Đặc điểm và phương pháp kiểm soát khí thải lò hơi đốt than

Mục lụcLời mở đầu2I.Lò hơi đốt than.3II.Đặc điểm của khí thải lò hơi đốt than.31.Thành phần hóa học của than.32.Đặc điểm của khí thải lò hơi đốt than.43.Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm.5a.Ảnh hưởng đến tự nhiên5b.Ảnh hưởng tới con người54.Tiêu chuẩn về kiểm soát khí thải lò hơi.6III.Các phương pháp kiểm soát khí thải từ lò hơi đốt than.81.Giảm phát thải tại nguồn82.Xử lý làm sạch khí thải trước khi xả vào khí quyển8a.Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp thụ9b.Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ9c.Các phương pháp xử lý SO210d.Các phương pháp xử lý NOx16e.Các phương pháp xử lý CO, CO217IV.Kết luận17V.Tài liệu tham khảo18

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

******************

TIỂU LUẬN KỸ THUẬT KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

Đề tài 15: Đặc điểm và phương pháp kiểm soát khí thải lò hơi đốt than

Giáo viên hướng dẫn: Lý Bích Thủy

Kỹ thuật kiểm soát ô nhiễm không khí

M c l c ục lục ục lục

Lời mở đầu 2

I Lò hơi đốt than 3

II Đặc điểm của khí thải lò hơi đốt than 3

1 Thành phần hóa học của than 3

2 Đặc điểm của khí thải lò hơi đốt than 4

3 Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm 5

a Ảnh hưởng đến tự nhiên 5

b Ảnh hưởng tới con người 5

4 Tiêu chuẩn về kiểm soát khí thải lò hơi 6

III Các phương pháp kiểm soát khí thải từ lò hơi đốt than 8

1. Giảm phát thải tại nguồn 8

2. Xử lý làm sạch khí thải trước khi xả vào khí quyển 8

a Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp thụ 9

b Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ 9

c Các phương pháp xử lý SO 2 10

d Các phương pháp xử lý NO x 16

e Các phương pháp xử lý CO, CO 2 17

IV Kết luận 17

V Tài liệu tham khảo 18

Lời mở đầu

Lò hơi được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp như tạo ra hơi để vận hành đầu máy xe lửa hơi nước, vận hành turbine máy phát điện trong các công đoạn sấy, gia nhiệt định hình, gia nhiệt cho các phản ứng hóa học, làm chín thực phẩm, khử trùng, Trong nhiều ngành sản xuất, lò hơi là thiết bị không thể không có

Các nhà máy sử dụng lò hơi đốt bằng cùi, lò hơi đốt bằng than đá, lò hơi đốt bằng dầu FO thường có lượng khí thải không đạt tiêu chuẩn xả thải ra môi trường Do

đó xử lý, kiểm soát khí thải lò hơi là bắt buộc đối với các nhà máy, xí nghiệp, cơ

sở sử dụng lò hơi

Trong bài tiểu luận này nhóm em xin trình bày về đặc điểm và phương pháp kiểm soát khí thải lò hơi đốt than

I Lò hơi đốt than.

- Lò hơi là thiết bị trong đó xảy ra quá trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình cháy sẽ truyền cho nước trong lò để biến nước thành hơi

- Lò hơi đốt than – sử dụng nguồn nhiên liệu phổ biến , dễ tìm nên được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau

- Hai loại lò hơi đốt than được sử dụng phổ biến hiện nay là:

Công xuất làm việc của loại lò hơi này là 1 đến 10 tấn trên 1 giờ, điều này giúp cho doanh nghiệp tiết kiệm thời gian và áp xuất làm việc Lò hơi ghi tĩnh đốt được nhiều loại nguyên liệu khác nhau như than cục, củi, vỏ điều…

Đây là loại lò hơi được sử dụng phổ biến hơn lò hơi đốt than ghi tĩnh Với cấu tạo thân lò đơn giản gồm hai loại: tổ hợp ống nước công suất 6 - 50 tấn/giờ và ống lửa công suất từ 1 - 6 tấn/giờ phù hợp với những mục đích khác nhau của người dùng Được trang bị đầy đủ hệ thống phun nước, hệ thống lọc bụi, hệ thống thu hồi nhiệt nước và gia tăng gió nóng

- Nguyên lý hoạt động của lò hơi đốt than

Lò hơi đốt than có cấu tạo và nguyên lý hoạt động cũng khá đơn giản Lò hơi hoạt động chủ yếu dựa vào nhiệt lượng sinh ra của nhiên liệu , với lò hơi đốt than thì nhiên liệu là than đá ( có thể là than củi, củi, vỏ trấu ), nhiệt lượng đó biến thành nhiệt năng của hơi nước Hơi này được cung cấp cho các quá trình công nghiệp như gia nhiệt cho không khí để sấy, rửa thiết bị, cung cấp nhiệt trong các nhà máy dệt, đường, hóa chất, rượu bia, nước giải khát… trong trường hợp này hơi sử dụng

là hơi bão hòa Ngoài ra, các nhà máy nhiệt điện dùng tuabin hơi để chạy máy phát điện thì hơi được sử dụng là hơi quá nhiệt

II Đặc điểm của khí thải lò hơi đốt than.

1 Thành phần hóa học của than.

- Cacbon: Cacbon là thành phần cháy chủ yếu trong nhiên liệu rắn , nhiệt

lượng phát ra khi cháy của 1 kg cacbon gọi là nhiệt trị của cacbon, khoảng 34.150 KJ/Kg Vì vậy lượng cacbon trong nhiên liệu càng nhiều thì nhiệt trị của nhiên liệu càng cao Tuổi hình thành nhiên liệu càng già thì thành phần cacbon càng cao, song khi ấy độ liên kết của than càng lớn nên than càng khó cháy

- Hyđrô: Hydro là thành phần cháy quan trọng của nhiên liệu rắn, khi cháy toả

ra nhiệt lượng 144.500 kj/kg Nhưng lượng hyđrô có trong thiên nhiên rất ít Trong nhiên liệu lỏng hyđrô có nhiều hơn trong nhiên liệu rắn

- Lưu huỳnh: Lưu huỳnh là thành phần cháy trong nhiên liệu Trong than đá lưu huỳnh tồn tại dưới ba dạng: liên kết hữu cơ Shc, khoáng chất Sk, liên kết sunfat

của nhiên liệu

- Nhiệt trị của lưu huỳnh bằng khoảng 1/3 nhiệt trị của cacbon Khi cháy lưu

huỳnh sẽ tạo ra khí SO2 hoặc SO3 Lúc gặp hơi nước SO3 dễ hoà tan tạo ra axit

H2SO4 gây ăn mòn kim loại Khí SO2 thải ra ngoài là khí độc nguy hiểm vì vậy lưu huỳnh là nguyên tố có hại của nhiên liệu

- Oxy và Nitơ: Oxy và Nitơ là những chất trơ trong nhiên liệu rắn và lỏng Sự

có mặt của oxyvà nitơ làm giảm thành phần cháy của nhiên liệu làm cho nhiệt trị của nhiên liệu giảm xuống Nhiên liệu càng non thì oxy càng nhiều Khi đốt nhiên liệu, nitơ không tham gia quá trình cháy chuyển thành dạng tự do ở trong khói

- Tro, xỉ : Là thành phần còn lại sau khi nhiên liệu được cháy kiệt

- Độ ẩm: Là thanh phần nước có trong nhiên liệu bốc hơi vào đầu quá trình cháy

2 Đặc điểm của khí thải lò hơi đốt than.

Khí thải của lò hơi đốt than chủ yếu mang theo bụi, CO2, CO, SO2 , SO3 và NOx do thành phần hoá chất có trong than kết hợp với ôxy trong quá trình cháy tạo nên

khoảng 1.333 mg/m3 Lượng khí thải phụ thuộc vào mỗi loại than, với than An-tra-xít Quảng Ninh lượng khí thải khi đốt 1 kg than là VT20 ≈ 7,5 m3/kg

Bụi trong khói thải lò hơi là một tập hợp các hạt rắn có kích thước rất khác nhau,

từ vài micrômét tới vài trăm micrômét Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy tỷ lệ phân bố các loại hạt bụi ở các khoảng đường kính trung bình (Dtb) của lò đốt than như trong bảng 1

Bảng 1 Tỷ lệ phân bố các loại hạt bụi ở lò đốt than: xử lý khói thải lò hơi

Dtb(

μm)m)

0÷

10

10≈

20

20≈

30

30≈

40

40≈

50

50≈

60

60≈

86

86≈

100

>1 00

3 Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm.

a Ảnh hưởng đến tự nhiên

Khí thải lò hơi đốt than không những gây ô nhiễm không khí do bụi mà còn là một trong các chất khí nhân tạo gây các hiện tượng mang tính toàn cầu:

- mưa axit (SO2, NO2): làm tăng độ axit của đất, hủy diệt rừng mùa màng, gây nguy hại đối với sinh vật dưới nước, động thưc vật, làm hỏng nhà cửa cầu cống và các công trình lộ thiên cũng như các công trình ngầm

- hiệu ứng nhà kính (CO2): nhiệt độ trên bề mặt trái đất tăng, đã có hiện tượng băng tan ở 2 cực, mực nước biển tăng; khu vực bờ biển mong manh

dễ bị tràn ngập sóng gió; Bão tố xảy ra thường xuyên hơn, nước mặn thấm vào hệ thống nước ngầm, làm hủy hoại nông nghiệp và ảnh hưởng đến việc cung cấp nước ngọt, làm khí hậu thay đổi bất thường, ảnh hưởng đến chế độ mưa toàn cầu Sự tăng nhiệt độ khí quyển, tăng lượng bốc hơi và thay đổi lượng mưa sẽ dẫn tới sự dịch chuyển các vùng cực của thảm thực vật trên thế giới, làm dịch chuyển các vùng canh tác nông nghiệp

- Suy giảm tầng ozon (NO2,CO): lớp ozone bị mỏng đi, tia cực tím lọt xuống nhiều, ảnh hưởng đến sinh vật phù du trên biển và cá con, đến sản lượng của các giống cây nhạy cảm như cà chua, đậu nành và bông

b Ảnh hưởng tới con người

- Khí SO2, SO3 gọi chung là SOx là những khí độc hại 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 khí

qua các cơ quan hô hấp hoặc cơ quan tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt và cuối cùng chúng có thể xâm nhập vào hệ tuần hoàn Khí tiếp xúc với bụi, SOx có thể tạo ra các hạt axit nhỏ, các hạt này có thể xâm nhập

vào cơ thể người qua da và gây các chuyển đổi hóahọc, kết quả của nó là hàm lượng kiềm trong máu giảm amoniac bị thoát qua đường tiểu và có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt

nồng độ 100ppm có thể gây ung thư 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

trọng về phổi

- Mồ hóng và bụi: Trong phổi người, bụi có thể là nguyên nhân gây kích

thích cơ học gây khó khăn cho các hoạt động của phổi, chúng có thể gây nên các bệnh về đường hô hấp nói chung bụi tro và mồ hóng ảnh hưởng đến sức khỏe con người như gây bệnh hen suyễn, viêm cuống phổi, bệnh khí thủng, bệnh viêm cơ phổi

- Khí CO: khi hít phải, CO sẽ đi vào máu, chúng phản ứng với Hemoglobin

(có trong hồng cầu) thành một cấu trúc bền vững nhưng không có khả năng tải ôxy, khiến cho cơ thể bị ngạt Nếu lượng CO hít phải lớn, sẽ có cảm giác đau đầu, chóng mặt, mệt mỏi Nếu CO nhiều, có thể bất tỉnh hoặc chết ngạt

cũng gây ngạt nhưng không độc bằng CO

4 Tiêu chuẩn về kiểm soát khí thải lò hơi.

QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ KHÍ THẢI CÔNG NGHIỆP ĐỐI VỚI BỤI VÀ CÁC CHẤT VÔ CƠ (QCVN 19-2009/BTNMT )

Quy chuẩn này quy định nồng độ tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp khi phát thải vào môi trường không khí

Quy chuẩn này áp dụng đối với tổ chức, cá nhân liên quan đến hoạt động phát thải khí thải công nghiệp có chứa bụi và các chất vô cơ vào môi trường không khí

Khí thải của một số ngành công nghiệp và lĩnh vực hoạt động đặc thù được quy định riêng

Bảng 2 - Nồng độ C của bụi và các chất vô cơ làm cơ sở tính nồng độ tối đa cho phép trong khí thải công nghiệp

T

Nồng độ C (mg/Nm3)

13 Flo, HF, hoặc các hợp chất vô cơ của Flo, tính

theo HF

17 Nitơ oxit, NOx (cơ sở sản xuất hóa chất), tính

Trong đó:

- Cột A quy định nồng độ C của bụi và các chất vô cơ làm cơ sở tính nồng

độ tối đa cho phép trong khí thải công nghiệp đối với các cơ sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ công nghiệp hoạt động trước ngày 16 tháng 01 năm 2007 với thời gian áp dụng đến ngày 31 tháng 12 năm 2014;

- Cột B quy định nồng độ C của bụi và các chất vô cơ làm cơ sở tính giá trị tối đa cho phép trong khí thải công nghiệp đối với:

+ Các cơ sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ công nghiệp hoạt động

kể từ ngày 16 tháng 01 năm 2007;

+ Tất cả các cơ sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ công nghiệp với thời gian áp dụng kể từ ngày 01 tháng 01 năm 2015

III Các phương pháp kiểm soát khí thải từ lò hơi đốt than.

1 Giảm phát thải tại nguồn

nito có trong than gây ra Để giảm thiểu chất thải ô nhiễm vào không khí, ta có thể giảm phát thải tại nguồn bằng các phương pháp như:

- Thực hiện các quá trình cháy hiệu quả cao hơn- tăng cường hiệu suất sử

dụng nguyên/nhiên liệu đầu vào( ở đây là than)

- Thay thế nhiên liệu ít sạch bằng nhiên liệu sạch hơn

2 Xử lý làm sạch khí thải trước khi xả vào khí quyển

Xử lý làm sạch khí thải về nguyên tắc là giải pháp cơ bản bắt buộc với các chất ô nhiễm Xử lý khí thải có thể thực hiện bằng 3 phương pháp sau:

 Hấp phụ các chất ô nhiễm trên bề mặt vật liệu rắn

a Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp thụ

- Hấp thụ là quá trình hút khí bằng chất lỏng, khí được hút gọi là chất hấp thụ, chất lỏng để hút gọi là dung môi hay chất hấp thụ, khí không hấp thụ gọi là khí trơ Hấp thụ dựa trên cơ sở của quá trình chuyển khối nghĩa là phân chia pha, phụ thuộc vào sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thụ trong pha khí

- Phương pháp hấp thụ được chia làm 2 loại là hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học

cơ cấu của quá trình này được chia làm 3 bước:

 Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt của chất hấp thụ

 Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ

 Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt vách ngăn vào sâu trong lòng khối chất lỏng hấp thụ

- Khi chuyển từ pha khí vào pha lỏng, năng lượng phân tử của cấu tử phân tán

giảm Vì vậy quá trình hấp thụ sẽ kèm theo sự tỏa nhiệt và làm tăng nhiệt độ của hệ thống

- Nhiệt độ và áp suất là những yếu tố ảnh hưởng quan trọng lên quá trình hấp

thụ mà chủ yếu là ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng và động lực của quá trình Định luật Henry

ycb = mx

đối với khí lý tưởng, m là hằng số đối với khí thực, m phụ thuộc vào x nên đường cân bằng là đường cong Hằng số cân bằng được tính

m = H/P

H: hệ số Henry được tra theo bảng, có thứ nguyên của áp suất

P: áp suất, at

Ta có quan hệ

Y = mX /(1+(1 – m)X Với X, Y là nồng độ phần mol tương đối

b Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ

Hấp phụ là quá trình hút các chất trên bề mặt các vật liệu xốp, nhờ các lực bề mặt các vật liệu xốp được goi là chất hấp phụ, chất bị hút gọi là chất bị hấp phụ

Đối với khí, hấp phụ có tác dụng tương tự như hấp thụ Tuy nhiên hấp tụ là quá trình hút và hòa tan vào lòng chất lỏng, còn hấp phụ thì chỉ hút trên bề mặt

Hấp phụ được chia thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

- Hấp phụ vật lý: các phân tử khí bị hút vào bề mặt chất hấp phụ nhờ có lực liên

kết giữa các phân tử Hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt Ưu điểm của hấp phụ vật

lý là quá trình thuận nghịch, quá trình hấp phụ diễn ra nhanh

- Hấp phụ hóa học: là kết quả của các phản ứng hóa học giữa chất bị hấp phụ và

vật liệu hấp phụ Lượng nhiệt tỏa ra lớn, một điểm quan trọng trong hấp phụ hóa học là quá trình hấp phụ không thuận nghịch

Quá trình chuyển chất trong hấp phụ được xem như gồm 3 giai đoạn:

- Giai đoạn thứ nhất là khuếch tán từ môi trường lỏng đến bề mặt hạt chất hấp

phụ Giai đoạn này phụ thuộc tính chất vật lý và thủy động lực của chất lỏng

- Giai đoạn thứ hai là khuếch tán theo các mao quản đến bề mặt

- Giai đoạn cuối cùng là tương tác hấp phụ

Hai giai đoạn sau phụ thuộc vào tính chất và cấu trúc hấp phụ

Quá trình hấp phụ được áp dụng rất phù hợp với những trường hợp sau:

- Chất khí ô nhiễm không cháy được hoặc khó đốt cháy.

- Chất khí cần khử có giá trị và cần thu hồi.

- Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong khí thải mà các quá trình khử khí khác

không áp dụng được

c Các phương pháp xử lý SO 2

của con người Trên thế giới hằng năm tiêu thụ gần 2 tỷ tấn than đá các loại và gần

1 tỷ tấn dầu mỏ Khi thanh phần lưu huỳnh trong nhiên liệu trung binh chiếm 1% thì lượng SO2 thải vào khí quyển là 60 triệu tấn/ năm Đó là chưa kể lượng SO2 thải

đã trở thanh mối hiểm họa của nhiều quốc gia, nhất là các nước đang phát triển

phương pháp khác nhau:

- Hấp thụ SO 2 bằng nước:

Hấp thụ khí SO2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí thải đi qua

diễn ra theo phương trình :

SO2 + H2O => H+ + HSO3

hệ thống hấp thụ khí SO2 phải đủ thấp Còn để giải thoát khí SO2 khổi nước thì nhiệt độ của nước phải cao Cụ thể là nhiệt độ 100oC thì khí SO2 bốc ra một cách hoàn toànvà trong khí thoát ra có lẫn hơi nước Bằng phương pháp ngưng tụ người

hấp thụ có thể tích lớn SO2 thoát ra khỏi dung dịch khi nhiệt độ cao

- Xử lý SO 2 bằng đá vôi CaCO 3 hoặc vôi nung CaO

Là phương pháp áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu quả xử lí cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi

Các phản ứng xảy ra trong quá trình xử lí như sau:

CaCO3 + SO2 => CaSO3 + CO2

CaO + SO2 => CaSO3

2CaSO3 + O2 => 2CaSO4

vượt quá 20 mm cột nước

Nguyên liệu vôi được sử dụng một cách hoàn toàn, cụ thể là cắn bùn từ hệ thống xứlý khí thải ra có thể được sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau khi chuyến sunfit thành sunfat trong lò nung

Ưu điểm của phương pháp: Quy trình công nghệ đơn giản, chi phí hoạt động thấp, chất hấp thụ dễ tìm và rẻ tiền, có khả năng xử khí mà không cần làm nguội và xử lí bụi sơ bộ