Mẫu xử lý khí thải nồi hơi (lò hơi) đốt than

Thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò hơi đốt than đá
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI ĐỐT THAN
1.1: Giới thiệu chung
1.1.1: Đặc tính
1.1.2: Các loại lò hơi đang được áp dụng tại Việt Nam
1.2: Phân tích nguồn thải
1.2.1: Thành phần chất thải
1.2.1.1: Khói thải
1.2.1.2: Nước thải
1.2.1.3: Chất thải rắn
1.2.2: Tác hại
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN SẢN PHẨM CHÁY
2.1: Thông số tính toán
2.2: Tính toán sản phẩm cháy và tải lượng các chất ô nhiễm
CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
3.1: Lựa chọn công nghệ xử lý
3.1.1: Tháp rửa khí
3.1.2: Tháp hấp phụ
3.1.3: Tháp gia nhiệt
3.2: Cơ sở lựa chọn thiết bị xử lý
3.3: Đề xuất công nghệ
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ
CHƯƠNG V: TÀI LIỆU THAM KHẢO


MỞ ĐẦU
Năng lượng mà chủ yếu là điện năng là một nhu cầu không thể thiếu được trong sự phát
triển kinh tế của mỗi nước. Hiện nay ở nước ta cũng như hầu hết các nước khác trên thế
giới, lượng điện năng do nhà máy nhiệt điện sản xuất ra chiếm tỷ lệ chủ yếu trong tổng
lượng điện năng toàn quốc. Trong quá trình sản xuất điện năng, lò hơi là khâu quan trọng

đầu tiên có nhiệm vụ biến đổi năng lượng tàng trữ của nhiên liệu thành nhiệt năng của lò
hơi. Nó là một thiết bị không thể thiếu được trong nhà máy nhiệt điện. Lò hơi cũng được
sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác ở nước ta.
Chính vì vậy, em đã chọn đề tài “ thiết kế xử lý khí thải lò hơi đốt than đá” là đề tài cho
nghiên cứu.
Trong quá trình thiết kế và tính toán không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em mong thầy
cô có thể đưa ra những nhận xét và góp ý để em có thể rút kinh nghiệm cho những nghiên
cứu sau. Em xin chân thành cảm ơn.


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI ĐỐT THAN
1.1: Giới thiệu chung
1.1.1: Đặc tính lò hơi đốt than
Lò hơi đốt than đá là một loại lò hơi sử dụng loại nhiên liệu bằng than đá ( cũng có thể là
than củi, gỗ,…) làm nhiên liệu đốt. Các công ty sản xuất và phân phối lò hơi ở Việt Nam
hiện nay đều có đầy đủ các loại, từ những lò có công suất nhỏ đến những lò có công suất
lớn. Các lò hơi được thiết kế để có thể phù hợp cho từng loại công suất khác nhau, dễ vận
hành hơn, vệ sinh dễ dàng, sửa chữa và đem lại hiệu suất nhiệt lượng cao nhất.
Các đặc tính của lò hơi bao gồm:
-

Hiệu suất tương đối cao.
Thiết kế phù hợp theo các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành và quản lý theo chất
lượng ISO 9001:2000.
Hoạt động hoàn toàn tự động: dễ vận hành.
Dễ dàng cho công việc bảo dưỡng và bảo trì.

1.1.2: Các loại lò hơi đang được áp dụng tại Việt Nam
Nồi hơi đốt than ống lứa kiểu đứng ( công suất từ 50-1000 kg hơi/h ): Kiểu dạng ống lứa,
đứng. Ghi tĩnh điện. Cấp nước tự động, thải xỉ, cấp than đều thủ công. Nhiên liệu bao

gồm vỏ hạt điều, củi, than cục.
Nồi hơi đốt than kiểu chữ E ( công suất 500-2500 kg hơi/h ): Kiểu ống nước, tuần hoàn
hoàn toàn tự nhiên. Ghi tĩnh điện. Cấp nước tự động, thải xỉ, cấp than đều thủ công. Hiệu
suất lên đến 75%. Nhiên liệu bao gồm than cục, vỏ hạt điều.
Nồi hơi đốt than theo kiểu KE ( công suất từ 3000-8000 kg hơi/h ): Kiểu ống nước, tuần
hoàn hoàn toàn tự nhiên. Ghi tĩnh và ghi lật. Cấp nước tự động, máy hất than, cấp than
thủ công. Hiệu suất 75%. Nhiên liệu chủ yếu là than cục, củi.


1.2: Phân tích nguồn thải
1.2.1: Thành phần chất thải
1.2.1.1: Khói thải
Khói thải được tạo ra chủ yếu từ quá trình đốt than ở trong lò hơi với lưu lượng rất lớn
chủ yếu mang theo tro bụi và một số chất khí ô nhiễm nhu SO2, NOx, CO, CO2,…
Ngoài ra còn có khí thải của các phương tiện giao thông đi lại trong khu vực nhà máy để
vận chuyển nhiên liệu, đồ đạc. Các hợp chất hữu cơ bay hơi bị rò rỉ từ đường ống dẫn,
thiết bị cũng như từ các quá trình ở trong nhà máy, bụi than trước quá trình đốt thường
xuất hiện ở các cảng than, cảng lật toa, kho chứa than, quá trình vận chuyển than về kho
và vận chuyển sản xuất,…
1.2.1.2: Nước thải
Nhu cầu sử dụng nước của các nhà máy sử dụng lò hơi là lớn nên vấn đề nước thải là
không thể tránh khỏi, nước thải có nguồn gốc từ quá trình khác nhau và mang những đặc
trưng khác nhau
Ví dụ như nước rửa thiết bị, nước thải sinh hoạt, nước làm mát thải ra trong quá trình
hoạt động,…
1.2.1.3: Chất thải rắn
Chủ yếu là tro xỉ từ quá trình đốt nhiên liệu, thạch cao từ quá trình xử lý SO2 và một
phần là chất thải rắn sinh hoạt, các thiết bị hư hỏng,…
-

-

Than có hàm lượng tro cao, trong đó một phần là xỉ lò được thải ra nhờ hệ thống
tháo xỉ. Phần còn lại là tro bay theo khói sẽ được tách ra khỏi khối khí thải nhờ hệ
thống lọc bụi. Lượng tro xỉ này được thải theo hệ thống kín và đưa ra một số hồ
chứa tập trung riêng biệt.
Do quá trình xử lý SO2, người ta thường sử dụng phương pháp hấp thụ bằng dung
dịch sữa vôi, nên sau hệ thống xử lý SO2 có tạo ra một lượng lớn thạch cao.
Quá trình sinh hoạt làm việc của cán bộ công nhiên viên trong nhà máy cũng phát
sinh thêm lượng chất thải rắn như: bao bì, thức ăn thừa,…hay một số chất thải từ
thiết bị hư hỏng.

1.2.2: Tác hại
- Khí SO2, SO3 gọi chung là SOx là những khí độc hại không chỉ với sức khỏe con
người, động thực vật mà còn tác động lên các vật liệu xây dựng, công trình kiến trúc.


Chúng là những chất có tính kích thích, ở nồng độ nhất định có thể gây co giật cơ trơn
của khí quản, ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăng tiết dịch niêm mạc đường khí quản gây viêm
khí quản, khi tiếp xúc với mắt có thể tạo thành axit gây tổn hại đến thị lực.
- SOx có thể xâm nhập vào cơ thể người qua các cơ quan hô hấp hoặc cơ quan tiêu
hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt, cuối cùng chúng có thể xâm nhập vào hệ tuần
hoàn. Khi tiếp xúc với SOx có thể tạo ra các hạt axit nhỏ, các hạt này có thể xâm nhập
vào các huyết mạch. SOx có thể xâm nhập vào cơ thể người qua da và gây các chuyển đổi
hóa học làm hàm lượng kiềm trong máu giảm, ammonic bị thoát qua đường tiểu và gây
ảnh hưởng đến tuyến nước bọt.
- NOx là khí có màu nâu đỏ có mùi gắt và cay. NO2 là khí kích thích mạnh đường hô
hấp. Nó tác động đến hệ thần kinh và phá hủy mô tế bảo phổi làm chảy nước mũi, viêm
họng, tiếp xúc lâu sẽ gây các bệnh trầm trọng về phổi.
- Khí CO là loại khí không màu, không mùi không vị, tạo ra từ quá trình cháy không

hoàn toàn của nguyên liệu than. Sức đề kháng của con người với CO rất kém. Những
người mang thai và đau tim tiếp xúc với CO sẽ rất nguy hiểm vì ái lực của CO với
hemoglobin cao hơn gấp 200 lần so với oxy, nên khi vào cơ thể sẽ lập tức phản ứng với
hemoglobin, cản trở oxy từ máu đến các mô. Vì vậy cần một lượng máu lớn hơn nhiều
được bơm đến để mang cùng một lượng oxy cần thết đến các mô. Những người khỏe
mạnh cũng bị ảnh hưởng, nhưng chỉ khi tiếp xúc với CO cao sẽ dẫn đến khả năng suy
giảm thị lực, năng lực làm việc, sự khéo léo, khả năng học tập và hiệu suất công việc.
- Tro bụi ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Trẻ em, người già và những người mắc
bệnh hô hấp là dễ bị ảnh hưởng nhiều nhất. Các hạt bụi có kích thước nhỏ có thể đi vào
tận phế nang gây viêm nhiễm phế quản.Một số bệnh do bụi gây nên: viêm mũi, viêm phế
quản, hen suyễn, ung thư phổi,…Bụi còn gây tác hại đến hệ sinh thái, ảnh hưởng đến
mùa màng. Khi bụi lắng đọng trên bề mặt lá cây, nếu không có nước mưa để rửa sạch thì
ngăn cản quá trình quang hợp và trao đổi chất. Khi bụi phát tán ra môi trường làm giảm
độ trong suốt của khí quyển, cản trở tầm nhìn, hư hỏng thiết bị, giảm tuổi thọ của công
trình, mất mỹ quan.

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN SẢN PHẨM CHÁY


2.1. Thông số tính toán
Xét Dung ẩm không khí d (g/kg KKK) = 17 theo giáo trình “Ô nhiễm không khí và xử lý
khí thải” của GS.TS Trần Ngọc Chấn .
2.2. Tính toán sản phẩm cháy và tải lượng các chất ô nhiễm
Nhiên liệu đốt: Than cám 4 Quảng Ninh( Trang 20- tập 3)
Hệ số cháy không hoàn toàn

ᶯ = 0.6%

Hê số thừa không khí

α = 1,4

Hệ số tro bụi bay theo khói

A = 0,5

Nhiệt độ khói thải

tkhói = 150oC
Bảng 2.2: Thành phần sản phẩm cháy
Thành phần nhiên liệu than cám (%)

CP

HP

64,8

3,80

NP

OP

SP

AP

WP

0,90

6,70

0,80

15,00

8

Nhiệt năng của nhiên liệu rắn và lỏng sinh ra khi đốt cháy 1kg than theo công thức
Mendeleev (Công thức 12.7 trang 14 sách ONKK&XLKT tập 3):
Qp = 81.64,8 + 246.3,8 - 26 (6,7 – 0,8 ) = 5982 kcal/kgNL.
Thông qua phương pháp xác định trực tiếp hiệu suất lò hơi:
Hiệu suất lò hơi (η) =
Trong đó:
Khối lượng hơi được tạo ra mỗi giờ (Q) theo kg/h. ƒ
Khối lượng nhiên liệu sử dụng mỗi giờ (B) theo kg/h. ƒ
Áp suất vận hành (theo kg/cm2(g)) và nhiệt độ hơi quá nhiệt (oC), nếu có ƒ
Nhiệt độ của nước cấp (oC) ƒ
Loại nhiên liệu và năng suất toả nhiệt của nhiên liệu (GCV) theo kcal/kg nhiên liệu
GCV của than
hg – Entanpi của hơi bão hoà theo kcal/kg hơi = 665 kcal/kg
hf – Entanpi của nước cấp theo kcal/kg nước = 85 kcal/kg
Sử dụng lò hơi đốt than ống nước ghi xích với hiệu suất 77% ( nguồn:
noihoicongnghiep.net
Suy ra: 77 =


 B=

 B = 547.1 Kg/h

Bảng 2.3: Tính toán sản phẩm cháy – lượng khói thải và tải lượng chất ô nhiễm

St
t

1

Đại lượng tính

Lượng không khí khô lý thuyết
(m3chuẩn/kg NL)

Công thức

Kết Quả

6.574
Vo = 0, 089C p + 0, 264 H p − 0, 0333(Op − S p )

2

Thể tích không khí ẩm lý
thuyết(m3chuẩn/kg NL)

Va = (1 + 0, 0016d )Vo

6.752

3

Thể tích không khí ẩm thực tế với α
= 1,4(m3chuẩn/kg NL)

Vt = αVa

9.453

VSO2 = 0, 683 × 10−2 S p

0.0054

VCO = 1,865 × 10−2η C p

0.0072

VCO2 = 1,853 × 10−2 ( 1 − η ) C p

1.193

VH 2O = 0, 011H p + 0,0124Wp + 0, 0016dVt

0.398

VN 2 = 0,5VNOx = 0.8 ×10−2 N p + 0, 79Vt

7.475

4

Thể tích khí SO2 trong sản phẩm cháy
(SPC)(m3chuẩn/kg NL)

5

Thể tích khí CO trong SPC với η =
0,006(m3chuẩn/kg NL)

6

Thể tích khí CO2 trong SPC
(m3chuẩn/kg NL)

7

8

Thể tích hơi nước trong SPC
(m3chuẩn/kg NL)
Thể tích N2 trong SPC (m3chuẩn/kg
NL)


9

Thể tích O2 trong không khí thừa
(m3chuẩn/kg NL)

VO2 = 0, 21(α − 1)Va

10 a. Lượng khí NOx trong sản phẩm
cháy (xem như NO2(kg/h)
b. Quy đổi ra m3 chuẩn/kg NL

ρ

NO2

= 2,054 kg/m3 chuẩn

M NOx = 3,953 ×10−8 (Q p B)1,18

c. Thể tích khí N2 tham gia vào phản
ứng của NOx(m3chuẩn/kg NL)

0.567

1.925
0.00171

VNOx =

M NOx
Bϕ NOx

0.00085

VN2 ( NOx ) = 0,5VNOx

d. Thể tích khí O2 tham gia vào phản
ứng của NOx(m3chuẩn/kg NL)

0.00171
VO2 ( NOx ) = VNOx

11 Lượng sản phẩm cháy tổng cộng ở
điều kiện tiêu chuẩn(m3chuẩn/kg NL)
12

Lưu lượng khói ở điều kiện thực tế
(tkhói= 150oC) (m3/s)

VSPC= Tổng các mục (4÷9)+10b-10c10d
LT =

VSPC × B × ( 273 + tkhoi )
3600 × 273

2.722

103 × VSO2 × B × ϕSO2

2.401

13 Tải lượng khí SO2 với
ρSO2=2,926kg/m3 chuẩn (m3/s)

M SO2 =

14 Tải lượng khí CO với ρCO = 1,25
kg/m3 chuẩn (g/s)

M CO =

15

Tải lượng khí CO2 với ρCO2 = 1,977
kg/m3 chuẩn (g/s)

11.563

3600
103 × VCO × B × ϕCO
3600

1.367

103 × VCO2 × B × ϕCO2

358.435

M CO2 =

3600


16 Tải lượng khí NOx(g/s)

17

M NOx =

103 × VNOx × B × ϕ NOx

0.533

3600

11.398

Tải lượng tro bụi với hệ số a=0,5 (g/s)

18 Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm
trong khói:
a. Khí SO2 (g/m3)

b. Khí CO (g/m

LT

CCO =

3)

c. Khí CO2 (g/m3)

CCO2 =

d. Khí NOx (g/m3)

Cbui =

M CO
LT

0.502

M CO2

131.68

LT

CNOx =

e. Bụi(g/m3)

0.88

M SO2

CSO2 =

0.196

M NOx
LT

4.187

M bui
= CNOx
LT

Bảng 2.4:So sánh với QCVN 19:2009/BTNMT
Nồng độ Cmax
A

B

Bụi tổng

400

500

6487

Không đạt

Cacbon oxit, CO

1000

1000

777

Đạt

STT

Thông số (mg/Nm3)

1
2

So sánh với QCVN 19-2009/BTNMT


3

Lưu huỳnh dioxit, SO2

1500

500

1524

Không đạt

4

Nito oxit, NOx

1000

850

303

Đạt

5

Cacbon dioxit, CO2

Không quy
định

Không quy
định

So sánh với QCVN 19-2009/BTNMT thì ta thấy nồng độ của bụi và SO2 đều vượt quá
mức quy định. Do đó cần phải có các phương pháp để xử lý hai loại khí và bụi này. Sau
đây em xin đề xuất công nghệ xử lý thích hợp.
CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
3.1: Xử lý bụi
3.1.1. Buồng lắng
Sự lắng bụi bằng buồng lắng là tạo ra điều kiện để trọng lực tác dụng lên hạt bụi
thắng lực tác dụng lên hạt bụi thắng lực đẩy nang của dòng khí. Trên cơ sở đó tạo ra sự
giảm đột ngột lực đẩy của dòng khí bằng cách tăng đột ngột mặt cắt của dòng khí chuyển
động. Trong thời điểm ấy, các hạt bụi sẽ lắng xuống. Để lắng có hiệu quả hơn, đưa vào
buồng lắng các tấm chắn lửng . Các hạt bụi chuyển động theo quán tính sẽ đập vào vật
chắn và rơi nhanh xuống đáy.
Buồng lắng là thiết bị truyền thống để thu gom bụi với các kích thước hạt khác nhau
thì kích thước của buồng lắng khác nhau. Muốn xử lý các hạt bụi có kích thước nhỏ thì
tgian lưu của bụi cũng như kích thước phòng thay đổi cho phù hợp.Dưới đây là mối quan

hệ giứ kích thước hạt và vận tốc lắng của mỗi loại kích thước này.
Bảng 3.1: Mối quan hệ giữa kích thước hạt và vận tốc lắng
Đường kính hạt bụi(µm)
5
10

Vận tốc lắng 10-3(m/s)
Số liệu thực nghiệm
Số liệu lý thuyết
0,76

0,75

3,06

3


20

12

12

40

48

48

76

157

173

100

246

300

200

686

1194

400

1570

4800

1000
3820
3003
Nguồn: GS.TS.Trần Ngọc Trấn-Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải-Nhà xuất bản khoa
học và kỹ thuật- Hà Nội 2004

Hình 3.1:Buồng lắng bụi
Ưu điểm của phương pháp:Thiết bị có cấu tạo đơn giản, vốn đầu tư thấp, có thể xây
dựng bằng các vật liệu dễ kiếm như gạch, xi măng…Chi phí vận hành, sửa chữa, bão
dưỡng thấp, lọc được hiệu suất cao các hạt bụi có kích thước lớn, góp phần giảm quá tải
cho các thiết bị phía sau, tổn thất áp suất nhỏ. Có khả năng làm việc trong khoảng nhiệt
độ và áp suất rộng. Nhược điểm : Kích thước thiết bị cồng kềnh, chiếm nhiều diện
tích.Chỉ có thể lọc các hạt bụi có kích thước lớn hơn 50µm.
3.1.2. Thiết bị lọc bụi ly tâm(cyclon)
Khi dòng khí và bụi chuyển động theo một quỹ đạo tròn( dòng xoáy) thì các hạt bụi
có khối lượng lớn hơn nhiều so với các phần tử khí sẽ chịu tác dụng các lực ly tâm văng
ra phía xa trục hơn, phần gần trục xoáy lượng bụi sẽ rất nhỏ. Nếu giới hạn dòng xoáy
trong một vỏ hình trụ thì bụi sẽ va vào thành vỏ và rơi xuống đáy. Khi ta dặt ở tâm dòng


xoáy một ống dẫn khí ra, ta sẽ thu được khí không có bụi hoặc lượng bụi đã giảm đi khá
nhiều.
Để tăng hiệu suất xử lý bụi mà không ảnh hưởng đến độ làm sạch của thiết bị, người
ta đã sử dụng xiclon tổ hợp. Đó là một thiết bị thu bụi gồm một số lượng lớn đơn nguyên
xiclo đồng thời trong cùng một vỏ có đường cấp và thoát khí như phễu thu dùng chung,
có thể theo kiểu mắc nối tiếp, song song hoặc theo kiểu chùm.
Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, không có bộ phận chuyển động. Làm việc được trong
môi trường có nhiệt độ cao, bụi thu gom được ở dạng khô, có thể dùng lại được, nồng độ
bụi tăng nhưng không ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý. Nhược điểm: Tổn thất áp suất trong
thiết bị cao. Chỉ có hiệu quả với bụi có kích thước trên 5µm. Nếu bụi có độ kết dính cao
thì hiệu suất giảm,
Nhận xét
Cả hai thiết bị lọc đều có những ưu điệm nhược điểm riêng nhưng ưu điểm của thiết
bị cyclon tổng hợp có nhiệu điểm nổi trội hơn. Thiết bị không công kềnh, hiệu suất khi
lọc bụi thô cao khi có tổ hợp các cylcon. Tuy là thiết bị có kích thước nhỏ hơn nhưng vẫn
đảm bảo được việc lọc bụi thô D >5 µm hiệu quả cao do đáp ứng được yêu cầu: thay đổi

vận tốc của hạt bụi và hướng chuyển động như buồng lắng và không cần không gian lớn
như buồn lắng. Mặt khác, buồng lắng lại chỉ có thể lọc những hạt bụi có kích thước D
>50 µm làm giảm hiệu suất lắng thô cũng như lọc tinh. Vậy nên nếu lựa chọn nên sử
dụng phương pháp cyclon để thuận lợi hơn trong các bước lọc bụi sau.
3.1.2. Thiết bị lọc bụi bằng vật liệu lọc
Dòng khí và bụi được chặn lại bởi màng hoặc túi lọc, túi( màng) này có các khe nho
cho các phân tử khí đi qua dẽ đang nhưng giữ lại các hạt bụi. Khi lớp bụ đủ dày ngăn cản
lượng khí đi qua thì tiến hành rung hoặc thổi ngược đẻthu hồi bụi và làm sạch.
Lọc tinh: có hiệu suất lọc cao, > 99%, chủ yếu dùng với hạt kích thước nhỏ. Hàm
lượng bụi ban đầu < 1 mg/m 3. Vận tốc lọc < 15m3. Thường được sử dụng để thu bụi quý
hoặc bụi có độc tính cao.Các bộ lọc sạch không khí trong các hệ thống thông gió điều hòa
không khí. Hàm lượng ban đầu <50mg/m 3 , vận tốc lọc từ 2,5- 3 m/s. Các thiết bị lọc vải
công nghiệp, dạng hạt, sử dụng để lọc bụi khí thải công nghiệp cao, > 60mg/m 3.


Vật liệu lọc chủ yếu là vải bông, sợi tổng hợp, sợi thủy tinh, len dạ…Thông số quan
trọng nhất là tải trọng không khí qua vải (m3/m2/h). Quá trình lọc xảy 3 giai đoạn như
sau: Giai đoạn vải sạch: các hạt bụi lắng trên các sơ nằm trên bề mặt sợi, hiệu suất lọc ở
giai đoạn này còn thấp. Giai đoạn 2: khi đã có 1 lớp bụi bám trên vải thì lớp bụi đó trở
thành lớp lọc thứ 2. Giai đoạn này đạt hiệu suất cao nhất. Giai đoạn 3: bụi bám dày trên
mặt vải làm tăng trở lực với dòng khí. Lúc này việc rung đập, lắc được thực hiện để làm
sạch vải lọc
Thiết bị: được làm bằng cách dùng vải may thành túi hình trụ, đường kính không
quá 600 mm. chiều dài L lớn hơn đường kính d từ 16- 20 lần, phía trong túi lọc thường có
các khung đỡ túi lọc bằng thép nhằm cố định và vệ sinh dễ dàng.
3.1.3 Thiết bị lắng bụi tĩnh điện
Trong một điện trường đều, có sự phóng điện của các điện của các điện tử từ cực
âm sang cực dương. Trên đường đi, có thể va phải các phân tử khí và ion hóa chúng hoặc
có thể phỉa các hạt bụi làm cho chúng tích điện âm và chúng sẽ chuyển động về phía cực
dương. Tại đây chúng được trung hòa về điện tích và nằm lại ở đó. Lợi dụng nguyên lý

này sẽ thu được bụi từ các tấm điện cực dương và khí đi ra là khí sạch.
Hạt bụi d ≥ 0,5 μm : quá trình điện xảy ra dưới tác động va đập quán tính của ion
vào hạt bụi chủ yếu. Hạt bụi d ≤ 0,5 μm: chủ yếu do khuếch tán. Hạt bụi d= 0,2- 0,5 μm
Cả va đập và khuếch tán đều xảy ra và tôc độ tích điện nhan nhất là các hạt có d ~ 0,3
μm.


Hình 3.2:Thiết bị lọc bụi tĩnh điện
Đây là loại thiết bị lọc bụi hiệu suất rất cao tới 99,8 % khi nồng độ ban đầu đạt 7
g/cm3. Nó thường được sử dụng để lọc tinh không khí sau các cấp lọc thô bằng buồng
lắng và Cyclon. Nó còn có ưu điểm là lọc sạch khí thải ở nhiệt độ rất cao mà không làm
nguội khí thải. Thiết bị này còn là thiết bị tiêu hao điện năng thấp 0,2 KW / 1000m3/h vì
trở lực thấp (10 – 20 kg/m2).[3]
Nhận xét
Nhận thấy với phướng pháp lọc bụi tĩnh điện thì hiệu suất gần như là là 100% các
loại bụi có kích thước nhỏ. Và mỗi một loại kích thước thì lại có hệ khác nhau như: Hạt
bụi d ≥ 0,5 μm : quá trình điện xảy ra dưới tác động va đập quán tính của ion vào hạt bụi
chủ yếu. Hạt bụi d ≤ 0,5 μm: chủ yếu do khuếch tán. Hạt bụi d= 0,2- 0,5 μm Cả va đập và
khuếch tán đều xảy ra và tôc độ tích điện nhan nhất là các hạt có d ~ 0,3 μm[3]. Đây
chính là lợi thế hơn hẳn so với hệ thống lọc bụi bằng vật liệu lọc. Vật liệu lọc thì còn thủ
công bụi lọc phải qua 3 giai đoạn thì mới lọc được tương đối các loại bụi có kích thước
nhỏ. Giai đoạn cuối bụi bám dày trên mặt vải làm tăng trở lực với dòng khí. Lúc này việc
rung đập, lắc được thực hiện để làm sạch vải lọc. Có thể làm cho các hạt bụi có kích
thước nhỏ lại bay ra.


3.2. Xử lý SO2
3.2.1. Hấp thụ khí SO2 bằng nước
Phương pháp hấp thụ SO2 bằng nước là phương pháp tương đối đơn giản được áp
dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO2 trong khí thải công nghiệp.

Sơ đồ hấp thụ SO2 bằng nước

Ưu điểm: rẻ tiền, dễ tìm, hoàn nguyên được: SO2 + H2O = H+ +

HSO-3

Nhược điểm: phải dùng một lượng nước rất lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích
lớn, cồng kềnh, tốn rất nhiều năng lượng, chi phí lớn.
3.2.2 Xử lí khí SO2 bằng CaCO3 hoặc CaO
Đây là phương pháp áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu quả xử lí cao,
nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi. Các phản ứng:
1

CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO3;

2) CaO + SO2 = CaSO3


3) 2CaSO3 + O2 = 2CaSO4

Sơ đồ xử ý SO2 bằng đá vôi
Ưu điểm: Quy trình công nghệ đơn giản, chi phí hoạt động thấp, chất hấp thụ dễ
tìm và rẻ tiền, có khả năng xử lí khí mà không cần làm nguội và xử lí bụi sơ bộ, có thể
chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống axit, không
chiếm nhiều diện tích xây dựng.
Nhược điểm: đóng cặn ở thiết bị do tạo thành CaSO4 và CaSO3, gây tắc nghẽn các
đường ống và ăn mòn thiết bị.
3.2.3 Xử lí khí SO2 bằng amoniac
Các phản ứng:

2NH3 + H2O + SO2 = (NH4)2SO3
(NH4)2SO3 + SO2 + H2O = NH4HSO3


Sơ đồ xử lý SO2 bằng amoniac
Ưu điểm: Hiệu quả cao, chất hấp thu dễ kiếm, thu được sản phẩm cần thiết
Nhược điểm: tốn kém, chi phí đầu tư và vận hành cao.
3.2.4 Phương pháp magiê oxit (MgO)
SO2 được hấp thụ bởi oxit - hidroxit magiê, tạo thành tinh thể ngậm nước sunfit
magiê.
MgO + SO2 = MgSO3

MgSO3 + H2O + SO2 = Mg(HSO3)2

MgO + H2O = Mg(OH)2

Mg(OH)2 + Mg(HSO3)2 = 2MgSO3 +

H2 O

Hình 4: Sơ đồ hệ thống xử lí SO2 bằng magie oxit kết tinh theo chu trình


Sơ đồ hệ thống xử lí SO2 bằng magie oxit không kết tinh
Ưu điểm: Có thể xử lí khí nóng không cần làm nguội sơ bộ. Thu được sản phẩm
tận dụng axit sunfuric. MgO dễ kiếm và rẻ tiền , hiệu quả xử lí cao.
Nhược điểm: Công nghệ phức tạp, khó vận hành, chi phí cao, tốn nhiều MgO.
3.2.5 Xử lí SO2 bằng kẽm oxit (ZnO)
-

Phương pháp kẽm oxit đơn thuần
Ưu điểm: Có khả năng xử kí khí cao ở nhiệt độ (200 - 2500C)
Nhược điểm: Có khả năng hình thành sunfit kẽm (MgSO4) làm cho việc tái sinh

ZnO bất lợi về kinh tế nên phải thường xuyên tách chúng ra và bổ sung ZnO.
-

Phương pháp kẽm oxit kết hợp với natri sunfit:
Các phản ứng sau: Na2CO3 + SO2 = Na2SO3 + CO2
Na2SO3 + SO2 + H2O = 2NaHSO3
2NaHSO3 + ZnO = ZnSO3 + Na2SO3 + H2O


Hình 6: Sơ đồ hệ thống xử lí khí SO2 bằng kẽm oxit kết hợp với natri sunfit:
Ưu điểm: không đòi hỏi làm nguội sơ bộ khói thải, hiệu quả xử lí cao.
Nhược điểm: hệ thống xử lí khá phức tạp và tiêu hao nhiều muối natri.
3.2.6 Xử lí khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ
-

Quá trình sunfidin: Chất hấp thụ là hỗn hợp xylidin và nước theo tỉ lệ 1:1
2C6H3(CH3)2NH2 + SO2 = 2C6H3(CH3)2NH2 . SO2

-

Quá trình khử SO2 bằng dimetylanilin – Quá trình ASARCO: Quá trình này được
nghiên cứu và áp dụng ở nhiều các nhà máy luyện kim.

3.2.7 Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính
Ưu điểm: Sơ đồ hệ thống đơn giản, vạn năng, có thể áp dụng cho mọi quá trình

công nghệ có thải khí SO2 ở nhiệt độ cao (1000C).
Nhược điểm: tiêu hao nhiều vật liệu hấp phụ hoặc sản phẩm thu hồi có lẫn nhiều
axit sunfuric và tận dụng khó khăn, phải xử lí tiếp mới sử dụng được.
3.2.8 Hấp phụ khí SO2 bằng vôi, đá vôi, dolomit
Ưu điểm: hiệu suất cao.
Nhược điểm: chi phí lớn do vật liệu chế tạo thiết bị đắt tiền.


3.3.Đề xuất công nghệ
Lựa chọn thiết bị là tháp đĩa và dung dịch hấp thụ SO2 là NaOH vì các lý do sau:
-

Hiệu quả hấp thu tốt.

-

Dễ chế tạo.

-

Dễ vận hành.

-

Giá thành chế tạo không cao.

-

Xử lý được với các khoảng dao động nồng độ rộng.

-

Xử lý được với loại khí thải có nồng độ cao.

-

Xử lý được với nhiều loại khí thải hoặc hỗn hợp khí thải.
Sơ đồ quy trình

Khí thải

Tháp giải nhiệt

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Tháp khử NOx

Tháp hấp thu xử lí SO2

Ống khói

Khí sạch


3.5. Thuyết minh quy trình công nghệ
Dòng khí thải sau khi qua khỏi bộ quá nhiệt thì nhiệt độ vẫn còn cao nên ta phải cho
hạ nhiệt độ của dòng khí trước khi đi vào bị cyclon nhằm giảm lưu lượng khí thải vào
thiết bị nên có thể giảm được kích thước thiết bị và kích thước đường ống dẫn. Chất tải
nhiệt có thể dùng là nước, vì vừa rẻ tiền lại có sẵn trong hệ thống cấp nước của nhà máy.
Nước nóng sau khi tải nhiệt có thể cấp cho lò hơi, một phần cung cấp nước nóng cho việc

tắm rữa, sinh hoạt của cán bộ trong nhà máy
Khí thải được qua tháp giải nhiệt sau đó đi vào thiết bị lọc bụi tĩnh điện để lọc loại
bỏ các hạt bụi to .Sau đó qua thiết bị lọc bụi tĩnh điện để lọc bụi nhỏ. Một phần khí thải
đã được làm sạch, dùng quạt thổi khí và tháp đệm từ dưới lên.
Trong tháp hấp thụ, dòng khí đi từ dưới lên, dung dịch được phun từ trên xuống nhờ
hệ thống giàn phun. SO2 được hấp thụ bằng dung dịch kiềm và nước. Dung dịch kiềm sử
dụng có thể là NaOH, Ca(OH)2 hoặc Na2CO3 để hấp thụ.Ca(OH)2 giá thành thấp, dễ tìm
kiếm nhưng hiệu suất xử lý thấp hơn NaOH vì vậy em lựa chọn dung dịch nước kiểm để
xử lý SO2 là NaOH 10%.
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ
4.1: thông số đầu vào
-

Lưu lượng khí thải: 2.722 m3/s = 9799.2 m3/h
Nhiệt độ khí thải: t = 150oC;
Nồng độ bụi vào: Cv = 4187 mg/m3
Nồng độ SO2: 880 mg/m3

4.2 Các thông số đầu ra:
Theo QCVN 22:2009/ BTNMT- Quy Chuẩn Kỹ Thuật Quốc Gia Về Khí Thải Công
Nghiệp Nhiệt Điện thì nồng độ tối đa cho phép của các thông số ô nhiểm trong khí thải
công nghiệp nhiệt điện được xác định như sau:
Cmax = C.Kp.Kv
Cmax: là nồng độ tối đa cho phép của các thông số ô nhiểm trong khí thải công nghiệp
nhiệt điện, mg/Nm3;C: nồng độ của các thông số ô nhiểm trong khí thải công nghiệp nhiệt
điện được thể hiện trong sau:


-

Đối với các tổ máy của nhà máy nhiệt điện hoạt động kể từ ngày 17/10/2005 thì áp
dụng quy chuẩn theo cột B.
Kp: là hệ số công suất, chọn Kp = 1
Kv: hệ số vùng, khu vực hoạt động. Với công suất thiết kế nhỏ, ta chọn vùng hoạt động
thuộc loại 3, phục vụ cho khu công nghiệp. Theo bảng 3 của QCVN 22:2009/BTNMT thì
Kv =1.
SO 2 CSO
- Nồng độ tối đa cho phép của
:
= 200.1.1 = 200mg/Nm3
2

4.3 Tính Toán Bộ Lắng Bụi Tĩnh Điện:
Sau khi được hạ nhiệt độ xuống 370oC, dòng khí được đưa qua bộ lắng bụi tĩnh điện.
Tại đây hầu hết các hạt bụi được loại bỏ khỏi dòng khí nhờ vào khả năng lắng bụi của
thiết bị là khá cao. Ta chọn thiết bị lắng bụi có cực lắng kiểu tấm bảng, các cực lắng và
cực phóng được đặt song song và xen kẻ nhau. Dòng khí thải chuyển động ở giữa các
điện cực.
• Các thông số ban đầu:
Lưu lượng khí thải: Q = 2.722 m3/s= 9799.2 m3/h
Nhiệt độ khí thải vào: 150oC
Nồng độ bụi vào: Cv = 4187 mg/m3= 6487 mg/Nm3
Nồng độ bụi ra: Cr = 200 mg/Nm3
Lưu lượng khí thải ở 150oC : Q = 2.722 m3/s
Hiệu suất cần thiết kế là: η = x100% = *100% = 96.91 %
• Xác định tiết diện ngang của thiết bị
Để đảm bảo hiệu suất làm việc của bộ lắng bụi tĩnh điện thì vận tốc dòng khí đi trong
thiết bị thường nằm trong khoảng v = 0,5-1,5 (m/s). Ta chọn vận tốc dòng khí đi trong
thiết bị là v = 1 (m/s).
Như vậy, tiết diện ngang của thiết bị là: F =

Trong đó:
Q: lưu lượng khí thải vào thiết bị ở nhiệt độ làm việc của thiết bị, (m3/s)
v: vận tốc dòng khí đi trong thiết bị, (m/s)
→ F = = 2.722(m2)
Chọn tiết diện ngang bằng 3 (m 2). Chiều rộng của thiết bị b = 1.2(m), chiều cao của
thiết bị h = 2.5 (m). Khi đó vận tốc thực trong thiết bị là: v = 0.907 m/s.
• Hiệu quả lắng bụi của thiết bị lắng bụi phụ thuộc vào kích thước hạt:
η=

(CT 9.24 – [180])


Trong đó:
Ψ: hệ số tỉ lệ, hằng số đối với mọi mặt cắt bất kì, chọn ψ = 1.
ω: vận tốc di chuyển của hạt bụi về phía cực lắng, m/s.
L: Tổng chiều dài của tấm điện cực lắng, m.
a: khoảng cách từ cực ion hóa đến cực lắng, a = 0,1 m.
v: vận tốc trung bình của dòng khí đi giữa các tấm bản cực, v = 0.907 m/s.
Vận tốc lắng giới hạn của bụi: = ω[12]
Trong đó:
d: đường kính hạt bụi, ta giả sử với hạt có kích thước 2,5 μm thì đạt hiệu suất yêu
cầu là 96.91 %
ε0: độ thẩm thấu điện, ε0 = 8,85x10-12 (C/V.m)
ε: hằng số điện môi của bụi, đối với bụi rắn ε = 4-8, chọn ε = 5.
E0: cường độ điện trường ion hóa, E0 = 3,8- 4 (Kv/cm), chọn E0 = 4 (kV/cm).
µ: Độ nhớt động lực của khí ở nhiệt độ làm việc 200 0C, µ = 1,96x10-5 N.s/m2,
(trang16 tập 2)
→ ω = (m/s)
Thay các giá trị vào công thức tính hiệu suất, ta có:
η = 1- exp(-() )

→l = 2.44 m. Vậy chọn chiều dài của tấm cực lắng là l = 2.44 m.
Vì chiều dài của điện cực lắng quá lớn nên ta chia làm hai trường tĩnh điện riêng biệt.
Mỗi trường có chiều dài bản cực lắng là 1.22 m
•
-

-

-

Xác định các điện cực:
Số lượng các điện cực lắng: nl = +1
Trong đó: nl : số lượng các điện cực lắng, điện cực
b : chiều rộng của thiết bị, m
2*a: khoảng cách giữa các điện cực lắng, m
Các điện cực trái dấu trong thiết bị lắng bụi tĩnh điện thường cách nhau một khoảng
100, 150mm. Chọn khoảng cách giữa các điện cực trái dấu là a = 100 mm, nên khoảng
cách giữa các điện cực lắng là 2*a = 200 mm.
→ nl = +1 = 7 (điện cực)
Diện tích bề mặt lắng của thiết bị:
F = 2*h*l*nl = 2*2.5*2.44*7 = 85.4 (m2)
- Số dãy điện cực phóng trên một trường: n = (nl-1) = 6 (dãy)
Tổng số lượng điện cực phóng trên một trường: nf = (nl-1)*
Trong đó: nf : số lượng điện cực phóng trên một trường,
nl: số lượng điện cực lắng trên một trường, nl = 7


A : khoảng cách giữa hai điện cực ion hóa ngoài cùng theo chiều di chuyển
của dòng khí trên một trường, A = 2,15 (m)
z: khoảng cách giữa hai điện cực ion hóa ở gần nhau, z = 0,2 (m).

A/z: số điện cực phóng trên một dãy, A/z = 10,75 điện cực. Để thuận tiện cho việc
bố trí các điện cực phóng trên một dãy, ta chọn số điện cực phóng trên một dãy là 6
(điện cực). Khi đó khoảng cách giữa hai điện cực ion hoá ngoài cùng theo chiều di
chuyển của dòng khói là A = 2,2 m.
→nf = (7-1)* = 66 (điện cực)
• Kiểm tra hiệu suất lắng bụi theo kích thước hạt:
η = 1- exp(CT 9.24 – [179])
Ta có vận tốc di chuyển các hạt bụi về các điện cực lắng: ω = 51604000*d (m/s),
chiều dài của các điện cực lắng, lấy cho cả ba trường thì l = 2.44 m.
→ η = 1- exp
Bảng 1. Tỷ lệ phân bố các loại hạt bụi ở lò đốt than: xử lý khói thải lò hơi
Đường kính hạt
bụi, µm

0-10

10-20

20-30

30-40

40-60

>60

Phần trăm khối
lượng

3

3

4

3

7

80

Hiệu suất lọc

90

95

99

99

100

100

Như vậy hiệu suất lọc bụi của thiết bị là: η =
Với: ηi - hiệu suất lọc đối với cỡ hạt i, %
θi - thành phần phần trăm theo khối lượng của cỡ hạt i
→ η = (90x3+95x3+99x4+99x3+100x7+100x80):100 = 99,48 %.
Nồng độ bụi trong khói thải sau xử lý: Cv-(Cvx99.48%) = 33.73 mg/ Nm3.

•

Hiệu điện thế tới hạn:

Cường độ tới hạn của điện trường:
, V/m (CT 9.31 [197])
Trong đó: R: bán kính dây điện cực ion hóa, chọn R = 0,0015 m;
β: tỉ số giữa khối lượng đơn vị của khí trong điều kiện làm việc và điều kiện
chuẩn, (t = 00c; p = 1,013*105 N/m2)


(CT 9.32 – [197])
Với : pkq: áp suất khí quyển, N/m2;
Pk: áp suất (dư hoặc âm) tương đối của khí trong thiết bị lọc, N/m 2. Vì ta bố trí quạt
khói sau thiết bị khử NOx cách xa bộ lắng bụi tĩnh điện nên có thể bỏ qua tổn thất áp suất,
pk = 0
t: nhiệt độ của khí, 0C
→
Vậy cường độ tới hạn của điện trường:
(V/m) ≈ 3.9.106(V/m)
Điện áp tới hạn:
(CT 9.37 – [198])
Trong đó: E0: cường độ tới hạn của điện trường mà tại đó bắt đầu xuất hiện sự phóng
điện, E0 = 3,9.106 (V/m); R1: bán kính điện cực ion hóa, R1 = 0,0015 m; a: khoảng cách từ
cực ion hóa đến cực lắng, a = 0,1 m; c: khoảng cách giữa các điện cực ion hóa trên cùng
một dảy, c = 0,1 m
Vậy hiệu điện thế tới hạn là:
=32195.011(V) = 32.195 (kV)
• Cường độ dòng điện:
I0 = Z.U.(U-U0), (A/m)

(CT 9.38 – [198])
Với U0: điện áp tới hạn, V;
U : điện áp vào cực (-) của thiết bị, chọn U = 50 kV;
Z : là hằng số phụ thuộc vào kiểu thiết bị. Đối với thiết bị lắng bụi bằng điện
kiểu tấm thì:
Z= ,
(CT 9.40 – [198])
Trong đó:
�- hệ số phụ thuộc vào vị trí tương đối của cực ion hóa và cực thu bụi thuộc kiểu
tấm bản. Với a/c = 1 nên � = 0,027 , (tr 198 )
k: độ hoạt động của ion, nhận k = 2,1*10-4 (m2/V.s)
Z = = 1,87*10-13
Vậy cường độ dòng điện:
I0 = 1,87*10-13 *50000*(50000 – 32195.011) = 1,6647*10-4(A/m)= 0,16647 (mA/m)
•

Điện năng tiêu thụ: