Tkc q3 chuong 05 he thong khu sox (rev 3)

Chương

5

HỆ THỐNG KHỬ SOx

Tháng 10/2017
Thực hiện:

Bùi Văn Tú

Kiểm tra:

Nguyễn Văn Toán

Ngày

Ký tên


MỤC LỤC
1.

TỔNG QUAN .............................................................................................................1

1.1

Q trình hình thành SO2 trong khói thải .....................................................................1

1.2

Các phương pháp khử SO2 ...........................................................................................3

2.

TIÊU CHÍ THIẾT KẾ...............................................................................................8

2.1.

Thơng số đầu vào .......................................................................................................10

2.2.

Thơng số tính tốn ......................................................................................................11

2.3.

Tiêu chuẩn áp dụng ....................................................................................................12

3.

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KỸ THUẬT ..........................................13

3.1.

Phân tích các giải pháp kỹ thuật .................................................................................13

3.2.

Lựa chọn giải pháp kỹ thuật .......................................................................................15

4.

PHỤ LỤC..................................................................................................................31


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

1.

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

TỔNG QUAN

Hiện nay vấn đề ô nhiễm không khí trên tồn cầu đang là vấn đề rất được quan tâm vì
những tác động của nó đến biến đổi khí hậu cũng như đời sống, sản xuất của con
người. Biến đổi khí hậu thể hiện ở các thay đổi như trái đất ngày càng nóng lên khiến
băng tan ở hai cực làm cho nước biển dâng đe dọa môi trường sống của con người và
sinh vật ở các vùng duyên hải ven biển. Các hiện tương hạn hán, bão, lũ lụt gây ảnh
hưởng nghiêm trọng đến đời sống, sản xuất của con người. Ngồi ra các hiện tượng
mưa axít gây ra bởi các chất ô nhiễm như SO2 làm tác động nghiêm trọng đến mùa
màng, các cơng trình xây dựng và sức khỏe của con người. Khí SO2 thải vào khí
quyển, với tác dụng xúc tác của các hạt bụi kim loại bay trong khơng khí sẽ bị oxy hóa
tạo thành SO3, khí SO3 trong khí quyển khi gặp mưa sẽ sinh ra sương axit sunfuric,
những hạt bụi trong khói sẽ hấp thu axit biến thành bụi có tính axit. Sương axit và bụi
axit bị nước mưa cuốn theo tạo thành mưa axit.
Một số tác hại của khí SO2 đến cây xanh như bệnh úa vàng, mất diệp lục, sự co nguyên
sinh, sự gãy sụp hàng loạt của các tế bào lá cây.
Các ảnh hưởng của SO2 đến sức khỏe con người phụ thuộc vào nồng độ của nó. Ở
nồng độ trên 1ppm, một số các bệnh về phổi xảy ra, trên 10ppm sự sưng tấy của mắt,

mũi và cổ họng bắt đầu được nhận thấy. Ngồi ra nó cũng gây kích thích hệ thống
nước nhầy kín, một biểu hiện riêng của bệnh viêm phế quản kinh niên. Bụi có thể làm
tăng cường các ảnh hưởng của SO2. Các hạt trơ hút bán SO2 rồi vào sâu trong phổi và
gây ra các ảnh hưởng rất nguy hiểm.
Để hạn chế các ảnh hưởng của các chất ơ nhiễm khơng khí như SO2, cần phải tìm hiểu
quá trình hình thành và các biện pháp xử lý SO2 trước khi thải vào khí quyển.
1.1 Q trình hình thành SO2 trong khói thải
Lưu huỳnh tồn tại trong nhiên liệu than dưới bốn dạng: lưu huỳnh vô cơ trong pirit sắt
(FeS2); lưu huỳnh muối sulfat (CaSO4.2H2O, FeSO4.2H2O); lưu huỳnh dạng hữu cơ
(CxHySz) và lưu huỳnh nguyên tố. Trong đó chỉ có lưu huỳnh muối sulfat là lưu huỳnh
không cháy được, chiếm khoảng 5% tổng lượng lưu huỳnh trong than và lượng lưu
huỳnh này là một trong những thành phân cấu thành tro xỉ. Lưu huỳnh dạng vô cơ
FeS2, lưu huỳnh dạng hữu cơ (CxHySz) và lưu huỳnh nguyên tố là có thể đốt cháy,
chiếm 95% lưu huỳnh trong than. Q trình cháy trong lị hơi, các thành phần lưu
huỳnh hữu cơ và vô cơ bị oxy hóa tạo thành hỗn hợp các khí SOx trong khói thải,
trong đó thành phần SO2 là chủ yếu.
Khi cháy than, tất cả lưu huỳnh hữu cơ, lưu huỳnh ngun tố đề thốt ra trong q
trình sinh chất bốc và hình thành rất nhiều loại hợp chất khác nhau như: H2S, SO2,
COS, CS2..., trong đó hợp chất chính là H2S. Trong mơi trường oxy hóa, tất cả các
hợp chất trên đều bị oxy hóa sinh ra SO2. Lưu huỳnh vơ cơ tồn tại trong than trong
suốt q trình sinh chất bốc và bị oxy hóa trực tiếp thành SO2 khi cháy cốc. Trong điều
kiện tồn tại nguyên tử Oxy trong buồng lửa có nhiệt độ cao hoặc trên bề mặt truyền
nhiệt có chất xúc tác, một phần nhỏ SO2 chuyển thành SO3. Thông thường SO3 chỉ
chiếm khoảng 0.5%~2%, tương đương 1%~2% lưu huỳnh trong than thoát ra dưới
dạng SO3.
Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 1 / 31

Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

1.1.1 Oxy hóa lưu huỳnh vơ cơ (FeS2)
Khi than bị đốt cháy trong buồng lửa, trong môi trường ôxy hóa, lưu huỳnh vô cơ phản
ứng với oxy tạo thành SO2 như phương trình phản ứng sau:
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
Thành phần Fe2O3 sẽ thải ra khỏi lị dưới dạng xỉ, cịn SO2 sẽ thốt ra ngồi lị theo
đường khói.
1.1.2 Oxy hóa lưu huỳnh hữu cơ
Trong than, lưu huỳnh hữu cơ phân bố đồng đều, các dạng của lưu huỳnh hữu cơ là RSH, R-SS-R (hợp chất hai lưu huỳnh và R-S-R).
Trong than ít lưu huỳnh, lưu huỳnh hữu cơ là chủ yếu, gấp khoảng 8 lần lưu huỳnh lưu
huỳnh vô cơ. Trong than nhiều lưu huỳnh, lưu huỳnh vô cơ là chủ yếu gấp khoảng 3
lần lưu huỳnh hữu cơ.
Khi than được gia nhiệt thoát chất bốc, các liên kết –SH và –S- tương đối yếu nên hợp
chất lưu huỳnh bị phân hủy trước ở nhiệt độ thấp (<450oC) sinh ra chất bốc lưu huỳnh
sớm nhất. RSH có kết cấu tương đối ổn định, phải đến 930oC mới bắt đầu phân hủy.
Trong mơi trường oxy hóa, tất cả lưu huỳnh cháy được đều bị oxy hóa thành SO2. Phải
ứng oxy hóa RSH cuối cùng sinh ra SO2 và gốc R:
4RSH + O2 → 4RS + 2H2O
RS + O2 → R + SO2
1.1.3 Oxy hóa lưu huỳnh nguyên tố
Lưu huỳnh nguyên tố trong than sẽ phản ứng với oxy tạo thành SO2 theo phương trình
phản ứng sau:
2S + O2 → 2SO
2SO + O2 → 2SO2
1.1.4 Oxy hóa lưu huỳnh trong các hợp chất hồn ngun

Q trình cháy trong buồng lửa lò hơi cũng sinh ra các hợp chất của lưu huỳnh trong
mơi trường hồn ngun như H2S, CS2, COS. Các chất này cũng bị oxy hóa tạo thành
SO2 theo phương trình phản ứng sau:
2H2S + 3O2 → 2SO2 + 2H2O
2CS2 + O2 → 2CS + 2SO
COS + q → CO + S
2S + O2 → 2SO
O + COS → CO + SO

Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 2 / 31


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

CS + O2 → CO + SO
2SO + O2 → 2SO2
CO +

1
O 2  CO 2
2

Khi cháy nhiên liệu trong mơi trường oxy hóa, tất cả lưu huỳnh cháy được đều bị oxy
hóa tạo thành SO2 và một lượng nhỏ SO3. Vì lưu huỳnh cháy được chiếm thành phần

lớn của lưu huỳnh trong nhiên liệu nên có thể dựa vào hàm lượng lưu huỳnh để ước
tính lượng SO2 trong khói thải hình thành khi đốt nhiên liệu. Lưu huỳnh trong than sau
khi cháy tạo thành SO2 có trọng lượng gấp đơi lúc ban đầu do đó mỗi 1% lưu huỳnh
trong than sẽ hình thành nồng độ khoảng 2000 mg/Nm3 SO2 trong khói (khi chưa áp
dụng bất kỳ phương pháp khử SO2 nào) theo đồ thị dưới đây.

Hình 1.1. Đồ thị hàm lượng lưu huỳnh trong khói thải với nồng độ SO2 hình thành và hiệu suất khử

1.2 Các phương pháp khử SO2
Dựa trên cơ chế hình thành SO2 trong khói thải đã trình bày ở trên, các phương án
cơng nghệ có thể áp dụng để khử SO2 trong nhà máy nhiệt điện gồm: công nghệ khử
lưu huỳnh trước khi cháy, khử SO2 trong quá trình cháy và khử SO2 sau q trình
cháy.
1.2.1 Cơng nghệ khử lưu huỳnh trước khi cháy
Đây là phương pháp tách lưu huỳnh sẵn có trong nhiên liệu trước khi đem đốt ở lò hơi
nên còn được gọi là phương pháp khử lưu huỳnh nhiên liệu. Các công nghệ phổ biến
của phương pháp này được liệt kê như dưới đây.
a)

Phương pháp tuyển rửa than

Dựa vào tỷ trọng của Pirit sắt (FeS2) lớn gấp 4 lần tỷ trọng của than để khử pirit sắt và
một số tạp chất khác ra khỏi than bằng phương pháp tuyển rửa. Khi dùng phương pháp
Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 3 / 31


Tổng Công Ty Phát Điện 3

Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

tuyển rửa thông thường, nếu hạt than được làm nhỏ từ 0,5mm trở lên thì hiệu suất khử
pirit sắt có thể đạt từ 30-50%. Khi nghiền than đạt độ mịn từ 50-200 µm thì hiệu suất
khử pirit sắt sẽ tăng cao. Khi dùng công nghệ tuyển nổi bọt khí, có thể khử từ 40-90%
pirít sắt, tuy nhiên giá thành cao hơn nhiều phương pháp tuyển rửa thông thường. Hiệu
quả phương pháp tuyển rửa phụ thuộc nhiều vào kích thước của hạt pirit sắt và hàm
lượng lưu huỳnh vô cơ trong than. Phương pháp này không khử được lưu huỳnh hữu
cơ và sunfua sắt trong than.
b)

Phương pháp thấm suất, phương pháp vi ba

Phương pháp này là đem than ngâm vào trong dung dịch kiểm rồi dùng sóng viba
chiếu xạ vào làm cho liên kết hóa học của lưu huỳnh dạng sufua sắt và lưu huỳnh hữu
cơ bị phá hủy. Quá trình này hình thành H2S và H2S bị loại bỏ khỏi than nhờ phản ứng
với kiềm.
c)

Phương pháp chuyển hóa than

Đây là phương pháp hóa khí hoặc hóa lỏng than, trong q trình đó lưu huỳnh bị khử
bỏ. Than sạch khi chuyển hóa biến thành loại nhiên liệu thứ cấp tinh khiết, đây cũng
chính là một xu hướng phát triển trong cơng nghiệp làm sạch than.
Trong q trình khí hóa than, lưu huỳnh trong than chủ yếu bị chuyển hóa thành H2S,
sau đó dùng các giải pháp thơng thường để khử H2S.
Trong q trình hóa lỏng than bằng dung dịch thêm Hydro, lưu huỳnh pirít sắt khơng
hịa tan vào dung dịch nên bị phân ly ra, còn lưu huỳnh hữu cơ thì khi thêm hydro sẽ

chuyển hóa thành H2S, sau đó dùng các giải pháp thơng thường để khử H2S.
1.2.2 Cơng nghệ khử SO2 trong q trình đốt cháy than
Cơng nghệ khử SO2 trong quá trình đốt cháy than được áp dụng cho lị hơi đốt tầng
sơi (CFB). Trong q trình cháy than trong lị hơi tạo ra khí SO2 do đó có thể khử
lượng khí này bằng cách phun đá vôi (CaCO3) vào buồng lửa. Khi này SO2 sẽ phản
ứng với đá vôi tạo thành CaSO4 và thải ra ngồi dưới dạng tro xỉ. Trước tiên, đá vơi
được nghiền nhỏ đến độ mịn thích hợp và được phun vào buồn đốt, dưới tác dụng của
nhiệt độ cao CaCO3 sẽ bị phân hủy thành CaO và CO2 theo phản ứng sau:
CaCO3 → CaO + CO2
Trong mơi trường oxy hóa, CaO gặp SO2 sẽ hình thành phản ứng khử sau:
CaO +

1
O2 + SO2 ⇌ CaSO4
2

Phản ứng trên là phản ứng chủ yếu của phương pháp khử SO2 trong quá trình đốt cháy
than, nhưng nó bị hạn chế bởi nhiệt độ. Nhiệt độ phản ứng tốt nhất ở 800~850oC khi
này hiệu suất khử SO2 là cao nhất. Nhiệt độ thấp hơn hoặt cao hơn khoảng đó thì hiệu
suất phản ứng khử sẽ giảm xuống. Do đó phương pháp này phù hợp nhất với các lị hơi
dùng cơng nghệ đốt tầng sơi (CFB), các phương pháp đốt khác như đốt cháy theo lớp
(trong lò ghi) hay đốt than phun (trong lò than phun) thì hiệu quả khử SO2 thấp.
Trong mơi trường hồn ngun H2S sinh ra sẽ phản ứng với CaCO3 và CaO theo
phương trình sau:
Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 4 / 31

Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

CaCO3 + H2S → CaS + H2O + CO2
CaO + H2S → CaS + H2O
Nếu CaS lại gặp Oxy, thì tùy theo nồng độ của oxy sẽ xảy ra các phản ứng:
CaS + 1

1
O2 → CaO + SO2
2

CaS + 2O2 → CaSO4
Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, khi nhiệt độ trong buồng lửa trên 1.200oC (lò
than phun) thì CaSO4 sẽ phân hủy thành SO2. Do đó khi dùng phương pháp này áp
dụng cho lị than phun thì hiệu quả khử SO2 rất thấp.
1.2.3 Công nghệ khử SO2 sau quá trình cháy
Đây là phương pháp khử SO2 trong khói thải sau q trình cháy nên cịn gọi là phương
pháp khử SO2 trong khói thải.
Các cơng nghệ khử SO2 trong khói thải gồm các cơng nghệ phổ biến sau: khử SO2
kiểu khô, khử SO2 kiểu ướt, khử SO2 bằng nước biển.
a)

Phương pháp khử SO2 kiểu khô:

Đây là phương pháp khử mà sản phẩm phản ứng cuối cùng là ở trạng thái khơ, bất kể
chất khử đưa vào đường khói phần đi lị là trạng thái khơ hay ướt. Phương pháp
phun sương là phương pháp phổ biến nhất đối với cơng nghệ này, ngồi ra cịn có

phương pháp khử SO2 bằng chùm điện tử.
Phương pháp phun sương
Với phương pháp này, chất khử dạng nhũ tương được bơm vào thiết bị phun sương,
trong đó chất khử lỏng được phun thành những hạt mịn vào trong khói của thiết bị hấp
thụ kiểu khô, một mặt bốc hơi một mặt tiến hành phản ứng với khí SO2, tạo thành sản
phẩm ở trạng thái khơ. Thơng thường nhiệt độ khói khi đi vào bộ hấp thụ bằng
120~160oC, qua quá trình chất khử lưu huỳnh sương hóa, bay hơi và hấp thụ SO2, khói
bị làm nguội đến 60~80oC. Sau khi tro bụi và các sản phẩm phản ứng ở trạng thái khơ
bay theo khói vào thiết bị khử bụi bị phân ly ra một bộ phận được tái tuần hoàn về hệ
thống tạo nhũ tương, hỗn hợp với chất khử lưu huỳnh thành nhũ tương có nồng độ
chất rắn 30~50%. Để đảm bảo nhũ tương sương hóa tốt, thường dùng thiết bị sương
hóa kiểu ly tâm với tốc độ quay 104 vòng/phút, đem nhũ tương phun thành hạt có
đường kính từ 20~400m để thuận lợi cho việc phân bố hạt chất khử, bay hơi và phản
ứng với SO2. Phương pháp khô phun sương thường dùng cho lị hơi nhà máy nhiệt
điện đốt than có hàm lượng lưu huỳnh thấp hơn 2%, hiệu suất khử lưu huỳnh có thể
đạt đến 70~90%. Chất khử thích hợp với phương pháp này chủ yếu là dung dịch kiềm
Na2CO3, vôi CaO hoặc là vơi tơi Ca(OH)2. Trong đó Na2CO3 có giá đắt hơn CaO và
Ca(OH)2.

Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 5 / 31


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Hình 1.2. Sơ đồ khử SO2 kiểu khơ phun sương

Phương pháp khử SO2 bằng chùm điện tử:
Đây là phương pháp dùng chùm điện tử chiếu xạ lên khói đồng thời có thể khử SO2 và
NOx. Thiết bị phát sinh chùm điện từ bao gồm thiết bị phát sinh điện cao áp một chiều
điện áp 800kV và máy gia tốc điện từ. Khi chùm điện từ cho máy gia tốc tạo lên thông
qua lỗ chiếu xạ tiến hành chiếu xạ lên khói trong thiết bị phản ứng. Năng lượng cao
của chùm điện từ có thể làm cho các phân tử oxy và hơi nước trong khói chuyển thành
OH, O có khả năng oxy hóa rất mạnh, chúng có thể làm cho SOx và NOx trong khói
oxy hóa rất nhanh tạo thành sản phẩm trung gian axit sulfuric và nitric, sản phẩm trung
gian được đưa vào thiết bị phản ứng ammonia sinh ra (NH4)2SO4 và NH4NO3 ở trạng
thái bụi mịn. Sau đó khói chứa các hạt bụi này được đưa qua bộ lọc bụi tĩnh điện khác
để khử các hạt bụi này trước khi thải qua ống khói vào khí quyển.

Bộ gia tốc điện từ

Lỗ chiếu
xạ

Sinh Ion hoạt tính

Phản ứng khử

Chùm
điện
từ

Nguồn
điện

Hình 1.3. Sơ đồ phương pháp khử SO2 bằng chùm điện từ

b)

Phương pháp khử SO2 kiểu ướt:

Phương pháp này có đặc điểm là tất cả hệ thống khử SO2 đều đặt ở cuối đường khói,
sau bộ khử bụi. Trong đó chất khử SO2, quá trình khử SO2, sản phẩm phụ phản ứng,
Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 6 / 31


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

tái sinh, xử lý... đều tiến hành dưới trạng thái ướt, nhiệt độ phản ứng của quá trình SO2
đều thấp hơn nhiệt độ đọng sương, cho nên khói sau khi khử SO2 thường phải gia nhiệt
trước khi thải ra ống khói. Do phản ứng trong q trình khử SO2 xảy ra ở mơi trường
khí – lỏng nên tốc độ phản ứng nhanh, hiệu suất khử cao, hệ số sử dụng canxi lớn.
Chất khử SO2 có thể là đá vôi CaCO3 hoặc vôi tôi Ca(OH)2.
Nguyên tắc cơ bản của hệ thống là sử dụng đá vôi làm chất hấp thụ, và sau đó sản
phẩm sinh ra bùn thạch cao hoặc thạch cao khơ đã được tách nước. Khói thải từ lò hơi
được đưa đến tháp hấp thụ theo hướng từ dưới đi lên; dung dịch nhũ tương đá vôi
được phun từ trên xuống trong tháp hấp thụ sẽ tiếp xúc và phản ứng với sulfur oxit
trong khói thải tạo thành canxi sulfat, và cuối cùng được oxy hóa trong hệ thống và
tách ra khỏi hệ thống dưới dạng sản phẩm thạch cao.

Các phản ứng hấp thụ và oxy hóa được mô tả như sau:
CaCO3 + SO2 + 1/2 H2O = CaSO3.1/2 H2O + CO2
CaSO3. 1/2H2O + 1/2 O2 + 3/2 H2O = CaSO4. 2 H2O

Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý hệ thống khử SO2 bằng phương pháp đá vôi/ thạch cao

Khói sạch sau xư lý được gia nhiệt đến nhiệt độ khoảng 72 – 80oC trước khi thải vào
ống khói ra mơi trường bên ngồi. Sản phẩm phản ứng bao gồm thạch cao và các sản
phẩm phụ sẽ được đưa vào hệ thống tách nước sử dụng vào các mục đích khác.
c)

Phương pháp khử SO2 bằng nước biển

Đây là phương pháp dùng nước biển để khử SO2 trong khói thải. Nước biển có tính
kiềm tự nhiên cao (thường pH ≥ 6,5 ÷ 9) nên có khả năng trung hịa những chất có tính
axit trong khói thải. Khói thải được tiếp xúc với nước biển theo kiểu tiếp xúc ngược,
khói thải đi từ dưới lên và nước biển được phun từ trên xuống trong tháp hấp thụ.
Phương trình phản ứng:

Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 7 / 31


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

d)

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

SO2 (khí) + H2O => SO32- + 2H+ (1)
SO32- + ½O2
=> SO42(2)
+
H + HCO3 => CO2 + H2O
(3)
Một số phương pháp khử SO2 khác

Phương pháp phun dung dịch Amoniac: dung dịch amoniac được phun vào tháp hấp
thụ SO2 theo phản ứng:
NH3 + H2O  NH4OH
2NH4OH + SO2  (NH4)2SO3 + H2O
(NH4)2SO3 + SO2 + H2O  2NH4HSO3
NH4HSO3 + NH4OH  (NH4)2SO3 + H2O
2NH4HSO3 + O2 + 2NH4OH  2(NH4)2SO4 + 2H2O
Sản phẩm của quá trình khử SO2 là amonisulphat (NH4)2SO4 có thể được sử dụng
trong cơng nghiệp sản xuất xà phòng.
Phương pháp Oxit Magie: một số oxit kim loại như MgO, MnOx, ZnO đều có khả
năng hấp thu SO2 cho nên có thể dùng dung dịch hoặc dịch tương của chúng để làm
chất khử SO2 trong khói. Sau đó có thể tái sinh chất phản ứng dựa vào phản ứng nhiệt
phân các sản phẩm hấp thụ. SO2 thu được trong q trình nhiệt phân có thể được thu
giữ để sản xuất axit sunfuric. Các phương trình phản ứng được thể hiện như sau:
Quá trình hấp thụ:
MgO + H2O  Mg(OH)2
Mg(OH)2 + SO2  MgSO3 + H2O
MgSO3 + H2O + SO2  Mg(HSO3)2
Mg(HSO3)2 + MgO  2MgSO3 + H2O
MgSO3 + 1/2O2  MgSO4

MgO + SO3  MgSO4
Quá trình tái sinh (dùng phương pháp nhiệt phân):
C + 1/2O2  CO
CO + MgSO4  MgO + SO2 + CO2
1/2C + MgSO4  MgO + SO2 + 1/2CO2
MgSO3  MgO + SO2.
2.

TIÊU CHÍ THIẾT KẾ

Tiêu chí thiết kế của hệ thống khử SO2 trong khói thải của nhà máy nhiệt điện là đảm
bảo nồng độ phát thải SO2 trong khói thải ra môi trường nằm trong giới hạn cho phép
được quy định trong các quy chuẩn, tiêu chuẩn về phát thải môi trường của Việt Nam.

Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 8 / 31


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Cụ thể theo QCVN22-2009/BNTMT-Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải cơng
nghiệp Nhiệt điện có quy định nồng độ phát thải SO2 tối đa được tính theo cơng thức:
Cmax = C x Kp x Kv.
Trong đó C là nồng độ SO2 không lớn hơn 500 mg/Nm3 đối với nhà máy điện đốt than
và dầu và không quá 300 mg/Nm3 đối với nhà máy điện đốt khí.

Kp là hệ số công suất
Kv là hệ số vùng.
Nước thải từ hệ thống sẽ phải đảm bảo các tiêu chí sau theo quy định của QCVN
40/2011_Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp.
Giá trị
Đơn vị

A

B

oC

40

40

Pt/Co

50

150

-

6 đến 9

5.5 đến 9

BOD5 (20oC)

mg/l

30

50

COD

mg/l

75

150

Chất rắn lơ lửng

mg/l

50

100

Asen

mg/l

0.05

0.1

Thủy ngân

mg/l

0.005

0.01

Chì

mg/l

0.1

0.5

Cadimi

mg/l

0.05

0.1

Crom (VI)

mg/l

0.05

0.1

Crom (III)

mg/l

0.2

1

Đồng

mg/l

2

2

Kẽm

mg/l

3

3

Niken

mg/l

0.2

0.5

Mangan

mg/l

0.5

1

Sắt

mg/l

1

5

Tổng xianua

mg/l

0.07

0.1

Tổng phenol

mg/l

0.1

0.5

Tổng dầu mỡ khống

mg/l

5

10

Sunfua

mg/l

0.2

0.5

Florua

mg/l

5

10

Thơng số
Nhiệt độ
Màu
pH

Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 9 / 31


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Amoni (tính theo N)

mg/l

5

10

Tổng Nitơ

mg/l

20

40

Tổng phốt pho (tính theo P)

mg/l

4

6

Clorua (không áp dụng khi xả
vào nguồn nước mặn, nước lợ

mg/l

500

1000

Clo rư

mg/l

1

2

Tổng hóa chất bảo vệ thực vật
hữu cơ

mg/l

0.05

0.1

Tổng hóa chất bảo vệ thực vật
phốt pho hữu cơ

mg/l

0.3

1

Tổng PCB

mg/l

0.003

0.01

Coliform

Vi
khuẩn/100
ml

3000

5000

Tổng hoạt độ phóng xạ α

Bq/l

0.1

0.1

Tổng hoạt độ phóng xạ β

Bq/l

1

1

Cột A: khi nước thải vào nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt
Cột B: khi nước thải vào nguồn nước khơng dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt

Ngồi ra, với cơng nghệ khử lưu huỳnh bằng nước biển (SWFGD), cần xem xét thiết
kế thiết bị thu gom váng bọt của nước biển sau khi ra khỏi bể sục khí (aeration basin).
Tùy vào từng dự án, kích thước và hình dạng bể sục khí cụ thể mà có thể thiết kế hệ
thống chắn và thu gom tự động hoặc bán tự động.
Đồng thời, hệ thống FGD phải thiết kế để có thể đưa vào vận hành ngay từ khi đốt lị
hơi chính (sau khi hệ thống ESP đưa vào vận hành).
2.1. Thông số đầu vào

-

Hàm lượng lưu huỳnh trong than
Lưu lương khói thải tại đầu vào bộ khử SO2
Nhiệt độ khói thải tại đầu vào bộ khử SO2
Nồng độ SO2 trong khói thải tại đầu vào bộ khử SO2
Nồng độ SO2 trong khói thải tại đầu ra bộ khử SO2 (theo tiêu chuẩn cho phép)
Thành phần khói thải khác: hơi nước, N2, O2, CO2, NOx, bụi...
Thành phần chất khử là đá vôi hoặc nước biển tương ứng với công nghệ lựa chọn:
+ Đá vôi
Thành phần đá vôi điển hình như sau
SiO2

0,37 %

Al2O3

0,28%

Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 10 / 31

Rev.3


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

CaCO3

93-99%

MgO

0,55-1,39%

+ Nước biển: thành phần nước biển (tổng lượng kiềm tính theo CaCO3, nhu cầu
oxy hóa học COD, oxy hòa tan DO, độ pH, nhiệt độ nước biển...
Thành phần nước biển điển hình áp dụng trong cơng nghệ khử SO2 bằng nước
biển như sau (*):
Đơn vị

Thành phần
pH

Tối
thiểu

Tối đa

Thành phần

Đơn vị

Tối
thiểu

Tối đa

7.29

8.24

Clorur

mg/l

17963

20147

25.3

58.5

Chlorine

mg/l

0.11

0.9

0

0

Sulfate ion

mg/l

1629

1678.55

52.6

65.32

Nitrite ion

mg/l

0

0

Nhiệt độ

oC

Độ đục

NTU

Độ dẫn điện

mS/cm

Fe3+

mg/l

0

0.11

Nitrate ion

mg/l

0

2.8

Fe2+

mg/l

0.07

0.15

Amoni

mg/l

0.01

0.3

Độ cứng Phenolphtalinity

mmol/L

1.58

1.94

Calcium ion

mg/l

255.77

350.7

Tổng độ
CaCO3)

mmol/L

2.41

3

Magnesium ion

mg/l

1185.6

1327

Tổng độ cứng

mmol/L

115

131.22

Aluminum ion

mg/l

0

0

Độ cứng Carbonate

mmol/L

113.27

121.77

Potassium ion

mg/l

351

385

CO2 tự do

mg/l

0

5.78

Sodium ion

mg/l

10766.67

10829

Tổng chất rắn

mg/l

34577

34799

Phosphate ion

mg/l

0.01

0.4

Chất rắn lơ lửng

mg/l

2

9

Cu

0

0

Chất rắn hịa an

mg/l

34573

34793

Pb

0

0

Tổng lượng dầu

mg/l

0.01

0.38

As

0

0

Oxy hịa tan

mg/l

5.4

6.8

Mn

mg/l

0.04

0.1

Nhu cầu Oxy hóa học

mg/l

3

7

Se

mg/l

0

0

Tổng silica

mg/l

2.6

4.98

F-

mg/l

0.1

0.2

Silica hoạt tính

mg/l

0.08

0.16

Cr

0

0

Sulfide

mg/l

1357.5

1390.54

Iode

mg/l

0

0

Bicarbonate ion

mg/l

121.62

125.32

Br-

mg/l

0.02

0.15

kiềm

(theo

*Tham khảo bảng kết quả phân tích nước biển khu vực TTĐL Vĩnh Tân

2.2. Thơng số tính tốn
Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 11 / 31


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

-

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Hiệu suất bộ khử SO2 (để đảm bảo nồng độ phát thải SO2 theo tiêu chuẩn cho
phép)
Nhu cầu chất khử: lượng đá vôi hoặc nước biển cần cung cấp
Nhu cầu nước bổ sung cho quá trình khử
Khối lượng các sản phẩm phản ứng từ q trình khử
Cơng suất yêu cầu của các thiết bị phụ trợ đi kèm: bơm, quạt, động cơ máy khuấy,
máy nghiền, băng tải, thiết bị bốc dỡ, dung tích bồn chứa nước, kho chứa...
Sản phẩm thạch cao sinh ra từ quá trình khử phải đáp ứng các u cầu sau
Thơng số

Gía trị

Độ tinh khiết (CaSO4 . 2H2O)

Lớn hơn 90% (cơ bản là khơ)

Kích thước hạt (kích thước trung bình)

40 micron

Độ ẩm

Nhỏ hơn 12%

pH

5 9

2.3. Tiêu chuẩn áp dụng
2.3.1. Tiêu chuẩn Việt Nam
 QCVN 05 & 06 2009 - Chất lượng khơng khí xung quanh
 QCVN 22 2009BTNMT- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải cơng
nghiệp nhiệt điện.
 QCVN 40-2011-Nước thải cơng nghiệp
2.3.2. Tiêu chuẩn quốc tế
 ASME B31.1- Power Piping
 ASME B36.19M - Stainless Steel
 ASME Section IX - Welding and Brazing Qualifications
 ASME PTC 8.2 - Centrifugal Pumps
 ASTM A 123 Zinc (Hot-Dip Galvanized) Coatings on Iron and Steel
 API 650
2.3.3. Phần mềm tính tốn

 Microsoft Excel: để thiết lập cơng thức tính tốn chất khử, hiệu suất phản
ứng…
 Phần mền tính tốn chun dụng của từng nhà sản xuất
 SAP, TEKLA, CAD…để vẽ, mơ phỏng 2D, 3D và tính tốn kết cấu trong
hệ thống khử SO2.
Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 12 / 31


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

3.

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KỸ THUẬT

Phương pháp tuyển rửa than có chi phí lớn, u cầu than phải được nghiền nhỏ đến độ
mịn thích hợp (50~200 µm), không khử được lưu huỳnh hữu cơ, lưu huỳnh nguyên tố
và sunfua sắt phân tán trong than. Do đó đối với các loại than có thành phần lưu huỳnh
nguyên tố lớn thì phương pháp này khơng hiệu quả.
Phương pháp thấm suất có kết quả nghiên cứu trong phịng thí nghiệm có quy mơ
trung bình để khử phần lớn lưu huỳnh trong than nhưng do giá thành rất cao nên cho
đến nay vẫn chưa áp dụng vào công nghiệp nhiệt điện.
Phương pháp chuyển hóa than biến nhiên liệu than chuyển thành loại nhiên liệu thứ
cấp tinh khiết (dạng khí hoặc lỏng). Với phương pháp này than sẽ được khí hóa ngay
tại mỏ than sau đó dùng làm nhiên liệu cấp cho các nhà máy nhiệt điện với lưu huỳnh

đã được khử bỏ.
Do đó dưới đây sẽ trình bày phân tích một số phương án khử SO2 đã được áp dụng cho
nhà máy nhiệt điện đốt than trên thế giới.
3.1.

Phân tích các giải pháp kỹ thuật

3.1.1. Phương pháp khử SO2 trong q trình cháy bằng đá vơi:
Phương pháp này đá vơi được phun vào buồng lửa để phản ứng với SO2 tạo thành
CaSO4 thải ra ngoài dưới dạng xỉ. Nhiệt độ phản ứng tốt nhất ở 800~850oC khi này
hiệu suất khử SO2 là cao nhất. Nhiệt độ thấp hơn hoặt cao hơn khoảng đó thì hiệu suất
phản ứng khử sẽ giảm xuống. Do đó phương pháp này phù hợp nhất với các lị hơi
dùng cơng nghệ đốt tầng sơi (CFB), các phương pháp đốt khác như đốt cháy theo lớp
(trong lò ghi) hay đốt than phun (trong lị than phun) thì hiệu quả khử SO2 thấp.
Các nghiên cứu cho thấy, nhân tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ SO2 của chất khử
lưu huỳnh rất nhiều, bao gồm những nhân tố thuộc bản chất của chất khử, tức là chủng
loại, hoạt tính và kích thước hạt, cùng với điều kiện phản ứng khử lưu huỳnh trong
buồng lửa, có nghĩa là vị trí phun chất khử, hàm lượng lưu huỳnh trong than cũng là
nồng độ SO2 trong khói. Thời gian lưu lại trong buồng lửa của chất khử, tình trạng
phân bố và hỗn hợp với khói,...Chỉ khi nào xử lý tốt một cách chính xác các nhân tố
ảnh hưởng nói trên, mới có thể nâng cao đến mức tối đa hiệu quả khử SO2 bằng cách
phun đá vơi vào buồng lửa.
Ngồi ra khi phun đá vôi vào buồng lửa, cũng sẽ đem lại rất nhiều vấn đề đối với
những bộ phận có liên quan của lò hơi. Hậu quả trực tiếp của việc phun đá vôi vào
buồng lửa là làm tăng hàm lượng tro bụi bay trong khói, hơn nữa làm tăng hàm lượng
tạp chất trong tro bụi, làm cho nhiệt độ biến dạng của tro bụi giảm làm tăng việc đóng
xỉ, bán tro và mài mòn các bề mặt truyền nhiệt. Thành phần CaO trong tro xỉ tăng lên
sẽ làm đặc tính đơng cứng, dẫn đến thải xỉ khó khăn. Ngồi ra việc làm tăng tro bám ở
các bộ phận sinh hơi cũng ảnh hưởng đến truyền nhiệt bức xạ trong buồng lửa gây
giảm hiệu quả truyền nhiệt đồng thời làm hư hại các bề mặt kim loại bị đóng bám.

Nồng độ bụi tăng cũng ảnh hưởng đến năng suất và hiệu suất làm việc của bộ khử bụi
tĩnh điện phía sau. Do dó khi áp dụng phương pháp này phải cân nhắc biện pháp thỏa
Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 13 / 31


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

đáng như thay đổi một số chi tiết trong lò hơi, lắp thêm bộ thổi bụi trên đường khói,
nâng cao năng suất hệ thống khử bụi...
3.1.2. Phương pháp khử SO2 trong khói kiểu khơ dạng phun sương
Phương pháp này dung dịch nhũ tương của chất khử (vôi tôi, Na2CO3) được phun vào
thiết bị phản ứng, tại đó xảy ra các phản ứng khử SO2 sau đó các sản phẩm phản ứng
được đưa qua bộ lọc bụi phía sau trước khi thải vào khí quyển. Phương pháp này
thường chỉ áp dụng cho lò hơi nhà máy điện đốt than có hàm lượng lưu huỳnh thấp
dưới 2%. Cũng giống như phương pháp khử SO2 trong quá trình cháy bằng phun đá
vôi vào buống lửa, phương pháp này yêu cầu bộ khử bụi phải có cơng suất lớn để khử
hàm lượng bụi trong quá trình cháy cũng như các sản phẩm của q trình khử SO2.
Trên thế giới có khá nhiều nhà máy điện áp dụng công nghệ này cũng như có nhiều
nhà cung cấp như Alstom (GE), Babcock & Wilcox, Hamon Research Cottrell, tuy
nhiên ở Việt Nam chưa có dự án nhà máy điện nào áp dụng công nghệ này nên có ít
kinh nghiêm về vận hành, bảo dưỡng.
Một số ưu điểm của phương pháp khử SO2 kiểu khô so với phương pháp kiểu ướt:
 Bể hấp thụ có thể được xây dựng bằng thép cacbon khơng cần lớp lót.
Thơng thường đối với các tổ máy công suất nhỏ hơn 300MW thì chi phí

đầu tư nhỏ hơn kiểu ướt. Cịn đối với nhà máy cơng suất lớn hơn 300MW
thì u cầu nhiều module hơn nên chi phí đầu tư sẽ đắt hơn công nghệ
kiểu ướt.
 Yêu cầu về bơm và điện tiêu thụ nhỏ hơn
 Sản phẩm sau quá trình khử ở trạng thái khơ nên có thể vận chuyển cùng
với các thiết bị vận chuyển tro bay bằng khí nén thơng thường. Có thể sử
dụng để san lấp mặt bằng hoặc thải cùng tro bay.
 Sử dụng ít thiết bị hơn phương pháp ướt do đó chi phí vận hành và bảo
dưỡng thấp hơn.
 Độ giảm áp đi qua tháp hấp thụ nhỏ hơn
 Khói ra khỏi tháp hấp thụ có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ đọng sương nên
khơng cần bộ gia nhiệt khói-khói
 Khơng có nước thải từ q trình cơng nghệ
Tuy nhiên phương pháp khử SO2 kiểu khô cũng tồn tại một số nhược điểm so với kiểu
ướt:
 Công suất mỗi module lớn nhất áp dụng trong các nhà máy điện là từ
250MW đến 300MW.
 Chất khử sử dụng là vơi, vơi tơi, Na2CO3 có chi phí đắt hơn đá vơi của
phương pháp kiểu ướt
 Hệ thống thải ra một lượng lớn chất thải khô tuy nhiên lại khơng có nhiều
ứng dụng liên quan đến đặc tính thành phần của nó, trong khi đó phương
pháp ướt có thể tận dụng sản phẩm q trình khử cho mục đích thương
mại.
Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 14 / 31


Tổng Công Ty Phát Điện 3

Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

3.1.3. Phương pháp khử SO2 trong khói kiểu khô dùng chùm điện từ
Ở phương pháp này cần thiết lắp đặt 2 bộ khử bụi (một bộ trước thiết bị phản ứng và
một bộ sau), tháp làm mát, bộ cấp khí NH3, thiết bị tạo chùm điện từ. Phương pháp
này có thể đồng thời khử SO2 và NOx trong khói thải với hiệu quả cao, hiệu suất khử
SO2 có thể đạt trên 95% và hiệu suất khử NOx trên 80%. Các q trình khử SO2 ở
trạng thái khơ nên không cần hệ thống xử lý nước thải. Các sản phẩm phụ là amoni
surphát và amoni nitrat có thể tận dụng trong cơng nghiệp hóa chất.
Do phương pháp này u cầu thiết bị tạo chùm điện từ cũng như máy gia tốc điện từ
nên có chi phí đầu tư ban đầu cao.
3.1.4. Phương pháp khử SO2 kiểu ướt đá vôi-thạch cao
Phương pháp này rất phổ biến ở trên thế giới cũng như ở Việt Nam, đặc biệt là ở các
khu vực dự án nằm gần mỏ đá vôi và ở cách xa biển. Sản phẩm quá trình khử SO2 của
phương pháp này là thạch cao, có thể tận dụng được trong các lĩnh vực điêu khắc, xây
dựng... Đặc điểm của phương pháp này là hệ thống tháp hấp thụ SO2 được đặt ở cuối
đường khói, sau bộ khử bụi tĩnh điện. Chất khử là đá vơi có giá thành rẻ và phổ biến.
3.1.5. Phương pháp khử SO2 bằng nước biển
Được áp dụng cho các nhà máy điện có vị trí đặt ở gần biển, thuận lợi cho việc lấy và
thải nước biển. Phương pháp này có chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp nhất vì ít thiết
bị, khơng tốn tiền mua chất khử như các phương pháp khác. Phương pháp này rất phổ
biến trên thế giới và hiện nay ở Việt Nam đã có nhiều nhà máy áp dụng và vận hành
hiệu quả tin cậy như Vĩnh Tân 2, Duyên Hải 1. Phương pháp này chỉ sử dụng nước
biển và khơng khí, khơng có sản phẩm phụ của q trình cơng nghệ nên giảm được chi
phí vận hành nhà máy. Ngoài ra với nguyên lý vận hành đơn giản ít thiết bị nên hệ
thống có thể được tự động hóa, khơng cần người vận hành trong q trình vận hành
bình thường và có thể giám sát từ xa trong phịng điều khiển. Hệ thống sử dụng rất ít
thiết bị quay do đó nhu cầu điện tự dùng nhỏ, chi phí vận hành bảo dưỡng thấp.

Từ những phân tích ở trên, đối với các nhà máy nhiệt điện than ở Việt Nam hiện nay
đầu tư có cơng suất lớn (trên 600MW/tổ máy) do đó có 2 phương pháp khử SO2 thích
hợp nhất đó là phương pháp khử kiểu ướt đá vôi-thạch cao áp dụng cho các nhà máy
đặt xa biển và phương pháp khử SO2 dùng nước biển áp dụng cho các nhà máy đặt gần
biển.
Dưới đây sẽ trình bày phương pháp lựa chọn cấu hình, thiết bị cho 2 công nghệ này.
3.2.

Lựa chọn giải pháp kỹ thuật

3.2.1. Hệ thống khử SO2 bằng nước biển
Sơ đồ nguyên lý được thể hiện như hình vẽ bên dưới:

Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 15 / 31


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Hình 5.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống khử SO2 bằng nước biển

Quá trình khử SO2 bằng nước biển bao gồm 2 hệ thống chính. Hệ thống đường khói
giúp làm sạch khói và tái nhiệt trước khi thải vào ống khói và hệ thống xử lý nước biển
nơi mà nước biển được bơm vào tháp hấp thụ để khử SO2 sau đó qua bể sục khí trước
khi thải ra biển.

Các phương trình phản ứng mơ tả cơng nghệ khử SO2 bằng nước biển:
SO2 (khí) + H2O = SO32- + 2H+ (1) xảy ra trong tháp hấp thụ
SO32- + ½ O2 = SO42- (2) oxy hóa xảy ra chủ yếu trong bể sục khí
HCO3- + H+ = CO2 + H2O (3) phản ứng trung hòa
Ở phản ứng số (1), SO2 ở trạng thái khí khi tiếp xúc với nước trong tháp hấp thụ
chuyển thành ion sulphit và ion hydrogen H+. Do có sự xuất hiện của H+ nên tăng tính
axít nước biển nghĩa là độ pH của nước biển giảm. Ở phản ứng số (2), oxy hóa ion
sulphít thành dạng ion sulphát tại bể sục khí. Từ phản ứng (2) ta có thể thấy nồng độ
SO2 tương ứng với chỉ số nhu cầu oxy hóa học (COD) của nước biển trong tháp hấp
thụ. Oxy được cấp bởi quạt sục khí để đáp ứng chỉ số COD cũng như đảm bảo lượng
oxy hòa tan (DO) đáp ứng theo tiêu chuẩn cho phép trước khi thải ra biển.
Ở phản ứng 3 ion bicacbonat HCO3- trong nước biển phản ứng với ion H+ sinh ra ở
phản ứng 1, do đó lại làm tăng độ pH của nước biển.
Hệ thống khử SO2 bằng nước biển bao gồm các thành phần chính sau:
 Hệ thống đường ống dẫn khói bao gồm các van, cánh hướng khói
(damper).
 Hệ thống gió chèn: quạt gió chèn, bộ gia nhiệt gió chèn
 Bộ gia nhiệt khói đi kèm với hệ thống giảm rò rỉ, hệ thống thổi bụi
 Hệ thống tháp hấp thụ: tháp hấp thụ, đường ống cung cấp nước biển, hệ
thống phân phối nước biển, thiết bị tách nước, bơm cấp nước biển cho
tháp hấp thụ
Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 16 / 31


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

 Hệ thống sục khí: bể sục khí, hệ thống phân phối khí, quạt sục khí
1. Hệ thống đường ống dẫn khói
Thơng thường phạm vi cung cấp lắp đặt đường ống dẫn khói hệ thống FGD được
tính từ đầu ra quạt khói đến điểm đấu nối vào ống khói. Tồn bộ đường ống dẫn
khói này được bọc cách nhiệt, được tăng cứng bởi các thanh gân tăng cứng và
được đỡ bởi hệ thống support. Hệ thống support bằng kết cấu thép được tính tốn
đảm bảo độ chịu lực của tải trọng tĩnh, tải trọng động, tải trọng gió, động đất...
trong q trình vận hành.
Đường ống dẫn khói (flue gas duct) sẽ được thiết kế với tiết diện hợp lý để đảm
bảo tốc độ khói thốt ra khỏi miệng ống khói theo yêu cầu về khuếch tán chất
thải. Tiết diện đường dẫn khói có thể là hình trịn hoặc hình chữ nhật, tùy thuộc
vào nhà cung cấp. Tuy nhiên tiết diện hình chữ nhật là phổ biến hơn cả vì dễ
dàng cho gia cơng chế tạo cũng như thiết kế support. Vật liệu của đường ống dẫn
khói là thép carbon, bề mặt được sơn với chiều dày thích hợp. Đoạn ống dẫn khói
từ đầu ra tháp hấp thụ tới điểm kết nối vào ống khói, bề mặt trong được sơn phủ
lớp flake liner chống ăn mịn.
Tại các vị trí chuyển hướng hoặc đấu nối đường dẫn khói với thiết bị có lắp đặt
khớp nối giãn nở (expansion joints). Khớp giãn nở có tiết diện tương thích với
tiết diện của đường dẫn khói. Trên đường ống dẫn khói có bố trí cửa thăm tại các
vị trí thích hợp để phục vụ cho q trình thi cơng lắp đặt cũng như bảo dưỡng sửa
chữa.
Tại vị trí đầu vào và đầu ra FGD có bố trí van khói (damper) để có thể ngắt hệ
thống FGD ra khỏi đường khói trong trường hợp sự cố. Một van khói đi tắt cũng
được lắp đặt trên đường đi tắt của đường ống dẫn khói tới ống khói. Trong trường
hợp sự cố cần ngắt hệ thống FGD thì van khói đi tắt mở hồn tồn để khói đi tắt
vào ống khói. Các van khói cũng có kích thước tương thích với đường dẫn khói.
2. Hệ thống gió chèn
Hệ thống gió chèn cung cấp gió chèn cho các van khói và bộ gia nhiệt khói-khói.

Hệ thống gió chèn bao gồm quạt gió chèn, bộ gia nhiệt và hệ thống đường ống
dẫn.
Quạt gió chèn được tính tốn lựa chọn lưu lượng, cột áp đáp ứng các yêu cầu về
thơng số chèn cho các van khói và bộ gia nhiệt khói-khói. Việc lựa chọn thơng số
quạt gió chèn phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ hệ thống FGD của nhà sản xuất
nên sẽ được đề xuất từ nhà sản xuất FGD. Van khói tại đầu vào bộ FGD sẽ dùng
gió nóng để chèn, cịn van khói đầu ra sẽ dùng gió tự nhiên để chèn trong q
trình ngắt bộ FGD. Van khói đi tắt với độ lọt khói tối đa khoảng 2% nên khơng
cần gió chèn. Gió chèn cho bộ gia nhiệt khói-khói giúp cho khói nóng khơng bị
lọt ra bên ngồi trong q trình vận hành cũng như trong q trình vệ sinh thiết
bị.
Quạt gió chèn loại li tâm thường chọn cấu hình 2x100%, trong đó một làm việc
và 1 dự phịng. Với cấu hình này số lượng quạt là ít nhất do đó việc vận hành
điều khiển dễ dàng, số lượng vật tư dự phịng cũng ít nhất.
Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 17 / 31


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Bộ gia nhiệt giúp gia nhiệt gió chèn trước khi chèn các vị trí có nhiệt độ cao. Có
hai loại thiết bị gia nhiệt cho gió chèn kiểu dùng hơi tự dùng và kiểu điện. Tùy
thuộc triết lý thiết kế của nhà sản xuất thiết bị FGD mà phương pháp gia nhiệt
nào được lựa chọn. Ví dụ trong trường hợp nhà sản xuất FGD sử dụng hơi tự
dùng cho thiết bị thổi bụi bộ gia nhiệt khói – khói thì sẽ lắp đặt bộ gia nhiệt gió

chèn dùng hơi. Trường hợp nhà sản xuất dùng khí nén để thổi bụi thì bộ gia nhiệt
gió chèn bằng điện được lựa chọn.
Hệ thống đường ống dẫn gió chèn từ quạt chèn đến các vị trí chèn.
3. Bộ gia nhiệt khói-khói
Bộ gia nhiệt khói-khói giúp gia nhiệt khói sạch sau xử lý tới nhiệt độ khoảng
90oC nhằm hạn chế sự ăn mịn đường ống khói do đọng sương axit. Đồng thời bộ
gia nhiệt khói-khói cịn giúp làm giảm nhiệt độ khói chưa xử lý đầu vào để làm
tăng hiệu quả phản ứng khử SO2 trong tháp hấp thụ.
Bộ gia nhiệt có nhiều loại như dạng calorife, dạng quay. Tuy nhiên đối với các
nhà máy nhiệt điện hiện nay đều áp dụng kiểu quay vì những ưu điểm như kết
cấu đơn giản, vận hành ổn định, dễ dàng vệ sinh, sửa chữa bảo dưỡng và giảm
tổn thất áp. Phần gia nhiệt của thiết bị bao gồm các tấm kim loại trao đổi nhiệt
được bố trí đều xung quanh thiết bị. Thiết bị chia làm 2 ngăn, ngăn nóng và ngăn
lạnh. Tại ngăn nóng, khói chưa xử lý có nhiệt độ cao sẽ gia nhiệt cho các tấm trao
đổi nhiệt sau đó đi vào tháp hấp thụ bộ gia nhiệt sẽ quay với một tốc độ nhất định
đưa các tấm trao đổi nhiệt qua vùng lạnh, tại đây khói sạch sau xử lý sẽ đi qua
vùng lạnh và được gia nhiệt bởi các tấm gia nhiệt đến nhiệt độ thiết kế.
Do bộ gia nhiệt khói-khói hoạt động ở trạng thái chuyển động quay nên tại hai
gối trục đỡ ở phía trên và phía dưới cần phải có gió chèn để ngăn khói lọt ra bên
ngồi. Gió chèn này sẽ được lấy từ hệ thống cung cấp gió chèn.
Trong khói thải có chứa thành phần bụi do đó theo thời gian một phần bụi sẽ bám
trên bề mặt các tấm kim loại trao đổi nhiệt làm giảm hệ số truyền nhiệt. Do vậy
hệ thống thổi bụi sẽ được lắp đặt để làm sạch bụi bám trên các bề mặt tấm trao
đổi nhiệt. Thiết bị thổi bụi có thể dùng hơi hoặc khí nén để làm sạch bụi, tùy
thuộc vào nhà sản xuất. Thiết bị thổi bụi sẽ hoạt động định kỳ theo thời gian đặt
trước hoặc theo tín hiệu độ chênh nhiệt độ khói đầu vào đầu ra bộ gia nhiệt.

Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 18 / 31


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Hình 5.2 mơ tả các vị trí lọt khói của bộ gia nhiệt khói-khói.

4. Hệ thống tháp hấp thụ
Tháp hấp thụ là nơi diễn ra quá trình hấp thụ SO2 vào nước biển thông qua sự tiếp
xúc ngược chiều giữa khói và nước biển. Khói đi từ dưới tháp đi lên, nước biển
được phân bố đều nhờ hệ thống phân bổ nước biển từ trên xuống. Tháp hấp thụ
có thể được xây dựng bằng bê tơng hoặc thép, bề mặt trong được phủ lớp liner
chống ăn mòn. Việc lựa chọn tháp hấp thụ bằng bê tông hay thép tùy thuộc vào
cơng nghệ của nhà sản xuất. Ví dụ hãng Alstom (GE) thì xây dựng tháp hấp thụ
bằng bê tơng, hãng Lentjes (DOOSAN) thì áp dụng tháp hấp thụ bằng thép.
Như đã nói ở trên, nước biển được phân bố đều trong tháp hấp thụ nhờ hệ thống
phân bố nước biển. Hệ thống phân phối nước biển có hai loại đó là dạng phun
(spray nozzle) và dạng phân bố có lớp đệm (packing). Mỗi loại có những ưu
nhược điểm riêng và mỗi nhà sản xuất áp dụng một phương pháp cho sản phẩm
của mình. Ví dụ hãng Alstom áp dụng hệ thống phân bố nước biển kiểu packing,
hãng Lentjes áp dụng kiểu phun (spray nozzle).
So với hệ thống phân phối nước biển kiểu phun, hệ thống phân bố nước biển kiểu
lớp đệm (packing) có những ưu điểm như: kết cấu đơn giản, việc xây dựng lắp
đặt cũng rẻ hơn, vật liệu lớp đệm packing có thể sử dụng gốm hoặc nhựa. Mặt
khác việc phân bố nước biển bằng hệ thống lớp đệm paking này có tổn thấp áp
suất nhỏ hơn cũng giúp cho chi phí vận hành rẻ hơn.

Hình 5.3 Tháp hấp thụ có hệ thống phân bố nước biển kiểu phun (spray nozzle)

Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 19 / 31


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Hình 5.4 Tháp hấp thụ có hệ thống phân bố nước biển kiểu lớp đệm packing

Đối với hệ thống phân bố nước biển kiểu lớp đệm, nước biển sẽ đi vào một ống
góp chính, từ ống góp này nước biển sẽ được phân bố đều tới các ống nhánh rồi
phun xuống lớp đệm phía dưới. Tại các lớp đệm này khói và nước biển sẽ tiếp
xúc với nhau và SO2 được hấp thụ vào trong nước biển. Ống góp chính và các
ống nhánh đều được làm bằng vật liệu GRP. Các ống góp, ống nhánh và lớp đệm
được đỡ bởi hệ thống giá đỡ bên trong tháp.

Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 20 / 31


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Hình 3.5 bố trí ống góp chính và các ống nhánh trong hệ thống phân bố nước biển

Hình 5.6 bố trí lớp đệm trong hệ thống phân bố nước biển

Đối với hệ thống phân bố nước biển kiểu phun spray nozzle, nước biển được
phân bố vào 4 ống góp chính tương ứng với 4 bơm cấp nước biển. Các ống góp
chính này được bố trí ở các cao độ khác nhau trong tháp hấp thụ. Từ các ống góp
này sẽ có các đường ống nhanh phân bố đều theo tiết diện tháp. Trên mỗi ống
nhánh có bố trí các vòi phun giúp nước biển được phân bố đều hơn. Các đường

Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 21 / 31


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

ống góp chính, đường ống nhánh và vịi phun đều được làm bằng vật liệu GRP
chống ăn mịn.

Hình 5.7 Sơ đồ bố trí các ống góp hệ thống phân bố nước biển kiểu phun điển hình

Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx

Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 22 / 31


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Hình 5.8 Sơ đồ bố trí các ống nhánh hệ thống phân bố nước biển kiểu phun

Trong quá trình dịng khói tiếp xúc với nước biển trong tháp hấp thụ có một
lượng nước nhất định bị cuốn theo dịng khói đi ra khỏi tháp. Để giảm lượng
nước bị cuốn theo này, tháp hấp thụ được trang bị thiết bị khử nước trước đầu ra
của tháp. Thiết bị khử nước gồm các tấm thép hình gợn sóng được bố trí ngày
trước của ra của tháp hấp thụ.

Quyển 3, Chương 5 – Hệ thống khử SOx
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 23 / 31