Nghiên Ứu Á Giải Pháp Nâng Ấp Hệ Thống Xử Lý Sox Tại Á Nhà Máy Nhiệt Điện Đốt Than.pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TÔ NGỌC TRUNG

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CẤP HỆ THỐNG XỬ LÝ
SOX TẠI CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN

Chuyên ngành:

Kỹ thuật nhiệt

Mã số:

15BKTN-TB-01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2017

170833000637735485572-9085-4ae2-9e14-a33e1c2d7388
1708330006377ed617f66-aa33-4fe4-8ced-a635b19a744a
1708330006377f1818b2c-1796-4e8c-9604-787196ce8c25


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TÔ NGỌC TRUNG

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CẤP HỆ THỐNG XỬ LÝ

SOX TẠI CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN

Chuyên ngành:

Kỹ thuật nhiệt

Mã số:

15BKTN-TB-01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN: PGS.TS. TRẦN GIA MỸ

Hà Nội, 2017


L

u ca
qu trong lun  là trung th trong bt k c

Hà Ni, ngày 29 tháng 09 7
Tác gi

TÔ NGC TRUNG


LỜI CẢM ƠN
Lun  th tài: “Nghiên cứu các giải pháp nâng cấp hệ thống x

SOx tại các nhà máy nhiệt điện đốt than” c hoàn thành trong thi gian t
i Vin Khoa
Li hc Bách Khoa Hà Ni.
Tác gi xin chân thành c     i hc Bách Khoa
Vii hc, Vin Khoa hc và Công ngh Nhit - L
ng dn: PGS TS Trn Gia M, và các thy giáo trong Vin Khoa
và Công ngh Nhit - Lng d tôi tr
thc hin lun .
Tác gi xin chân thành cm   o Ban Qun lý D  n lc D
Thái Bình 2  Tu khí Viu kin, h tr
trong sut q trình hồn thành khóa hc.
Cui cùng, tác gi xin bày t lòng bi
 uy  ng viên và là ch da tinh thn cho tác gi trong qu
nghiên cu và hồn thành lun .
Hà N
Tác gi

TƠ NGC TRUNG


MỤC LỤC
M U ..1
a. Tính cp thit c tài ......................................................................... 1
b. Mu .........................................................................
i ng và phm vi nghiên cu ......................................................... 3
u ..........................................................
c và thc tin c tài ................................
m mi ca lu...........................................................................
NG 1. TÍNH CP THIT VÀ THC TRNG CA VIC X LÝ SO
X..... 5

1.1 Tính cp thit ca vic x lý xSO
........................................................ 5
ng phát trin ca nhit than  Vit Nam
ngxkhí
th
SO
......................................................
1.1.3 Các tác hi ca SO
x .......................................................................... 7
1.1.4 Yêu cu v ng ..................................................................... 9
1.2 Thc trng ca vic x lý xSO
........................................................... 11



 ...................................................................................
 HÌNH THÀNH VÀ CÁC BIN PHÁP X LÝ
SO
x TRONG
CÁC NHÀ MÁY NHIT THAN ...................................... 21
2.1 S hình thành SOx trong các bu .................................. 2
2.2 Các bin pháp x lý SO
x.................................................................... 23
2.2.1 Hp th khí SO
2 bc............................................................ 23
2.2.2 X lý khí SO2 bc vơi hoc vơi nung ....................
2.2.3 X lý SO2 bng ammonia .............................................................. 30
2.2.4 X lý khí SO2 bng magie oxyde MgO ......................................... 35
2.2.5 X lý khí SO2 bng cht hp ph  th rn.................................... 36
Kt lu.................................................................................... 40

CÁC GII PHÁP NÂNG CAO HIU QU H THNG X LÝ
SOX ........................................................................................................ 41
3.1 S dng ngun nhiên linh ............................................
3.1.1 Tính toán phát thi SOx t 100% than antraxit ...................... 41
3.1.2 Tính tốn phát thi SOx t hn h
3.1.3 Sn xut ....................................................................
3.2 Nâng cao hiu qu tháp hp th......................................................... 56
3.2.1 Mô hình tốn hc ca tháp hp th ................................................ 56
3.2.2 Các gii pháp nâng cao hiu qu .................................................... 60
Kt lu.................................................................................... 64
NG CFD (COMPUTATION FLUID DYNAMICS) .......... 65
4.1 Gii thiu v CFD.............................................................................. 65
 lý thuyt mơ phng CFD trong mơ hình cháy ht than ........... 69
 o trong mô phng CFD........
4.2.2 Mô hình dịng chy ri ................................................................... 71
4.2.3 Mơ hình bc x .............................................................................. 72
4.2.4 Mơ hình cháy bt than ................................................................... 73
nh nhiên liu ...............................
4.3 Thơng s  thit lp mơ hình .............................................. 75
4.4. Kt qu tính mơ phng CFD............................................................. 79
ng nhi ..............................................................................
ng n
SO
81
x ......................................................................
Kt lu.................................................................................... 84
KT LUN VÀ KIN NGH................................................................................... 86
TÀI LIU THAM KHO ......................................................................................... 88

DANH MC CÁC BNG
Bng 1.1 D kii cung cu chnh [8]. .....

[1] ................................................................................................................. 6
Bc tính phát th2i 
khí SO
t than [2] ................................. 7

2 

2  .............
Bng 1.6 N  khí thi công nghip nhi n theo loi nhiên liu s d
[3] ............................................................................................................... 10
Bng 1.7 N
SO
i hn cho phép hin nay trên th gii [17] ..................... 11
x gi
 ...

2 [11] .......................................................................................................... 19
Bc lý thuy2 h
pnthtr
ng
1 t
thái
n SO
bão hòa ng
vi nhi và n

SO trong khí thi [4] ........................ 24
2 khác nhau
Bng 2.2 Quan h gia hiu qu hp th i vn t
ca b hp th [4] ...................................................................................... 28
Bng 2.3 Quan h gia hiu qu hp th  pH ca dung d
Bng 2.4 Thi gian làm vic và thi gian hoàn nguyên ca h thng [4] ................ 39

Bng 3.2 Thành ph t dùng  t kèm than ................................
Bng 3.3 Thành phn và t l khng ct
Bng 3.4 Tính sn phng phát thi ca hn hp nhiên liu antra
t ........................................................................................... 4
B
Bng 3.6 Thông s lị khí hóa than cơng sut 18.000 3m
/h [12] ............................... 54
Bng 3.7 Thông s ng ng ct ..................................................
Bng 3.8 Kt qu tính tốn hiu sut da trên cơng thc thc nghim .................... 59
Bng 3.9 Hiu su l  0,00452 lên 0,00678 ....


Bng 3.10 T l L/G c duy trì hiu sut khi n
SO
........... 62
2 
Bng 3.11 Thông s ca các axit h ........................................................... 63
Bng 4.1 Thơng s u vào mơ hình quá trình cháy hn hp than (A) và cháy
than kèm khí (B) ........................................................................................ 75
Bng 4.2 Ch ng ci ................................


DANH MC CÁC HÌNH V TH


 ..........
 ............................

x  ............................................. 17
 h thng2xb
lý khí SO c [4]: ............................................ 25
 h thng2xblý
ngkhí
saSO
vơi [4]: ........................................ 26
 h thng2xblý
ngkhí
ammonia
SO [4]: ..................................... 31
 x2b
lý khí SO
...............
 x2b
lýng
khíammonia
SO
và vơi [4]: ......................................... 34
 i l .........
Hình 2.7 Hiu qu kh SO
2 c tip CaO + MgO vào but [7]: ...
 h th
bxng
 than
lý SO

hot tính [4] ..................................... 39
2 ng
 và v trí vùng ct vào but W .
 h thng thit b sn xut b
 nguyên lý h thng c
Hình 3.4 Cu to mt ct dc ca vùng cháy chính (vùng I) và vùng cháy ph
(vùng II) ..................................................................................................... 55
Hình 3.5 Mơ hình ca tháp hp th ........................................................................... 57
Hình 3.6 B trí giàn phun và các vịi phun trên mơ hình mơ phng ......................... 60
Hình 3.7 S i hiu sut2kh
theoSO
t l L/G ............................................. 61
Hình 3.8 Vịi phun SHC và DHC do hãng BETE ch to ........................................ 63
Hình 3.9 N pH ca dung dch si t l b sung các axit h
 .................................................................................
n nghiên cc ch
Hình 4.3 Mơ hình 3D ca bung la dng trên phn mm ANSYS ........................ 77
Hình 4.4 Mơ hình but 3D sau khi i ......................................


Hình 4.5 S phân b nhi trên các mt ct ......................................................... 79
Hình 4.6 S phân b nhi trên tng mt ct ....................................................... 80
Hình 4.7 S phân b nhi trên mt ct Z=0 ........................................................ 80
Hình 4.8 S phân b ng n
bung la (A) ............................... 81
x trongSO
Hình 4.9 S phân b ng n
bung la (B) ............................... 82
x trongSO
Hình 4.10 Kt qu ng nhi c

Hình 4.11 Kt qu ngxnc

SO
..
Hình 4.12 Phân b n
SO
i mt ct ngang vùng cháy chính (vùng I). ........ 84
2 t
Hình 4.13 Phân b n
SO
i mt ct ngang vùng cháy ph (vùng II). .......... 84
2 t


DANH MC CÁC CH CÁI VÀ KÝ HIU VIT TT
Ký hiu/Ch cái





C

%

T l carbon trong nhiên liu

V

%

T l cht bc trong nhiên liu

A

%

T l tro trong nhiên liu

N

%

T l nitrogen trong nhiên liu

S

%

T l nh trong nhiên liu

H

%

T l hydrogen trong nhiên liu

W

%

T l m trong nhiên liu

SOx

mg/m 3

Các sulfur dioxyde và sulfur trioxyde

NOx

mg/m 3

Các oxyde nitrogen

Qt

kJ/kg

ar

Nhit tr thp
as received (mu nhc)

DAF

Dried ash free (Mu cháy)

lt

Lý thuyt

tt

Thc t

ct

Cn thit

kk

Khơng khí

khơ

Mu khơ

UB

Unburned (khơng cháy)

SPC

Sn phm cháy

ppm

N th tích (mt phn triu)



 Kh
2

MCaCO3

kg

M

kg/h

Phân t gam ca canxi cacbonat
Khng nhiên liu



2 trong khói thi hoc h s
H s kh SO
a nhiên liu

K

T l CaCO
3 ngun ch



m/s

Vn tc khói



kg/m3

Khng riêng

C

mg/m 3

N khí




%

Hiu sut

i

3

kJ/m ; kJ/kg

Entanpi

V

3

m /h

ng khí sinh ra trong sn phm cháy
H s khơng khí tha trong but/
t hp th


r

m

Bán kính

k
y

H s n
mg/m

Ca/S
L/G
R

3

Giá tr n

SO
p th
2 h
T l nh

l/m

3

T l lng  khói (dung dch hp th
ng khói thi)
 mn ht than



Nhà máy nhin



Nhit than

FGD
WFGD
GGH
PC

H thng kh nh
H thng kh nh kit
B i nhit khói thi
t than phun

CFB

t than tng sơi

SCR

H thng kh NO
x có xúc tác

SHC

Vịi phun mng

DHC

ng

TSTH

Tng sơi tun hoàn

CFD

Computation Fluid Dynamic

TCVN

Tiêu chun Vit Nam

QCVN

Quy chun Vit Nam

BTNMT

B 


MỞ ĐẦU
a. Tính cấp thiết của đề tài
Theo quy ho n VII hiu ch     a Vi
2015-   n xut t nhi    
nhu ngun. Các nhà máy nhi
 Vit Nam hin s dng công ngh t than phun
cn ti hn và siêu ti hn quy công sut t máy t 300 - 600 MW, nhiên liu s
dng là than antraxit (than na) và mt s s dng than bitum và á bitum (than
nhp kh   p theo quy mô công sut t máy d ki 
c thit k ch t
hiu sut còn thp, t l car
t than antraxit Vit Nam, lo
trong than cao, song cht bc (V) thng tro x (A) cao nên khó bt chá
và khó cháy ki   c h     
Chính vì vy, hin nay, thành phn carbon còn li trong tro x  các nhà máy nhit
u r Li: 12-18%, Ninh Bình: 15 -
40%, ...); Các nhà máy mi xây d Li 2, Uông Bí m rng 1, ... v
c phm trên ca than antraxit Vi
còn li trong tro vn cao (trên 12%), ti nhà máy nhi
ngh tiên tin và công sut t ng C cịn li
khơng cháy ht) vn  mc cao so vi s liu tính tốn thit k. Ngồi ra, q trình

cháy than antraxit cịn t ng ln các khí c hx
, NOx, gây áp
lc
i các nhà máy phi trang b
soát, x lý khói thi hiu qu cao [8].
Gi  nhà máy nhit than Vi
ngn la hình W, nhm kéo dài thi gian cháy ca h   ht than cháy k
 nh và hiu sui vi ngun nguyên
ng thc than cám 6), s dng công ngh 

1


 m b m thiu các tác
ng.
Các nghiên cu lý thuyt cháy ng d ra r nâng cao hiu hi
s dng than ít cht bc cn phi gii quyt các v n s
+ Bm bt la sm, nh
+ Bm hiu sut cháy cao, cháy kit
+ Hn ch và loi b  bung la
  cao
+ Gim cht phát thi khí và các thành phn ô nhim khác.
ng v t phc tp, có ng ln nhau, ph
chn la các gii pháp phù hp, tc bit phn bi
gim thiu n c
h
i SO khói thng n phát th
x, NO
x trong
nh ti QCVN 22:2009/BTNMT).

T nh       nhn thy, ngoài v 
trong vc bit là hiu sut cháy than antraxit Ving t
ta phi gii quyt các v ng bng cách 
pháp nâng cao hiu qu x lý khói thi và t mt k thut  kinh t
quyt v  t ra, cn nghiên cu bng lý thuyt và bng mô phng CFD quá
trình cháy bt than/dnh các yu t n quá trình cháy
tin cy cho vic la chn mt s gii pháp nâng cao hiu sut cháy antraxit trong
but than phun nhà máy nhin Ving thi nghiên c

hitrình
SO cháy, thc trng và gii pháp x lý khí
x trongc quá
SOx trong khói thi nhà máy nhit than.
V    nhn thy, vic la ch
các giải pháp nâng cấp hệ thống xử lý SO x trong nhà máy nhiệt điện đốt than
c tin.

2


b. Mục đích nghiên cứu
Mu ca lun : Nghiên cu lý thuyt và thc nghim
hình CFD) quá trình hình thành SOx trong sn phnh các yu t
n quá trình cháy bt than antraxit Vit Nam, s hình thànhx khí
trong
SO
bun;
 kt qu  xut và la chn gii pháp nâng cao h
antraxit Ving thi gim thiu s phát thxtrong
i khí SO

but than
phun nhà máy nhin;
         
nhi
-

 nhng v cháy than trong bu

nhit than antraxit; các yu t 
trình cháy; tng quan v s hình thành khí SO
x trong q trình cháy. T ng hp phân
tích nhng thành t   c và các tn ti, t   nh nhim
cu.
-

Nghiên cu ng cnh (S) trong than 

khí SOx trong sn phm cháy trên mơ hình mơ phng;
-

Tng hp phân tích kt qu nghiên c xut la chn gii pháp nân

cp h thng x lý SO
x trong nhà máy nhin.
c. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Q trình cháy than nói chung và cháy than antraxit nói riêng ht sc phc tp và
rt rng ln, c v ng và phm vi nghiên cu. Vì vng
t ra trong lun v này là bu t than phun nhà máy nhi n và phm
nghiên cu là ng ca mt s yu t n quá trình cháy và s hình thành kh
SOx    cho vi  xut la chn gii pháp nâng cp h xthng x

trong nhà máy nhin.

3


d. Phƣơng pháp nghiên cứu
 gii quyt v  t ra lun    d   
thuyt kt hp vi mơ hình mơ phng.
-

Ni dung nghiên cu lý thuy    hình xthành
trongkhí
qSO

trình cháy;  ng c    nh (S) trong than; 
phát thi trong sn phm cháy ca gii pháp mi. Mô phng quá trình cháy than
phun và n khíx trong
SO but bng C
t lun hiu qu ca gii pháp nâng cp.
e. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
-

V mt khoa h  c ng

hunh (S) trong các loi nhiên liu n s phát thi
x. SO
-

V mt thc tin: i pháp có tính kh thi  nâng cao hiu qu

m thing phát
thi khí SO
x.
f. Điểm mới của luận văn
-

   i pháp nâng cxp
x lýdùng
SO ngun nhiên li  

hunh  than antraxit kèm khí
-

 nh mi quan h gia hiu suxvà
t kh
các
 SO
yu t  ng

qua mơ hình tốn và  nh bng công thc thc nghim. T   
bng cách nâng cp  ng ng p
-

ng dng mơ ph tính tốn và d ng nhi

nx khi
SO s dng các nhiên liu có thành phn khác nhau.

4

CHƢƠNG 1. TÍNH CẤP THIẾT VÀ THỰC TRẠNG CỦA VIỆC XỬ
LÝ SOX
1.1 Tính cấp thiết của việc xử lý SO x
1.1.1 Xu hƣớng phát triển của nhiệt điện đốt than ở Việt Nam
Quy ho báo tng tiêu th 
m n 2016-
vi sn n d t 
ng công suc t 52,0
    i tng công su t các nhà máy nhi
    nh m    t khong
46,8% sn sn xut và tiêu th khong 67,3 triu tn than, 
công su    t 75.000MW, chim 56,4% s  
Cơng sut này gim xung cịn 30.482MW và 57.585MW  ng trong quy
hou chnh [2].

          

          
         
2015-
        




T bng này có th nhn thy, than antraxit Vit Nam cho sn xu
t 24 triu t-38 triu t30-42 triu

5

40-45 triu t 
khong trng thiu ht 
Bảng 1.1 Dự kiến cân đối cung cầu than sau khi điều chỉnh [8].
Đơn vị: triệu tấn
2013

2015

2020

2025

2030

1.Tng ngun cung

40

45

50

55

60

2.Tng nhu cu

28

38  42

62  72

91 98

114  138

Nhu c

16

18

20  22

22 24

24 28

n

12

20  24

42  50

68 74

90 110

- c

12

24

32  38

38 42

40 45

10  12

30 32

50 65



- Nhp khu


-




b.

 

 
Bảng 1.2 Hàm lượng lưu huỳnh vùng than Quảng Ninh trong TCVN 8910-2011, [1]
k

Trung bình

Vùng than Vàng Danh

Vùng than Hịn Gai


11
0,8
0,65
0,65

6

1 75
1,2
0,9
0,9


1.1.2 Lƣợng khí SO x thải ra hàng năm

Khí SOx là tên gi chung ca các oxyde SO
2 và SO3   nh trong
nhiên liu cháy. Trong quá trình cháy nhiên liu (than/d  nh có tron
nhiên liu s tham gia quá trình cháy và to thành sn phm cháy bao gm2 SO
và
SO3. Tuy nhiên, t l SO
2 là ch yu và có th coi SO
x chính là khí SO2
Theo s liu tính tốn ca b mng chi
n 7 ng khí
SO khí thi nhà máy nhi
2 trong
Bảng 1.3 Ước tính phát thải khí SO 2 hàng năm do đốt than [2]
Đơn vị: tấn

2011
2015
2020
2025
2030
Khí SO2

31.625

50.054,2

105.459,1

151.561,6

246.442,6

          
 Nhiên  
 là than antraxit,        
 khi 
-

K
2,

CO, SO x và NO x    (có 
nên trong  khói 
x 
phép khi vào mơi 
1.1.3 Các tác hại của SO x
Khí sulphur dioxyde (SO 2) là      
Trong q trình quang hóa hay có xúc tác,
SO
oxy  
2 
sulphur trioxyde SO 3 
Khí SO 2          

- 

7


SO2 

 
           
SO2 
SO2 



2 

Bảng 1.4 Giới hạn nồng độ SO2 gây độc đối với sức khỏe con người [4]
3
, mg/m
20-30
50
130-260




N

1000-1300

G-60 ph

SO2            
     ammonia    


2 

         
2+


 

  
 

 3+

        

- 

2  
-

8