ta có: Q1 = Q2 +Qtt → Q2 = Q1-Qtt →G2* C2p*(t2’-t2’’) = 1005192 - 40207 =964985 (W) Suy ra lưu lượng nước cần cung cấp cho thiết bị để làm nguội khí thải là: G2 = = = 3,8 (kg/s) Các thông số ban đầu: - Lưu lượng khí thải: G1 = 3,6 kg/s - Nhiệt độ khói vào: t1’ = 6000C - Nhiệt độ khí ra: t1” = 3700C - Lưu lượng nước cần thiết: G2 = 3,8 kg/s - Nhiệt độ nước vào: t2’ = 25oC - Nhiệt độ nước ra: chọn t2” = 85oC  Xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu của nước: Nhiệt độ trung bình của nước trong bộ hâm nước: t2 = 55 oC Với nhiệt độ trung bình của nước bằng 55 oC, dựa vào bảng 7 –[8], ta có các thông số vật lý của nước như sau: • Khối lượng riêng của nước: ρ2 =985,65 kg/m3 • Độ nhớt động lực: μ2 = 564,4*10-8 Ns/m2 • Độ nhớt động: ѵ = 0,517*10-6 (m2/s) • Nhiệt dung riêng đẳng áp: C2p = 4,1765 kJ/kg.độ • Hệ số dẫn nhiệt: λ2 = 0,6535 W/m.độ • Chuẩn số Pran: 3,26 Vì nước có độ nhớt nhỏ nên tốc độ nước trong ống thường nằm trong khoảng 0,5-3m/s [3], để đảm bảo nước chảy rối trong ống và trở lực của nước không quá lớn. Ở đây ta chọn tốc độ dòng nước ω2 = 0,6 m/s. Chuẩn số Raynol của dòng lỏng: Re2 = = = 37137,3 > 1*104 Vì Re2 = 37137 > 1*104 nên dòng chất lỏng chuyển động trong ống theo chế độ chảy rối. Nên chuẩn số Nuyxen được xác định theo công thức [9]: Nu2 = 0,021ε*Re20,8*Pr20,43*()0,25 Trong đó: Re2 chuẩn số Raynol của nước. Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551 Trang 18
Pr2 : chuẩn số Pran, ở đây hệ số tỏa nhiệt đối lưu của nước α 2 lớn hơn nhiều so với hệ số tỏa nhiệt của khói α1 nên nhiệt độ mặt trong của ống gần như bằng nhiệt độ trung bình của nước t2 vì vậy ta có thể coi ()0,25 =1. ε1: hệ số hiệu chỉnh tính đến tỉ số giữa chiều dài và đường kính ống, chọn l/d >50 nên ε =1. [10] Suy ra: Nu2 = 0,021*1*37137,30,8 *3,260,43 = 158 →Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của nước ở bề mặt trong của ống là: Nu2 = (α2d.d1)/λ2 → α2d = (Nu2* λ2)/ d1[9] α2d = (158*0,6535)/0,032 = 3227 (W/m2.oK)  Xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu của khói thải: Khói thải chuyển động bên ngoài ống dẩn chất lỏng, từ trên xuống dưới. Vì yêu cầu giảm nhiệt độ dòng khói từ 600oC xuống 370oC nên ta xem nhiệt độ trung bình của khói trong thiết bị là t1 = 0,5(600+370) = 485oC. Theo bảng 5- [8] ta có các thông số vật lý của khói ở nhiệt độ trung bình 485oC như sau: - Nhiệt dung riêng đẳng áp: C1p= 1180 J/kg.độ. - Khối lượng riêng: ρ1 = 0,4655 (kg/m3) - Độ nhớt động : ѵ1 = 74,3*10-6 (m2/s) - Hệ số dẫn nhiệt: λ1 = 6,4*10-2 (W/m.độ) - Chuẩn số Pr1 : Pr1 = 0,631 Chuẩn số Raynol của khí: Re1 = Trong đó - ω1: vận tốc dòng khí, ω1 = 10-15 m/s, ta chọn ω1 = 10 m/s; - d2: đường kính ngoài của ống trao đổi nhiệt, d2= 36 mm. → Re1 = = 4845 Vì Re1 = 4845 nằm trong khoảng 103-105, quá trình cấp nhiệt phụ thuộc nhiều nguyên nhân. Nên chuẩn số Nuyxen có thể xác định theo công thức 1.25 [8] đối với chùm ống song song: Nu1 = 0,26*Re10,65*Pr10,65*()0,25*εs Trong đó: Pr1: chuẩn số Pran của dòng khí tra theo nhiệt độ khí, Prt: chuẩn số Pran của dòng khí tra theo nhiệt độ bề mặt ngoài của ống trao đổi nhiệt. Đối với dòng khí chuẩn số Pr ít thay đổi nên có thể xem ()=1. εs: hệ số kể đến ảnh hưởng của bước ống. Có thể bỏ qua giá trị này, εs =1. → Nu1 = 0,26*48450,65*0,6310,33 = 55,5 Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của khói : từ công thức V.33 [9] ta có: Nu1 = (α1d.d2)/λ1 Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551 Trang 19
→ α1d = (Nu1 * λ1)/d2 α1d = (55,5*0,064)/0,036 = 98,7 (W/m2.0K).  Xác định hệ số tỏa nhiệt bức xạ của khói: Vì khí thải có chứa CO2 và hơi nước H2O là khí có ba nguyên tử, nên có tỏa nhiệt do bức xạ α1b và được xác định theo công thức: α1b = Trong đó: t1: nhiệt độ trung bình dòng khí, oC tw: nhiệt độ trung bình của ống trao đổi nhiệt, 0C qb: mật độ dòng nhiệt bức xạ, qb = Với C0 =5,67 hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối; ε qd = là độ đen quy dẩn; và εk độ đen của khói, εw độ đen của bề mặt thép. • Xác định độ đen của thép: Vì thành ống trao đổi nhiệt mỏng và hệ số dẫn nhiệt của thép l ớn, nên có th ể xem nhiệt độ ở mặt trong và mặt ngoài của ống là bằng nhau và bằng nhiệt độ trung bình của vách ống thép, tw1 = tw2 = tw. Và lượng nhiệt trao đổi qua vách ống: q = α 1.δt1 = α2.δt2; với δt1, δt2 độ chênh lệch nhiệt độ giữa khí và nước với thành ống. Ta xem α 1 = 1,05.α1d → α1 = 103,6 (W/m2.0K); α2 = 3227 (W/m2.oK) Nên ta có: δt1 =* δt2 = = 31 δt2 (1) Mặc khác: δt1 + δt2 = ∆t = t1 – t2 = 485 – 55 = 430 0C δt1 = 430 - δt2(2) Từ (1) và (2) ta có: δt2 = tw2 – t2 = 430: 32 = 13,44 0C Vậy nhiệt độ bề mặt ống: tw1 = tw2 = tw = 55 + 13,44 ≈ 69 0C. Tra bảng 15 –[3] ta có độ đen của thép: εw = 0,96 • Xác định độ đen của khói: εk = εCO2 + εH2O Để xác định độ đen của CO2 và hơi H2O, ta cần xác định quảng đường đi trung bình của tia bức xạ: Với bước ống ngang s1 =2,75d2, bước ống dọc s2 =2,4d2 Thông thường khói có phần thể tích rCO2 =13%, rH2O = 11%, từ đó ta tính được phần áp suất của CO2 và H2O trong khói và xem áp suất của khói là p = 1 at: pCO2 = rCO2*p = 0,13 at pH2O = rH2O*p = 0,11 at Nên ta có: pCO2* = 0,13*23 = 2,99 cm.at Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551 Trang 20