Công nghệ môi trường

CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG Năng lượng đóng vai trò quan trọng đời sống xã hội chúng ta, xã hội ngày phát triển nhu cầu sử dụng lượng ngày cao Tiêu thụ lượng giới gia tăng liên tục, từ năm 1976 đến năm 2006 tổng mức tiêu thụ lượng giới tăng từ khoảng tỷ đổi đổi dầu (TQD) lên đến 12 TQD Trong lượng hố thạch chiếm 80 % tổng lượng lượng nêu trên, lượng sinh khối chiếm khoảng 10 %, lại 10 % lượng điện sơ cấp, nguồn lượng sản xuất gồm 55 % lượng tái tạo mà chủ yếu thuỷ điện, 45% lượng hạt nhân Khoảng từ năm 2000, mức tiêu thụ lượng hoá thạch tăng trưởng ngày cao, đặc biệt với tăng trưởng kinh tế nước phát triển 1.Tiềm năng lượng Việt Nam: Việt Nam có tiềm lớn nguồn khống sản lượng huy động tích cực để phục vụ cho phát triển kinh tế xã hội Đến nhà địa chất phát xác định tiềm dầu khí bể trầm tích khoảng 4,3 tỷ dầu quy đổi, trữ lượng 1,2 tỷ trữ lượng dầu khí có khả thương mại 814,7 triệu Tổng tài nguyên khoáng sản than bể than Quảng Ninh đạt 10 tỷ tấn, trữ lượng đạt hàng tỷ Than lignit sâu đồng sông Hồng với tiềm khoảng 200 tỷ nguồn lượng lớn cho kỷ 21 Như nguồn nhiên liệu dồi cho phát triển ngành nhiệt điện đốt than, đốt dầu khí thiên nhiên Ưu ngành phát triển lượng nhiệt điện nguồn nhiên liệu ổn định chi phí đầu tư thấp so với ngành thủy điện Ngành nhiệt điện Việt Nam: Nhu cầu lượng điện Việt Nam tiếp tục tăng từ 1416%/năm thời kỳ 2011-2015 sau giảm dần xuống 11.15%/năm thời kỳ 2016-2020 7.4-8.4%/năm cho giai đoạn 2021-2030 Vì sản lượng điện hàng năm tăng mạnh, nhiên chưa đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng nhiều lý khách quan chủ quan Tính đến năm 2011 sản lượng điện sản xuất trung bình ngày đạt 285 triệu kWh, tính trung bình năm đạt hàng trăm tỉ kWh Trong nhiệt điện đóng vai trò quan trọng chiếm khoảng 48-52% tổng sản lượng điện Nhìn chung hàng năm tốc độ tăng trưởng sản lượng điện đạt từ 12-15% so với năm trước Để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện, nhiệt điện ưu tiên lựa chọn phát triển nguồn nguyên liệu ổn định, chi phí xây dựng thấp thời gian thi cơng nhanh so với thủy điện Nguồn nguyên liệu sản xuất nhiệt điện than, dầu khí tự nhiên Theo tổng kết tập đồn than khoáng sản Việt Nam, trữ lượng than nước ta khoảng 10 tỉ tấn, thăm dò tìm kiếm 3,5 tỉ chủ yếu than atraxit, loại than khai thác với quy mô lớn có khả đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng than nước phần xuất Ngoài ra, trữ lượng than nâu Việt Nam lớn chưa khai thác nhiều; theo Bộ Công Thương năm 2011 tổng sản lượng dầu khai thác khoảng 25 triệu tấn/năm, khí thiên nhiên đạt khoảng tỷ m3/năm…và sản lượng khai thác hàng năm tăng so với năm trước từ 2-10% Đây loại nhiên liệu sẵn có Việt Nam, với mỏ than lớn tập trung chủ yếu tỉnh Quảng Ninh, mỏ dầu khí tập trung miền trung miền nam Chính mà nhà máy nhiệt điện phân bố cách hợp lý dọc theo chiều dài đất nước Các nhà máy nhiệt điện đốt than tập trung chủ yếu miền Bắc nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Thái Bình, Hải Phòng, ng Bí, Cẩm Phả, Ninh Bình…còn nhà máy nhiệt điện tua bin khí xây dựng miền trung miền nam nhà máy nhiệt điên Phú Mỹ, Vũng Áng, Nhơn Trạch, Duyên Hải 3… CHƯƠNG GIỚI THIỆU QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT Trong nhà máy điện thường sử dụng loại nhiên liệu là: rắn, lỏng, khí Hóa năng lượng điện biến đổi thành lượng nhiệt điện Quá trình biến đổi lượng nhà máy nhiệt điện mơ tả sau: Hóa nhiên liệu Lò Tua bin Nhiệt Cơ Máy phá t Điện Các nhà máy nhiệt điện chia thành nhà máy nhiệt điện ngưng nhà máy nhiệt điện rút Năng lượng dùng nhà máy nhiệt điện nhiên liệu rắn: than đá, than bùn,…, nhiên liệu lỏng loại dầu đốt, nhiên liệu khí dùng nhiều khí tự nhiên, khí lò cao từ nhà máy luyện kim lò luyện than cốc Hình Quy trình sản xuất điện nhà máy nhiệt điện Kho chứa nhiên liệu Vận chuyển nhiên liệu Bộ sấy nhiên liệu Nồi Tua bin Máy phát điện Bình ngưng tụ Bơm nước ngưng tụ 10 Bình gia nhiệt hạ áp 11 Bình chứa khí 12 Bơm cấp nước 13 Bình gia nhiệt cao áp 14 Bơm nước 15 Bộ sấy nhiên liệu Bình tuần hồn 16 Quạt khói 17 Quạt gió Than từ kho nhiên liệu qua hệ thống vận chuyển nhiên liệu để vào sấy sau vào lò Trong lò xảy q trình phản ứng cháy, chuyển nhiên liệu thành nhiệt nước Khói từ lò qua bơm nước ngưng tụ 14, sấy khơng khí 15, quạt khói 16 đẩy khói vào ống khói đẩy ngồi Nước từ bình khí 11 bơm cấp nước 12 bơm qua bình gia nhiệt cao áp 13, bơm nước 14 vào lò Trong lò nước nhận nhiệt từ nhiên liệu cháy, biến thành nước có áp suất nhiệt độ cao Hơi nước lò đưa vào tua bin Tại tua bin nhiệt nước biến thành năng, làm quay tua bin, áp suất nhiệt độ giảm xuống tua bin làm quay máy phát điện để biến thành điện đưa vào lưới điện qua máy biến áp tang áp Hơi nước khỏi tua bin có áp suất nhiệt độ thấp Mang theo lượng đáng kể vào bình ngưng tụ Tại nước ngưng lại thành nước nước tuần hoàn bơm tuần hồn đẩy vào Nước từ bình ngưng tụ bơm ngưng đưa trở lại bình khí 14 qua bình gia nhiệt hạ áp 10 Một phần nước trích từ tua bin để cung cấp cho bình gia nhiệt cao áp 13, bình khử khí 11 bình gia nhiệt hạ áp 10 CHƯƠNG CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG VÀ ĐẶC TRƯNG NGUỒN THẢI Khơng khí: Khí thải tạo chủ yếu từ q trình đốt nhiên liệu lò hơi, với lưu lượng lớn chủ yếu mang theo tro bụi số khí gây nhiễm SOx, NOx, CO, CO₂,… Ngồi có khí thải phương tiện giao thông lại nhà máy, hợp chất hữu bay bị rò rỉ từ đường ống dẫn, thiết bị, từ trình nhà máy a/ Tro bụi: - Bụi ảnh hưởng sức khỏe người: trẻ em, người già, người mắc bệnh đường hô hấp bị ảnh hưởng nhiều Các hạt bụi có kích thước nhỏ 10 µm vào tận phế nang gây viêm nhiêm phế quản, hạt nhỏ 2,5 µm vào tận màng phổi đọng lại phổi gây viêm phổi, sơ hóa phổi, nồng độ cao kéo dài dẫn đến ung thư Một số bệnh hệ tiêu hóa: gây rối loạn tuyến nước bọt, rối loạn hệ tiêu hóa, viêm da dày, viêm nhiễm đường ruột làm giảm khả tiêu hóa hấp thụ chất dinh dưỡng Đối với da: dị ứng da, viêm da, lở loét da, mụn trứng cá… - Ảnh hưởng đến hệ sinh thái, mùa màng: bụi lắng đọng bề mặt khơng có nước mưa rửa ngăn cản trình quang hợp trao đổi chất, làm cho chậm phát triển, hệ sinh thái bị tổn thất nặng nề - Bụi phát tán môi trường làm giảm độ suốt khí quyển, cản trở tầm nhìn, hư hỏng thiết bị, giảm tuổi thọ cơng trình, làm giá trị mỹ quan b/ SOx : - SOx thâm nhập vào thể người qua đường hô hấp hệ tiêu hóa SOx xâm nhập qua da gây chuyển đổi hóa học làm hàm lượng kiềm máu giảm - SOx bị oxy hóa ngồi khơng khí phản ứng với nước mưa tạo thành H₂SO₄ tạo tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến phát triển thực vật, hệ sinh thái, làm chua đất ăn mòn kim loại c/ NOx: - NO₂ kích thích mạnh đường hô hấp, tác động đến hệ thần kinh phá hủy mơ tế bào phổi Khi có nồng độ 100 ppm gây tử vọng cho người động vật phút - NO₂ tác nhân gây hiệu ứng nhà kính Nước thải: Nhu cầu sử dụng nước nhà máy nhiệt điện lớn nên vấn đề nước thải tránh khỏi, nước thải nhà máy nhiệt điện có nguồn gốc từ trình khác nhau: - Nước làm mát: thải từ trình làm mát bình ngưng thiết bị phụ, thường có nhiệt độ cao, thành phần tích chất biến đổi so với nguồn nước ban đầu - Nước thải ô nhiễm dầu: cố rò rỉ dầu, q trình rửa thiết bị có sử dụng dầu, nước mưa chảy tràn… - Nước xả lò hơi: vận hành lò để tránh tình trạng đóng cặn lắng nhiệt người ta thường bổ sung thêm hóa chất chống đóng cặn - Nước thải tro xỉ: có lưu lượng lớn, thường để thải tro xỉ phải tốn 4m³ nước Nước thải tro có độ đục cao, hàm lượng cặn lớn Đây nguồn gây ô nhiễm đáng lo ngại - Nước thải sinh hoạt: với lượng công nhân lớn nên vấn đề cần quan tâm Nước thải sinh hoạt thường có hàm lượng BOD, COD cao, độ màu độ đục cao,… - Nước rửa thiết bị nước mưa chảy tràn: có độ đục cao, chứa ion kim loại, có chứa dầu mỡ, hàm lượng chất rắn lớn Chất thải rắn: Chủ yếu tro xỉ từ trình đốt nhiên liệu, thạch cao từ trình xử lý SO₂, phần chất rắn sinh hoạt, thiết bị hư hỏng - Hàm lượng tro cao , 10% xỉ lò thải nhờ hệ thống tháo xỉ Phần lại tro bay theo khói tách khỏi khối khí thải nhờ hệ thống lọc bụi Lượng tro xỉ thải theo hệ thống kín đưa hồ chứa riệng biệt - Quá trình xử lý SO₂ tạo lượng lớn thạch cao - Quá trình sinh hoạt làm việc phát sinh thêm lượng chất thải rắn như: bao bì, thức ăn thừa, giấy, chai lọ, nhựa…và số chất thải từ trang thiết bị hỏng Với vấn đề cần phải có hệ thống xử lý khí thải nhà máy hợp lý trước thải khí môi trường để tránh gây hậu nghiêm trọng cho môi trường người CHƯƠNG LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Ⅰ Các phương án xử lý: Các phương pháp xử lý bụi: a/ Xử lý theo phương pháp khô: * Buồng lắng: Buồng lắng khơng gian dạng hình hộp chữ nhật có tiết diện ngang lớn nhiều lần so với tiết diện đường ống dẩn khí vào, nhằm giảm vận tốc dòng khí xuống nhỏ vào buồng lắng Vì vậy, hạt bụi có đủ thời gian lắng xuống đáy thiết bị tác dụng trọng lực giữ lại mà khơng bị dòng khói mang theo Buồng lắng ứng dụng để lọc bụi thơ, hạt bụi có kích thước lớn 50µm - Ưu điểm: + Chi phí đầu tư ban đầu chi phí vận hành thấp + Tổn thất áp lực qua thiết bị thấp (50 đếm 130 Pa) + Nhiệt độ làm việc cao (>500°C) + Có thể xử lý bụi khơ bụi kết dính + Góp phần làm nguội dòng khí - Nhược điểm: + Cồng kềnh, chiếm diện tích, cần có khơng gian lớn lắp đặt + Chỉ xử lý bụi thô, có kích thước lớn từ 60 µm – 70 µm trở lên + Phải làm thủ công định kỳ * Thiết bị lọc bụi ly tâm: Thiết bị lọc bụi ly tâm hay gọi xiclon Có cấu tạo gồm thân hình trụ tròn, phía thân hình trụ có phễu thu bụi ống thu bụi Khơng khí mang bụi vào phần thiết bị theo đường ống có phương tiếp tuyến với thân hình trụ, dòng khí vào chuyển động theo đường xoắn ốc từ xuống Nhờ vào lực ly tâm mà hạt bụi có xu hướng tiến phía thành ống va chạm vào đó, động rơi xuống phễu hứng bụi Khi dòng khí chạm vào đáy phễu bị dội ngược lên giữ chuyển động xoáy ốc ngồi theo đường ống khí lắp trục với thân thiết bị Để có hiệu suất lọc bụi cao người ta thường bố trí hai hay nhiều xiclon theo kiểu mắc nối tiếp, song song theo kiểu chùm - Ưu điểm: + Chế tạo đơn giản + Khả làm việc liên tục + Nhiệt độ làm việc đến 1000°C + Hiệu bụi cỡ nhỏ (gần 100% bụi có d >15µm, 60% bụi có d >5µm) + Trở lực cố định không lớn (250- 1500N/m²) - Nhược điểm: + Không hiệu bụi có d< 5µm + Thành thiết bị dễ bị ăn mòn + Khơng áp dụng cho bụi có tính kết dính cao + Gây ồn * Thiết bị lọc bụi tĩnh điện: - Ưu điểm: + Hiệu suất thu hồi bụi cao, đạt tới 99% + Chi phí lượng thấp + Có thể thu hạt bụi có kích thước nhỏ tới 0,1µm nồng độ bụi từ vài gam đến 50g/m³ + Chịu nhiệt độ cao ( tới 500°C) + Có thể tự động hóa điều khiển hồn tồn - Nhược điểm: + Vốn đầu tư lớn + Nhạy với thay đổi dòng khí + Chiếm diện tích lớn + Khơng sử dụng cho khí thải chứa chất dễ gây cháy nổ, thường xuyên xuất tia lửa điện b/ Phương pháp ướt: thiết bị lọc bụi kiểu ướt - Ưu điểm: + Dễ chế tạo, giá thành thấp hiệu lọc bụi cao + Có thể lọc bụi có kích thước 232°C Quá trình khử thực bề mặt xúc tác tạo thành Nito nước theo phản ứng sau: Khi có mặt oxy: 4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O 2NO₂ + 4NH₃ + O₂ → 3N₂ + 6H₂O Phản ứng phụ không mong muốn: 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O Khi khơng có mặt oxy: 6NO + 4NH₃ → 5N₂ + 6H₂O 6NO₂ + 8NH₃ → 7N₂+ 12H₂O Một số nhóm xúc tác thường dùng cho q trình bao gồm: - Nhóm xúc tác kim loại quý: platin Pt, Rodi, Pt-Ro, Pt/Al₂O₃ , nhiệt độ làm việc từ 200-300°C - Nhóm xúc tác oxit kim loại: Fe₂O₃/Cr₂O₃, V₂O₅/ TiO₂…Nhiệt độ làm 13 việc từ 300-450°C - Nhóm xúc tác Zeolite, nhiệt độ làm việc 300-600°C - Ưu điểm: hiệu xử lý cao - Nhược điểm: cần phải gia nhiệt dòng khí trước đưa vào hệ thống xử lý b/ Khử xúc tác không chọn lọc: Các chất khử thường dùng phương pháp hydrocacbon, hydro, cacbon monoxit với có mặt xúc tác Các phản ứng xảy ra: 4NO + CH₄ → 2N₂ + CO₂ + 2H₂O 2NO₂ + CH₄ → N₂ + CO₂ + 2H₂O O₂ + CH₄ → CO₂ + 2H₂O Các loại xúc tác sử dụng cho q trình quy mơ cơng nghiệp gồm: Platin, muối Crom, oxit kim loại Khoảng nhiệt độ giới hạn 350800°C, nhiệt độ tối ưu khoảng 425-650°C - Ưu điểm: Hiệu suất khử NOx cao, đạt 80-90% - Nhược điểm: Chủ yếu áp dụng với dòng khói thải có nồng độ oxy thấp.Các chất xúc tác dể bị ngộ độc SO2, kẽm phốt có khí thải q trình đốt c/ Khử chọn lọc khơng có xúc tác: Phương pháp dựa phản ứng chọn lọc NH₃ với NO NO₂, giống khử xúc tác chọn lọc nhiệt độ để xảy phản ứng cao (khoảng 900- 1000°C) Tác nhân khử sử dụng NH₃ Ure, trình khử diễn chậm Ở nhiệt độ cao hơn, hầu hết NH₃ chuyển hóa thành NO: NH₃ +O₂ →NO + 3/2 H₂O Ngồi ra, người ta sử dụng số phương pháp khác để xử lý NOx như: hấp phụ NOx silicagel, alumogel, than hoạt tính… Ⅱ Phân tích lựa chọn công nghệ: Lựa chọn công nghệ cho hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện Khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than có lưu lượng lớn, nồng độ bụi cao, chứa nhiều chất nhiểm dạng khí SOx, NOx…có tác hại nghiêm trọng đến sức khỏe người mơi trường Vì cần có hệ thống xử lý chất ô nhiểm đảm bảo nồng độ chúng sau 14 môi trường phải đạt tiêu chuẩn cho phép Vì dòng khí thải thải có nồng độ bụi cao nên việc xử lý bụi trước thải môi trường vấn đề cần quy hoạch xây dựng nhà máy nhiệt điện, mặt khác khí thải có lưu lượng lớn độ ẩm khí thải thường thấp nên sử dụng phương pháp khơ để xử lý vừa đảm bảo an toàn cho thiết bị vừa khơng phát sinh lượng lớn nước thải phía sau Đối với khí thải nhà máy nhiệt điện yêu cầu thiết bị xử lý bụi phải có khả làm việc với lưu lượng khí thải lớn, nồng độ bụi cao quan trọng hiệu suất xử lý phải đạt yêu cầu Sau so sánh ưu nhược điểm khả lọc bụi thiết bị thấy lắng bụi tĩnh điện có khả đáp ứng yêu cầu nhiều Vì chọn lắng bụi tĩnh điện (ESP) để xử lý bụi hợp lý Đối với SO₂, phương pháp xử lý trình bày phương pháp hấp thụ SO₂ dung dịch đá vôi Ở nước ta nhà máy nhiệt điện có sử dụng hệ thống xử lý SO₂ sử dụng phương pháp này, điều kiện thuận lợi để người cán kĩ thuật, vận hành người chế tạo thiết bị dễ dàng trao đổi kinh nghiệm Tháp phun khí rỗng có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, chi phí xây dựng hệ thống không cao Vật liệu hấp thụ - đá vôi - nguồn vật liệu có sẵn Việt Nam, dễ kiếm rẻ tiền, đồng thời trình xử lý tiêu tốn vật liệu mà hiệu suất xử lý cao Vì để xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện em chọn phương pháp hấp thụ dung dịch đá vôi với tháp hấp thụ tháp phun khí rỗng Để xử lý NOx, người ta thường sử dụng phương pháp khử xúc tác có chọn lọc với chất khử NH₃ xúc tác V₂O₅, nhiệt độ làm việc khoảng 300 – 450°C Đây phương pháp có hiệu suất xử lý cao, nhiệt độ làm việc so với phương pháp khử khác thấp nhiều 15 Hình 2.Quy trình xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện Ⅲ Thuyết minh quy trình: Dòng khí thải sau qua khỏi nhiệt nhiệt độ cao nên ta phải cho hạ nhiệt độ dòng khí trước vào lắng tĩnh điện nhằm giảm lưu lượng khí thải vào thiết bị nên giảm kích thước thiết bị kích thước đường ống dẫn Chất tải nhiệt dùng nước, vừa rẻ tiền lại có sẵn hệ thống cấp nước nhà máy Nước nóng sau tải nhiệt cấp cho lò hơi, phần cung cấp nước nóng cho việc tắm rửa, sinh hoạt cán nhà máy.Khói thải sau qua trao đổi nhiệt để tận dụng nguồn nhiệt đưa vào lắng bụi tĩnh điện để xử lý bụi Khi dòng khí mang bụi vào thiết bị, nhờ có điện trường mạnh phân tử khí bị ion hóa nhiểm 16 điện âm di chuyển điện cực lắng Trên đường di chuyển phân tử khí truyền điện tích âm cho hạt bụi tác dụng va chạm khếch tán ion Các hạt bụi nhiễm điện âm di chuyển cực lắng đọng lại bề mặt điện cực, sau khoảng thời gian đó, bụi giũ nhờ hệ thống rung, gõ Dòng khí bụi ngồi đưa vào thiết bị khử NOx Dòng khí mang NOx vào thiết bị khử xúc tác chọn lọc với chất khử sử dụng amniac xúc tác V₂O₅ Ở nhiệt độ cao 300°C NH₃ có khả phản ứng chọn lọc với NO NO₂ Quá trình khử thực bề mặt xúc tác V₂O₅ tạo thành Nitơ nước.Sau xử lý NOx, nhiệt độ dòng khí cao dòng khí chứa SO₂ Như ta biết trình hấp thụ SO₂ xảy nhiệt độ thấp Do trước vào tháp hấp thụ ta cho dòng khói qua trao đổi nhiệt ống chùm, để sấy nóng khơng khí cung cấp cho buồng đốt Dòng khí sau qua thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm đưa đến tháp hấp thụ SO ₂ Trong tháp hấp thụ, dòng khí từ lên dung dịch sữa vôi phun từ xuống nhờ hệ thống giàn phun Khí SO₂ tiếp xúc với Ca(OH) ₂ xảy phản ứng mà sản phẩm tạo thành bùn thạch cao Bùn thạch cao theo dòng lỏng xuống đáy tháp tháo theo định kì Khí lên qua khử ẩm (để tách nước bùn dính khí) ngồi qua ống khói nhờ quạt khói.Ống khói có nhiệm vụ vận chuyển dòng khí thải môi trường độ cao định, đảm bảo chất nhiểm lại khơng gây tác hại đến mơi trường khơng khí xung quanh 17 18 ... hệ thống xử lý khí thải nhà máy hợp lý trước thải khí mơi trường để tránh gây hậu nghiêm trọng cho môi trường người CHƯƠNG LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Ⅰ Các phương án xử lý: Các phương pháp xử lý... mơi trường Vì cần có hệ thống xử lý chất ô nhiểm đảm bảo nồng độ chúng sau 14 môi trường phải đạt tiêu chuẩn cho phép Vì dòng khí thải thải có nồng độ bụi cao nên việc xử lý bụi trước thải môi trường. .. dụng sữa MgO (ZnO) để khử SO₂ khói thải biết từ lâu, nghiên cứu ứng dụng công nhgiệp thực gần chủ yếu nhà khoa học công nghệ Liên Xô cũ SO₂ hấp thụ oxit –hydroxit magiê, tạo thành tinh thể ngậm