Đồ án môn học xử lý khí thải lò hơi với lượng nhiên liệu tiêu thụ 250kg dầu FO1h

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ KHÍ THẢI LÒ HƠI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝKHÍ THẢI LÒ HƠI BẰNG DẦU FO 2.1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ THẢI LÒ HƠI DÙNG NHIÊN LIỆU DẦU FO 2.1.1 Giới thiệu về lò hơi Lò hơi hay c

CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN VỀ KHÍ THẢI LÒ HƠI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP

XỬ LÝ KHÍ THẢI LÒ HƠI DÙNG DẦU FO

2.1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ THẢI LÒ HƠI

2.1.1 Giới thiệu về lò hơi

2.1.2 Quá trình cháy trong lò hơi dùng dầu FO

2.1.3 Dầu FO

2.1.4 Khí thải sinh ra từ lò hơi dùng nhiên liệu dầu FO

2.1.4.1 Đặc điểm của khí thải lò hơi dùng nhiên liệu dầu FO

2.1.4.2 Ảnh hưởng của khí thải lò hơi dùng nhiên liệu dầu FO

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI LÒ HƠI DÙNG DẦU FO

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ, TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MỘT THIẾT BỊ XỬ LÝ SO2

3.1 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ

3.1.1 Cơ sở lựa chọn công nghệ

3.1.2 Sơ đồ công nghệ xử lý khí thải lò hơi dùng nhiên liệu dầu FO

3.2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MỘT THIẾT BỊ XỬ LÝ SO2 – THÁP ĐỆM

Chương 4: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ

4.1 KẾT LUẬN

4.2 KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay, dân số đô thị ngày càng tăng cao, các khu công nghiệp lớn và nhỏngày càng được hình thành và phát triển mạnh mẽ ở khắp các tỉnh thành trên cảnước Trong đó có rất nhiều nhà máy xí nghiệp sử dụng lò hơi công suất vừa và nhỏ

2 10 t/h để lấy hơi phục vụ cho sản xuất Điều đáng nói là hầu hết các lò hơi trênđều sử dụng dầu FO làm nhiên liệu đốt Đây là loại dầu có hàm lượng lưu huỳnhcao, khi cháy sẽ thải ra một lượng lớn khí SO2 – loại khí được xem là độc hại nhấttrong họ các khí độc hại thải ra do cháy nhiên liệu Trong khi đó các cơ sở sản xuất

và các nhà chế tạo vẫn chưa quan tâm lắm đến việc xử lý khói thải, do vậy đa sốcác lò trên vẫn hoạt động mà không có hệ thống xử lý khói, từng giờ từng ngày vẫnthải vào môi trường không khí hàng ngàn hàng triệu tấn các chất khí độc hại gây ônhiễm môi trường

Vì vậy, có thể nói đề tài “Nghiên cứu đề xuất phương án xử lý khí thải lò hơicủa nhà máy A lượng nhiên liệu tiêu thụ 250 kg dầu FO/1 h, cho nhiệt độ khói thải là

210 oC.” là một đề tài rất hay để nghiên cứu

1.2 MỤC TIÊU THỰC HIỆN

Nghiên cứu đề xuất phương án xử lý khí thải lò hơi của nhà máy A lượng nhiên liệu tiêu thụ 250 kg dầu FO/1 h, cho nhiệt độ khói thải là 210 oC Tính toán thiết kế một thiết bi xử lý chính

- Phương pháp thu thập số liệu: phân tích, thu thập số liệu về các chỉ tiêu ô nhiễmmôi trường do khí thải khi đốt dầu FO gây ra

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ KHÍ THẢI LÒ HƠI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

KHÍ THẢI LÒ HƠI BẰNG DẦU FO

2.1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ THẢI LÒ HƠI DÙNG NHIÊN LIỆU DẦU FO

2.1.1 Giới thiệu về lò hơi

Lò hơi ( hay còn gọi là nồi hơi) công nghiệp là thiết bị sử dụng nhiên liệu để đunsôi nước tạo thành hơi nước mang nhiệt để phục vụ cho các yêu cầu về nhiệt trong cáclĩnh vực công nghiệp như sấy, đun nấu, nhuộm, hơi để chạy tuabin máy phát điện,vv Tùy theo nhu cầu sử dụng mà người ta tạo ra nguồn hơi có nhiệt độ và áp suất phùhợp để đáp ứng cho các loại công nghệ khác nhau Để vận chuyển nguồn năng lượng

có nhiệt độ và áp suất cao này người ta dùng các ống chịu được nhiệt, chịu được ápsuất cao Và điều đặc biệt của lò hơi mà không thiết bị nào thay thế được là tạo ranguồn năng lượng an toàn không gây cháy để vận hành các thiết bị hoặc động cơ ở nơicần cấm lửa và cấm nguồn điện (như các kho xăng, dầu)Trong nhiều ngành sản xuất,

lò hơi là thiết bị không thể không có

2.1.2 Quá trình cháy trong lò hơi dùng dầu FO

Quá trình cháy trong lò hơi dùng dầu FO là sự oxy hoá nhanh nhiên liệu để tạo ranhiệt Quá trình đốt cháy nhiên liệu (dầu FO) hoàn tất chỉ khi được cấp một lượngthích hợp oxy

Oxy hoá nhiên liệu nhanh sẽ mang lại lượng nhiệt lớn Nhiên liệu phải chuyểnhoá thành khí trước khi cháy Thông thường, để chuyển hoá chất lỏng như dầu FOsang dạng khí cần phải sử dụng nhiệt Khí nhiên liệu sẽ cháy ở trạng thái bình thườngnếu có đủ không khí

Nitơ được xem là yếu tố pha loãng làm giảm nhiệt độ cần có để đạt được lượngoxy cần cho quá trình cháy

Nitơ làm giảm hiệu suất cháy do hấp thụ nhiệt từ nhiên liệu đốt cháy và phaloãng khí lò Điều này làm giảm nhiệt để truyền qua bề mặt trao đổi nhiệt Nó còn làm

tăng khối lượng của các sản phẩm phụ của quá trình cháy, những sản phẩm này đi qua

bộ trao đổi nhiệt và thoát ra ngoài ống khói nhanh hơn để nhường chỗ cho hỗn hợpnhiên liệu-không khí mới được bổ sung

2.1.3 Dầu FO

Dầu FO hay còn gọi là mazut là phần cặn của quá trình chưng cất dầu mỏ ở ápsuất khí quyển,hoặc cặn chưng cất các sản phẩm của quá trình chế biến sau các phânđoạn nguyên liệu của dầu thô,phân tách chiết ra trong công nghệ sản xuất dầu nhờntruyền thống…

Dầu FO dùng làm nhiên liệu đốt lò phải đáp ứng được những tiêu chuẩn quyđịnh như nhiệt trị, hàm lượng lưu huỳnh, độ nhớt, nhiệt độ bắt cháy, độ bay hơi, điểmđông đặc và điểm sương, cặn cacbon, hàm lượng tro, nước và tạp chất cơ học, …

Hình 2.1 Dầu FO

2.1.4 Khí thải sinh ra từ lò hơi dùng dầu FO

2.1.4.1 Đặc điểm khí thải lò hơi dùng dầu FO

Lò hơi sử dụng nhiên liệu dầu FO để đốt sinh nhiệt là loại phổ biến nhất hiện nay(FO – chữ viết tắt của Fuel Oil, còn gọi là dầu đen) Dầu FO là một phức hợp của các

Hyđrô Cacbon cao phân tử Dầu FO dạng lỏng có lượng sinh nhiệt đơn vị cao, độ tro ítnên ngày càng được sử dụng rộng rãi Mặt khác vận hành lò hơi đốt dầu FO đơn giản

và khá kinh tế

Khi đốt dầu FO trong lò hơi, người ta phun dầu qua các vòi phun đặc biệt (bécphun) để tạo thành sương dầu trong hỗn hợp với không khí đi vào buồng đốt Các hạtsương dầu sẽ bay hơi và bị phân hủy dưới nhiệt độ cao thành các Cacbua hyđro nhẹ,

dễ cháy và cháy hết trong buồng đốt của lò Khi hạt dầu phun quá lớn hay buồng chứaquá nguội, các hạt sương dầu bay hơi và phân hủy không hết sẽ tạo thành khói và muộiđen trong khí thải Điều này thường gặp ở các vòi phun quá cũ hay khi khởi động hoặctái khởi động lò Trong khí thải của lò hơi đốt dầu FO người ta thường thấy có các chấtsau: CO2, CO, NOx , SO2 , SO3 và hơi nước, ngoài ra còn có một hàm lượng nhỏ tro vàcác hạt tro rất nhỏ trộn lẫn với dầu cháy không hết tồn tại dưới dạng son khí mà tathường gọi là mồ hóng

2.1.4.2 Ảnh hưởng của khí thải lò hơi dùng nhiên liệu dầu FO

Khí thải lò hơi dùng nhiên liệu dầu FO gây tác hại nghiêm trọng tới môi trường

vì chứa các thành phần khí hết sức độc hại của nó

Tác hại của NO 2 : Nitơ dioxit (NO2) là khí có màu nâu đỏ có mùi gắt và cay,mùi của nó có thể phát hiện được vào khoảng 0,12 ppm NO2 là khí có tính kích thíchmạnh đường hô hấp, nó tác động đến thần kinh và phá hủy mô tế bào phổi, làm chảynước mũi, viêm họng Khí NO2 với nồng độ 100 ppm có thể gây tử vong cho người vàđộng vật sau một số phút tiếp xúc Và với nồng độ 5 ppm sau một số phút tiếp xúc cóthể dẫn đến ảnh hưởng xấu đối với bộ máy hô hấp Con người tiếp xúc lâu với khí NO2

khoảng 0,06 ppm có thể gây các bệnh trầm trọng về phổi Một số thực vật có tínhnhạy cảm đối với môi trường sẽ bị tác hại khi nồng độ NO2 khoảng 1 ppm và thời giantác dụng trong khoảng một ngày, nếu nồng độ NO2 nhỏ khoảng 0,35 ppm thì thời giantác dụng là một tháng NO2 cũng góp phần vào sự hình thành những hợp chất như tácnhân quang hóa và tạo axit, tính chất quan trọng của nó trong phản ứng quang hoá làhấp thụ bức xạ tử ngoại đóng vai tró quan trọng trong sự hình thành khói quang học,

có tác dụng làm phai màu thuốc nhuộm vải, làm hư hỏng vải bông ,và nylon, làm han

gỉ kim loại và sản sinh ra các phân tử nitrat làm tăng sự tích tụ của hạt trong khôngkhí Ngoài ra, NO2 là chất góp phần gây thủng tầng Ozon

Tác hại của bụi tro và mồ hóng:Trong phổi người, bụi có thể là nguyên nhângây kích thích cơ học gây khó khăn cho các hoạt động của phổi, chúng có thể gây nêncác bệnh về đường hô hấp Nói chung bụi tro và mồ hóng ảnh hưởng đến sức khỏe conngười như gây bệnh hen suyễn, viêm cuống phổi, bệnh khí thủng và bệnh viêm cơphổi Bụi khói được tạo ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu có thể chứa cáchydrocacbon đa vòng (giống như 3,4-benzpyrene) với độc tố cao, có thể gây ung thư.Bụi góp phần chính vào ô nhiễm do hạt lơ lửng và các sol khí, có tác dụng hấp thụ vàkhuyếch tán ánh sáng mặt trời, làm giảm độ trong suốt của khí quyển, tức là làm giảmbớt tầm nhìn Loại ô nhiễm này hiện là vấn đề ô nhiễm không khí thành thị nghiêmtrọng nhất, các nghiên cứu cho thấy mối liên kết chặt chẽ giữa ô nhiễm không khí hạt

và sự tử vong, chúng gây tác hại đối với thiết bị và mối hàn điện, làm giảm năng suấtcây trồng, gây nguy hiểm cho các phương tiện giao thông đường bộ

Tác hại của khí CO: Khí CO là loại khí không màu, không mùi và không vị,

tạo ra do sự cháy không hoàn toàn của nhiên liệu chứa carbon Con người đề khángvới CO rất khó khăn Những người mang thai và đau tim tiếp xúc với khí CO sẽ rấtnguy hiểm vì ái lực của CO với hemoglobin cao hơn gấp 200 lần so với oxy, cản trởoxy từ máu đến mô Thế nên phải nhiều máu được bơm đến để mang cùng một lượngoxy cần thiết Một số nghiên cứu trên người và động vật đã minh hoạ những cá thể timyếu ở điều kiện căng thẳng trong trạng thái dư CO trong máu, đặc biệt phải chịu nhữngcơn đau thắt ngực khi lượng CO bao quanh nâng lên Ở nồng độ khoảng 5ppm CO cóthể gây đau đầu, chóng mặt Ở những nồng độ từ 10ppm đến 250ppm có thể gây tổnhại đến hệ thống tim mạch, thậm chí gây tử vong Người tiếp xúc với CO trong thờigian dài sẽ bị xanh xao, gầy yếu Khí CO có thể bị oxy hoá thành cacbon dioxyt (CO2)nhưng phản ứng này xảy ra rất chậm dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời CO có thể bịoxy hoá và bám vào thực vật và chuyển dịch trong qúa trình diệp lục hoá Các vi sinhvật trên mặt đất cũng có khả năng hấp thụ CO từ khí quyển Tác hại của khí CO đối

với con người và động vật xảy ra khi nó hoà hợp thuận nghịch với hemoglobin (Hb)trong máu – Hemoglobin có ái lực hoá học đối với CO mạnh hơn đối với O2, khi CO

và O2 có mặt bão hoà số lượng cùng với hemoglobin thì nồng độ HbO2(oxihemoglobin) và HbCO (caroxihemoglobin) có quan hệ theo đẳng thức Haridene nhưsau :

+ 0,0 – 0,1 : không có triệu chứng gì rõ rệt , nhưng có thể xuất hiện một số dấuhiệu của stress sinh lý

+ 0,1 – 0,2 : hô hấp nặng nhọc, khókhăn

+ 0.1 – 0.3 : đau đầu

+ 0,3 – 0,4 : làm yếu cơ bắp , buồn nôn và loá mắt

+ 0,4 – 0,5 : sức khoẻ suy sụp , nói líu lưỡi

+ 0,5 – 0,6 : bị co giật , rối loạn

+ 0,6 – 0,7 : hôn mê tiền định

+ 0,8 : tử vong

Thực vật ít nhạy cảm với CO hơn người , nhưng ở nồng độ cao (100 –10.000ppm) nó làm cho lá rụng , bị xoắn quăn , diện tích lá bị thu hẹp , cây non bị chếtyểu CO có tác dụng kềm chế sự hô hấp của tế bào thực vật

T ác hại của khí SO 2 , SO 3 : Khí SO2, SO3 được sinh ra từ quá trình đốt nhiên liệu

có chứa lưu huỳnh như than, dầu FO, DO Khí SO2 là loại khí không màu, không cháy,

có vị hăng cay, do quá trình quang hoá hay do sự xúc tác khí SO2 dễ dàng bị oxy hoá

và biến thành SO3 trong khí quyển Khí SO2, SO3 gọi chung là SOx, là những khíthuộc loại độc hại không chỉ đối với sức khoẻ con người, động thực vật, mà còn tácđộng lên các vật liệu xây dựng, các công trình kiến trúc Chúng là những chất có tínhkích thích, ở nồng độ nhất định có thể gây co giật ở cơ trơn của khí quản Ở nồng độlớn hơn sẽ gây tăng tiết dịch niêm mạc đường khí quản Khi tiếp xúc với mắt chúng cóthể tạo thành axit SOx có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua các cơ quan hô hấphoặc các cơ quan tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt Và cuối cùng chúng cóthể xâm nhập vào hệ tuần hoàn Khi tiếp xúc với bụi, SOx có thể tạo ra các hạt axitnhỏ, các hạt này có thể xâm nhập vào các huyết mạch nếu kích thước của chúng nhỏhơn 2 -3 µm SOx có thể xâm nhập vào cơ thể của người qua da và gây ra các chuyểnđổi hóa học, kết quả của nó là hàm lượng kiềm trong máu giảm, amoniắc bị thoát quađường tiểu và có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt Hầu hết dân cư sống quanh khu vựcnhà máy có nồng độ SO2, SO3 cao đều mắc bệnh đường hô hấp SOx bị oxy hóa ngoàikhông khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit sulfuric hay các muối sulfate gâyhiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển thực vật Khi tiếp xúc với môitrường có chứa hàm lượng SO2 từ 1 – 2ppm trong vài giờ có thể gây tổn thương lá cây.Đối với các loại thực vật nhạy cảm như nấm, địa y, hàm lượng 0,15 – 0,30 ppm có thểgây độc tính cấp Sự có mặt của SOx trong không khí nóng ẩm còn là tác nhân gây ănmòn kim loại, bê-tông và các công trình kiến trúc SOx làm hư hỏng, làm thay đổi tínhnăng vật lý, làm thay đổi màu sắc vật liệu xây dựng như đá vôi, đá hoa, đá cẩm thạch;phá hoại các tác phẩm điêu khắc , tượng đài Sắt , thép và các kim loại khác ở trong

môi trường khí ẩm, nóng và bị nhiễm SOx thì bị han gỉ rất nhanh SOx cũng làm hưhỏng và giảm tuổi thọ các sản phẩm vải , nylon , tơ nhân tạo , đồ bằng da và giấy …

Hình 2.2 Khí thải lò hơi công nghiệp

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI LÒ HƠI

Tạo ra chất thải rắn nguy hại(chất hấp phụ)

Một số phương pháp xử lý bụi bằng phương pháp khô thông thường:

Buồng lắng bụi được làm từ gạch, bê tông cốt thép, hoặc thép.

Buồng lắng bụi là một không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn rất nhiềulần so với tiết diện đường ống dẫn

Trên buồng lắng có cửa để làm vệ sinh hay lấy bụi ra ngoài

Hình 2.3 Cấu tạo buồng lắng bụi

 Xyclon ( Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng )

Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng thường được gọi là xiclon có cấu tạo rất đadạng, nhưng về nguyên tắc cơ bản gồm các bộ phận sau

 Cấu tạo của xyclon

Hình 2.4 Cấu tạo của xyclon

 Nguyên tắc hoạt động

Không khí sẽ chuyển động xoáy ốc bên trong thân hình trụ của xiclon và khichạm vào ống đáy hình phễu, dòng không khí bị dội ngược trở lên nhưng vẫn giữ đượcchuyển động xoáy ốc rồi thoát ra ngoài qua ống 5

Trong dòng chuyển động xoáy ốc, các hạt bụi chịu tác dụng bởi lực ly tâm làmcho chúng có xu hướng tiến dần về phía thành ống của thân hình trụ rồi chạm vào đó,mất động năng và rơi xuống đáy phễu Trên ống xả 4 người ta có lắp van 6 để xả bụi

 Các dạng tổ hợp khác nhau của xiclon

Lắp nối tiếp hai xiclon cùng loại: Khi hai xiclon cùng loại lắp nối tiếp nhau thì

hiệu quả lọc của hệ thống sẽ cao hơn từng xiclon riêng lẻ Sự tăng hiệu quả lọc của hệthống hai xiclon lắp nối tiếp đáng xem xét là hiệu quả lọc theo cỡ hạt chứ không phải

là hiệu quả lọc tổng cộng

Lắp song song hai hay nhiều xiclon cùng loại: hiệu quả lọc của xiclon tăng khi

lưu lượng tăng hoặc nếu lưu lượng không đổi thì hiệu quả lọc tăng khi đường kính củaxiclon giảm Cả hai trường hợp tổn thất áp suất đều tăng

Theo tài liệu của Jackson thì đối với bụi và xiclon nhất định thì có sự biến thiêngiữa hiệu quả lọc và tổn thất áp suất Khi cần xử lý bụi cho một lượng khí thải lớn thì

1: Ống dẫn khí vào2: Thân hình trụ đứng3: Phễu

4: Ống xả cặn5: Ống dẫn khí ra6a, 6b: Van xả bụi

tốt nhất là nên dùng nhiều xiclon cùng loại có đường kính thích hợp lắp song song đểmỗi xiclon đều làm việc với lưu lượng tối ưu của nó Hiệu quả lọc chung của hệ thốngtương đối cao mà tổn thất áp suất không tăng

Xiclon chùm: đây là tổ hợp của nhiều xiclon kiểu đứng – tức kiểu chuyển động

ngược chiều có đường kính bé lắp song song trong một thiết bị hoàn chỉnh, gọi làxiclon chùm

Số lượng các xiclon con trong xiclon chùm có thể lên đến hàng trăm chiếc tùytheo năng suất của thiết bị

Hiệu quả lọc của xiclon chùm bằng hiệu quả lọc của từng xiclon riêng biệt

Tổn thất áp suất chung của cả hệ thống bằng tổn thất áp suất của một xiclon con Lưu lương của hệ thống bằng tổng lưu lượng của tất cả các xiclon con

 Ưu điểm của xyclon

Không có phần chuyển động

Có thể làm việc ở nhiệt độ cao (đến 5000C)

Có khả năng thu hồi vật liệu mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặt cyclon

Thu hồi bụi ở dạng khô

Trở lực hầu như cố định và không lớn (250 – 1500N/m2)

Làm việc tốt ở áp suất cao

Chế tạo đơn giản, rẻ

Năng suất cao

Hiệu quả không phụ thuộc vào sự thay đổi nồng độ

 Nhược điểm của xyclon

Hiệu quả vận hành kém khi bụi có kích thước nhỏ hơn 5 µm

Không thể thu hồi bụi kết dính

 Lọc bụi tay áo

Thiết bị gồm nhiều ống tay áo đường kính từ 125 – 300 mm, chiều cao từ 2,5 –3,5 m đầu liên kết vào bản đáy đục lỗ tròn bằng đường kính của ống tay áo hoặc lồngvào khung và cố định một đầu vào bản đục lỗ.

Vải lọc phải thỏa mãn các điều kiện sau đây:

- Khả năng chứa bụi cao và ngay sau khi phục hồi bảo đảm hiệu quả lọc cao;

- Giữ được khả năng cho khí xuyên qua tối ưu;

- Độ bền cơ học cao khi nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn;

- Có khả năng được phục hồi;

Nồng độ bụi còn lại sau khi lọc vải là 10 – 50 mg/m3 Người ta tiến hành hoànnguyên bằng cách rung để rũ bụi kết hợp với thổi ngược khí từ ngoài vào trong ống tay

áo, hoặc phụt không khí nén kiểu xung lực để không khí từ trong ra ngòai ống tay áo

Hình 2.5 Thiết bị lọc tay áo

2.2.1.2 Phương pháp ướt

Nguyên lý: sự tiếp xúc giữa dòng khí mang bụi với chất lỏng, bụi trong dòng khí

bị chất lỏng thải ra ngoài dưới dạng cặn bùn

Chất lỏng thường là nước

Trường hợp thiết bị hồi bụi có chức năng vừa khử bụi vừa khử khí độc thì chất lỏng có thể là một loại dung dịch hấp thụ

Dễ chế tạo, giá thành thấp, hiệu quả cao

Lọc được bụi có kích thước dưới 0.1 µm (Thiết bị Venturi)

Có thể làm việc với khí có nhiệt độ và độ ẩm cao

Nguy hiểm cháy, nổ thiết bị thấp

Có thể thu hồi hơi và các khí độc hại bằng quá trình hấp thụ

Nhược điểm

Bụi được thu hồi và thải ra dưới dạng cặn bùn làm phức tạp hệ thống thoát nước

và tăng chi phí xử lý nước thải

Dòng khí thoát ra khỏi thiết bị có độ ẩm cao và có thể mang theo những giọt lỏnglàm han gỉ đường ống, ống khói và các bộ phận khác

Trường hợp khí thải có tính ăn mòn, cần bảo vệ thiế bị và hệ thống bằng vật liệu chống ăn mòn

Một số phương pháp xử lý bụi bằng phương pháp khô thông thường:

 Lọc bụi ly tâm ướt (xyclon ướt)

Đây là thiết bị kết hợp lực li tâm của xyclon với sự dập bụi của nước Nước đượcphun từ trên xuống theo thành hình trụ của thiết bị, đồng thời khí được thổi theo dòngxoáy từ dưới đi lên bụi văng ra phía thành bị nước cuốn theo đi xuống cửa thoát dướiđáy

Khi phun nước tạo thành màng trên mặt trong của thành xyclon, bụi đã chạmvào thành không có khả năng bắn ngược trở lại vào dòng khí do đó hiệu quả lọc đượctăng cao

Vận tốc dòng khí vào thiết bị phải lớn (v = 18 – 21 m/s)àtạo lực xoáy ly tâmtrong thiết bị

Phun nước: v = 0.14-0.36 l/s

Bụi: d > 2μmm

Năng suất lọc: 700 – 105 m3/h

Hình 2.6 Lọc bụi ly tâm ướt(xyclon ướt)

 Thiết bị rửa khí vận tốc cao – Thiết bị lọc Venturi

Quá trình quan trọng: sự va đập quán tính giữa hạt bụi và những giọt nước trongbản thân ống à quyết định hiệu quả lọc của thiết bị

Tiêu hao năng lượng lớn do phải tạo áp lực và vận tốc của dòng không khí đầuvào khá lớn (v = 150m/s)

Hiệu suất lọc có thể đạt 99%

Bụi: d ≤ 5µm

Xyclon ướt Pisơ – Antony với ống nối vào ở

sát đáy theo phương tiếp tuyến với các vòi

phun nước ở trục giữa

1.Cánh tản khí; 2.Đĩa ở trung tâm; 3.hệ thống

phun nước ; 4.miệng dẫn khí vào; 5.cánh van

điều chỉnh lưu lượng khí; 6.cần van; 7.ống xả

cặn; 8.ống dẫn nước cấp vào vòi phun

Xyclon ướt với cánh hướng dòng tạo chuyển động xoắc ốc cho dòng khí của Hãng DUCON(Mỹ)

1.cánh ổn định dòng khí; 2.vòi phun nước;

3 Cánh xoắn dòng; 4.thùng chứa nước và thùng cặn; 5.bơm

1 Ống thắt eo Venturi, 2 Thân thiết bị, 3 Vòi phun nước, 4 Ống xả, 5 Miệng thoát khí

nhiễm) trong pha khí, khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ.

Mục đích: Hòa tan một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung

dịch các cấu tử trong chất lỏng các quá trình xảy ra do sự tiếp xúc pha giữa khí vàlỏng Quá trình này cần sự truyền vật chất từ pha khí vào pha lỏng Nếu quá trình xảy

ra ngược lại , nghĩa là cần sự truyền vật chất từ pha lỏng vào pha hơi , ta có quá trìnhnhả khí Nguyên lý của cả hai quá trình là giống nhau

Phân loại hấp thụ:

Hấp thụ vật lý: Dựa trên sự hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng(tương tác

vật lý).Hấp thụ vật lý được sử dụng rộng rãi trong xử lý khí thải

Hấp thụ hóa học: Cấu tử trong pha khí và pha lỏng có phản ứng hóa học với

nhau (tương tác hóa học)

Hấp thụ là một quá trình mà truyền khối mà ở đó các phân tử chất khí chuyểndịch và hòa tan vào chất lỏng.Sự hòa tan có thể diễn ra đồng thời với một phản ứnghóa học giữa các hợp phần của pha lỏng và pha khí hoặc không có phản ứng hóa học Truyền khối thực chất là một quá trình khuếch tán mà ở đó chất khí ô nhiễm dịchchuyển từ trạng thái có nồng độ cao đến trạng thái có nồng độ thấp hơn Việc khử chấtkhí diễn ra theo 3 giai đoạn:

1 Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặtcủa

2 Dung dịch hấp thụ thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của dung dịchhấp thụ

3 Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng chấtlỏng hấp thụ

Xử lý khí ô nhiễm

Lưu lượng khí cần xử lý lớn

Nồng độ chất ô nhiễm không quá nhỏ

Độ bay hơi tương đối thấp

Tính ăn mòn của dung môi thấp

Dung dịch bazơ: KOH, NaOH, Na2CO3 , K2CO3, Ca(OH)2 , CaCO3,…

MonoEtanolAmin(OHCH2CH2NH2), Dietanolamin (R2NH), trietanolamin(R3 N)

Hiệu suất của quá trình hấp thụ phụ thuộc váo các yếu tố:

Nhiệt độ, áp suất,….

Nguyên lý hoạt động của tháp hấp thụ :

Dòng khí được dẫn vào ở đáy tháp, dung dịch hấp thụ được phun ở đỉnh tháp Dòng khí cần xử lý tiếp xúc với dung dịch hấp thụ, chất cần xử lý được giữ lạitrong dung dịch hấp thụ và được thu ở đáy tháp Dòng không khí sạch thoát ra ngoàitrên đỉnh tháp

Hình 2.9 Nguyên lý hoạt động của tháp hấp thụ

Có nhiều dạng kiểu thiết bị hấp thụ và có thể phân thành các loại chính sau:

Tháp có dạng hình trụ đặt thẳng đứng, được sử dụng trên nguyên tắctạo ra sựtiếp xúc giữa chất ô nhiễm và dòng nước phun Dung dịch hấp thụ được phun thànhgiọt nhỏ xuyên qua dòng khí bốc lên trong thể tích rỗng của thiết bị

Hình 2.10 Tháp phun

 Ưu điểm:

Vậntốc dòng khí trong tháp cao làm cho khả năng hấp thụ tăng đángkể

Đường kính tháp nhỏ nên mật độ tưới nhỏ (50 – 90 m3/m2), tiết kiệm dung dịchhấp thụ nhưng vẫn cho hiệu suất cao

Khó khăn trong khâu rửa vật liệu đệm

Dễ gây tắc nghẽn vật liệu đệm do tích tụ cặn, làm tăng trở lực quá trình hấp thụPhân phối dung dịch hấp thụ phải đều khắp tiết diện tháp

 Tháp mâm

Tháp hình trụ thẳng đứng, trong có gắn các mâm có cấu tạo khác nhau, trên đópha lỏng và pha khí được cho tiếp xúc với nhau Quá trình chung của cả tháp là sự tiếpxúc pha nghịch dòng mặc dù trên mỗi mâm hai pha khí và lỏng tiếp xúc giao dòng

Hình 2.12 Tháp mâm

Ưu điểm:

Có thể sử dụng cho cả quá trình chưng cất lẫn hấp thụ

Hiệu suất không thay đổi nhiều theo lưu lượng hơi

Nhược điểm:

Khi vận tốc khí lớn có thể gây nên sự lôi cuốn cơ học các giọt lỏng trong dònghơi từ mâm dưới lên mâm trên làm giảm sự biến đổi nồng độ tạo nên bởi quá trìnhtruyền khối, làm giảm hiệu suất

Ngoài ra còn tạo độ giảm áp lớn cho pha khí làm tăng công suất máy nén khí chotháp

2.2.2.2 Phương pháp hấp phụ

Hấp phụ là quá trình hút có chọn lọc các cấu tử trong pha khí lên bề mặt của chấtrắn dựa trên ái lực của một số chất rắn với một số loại khí có mặt trong hỗn hợp khí.Vật rắn gọi là chất hấp phụ, còn chất khí bị giữ lại trên chất bề mặt chất hấp phụgọi là chất bị hấp phụ

Quá trình hấp phụ được áp dụng rất phù hợp cho những:

- Chất khí ô nhiễm không cháy được hoặc khí đốt cháy;

- Chất khí ô nhiễm có giá trị và cần thu hồi;

- Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp mà các phương pháp khác không áp dụngđược

 Phân loại

Hấp phụ vật lý:

Lực hấp phụ là lực Van der Waals là hiện tượng tương tác thuận nghịch của cáclực hút giữa các phân tử của chất rắn và của chất bị hấp phụ

Quá trìnhhấp phụ là quá trình thuận nghịch hoàn toàn

Nhiệt toả ra không đángkể

Có thể hấp phụ nhiều lớp haymột lớp

Hấp phụ hóa học: (hay hấp phụ hoạt hóa)

Là kết quả của sự tương tác hóa học giữa chất rắn và chất bị hấp phụ

Nhiệt phát trong hấp phụ hóa học thường lớn cỡ nhiệt phản ứng

Quá trình thường là không thuận nghịch

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ:

Ảnh hưởng của nhiệt độ : Nhiệt độ tăng ® quá trình hấp phụ giảm

Ảnh hưởng của áp suất: Giảm áp suất ® quá trình hấp phụ giảm

Vật liệu hấp phụ

Vật liệu hấp phụ cần đáp ứng các yêu cầu sau đây:

- Cấu trúc bên trong có lỗ xốp

- Có khả năng hấp phụ cao, phạm vi tác dụng rộng

- Có tính lựa chọn cao, không tác dụng hóa học với các thành phần khí riêngbiệt có trong khí thải

- Có độ bền cơ học cần thiết

- Có khả năng hoàn nguyên dễ dàng.

Điều chỉnh quá trình tinh vi hơn

Có thể sử dụng kết cấu tối ưu và kích thước tối ưu cho từng đoạn của thiết bị Tiết kiệm được chất hấp phụ ,sử dụng tối đa năng suất hấp phụ

Quá trình thực hiện liên tục dẫn đến hiệu suất cao

Chất hấp phụ dễ kiếm và khá rẻ tiền,thường dùng nhất là than hoạt tính hấp phụđược nhiều chất hữu cơ

 Nhược điểm:

Kết cấu phức tạp

Chất hấp phụ bị mài mòn nên phải xử lý bụi

Cường độ hấp phụ thấp do vận tốc dòng khí thấp do vận tốc khí nhỏ và không có

sự xáo trộn mãnh liệt than

Hiệu quả hấp phụ kém nếu nhiệt độ khí thải cao

Không hiệu quả khi dòng khí ô nhiễm chứa cả bụi lẫn chất ô nhiễm thể hơi haykhí vì bụi dễ gây nên tắc thiết bị và làm giảm hoạt tính hấp phụ của chất hấp phụ (lúcnày nếu muốn sử dụng ta phải lọc bụi trước khi cho dòng khí vào thiết bị hấp phụ)

Các chất hấp phụ trong công nghiệp

 Than hoạt tính:Là một chất gồm chủ yếu là nguyên tố carbon ở dạng vô địnhhình (bột), một phầnnữa có dạng tinh thể vụn grafit Có lỗ xốp vào khoảng 0,24-0,48cm3/g, bề mặt kỵ nước.

Hình 2.13 Than hoạt tính

Ưu điểm: Giá rẻ nhất dùng trong xử lý ô nhiễm môi trường

Nhược điểm: kém bền cơ học và dễ cháy, khó tái sinh nếu bị đóng cặn

 Zeolites: Là các nhóm silic, chứa các oxit kim loại kiềm và kiềm thổ Công

thức hóa học tổng quát của zeolit là Me2 /nO, Al2O3.xSiO2.7H2O

Zeolit có khả năng hấp phụ hơi các hợp chất phân cực và các chất có nối đôitrong phân cực, ngoài ra zeolit còn có khả năng lớn hấp thụ hơi nước

Zeolit giữ được hoạt tính cao ở nhiệt độ tương đối lớn (150- 2500 C)

Thể tích lỗ xốp nhỏ  lượng chứa chất hấp phụ ít hơn so với các chất hấp phụkhác

Hình 2.14 Zeolit

Ưu điểm: Không cháy và cơ tính lớn

Nhược điểm: Bị phá hủy bởi các giọt ẩm

 Silicagen: là oxit Silic vô định hình ngậm nước (SiO2.n H2O)

Thể tích lỗ xốp của các silicagen khoảng 0.3 – 1.2 cm3/g Diện tích bề mặt 300 –

750 m2 /g

Silicagen được ứng dụng để hấp phụ chất phân cực, các hơi và khí dễ ngưng tụ

Ái lực mạnh với hơi nước  silicagen ứng dụng để sấy khô các môi trường khíkhác nhau Silicagen không cháy, có nhiệt độ tái sinh thấp (100 – 2000 C ) và đủ độbền cơ học

Bị phá hủy bởi các giọt ẩm

CHƯƠNG 3

ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ, TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MỘT

3.1 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ

3.1.1 Cơ sở lựa chọn công nghệ

 Tính toán tải lượng các chất ô nhiễm do đốt dầu FO :

Bảng 3.1 Hệ số phát thải ô nhiễm do đốt dầu FO

Chất gây ô nhiễm

Hệ số g/l Nhà máy điện Công nghiệp khác

Trong đó: C, H, , S là hàm lượng tĩnh của các nguyên tố cacbon, hidro, oxy, lưu

hùynh có trong dầu FO và được lấy bằng 0,853; 0,109; 0,0035; 0,028

Lượng không khí ở điều kiện chuẩn (1at, 2730K) được tính theo công thức:

= ( mf – mNC) + Lt, kg

= ( 1- 0,008) + 13,69 = 14,68 kg kk/kg dầu = 12,23 kk/kgdầu

Trong đó: Mf = 1, mNC = 0,008 là hàm lượng tro trong dầu

Lò hơi họat động có hệ số nhiệt thừa là α = 1,2 và = 2100C Khi đó lưulượng khói thải khi đốt 1kg dầu được tính theo công thức:

= = 25,96 m3/kgdầu

Với hệ số ô nhiễm của SO2 là 18.8S (Bảng 3.1) với hàm lượng lưu huỳnh S =3% ( do dầu có chất lượng tương đối tốt) ta tính được lượng SO2 trong khói thải là:18,8.3 = 56,4g/ldầu = 58,2g/kgdầu ( 1l dầu =0,97kg dầu)

Có được tải lượng ký hiệu là , có được lưu lượng khí thải là ,ta tínhđược nồng độ trong khói thải đốt dầu như sau:

= = = 2,24 g/m3 = 2240 mg/m3

Tương tự tính được nồng độ của các chất ô nhiễm khác trình bày trong bảng 3.2

Bảng 3.2 Nồng độ các chất ô nhiễm chủ yếu trong khí thải dầu FO

Chất gây ô nhiễm Hệ số (g/l) Nồng độ (mg/m 3 )

Theo QCVN 19: 2009/BTNMT, nồng độ tối đa cho phép của SO2 được tính theo công thức sau:

2 SO3 mg/m3 29 50

Nhận xét: Từ lý thuyết tính toán nồng độ các chất ô nhiễm do đốt dầu FO ta

thấy nồng độ SO2 lớn gấp 4,5 lần tiêu chuẩn cho phép(Cột B QCVN 19:2009) SO2 làchất ô nhiễm chính trong khói thải dầu FO, là yếu tố dùng để đánh giá mật độ gây ônhiễm ở nhà máy A.Còn các chỉ tiêu khác thấp hơn tiêu chuẩn cho phép rất nhiều

Yêu cầu: Tính toán, thiết kế một thiết bị xử lý SO2 phát sinh từ việc đốt lò hơibằng dầu FO

Nguồn khói thải từ lò hơi có các thông số sau :

- Hiệu quả xử lí cao

- Chế tạo, vận hành đơn giản

- Giá thành thiết bị chấp nhận được

Vật liệu đệm là vòng sứ với ưu điểm là chịu được môi trường ăn mòn tốt và chịu đuợc nhiệt độ cao

SO2 khỏi dung dịch phải nung nóng lên đến 1000C nên tốn rất nhiều năng lượng, chiphí nhiệt lớn.

Tương tự, hấp thụ bằng sữa vôi cũng là một công nghệ đơn giản, nguyên liệu rẻtiền và có sẵn ở nhiều nơi tuy nhiên trong khói lò đốt ngoài khí SO2 ra còn có CO2.Lương khí này sẽ phản ứng với dung dịch nước vôi theo phản ứng sau:

Ca(OH)2 + CO2  CaCO3+ H2O

Phản ứng không mong muốn này làm tiêu tốn thêm hoá chất trong hệ thống.Đồng thời CaCO3 sẽ lắng đọng trên bề mặt lớp đệm, làm dày lên và làm tắc lớp đệm.Chúng còn đóng trên hệ thống phun dung dịch làm tắc nghẽn hệ thống này

Nếu dùng dung dịch NaOH thì có thể tránh được nhược điểm của dùng vôi là ít

bị nghẹt hệ thống phun dung dịch và chỉ hấp thu SO2 Phản ứng phụ của xút với

CO2 nếu có xảy ra thì một phần của cacbonat natri được hình thành sẽ phản ứng vớikhí SO2 để tạo thành sunfit và bisunfit natri:

Nhược điểm khi dùng xút là yêu cầu khí phải được làm nguội trước khi xử lý,phát sinh một lượng nước thải, hệ thống này cần làm bằng vật liệu chịu được môitrường kiềm cao như INOX; COMPOSITE…Tuy nhiên các vần đề trên ta đều có thểkhắc phục, việc đầu tư thêm hệ thống giảm nhiệt và chọn vật liệu tốt không nhữngkhắc phục nhược điểm của xút mà còn giúp cho hệ thống xử lý hoạt động theo chiềuhướng lâu dài, nhà máy được xây dựng yêu cầu cần có hệ thống xử lý nước thải riênghoặc đăng ký xử lý nước thải vì vậy lượng nước thải này sẽ được gom về hệ thống xử

lý chung với nước thải công nghiệp phát sinh trong nhà máy

Như vậy, dung dịch hấp thụ được lựa chọn là xút (NaOH)

3.1.2 Sơ đồ công nghệ xử lý khí thải lò hơi dùng dầu FO

Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Dòng khí phát sinh từ lò hơi có nhiệt độ dòng khí thải cao (2100C) nên trước tiên

sẽ được dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt để giảm nhiệt độ xuống sao cho thích hợp vớiquá trình hấp thụ rồi mới đưa sang tháp hấp thụ

Dung dịch hấp thụ NaOH được bơm từ thùng chứa lên tháp và tưới trênlớp vật liệu đệm theo chiều ngược với chiều của dòng khí đi trong tháp

Các phản ứng xảy ra trong tháp:

SO2 + 2NaOH  Na2SO3 + H2O

Na2SO3 + SO2 + H2O  2NaHSO3

SO2 + NaHSO3 + Na2SO3 + H2O  3NaHSO3

Khí sạch được hút vào ống khói hờ quạt hút và thải ra môi trường với nồng độ

SO2 đạt tiêu chuẩn cho phép Cmax (Theo QCVN 19: 2009/BTNMT)

Dung dịch sau khi hấp thụ có chứa nhiều natri sunfit, natri bisunfit và khói bụi

Chú thích

Đường khí:

Đường hóa chất, nước, cặn:

Đường tuần hoàn hóa chất:

Thùng chứa

Tháp giải nhiệt

Nước sau lắng, mang đi xử lý

Khí đầu ra

Quạt hút NaOH Nước

Một phần dung dịch được bơm trở lại thùng chứa qua van điều chỉnh lưu lượng và tiếptục được bơm lên tháp tưới cho vật liệu đệm nếu lượng dung dịch NaOH còn dư nhiều.Phần dung dịch còn lại được đưa đến bể lắng để lắng các cặn bẩn Cặn sau lắng đượcđem chôn lấp còn nước sau lắng được đưa đi xử lý rồi mới thải ra môi trường.

3.2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MỘT THIẾT BỊ XỬ LÝ SO2 – THÁP ĐỆM

- Nhiệt độ của dung dịch NaOH: 250C

- Chọn điều kiện làm việc của tháp là nhiệt độ trung bình của dòng khí vào và dònglỏng vào, t0 = 400C Hỗn hợp khí xử lý xem như gồm SO2 và không khí