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

B GIÁO DỘ ỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ TÔ NG C TRUNG Ọ NGHIÊN C U CÁC GI I PHÁP NÂNG C P H Ứ Ả Ấ Ệ THỐ ỬNG X LÝ SOX T I CÁC NHÀ MÁY NHI T THAN Ạ ỆT ĐIỆN ĐỐ Chuyên ngành K thu t nh[.]

B GIÁO DỘ ỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

TÔ NG C TRUNG Ọ

NGHIÊN C U CÁC GI I PHÁP NÂNG C P H Ứ Ả Ấ Ệ THỐNG X LÝ Ử

SOX T I CÁC NHÀ MÁY NHIẠ ỆT ĐIỆN ĐỐT THAN

Chuyên ngành: K thu t nhi t ỹ ậ ệ

Mã s ố: 15BKTN-TB 01-

LUẬN VĂN TH ẠC SĨ KỸTHU T Ậ

Hà N i, 2017ộ

B GIÁO DỘ ỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

TÔ NG C TRUNG Ọ

NGHIÊN CỨ U CÁC GIẢI PHÁP NÂNG C P H Ấ Ệ THỐNG X LÝ Ử

SOX T I CÁC NHÀ MÁY NHIẠ ỆT ĐIỆN ĐỐT THAN

Chuyên ngành: K thu t nhi t ỹ ậ ệ

Mã s ố: 15BKTN-TB 01-

LUẬN VĂN TH C Ạ SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG D N: PGS.TS TR N GIA M Ẫ Ầ Ỹ

Hà N i, 2017ộ

LỜ I CẢM ƠN

Lu n th tài: “Nghiên cứ u các gi i pháp nâng c p h th ng x ả ấ ệ ố

SO x t i các nhà máy nhi ạ ệt điện đốt than” c hoàn thành trong th i gian t

i Vi n Khoa

ng d n: PGS TS Tr n Gia M , và các th y giáo trong Vi n Khoa

TÔ NG C TRUNG

MỤ C LỤC

M U 1

a Tính c p thi t c 1 tài 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 SOX 5

1.1 Tính c p thi t c a vi c x lý SOx 5

ng phát tri n c a nhi t than Vi t Nam ng khí SOxth

1.1.3 Các tác h i c a SOx 7

1.1.4 Yêu c u v ng 9

1.2 Th c tr ng c a vi c x lý SOx 11

HÌNH THÀNH VÀ CÁC BI N PHÁP X LÝ SOx 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 SOx 23

2.2.1 H p th khí SO2 b c 23

2.2.2 X lý khí SO2 b c vôi ho c vôi 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 toán 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 toán 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 mô ph ng CFD trong mô hình cháy h t than 69

o trong mô ph ng CFD

4.2.2 Mô hình dòng ch y r i 71

4.2.3 Mô hình b c x 72

4.2.4 Mô hình cháy b t than 73

nh nhiên li u

4.3 Thông s thi t l p mô hình 75

4.4 K t qu tính mô ph ng CFD 79

ng nhi

ng n x 81 SO K t lu 84

K T LU N VÀ KI N NGH 86

TÀI LI U THAM KH O 88

v i nhi và n 2 khác nhau trong khí th i [4] 24 SO

B ng 3.6 Thông s lò khí hóa than công su t 18.000 m3/h [12] 54

B ng 3.7 Thông s ng ng c t

B ng 3.8 K t qu tính toán hi u su t d a trên công th c th c nghi m 59

DANH M C CÁC HÌNH V TH

x 17

h th ng x lý khí SO2 b c [4]: 25

h th ng x lý khí SO2 b ng s a vôi [4]: 26

h th ng x lý khí SO2 b ng ammonia [4]: 31

x lý khí SO2 b

x lý khí SO2 b ng ammonia và vôi [4]: 34

i l

Hình 2.7 Hi u qu kh SO2 c ti p CaO + MgO vào bu t [7]:

h th ng x lý SO2 b ng than ho t tính [4] 39

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 Mô hình c a tháp h p th 57

Hình 3.6 B trí giàn phun và các vòi phun trên mô hình mô ph ng 60

Hình 3.7 S i hi u su t kh SO2theo t l L/G 61

Hình 3.8 Vòi 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 Mô hình 3D c a bu ng l a d ng trên ph n m m ANSYS 77

Hình 4.4 Mô 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 x trong bu ng l a (A) 81 SO

Hình 4.9 S phân b ng n x trong bu ng l a (B) 82 SO

Hình 4.12 Phân b n 2 t i m SO t c t ngang vùng cháy chính (vùng I) 84

Hình 4.13 Phân b n 2 t i m SO t c t ngang vùng cháy ph (vùng II) 84

DANH M C CÁC CH CÁI VÀ KÝ HI U VI T T T

Ký hi u/Ch cái

M Ở ĐẦ U

a Tính c p thi t cấ ế ủa đềtài

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

-40%, ); Các nhà máy m i xây d L i 2, Uông Bí m r ng 1, v

còn l i trong tro v n cao (trên 12%), t i nhà máy nhi

không cháy h t) v n m c cao so v i s li u tính toán thi t k Ngoài ra, quá trình cháy than antraxit còn t ng l n các khí c hx, NOx, gây áp l c

i các nhà máy ph i trang bsoát, x lý khói th i hi u qu cao [ ].8

ng n l a hình W, nh m kéo dài th i gian cháy c a h h t than cháy k

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

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

c h i SO

x trong quá trình cháy, th c tr ng và gi i pháp x lý khí

SOx trong khói th i nhà máy nhi t than

các gi i pháp nâng c p h ả ấ ệ thống x lý SOử x trong nhà máy nhiệt điệ đốn t than

c ti n

antraxit Vi ng th i gi m thi u s phát th i khí SOx trong bu t than

nhi

trình cháy; t ng quan v s hình thành khí SOx trong quá trình cháy T ng h p phân

c u

khí SOx trong s n ph m cháy trên mô hình mô 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 SOxtrong nhà máy nhi n

c Đố i tƣ ợng và ph m vi nghiên c uạ ứ

Quá trình cháy than nói chung và cháy than antraxit nói riêng h t s c ph c t p và

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 th ng x x

d Phương pháp nghiên c uứ

thuy t k t h p v i mô hình mô ph ng

- N i dung nghiên c u lý thuy hình thành khí SOx trong quá

phát th i trong s n ph m cháy c a gi i pháp m i Mô ph ng quá trình cháy than

n x SO khi s d ng các nhiên li u có thành ph n khác nhau

CHƯƠNG 1 TÍNH C P THIẤ ẾT VÀ TH C TR NG C A Ự Ạ Ủ VIỆC X Ử

LÝ SOX1.1 Tính c p thiấ ế t của việ c xử lý SOx

1.1.1 Xu hướng phát triể n của nhiệt điệ n đ ốt than ở Việt Nam

2015-T b ng này có th nh n th y, than antraxit Vi t Nam cho s n xu

1.1.2 Lƣợng khí SOxthải ra hàng năm

Khí SOx là tên g i chung c a các oxyde SO2 và SO3 nh trong nhiên li u cháy Trong quá trình cháy nhiên li u (than/d nh có tronnhiên li u s tham gia quá trình cháy và t o thành s n ph m cháy bao g m SO2 và

SO3 Tuy nhiên, t l SO2là ch y u và có th coi SOx chính là khí SO2

n 7 ng khí SO2 trong khí th i nhà máy nhi

B ng 1.3 ả Ước tính phát th i khí SOả 2hàng năm do đốt than [2]

Bảng 1.5 Giới hạn nồng độ SO 2gây độc đối với thực vật [4]

tiêu n x SO trong khói th i c u m c cao (1.500 mg/m3tc) phù

h u Hi n nay i v i phát th i khí SOx trong nhà máy nhi

tiêu chu n QCVN 22:2009/BTNMT Quy chu n k thu t Qu c gia v khí th i công

t than t ng sôi S hình thành khí SO2 là không th tránh

trong khói th u b t bu c và c n thi t Ngoài tác d ng làm s ch khí th

SO2 trong khói th i Và s ngu n cung c p nguyên li u cho quá trình s n xu t axit là

su t t máy t 300 MW

tc (còn ph thu c vào các h s khác c a nhà máy) Ví d

n ch y th n xây d n

SOx trong khói th i là 350 mg/m3

tc

B ng 1.7 Nả ồng độ SO x gi i h n cho phép hi n nay trên th gi i [17] ớ ạ ệ ế ớ

Lo i nhà máy Châu Âu M Vi t Nam

Xây m i 200 160 500 mg/m3tc

n hành 400 160 500

T s li u b ng 1.7, n gi i h n cho phép v phát th i SOx Vi t Nam v n

t nhi u so v c phát tri n trên th gi i

v ng g n li n v i b o v ng, ngoài vi c l a ch n các công ngh tiên ti

hi nâng cao công su t và hi u qu trong s n xu

t than, chúng ta bu c ph i c t gi ng khí th c h i, gi i h n m c ncho phép ngang b ng v c phát tri n Vi

th i nhà máy nhi n ph ng các ch tiêu v n phát th

nh t i QCVN 22:2009/BTNMT - v khí th i công nghi p nhi n

x

Hthan phun (Pulverized Coal -

Bed -

Indonesia),

13

Hình 1.1 Sơ đồ bố trí các hệ thống xử lý khói thải của lò hơi PC

x T

x

x khá cao,

Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống WFGD

1-Tháp h p th ấ ụ 5-B ểchứ a ch t h p th ấ ấ ụ 9-Bơm chân không

2-Vùng hút 6-B làm s ch ch t huy n phù ề ạ ấ ề 10-B ộ phân ly nước th i ả

3-Thi t b ế ị ngăn đọng sương 7-B phân ly bùn th ch cao ộ ạ 11-Bồn nước tu n hoàn ầ

4- Quạ t oxy hóa không khí 8-Máy hút chân không

-1.2 .2 Lò hơi đốt tầng sôi tuần hoàn (Circulating Fluidized Bed - CFB)

Bảng 1.8 Thông số than của NMNĐ Thái Bình 2 [11]

(thi t k )

Giá tr ( han x u) (t

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống thiết bị khử SO x bằng đá vôi

2- Tháp h p th ấ ụ 8- Bơm nước th ch cao ạ 14- B tách th ch cao ộ ạ

3- Bơm tuần hoàn 9- B ể nước th ch cao ạ 15- Băng tải th ch cao ạ

4- Máy nghi n ề 10- B ộ trao đổi nhi t GGH ệ 16-Thi t b khu y ế ị ấ

5- Si lô đá vôi 11- B ểchứ ữa đá vôi a s 17- Giàn tách m ẩ

6- B ể nước thô 12- Bơm xục khí oxy 18- B ể và Bơm nước th i ả

19-B ểchứa nướ c phân ly th ch cao ạ

kì kín

x an

1.9 Bảng 1.9 Thông số định mức tính toán thiết kế hệ thống FGD NMNĐ Thái Bình 2 [11]

T ph n ng này r t cao b i nhi

c nh trong nhiên li u s b oxy hóa thành SO2 Do s có m t c a vài

sulphur oxyde tri SO3theo ph n ng:

SO2 + 1/2O2 SO3 2) (2

nhi cao c a quá trình cháy, v i s gi i h n c a oxy, quá trình khí hóa c a

các bon trong than:

S + H2 H2S 3) (2

S hình thành hydrogen sul de theo ph n fi

H2S + 3/2O2 SO2 + H2O (2.4) Trong khói th i c a quá trình cháy, SO3 và H2S có th t n t i (ch kho ng 1%

trong toàn b phát th i c nh) và thành ph n chính c a SOx trong khói

th i là SO2 G phát th i SOx trong quá trình cháy là xu t phát t

ng nh có trong nhiên li u

Cơ chế hình thành SO 3 trong lò hơi

nh nguyên t S trong than có hai d

là SO2 và SO3, và khí SO2 là ch y u vì quá trình oxy hóa thành SO2 di n ra r t

ng v i không khí th a t n 30%, kho ng 0,65% chuy

hu nh trong than (S) thành SO3 Ngoài ra, quá trình hình thành SO3 này là k t

qu ph n ng gi a SO2 v i phân t oxy i xúc tác b i oxyde s t có trong x và

Cơ chế hình thành mưa axit

2SO4, acid lphur , acid Nitric Su ic

Trong k thu t SOx có th c tách ra kh i s n ph m cháy b c, m t

s h p ch t c a canxi, ammonia, magie oxyde và than ho t tính

SO2 kh c thì nhi c ph i cao C th , khi nhioC thì SO2 100

b c ra m t cách hoàn toàn và trong khí thoát ra có l n c c.B

s d ng l i ngu c cho quá trình h p th ph i làm ngu

xu ng g n 10oC, t c là ph i c n ngu n c p l

và t n chi phí

B ng 2.1 ả Lượng nước lý thuyế ểt đ h p th 1 t n SOấ ụ ấ 2 n tr ng thái bão hòa ng đế ạ ứ

với nhiệ ột đ và nồng độ SO 2 khác nhau trong khí thải [ 4]

106

165

66

78 96,2

Hình 2.1 Sơ đồ ệ ố h th ng x lý khí SOử 2 bằng nước [4] :

1- Tháp h p th ấ ụ 4,5-Thi t b ế ị trao đổi nhi ệt;

2- Tháp gi i thoát khí SOả 2 6-Bơm

3-Thi t b ế ị ngưng tụ2.2.2 X lý khí SOử 2 bằng đá vôi nướ, c vôi hoặc vôi nung

nghi p vì hi u qu cao, ngu n nguyên li u r ti n và s n có m

Các ph n ng hóa h c x y ra trong quá trình x

Thi t b tách tinh th là m t bình r ng cho phép dung d i m t th i gia

hình thành các tinh th sulfide và sulfate canxi Sau b tách tinh th , dung

p v n (ho c nghi n) thành b t m n thi t b c p và nghi

r i cho vào thùng pha tr n 6 pha tr n dung d ch loãng ch y ra t b l c chân

Quá trình hấp thụ SO2 , SO 3trong tháp hấp thụ Scruber

ph m là th ch cao nh l 3 c x lý SO2 trong khói do

; kg/t n nhiên li utrong

- s kh 2 trong khói thSO i t c là m c n thi t ph i kh 2 SOtrong khói th t gi i h n cho phép;

Hi u qu c a h p th SO2 trong b h p th ph thu c vào v n t pH c a

2.3 trên

b) X lý b ng vôi nung CaO

Quá trình h p th khí SOx sinh ra do cháy nhiên li u b ng CaO ch y u áp d ng cho lò t ng sôi Nguyên lý c a h th ng d a trên các ph n ng hóa h c h p th

SO2

CaO + SO2 CaSO 3 (2.24) CaSO3 + 0,5O2 CaSO 4 (2.25)

ng calcium oxyde c n thi h p th SOx có trong khói th i có th tính toán

theo công th c sau:

; kg/t n nhiên li u

- MS, MCaO: phân t gam c nh và c a canxi oxyde;

- s kh 2 trong khói thSO i t c là m c n thi t ph i kh 2 SOtrong khói th t gi i h n cho phép;

c) X lý b ng c vôi Ca(OH)2

h p th khí SO2 trong khói th i còn có th dùng k t h p v c vôi Ca(OH)2theo ph n ng sau:

SO2 + Ca(OH)2 CaSO3 +H2O 26) (2

CaSO3 b oxy hóa r t nhanh b ng oxy trong khói th i và t o thành CaSO4

CaSO3 + 1/2 O2 CaSO4 (2.27)

khô b ng nhi t c a khói th i thì các gi t v a s tr thành nh ng h t r n có nhi u

l r ng và tách ra kh i khói th i trong th i trong thi t b l c b i

Kết luậ n:

m: do quá trình x y ra nhi khói th i th

n pháp b o v ch

h th ng

2.2.3 X lý SOử 2 bằng ammonia

Amoniac và khí SO2 trong dung d c có ph n ng v i nhau và t o ra

mu i trung gian amoni sulfide i amoni lfsu ide l i tác d ng ti p v i

SO2 và H2 t o ra mu i amoni bi lfsu ide theo ph n ng sau:

SO2 + 2NH3 + H2O = (NH4)2SO3 28) (2

(NH4)2SO3 + SO2 + H2O = 2 NH4HSO3 (2.29)

ng bi lfsu ide tích t d n trong dung d ch, có th hoàn nguyên b ng cách nung

nóng trong chân không, k t qu c amoni sulfide và SO2 Amoni sulfide

1-Scruber; 4- Thi t b làm ngu ế ị ội; 7-Thùng k t tinh; ế

2- Thi t b làm ngu ế ị ội; 5-Tháp hoàn nguyên; 8-Máy v t khô ly tâm; ắ

3-Tháp h p th nhi u t ng; ấ ụ ề ầ 6-Tháp bốc hơi; 9-Nồi chưng áp

c tu n hoàn dung cho quá trình làm ngu 2 và

H2SO4 ng khí SO2 kh trong b h p th 1 chi m kho ng 10% kh ng

SO2 chung trong khói th i khi n 2 trong khói là 0.03% u c a SO

ph c làm ngu i xu ng kho ng 27oC trong thi t b làm ngu i (thi t b trao

i nhi t) s 2

L c th i cao thích lan t a khí SO2 t c thoát ra trong quá trình làm ngu c T scruber 1 khí

ch axit sunfuric Dung d ch sau khi hoàn nguyên xong (ch a ammonic sulfide)

c làm ngu i trong thi t b i nhi

ng ammonia NH

3 c b sung vào chu

ng 31 (2 )

tách amoni sulfate hình thành trong quá trình h p th ra kh i dung

d ch, m t ph n dung d

trong thùng Các tinh th sulfate c v t khô trong máy quay ly tâm 8 còn ph n

Ngoài ammonia sulfate, trong dung d ch ra kh i tháp h p th 3 còn có th có

i áp su t và nhioC sulfide, bisulfide và ~ 140thiosulfate amoni phân h y thành amoni sulfate cà l hu t theo ph n

ng (2.33) Dung d ch amoni sulfate c tách kh nh b

pháp l

i là s li u t h th ng x lý SO2 trong khói c a t trung bình, công su t 160 200t/h

Hình 2.4 Sơ đồ ử x lý khí SO 2 bằng ammonia có chưng áp [4]:

1-Tháp h p th ấ ụ; 4-Thi t b bế ị ốc hơi chân không;

3-Nồi chưng áp; 6-Máy s y khô ấ

c - ammonia c 30% M t ph n dung d

axit sunfuric vào dung d on nhiC v i áp su 180

u ki n nhi và áp su t n u trên quá trình oxy hóa t ng

c m t s hãng công nghi p c a Pháp nghiên c u

d ng t i trung tâm công nghi p Saint Ouen g n th a Pháp

Hình 2.5Sơ đồ ử x khí SO lý 2 b ng ammonia và vôi [4]: ằ

3-Thùng ph n ng; ả ứ 6-Thùng pha ch s a vôi ế ữ

4-Thi t bế ị trao đổi nhiệt; 7 8-Thùng ch a dung dứ ịch tưới

h th ng x lý SO2 b ng ammonia và vôi c th hi n trên hình 2.5 H n

vào h th ng hai scrub l p n i ti p 1 và 2 Khí SOer 2 trong khói th i k t h p v i

amoniac t o thành sulfide và bisulfide amoni Trong scruber 1 ph n l n tro b i

và các s n ph m sulfide và bisulfide c lo i ra kh i dòng khí và theo dung