Xác định hệ số phát thải cho công đoạn cán thép sử dụng dầu FO

Nguyễn Thị Thu Thủy<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 88(12): 181 - 184<br /> <br /> XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI CHO CÔNG ĐOẠN CÁN THÉP<br /> SỬ DỤNG DẦU FO<br /> Nguyễn Thị Thu Thủy*<br /> Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp - ĐH Thái Nguyên<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Nghiên cứu này đã tiến hành quan trắc, xác định đƣợc nồng độ của một số chất ô nhiễm không khí<br /> trong công đoạn cán thép. Các chất ô nhiễm dạng khí trong khí thải đƣợc đo bằng thiết bị Drager<br /> MSI. Kết quả cho thấy SO2 có nồng độ cao nhất trong số các chất gây ô nhiễm. Hệ số phát thải CO,<br /> SO2 và NOx của công đoạn cán thép sử dụng dầu FO đã đƣợc xác định trong nghiên cứu này. Hệ số<br /> phát thải thu đƣợc trong nghiên cứu nằm cùng một dải so với các nghiên cứu ở một số nƣớc khác.<br /> Từ khóa: Phát thải, hệ số phát thải, cán thép, dầu FO, công nghiệp.<br /> <br /> ĐẶT VẤN ĐỀ*<br /> Hệ số phát thải là một trong những phƣơng<br /> pháp tính toán tải lƣợng chất ô nhiễm không<br /> khí đơn giản và có chi phí thấp hơn so với các<br /> phƣơng pháp tiếp cận khác nhƣ mô hình phát<br /> thải theo nguồn hay quan trắc phát thải [3].<br /> Cho đến nay, việc nghiên cứu xây dựng hệ số<br /> phát thải ở các nƣớc phát triển đã có phƣơng<br /> pháp luận và quy trình thực hiện đạt đƣợc ở<br /> trình độ khoa học công nghệ cao, còn một số<br /> nƣớc đang phát triển trong đó có Việt Nam,<br /> vấn đề này còn rất mới mẻ, đang ở giai đoạn<br /> nghiên cứu thử nghiệm. Việc xác định bộ hệ<br /> số phát thải các chất ô nhiễm ứng với từng<br /> công đoạn trong công nghiệp nói chung còn<br /> hạn chế và việc áp dụng vào thực tế còn gặp<br /> nhiều khó khăn do chƣa có phƣơng pháp luận<br /> và quy trình một cách khoa học, cụ thể. Tại<br /> Việt Nam, ngoài một số nghiên cứu về sự<br /> phát thải PAH trong các nhà máy nhiệt điện<br /> [6], hệ số phát thải trong nguồn giao thông<br /> [4]…hiện vẫn chƣa có nghiên cứu chuyên sâu<br /> về hệ số phát thải cho công đoạn cán thép sử<br /> dụng dầu FO.<br /> Chính vì vậy, đề tài “Xây dựng bộ hệ số phát<br /> thải cho công đoạn cán thép sử dụng dầu<br /> FO” chọn vấn đề trên làm nội dung nghiên<br /> cứu của mình. Kết quả của đề tài hy vọng sẽ<br /> góp phần hoàn thiện, bổ sung cơ sở khoa học<br /> và phƣơng pháp luận cho việc xây dựng bộ hệ<br /> số phát thải các chất ô nhiễm không khí, để có<br /> *<br /> <br /> Tel: 0979958785; Email: Thuynguyenktmt@gmail.com<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> một quy trình tính toán tải lƣợng chất ô nhiễm<br /> thống nhất áp dụng cho các vùng khác nhau,<br /> phục vụ cho công tác quản lý môi trƣờng<br /> không khí của nƣớc ta.<br /> ĐỐI TƢỢNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> Đối tượng nghiên cứu<br /> Khói thải nhà máy cán thép Lƣu Xá, chi<br /> nhánh công ty Cổ phần Gang thép Thái<br /> Nguyên<br /> Phương pháp nghiên cứu<br /> Đối với nguồn tĩnh, hệ số phát thải thƣờng<br /> đƣợc biểu diễn bằng lƣợng chất ô nhiễm phát<br /> thải trên một đơn vị nhiên liệu đã đƣợc đốt<br /> cháy, hay còn đƣợc gọi là hệ số phát thải theo<br /> khối lƣợng (mass – based emission factor) và<br /> đƣợc tính theo công thức<br /> Mi<br /> EFi =<br /> Mnl<br /> Trongđó:<br />  EFi: hệ số phát thải của chất ô nhiễm thứ i,<br /> g/kg<br />  Mi: lƣợng chất ô nhiễm thứ i phát thải<br /> trong quá trình đốt, g<br />  Mnl - khối lƣợng nhiên liệu đã đốt, kg [7].<br /> Từ công thức trên nhận thấy việc xác định<br /> lƣợng nhiên liệu đã đốt tƣơng đối đơn giản<br /> đặc biệt là trong các quá trình công nghiệp.<br /> Để xác định đƣợc hệ số phát thải chủ yếu phải<br /> tính đƣợc lƣợng chất ô nhiễm phát thải trong<br /> quá trình đốt mà cụ thể là xác định đƣợc nồng<br /> độ các chất ô nhiễm không khí phát sinh và<br /> tổng lƣợng khí thoát ra trong toàn bộ quá<br /> trình đốt.<br /> 181<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Nguyễn Thị Thu Thủy<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Quan trắc nguồn thải là một trong các phƣơng<br /> pháp tiếp cận thƣờng ứng dụng để xác định<br /> lƣợng phát thải trong quá trình đốt cho độ<br /> chính xác cao. Cơ sở chung của phƣơng pháp<br /> là tiến hành đo đạc trực tiếp tại nguồn thải,<br /> thu thập số liệu và kết hợp các phƣơng pháp<br /> tính toán, từ đó xác định đƣợc tải lƣợng các chất<br /> ô nhiễm phát sinh. Phƣơng pháp này cho phép<br /> xác định đƣợc hầu hết các chất ô nhiễm không<br /> khí thƣờng gặp nhƣ CO, SO2, NOx và bụi.<br /> Đối với các chất ô nhiễm dạng khí trong thí<br /> nghiệm này, dựa vào số liệu đo đạc trên thiết<br /> bị đo nhanh, tính giá trị nồng độ trung bình<br /> trong khí thải cho từng mẫu.<br /> Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải<br /> Chuyển đổi thể tích khí từ điều kiện thực tế<br /> về điều kiện kiện chuẩn theo công thức:<br /> P1V1<br /> T1<br /> =<br /> P2V2<br /> T2<br /> Trong đó:<br />  P1, P2: Áp suất khí ở điều kiện thực tế và<br /> điều kiện tiêu chuẩn (atm).<br />  V1, V2: Thể tích khí ở điều kiện thực tế và<br /> điều kiện tiêu chuẩn (m3).<br />  T1, T2: Nhiệt độ khí ở điều kiện thực tế và<br /> điều kiện tiêu chuẩn (oK).<br /> Lượng phát thải trong quá trình đốt<br /> Lƣợng phát thải của chất ô nhiễm đƣợc tính<br /> theo công thức sau:<br /> Mi = Ci x Li x t x10-3 (g)<br /> Trong đó:<br />  Ci: Nồng độ chất ô nhiễm thứ i (mg/m3).<br /> <br /> 88(12): 181 - 184<br /> <br />  Li: Lƣu lƣợng khí thải (m )<br />  t: Thời gian đốt nhiên liệu (h)<br /> Lƣu lƣợng khí thải sinh ra trong quá trình đốt<br /> đƣợc tính theo công thức sau :<br /> Li = u × S × 3600 (m3/h)<br /> Trong đó:<br />  u: Vận tốc trung bình của dòng khí tại<br /> điểm lấy mẫu (m/s).<br />  S: Tiết diện ống khói tại vị trí lấy mẫu (m2)<br /> KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải<br /> Nghiên cứu tiến hành đo đạc khí thải ống<br /> khói năm lần (ký hiệu mẫu CT1 đến CT5) vào<br /> ngày 20/09/2011. Lƣu lƣợng khí thải đƣợc<br /> tính dựa vào vận tốc khí thải, tiết diện ống<br /> khói và quy về điều kiện chuẩn. Nhiệt độ khí<br /> thải là giá trị trung bình nhiệt độ của khí thải<br /> tại vị trí quan trắc. Nồng độ các chất ô nhiễm<br /> dạng khí đƣợc quy về điều kiện tiêu chuẩn<br /> (25oC và 1 atm) theo bảng 3.1.<br /> Qua các kết quả của nghiên cứu này, trong<br /> các chất ô nhiễm quan tâm phát sinh từ quá<br /> trình đốt các loại nhiên liệu, SO2 là chất ô<br /> nhiễm có nồng độ trung bình lớn nhất trong<br /> khí thải, dao động trong khoảng từ 1282,52<br /> đến 1317,10 mg/Nm3. Nồng độ SO2 cao nhƣ<br /> vậy có thể là do phản ứng cháy hoàn toàn,<br /> hầu hết lƣu huỳnh trong dầu FO đƣợc chuyển<br /> hóa thành SO2. NOx có nồng độ cao dao động<br /> ổn định trong khoảng 736,35 đến 738,39<br /> mg/Nm3 trong khi CO có nồng độ nhỏ hơn<br /> khá nhiều, cụ thể là từ 5,09 đến 7,12 mg/Nm3.<br /> 3<br /> <br /> Bảng 1. Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải<br /> Kí hiệu<br /> mẫu<br /> CT1<br /> CT2<br /> CT3<br /> CT4<br /> CT5<br /> <br /> Nhiệt độ<br /> khí thải<br /> (oC)<br /> <br /> Lưu lượng<br /> khí thải<br /> (m3/h)<br /> <br /> 423,8<br /> 424,5<br /> 422,6<br /> 423,3<br /> 425,2<br /> Trung bình<br /> <br /> 10970<br /> 10568<br /> 10597<br /> 10194<br /> 10557<br /> <br /> Nồng độ các chất ô nhiễm<br /> CO<br /> (mg/Nm3)<br /> 5,09<br /> 6,10<br /> 6,10<br /> 5,09<br /> 7,12<br /> 5,90±0,85<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> SO2(mg/Nm3)<br /> <br /> NOx(mg/Nm3)<br /> <br /> 1282,52<br /> 1317,10<br /> 1316,25<br /> 1306,11<br /> 1282,52<br /> 1300,90±17,33<br /> <br /> 736,35<br /> 743,47<br /> 738,39<br /> 736,35<br /> 737,37<br /> 738,39±2,97<br /> <br /> 182<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Nguyễn Thị Thu Thủy<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 88(12): 181 - 184<br /> <br /> (Nhà máy cán thép Lưu Xá Thái Nguyên)<br /> <br /> Kết quả về nồng độ của CO và NOx là hoàn<br /> toàn hợp lý. Với nhiệt độ lò vào khoảng<br /> 1200oC, nồng độ NO trong khí thải xấp xỉ 900<br /> mg/Nm3 (785 ppm) khi không có thiết bị xử lý<br /> [5]. Nhiệt độ cao nhƣ vậy cộng với việc dầu<br /> đƣợc phun sƣơng với áp lực khí nén 2KG/cm2<br /> nên diện tích tiếp xúc giữa dầu và khí nóng<br /> tăng lên khiến cho quá trình đốt cháy diễn ra<br /> hoàn toàn làm cho nồng độ CO trong khí thải<br /> thấp [1].<br /> Lượng khí thải trong một ca làm việc<br /> Theo nhật ký làm việc của ngày quan trắc,<br /> thời gian làm việc của ca 1 ngày 20/09/2011<br /> là 460 phút, từ đó tính lƣợng phát thải trong<br /> ca làm việc này nhƣ 3.2.<br /> Lƣợng phát thải khí ô nhiễm trong một ca làm<br /> việc khá cao do lƣu lƣợng thoát ra tƣơng đối<br /> lớn. Có thể thấy lƣợng phát thải SO2 lớn nhất<br /> khoảng 105 kg/ca và lƣợng CO nhỏ nhất vào<br /> khoảng 478 g/ca. Lƣợng SO2 tính từ nồng độ<br /> SO2 đo đạc đƣợc cũng xấp xỉ lƣợng SO2 tính<br /> toán lý thuyết, hiệu suất chuyển đổi lƣu<br /> huỳnh thành SO2 là 95% với hàm lƣợng lƣu<br /> huỳnh khoảng 1,6% (Thành phần lƣu huỳnh<br /> của dầu FO trong nghiên cứu)<br /> <br /> Hệ số phát thải<br /> Theo nhật ký làm việc của ngày quan trắc,<br /> lƣợng dầu FO sử dụng trong ca 1 là 3,471 tấn,<br /> từ đó ta tính đƣợc lƣợng phát thải trong ca<br /> làm việc này nhƣ bảng 3.3.<br /> Nhận thấy rằng hệ số phát thải của SO2 là cao<br /> nhất vào 30,39 g/kg nhiên liệu và 431g/kg sản<br /> phẩm. Hệ số phát thải theo sản phẩm của SO2<br /> cũng tƣơng tự với hệ số phát thải của IPCC<br /> (450g/kg sản phẩm) nhƣng cao hơn hệ số của<br /> UNEP đã công bố (250 g/kg sản phẩm). Điều<br /> này có thể giải thích do hàm lƣợng lƣu huỳnh<br /> trong nhiên liệu nghiên cứu này cao hơn so<br /> với các nghiên cứu của UNEP. Hệ số phát<br /> thải SO2 theo nhiên liệu của nghiên cứu này<br /> cũng khá tƣơng đồng với hệ số phát thải SO2<br /> của lò hơi dùng dầu FO với cùng hàm lƣợng<br /> lƣu huỳnh tƣơng tự nhau [2]. Có thể so sánh<br /> hệ số phát thải giữa lò nung và lò hơi do SO2<br /> không phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ quá trình<br /> cháy mà phụ thuộc vào hàm lƣợng lƣu huỳnh<br /> trong nhiên liệu cũng nhƣ hiệu suất quá trình<br /> cháy. Hệ số phát thải của CO theo sản phẩm<br /> vào khoảng 0,14g CO/tấn, cao gấp 1,4 lần khi<br /> so sánh với số liệu của IPCC.<br /> <br /> Bảng 2. Lượng phát thải trong ca làm việc<br /> Kí hiệu mẫu<br /> CT1<br /> CT2<br /> CT3<br /> CT4<br /> CT5<br /> <br /> Thời gian<br /> 1 ca (h)<br /> 7,67<br /> 7,67<br /> 7,67<br /> 7,67<br /> 7,67<br /> Trung bình<br /> <br /> Lưu lương<br /> khí thải<br /> (m3/h)<br /> 10970<br /> 10568<br /> 10597<br /> 10194<br /> 10557<br /> <br /> Lượng khí thải trong một ca làm việc<br /> CO (g)<br /> <br /> SO2(g)<br /> <br /> NOx(g)<br /> <br /> 427,70<br /> 494,41<br /> 495,76<br /> 397,43<br /> 576,24<br /> 478,31<br /> <br /> 107865,57<br /> 106710,51<br /> 106933,40<br /> 102076,90<br /> 103804,67<br /> 105478,21<br /> <br /> 6192,30<br /> 60238,70<br /> 59989,87<br /> 57547,67<br /> 59567,49<br /> 59854,61<br /> <br /> Bảng 3. Hệ số phát thải các khí ô nhiễm<br /> Kí<br /> hiệu<br /> mẫu<br /> CT1<br /> CT2<br /> CT3<br /> CT4<br /> CT5<br /> <br /> Lượng Lượng<br /> sản<br /> nhiên<br /> CO<br /> CO<br /> phẩm/ca liệu/ca<br /> (g/kg)<br /> (g/kg sp)<br /> (kg)<br /> (kg)<br /> 244817<br /> 3471<br /> 0,12<br /> 1,7470<br /> 3471<br /> 244817<br /> 0,14<br /> 2,0195<br /> 3471<br /> 244817<br /> 0,14<br /> 2,0250<br /> 3471<br /> 244817<br /> 0,11<br /> 1,6234<br /> 3471<br /> 244817<br /> 0,17<br /> 2,3537<br /> Trung bình<br /> 0,14±0,02 1,95±0,28<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> Hệ số phát thải<br /> SO2<br /> (g/kg)<br /> <br /> SO2<br /> (g/kg sp)<br /> <br /> NOx<br /> (g/kg)<br /> <br /> NOx<br /> (g/kg sp)<br /> <br /> 31,08<br /> 440,60<br /> 17,84<br /> 297,34<br /> 30,74<br /> 435,88<br /> 17,35<br /> 286,10<br /> 30,81<br /> 436,79<br /> 17,28<br /> 293,29<br /> 29,41<br /> 416,95<br /> 16,58<br /> 278,25<br /> 29,91<br /> 424,01<br /> 17,16<br /> 290,18<br /> 30,39±0,7 430,85±9,94 17,24±6,42 244.49±6.42<br /> <br /> 183<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Hệ số phát thải của NOx 17,24 g/kg dầu FO, và<br /> 0,24 kg/tấn sản phẩm. Dải hệ số phát thải của<br /> nghiên cứu này hoàn toàn phù hợp với hệ số<br /> phát thải của UNEP đối với quá trình cán thép<br /> nóng (0,25g/kg sản phẩm). Bên cạnh đó, các sai<br /> số khi tính toán cũng nằm trong khoảng cho<br /> phép. Điều này chứng minh đƣợc độ chính xác<br /> trong quá trình quan trắc và độ tin cậy của thí<br /> nghiệm.<br /> KẾT LUẬN<br /> Nghiên cứu đã tiến hành quan trắc để xác định<br /> hệ số phát thải của một số chất ô nhiễm gồm<br /> CO, SO2, NOx từ công đoạn cán thép sử dụng<br /> dầu FO. Kết quả này khá tƣơng đồng với các<br /> nghiên cứu tƣơng tự với hệ số phát thải đang<br /> đƣợc sử dụng phổ biến của US EPA, IPCC và<br /> UNEP. Kết quả thu đƣợc của nghiên cứu có thể<br /> góp phần bổ sung cơ sở dữ liệu về hệ số phát<br /> thải, giúp cho việc kiểm kê phát thải và đánh giá<br /> ô nhiễm không khí ở Việt Nam.<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Trần Ngọc Chấn (2001), Ô nhiễm không khí và<br /> xử lý khí thải, tập 2, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ<br /> thuật, Hà Nội<br /> [2]. U. S Environmental Protection Agency (1998),<br /> Report on revisions to 5th edition AP-42 Section 1.3<br /> Fuel Oil Combustion.<br /> [3]. US Environmental Protection Agency (1972),<br /> "Emissionfactors & AP42.<br /> [4]. Noel de Nevers (1997), Air pollution control<br /> engineering, McGraw-Hill Science, NewYork<br /> [5]. Nghiem Trung Dung, Lars Bætz Reutergårdh,<br /> Nguyen Thi Kim Oanh, Dang Kim Chi, and Hoang<br /> Xuan Co (2004), Emission of Polycyclic Aromatic<br /> Hydrocarbons Associated with Particulate Matter<br /> from a Coal-Fired Power Plant in Vietnam, Tạp chí<br /> Hóa học và Ứng dụng, 9 (33), trg 36-40<br /> [6]. Jim Junfeng Zhang, Lidia Morawska (2002),<br /> Combustion sources of particles: 2. Emission factors<br /> and measurement methods, Chemosphere, 49, pg.<br /> 1059–1074.<br /> [7]. Junfeng Zhang, Lidia Morawska (2002),<br /> Combustion sources of particles: 2. Emission factors<br /> and measurement methods, Chemosphere, 49, trg<br /> 1059–1074<br /> <br /> ABSTRACT<br /> DETERMINATION OF EMISSION FACTORS FOR STEEL ROLLING<br /> USING FUEL OIL<br /> Nguyen Thi Thu Thuy*<br /> College of Technology - TNU<br /> <br /> Concentration of some air pollutants in steel rolling was determined in this study. The gaseous pollutants in<br /> the flue gas were measured by using a monitor of Drager MSI. Concentration of SO 2 was the highest in this<br /> study. Emission factors of CO, SO2 and NOx for steel rolling using fuel oil were identified. The emission<br /> factors obtained in this study are in the same range with those in other countries.<br /> Keywords: Emission, emission factor, steel rolling, fossil oil, industry.<br /> <br /> *<br /> <br /> Tel: 0979958785; Email: Thuynguyenktmt@gmail.com<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> 184<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br />