CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI

Chương 3: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI

Phương hướng hiệu quả và tiến bộ hiện nay để giảm thiểu chất thải là cải tiến, sáng lập các
quá trình công nghệ không thải. Tuy nhiên cho đến nay phương tiện chủ yếu để giải quyết khí
thải ô nhiễm vẫn là các thiết bò, qui trình công nghệ xử lý khí thải cuối đường ống. Ở đây cần
lưu ý là kết quả của việc xử lý là phải thu được khí đạt tiêu chuẩn chất lượng môi trường và
chất độc hại phải được xử lý triệt để.

Do đó xử lý khí thải được hiểu là một quá trình sản xuất mà nguyên liệu là khí bò ô nhiễm,
còn sản phẩm phải là khí sạch và chất ô nhiễm được thu ở dạng thành phẩm có thể ứng dụng
trực tiếp hoặc làm nguyên liệu cho một quá trình công nghệ khác hay được chuyển về dạng
không độc.

3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI

Các phương pháp xử lý khí thải có thể được chia thành hai nhóm lớn:

Nhóm 1: Các phương pháp xử lý bụi;
Nhóm 2: Các phương pháp xử lý khí độc.

Có thể hình dung các phương pháp xử lý khí thải qua sơ đồ 3.1.

3.2 HIỆU QUẢ XỬ LÝ KHÍ THẢI

Hoạt động của thiết bò xử lý có thể được đánh giá bằng 2 đại lượng:

1. Nồng độ của chất độc còn lại trong khí thải. Đại lượng này cho biết khí sau xử lý
có đạt tiêu chuẩn chất lượng môi trường hay không.

2. Hiệu quả xử lý : được xác đònh bằng tỷ lệ chất thải được loại đi trên tổng số chất
thải trong khí thải ban đầu.

(%)
0
0
G
GG 



Trong đó:
G
0
: số lượng hay nồng độ chất thải ban đầu;
G : số lượng hay nồng độ chất thải sau xử lý.

Hiệu quả xử lý của hệ thống bao gồm tổ hợp n thiết bò xử lý được xác đònh theo công
thức sau:

 = 1 – (1 – 
1
) (1 – 
2
)…… (1 – 
n
)

Trong đó : 
1
, 
2

, …… 
n
là hiệu quả xử lý của thiết bò thứ 1, 2, … , n.

3.3 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP THÔNG GIÓ

Nhiệm vụ của thông gió là áp dụng các biện pháp kỹ thuật để tạo ra bên trong các công trình
kiến trúc một môi trường không khí trong lành, không ngột ngạt, không nóng bức hoặc rét
buốt, có thành phần cơ lý nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc chuyển động của không khí … phù hợp để
tránh các tác hại tức thời cũng như hậu quả lâu dài đối với sức khoẻ con người.

3.3.1 Không khí và những đặc tính:

3.3.1.1 Thành phần hỗn hợp của không khí khô

Không khí khô là hỗn hợp của nhiều chất khí khác nhau, trong đó có 2 thành phần chủ yếu là
Nitơ và Oxy. Bảng 3.1 trình bày thành phần các chất khí trong không khí khô (sạch).

Khí thải ô nhiễm
Xử lý bụi
Xử lý khí độc
Phương pháp
khô
Phương pháp
ướtâ
Phương pháp
hấp thụ
Phương pháp
hấp phụ
Phương pháp

xúc tác
Phương pháp
nhiệt
Phương pháp
ngưng tụ
Buồng lắng
Cyclon
Lọc túi vải
Lọc điện khô
Thiết bò rửa
khí: trần,
đệm, mâm,
va đập quán
tính, ly tâm…
Lọc điện ướt
Tháp hấp
thu: mâm,
đệm, màng,
phun
Tháp hấp
phụ với lớp
tónh, động và
tầng sôi
Thiết bò phản
ứng
Lò đốt
Thiết bò
ngưng tụ
Hình 3.1: Phân loại phương pháp và thiết bò xử lý khí thải
Bảng 3.1 : Thành phần các chất khí trong không khí

Chất khí
Ký hiệu
% thể tích
% trọng lượng
Nitơ
N
2
78,00
75,00
xy
O
2
20,59
23,17
Argon
Ar
0,93
1,29
Cacbonic
CO
2
0,03
0,043
Khác (Ne, He, Kr )

Vết
Vết

3.3.1.2 Các thông số vật lý của không khí ẩm

Không khí ẩm là hỗn hợp của không khí khô và hơi nước.

1. Độ ẩm tuyệt đối: Độ ẩm tuyệt đối của không khí là lượng hơi nước (tính bằng gam hoặc kg)
chứa trong 1m
3
không khí ẩm. Ký hiệu là D, đơn vò đo là : g/m
3
hay kg/m
3


).(/,
.
11
3
mkg
TR
P
V
G
D
hn
hnhn


2. Độ ẩm tương đối: Độ ẩm tương đối của không khí là tỷ số của độ ẩm tuyệt đối D và độ ẩm
tuyệt đối bảo hòa D
bh
ở cùng nhiệt độ. Ký hiệu , tính bằng %

).((%)%,.%. 21100100
bh
hn
bh
P
P
D
D




3. Dung ẩm: là lượng hơi nước trong khối không khí ẩm có trọng lượng phần khô là 1kg. Ký
hiệu d, tính bằng g hơi nước / kg kkk

).()/(
.
.
. 316226221000 kkkkghơinướcg
PP
P
PP
P
G
G
d
bhkq
bh
hnkq
hn

khô
hn








4. Nhiệt dung riêng: Nhiệt dung riêng của không khí ẩm là tổng nhiệt dung riêng của không
khí khô và nhiệt dung riêng của hơi nước. Ký hiệu C
kka
, tính bằng kJ/kg.
0
K
C
kka
= C
k
+ C
hn
.d/1000 (1.4)
Với C
k
= 1,005 kJ/kg.
0
K; C
hn
= 1,8 kJ/kg.

0
K
C
kka
= 1,005 + 1,8.d/1000 kJ/kg.
0
K (1.5)
C
kka
= 0,24 + 0,43.d/1000 kcal/kg.
0
K (1.6)

5. Entanpi: Entnapi là lượng nhiệt chứa trong khối kka có trọng lượng phần khô là 1kg. Ký
hiệu I, tính bằng kJ/kg hay kcal/kg.kkk
I = 1,005.t + (2500 + 1,8.t).d/1000 kJ/kg (1.7)
I = 0,24t + (597,3 + 0,43t).d/1000 kcal/kg (1.8)
Các chất độc hại bao gồm: nhiệt thừa, ẩm thừa, bụi, khí, hơi độc hại khác nhau.

3.3.1.3 Biểu đồ I – d

Sự liên hệ giữa các thông số của không khí ẩm t, , I, d và P
bh
có thể biểu diễn trên biểu đồ I
– d do giáo sư L.K. Ramzin (Nga) thiết lập năm 1918. Hình 3.2 sau trình bày giản đồ I – d.

3.3.1.4 Biểu đồ nhiệt độ hiệu quả tương đương

Sự trao đổi nhiệt giữa cơ thể con người với môi trường không khí xung quanh phụ thuộc nhiều
vào nhiệt độ, độ ẩm và vận tốc chuyển động của không khí. Các yếu tố này được phối hợp lại
để đánh giá tác dụng ảnh hưởng của vi khí hậu đến cơ thể con người và được đặc trưng bằng
“nhiệt độ hiệu quả tương đương”, ký hiệu t
hq
.

Có thể đònh nghóa: nhiệt độ hiệu quả tương đương của môi trường không khí có nhiệt độ t, độ
ẩm , vận tốc không khí v là nhiệt độ của không khí bảo hòa ( = 100%) và không chuyển
động (v = 0) có tác dụng gây cảm giác (nóng, lạnh, dễ chòu) giống hệt như tác dụng của môi
trường không khí đang xét.

Hội kỹ thuật thông gió Hoa Kỳ đã nghiên cứu và đề nghò sử dụng t
hq
để đánh gía cảm giác
nhiệt của con người. C-G Webb kiến nghò xác đònh t
hq
theo công thức sau:
t
hq
= 0,5(t
k
– t
ư
) – 1,94.v
0,5

(1.9)
Trong đó:
v – vận tốc chuyển động của không khí , m/s;
t
k
, t
ư
– nhiệt độ khô, ướt của không khí.
1.Cấu tạo biểu đồ
Trên cơ sở biểu thức (1.9) người ta đã xây dựng được biểu đồ t
hq
.
2.Cách sử dụng
Khi biết được các thông số t, , v của không khí xung quanh, ta sẽ tìm t
ư
trên biểu đồ I – d. ta
có t = t
k
, nối đường thẳng t
ư
và t
k
, cắt đường vận tốc gió tại điểm O và ta được giá trò t
hq
.
Thí dụ: trạng thái không khí có t
k
= 28
0
C,  = 80%, v = 1,3 m/s. Trên biểu đồ I – d ta tìm

được t
ư
= 24,6
0
C. Trên biểu đồ (h 1.2) nối t
k
và t
ư
, cắt đường v = 1,3 m/s và ta xác đònh được
t
hq
= 24,4
0
C.
3.Một số trường hợp đặc biệt
Khi không khí có t
k
>36,5
0
C, v càng lớn  t
hq
càng lớn  gió càng mạnh con người càng cảm
thấy nóng bức, khó chòu.
Khi không khí có t
k
< 7,5
0
C   lớn  t
hq
thấp  con người cảm thấy rét buốt.

Trên hình, t
hq
mà người Việt Nam cảm thấy dễ chòu t
hq
= 20  27
0
C, trong đó dễ chòu nhất là
t
hq
= 24,4
0
C vào mùa hè và t
hq
= 23,3
0
C vào mùa đông.
Một tổ hợp (t, , v) cho ta 1 giá trò t
hq
, tuy nhiên 1 giá trò t
hq
có rất nhiều tổ hợp (t, , v). Thực
tế cho thấy rằng khi  = 60  70% thì mới có cảm giác dễ chòu, ngoài phạm vi đó sẽ không có
cảm giác dễ chòu.


3.3.2 Tác động của môi trường không khí đến con người

1. Trạng thái ôn hòa dễ chòu của con người
Xét về mặt tâm sinh lý và kỹ thuật vệ sinh thì cảm giác ôn hòa dễ chòu của con người phụ
thuộc vào các yếu tố sau:

Mức độ trong sạch của không khí;
Cường độ lao động của con người;
Lứa tuổi, sức khỏe của con người;
Quần áo mặc trên; người
Khả năng thích ứng và thói quen;
Nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc chuyển động của không khí xung quanh;
Nhiệt độ bề mặt của các kết cấu xung quanh.

Điều kiện cân bằng nhiệt giữa cơ thể con người và môi trường xung quanh được phản ánh qua
đẳng thức sau:
Q
0
=  Q
bx
 Q
đl
 Q
dn
 Q
hh
 Q
mh
(1.10)
Trong đó:
Q
0
: lượng nhiệt do cơ thể người toả ra (kJ/h);
Q
bx

, Q
đl
, Q
dn
: lượng nhiệt trao đổi giữa người với môi trường xung quanh bằng con
đường bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt;
Q
mh
, Q
hh
: lượng nhiệt trao đổi do sự bay hơi mồ hôi và sự hô hấp.
Q
dn
và Q
hh
khá bé nên có thể bỏ qua, (1.2) trở thành:

Q
0
=  Q
bx
 Q
đl
 Q
mh
(1.11)

2. Lượng nhiệt trao đổi bằng bức xạ Q
bx

Phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt kết cấu xung quanh và độ ẩm của không khí (không khí có độ
ẩm cao thì tia bức xạ khó đi qua), được xác đònh theo công thức:

Q
bx
= 
bx
.F.(t
d
– τ
bm
) (1.12)

Trong đó:
F : diện tích bề mặt bức xạ, m
2
;
t
d
, τ
bm
: nhiệt độ bề mặt da và kết cấu xung quanh,
0
C;

bx
: hệ số trao đổi nhiệt bức xạ (W/m
2
.

0
K hay kcal/m
2
h.
0
C), được xác đònh
như sau:
   
 
bmd
bmd
bx
t
TT





44
100100
54
//
,

3. Lượng nhiệt trao đổi bằng đối lưu Q
đl


Phụ thuộc vào nhiệt độ và vận tốc chuyển động của không khí xung quanh, được xác đònh

bằng công thức:
Q
đl
= 
đl
.F.(t
d
– t
xq
) (1.13)

Trong đó:
t
xq
: nhiệt độ không khí xung quanh,
0
C;

đl
: hệ số trao đổi nhiệt đối lưu, W/m
2
.
0
K hay kcal/m
2
h.
0
C, phụ thuộc vào
vận tốc không khí, khi v = 0,15 – 0,5 m/s thì 
đl

= 11,3(v
k
)
0,5
.

4. Lượng nhiệt trao đổi bằng bốc hơi mồ hôi Q
mh


Phụ thuộc vào hiệu số áp suất hơi nước trong không khí P
hn
và áp suất hơi nước bảo hòa trên
bề mặt da P
bh
và vận tốc chuyển động của không khí v
k
, được tính theo công thức:
Q
mh
= 
mh
.w.F.(P
bh
– P
hn
) (1.14)

Trong đó:


mh
: hệ số tra đổi nhiệt bề mặt bay hơi, phụ thuộc vào v
k
và có thể tính
bằng 
mh
= 10,45 + 8,7.v
k
;
w : độ ẩm bề mặt da, bình thường w = 0,2; lúc nhiều mồ hôi w = 1.

3.3.3. nh hưởng của môi trường không khí đến sản xuất

Môi trường không khí ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm tạo ra. Mỗi ngành công
nghiệp đều có những yêu cầu riêng đối với đối với kỹ thuật thông gió, xử lý khí thải nhưng
đều có chung một điểm là cần duy trì một chế độ nhiệt ẩm ổn đònh, chất lượng không khí bảo
đảm điều kiện vệ sinh và khí thải không làm ô nhiễm môi trường. Một vài trường hợp điển
hình được giới thiệu như sau:
Trong nhà máy sợi, dệt: hệ thống thông gió vận chuyển bông, bụi được bố trí ở
gian xưởngcung bông, gian máy chải, ghép, kéo sợi, dệt vải. Trong các gian xưởng
tẩy và nhuộm vải thường có sự làm việc của hệ thống thông gió hút các hơi, khí
độc hại và nhiệt tỏa ra rồi đưa sang bộ phận xử lý.
Trong các nhà máy cơ khí, ở các phân xưởng đúc, rèn luôn có lượng nhiệt và khí
độc hại tỏa ra. Trong các công đoạn làm sạch, tẩy gỉ, mài, đánh bóng có lượng bụi
và khí độc hại khá lớn làm ô nhiễm môi trường. Vì vậy tại các nơi phát sinh chất ô
nhiễm cần thiết lắp đặt hệ thống hút khí cục bộ và đưa sang bộ phận xử lý.

Chƣơng 4: Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT

4.1 Ô nhiễm do quá trình đốt

Nguồn khí thải do quá trình đốt là nguồn gây ô nhiễm không khí lớn nhất. Quá trình đốt tạo ra
các hiện tượng như khói quang hoá, các chất ô nhiễm như khói, bụi than, SO
2
, SO
3
, NO
2
, NO,
CO, CO
2
, THC. Quá trình đốt gồm có đốt công nghiệp (nồi hơi, máy phát điện, lò công nghiệp),
đốt nhiên liệu phục vụ cho sinh hoạt (nấu ăn, lò sưởi), đốt chất thải (rác và chất thải nguy hại), và
giao thông vận tải (ô tô, tàu thuyền, máy bay).

Bản chất của quá trình đốt thực chất là quá trình ôxy hoá khử, trong đó có phản ứng giữa nhiên
liệu (chất đốt) với ôxy ở nhiệt độ cao và sản phẩm cuối cùng là khí CO
2
và hơi nước.

Thành phần chất đốt nói chung gồm: C, H, O, N, S, tạp vô cơ, ẩm và khi cháy có sự tham gia của
không khí (thành phần của không khí chủ yếu là nitơ và ôxy). Chính vì thế mà sau khi cháy, sản
phẩm tạo thành ngoài khí CO
2
và hơi nước còn có các khí khác SO
x
, NO

x
và khi chế độ đốt
không triệt để còn tạo ra các khí CO, bụi C, THC.

Trong quá trình đốt chất thải còn tạo ra thêm các chất khác như HCl, HF, kim loại (Pb, Cu, Zn,
Ni …), PAH (các hydrocacbon đa vòng), Furans, Clo hữu cơ (PCB
s
, dioxin).

Bản chất của quá trình cháy và các chất ô nhiễm tạo thành liên quan chặt chẽ đến các thành phần,
bản chất của chất đốt hay nhiên liệu. Phụ thuộc vào điều kiện đốt như hệ số dư không khí, nhiệt
độ đốt, độ tiếp xúc và thời gian tiếp xúc giữa nhiên liệu với tác nhân cháy (ôxy).

Một trong các nguyên tắc cơ bản của quá trình đốt cháy là áp dụng nguyên tắc 3T

- Temperature (nhiệt độ): Nhiệt của không khí trước khi đưa vào lò và nhiệt độ của buồng
đốt đủ cao để phản ứng xảy ra nhanh, cháy hoàn toàn. Nhiệt độ không đủ cao, phản ứng
sẽ xảy ra không hoàn toàn và sản phẩm khí thải có khói đen và các chất ô nhiễm như CO,
HC cao. Điều này liên quan đến hoặc là do kích thước buồng đốt quá nhỏ hoặc do khí dư
quá làm lò nguội nhanh.
- Turbulence (xáo trộn): để tăng hiệu quả tiếp xúc bằng các cách như đặt các tấm ngăn
trong buồng đốt hoặc tạo các van đổi chiều dòng khí để tăng khả năng xáo trộn.
- Time (thời gian): thời gian tiếp xúc đủ để phản ứng ôxy hoá xảy ra hoàn toàn bằng cách
đặt các vách ngăn để tăng thời gian tiếp xúc hoặc kích thước buồng đốt đủ lớn.

4.1.1 Ô nhiễm không khí từ các hoạt động giao thông

Ô nhiễm giao thông ngoài bụi do xe chạy trên đường gây ra thì vấn đoề ô nhiễm rất quan trọng là
khí thải giao thông. Ô nhiễm do khí thải của giao thông do quá trình đốt nhiên liệu tạo ra các chất
ô nhiễm khí quyển đồng thời các chất này lại gây ra các chất ô nhiễm thứ cấp, các phản ứng

quang hoá …

Trong khí thải là nguyên nhân gây ô nhiễm được đánh giá: 100% CO, 100% NO
x
, 100% Pb,
60% HC (số HC còn lại là 20% từ thùng đựng xăng, 20% từ buồng đốt). Xăng là một hỗn hợp
hydrocacbon được trưng cất từ dầu mỏ. Khi đốt cháy xăng dầu (trong xylanh xe ôtô) để thuận
tiện nhiềuta coi nó như một hydrocacbon đơn chất là octan hoặc isooctan, C
8
H
18
, phản ứng xảy
ra như sau

C
8
H
18
+ 12,5(O
2
+ 3,76 N
2
)  8CO
2
+ 9H
2
O + 47 N
2

(Vì coi không khí là sạch khô có 79% nitơ và 21% ôxy theo thể tích)
Tỷ lệ đúng giữa không khí và nhiên liệu được tính như sau

AFR = N air / N fuel = (12,5 + 47) / 1 = 59,5/1

Đổi ra đơn vị khối lượng thì

AFR = 59,5 (28,84) / 114 = 15kg không khí / 1kg nhiên liệu

Trong đó 28,84 là trọng lượng không khí sạch.

Giá trị của AFR ở trên là rất đặc trưng cho quá trình cháy của hydrocacbon. Tức là khi cần đốt
1kg nhiên liệu (xăng) thì cần 15kg không khí.

Ví dụ tại một thành phố có 1tr xe ôtô, mỗi xe trung bình tiêu thụ 6kg nhiên liệu/ngày. Giả sử 1%
khối lượng khí là chất ô nhiễm thì lượng chất ô nhiễm hàng ngày tính được là

(1 x 10
6
) x (15 x 6) x (10
-2
) kg = 900 tấn / ngày

Chế độ đốt ảnh hưởng tới sản phẩm cháy hay các chất thải

- Khi tỷ lệ nhiên liệu / chất ôxy hoá = Φ < 1 thì giảm CO nhưng lại tăng NO
x
.
- Nhiệt buồng đốt < 1500°K sẽ giảm đáng kể CO, NO
x

, nhưng lại đốt cháy không hoàn
toàn hydrocacbon.

Tại thành phố HCM đến năm 1999 có 1,3 tr xe môtô, mỗi xe tiêu thụ khoảng 0,5kg xăng/ngày,
300.000 xe ôtô mỗi xe trung bình tiêu thụ 6kg nhiên liệu/ngày, giả sử 1% khối lượng không khí
là chất ô nhiễm thì lượng chất ô nhiễm hàng ngày được tính là

(1,3 x 10
6
) x (15 x 0,5) x 10
-2
+ (0,3 x 10
6
) x (15 x 6) x10
-2
= 367,5 tấn/ngày

Bảng 4.1 Lượng khí thải do ôtô thào ra khi tiêu thụ 1 tấn nhiên liệu
Chất ô nhiễm
Lượng khí thải độc hại (kg/tấn nhiên liệu)
Xe chạy xăng
Xe chạy dầu
CO
465,6
20,81
HC
23,28
4,16
NO
x

15,83
13,0
SO
2

1,86
7,8
Aldehit
0,93
0,78

4.1.2 Ô nhiễm không khí do quá trình đốt nhiên liệu trong sản xuất công nghiệp

Đốt công nghiệp bao gồm sử dụng các nhiên liệu như than, dầu, củi, gas phục vụ cho sản xuất
công nghiệp như nồi hơi, máy phát điện … Ngoài ra còn có quá trình đốt chất thải công nghiệp,
rác thải sinh hoạt cũng tạo ra các chất ô nhiễm từ quá trình đốt. thành phần chất thải (sản phẩm
cháy) phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: bản chất, thành phần nhiên liệu sử dụng, hoặc chất thải
đem đi đốt, điều kiện đốt, công nghệ đốt …

4.1.2.1 Đặc tính cơ bản của nhiên liệu

Nhiên liệu là những vật chất mà khi đốt cháy thì phát sáng và toả ra một nhiệt lượng lớn. Nhiên
liệu gồm có 3 dạng chính: nhiên liệu rắn như than bùn, củi, than đá …; nhiên liệu lỏng như xăng,
dầu hoả, diezen …; nhiên liệu khí như khí đốt.

1 Thành phần của nhiên liệu

Đối với thành phần nhiên liệu rắn và lỏng thường được biểu diễn dưới các dạng:
- Thành phần hữu cơ C

h
+ H
h
+ O
h
+ N
h
= 100%
- Thành phần cháy C
c
+ H
c
+ O
c
+ N
c
+ S
c
= 100%
- Thành phần khô C
k
+ H
k
+ O
k
+ N
k
+ S
k
+ A

k
= 100%
- Thành phần sử dụng C
d
+ H
d
+ O
d
+ N
d
+ S
d
+ A
d
+ W
d
= 100%

Ví dụ:

Cacbon là thành phấn cháy chủ yếu trong nhiên liệu. 1kg cacbon khi cháy toả ra khoảng 8.000
kCal. Nhiên liệu rắn chứa nhiều cacbon hơn nhiên liệu lỏng và khí, nhưng thành phần chất bốc
(chất trợ cháy) ít hơn. Than, gỗ càng già thì hàm lượng cacbon càng cao, chất bốc trong nhiên
liệu càng thấp càng khó cháy.

Hydro là thành phần cháy thứ hai của nhiên liệu. 1kg hydro khi cháy toả ra nhiệt lượng lớn gấp 4
lần 1kg than. Than càng non thì lượng hydro càng nhiều, nên càng dễ bắt lửa. Nhiên liệu lỏng và
khí có nhiều hydro hơn nhiên liệu rắn.

Lưu huỳnh cũng là thành phần cháy song phần lưu huỳnh cháy được toả nhiệt ít, còn phần không

cháy được sẽ tạo thành tro. Sản phẩm cháy của lưu huỳnh tạo thành khí SO
2
, gặp hơi nước có thể
tạo thành axít gây ăn mòn các thiết bị. Khí SO
x
là dạng khí độc, lưu huỳnh là nguyên tố có hại
trong nhiên liệu.

Ôxy và nitơ là chất vô ích. Nó làm giảm thành phần cháy của nhiên liệu. Nhiên liệu càng non,
ôxy càng nhiều.

Độ tro (A) cũng là yếu tố tiêu cực cho nhiên liệu. Độ tro cao làm giảm thành phần chất cháy, gây
khả năng đóng kết ở các trung tâm buồng đốt và đáy lò, tro dễ phủ lên bề mặt tiếp nhiêt của của
buồng lửa gây giảm hiệu quả đốt.

Độ ẩm của nhiên liệu (W) thể hiện mức độ chứa nước trong nhiên liệu. Độ ẩm lớn, thành phần
chất cháy giảm làm nhiệt trị giảm và khi đốt nhiên liệu, nhiệt bị hao phí một phần để làm bay hơi
nước.

2 Một số nhiên liệu

a. Nhiên liệu rắn

- Gỗ: có thành phần hoá học và nhiệt trị thấp, độ ẩm cao, độ tro thấp, nhiều chất bốc (80%
- 90%) nên dễ cháy.
- Than bùn: có độ ẩm cao, tới 90%, chất bốc chiếm khoảng 70%;
- Than nâu: sự phân hoá địa chất già hơn than bùn, độ ẩm 20 - 60%, độ tro từ 15 - 50%,
chất bốc từ 30 - 50%.
- Than đá: có tuổi địa chất cao hơn than nâu, hàm lượng cacbon lớn, chất bốc thay đổi
trong phạm vi lớn (từ 15 - 50%).

b. Nhiên liệu lỏng: xăng, dầu hoả, dầu DO, FO.

- Xăng: là hỗn hợp phức tạp của cac hydro cacbon nhẹ có nhiệt độ sôi trong khoảng 30 -
250°C. Xăng được sản xuất chủ yếu từ dầu mỏ, khí dầu mỏ, than nâu, than đá, đá phiến
nhiên liệu và nhựa than đá. Trị số octan càng cao thì khả năng chống kích nổ càng lớn.
Để có trị số octan trong xăng, người ta pha hợp chất của chì vào xăng.
- Dầu hoả: là sản phẩm của phân đoạn chưng cất dầu mỏ có nhiệt độ sôi từ 200-300°C.
Dầu hoả có hàm lượng lưu huỳnh nhỏ (0,05%). Lượng cacbua hydro thơm thấp.
- Dầu diezen: là sản phẩm của quá trình chưng cất trực tiếp. Trị số xêtan đánh giá khả năng
tự bốc cháy của dầu. Thường ta thêm vào 1 lượng dầu không quá 1% izopropylnitrat để
tăng trị số xêtan tới mức quy định.
- Dầu mazut: là phần cặn của quá trình chưng cất dầu mỏ ở áp suất thường. dầu mazut có
nhiều loại chủ yếu khác nhau ở độ nhớt, nhiệt độ nóng chảy, hàm lượng lưu huỳnh và
nhiệt độ đông đặc. Dầu mazut được dùng để đốt nồi hơi trong các lò công nghiệp nhà
máy dệt, đường, rượu bia, nhiệt điện …

Ở nước ta đang sử dụng 3 loại dầu mazut của các nước thuộc khối Liên Xô cũ có ký hiệu M-40,
M-100, M-200; ngoài ra còn sữ dụng dầu FO của các nước khác có đặc tính tương tự dầu M-40
và M-100.

Bảng 4.2 Những chỉ tiêu kỹ thuật của dầu mazut (Theo ΓOCT 10585 - 75)
STT
Các chỉ tiêu kỹ thuật
Đơn vị tính
Loại dầu mazut
M-40
M-100
M-200
1

Độ nhớt quy ước ở 80°C và ở 100°C
-
8
15
6,9-9,5
2
Độ tro
%
< 0,15
< 0,15
< 0,3
3
Hàm lượng các tạp chất cơ giới
%
< 1
< 2,5
< 2,5
4
Hàm lượng nước
%
< 2
< 2
< 1
5
Hàm lượng lưu huỳnh
- Đối với mazut ít lưu huỳnh
- Đối với mazut lưu huỳnh cao
%
-
< 0,5

< 3,5
-
< 0,5
< 3,5
-
< 0,5
< 3,5
- Đối với mazut lưu huỳnh TB
< 2
< 2
< 2
6
Nhiệt độ bùng cháy trong chén hở
°C
90
110
140
7
Nhiệt độ đông đặc: (không lớn hơn)
- Nhiên liệu từ dầu mỏ không có parafin
- Nhiên liệu từ dầu mỏ có parafin

°C

°C

+10

+25

+25

+42

+26

+42
8
Nhiệt trị thấp tính đổi ra nhiên liệu thô
- Mazut có lưu huỳnh
- Mazut không có lưu huỳnh
MJ/Kg

40,55
40,00

40,40
39,85

40,20
39,75
9
Khối lượng riêng ở 20°C (không lớn hơn)
g/cm
3

-
1,015
-

Nhiên liệu dạng khí:

Thành phần khí đốt ở Việt Nam hiện nay tính theo tỷ lệ % vol như sau

CO
2
1,07%
Methane 80,8%
Propane 1,11%
n-Butan 0,08%
N
2
2,45%
Ethane 14,3%
j-Butan 0,11%
Khí khác 0,08%

3. Nhiệt trị

Nhiệt trị của nhiên liệu là nhiệt lượng sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu rắn, lỏng,
hoặc khí. Nhiệt trị có liên quan đến quá trình sinh nhiệt trong khi cháy.

Nhiệt trị thấp của nhiên liệu rắn lỏng tính theo công thức Mendeleep
Q = 81C + 300H – 26 ( O – S ) – 6 (9A + W) (kcal/kg)
Q = 4,186 (81C + 300H – 26 (O – S) – 6 (9A + W)) (kJ/kg)

C
d
, H
d

, O
d
, N
d
, W
d
là thành phần phần trăm khối lượng.

Nhiệt trị thấp của nhiên liệu khí tính theo công thức
Q = 30,5CO + 25,8H
2
+ 85,9CH
4
+ 143C
2
H
4
+ 55,2H
2
S + 0,28ΣC
m
H
n/100
Kcal/n.m
3
Q = 127,7CO + 108H
2
+ 359,6CH
4
+ 597,7C

2
H
4
+ 231,1H
2
S + 0,28ΣC
m
H
n/100
KJ/n.m
3


CO, H
2
, CH
4
, C
2
H
4
, H
2
S, C
m
H
n
là các thành phần trong không khí ẩm.

Bảng 4.3 Nhiệt lượng và tỷ trọng của một số chất đốt

Loại nhiên liệu
Tỷ trọng, kg/l
Nhiệt lượng, Kcal/kg
Than cốc
-
7.380
Than dầu
-
7.200
Than autraxit
-
6.810
Than non (30% ẩm)
-
3.990
Rác sinh hoạt
0,3 – 0,4
2.220
Gỗ (40% ẩm)
0,5 – 0,7
2.880
Dầu DO
0,9 – 0,96
9.980
Dầu FO
0,845
9.300
Dầu hoả
0,8
9.120

Xăng
0,74
8.620
Gas tự nhiên
-
9.341

4.1.2.2 Chọn hệ số tiêu hao không khí và tính lƣợng không khí cần thiết, sản phẩm cháy

1. Xác định hệ số tiêu hao không khí (α)

Hệ số tiêu hao không khí (α) là tỷ số giữa trọng lượng không khí thực tế và lượng không khí lý
thuyết, hay còn gọi là hệ số dư không khí.

Vì phản ứng cháy chủ yếu là sử dụng ôxy của không khí, nên chọn hệ số tiêu hao không khí
thích hợp, đây là một thông số rất quan trọng trong quá trình đốt chất thải. Giá trị α lớn hay nhỏ
tuỳ thuộc vào loại nhiên liệu, kiểu lò đốt.

Dạng nhiên liệu và kiểu lò đốt
Α
Đốt củi trong buồng đốt đứng
1,25 – 1,35
Đốt than đá, than nâu trong buồng đốt thủ công
1,5 – 1,8
Đốt than đá than nâu trong buồng đốt cơ khí
1,2 – 1,4
Đốt than bụi
1,2 – 1,3
Đốt dầu FO
1,1 – 1,2

Đốt khí bằng mỏ đốt không có phần hỗn hợp
1,1 – 1,15
Đốt khí bằng mỏ đốt có phần hỗn hợp
1,05

2. Tính lượng không khí cần thiết khi đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu

a. Đối với nhiên liệu rắn và lỏng

Giả thiết sau khi chuyển đổi sang thành phần sử dụng của nhiên liệu có

C
d
+ H
d
+ O
d
+ N
d
+ S
d
+ A
d
+ W
d
= 100%

Khi tính sự cháy của nhiên liệu quy ước rằng:
- không tính sự phân hoá nhiệt của tro.
- Mỗi kg phân tử ở dạng khí có thể tích 22,4 n.m

3

- Thể tích không khí và sản phẩm cháy quy về 0°C và 760mmHg

Để tính toán phải chuyển từ thành phần nhiên liệu rắn (theo phần trăm khối lượng) được chuyển
thành lượng mol.


Bảng 4.4 Thành phần nhiên liệu theo mol
Thành phần nhiên
liệu
Thành phần sử dụng các chất trong 100kg
nhiên liệu (kg)
Khối lượng
phân tử
Số lượng
mol
C
C
d
12
C
d
: 12
H
H
d

2
H

d
: 2
O
O
d

32
O
d
: 32
N
N
d

28
N
d
: 28
S
S
d

32
S
d
: 32
A
A
d

-
-
W
W
d

18
W
d
: 18
Tổng cộng
100



Lượng không khí khô
L
0
k
= 0,0889 (C + 0,375S) + 0,265H – 0,0333O n.m
3
/kg

Lượng không khí lý thuyết (bao gồm cả hơi ẩm)
L
0
= (1 + 0,00124d
kk
) n.m
3

/kg
d
kk
hàm ẩm của không khí g/n.m
3


Lượng không khí ẩm thực tế cần thiết tính theo công thức
L
a
= α L
0
n.m
3
/kg

b. Đối với nhiên liệu khí

L
0
k
= 0,04762 [ 0,5CO + 0,5H
2
+1,5H
2
S + 2CH
4
+ Σ(m + n/4)C
m
H

n
– O
2
] n.m
3
/n.m
3


CO, H
2
, H
2
S, CH
4
, C
m
H
n
là thành phần nhiên liệu khí ẩm %
Cách tính L
α
, L
0
tương tự như trên.

3. Tính lượng sản phẩm cháy và thành phần của chúng

Lượng sản phẩm cháy lý thuyết
V

sp
= VCO
2
+ VSO
2
+ VN
2
+ VO
2
+ VH
2
O n.m
3
/kg
VCO
2
= 0,0187C n.m
3
/kg
VSO
2
= 0,007S n.m
3
/kg
VO
2
= 0,21(α - 1)L
0
n.m
3

/kg
VN
2
= 0,008N + 0,79L
α
n.m
3
/kg
VH
2
O = 0,112H + 0,0124W + 0,00124d
kk
L
α
n.m
3
/kg
d
kk
độ ẩm không khí g/n.m
3


Bảng 4.5 Thành phần nhiên liệu, %KL
Các chất
Nhiên liệu
Than
Dầu
Khí
Hydro

5
10
24
Cacbon
78
86
75
Lưu huỳnh
3
3
vết
Nitơ, ôxy
7
0,6
1
Tro
7
0,4
-

Bảng 4.6 Hệ số ô nhiễm đối với lò gạch (kg/tấn sản phẩm)
Nhiên liệu
Bụi (C)
SO
x

CO
THC
NO
x

Than
0,64A
4,8S
1,28
0,37
0,56
Dầu FO
0,13A
3,6S
< 10
-3

0,024
2,18
Củi
1,96
0,2
7,81
9,13
1,3
Vỏ dừa
8,03
0,24
9,64
11,24
1,61
Trấu
5,55
0,00

32,49
6,5
0,65
Ghi chú: A và S theo thứ tự là hàm lượng tro và lưu huỳnh của nhiên liệu.

Bảng 4.7 Tải lượng các chất ô nhiễm trong quá trình đốt công nghiệp (kg/tấn nhiên liệu)
Ngành CN
Bụi (C)
SO
2
NO
x
CO
THC
SO
3
Khí tự nhiên
Nồi hơi nhỏ
0,061
20S
11,3f
0,82
0,036

Nồi hơi CN
0,061
20S
2,87
0,72
0,118

Đốt phục vụ sinh hoạt
0,061
20S
2,05
0,41
0,160

Tubin khí
0,287
0,224/Nm
3
20S
15,6/Nm
3
8,91
6,62/Nm
3

2,36
1,84/Nm
3

0,863
0,673/Nm
3


Khí hóa lỏng (LPG – Liquefired Petroleum Gas)
Nồi hơi CN

0,06
0,07
2,9
0,71
0,12

Đốt phục vụ sinh hoạt
0,06
0,07
2,05
0,42
0,17

Dầu DO
Nồi hơi CN
0,28
20S
2,84
0,71
0,35
0,28S
Máy phát điện
0,71
20S
9,62
2,19
9,79

Dầu FO
Nồi hơi nhỏ

P
20S
8,5
0,64
0,127
0,25S
Nồi hơi CN
P
20S
7,0
0,64
0,163
0,25S
Nhiên liệu khác
Than đá
5A
19,5S
9,0
0,3
0,055

Củi (nồi hơi)
3,6
0,075
0,34
13
0,85

Rác (đốt hở)
8

3
42
21,5

Ghi chú:
f = 0.3505 – 0.005235L + 0.0001173L
2
(L là tải trọng TB của nồi hơi thông thường 87%)
P = 0.4 + 1.32S
A là hàm lượng phần trăm của tro trong nhiên liệu

Bảng 4.8 Tóm tắt các sản phẩm cháy và cách khống chế trong đốt rác thải
Chất ô nhiễm
Hàm lượng
Cách khống chế
Bụi
2.3 – 64.8 kg/tấn
Lọc tĩnh điện, lọc khô hiệu
quả 73 – 98%
NO
x
0.36 – 2.73 kg/t
Các yếu tố ảnh hưởng: t°,
không khí lò đốt, tỉ lệ khí dư.
Xác định hệ số α thích hợp
Đốt tuần hoàn giảm 35%
Đốt 2 bậc giảm 50%
Xử lý xúc tác giảm 90%
SO

2
Do thành phần chất thải.
Chuyển hóa thành SO
2
:14 –
94%, TL: 0.09 – 4.5 kg/t
Xử lý bằng phương pháp hấp
thụ (khô, ướt)
HCl, HF
Chuyển hóa thành HCl, HF:
46 – 86%, TL: 0.57 – 8.57 kg/t
(HCl); 0.01 – 0.16kg/t (HF)
Xử lý bằng phương pháp hấp
thụ (khô, ướt)
CO
TL: 0.07 – 17.5 kg/t
Khống chế chế độ đốt
THC
TL: 0.001 – 5.78 kg/t
Khống chế chế độ đốt
Kim loại


PAH
S
, CB
S
, CP
S
, PCB

S
,
PCDD
S
, PCDF
S

Do đốt plastic ở nhiệt độ
không thích hợp, nồng độ
trong khí thải của một số
nước: 1 – 700 μg/m
3
(PAH),
6.2 – 47 μg/m
3
(CB
S
, CP
S
,
PCB
S
), 0.5 – 56 μg/m
3

(PCDD
S
, PCDF
S
)

Khống chế nhiệt độ đốt trên
900°C, thời gian đốt hoàn toàn
trên 3 giây