Tkc q3 chương 06 he thong khu nox (scr) (rev 3

Chư ng

6

HỆ THỐNG KHỬ NOx (SCR)

Tháng 10/2017
Thực hi n:

Nguy n Văn Tốn

Kiểm tra:

Đồn Trung Tín

Ngày

Ký tên


1.
1.1.
1.2.
1.3.
1.3.1.
1.3.2.
2.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.

2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.
2.11.
2.12.
2.13.
3.
3.1.
3.1.1.
3.1.2.
3.1.3.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
4.
4.1.
4.1.1.
4.1.2.
4.1.3.
4.1.4.
4.1.5.
4.1.6.
4.1.7.
4.1.8.

M CL C
T NG QUAN ..............................................................................................................1
Khái ni m chung về NOx .............................................................................................1
Các gi i pháp gi m thiểu phát th i NOx ......................................................................1
Nguyên lý khử NOx .....................................................................................................2
Công ngh SNCR.........................................................................................................2
Công ngh SCR ...........................................................................................................3
CÁC THÔNG S VÀ KHÁI NI M C B N ...........................................................4
Hi u su t khử ...............................................................................................................4
Nhi t độ ph n ứng ........................................................................................................4
Thời gian lưu và vận t c kh i ......................................................................................5
Mức độ hòa trộn ...........................................................................................................6
H s cân bằng lư ng ...................................................................................................6
N ng độ NOx đ u vào ..................................................................................................6
Dư lư ng amonia ..........................................................................................................6
Ho t tính xúc tác ..........................................................................................................7
Ph n ứng ph ................................................................................................................7
T n th t áp lực..............................................................................................................8
Bước kh i xúc tác.........................................................................................................8
Suy gi m ho t tính xúc tác ...........................................................................................8
C u trúc ch t xúc tác ....................................................................................................9
CÁC THÀNH PH N CHÍNH C A H TH NG SCR .............................................9
Các phư ng án c u hình h th ng SCR .......................................................................9
C u hình SCR b i cao................................................................................................10
C u hình SCR b i th p ..............................................................................................11
C u hình SCR lắp cu i...............................................................................................11
Bộ ph n ứng SCR .......................................................................................................12
Ch t xúc tác ................................................................................................................13
Ch t ph n ứng ............................................................................................................15
H th ng phun ............................................................................................................15

Các h ng m c ph tr ................................................................................................16
TÍNH TỐN THI T K ...........................................................................................17
Các thơng s thi t k ..................................................................................................17
Cơng su t nhi t lị h i ................................................................................................17
H s công su t c a h th ng.....................................................................................17
NOx khơng kiểm sốt và NOx ng khói....................................................................18
Hi u su t khử NOx ....................................................................................................18
H s cân bằng lư ng thực t .....................................................................................18
Lưu lư ng khói ..........................................................................................................18
Vận t c thể tích và vận t c ti t di n...........................................................................18
Hi u su t khử NOx lý thuy t .....................................................................................19


4.1.9.
Dư lư ng amonia lý thuy t ........................................................................................ 19
4.1.10. Thể tích kh i xúc tác ................................................................................................. 19
4.1.11. Kích thước bộ ph n ứng ............................................................................................ 20
4.1.12. Nhu c u ch t ph n ứng .............................................................................................. 22
4.1.13. Thể tích lưu trữ ch t ph n ứng .................................................................................. 22
4.2.
Tính tốn thi t k ....................................................................................................... 22
4.2.1.
Thơng s đ u vào ...................................................................................................... 22
4.2.2.
Thơng s tính toán ..................................................................................................... 23
5.
TIÊU CHU N ÁP D NG ........................................................................................ 24
5.1.
Tiêu chu n bắt buộc c a Vi t Nam ............................................................................ 24
5.2.

Tiêu chu n qu c t ..................................................................................................... 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3
Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

1.

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

T NG QUAN

1.1. Khái ni m chung về NOx
Ơ-xít Nit (NOx) là thành ph n khí gây ơ nhi m đư c hình thành ch y u trong các
quá trình cháy, đặc bi t là trong quá trình cháy c a nhiên li u trong các lò h i nhà máy
nhi t đi n. Khi còn nằm trong đường khói c a lị h i nhà máy nhi t đi n, h u h t thành
ph n NOx là NO. Sau khi thốt ra ngồi khí quyển h u h t NOx chuyển thành NO2.
NOx hình thành trong quá trình cháy c a nhiên li u theo các c ch sau:
 NOx nhiên li u: hình thành trên c sở ơxy hóa thành ph n Ni-t trong nhiên li u;
 NOx nhi t: hình thành trên c sở ơxy hóa ni-t có trong khơng khí dưới tác động
c a nhi t độ cao (kho ng trên 1.000°C) trong khu vực cháy;
 NOx nhanh: hình thành trên c sở ơxy hóa các g c hydro các-bon quanh khu vực
cháy.

NOx là phát th i có h i và giới h n c a nó ph i tuân th các yêu c u pháp quy về môi
trường c a Vi t Nam (quy định bởi QCVN 22:2009/BTNMT (về phát th i t i ngu n)
và QCVN 05:2013/BTNMT (về n ng độ t i mặt đ t)) và qu c t (khi có y u t vay
v n từ các t chức, ngân hang qu c t )
1.2. Các gi i pháp gi m thiểu phát th i NOx
Các gi i pháp gi m thiểu phát th i NOx trong các nhà máy đi n đư c chia thành 2

nhóm: gi m thiểu phát th i NOx trong lị và khử NOx ngồi lò.
Nguyên tắc chung c a các gi i pháp gi m NOx trong lị là t i ưu hóa (cho vi c gi m
NOx) quá trình cháy, gi m nhi t độ cháy thông qua các bi n pháp như đ t phân t ng,
Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Trang 1 / 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3
Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

tái tu n hồn khói, sử d ng vịi đ t với thi t k gi m NOx vv. Các gi i pháp này đư c
thực hi n nhằm gi m phát th i NOx ngay từ giai đo n hình thành.
Khử NOx ngồi lị (nói chung là khử NOx) là các gi i pháp chuyển hóa NOx (đã đư c
hình thành trong lị) thành N2 và các ch t khơng có h i khác, qua đó gi m phát th i
NOx ra ngồi mơi trường.
1.3. Ngun lý khử NOx
Về lý thuy t có r t nhiều cơng ngh khử NOx khác nhau như:






Khử không xúc tác: Selective None-catalytic Reduction (SNCR);
Khử xúc tác: Selective Catalytic Reduction (SCR);
Cracking xúc tác;

H p th (sử d ng các ch t h p th khác nhau);
Bức x , vv

Trong s này, hai công ngh khử NOx ph bi n nh t là SCR và SNCR đư c xây dựng
trên nguyên lý sử d ng ch t ph n ứng (ammoniac, urê) để khử NOx thành nit và
nước.
1.3.1.

Công nghệ SNCR

Trong công ngh SNCR c ammoniac và ure đều có thể sử d ng làm ch t ph n ứng.
Ch t ph n ứng đư c phun vào dòng s n ph m cháy trong lị ở khu vực có nhi t độ có
hi u su t ph n ứng cao nh t (900°C đ n 1.150°C đ i với ch t ph n ứng là ammoniac
hay 870°C đ n 1.100°C đ i với ch t ph n ứng là ure).

Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Trang 2 / 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3
Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

Hình 1.

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

Sơ đồ nguyên lý công nghệ SNCR

Hi u su t khử lý thuy t c a công ngh SNCR có thể lên đ n 75%, tuy nhiên trên thực
t áp d ng hi u su t thường chỉ đ t đư c trong kho ng 30%-50%. Ngoài ra cơng ngh
này cũng chỉ áp d ng có hi u qu cho các lị có cơng su t nhi t vào kho ng dưới
3.100MMBtu/h, tư ng đư ng công su t phát đi n (ứng với 1 lò) vào kho ng dưới
310MW do các lị cơng su t càng lớn thì hi u su t thực t càng gi m.
1.3.2.

Cơng nghệ SCR

Khác bi t căn b n giữa hai công ngh là phư ng án SCR sử d ng ch t xúc tác để tăng
hi u qu ph n ứng và cho phép ph n ứng x y ra ở nhi t độ th p h n.
B n ch t c a phư ng pháp khử NOx theo công ngh SCR là ph n ứng xúc tác bằng
cách phun amoniac (NH3) như là ch t khử vào dòng s n ph m cháy và ph n ứng x y
ra trong lớp ti p xúc với xúc tác (lớp dưới cùng là TiO2, và sử d ng các nguyên t kim
lo i chuyển ti p như V, W hoặc Mo t i khư vực ph n ứng x y ra) để chuyển NOx
thành nit và nước.

Hình 2.

Phản ứng khử NOx bên trong bộ phản ứng

Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Trang 3 / 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3
Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

Nguyên lý c a c a quá trình khử NOx (phư ng pháp SCR) đư c thể hi n ở phư ng
trình ph n ứng sau:
4NO + 4NH3 + O2  4N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3  7N2 + 12H2O
Hoặc 2NO2 + 4NH3 + O2  3N2 + 6H2O
NO + NO2 + 2NH3  2N2 + 3H2O

Nhi t độ phù h p nh t để x y ra ph n ứng vào kho ng 300°C đ n 400°C, do vậy vị trí
lắp đặt ph bi n c a các bộ SCR là ngay sau bộ hâm nước c a lị h i, mặc dù t i vị trí
này có n ng độ b i cao, có thể nh hưởng đ n hi u qu và thời gian sử d ng c a ch t
xúc tác. Các vị trí lắp đặt khác (sau ESP hay sau FGD) đòi h i ph i đi kèm gi i pháp
kỹ thuật hay các bộ s y khí b sung nhằm đ m b o nhi t độ ph n ứng phù h p và s
làm tăng chi phí đ u tư cũng như vận hành.
Do sự tác động c a ch t xúc tác, ph n ứng khử NOx trong công ngh SCR về lý thuy t
có thể đ t tới g n 100% và trên thực t hi u su t vận hành các bộ SCR nhà máy đi n
thường trong kho ng 70%-90%. Ph m vi áp d ng hi u qu c a các bộ SCR cũng r t
rộng, phù h p cho lò h i các t máy nhi t đi n từ 25MW đ n 1.000MW (công su t
phát đi n). Nhi t độ ph n ứng t i ưu cũng đư c gi m xu ng đáng kể (so với công ngh
SNCR), vào kho ng 300°C đ n 400°C nên kh năng thực hi n c a công ngh này d
dàng h n cũng như các bộ SCR có thể đư c b trí linh ho t h n r t nhiều.
Vì những lý do trên, cơng ngh SCR ph bi n h n c trong các nhà máy nhi t đi n và
cũng là công ngh khử NOx duy nh t hi n đang áp d ng cho các nhà máy nhi t đi n
lớn ở Vi t Nam. Do vậy s tay thi t k này s chỉ tập trung vào cơng ngh SCR.
2.

CÁC THƠNG S

VÀ KHÁI NI M C

B N

2.1. Hi u su t khử
Hi u qu làm vi c c a h th ng SCR đư c thể hi n qua thông s quan trọng nh t là
hi u su t khử NOx, đư c xác định bởi tỷ l giữa lư ng NOx đư c khử trong SCR trên
t ng lư ng NOx trước SCR.
 NOx 

NOx(in )  NOx( out)
NOx(in )

[6-1]

Trong đó:
  NOx : Hi u su t khử NOx c a h th ng, %;
 NOx(in ) : N ng độ NOx vào h th ng, mg/Nm³;
 NOx(out) : N ng độ NOx ra kh i h th ng, mg/Nm³.
Hi u su t khử NOx là một trong những thông s quan trọng nh t quy t định giá thành
c a tồn bộ h thơng SCR.
2.2. Nhi t độ ph n ứng
Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Trang 4 / 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3
Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

Ph n ứng khử NOx chỉ hi u qu trong một kho ng nhi t độ xác định. Kho ng nhi t độ
ph n ứng t i ưu cho h thông SCR ph thuộc vào lo i xúc tác sử d ng trong bộ ph n
ứng cũng như vào thành ph n khói th i. Đ i với h u h t các lo i ch t xúc tác sử d ng
thư ng m i (ơxít kim lo i) nhi t độ ph n ứng t i ưu thường nằm trong kho ng 480°F
tới 800°F (250°C đ n 427°C). Đ thị hi u su t khử NOx theo nhi t độ cho một xúc tác
ơxít kim lo i điển hình như trong hình bên dưới:

Trong đó kho ng nhi t độ khử t i ưu từ 700°F tới 750°F (370°C đ n 400°C). Khi SCR
đư c thi t k để vận hành ở kho ng nhi t độ ph n ứng t i ưu, thể tích chung c a kh i
xúc tác c n thi t s đư c gi m thiểu. Như đã nêu ở trên, có r t nhiều phư ng án b trí
SCR khác nhau, tuy nhiên do vị trí ngay sau các bộ hâm nước có nhi t độ g n h n c
với nhi t độ ph n ứng t i ưu đ i với các lo i ch t xúc tác sử d ng thư ng m i nên b
trí SCR t i vị trí này là ph bi n nh t. Vi c b trí SCR sau các bộ s y khơng khí s địi
h i ph i gia nhi t khói tới nhi t độ ph n ứng t i ưu và do vậy s làm tăng giá thành c
h thơng.
Ngồi ra vận hành lò h i ở t i th p cũng làm gi m nhi t độ khói th i sau các bộ hâm
nước, do vậy nhi t độ khói th i t i bộ ph n ứng SCR có thể xu ng th p h n kho ng
nhi t độ vận hành t i ưu dẫn tới gi m hi u qu ho t động c a SCR. Để khắc ph c hi n
tư ng này c n có thi t k n i tắt (bypass) một ph n đường khói qua các bộ hâm nước
hoặc n i tắt (bypass) một ph n nước c p qua các bộ hâm nước. Tuy nhiên vận hành
với ch độ n i tắt như vậy làm gi m lư ng nhi t c p cho nước c p dẫn tới gi m hi u
su t c a lị h i nói chung.
2.3. Thời gian lưu và vận t c kh i
Thời gian lưu là thời gian mà các ch t ph n ứng còn lưu trong bộ ph n ứng. Thời gian
lưu càng lâu thì hi u qu ph n ứng càng cao. Thời gian lưu c n thi t s ở mức th p
nh t khi nhi t độ ph n ứng nằm ở mức t i ưu. Thời gian lưu thường đư c thể hi n
thông qua vận t c kh i, đư c tính bằng tỷ l giữa lưu lư ng khói và thể tích bộ ph n
ứng. Hi u su t khử NOx s tăng lên cùng với vi c gi m vận t c kh i, đ ng nghĩa với

tăng thể tích bộ ph n ứng (đ i với một lưu lư ng khói nh t định).
Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Trang 5 / 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3
Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

Thời gian lưu t i ưu cho một h thông SCR c thể là hàm s c a di n tích xúc tác hi u
d ng và lưu lư ng khói đi qua di n tích hi u d ng đó (lưu lư ng lọt khe). Các nhà ch
t o SCR thường sử d ng thêm một thông s nữa là vận t c ti t di n, đư c tính bằng tỷ
l giữa vận t c kh i và di n tích bề mặt xúc tác.
2.4. Mức độ hòa trộn
Ch t ph n ứng c n đư c phân tán và hịa trộn vào dịng khói để đàm b o sự ti p xúc
c n thi t giữa các thành ph n ph n ứng. Vi c hòa trộn đư c thực hi n bởi h thông
phun dùng để phun amonia khí vào đường khói. H thơng phun kiểm sốt góc khu ch
tán, vận t c và hướng phun. Một s h thông phun sử d ng h i nước hoặc khí nén để
tăng mức độ khu ch tán.
Vi c hịa trộn amonia và khói ph i đư c thực hi n trước khi hỗn h p đi vào bộ ph n
ứng. N u vi c hòa trộn không đ m b o, hi u qu khử NOx s bị suy gi m. Thi t k
SCR c n đ m b o chiều dài đường khói c n thi t từ lưới phun amonia đ n bộ ph n
ứng nhằm đáp ứng mức độ h a trộn c n thi t. Mức độ hịa trộn có thể đư c tăng cường
bằng các bi n pháp sau:






B trí các cánh trộn tĩnh (mixer) trước bộ ph n ứng;
Tăng năng lư ng dòng khu ch tán;
Tăng s lư ng đ u phun;
T i ưu hóa thi t k h thơng phun và đ u phun.

2.5. H s cân bằng lư ng
H s cân bằng lư ng (stoichiometric ratio) là tỷ l giữa s mole ch t ph n ứng c n
thi t và s mole NOx đ u vào c a dịng khói. H s này xác định kh i lư ng ch t ph n
ứng c n thi t để đáp ứng mức độ khử NOx yêu c u. Thơng thường, các h th ng SCR
có h s cân bằng là 1,05, nghĩa là thường c n kho ng 1,05 mole amonia cho 1 mole
NOx trong khói th i. H s cân bằng lư ng xác định lư ng ch t ph n ứng tiêu hao, vì
vậy có nh hưởng quan trọng đ n chi phí vận hành c a c h th ng.
2.6. N ng độ NOx đ u vào
N ng độ NOx đ u vào (Uncontrolled NOx Concentration) là n ng độ NOx trong khói
th i trước bộ ph n ứng (sau khi qua t t c các gi i pháp kiểm sốt NOx trong lị). Với
một hiểu su t khử NOx yêu c u xác định, n ng độ NOx đ u vào càng cao thì thể tích
kh i xúc tác c n thi t cũng càng cao.
2.7. Dư lư ng amonia
Dư lư ng amonia là lư ng amonia cịn dư trong khói th i sau khi đi qua bộ ph n ứng.
Dư lư ng amonia trong khói th i gây ra các v n đề như: nh hư ng đ n sức kh e, đ n
độ đ c c a khói th i, sự n định c a tro bay, hình thành sulphat amonia. Giới h n dư
lư ng amonia đư c quy định trong các yêu c u thi t k cũng như quy định môi trường.
Dư lư ng amonia không n định trong quá trình vận hành SCR mà s tăng lên cùng
với sự suy gi m ho t tính c a ch t xúc tác. Các h th ng SCR có thi t k t t, vận hành
ở điều ki n g n với h s cân bằng lư ng lý thuy t s có dư lư ng amonia vào kho ng
2-5ppm. Dư lư ng amonia có thể đư c quan trắc bằng các thi t bị đo lường, tuy nhiên
Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Trang 6 / 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3
Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

các thi t bị này hi n chưa đư c thư ng m i hóa rơng rãi, vì vậy thông thường dư
lư ng amonia đư c xác định gián ti p thơng qua phân tích thành ph n tro bay.
2.8. Ho t tính xúc tác
Ho t tính xúc tác đư c xác định bởi mức độ gia tăng hi u qu ph n ứng khử NOx dưới
tác d ng c a ch t xúc tác. Ho t tính xúc tác càng cao thì hi u qu ph n ứng càng cao
và càng nhiều NOx đư c khử trong bộ ph n ứng. Ho t tính xúc tác là một hàm s c a
r t nhiều bi n s như: thành ph n và c u trúc ch t xúc tác, h s khu ch tán, lưu
lư ng, nhi t độ và thành ph n khói, vv.
Ho t tính xúc tác suy gi m theo thời gian vận hành theo hàm s :
K  K 0 e( t /  )

Trong đó: K0 là ho t tính xúc tác ban đ u, và  là hằng s thời gian vận hành c a xúc
tác.
Do ho t tính xúc tác gi m theo thời gian nên để giữ hi u su t khử không đ i c n tăng
d n lư ng amonia sử d ng, do vậy dư lư ng amonia s tăng d n theo thời gian vận
hành. Khi dư lư ng amonia đặt tới giá trị giới h n, ch t xúc tác s ph i đư c thay th .
Hình bên dưới là đ thị suy gi m ho t tính xúc tác điển hình theo thời gian.

2.9. Ph n ứng ph
Ngoài ph n ứng khử NOx, ch t xúc tác còn là tác nhân gây ra một s ph n ứng ph ,
một trong s đó có nh hưởng đ n ho t động c a b n thân SCR và các thành ph n sau

nó là ph n ứng oxy hóa SO2 thành SO3. SO3 s ph n ứng với amonia dư t o thành các
sulfat amonia bám lên bề mặt ch t xúc tác cũng như các bề mặt các thi t bị đường khói
sau đó ví d như các bộ s y khơng khí.
Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Trang 7 / 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3
Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

2.10. T n th t áp lực
Dịng khói đi qua bộ ph n ứng s chịu t n th t áp lực. T n th t áp lực ph thuộc vào
chiều dài c a bộ ph n ứng cũng như b trí các kh i xúc tác. Cùng với thới gian vận
hành, tro bay và các thành ph n khác (như amonia sulfat) bám lên bề mặt xúc tác cũng
làm tăng t n th t áp lực dịng khói. Để gi m thiểu t n th t áp lực có thể mở rộng ti t
di n đường khói.
2.11. Bước kh i xúc tác
Bước kh i xúc tác (Catalyst Pitch) đư c xác định bằng t ng c a bề rộng ô xúc tác P
cộng với bề dày a c a t m xúc tác như trong hình bên dưới.

Bước kh i xúc tác nh hưởng đ n vận t c c a dịng khói qua kho ng lọt khe giữa các
t m xúc tác.
2.12. Suy gi m ho t tính xúc tác
Ho t tính xúc tác theo thời gian s bị suy gi m bởi r t nhiều nguyên nhân. Các c ch
gi m ho t tính xúc tác có thể đư c li t kê như dưới đây:
 Sự phá h y ch t xúc tác: Một s thành ph n có ngu n g c từ nhiên li u và đư c t o

thành trong quá trình cháy có thể phá h y ch t xúc tác. Các thành ph n này có thể là
oxit canxi, oxit magne, chlorine, fruorine, chì, vv. Các thành ph n này phá h y ch t
xúc tác theo cách khu ch tán vào trong bề mặt xúc tác hi u d ng và chi m giữ vị trí
trong đó. Sự phá h y này là nguyên nhân chính dẫn đ n suy gi m ho t tính xúc tác.
 Thiêu k t nhi t: Nhi t độ cao c a khói trong bộ ph n ứng gây nên hi u ứng thiêu
k t – sự suy gi m liên t c ho t tính xúc tác do thay đ i c u trúc c a ch t xúc tác.
Thiêu k t nhi t có thể x y ra từ mức nhi t độ kho ng 450°F (232°C). Mức độ thiêu
k t nhi t ph thuộc vào thành ph n và c u trúc ch t xúc tác. Các lo i ch t xúc tác
mới thường có kh năng kháng thiêu k t t t h n các lo i ch t xúc tác s n xu t trước
kia, do vậy có thời gian sử d ng lâu h n.
 Ngh n/Tắc: Các mu i sulfat amonia, tro bay cũng như các t p ch t khác trong dịng
khói có thể gây ngh n, tắc hay kẹt các t m xúc tác, do vậy làm suy gi m bề mặt
hi u d ng c a ch t xúc tác dẫn tới suy gi m hi u qu ph n ứng đ ng thời làm tăng
t n th t áp lực dịng khói.
Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Trang 8 / 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3
Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

 Bào mòn: Sự va đập c a các h t b i với vận t c cao lên bề mặt xúc tác gây nên hi n
tư ng bào mòn bề mặt ch t xúc tác. Bề mặt xúc tác đư c gia cường độ cứng s có
kh năng ch ng bào mòn t t h n, tuy nhiên gia cường bề mặt cũng làm gi m hi u
qu xúc tác.
 Lão hóa: Hi n tư ng lão hóa gây nên bởi sự thay đ i c u trúc và thành ph n ch t

xúc tác theo thời gian.
2.13. C u trúc ch t xúc tác
Các lo i xúc tác khác nhau có các thành ph n và tính ch t hóa lý khác nhau. C u trúc
ch t xúc tác đư c lựa chọn ph i đáp ứng các y u t sau nhằm đ m b o gi m thiểu hi u
ứng suy gi m ho t tính xúc tác:







Ho t tính trên đ n vị kh i lư ng cao
Bền nhi t
Kháng phá h y vật lý và hóa học
D i nhi t độ làm vi c rộng
Độ cứng bề mặt và sức bền c u trúc cao
Vận t c lọt khe th p

Để có đư c c u trúc t i ưu nhà ch t o SCR c n có đ y đ thơng tin về về thành ph n
nhiên li u, thành ph n tro xỉ trên c sở phân tích hóa học. Các dữ li u này s đư c nhà
ch t o sử d ng để t i ưu hóa c u trúc, thành ph n hóa học, thể tích ch t xúc tác cũng
như các thông s khác cho h thông SCR.
3.

CÁC THÀNH PH N CHÍNH C A H TH NG SCR

3.1. Các phư ng án c u hình h th ng SCR
Tùy thuộc vào vị trí lắp đặt c a SCR, có 3 phư ng án chính về c u hình c a h thơng
SCR cho các lị h i nhà máy đi n hoặc các lị h i cơng nghi p lớn, bao g m: c u hình

SCR b i cao (High-Dust SCR), c u hình SCR b i th p (Low-Dust SCR) và c u hình
SCR lắp cu i (Tail-End SCR hay After DeSOx SCR).

Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Trang 9 / 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3
Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

Hình 3.

3.1.1.

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

Sơ đồ nguyên lý các phương án cấu hình SCR

Cấu hình SCR bụi cao

C u hình SCR b i cao là c u hình mà lị ph n ứng SCR đư c đặt ngay sau các bộ hâm
nước và trước các bộ s y khơng khí cũng như các bộ lọc b i (khu vực có thành ph n
b i trong khói th i cao nh t) như trong hình bên dưới.

Hình 4.
Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Cấu hình SCR bụi cao
Trang 10 / 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3
Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

Theo phư ng án c u hình này, nhi t độ khói t i vị trí b trí lị ph n ứng SCR thường
trùng với kho ng nhi t độ phù h p nh t cho ph n ứng khử NOx (sử d ng công ngh
SCR), tuy nhiên do thành ph n b i trong khói t i khu vực này cũng là cao nh t, lò
ph n ứng SCR ph i đư c thi t k để có thể chịu đư c tác động c a b i, có bước kh i
xúc tác lớn (thường vào kho ng 7-9 mm) dẫn tới thể tích kh i xúc tác lớn cũng như
ph i có gi i pháp làm s ch b i bám lên bề mặt ch t xúc tác. Dưới đáy lò ph n ứng
SCR cũng ph i b trí các thi t bị gom b i k t n i với h th ng thu gom tro bay để có
thể đưa tro b i gom đư c từ đây ra ngồi theo định kỳ.
3.1.2.

Cấu hình SCR bụi thấp

Theo c u hình này lị ph n ứng SCR đư c đặt ngay sau các bộ lọc b i và trước các bộ
s y khơng khí như trong hình bên dưới.

Hình 5.

Cấu hình SCR bụi thấp

T i vị trí lắp đặt lò ph n ứng SCR như vậy dòng khói (vào lị ph n ứng SCR) đã đư c
làm s ch b i, do đó có thể thi t k lò ph n ứng SCR với bước kh i xúc tác nh

(thường chỉ vào kho ng 4-7 mm), làm gi m thể tích chung c a c kh i xúc tác. Ngồi
ra bề mặt ch t xúc tác khơng bị b i tác động nên khơng c n có các gi i pháp gia cường
đặc bi t, đáy lò ph n ứng khơng c n có các thi t bị gom b i và thời gian ph c v c a
các lớp ch t ph n ứng lâu cũng h n (so với phư ng án c u hình SCR b i cao).
Như c điểm duy nh t c a phư ng án c u hình SCR b i th p này là sự suy gi m nhi t
độ dịng khói khi đi qua các bộ lọc b i và trong nhiều trường h p nhi t độ khói khi vào
lò ph n ứng SCR th p h n nhi t độ làm vi c t i ưu c a lò, dẫn tới vi c ph i n i tắt
(bypass) một ph n dịng khói qua các bộ hâm nước để giữ nhi t độ không xu ng quá
th p (trong lò ph n ứng SCR), đ ng nghĩa với vi c làm gi m ph n nào hi u su t c a lị
h i.
3.1.3.

Cấu hình SCR lắp cuối

Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Trang 11 / 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3
Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

Một s lò h i t i Nhật và một s nước Châu Âu có sử d ng c u hình SCR lắp cu i,
trong đó lị ph n ứng SCR đư c b trí nằm sau c bộ khử SOx như trong hình bên
dưới.

Hình 6.

Cấu hình SCR lắp cuối

Phư ng án c u hình SCR như vậy đ m b o cho dịng khói đi vào lị ph n ứng SCR
đư c làm s ch c b i lẫn các thành ph n SOx (v n gây ra hi n tư ng bám mu i sulat
amonia lên bề mặt ch t xúc tác).
Do đư c b trí t i khu vực có dịng khói “s ch” nh t so với 2 phư ng án nêu trên nên
thời gian vận hành c a các lớp ch t xúc tác là cao nh t. Tuy nhiên do nhi t độ khu vực
lắp đặt lò ph n ứng SCR th p h n đáng kể nhi t độ vận hành t i ưu (c a lò ph n ứng)
nên phư ng án này yêu c u bắt buộc ph i có gi i pháp gia nhi t dịng khói. Thơng
thường gi i pháp gia nhi t đư c sử d ng là đ t b sung (bằng d u hay khí) trong dịng
khói trước khi vào lị ph n ứng. Một ph n nhi t c a dịng khói sau khi qua lò ph n ứng
SCR s đư c thu h i bởi các bộ gia nhi t khói-khói.
Sự c n thi t ph i b sung nhiều thi t bị đi kèm cũng như tiêu hao năng lư ng cho vi c
gia nhi t dịng khói làm cho phư ng án c u hình này đắt đ nh t trong các phư ng án
c u hình và do vậy phư ng án c u hình SCR lắp cu i ít ph bi n h n c . Trong tư ng
lai khi công ngh ch t o ch t xúc tác mới gi m đư c nhi t độ ph n ứng t i ưu thì c u
hình này có thể s ph bi n h n.
3.2. Bộ ph n ứng SCR
Bộ ph n ứng SCR là n i di n ra ph n ứng khử NOx. Thi t k c a bộ ph n ứng nh
hưởng r t lớn đ n chi phí đ u tư cũng như vận hành tồn bộ h th ng SCR. Thi t k lị
ph n ứng SCR cũng quy t định k ho ch thay th các lớp ch t xúc tác. Về mặt c u t o
chung, có 2 kiểu bộ ph n ứng SCR là kiểu k t c u riêng (Full SCR) và kiểu k t c u
trong đường khói (In-duct SCR).

Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Trang 12 / 24

T ng Công Ty Phát Đi n 3
Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

K t c u riêng là kiểu lò ph n ứng SCR đư c thi t k với thân bộ SCR riêng bi t. Vi c
b trí thân bộ SCR riêng cho phép lắp đặt trong lò ph n ứng các lớp ch t xúc tác với
thể tích lớn, làm tăng hi u qu ph n ứng và tu i thọ các lớp ch t xúc tác này cũng như
cho phép tăng chiều dài đường hịa trộn (khói – amonia) hi u d ng trước khi vào lò
ph n ứng. Tuy nhiên do có k t c u riêng nên lò ph n ứng s chi m thêm di n tích lắp
đặt lị h i, u c u nhiều vật li u k t c u h n cũng như ph i có thêm đường khói b
sung và do vậy làm tăng giá thành.
K t c u trong đường khói là kiểu b trí lị ph n ứng SCR ngay trong đường thốt khói
mà khơng c n có thân lị riêng. Thơng thường với kiểu lị ph n ứng này khu vực đường
khói có lắp đặt lị ph n ứng s đư c mở rộng đ để b trí các lớp ch t xúc tác bên
trong. Ki u thi t k này gi m thiểu đư c t ng chiều dài đường khói, gi m thiểu k t c u
và thân lị ph n ứng cũng như khơng gian và di n tích lắp đặt, do vậy có giá thành rẻ
h n (so với kiểu k t c u riêng). Tuy nhiên do h n ch về không gian nên thể tích
chung kh i xúc tác nh h n, đường hịa trộn khói – amonia ngắn h n, sự thuận ti n
trong b o dưỡng sửa chữa kém h n dẫn tới s giờ ngừng lò h i yêu c u lớn h n.
Với các ưu như c điểm khác nhau c a 2 lo i thi t k lị ph n ứng SCR, thơng thường
ứng d ng c a chúng cũng khác nhau như sau:
 Kiểu k t c u riêng thường đư c sử d ng trong trường h p n ng độ NOx đ u vào
cao (h u h t các lò h i đ t than sử d ng kiều thi t k lò SCR này), di n tích và
khơng gian lắp đặt khơng bị h n ch ;
 Kiểu k t c u trong đường khói đư c sử d ng trong trường h p n ng độ NOx đ u
vào th p, thường là k t h p với các gi i pháp gi m NOx khác bên trong trong lò h i
hoặc trong trường h p có sự h n ch về di n tích và khơng gian lắp đặt.
3.3. Ch t xúc tác

Q trình khử NOx trong lị ph n ứng SCR di n ra khi hỗn h p khói th i – amonia ti p
xúc với bề mặt c a ch t xúc tác. Ch t xúc tác là thành ph n quan trọng nh t c a c h
thông SCR. Thành ph n ch t xúc tác, d ng hình học, tính ch t vật lý c a ch t xúc tác
có nh hưởng r t lớn tới đặc tính vận hành, độ tin cậy và giá thành c a h thông SCR.
Tuy nhiên do nhà ch t o SCR ph i b o hành thời gian ho t động và đặc tính c a các
lớp xúc tác nên lo i và kiểu ch t xúc tác thường do nhà ch t o SCR xác định.
Ch t xúc tác trước kia thường là các kim lo i đắt tiền như Pt. Cu i những năm 1970
các nhà ch t o Nhật B n sử d ng các kim lo i như V, Ti hay W để gi m giá thành. Từ
những năm 1980 các oxít kim lo i như TiO2, ZnO2, V2O5, SiO2 đư c sử d ng nhằm
nới rộng kho ng nhi t độ ph n ứng t i ưu. Các vật li u khác như zeolite, crystalline
alumina silicate cũng có thể đư c sử d ng cho trường h p nhi t độ khói cao.
Các c i ti n về ch t xúc tác cho phép gi m các ph n ứng ph không mong mu n (ví d
như ph n ứng chuyển hóa SO2 thành SO3) cũng như tăng độ bền lý hóa c a các kh i
xúc tác ch ng l i tác động phá h y c a dịng khói. Các thi t k xúc tác mới cịn cho
phép tăng ho t tính xúc tác, tăng bề mặt xúc tác hi u d ng trên 1 đ n vị thể tích, mở
rộng kho ng nhi t độ ph n ứng t i ưu, gi m thể tích kh i xúc tác c n thi t và tăng tu i
thọ các lớp ch t xúc tác.
Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Trang 13 / 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3
Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

C u trúc c a ch t xúc tác có thể bao g m một thành ph n, nhiều thành ph n hoặc có
thêm c u trúc gia cường. H u h t các c u trúc ch t xúc tác đều có các thành ph n b

sung nhằm gia cường độ bền hóa lý cho bề mặt xúc tác. Hình thái ph bi n c a ch t
xúc tác thường là kh i ceramic d ng t ong hoặc t m kim lo i d ng phẳng hay u n
sóng. Ch t xúc tác có thể có d ng vi n trên t ng sôi. Xúc tác d ng viên có di n tích bề
mặt hi u d ng lớn h n so với d ng t ong hay d ng t m, tuy nhiên d bị ngh n và
thường chỉ sử d ng cho lò h i đ t khí.
Các đ n vị ch t xúc tác đư c k t h p trong khung thành từng modul, các modul đư c
x p thành từng lớp (thông thường kho ng 2 - 3 lớp) trong lò ph n ứng cho tới thể tích
yêu c u. Mỗi modul thơng thường có kích thước đáy kho ng 3.3 ft x 6.6 ft (1 m x 2 m)
và cao kho ng 3.3 ft (1 m). Lò ph n ứng SCR c n đư c trang bị c u tr c ph c v cho
vi c tháo lắp các modul ch t xúc tác trong quá trình b o dưỡng thay th .
Suy gi m ho t tính xúc tác là một yéu t nội t i c a h th ng SCR. Theo thời gian ho t
tính xúc tác gi m d n, hi u qu khử NOx giàm và dư lư ng amonia tăng. Khi dư
lư ng amonia tăng đ n giá trị thi t k giới h n, các kh i xúc tác c n đư c thay th
hoặc b sung lớp mới. Tu i thọ lớp xúc tác là kho ng thời gian mà lớp (hay kh i) xúc
tác có thể đ m b o dư lư ng amonia dưới mức cho phép. Thông thường thời h n b o
hành từ các nhà ch t o ch t xúc tác cho lớp xúc tác đ i với các nhà máy đi n đ t than
vào kho ng 3 năm, trong khi tu i thọ c a lớp xúc tác vào kho ng 5-7 năm tùy thuộc
tính ch t và điều ki n khói th i. Các nhà máy đ t d u và khí thường có tu i thọ lớp
xúc tác cao h n.
S đ thay th điển hình các lớp xúc tác như trong hình bên dưới:

Các modul xúc tác h t thời h n sử d ng có thể đư c tái ch hay th i lo i. Vi c lựa
chọn ch t xúc tác đư c căn cứ vào các y u t như: kho ng nhi t độ làm vi c, lưu
Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Trang 14 / 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3

Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

lư ng khói, đặc tính nhiên li u, tu i thọ yêu c u, giá thành, vv. Giá thành ch t xúc tác
thông thường vào kho ng 20% t ng giá thành c a c h thông SCR.
3.4. Ch t ph n ứng
Các bộ SCR cùng các h th ng ph tr c a nhà máy có thể sử d ng ch t ph n ứng
dưới 2 d ng: Anhydrous Ammonia (NH3 tinh ch t hóa l ng) hoặc Aqueous Ammonia
(NH4OH dung dịch).
Anhydrous ammonia ở nhi t độ thường là khí NH3, vì vậy ph i đư c vận chuyển cũng
như lưu trữ dưới áp su t cao và ph i theo quy trình nghiêm ngặt. Aqueous Ammonia là
dung dịch t o thành từ NH3 và nước với n ng độ dưới 30%, do vậy thể tích vận
chuyển cũng như lưu trữ lớn h n, tuy nhiên yêu c u an tồn ít khắt khe h n.

Vi c lựa chọn sử d ng lo i ch t ph n ứng s có nh hưởng đ n chi phí vận hành SCR,
tuy nhiên tùy thuộc vào h t ng cung c p t i khu vực nhà máy đi n cũng như ưu tiên
c a ch đ u tư mà Anhydrous hay Aqueous Ammonia s đư c sử d ng.
3.5. H th ng phun
Hỗn h p amonia – khơng khí đư c phun vào dịng khói qua lưới phun amonia (AIG)
dưới áp su t. H th ng lưới phun đư c trang bị lưu lư ng k và van đi u chỉnh để có
thể điều chỉnh lưu lư ng phun từng ph n c a lưới. Các đ u phun ph i đư c thi t k để
chịu đư c nhi t độ và sự bào mịn c a khói b i và ph i có kh năng thay th d dàng.
Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Trang 15 / 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3

Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

Thông thường các đ u phun đư c làm từ thép khơng gỉ. B trí và thi t k các đ u phun
ph i đ m b o khuy ch tán đều amonia trong dịng khói.
H th ng phun có thể đư c thi t k theo 2 kiểu; năng lư ng cao và năng lư ng th p.
H th ng phun năng lư ng cao sử d ng kh i lư ng đáng kể khí nén áp su t cao hoặc
h i nước để tăng kh năng khuy ch tán amonia vào dịng khói. H thơng phun năng
lư ng th p không sử d ng hoặc sử d ng r t ít khí nén cho cho vi c phun hỗn h p
amonia – khơng khí vào dịng khói. H thơng phun năng lư ng cao có giá thành và chi
phí vận hành cao h n do sử d ng máy nén lớn h n, các đ u phun m nh h n và tiêu t n
nhiều năng lư ng h n. Tuy nhiên hi u qu hòa trộn c a h thông phun năng lư ng cao
t t h n do vậy h thông này thường đư c áp d ng cho các lị h i cơng su t lớn.
Tính phân b đ ng nh t c a amonia trong dịng khói (hi u qu hịa trộn) là một y u t
r t quan trọng để đàm b o dư lư ng amonia trong khói th i th p. Hi u qu hòa trộn s
đư c tăng lên khi kéo dài đường khói hịa trộn.
Một bộ phận r t quan trọng nữa c a h th ng phun là bộ điều khiển phun. Bộ điều
khiển phun sử d ng các tín hi u đ u vào như t i lò h i, n ng độ NOx đ u vào, nhi t độ
dịng khói để thi t lập lưu lư ng phun c sở đ ng thời sử d ng tín hi u từ n ng độ
NOx đ u ra để hi u chỉnh l i lưu lư ng phun c sở này.
NH3 và khơng khí đư c hịa trộn hoàn toàn trong thi t bị hoà trộn và ng dẫn bằng
nguyên tắc thuỷ động lực học, sau đó hỗn h p này s đưa vào ng phân ph i
NH3/khơng khí chính. H th ng phun sư ng NH3/khơng khí có hộp dẫn khí, ng phun
lưới và ng phun vịi. Mỗi hộp dẫn khí đư c trang bị với van bướm và cửa ti t lưu, cho
phép hỗn h p NH3/khơng khí đư c phân ph i ngang nhau trong ng phun lưới. ng
phun sư ng NH3 đư c đặt ở t i vị trí ngư c dịng với bộ xúc tác, trong ng dẫn khí
th i; ng phun sư ng NH3 bao g m ng phun và vòi.
3.6. Các h ng m c ph tr
Đường khói Vào – Ra: Đường khói b sung c n ph i đư c lắp đặt để liên k t h thông

SCR với đường khói chính c a lị h i cũng như liên k t với các thi t bị hỗ tr khác;
Đường khói r nhánh (Bypass): Vận hành lị h i ở t i th p có thể làm gi m nhi t độ
dịng khói t i khu vực lắp đặt lò ph n ứng SCR xu ng dưới kho ng nhi t độ vận hành
t i ưu. Trong trường h p này c n n i tắt một ph n dịng khói qua các bộ hâm nước
nhằm giữ cho nhi t độ dịng khói vào lị ph n ứng SCR không quá th p, đ m b o hi u
qu làm vi c c a SCR. Ngoài ra trong quá trình kh i động hay dừng lị với bi n thiên
nhi t độ khói ra lớn có thể dẫn tới hư h i ch t xúc tác do nhi t đô cao. Trong trường
h p này c n n i tắt dịng khói qua lị ph n ứng SCR để b o v ch t xúc tác không bị
hư h i. N i tắt (bypass) lò ph n ứng cũng đư c sử d ng trong trường h p vận hành
SCR theo mùa.
Bộ th i b i (Sootblower): Trong các lò ph n ứng SCR áp d ng cho lò h i đ t than các
bộ th i b i thường đư c lắp đ t để làm s ch bề mặt ch t xúc tác nhằm đ m b o hi u
qu ph n ứng khử NOx cũng như giữ t n th t áp lực dịng khói qua SCR trong múc
cho phép. Các bộ th i b i thường đư c b trí trước mỗi lớp ch t xúc tác và sử d ng
khí nén hay h i nước để làm s ch b i. Các bộ th i b i thường vận hành theo định kỳ,
thường là hàng tu n.
Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Trang 16 / 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3
Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

4.

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

TÍNH TỐN THI T K

Thi t k chi ti t h th ng SCR là cơng ngh có b n quyền và có tính đặc thù với từng
trường h p c thể. Do vậy thông thường các ch đ u tư chỉ có thể cung c p các thơng
s đ u vào cho các nhà ch t o và các nhà ch t o s ti n hành thi t k theo công ngh
và kinh nghi m c a mình. Mơ hình hóa động lực học dịng ch y và động học khu ch
tán là một ph n c a c a công tác thi t k SCR. Trong quá trình thi t k (c a nhà ch
t o) thường ph i sử d ng c mơ hình vật lý để thi t k t i ưu hóa dịng khói, lưới phun
cũng như t n th t áp lực. Tài li u này s chỉ trình bày các tính toán lý thuy t c b n
nh t một s thơng s chính c a h thơng SCR.
4.1. Các thơng s thi t k
4.1.1.

Cơng suất nhiệt lị hơi

Một trong những thông s quan trọng nh t quy t định giá thành h th ng SCR là công
su t nhi t t i đa c a lị h i. Cơng su t nhi t thường đư c tính bằng MMBtu/h, có thể
đư c tính qua tiêu th nhiên li u c a lò h i và nhi t trị nhiên li u hoặc công su t đi n
và su t tiêu hao nhi t nhà máy.

Hoặc:

4.1.2.

Hệ số công suất của hệ thống

H s công su t c a h th ng là h s sử d ng c a c lò h i và SCR tính trung bình
theo năm:

Trong đó:
CFplant là h s cơng su t c a lị h i, có thể đư c tính theo tiêu th nhiên li u thực

t trong năm c a lò h i và tiêu th nhiên li u t i đa có thể:

CFSCR là h s sử d ng SCR, đư c tính bằng tỷ l giữa t ng s ngày vận hành SCR
trong năm và t ng s ngày lịch:

Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Trang 17 / 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3
Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

4.1.3.

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

NOx khơng kiểm sốt và NOx ống khói

NOx khơng kiểm sốt là n ng độ NOx trong khói th i sau t t c các bi n pháp kiểm
soát NOx trong lị và trước khi vào SCR. NOx khơng kiểm soát đư c l y từ k t qu
phân tích khói và thường đư c do bằng lb/MMBtu NO2.
NOx ng khói là giới h n n ng độ NOx yêu c u t i mi ng ng khói đáp ứng các quy
ph m bắt buộc về phát th i. NOx ng khói thường đư c đo bằng lb/MMBtu NO2.
4.1.4.

Hiệu suất khử NOx

Như đã nêu trong ph n khái ni m c b n, hi u su t khử NOx đư c tính theo cơng thức

[6-1] đã trình bày trong m c 2.1.
4.1.5.

Hệ số cân bằng lượng thực tế

Theo định nghĩa đã nêu trong ph n khái ni m c b n, h s cân bằng lư ng thực t
đư c tính theo cơng thức:

Trong các thi t k SCR ph bi n ASR thông thường vào kho ng 1.05, tuy nhiên tính
tốn thi t k chi ti t c a các nhà ch t o ASR đư c điều chỉnh theo các y u t như
nhi t độ khói, thời gian lưu, mức độ hịa trộn, ho t tính ch t xúc tác, dư lư ng amonia
cho phép vv. (Trong cơng thức trên mole NOx đư c tính bằng mole NO2)
4.1.6.

Lưu lượng khói

Lưu lư ng khói dùng để thi t k SCR đư c tính theo lưu lư ng thể tích t i nhi t độ
thi t k ở ch độ tồn t i lị h i. Lưu lư ng khói thường đư c l y theo thơng s thi t
k lò h i, tuy nhiên trong trường h p khơng có thơng s này có thể l y theo k t qu
tính tốn q trình cháy.
Lưu lư ng khói thi t k SCR tính theo thể tích s n ph m cháy c sở như sau:

Trong đó qfluegas đư c tính theo ft3/min; Qb – MMBtu/lb; T – oF; nSCR – s lò ph n ứng
SCR cho 1 lị h i.
4.1.7.

Vận tốc thể tích và vận tốc tiết diện

Vận t c thể tích đư c tính bằng nghịch đ o c a thời gian lưu:

Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Trang 18 / 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3
Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

Hoặc tính theo lưu lư ng khói và thể tích lị ph n ứng SCR:

Vận t c ti t di n là tỷ s giữa vận t c thể tích và ti t di n riêng c a kh i xúc tác:

Trong đó Aspecific đư c tính bằng ft²/ft³ và đư c các nhà ch t o ch t xúc tác cung c p.
4.1.8.

Hiệu suất khử NOx lý thuyết

Hi u su t khử NOx lý thuy t (tính tốn) có thể đư c tính theo h s ho t tính xúc tác
như sau:
NOx = 1 – ea
Trong đó:

C hai h s Kcatalyst và Aspecific thường do các nhà ch t o ch t xúc tác công b
4.1.9.

Dư lượng amonia lý thuyết

Dư lư ng amonia lý thuy t (ppm thể tích) có thể đư c tính theo cơng thức:

4.1.10. Thể tích khối xúc tác
Thể tích lý thuy t yêu c u c a kh i xúc tác cho h thông SCR có thể đư c tính
theo cơng thức:

Thể tích kh i xúc tác cũng có thể đư c tính theo công thức thực nghi m dưới đây:
Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Trang 19 / 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3
Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

trong đó thể tích kh i xúc tác đư c ước tính theo các bi n s có nh hưởng lớn
nh t và các h s hi u chỉnh:
 H s hi u chỉnh theo hi u su t khử:

 H s hi u chỉnh theo NOx đ u vào:

 H s hi u chỉnh theo dư lư ng amonia giữa 2 và 5ppm:

 H s hi u chỉnh theo thành ph n lưu huỳnh trong than:

(S: thành phần lưu huỳnh theo khối lượng)
 H s hi u chỉnh theo nhi t độ:

(T: độ F)
4.1.11. Kích thước bộ phản ứng
Kích thước mặt cắt kh i xúc tác đư c tính trên c sở đ m b o lưu lư ng khói và
vận t c. Với vận t c điển hình 16ft/s kích thước đư c tính như sau:

Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Trang 20 / 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3
Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

Kích thước mặt cắt bộ ph n ứng s lớn h n kích thước mặt cắt kh i xúc tác
kho ng 15%, do vậy:

Kích thước thực t c a bộ ph n ứng cịn ph thuộc vào b trí các modul xúc tác
bên trong. Kích thước điển hình mỗi modul là 3.3x6.6ft, do vây kích thước bộ
ph n ứng s là bội s c a kích thước modul này. Tùy thuộc b trí các modul bên
trong, mặt cắt bộ ph n ứng có thể có hình vng hoặc chữ nhật.
Với mặt cắt vuông:

S lớp ph n ứng đư c tính theo cơng thức:

Trong đó h’layer là chiều cao modul xúc tác.
S lớp ph n ứng s đư c làm tròn và chiều cao modul xúc tác đư c hi u chỉnh l i

theo công thức:

Thông thường chiều cao modul xúc tác nằm trong kho ng 2.5 – 5ft.
S lớp ph n ứng tính teo cơng thức trên là s lớp làm vi c ban đ u, ngồi ra cịn
ph i tính thêm có lớp tr ng dùng để b sung trong quá trình sử d ng (do suy
gi m hi u ứng xúc tác). S lớp tr ng đư c xác định theo k ho ch qu n lý xúc tác
(do nhà ch t o khuy n cáo). Như vậy t ng s các lớp xúc tác s là:

Theo đó chiều cao bộ ph n ứng (khơng bao g m kích thước đường khói vào/ra)
s đư c xác định theo cơng thức:

Trong đó c1 và c2 là các hằng s và thông thường c1 = 7 và c2 = 9
Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Trang 21 / 24


T ng Công Ty Phát Đi n 3
Công ty C ph n Tư v n Xây dựng Đi n 2

Thi t k chu n cơng trình Nhà máy Nhi t đi n

4.1.12. Nhu cầu chất phản ứng
Nhu c u amonia (lb/h) có thể đư c tính theo n ng độ NOx đ u vào (lb/MMBtu)
như sau:
Mreagent = NOxin x QB x ASR x Mreagent / MNOx
Trong đó:
 ASR: H s cân bằng lư ng thực t
 Mreagent = 17.03 (nguyên tử lư ng NH4)

 MNOx l y theo MNO2 = 46.01 (nguyên tử lư ng NO2)
Trường h p sử d ng amonia dung dịch (aqueous ammonia), nhu c u dung dịch
ph n ứng đư c tính theo cơng thức:

Trong đó Csol là n ng độ dung dịch (theo kh i lư ng)
Nhu c u dung dịch ph n ứng theo thể tích đư c quy đ i theo cơng thức:

4.1.13. Thể tích lưu trữ chất phản ứng
Thể tích lưu trữ đư c tính căn cứ theo s ngày dự trữ:

Thơng thường s ngày dự trữ là 14 ngày
4.2. Tính tốn thi t k
Tính tốn thi t k đư c lập cho h th ng SCR t máy 620MW để minh họa cho ph n
này. Các thơng s chính đư c tính tốn trong m c này là kh i lư ng ch t xúc tác c n
thi t và nhu c u amonia. Các công thức nêu trong m c 4.4.1 đư c sử d ng trong tính
tốn. Do các công thức đư c lập theo các đ n vị đo lường Hoa Kỳ nên các chuyển đ i
đ n vị tư ng ứng đư c ti n thực hi n trong b ng tính. K t qu tính tốn như dưới đây:
4.2.1.
Stt
1

Thông số đầu vào
Thông số

Công su t thô t máy

Quyển 3, Chương 6 – Hệ Thống Khử NOx (SCR)
n b n 3, tháng 10/2017

Đơn vị tính

MW

Giá trị

Ghi chú

620
Trang 22 / 24