GIÁO TRÌNH KHÍ THẢI

Contents CHƯƠNG 1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 1 1.1. Khái niệm cơ bản về không khí 1 1.1.1. Khái niệm và phân loại 1 1.1.2. Các thông số của không khí ẩm 1 1.2. Cấu tạo của khí quyển 5 1.2.1. Thành phần hóa học của khí quyển 5 1.2.2. Cấu trúc của khí quyển theo chiều thẳng đứng 6 1.3. Khuếch tán rối của khí quyển 8 1.3.1. Các dòng không khí trong khí quyển 8 1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự khuếch tán chất ô nhiễm 11 1.4. Ô nhiễm không khí 14 1.4.1. Khái niệm ô nhiễm không khí 14 1.4.2. Phân loại nguồn ô nhiễm không khí 16 1.5. Các nguồn gây ô nhiễm không khí 18 1.5.1. Nguồn thải do ô nhiễm công nghiệp 18 1.53.2. Nguồn giao thông vận tải 20 1.5.3. Nguồn ô nhiễm do sinh hoạt con người gây ra 20 1.5.4. Nguồn ô nhiễm tự nhiên 21 1.6. Các tác nhân ô nhiễm, các QCVN có liên quan đến môi trường không khí 21 1.6.1. Các tác nhân gây ô nhiễm 21 1.7. Các biện pháp chung kiểm soát ô nhiễm không khí 23 1.7.1. Biện pháp kiểm soát tại nguồn 23 1.7.2. Biện pháp phát tán pha loãng 25 1.8. Các chất độc hại thải ra từ quá trình sản xuất công nghiệp 27 1.8.1. Hậu quả của ô nhiễm không khí 27 1.8.2. Các chất ô nhiễm đặc trưng của sản xuất công nghiệp 28 1.8.3. Ô nhiễm không khí do các chất khí vô cơ 29 1.8.4. Ô nhiễm không khí do các chất khí hữu cơ 30 1.9. Cách xác định tải lượng chất ô nhiễm trong sản xuất công nghiệp 30 1.9.1. Căn cứ vào các phản ứng hóa học 31 1.9.2. Đo đạc trực tiếp 38 1.9.3. Tính toán theo hệ số ô nhiễm 39 CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN LAN TRUYỀN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 42 2.1. Chuyển động của lớp không khí sát mặt đất 42 2.2. Độ cao nâng của luồng khói 42 2.2.1. Công thức của Davidson W.F 43 2.2.2. Công thức của Holland 43 2.2.3. Công thức của Briggs G.A 44 2.2.4. Công thức của Berliand M.E. 45 2.3. Phân loại nguồn cao nguồn thấp 46 2.4. Tính toán khuếch tán chất ô nhiễm từ nguồn điểm cao 49 2.4.1. Lý thuyết khuếch tán chất ô nhiễm trong khí quyển 49 2.4.2. Công thức của Bosanquet và Pearson (1936) 51 2.4.3. Công thức của Sutton (1947b) 51 2.4.4. Công thức xác định sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo luật phân phối chuẩn Gauss (Mô hình Gauss đối với nguồn điểm) 53 2.5. Tính toán khuếch tán chất ô nhiễm từ nguồn điểm thấp 59 2.6. Mô hình khuếch tán với nguồn đường 69 2.7. Mô hình khuếch tán với nguồn mặt 71 CHƯƠNG 3. XỬ LÝ BỤI 74 3.1. Các khái niệm cơ bản về bụi 74 3.1.1. Khái niệm và phân loại bụi 74 3.1.2. Nguồn thải gây bụi 74 3.1.3. Đặc tính của bụi 75 3.1.4. Thiết bị xử lý bụi và đặc tính của thiết bị 76 3.2. Thiết bị xử lý bụi theo nguyên lý trọng lực, quán tính và ly tâm 77 3.2.1. Buồng lắng bụi 77 3.2.2. Thiết bị lọc bụi kiểu quán tính 85 3.2.3. Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng (Xyclon) 86 3.3. Lưới lọc bụi 94 3.3.1. Cấu tạo và nguyên tắc làm việc 94 3.3.2. Quá trình lọc trong lưới lọc bụi 96 3.3.3. Hiệu quả của lưới lọc bụi 96 3.3.4. Các loại lưới lọc bụi 105 3.4. Thiết bị thu bụi tĩnh điện 107 3.4.1. Nguyên tắc làm việc 107 3.4.2. Các thiết bị lọc bụi bằng điện 108 3.4.3. Quá trình tách bụi bằng lực tĩnh điện: 4 giai đoạn 110 3.4.4. Phân loại 113 3.4.5. Tính kích thước chủ yếu của lọc điện 113 3.5.5. Điện trở suất của bụi và ảnh hưởng của nó đến chế độ làm việc của thiết bị lọc bụi bằng điện 115 3.5. Thiết bị thu bụi theo phương pháp ướt 116 3.5.1. Nguyên tắc 116 3.5.2. Buồng phun, buồng (thùng) rửa khí rỗng 117 3.5.3. Thiết bị lọc bụi có lớp đệm bằng vật liệu rỗng và được tưới ướt 119 3.5.4. Thiết bị lọc bụi (rửa khí) có đĩa chứa nước sủi bọt 121 3.3.5. Thiết bị lọc bụi (rửa khí) với lớp hạt hình cầu di động 122 3.3.6. Thiết bị lọc bụi kiểu ướt dưới tác dụng va đập quán tính 122 3.3.7. Thiết bị lọc bụi ướt kiểu ly tâm 124 3.3.8. Thiết bị xử lý bụi Ventury 124 CHƯƠNG 4. XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ 129 4.1. Cơ sở lý thuyết 129 4.1.1. Đặc điểm của quá trình hấp thụ 129 4.1.2. Phân loại 130 4.1.3. Chất hấp thụ 131 4.1.3. Tính toán quá trình hấp thụ 132 4.2. Một số thiết bị hấp thụ 136 4.2.1 Tháp đệm 136 4.2.2. Tháp đĩa 138 4.2.3. Các buồng phun 139 4.2.4 Thiết bị lọc khí Venturi 140 4.2.5. Lựa chọn thiết bị và dung môi hấp thụ 141 4.3. Một số hệ thống hấp thụ SO2 142 4.3.1. Hấp thụ SO2 bằng nước 142 4.3.2. Xử lý khí SO2 bằng đá vôi (CaCO3) hoặc vôi nung (CaO) 145 4.3.3. Xử lý SO2 bằng dung dịch NH3 theo chu trình 147 4.4. Xử lý khí H2S bằng phương pháp hấp thụ 149 4.4.1. Xử lý khí H2S bằng Na2CO3, (NH4)2CO3 hoặc K3PO4 149 4.4.2. Xử lý H2S bằng dung dịch NH3 150 4.5. Công nghệ xử lý khí NOx 151 4.5.1. Hấp thụ khí NOx bằng nước 152 4.5.2. Hấp thụ bằng kiềm 152 4.5.3. Chất hấp thụ chọn lọc 153 4.6. Làm sạch khí thải khỏi các halogen và hợp chất 153 4.6.1. Tách các hợp chất có flor 153 4.6.2. Tách clo và hợp chất của nó 156 4.6.3. Tách Br2 và hợp chất của nó 158 4.7. Tách khí CO từ khí thải 158 4.7.1. Dùng dung dịch amoniac đồng 159 4.7.2. Hấp thụ CO bằng dung dịch clorua nhôm đồng 159 4.7.3. Tách khí CO bằng N2 lỏng 160 CHƯƠNG 5. XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ 161 5.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ 161 5.1.1. Đặc điểm của quá trình hấp phụ 161 5.1.2. Nguyên lý 162 5.1.3. Độ hấp phụ và yêu cầu của chất hấp phụ 163 5.1.4. Hoàn nguyên vật liệu hấp phụ 167 5.1.5. Thiết bị hấp phụ 168 5.1.6. Các yếu tố ảnh hưởng 170 5.2. Xử lý SO2 bằng phương pháp hấp phụ 171 5.2.1. Xử lý SO2 bằng than hoạt tính 171 5.2.2. Xử lý khí SO2 bằng than hoạt tính có tưới nước (LURGI) 173 5.2.3. Xử lý SO2 bằng Al2O3 kiềm hóa 174 5.2.4. Xử lý khí SO2 bằng mangan oxit 175 5.2.5. Xử lý khí SO2 bằng vôi và đolomit trộn vào than nghiền 177 5.3. Xử lý H2S bằng phương pháp hấp phụ 180 5.3.1. Xử lý khí H2S bằng chất hấp phụ Fe2O3 180 5.3.2. Xử lý khí H2S bằng than hoạt tính 182 5.4. Xử lý NOx bằng phương pháp hấp phụ 183 5.5. Tách các Halogen và hợp chất của chúng 183 5.5.1. Tách flo 183 5.5.2. Tách Cl2 và HCl 184 5.6. Tách hơi thủy ngân 185 CHƯƠNG 6. XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỐT, XÚC TÁC VÀ ĐIỀU CHỈNH QUÁ TRÌNH CHÁY 187 6.1. Xử lý khí thải bằng phương pháp đốt 187 6.1.1. Nguyên tắc 187 6.1.2. Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng 188 6.1.3. Các phương pháp đốt 189 6.2. Lò đốt 194 6.2.1. Lò đốt bổ sung 194 6.2.2. Lò nung 196 6.2.3. Lò lửa 196 6.3. Xử lý NOx 197 6.3.1. Giảm thiểu NOx bằng các chất gây phản ứng khử khác nhau 197 6.3.2. Giảm thiểu NOx bằng điều chỉnh quá trình cháy 198 TÀI LIỆU THAM KHẢO 200

Contents HÌNH VẼ BẢNG BIỂU CHƯƠNG NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 1.1 Khái niệm không khí 1.1.1 Khái niệm phân loại a Khái niệm: Không khí lớp khí bao phủ toàn bề mặt trái đất Nó không màu , không mùi, không vị Không khí hỗn hợp nhiều chất khí, thành phần theo thể tích không khí là: 78% khí nitơ, 21% oxi, % khí khác b Phân loại Căn vào thành phần phân loại không khí thành hai loại sau: - Không khí khô: Không khí không chứa nước gọi không khí khô Trong thực tế không khí khô hoàn toàn, mà không khí luôn có chứa lượng nước định Đối với không khí khô tính toán thường người ta coi khí lý tưởng - Không khí ẩm: Không khí có chứa nước gọi không khí ẩm Trong tự nhiên có không khí ẩm trạng thái chia dạng sau: + Không khí ẩm chưa bão hòa: Là trạng thái mà nước bay thêm vào không khí, nghĩa không khí tiếp tục nhận thêm nước + Không khí ẩm bão hòa: Là trạng thái mà nước không khí đạt tối đa bay thêm vào Nếu tiếp tục cho bay nước vào không khí có bao bay vào không khí có nhiêu ẩm ngưng tụ lại + Không khí ẩm bão hòa: Là không khí ẩm bão hòa chứa thêm lượng nước định Tuy nhiên trạng thái bão hoà trạng thái không ổn định có xu hướng biến đổi đến trạng thái bão hoà lượng nước dư bị tách dần khỏi không khí Ví dụ trạng thái sương mù không khí bão hòa Tính chất vật lý mức độ ảnh hưởng không khí đến cảm giác người phụ thuộc nhiều vào lượng nước tồn không khí Như vậy, môi trường không khí coi hổn hợp không khí khô nước 1.1.2 Các thông số không khí ẩm a Áp suất Áp suất không khí thường gọi khí áp Ký hiệu B Nói chung giá trị B thay đổi theo không gian thời gian Tuy nhiên kỹ thuật điều hòa không khí giá trị chênh lệch không lớn bỏ qua người ta coi B không đổi Trong tính toán người ta lấy trạng thái tiêu chuẩn Bo = 760 mmHg Đồ thị I-d không khí ẩm thường xây dựng áp suất B = 745mmHg Bo = 760mmHg b Nhiệt độ Nhiệt độ đại lượng biểu thị mức độ nóng lạnh Đây yếu tố ảnh hưởng lớn đến cảm giác người Trong kỹ thuật điều hòa không khí người ta thường sử dụng thang nhiệt độ độ C độ F Đối với trạng thái không khí định nhiệt độ thực kỹ thuật có giá trị nhiệt độ có ảnh hưởng nhiều đến hệ thống thiết bị nhiệt độ điểm sương nhiệt độ nhiệt kế ướt - Nhiệt độ điểm sương: Khi làm lạnh không khí giữ nguyên dung ẩm d (hoặc phân áp suất ph) tới nhiệt độ ts nước không khí bắt đầu ngưng tụ thành nước bão hòa Nhiệt độ ts gọi nhiệt độ điểm sương Như nhiệt độ điểm sương trạng thái nhiệt độ ứng với trạng thái bão hòa có dung ẩm dung ẩm trạng thái cho Hay nói cách khác nhiệt độ điểm sương nhiệt độ bão hòa nước ứng với phân áp suất p h cho Từ ta thấy ts d có mối quan hệ phụ thuộc - Nhiệt độ nhiệt kế ướt : Khi cho nước bay đoạn nhiệt vào không khí chưa bão hòa (I=const) Nhiệt độ không khí giảm dần độ ẩm tương đối tăng lên Tới trạng thái �= 100% trình bay chấm dứt Nhiệt độ ứng với trạng thái bão hoà cuối gọi nhiệt độ nhiệt độ nhiệt kế ướt ký hiệu t Người ta gọi nhiệt độ nhiệt kế ướt xác định nhiệt kế có bầu thấm ướt nước Hình 1.1 Nhiệt độ đọng sương nhiệt độ nhiệt kế ướt không khí Như nhiệt độ nhiệt kế ướt trạng thái nhiệt độ ứng với trạng thái bão hòa có entanpi I entanpi trạng thái cho Giữa entanpi I nhiệt độ nhiệt kế ướt tư có mối quan hệ phụ thuộc Trên thực tế ta đo nhiệt độ nhiệt kế ướt trạng thái không khí thời nhiệt độ bề mặt thoáng nước c Độ ẩm - Độ ẩm tuyệt đối Là khối lượng ẩm 1m3 không khí ẩm Giả sử V (m3) không khí ẩm có chứa Gh (kg) nước độ ẩm tuyệt đối ký hiệu ρh tính sau : Vì nước không khí coi khí lý tưởng nên Trong : ph : Phân áp suất nước không khí chưa bão hoà, N/m2 Rh : Hằng số nước Rh = 462 J/kg.0K T : Nhiệt độ tuyệt đối không khí ẩm, 0K - Độ ẩm tương đối Độ ẩm tương đối không khí ẩm , ký hiệu � (%) tỉ số độ ẩm tuyệt đối p h không khí với độ ẩm bão hòa �max nhiệt độ với trạng thái cho Hay: Độ ẩm tương đối biểu thị mức độ chứa nước không khí ẩm so với không khí ẩm bão hòa nhiệt độ Khi � = trạng thái không khí khô < � < 100 trạng thái không khí ẩm chưa bão hoà � = 100 trạng thái không khí ẩm bão hòa Độ ẩm � đại lượng quan trọng không khí ẩm có ảnh hưởng nhiều đến cảm giác người khả sử dụng không khí để sấy vật phẩm Độ ẩm tương đối ficó thể xác định công thức, đo ẩm kế Ẩm kế thiết bị đo gồm nhiệt kế : nhiệt kế khô nhiệt kế ướt Nhiệt kế ướt có bầu bọc vải thấm nước nước thấm vải bọc xung quanh bầu nhiệt kế bốc vào không khí lấy nhiệt bầu nhiệt kế nên nhiệt độ bầu giảm xuống nhiệt độ nhiệt kế ướt tư ứng với trạng thái không khí bên Khi độ ẩm tương đối bé , cường độ bốc mạnh, độ chênh nhiệt độ nhiệt kế cao Do độ chênh nhiệt độ nhiệt kế phụ thuộc vào độ ẩm tương đối sử dụng để làm sở xác định độ ẩm tương đối � Khi � =100%, trình bốc ngừng nhiệt độ nhiệt kế d Khối lượng riêng thể tích riêng Khối lượng riêng không khí khối lượng đơn vị thể tích không khí Ký hiệu ρ, đơn vị kg/m3 Đại lượng nghịch đảo khối lượng riêng thể tích riêng Ký hiệu v Khối lượng riêng thể tích riêng hai thông số phụ thuộc Khối lượng riêng thay đổi theo nhiệt độ khí áp Tuy nhiên áp suất thay đổi khối lượng riêng không khí thực tế kỹ thuật không lớn nên người ta lấy không đổi điều kiện tiêu chuẩn : t = 200C B = B0 = 760mmHg; ρ = 1,2 kg/m3 e Dung ẩm (độ chứa hơi) Dung ẩm hay gọi độ chứa hơi, ký hiệu d lượng ẩm chứa kg không khí khô - Gh : Khối lượng nước chứa không khí, kg - Gk : Khối lượng không khí khô, kg Ta có quan hệ: Sau thay R = 8314/μ ta có f Entanpi Entanpi không khí ẩm entanpi không khí khô nước chứa Entanpi không khí ẩm tính cho kg không khí khô Ta có công thức: Trong : Cpk : Nhiệt dung riêng đẳng áp không khí khô Cpk = 1,005 kJ/kg.0C Cph : Nhiệt dung riêng đẳng áp nước 00C : Cph = 1,84 kJ/kg.0C r0 : Nhiệt ẩn hóa nước 00C : r0 = 2500 kJ/kg Như vậy: 1.2 Cấu tạo khí Trái đất, lực hút tập trung xung quanh lớp chất khí gọi khí Lớp khí gần mặt đất có vai trò lớn lao sống trái đất, môi trường quan trọng sản xuất nông nghiệp Hỗn hợp chất khí tạo nên khí gọi không khí 1.2.1 Thành phần hóa học khí Khí phần không gian bao quanh Trái đất, gồm nhiều tầng khác tùy theo thay đổi chiều cao chênh lệch nhiệt độ Năng lượng từ Mặt Trời truyền qua khí thông qua trao đổi điện từ, phóng xạ, đối lưu, bay cuối biến đổi nhiệt độ theo mùa, theo độ cao thời gian Bảng 1.1 Hàm lượng trung bình khí Chất khí % thể tích % khối lượng Khối lượng (n.1010 tấn) N2 78,08 75,51 386.480 O2 20,91 23,15 118.410 Ar 0,93 1,28 6.550 CO2 0,035 0,005 233 Ne 0,0018 0,00012 6,36 He 0,0005 0,000007 0,37 CH4 0,00017 0,000009 0,43 Kr 0,00014 0,000029 1,46 N2 O 0,00005 0,000008 0,4 H2 0,00005 0,0000035 0,02 O3 0,00006 0,000008 0,35 Xe 0,000009 0,00000036 0,18 Khí môi trường quan trọng phát triển sinh tồn sinh vật, đồng thời khí nhạy cảm, dễ biến đổi Thành phần khí Trái đất ổn định theo phương nằm ngang phân dị theo phương thẳng đứng mật độ Phần lớn khối lượng 5.10 15 toàn khí tập trung tầng thấp: tầng đối lưu tầng bình lưu Mặc dù chiếm khoảng 0,05% khối lượng thạch quyển, khí Trái đất có vai trò quan trọng đời sống sinh vật Trái đất Thành phần không khí khí thay đổi theo thời gian địa chất, ổn định, bao gồm chủ yếu nitơ, ôxy số loại khí trơ Nồng độ trung bình khối lượng số chất khí thường gặp khí trình bày bảng 2.1 Thông thường tầng đối lưu, thành phần chất khí chủ yếu tương đối ổn định, nồng độ CO2 nước dao động mạnh Lượng nước thay đổi theo thời tiết khí hậu từ 4% thể tích vào mùa nóng ẩm tới 0,4% mùa khô lạnh Trong không khí tầng đối lưu thường có lượng định khí SO2 bụi Trong tầng bình lưu tồn trình hình thành phá huỷ khí ozon, dẫn tới việc xuất lớp ozon mỏng với chiều dày khoảng vài chục cm điều kiện mật độ không khí bình thường Lớp khí có tác dụng ngăn tia tử ngoại chiếu xuống bề mặt trái đất Hiện nay, hoạt động người, lớp khí ozon có xu hướng mỏng dần, đe dọa tới sống người sinh vật trái đất 1.2.2 Cấu trúc khí theo chiều thẳng đứng Khí lớp vỏ Trái đất, với ranh giới bề mặt thuỷ quyển, thạch ranh giới khoảng không hành tinh Khí Trái đất hình thành thoát nước, chất khí từ thuỷ thạch Thời kỳ đầu, khí chủ yếu gồm nức, amoniac, metan, loại khí trơ hydro Dưới tác dụng phân huỷ tia sáng mặt trời, nước bị phân huỷ thành oxy hydro Oxy tác động với amoniac metan tạo khí N CO2 Quá trình tiếp diễn, lượng H2 nhẹ vào khoảng không vũ trụ, khí lại chủ yếu nước, nitơ, CO2, oxy Khí Trái đất có cấu trúc phân lớp, với từ từ lên bao gồm tầng: tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung gian, tầng nhiệt, tầng điện ly Giới hạn khí đoạn chuyển tiếp vào vũ trụ khó xác định, khoảng 1000km Tầng đối lưu (Troposphere): tầng thấp khí chiếm khoảng 70% khối lượng khí quyển, có nhiệt độ thay đổi giảm dần từ +40 0C lớp sát mặt đất tới 500C cao Ranh giới tầng đối lưu khoảng 7-8 km hai cực 16-18 km vùng xích đạo Trong tầng có chuyển động đối lưu khối không khí bị nung nóng từ mặt đất nên thành phần khí đồng Tầng đối lưu nơi tập trung nhiều nước, bụi tượng thời tiết mây, mưa, tuyết, mưa đá, bão, v.v Đánh dấu cho ranh giới tầng đối lưu tầng bình lưu lớp có chiều dày khoảng km, có chuyển đổi từ xu hướng giảm nhiệt theo chiều cao sang xu hướng tăng nhiệt độ không khí lên cao Lớp gọi đối lưu hạn Tầng bình lưu (Stratosphere): nằm tầng đối lưu, với ranh giới dao động khoảng độ cao 50 km Nhiệt độ không khí tầng bình lưu có xu hướng tăng dần theo chiều cao, từ -560C phía lên -20C cao Không khí tầng bình lưu loãng hơn, chứa bụi tượng thời tiết Ở độ cao khoảng 25 km tầng bình lưu, tồn lớp không khí giàu khí ozôn thường gọi tầng ozôn Tầng ozôn có chức chắn khí quyển, bảo vệ khí quyển, bảo vệ cho trái đất khỏi ảnh hưởng độc hại tia tử ngoại từ mặt trời chiếu xuống Hình 1.2 Cấu trúc khí Tầng trung gian (Mesosphere): nằm bên tầng bình lưu độ cao 80 km Nhiệt độ tầng giảm dần theo độ cao, từ -20C phía giảm xuống -920C lớp Tầng trung ngăn cách với tầng bình lưu lớp không khí mỏng (khoảng km), biến thiên nhiệt độ khí chuyển từ dương sang âm gọi bình lưu hạn Tầng nhiệt (Thermosphere): có độ cao từ 80 km đến 500 km, nhiệt độ không khí có xu hướng tăng dần theo độ cao, từ -920C đến +12000C Tuy nhiên, nhiệt độ không khí thay đổi theo thời gian ngày, ban ngày thường cao ban đêm thấp Lớp chuyển tiếp trung nhiệt gọi trung hạn Tầng điện ly: độ cao 500 km trở lên Do tác động tia tử ngoại, phân tử không khí loãng tầng bị phân huỷ thành ion dẫn điện điện trở tự Tầng điện ly nơi xuất cực quang phản xạ sóng ngắn vô tuyến Cấu trúc tầng khí hình thành kết lực hấp dẫn nguồn phát sinh khí từ bền mặt trái đất, có tác động to lớn việc bảo vệ trì sống trái đất 1.3 Khuếch tán rối khí 1.3.1 Các dòng không khí khí Hệ thống dòng không khí trái đất quy mô lục địa đại dương gọi hoàn lưu chung khí Người ta phân biệt hoàn lưu chung khí với hoàn lưu địa phương Brigiơ (gió đất – biển) miền bờ biển, gió núi thung lũng, gió băng loại gió khác Các hoàn lưu địa phương số khu vực có trùng hướng với dòng hoàn lưu chung Các đồ thời tiết hàng ngày cho thấy rõ phân bố dòng hoàn lưu chung phạm vi lớn trái đất thời điểm biến đổi không ngừng phân bố Sự đa dạng hoàn lưu chung khí chủ yếu khí thường xuyên xuất sóng xoáy lớn phát triển chuyển động khác Đó hình thành nhiễu động khí – xoáy thuận xoáy nghịch nét đặc trưng hoàn lưu chung khí Song chuyển động khí đa dạng phức tạp biến đổi không ngừng trường áp trường gió tìm số đặc tính lặp lại từ năm qua năm khác Những đặc tính phát nhờ phương pháp trung bình thống kê, nhiễu động hàng năm hoàn lưu nhiều san a Đới khí đới gió mặt đất Để hình dung phân bố khí áp theo đới người ta thường xác định giá trị khí áp theo vòng cung vĩ tuyến dãy số liệu trung bình nhiều năm khí áp trạm khí hậu vĩ tuyến bản: Nếu coi Trái đất hành tinh, nghĩa coi phân biệt lục địa biển ta có đới khí áp đới gió hành tinh minh họa hình Dòng hướng gió thịnh hành mặt đất đới vĩ độ dẫn Cần lưu ý, chưa loại trừ thành phần kinh hướng Ở hai Bán Cầu hai đới áp cao cận nhiệt, hai đới áp thấp ôn đới hai đới áp cao cực Trên thực tế lục địa biển chia cắt đới khí áp thành trung tâm khí áp Từ rìa hướng phía xích đạo áp cao cận nhiệt hai bán cầu gió thổi phía đới áp thấp xích đạo Hai đới gió hai đới tín phong Tín phong Bắc Bán Cầu có hướng đông bắc, tín phong Nam Bán Cầu có hướng đông nam tác động lực Coriolis (lực lệch hướng quay trái đất) phía phải chuyển động Bắc Bán Cầu phía trái chuyển động Nam Bán Cầu 10 lần lớn nồng độ thủy ngân, nồng độ thủy ngân sót lại sau làm đạt tới 0,0075mg/m3) Tái sinh than hoạt tính bão hòa thủy ngân cách gia nhiệt tới 4000C, điều kiện chân áp suất 46,6 KPa (350mmHg) 60 phút tách 97% thủy ngân than dùng lại Thông thường, than hoạt tính dùng để hấp phụ thủy ngân phải qua số giai đoạn xử lý sơ tác nhân sunfat hóa, sunfit kim loại, lưu huỳnh, v v Trong thiết bị hấp phụ dùng than hoạt tính loại AP (xử lý dung dịch NaCl pha chế thùng chứa trộn với than, sau than sấy không khí nóng calotife cung cấp) nạp vào từ miệng nạp phía tháp, vào khoang đồng tâm có vách đứng (lưới mịn) Do tác dụng hóa học với NaCl mà thủy ngân giữ lại than Than bão hòa thay than Để xử lý 40000m3/h khí thải có nồng độ thủy nhân 0,13mg/m3, tháp hấp phụ nạp 5,5T than hoạt tính xử lý chứa - 5% NaCl, lớp hạt 0,2m, bề mặt lọc 40m vận tốc khí qua lọc 0,28 m/s, tổng trở lực thiết bị không 1KPa, tuổi thọ than 1,5 năm đạt mức độ làm 99% Trường hợp phải xử lý lượng lớn khí thải có chứa thủy ngân, vài ngành sản xuất dùng quặng mangan (piroluzit) hạt cỡ - 15 mm để hấp phụ Hg theo phản ứng sau: 2Hg + MnO2 → Hg2MnO2 Khi có O2 SO2 xảy trình song hành tạo thành sunfat mangan sunfat thủy ngân Trường hợp khí thải có nhiều SO2 (như khí từ nhà máy sản xuất thủy ngân) nên tách SO2 trước, sữa vôi chẳng hạn, sau gia nhiệt hỗn hợp khí thải tới 50 - 700C để tránh ngưng tụ nước hỗn hợp trước vào tháp hấp phụ tiếp xúc với quặng mangan 184 CHƯƠNG XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỐT, XÚC TÁC VÀ ĐIỀU CHỈNH QUÁ TRÌNH CHÁY 6.1 Xử lý khí thải phương pháp đốt 6.1.1 Nguyên tắc Dưới tác dụng nhiệt độ oxi không khí, chất ô nhiễm bị oxihoá thành chất ô nhiễm Điều kiện: phải có nhiệt độ O2 Đốt trình oxy hóa nhanh mà thường hay liên tưởng đến lửa Quá trình gồm giai đoạn: trộn, phản ứng trước cháy, cháy phản ứng sau cháy Quá trình trộn diễn trước bắt đầu đốt (đốt có trộn trước) hay đốt (trộn vôi phun hay lửa khuếch tán) Hóa học cháy phụ thuộc vào có mặt góc tự do, đoạn phân tử trung hòa điện chứa liên kết hóa trị đơn Gốc tự hoạt hóa không ổn định Ngay tồn không lâu nồng độ thấp, chúng làm tăng tốc độ oxy hóa lên nhiều Trong vùng trước cháy, gốc tự bắt đầu hình thành Nhiệt độ vùng lên khoảng 5000 C dẫn nhiệt xạ nhiệt từ vùng cháy Trong vùng cháy, gốc tự kết hợp nhanh với oxy phân tử nhiên liệu chuỗi phản ứng hóa học phức tạp, gồm phản ứng dây chuyền tạo gốc tự do, phản ứng tạo sản phẩm oxy hóa không hoàn toàn andehyt, cacbon monoxit hydro, phản ứng tạo sản phẩm cuối trình cháy cacbon dioxit nước Cùng với biến đổi hóa học này, nhiệt trình cháy giải phóng làm nhiệt độ tăng nhanh đến 1700 0C cao Vì vùng cháy có nhiệt độ cao, phản ứng cháy xảy hoàn toàn Hydro, cacbon monixit oxy nồng độ cân vài % Cũng vậy, nhiệt độ 1700 0C hay cao hơn, gốc hydroxyt tự hydro nguyên tử với nồng độ nhỏ 1% Tiếp sau vùng sau cháy Trong vùng này, sản phẩm cháy nguội truyền nhiệt Khi nhiệt độ hạ xuống, sản phẩm cháy không hoàn toàn lại gốc tự kết hợp với oxy kết hợp với cháy hoàn toàn Khi đủ thời gian để hoàn thành tất trình oxy hóa, lượng nhỏ sản phẩm oxy hóa, khoảng vài phần triệu, không phản ứng thải không khí Nếu lửa hạ nhiệt nhanh (do vận hành không đúng), tạo thành mồ hóng nồng độ aldehyt tăng cao đến mức có tác động thấy rõ có mùi hôi kích thích mắt Quá trình cháy xảy nồng độ chất cháy tác nhân oxy hóa, ví dụ không khí, nằm khoảng Khoảng giới hạn nồng độ gọi giới hạn nổ (hay cháy) Ví dụ, hỗn hợp khí tự nhiên 185 không khí nhiệt độ phòng, giới hạn cháy (LEL) 5,3% thể tích khí tự nhiên Giới hạn cháy (UEL) 15,0% bị dập tắt hỗn hợp Những giới hạn nói không tuyệt đối, chúng chịu ảnh hưởng nhiệt độ áp suất hỗn hợp, hình dạng vật chứa có mặt tạp chất khác Dựa vào hàm lượng oxy chất cháy ta xác định loại dòng khí thải xử lý đốt - Loại I II có hàm lượng chất cháy 25% giới hạn cháy LEL Loại I có hàm lượng oxy cao 15% loại II 15% - Loại III nồng độ chất cháy lớn giới hạn cháy UEL - Loại IV nồng độ chất cháy oxy nằm khoảng cháy Hai loại cuối có khác chút so với cách phân chia Hensath (4) Loại IV loại không an toàn Cần thay đổi điều kiện trình để giảm hàm lượng oxy hay chất cháy đổi dòng khí thải ba loại Khí thải loại I II thường xử lý lò đốt bổ sung đốt lò nung, loại III thường xử lý lò lửa 6.1.2 Ưu nhược điểm phạm vi ứng dụng a Ưu điểm Phân huỷ hoàn toàn chất ô nhiễm cháy thiết bị thiêu đốt thiết kế vận hành dùng quy cách Khả thích ứng thiết bị thay đổi vừa phải lưu lượng khí thải nồng độ chất ô nhiễm khí thải Hiệu xử lý cao chất ô nhiễm đặc biệt mà phương pháp khác xử lý không hiệu Không ảnh hưởng đến chất lượng thiết bị, không cần hoàn nguyên vật liệu Có khả thu hồi, tận dụng nhiệtt hải trình thiêu đốt b Nhược điểm Chi phí đầu tư thiết bị vận hành lớn Có khả gây ô nhiễm không khí Việc cung cấp hay bổ sung thêm nhiên liệu, chất xúc tác gây trở ngại cho trình c Ứng dụng Ôxi hoá chất có mùi khó chịu thành chất mùi phản ứng với O nhiệt độ thích hợp Các loại sol khí hữu có khói nhìn thấy 186 Một số hơi, khí hữu thải trực tiếp vào khí có phản ứng với sương mù gây tác hại cho môi trường Quá tình thiêu đốt cso tác dụng hiệu để phân huỷ chất Xử lý hiệu khí thải có chứa chất hữu độc hại công nghệ khai thác lọc dầu 6.1.3 Các phương pháp đốt a Phương pháp oxi hoá nhiệt lửa trực tiếp Là biện pháp làm cho khí ô nhiễm cháy trực tiếp không khí mà không cần cấp nhiên liệu bổ sung (chỉ cần nhiên liệu mồi lửa) Trong số trường hợp, thành phần khí ô nhiễm khí thải tự thân hỗn hợp cháy mà không cần hoà trộn thêm với không khí Khi nồng độ chất chát khí thải thấp đốt cháy được, ta cần bổ sung nhiên liệu để đưa nồng độ chất cháy lên đến gíơi hạn trình cháy Thiết bị chủ yếu phương pháp hệ thống giàn lửa, trình oxi hoá xảy trực tiếp chất ô nhiễm khí O2 khí Yêu cầu: - Đảm bảo cháy có mưa, bão - Phải có phận gây cháy an toàn - Đảm bảo không xuất hỗn hợp khí giới hạn UEL hay LEL - Ngọn lửa ổn định, không hướng dòng khí ô nhiễm Ưu điểm: - Không sinh khói, muội, - Hiệu suất cao - Cấu tạo đơn giản - Có thể đốt chất ô nhiễm nồng độ thấp phải ý điều chỉnh nhiệt độ nồng độ thích hợp Nhược điểm: - Không thu hồi nhiệt - Không xử lý khí thải sinh trình đốt - Phải bổ sung nhiên liệu qua phận gây cháy để đạt nhiệt độ oxihoá ứng dụng: 187 - Xử lý khí ô nhiễm oxihoá từ khí thải nhà máy lọc dầu, trình khai thác dầu… không gian lớn (biển, đại dương ) - Xử lý khí thải có lưu lượng lớn, nồng độ thấp hay khí thải lò cốc hoá - Thường sử dụng cao để xử lý khí cháy (pha loãng với không khí) Hình 6.1 Cấu tạo đầu đốt hệ thống thiêu đốt lửa trực tiếp Ống dẫn khí thải Vòng khống chế vấn tốc khí thả i3 Ống góp phân phối nước Bộ phận mồi lửa Các điểm phun Ống cấp ga mồi Ống cấp nước Ví dụ điển hình cho phương pháp thiêu đốt lửa trực tiếp đuốc cháy bùng khí thải mỏ dầu khí, nhà máy lọc dầu Ngọn đuốc thiết kế ống dẫn khí thẳng đứng đến độ cao thích hợp tận ống có lắp đầu đốt gồm phân phun mồi lửa, đảm bảo cho đuốc cháy cháy liên tục, lưu lượng khí thải, nồng độ chất cháy khí thải vận tốc gió thay đổi phạm vi rộng b Thiêu đốt có buồng đốt Được áp dụng rộng rãi chất ô nhiễm dạng khí, sol khí cháy với nồng độ thấp 188 Các phận quan trọng hệ thống thiêu đốt buồng đốt, vòi đốt, phận điều chỉnh trình cháy dụng cụ thị nhiệt độ Buồng đốt thường có dạng hình trụ xây dựng vỏ thép có ốp gạch chịu lửa Nhiệt độ buồng đốt khoảng 900 – 15000C Buồng đốt cần thiết kế đảm bảo hòa trộn triệt để giửa khí thải nhiên liệu đốt bổ sung Hình 6.2 Buồng đốt khí thải hình trụ đứng với ống cấp khí thải theo phương tiếp tuyến Ống cấp khí thải Các cửa vòi đốt Vòng thắt vật liệu chịu lửa Ống cấp nhiên liệu Vỏ thép Ống khí thải Một biện pháp để đạt yêu cầu nêu khí thải cần đưa vào chỗ thắt buồng đốt có bố trí vòi đốt Vận tốc khí buồng đốt dao động khoảng – m/s thời gian lưu khí thải buồng đốt khoảng 0,2 – 0,5s đạt yêu cầu Thời gian lưu phụ thuộc vào lưu lượng khí thải, kích thước buồng đốt xác định sau nhiệt độ khí thải đạt giá trị quy định Cần thấy nhiệt độ thời gian lưu khí thải buồng đốt hai thông số định cho trình cháy diễn có hoàn toàn hay không Khi tăng nhiệt độ thời gian lưu rút ngắn ngược lại Cùng với nhiệt độ thời gian lưu, nồng độ chất ô nhiễm (chất cháy) khí thải có ảnh hưởng nhiều đến trình cháy Nồng độ chất ô nhiễm định lượng nhiên liệu bổ sung Đầu tiên cần cấp nhiên liệu bổ sung để khơi mào cho phản ứng oxy hóa tự trì được, lúc giảm dần lượng nhiên liệu bổ sung đến giới hạn định để bảo đảm trình cháy ổn định 189 Hình 6.3 Buồng đốt khí thải có ngăn áp lực Ống cấp khí thải Ống cấp nhiên liệu Ngăn áp lực Vòi đốt Một vấn đề khác cần lưu ý mức độ hòa trộn khí thải với nhiên liệu bổ sung Thông thường phần khí thải (khoảng 50%) hòa trộn tốt với nhiên liệu bổ sung vòi đốt Phần lại khí thải cần hòa trộng với sản phẩm cháy nhiệt đô cao sau lửa để đảm bảo lửa không bị dập tắt trình cháy hoàn toàn Không có hòa trộn tốt sản phẩm cháy phần lại khí thải sản phẩm cháy không hoàn toàn phát thải vào khí Khi nồng độ chất ô nhiễm (chất cháy) khí thải thấp, nhiệt lượng cháy không đủ để trì cháy, người ta áp dụng biện pháp hâm nóng khí thải trước đưa vào buồng đốt Nhiệt độ làm việc buồng đốt thay đổi tùy theo chất chất ô nhiễm khí thải Ưu điểm - Hiệu suất cao, oxi hoá nhiều chất có nồng độ lớn - Khí sinh sau phản ứng xử lý tiếp đơn giản Nhược điểm: - Nhiệt độ cháy cao � tốn nhiên liệu - Thiết bị cồng kềnh, phải sử dụng vật liệu chịu lửa chống ăn mòn - Phải trì trình cháy liên tục để tiết kiệm nhiên liệu - Chỉ thích hợp với nguồn thải có nồng độ cao Ứng dụng: xử lý hydrocacbon, cacbon oxit, dầu, mỡ, chất béo, chất gây mùi … CN thực phẩm, CN hoá chất c Thiêu đốt có xúc tác Dùng chất xúc tác để xúc tác cho trình oxi hoá 190 Ưu điểm bật thiêu đốt có xúc tác trình oxy hóa chất ô nhiễm xảy bề mặt vật liệu xúc tác nhiệt độ thấp đáng kể so với nhiệt độ bắt lửa nồng độ chất ô nhiễm khí thải thấp mà áp dụng biện pháp thiêu đốt khác trì phản ứng oxy hóa, ngoại trừ trường hợp phải tiêu tốn nhiều lượng Một ưu điểm thiêu đốt có xúc tác nhờ phản ứng oxy hóa bề mặt chất xúc tác xảy mạnh nhanh nên thời gian lưu khí thải buồng đốt 1/20 – 1/50 thời gian lưu trường hợp thiêu đốt buồng đốt thông thường Hình 6.4 Sơ đồ cấu tạo buồng đốt có xúc tác Lớp đệm vật liệu xúc tác Bề mặt trao đổi nhiệt Khí thải dẫn vào Khí thoát ống khói Cấp không khí Vòi đốt Cấp nhiên liệu Đường dẫn khí thải hâm nóng Nhiệt độ làm việc buồng đốt có xúc tác thường nằm khoảng từ 200 – 4600C tùy thuộc vào loại chất ô nhiễm cần oxy hóa Bảng 6.1 Nhiệt độ làm việc buồng đốt có xúc tác số chất ô nhiễm thường gặp Chất khí ô nhiễm Giới hạn nhiệt độ trung bình o C K Các dung môi: ancol, Toluol, metyl etyl keton 530 – 730 260 – 460 Các chất béo nguồn gốc động vật 530 – 640 260 - 370 Các chất thải CN hoá chất: Cacbon oxit, 480 - 670 etylen, oxit etylen, propylen 200 - 400 191 Vật liệu xúc tác chế tạo dạng dải mỏng, hạt mịn, viên tròn để tạo thành lớp đệm rỗng cho khí cần oxihoá qua Trong nhiều trường hợp, vật liệu xúc tác chế tạo thành tấm lưới lọc bụi thành đơn nguyên gồm nhiều trụ xép theo dãy, sole để tạo lối ziczac luồng khí cần xử lý Hình 6.5 Các phận xúc tác a Dạng b Dạng hình trụ Nhược điểm - Cần chất xúc tác � đắt tiền - Cần phải xử lý bụi khí thải trước cho vào xử lý - Xúc tác dễ bị ngộ độc thành phần khí thải thay đổi - Cần phải có thiết bị hòan nguyên xúc tác (thậm chí thay lớp xúc tác đầu) sau thời gian sử dụng Ứng dụng: xử lý axit CN mạ điện, mùi CN hoá chất, thực phẩm, xử lý alđehit (trong trình đốt cháy chc) 6.2 Lò đốt 6.2.1 Lò đốt bổ sung a Lò đốt bổ sung dùng nhiệt Lò đốt bổ sung dùng nhiệt dùng để xử lý chất ô nhiễm dòng khí thải nồng độ chất cháy nhỏ mức LEL Nó thường gồm buồng đốt gạch chịu lửa lò đốt đầu Thường vận hành nhiệt độ 550-8500C tích đủ lớn để lưu dòng chất thải 0,3 – giây Lò đốt sử dụng nhiên liệu dầu thườn 192 dùng gas Nếu dòng khí thải có đủ oxy (loại I) dùng dòng khí thải lànguồn cung cấp oxy cho lò Nếu không đủ oxy (loại II), ta cần phải bổ sung không khí với nhiên liệu Tuy nhiên, cần tránh bổ sung không khí bổ sung khônkhí làm tăng đến 50% lượng nhiên liệu cần dùng Nếu lượng nhiên liệu bổ sung đủ vào dòng chất thải để nhiệt độ hỗn hợp sau hothành phản ứng cháy 8200C hàm nhiệt khói hỗn hợp 280kcal/Nm thấp nhiều so với mức LEL Ngọn lửa hình thành hỗn hợp không lan truyền, bị dập tắt Nếu lửa bị dập tắt, nhiên liệu chưa cháy sản phẩm oxy hóa không hoàn toàn tạo thành thường làm tăng, không làm giảm, chất ô nhiễm dòng khí thải Vấn đề giải cách trộn phần, thường khoảng ½, dòng khí thải với nhiên liệu, tạo hỗn hợp thích hợp cho cháy lửa Phần lại dòng khí thải không cho qua buồng đốt mà trộn với sản phẩm cháy nhờ lửa vị trí sau buồng đốt đủ xa để không bị dập tắt Khi sản phẩm cháy nóng trộn với dòng khí thải lại, chất cháy lại bị ox hóa nhanh dù không lửa Ở nhiệt độ lớn 700 0C, tốc độ phản ứng oxy hóa thường nhanh nhiều so với tốc độ trộn dòng với nhau.Do đó, tốc độ oxy hóa kiểm soát trình học lưu chất trình hóa học Lò đốt dùng chia thành loại: lò đốt phân bố lò đốt riêng rẽ Trong lò đốt phân bố, nhiều buồng đốt nhỏ phân bố đường vào lò đốt bổ sung Đối với lò đốt riêng rẽ có hay vài buồng đốt dùng Thuận lợi lò đốt phân bố toàn dòng khí thải vào khoảng không gian cách lửa vài inch, có đoạn ngắn (1/10 – 1/20 lần không gian lò) cần phải xáo trộn hoàn toàn sản phẩm cháy dòng khí thải không vào gần lửa Lò đốt riêng rẽ đòi hỏi có chiều dài xáo trộn tương đối lớn khoảng cách mặt cắt dòng dòng không khí vào lửa sản phẩm cháy lớn Ta thường dùng chắn thiết bị gây xáo trộn khác để tăng cường xáo trộn mặt cắt dòng sử dụng lò đốt riêng rẽ Tuy nhiên, lò đốt có ưu điểm chịu dòng khí thải có mùi hôi Hơn nữa, chúng đốt dầu lò đốt phân bố đốt gas * Lò đốt bổ sung có xúc tác : Lò đốt bổ sung có xúc tác thường có phần Trước tiên, khí thải gia nhiệt trước, thường lò đốt Cũng trao đổi nhiệt gián tiếp với dòng khí khác nóng Sau đó, dòng khí thải đưa vào tiếp xúc với lớp xúc tác Xúc tác phổ biến kim loại quý cắt thật nhỏ, platin mang chất rắn khác Các chất mang xúc tác có nhiều dạng khác nhau, ví dụ lưới đan, lỗ tổ ong sứ, dạng thanh, dạng hạt Ngoài kim loại quý, số oxyt kim loại xúc tác hiệu quả, ví dụ Co3O4,CoO,Cr2O3,MnO2,LaCoO2 CuO Thể tích xúc tác yêu cầu khoảng 0,33 đến 0,12m 3/Nm3 khói/giây Thể tích gồm không gian 193 chiếm chỗ khối không khí bao quanh hạt xúc tác Ngay toàn thể tích xúc tác xem sẵn sàng tiếp xúc với dòng khí thải thời gian lưu 0,01 – 0,05 giây Do đó, vùng gia nhiệt trước choán gần toàn thể tích buồng đốt xúc tác Chất xúc tác đắt tiền lượng sử dụng phí mua xúc tác cho lò đốt xúc tác khoảng hay lớn chút so với chi phí cho lò đốt bổ sung dùng nhiệt Tuy nhiên, lò đốt bổ sung có xúc tác vận hành nhiệt độ thấp nên việc xây dựng nhẹ nhàng hơn, lắp đặt dễ dàng giá rẻ so với lò đốt bổ sung dùng nhiệt Hiệu oxy hóa dòng khí thải lò đốt bổ sung có xúc tác hoạt động nhiệt độ khoảng 400-5000C hiệu lò đốt bổ sung dùng nhiệt hoạt động 700-8000 C Nhờ hoạt động nhiệt độ thấp hơn, lò đốt xúc tác tiết kiệm khoảng 4050% lượng 6.2.2 Lò nung Nhiều nhà máy có trình sinh khói có lò nung Vì lò nung thường vận hành nhiệt độ cao lò đốt bổ sung có đủ thời gian lưu nên chúng xem có tiềm xử lý tốt loại khói Ưu điểm việc sử dụng khói làm nhiên liệu bổ sung hay cung cấp không khí thiết bị thể rõ Ngoài ra, nhu cầu nhiên liệu thấp lò đốt bổ sung dễ dàng tận dụng khói làm nhiên liệu Tuy nhiên, ứng dụng có tính thực tiễn Lò nung thường phải nhận dòng bổ sung với lưu lượng dao động trình khác theo nhu cầu lò Nghĩa dòng khói nên đóng góp phần nhỏ vào tổng nhu cầu không khí – nhiên liệu Cần kiểm soát dòng khói vào lò nung Cần lắp đặt thêm ống dẫn khí để dẫn khói đến lò nung Quá trình sinh khói lúc phụ thuộc vào vận hành lò nung Có nghĩa tắt lò trình sinh khói phải ngưng không khí ô nhiễm thoát môi trường Các chất ô nhiễm khói gây tổn hại cho lò nung hay vật liệu bị đốt nóng khói 6.2.3 Lò lửa Lò lửa sử dụng để xử lý cách an toàn không gây ô nhiễm loại khí dễ cháy trường hợp phải vận hành điều kiện không tính toán thiết kế hay trường hợp khẩn cấp đòi hỏi phải xả khí môi trường Lò lửa thường thiết kế độ cao – 100m so với mặt đất cách đủ xa so với công trình xây dựng khác để đảm bảo an toàn cho thiết bị người trước ảnh hưởng nhiệt, lửa, tàn lửa tiếng ồn phát từ lò Trong nhiều năm qua, lò lửa độ cao ngang mặt đất trở nên phổ biến 194 Mặc dù thực chất lò lửa lò đốt khác với lò thông thường khác chỗ đòi hỏi phải có số tính chất hoạt động riêng Cụ thể phải đảm bảo an toàn, đốt triệt để dòng khí thải, lưu lượng dòng thay đổi nhanh nhiều Lò đốt dự kiến đạt tỉ số giảm (lưu lượng) đến 1000 : Lò lửa thiết kế cho lưu lượng dòng 30.000 Nm 3/giờ có khả đốt lưu lượng dòng khí 30 Nm3/giờ 6.3 Xử lý NOx 6.3.1 Giảm thiểu NOx chất gây phản ứng khử khác Oxit nitơ khí thải giảm thiểu có xúc tác chất gây phản ứng khử khác CO, H2, CH4, H2S, NH3… Khi sử dụng, khí monoxit cacbon CO làm chất gây phản ứng khử, ta có phản ứng sau đây: 2NO + 2CO = N2 + 2CO2 2NO2 + 4CO = N2 + 4CO2 Chất xúc tác cho hiệu cao phản ứng nêu kim loại dạng platin – rođi (Pt – Rh) Các phản ứng có ý nghĩa hai chất tham gia phản ứng độc hại, kết thu chất không có hại Đặc biệt có ý nghĩa điều chỉnh trình cháy cho lượng khí NO x CO khí thải nằm tỷlệ phù hợp với phản ứng Với NH3, phản ứng khử NOx là: 6NO + 4NH3 = 5N2 + 6H2O 4NO + 4NH3 + O2 = 4N2 + 6H2O 6NO2 + 8NH3 = 7N2 + 12H2O 2NO2 + 4NH3 + O2 = 3N2 + 6H2O Các phản ứng tiến hành với chất xúc tác zeolit nhiệt độ khoảng 370 C đơn giản tiến hành đường khói lò, nơi có nhiệt độ nằm khoảng 870 – 9800C Ở nhiệt độ 8700C phản ứng xảy với tốc độ chậm Còn nhiệt độ 9800C phản ứng chiếm ưu NH3 là: NH3 + O3 = NO +3/2H2O Lúc nồng độ khí NOx khí thải không giảm thiểu mà ngược lại tăng thêm Cả hai trình khử NO x có xúc tác xúc tác thử nghiệm qui mô rộng cho kết tốt, nhiên tốn 195 Khi sử dụng chất gây phản ứng khử CH H2S xảy phản ứng sau: 4NO2 + CH4 → CO2 + 2H2O + 4NO 4NO + CH4 → CO2 + 2H2O + 2N2 CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O NO + H2S → H2O + 1/2N2 + S SO2 + 2H2S → 2H2O + 3S Các phản ứng phản ứng tỏa nhiệt, đặc biệt với CH nhiệt lượng tỏa lớn làm cho nhiệt độ khí thải tăng cao Đó đặc điểm trình giảm thiểu NOx CH4 Khi sử dụng chất xúc tác Pt-Pd nhiệt độ khí thải với chất phản ứng khử CH4 nằm khoảng 4500C 6.3.2 Giảm thiểu NOx điều chỉnh trình cháy Sự phát thải khí NOx trình đốt nhiên liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, cụ thể: - Nhiệt độ cháy: yếu tố quan trọng hình thành khí NOx snả phẩm cháy Nhiệt độ cháy cao nồng độ NOx sản phẩm cháy lớn - Tỉ lệ nhiên liệu không khí: hệ số thừa khí lớn hay không khí dư nhiều tạo điều kiện cho nitơ không khí nitơ nhiên liệu kết hợp với oxy không khí để hình thành oxit nitơ - Múc độ hòa trộn nhiên liệu với không khí sản phẩm cháy: nhiên liệu không khí hòa trộn cho phần lớn trình cháy xảy điều kiện giàu nhiên liệu hình thành khí NOx hạn chế Ngoài ra, hòa trộn phần sản phẩm cháy ngược trở lại vào buồng đốt làm cho nhiệt độ cháy giảm thấp nhờ hình thành khí NOx giảm theo - Cường độ hấp thu nhiệt lò lớn, hay nhiệt trình cháy truyền cho chất mang nhiệt (nước, hơi) qua bề mặt hấp thu nhiệt xạ, đối lưu lò nhanh, mạnh đỉnh nhiệt độ trình cháy giảm hình thành khí NOx hạn chế - Loại nhiên liệu: lượng nhiệt sản thứ tự xếp loại nhiên liệu phát thải khí NOx từ nhiều đến là: than, dầu, khí đốt Từ yếu tố ảnh hưởng nói đến hình thành NOx, người ta đưa số giải pháp sau để giảm thiểu mức độ phát thải khí NOx (1) Hạ thấp hệ số thừa khí Cấp không khí cho trình cháy sát với tỷ lệ tính toán nhu cầu oxy theo phương trình phảng ứng cháy thành phần cháy nhiên liệu, từ hạn chế 196 lượng oxy thừa có khả kết hợp với nitơ tạo thành NOx Giải pháp áp dụng cho nhiên liệu dầu khí đốt Riêng than, giải pháp chưa nghiên cứu áp dụng nhiều , cung cấp không khí với hệ số thừa khí thấp để đốt than, khó đạt hòa trộn tỷ lệ nhiên liệu – không khí, điều dẫn đến khả cháy không hoàn toàn mặt hóa học học, dẫn đến phát thải nhiều khí CO (2) Tổ chức trình cháy hai giai đoạn Đầu tiên cấp không khí mước nhu cầu tính toán nhiên liệu dầu khí buồng đốt, sau cấp không khí bổ sung nhiệt độ thấp để phần nhiêu liệu chưa cháy hết sản phẩm cháy hạ bớt nhiệt độ trước cháy tiếp đến hoàn toàn Như tránh tiếp xcú nitơ oxy vùng nhiệt độ cao phần lớn trình cháy xảy điều kiện giàu nhiên liệu (3) Tuần hoàn sản phẩm cháy (khói) Một phần sản phẩm cháy (10 – 20%) tuần hoàn trở lại vùng lửa với mục đích hạ thấp nhiệt độ lửa giảm bớt lượng oxy thừa Có thể thực giải pháp cách thổi hỗn hợp không khí – sản phẩm cháy vào buồng đốt theo tỷ lệ thích hợp Trong thực tế, đốt nhiên liệu dầu khí, người ta thường kết hợp giải pháp nên Ví dụ: giải pháp (1) kết hợp với giải pháp (2) kết hợp giải pháp (1) với giải pháp (3) Khi kết hợp giải pháp (1) (3) lại với nhau, giảm lượng không thừa từ 50% xuống 20% tuần hoàn 50% sản phẩm cháy giảm 80% lượng phát thải khí NOx (4) Các biện pháp khác Ngoài giải pháp nên trên, vấn đề cấu tạo buồng đốt quan trọng việc hạn chế phát sinh khí NOx Khi bố trí vòi đốt theo phương tiếp tuyến xiên góc với thành lò, sản phẩm cháy chuyển động xoáy ốc từ lên tạo điều kiện cho nhiên liệu không khí hòa trộn đặn, nhờ phân bố nhiệt độ vùng cháy đồng diện rộng, đỉnh nhiệt độ vượt giới hạn hình thành khí NOx ngược lại 197 TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Đinh Xuân Thắng (2007), Giáo trình ô nhiễm không khí, Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh Hoàng Thị Hiền, Bùi Sỹ Lý, Bảo vệ môi trường không khí –Nhà xuất Xây dựng, 2006 PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn, Th.S Nguyễn Thanh Tùng (2007), Kiểm soát ô nhiễm không khí, Nhà xuất Đại học Quốc Gia TPHồ Chí Minh GS.TS Trần Ngọc Chấn (2000), Ô nhiễm không khí xử lý khí thải - Tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội GS.TS Trần Ngọc Chấn (2001), Ô nhiễm không khí xử lý khí thải - Tập 2,3, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 198 ... nhit k bng d Khi lng riờng v th tớch riờng Khi lng riờng ca khụng khớ l lng ca mt n v th tớch khụng khớ Ký hiu l , n v kg/m3 i lng nghch o ca lng riờng l th tớch riờng Ký hiu l v Khi lng riờng... khụng khớ bờn ngoi Khi m tng i , cng bc hi cng mnh, chờnh nhit gia nhit k cng cao Do ú chờnh nhit gia nhit k ph thuc vo m tng i v nú c s dng lm c s xỏc nh m tng i Khi =100%, quỏ trỡnh... m hay cũn gi l cha hi, c ký hiu l d l lng hi m cha kg khụng khớ khụ - Gh : Khi lng hi nc cha khụng khớ, kg - Gk : Khi lng khụng khớ khụ, kg Ta cú quan h: Sau thay R = 8314/ ta cú f Entanpi Entanpi