Đặc điểm và phương pháp kiểm soát khí thải nhà máy luyện thép

Trước những năm 90, chỉ có các doanh nghiệp Nhà nước tham gia sảnxuất thép như Công ty Gang thép Thái Nguyên, Công ty Gang thép Miền Nam…nhưng sau đó, khi chính sách đổi mới của Đảng tro

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH

KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

MÔI TRƯỜNG ******************

TIỂU LUẬN Môn: Kĩ thuật kiểm soát ô nhiễm không khí

ĐỀ TÀI: Đặc điểm và phương pháp kiểm soát

khí thải nhà máy luyện thép

Lớp

Giảng viên hướng dẫn: Lý Bích Thủy

Nhóm sinh viên thực hiện:

Mục lục

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT THÉP Ở VIỆT NAM 2

1 Quá trình hình thành và phát triển. 2

2 Quy trình sản xuất thép. 4

3 Quá trình sản xuất thép bằng lò điện hồ quang 5

4 Thực trạng nhu cầu, sản xuất và phát triển của ngành thép 8

a NHU CẦU TIÊU THỤ THÉP 8

Chương 2: Hiện trạng ô nhiễm không khí tại các công ty sản xuất thép 11

1 Hiện trạng ô nhiễm không khí do hoạt động sản xuất thép. 11

2 Hiện trạng các công nghệ xử lí khí thải trong các nhà máy ô nhiễm thép 13

Chương 3: Tính toán, kiểm tra sự ô nhiễm không khí 14

1 Các phương pháp luyện thép chủ yếu hiện nay 14

2 Nhiên liệu đầu vào 15

3 Tải lượng chất ô nhiễm trong quá trình đốt cháy nhiên liệu 16

Chương 4: Giải pháp kỹ thuật xử lý khí thải 18

1 Khống chế ô nhiễm không khí 18

2 Giải pháp kĩ thuật xử lý khí thải 18

3 Xử lý, thu hồi và sử dụng lại bụi: 21

Kết luận 22

Tài liệu tham khảo 23

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT THÉP Ở VIỆT

NAM.

1 Quá trình hình thành và phát triển.

Ngành thép là ngành Công nghiệp nặng cơ sở của mỗi quốc gia.Nền Côngnghiệp gang thép mạnh là sự đảm bảo ổn định và đi lên của nền kinh tế mộtcách chủ động, vững chắc Sản phẩm thép là vật tư, nguyên liệu chủ yếu, là

“lương thực” của nhiều ngành kinh tế quan trọng như ngành cơ khí, ngành xâydựng; nó có vai trò quyết định tới sự nghiệp Công nghiệp hoá, hiện đại hoá đấtnước.Đa số các nước thành công về phát triển kinh tế đều xác định ngành thép

là ngành kinh tế mũi nhọn, hàng đầu và tập trung đầu tư cho nó phát triển

Trước những năm 90, chỉ có các doanh nghiệp Nhà nước tham gia sảnxuất thép như Công ty Gang thép Thái Nguyên, Công ty Gang thép Miền Nam…nhưng sau đó, khi chính sách đổi mới của Đảng trong phát triển kinh tế ra đời,ngành thép đã không ngừng phát triển, dẫn chứng đó là sự ra đời 5 liên doanhcán thép, 2 công ty cán thép 100% vốn nước ngoài và sau năm 2000, đã cóthêm hàng loạt các công ty sản xuất thép của tư nhân, các công ty thép cổ phần

và các công ty thép thuộc các đơn vị khác ngoài bộ Công nghiệp, đưa số lượngcủa các đơn vị lên gần 50 đơn vị

Trong những năm gần đây, tốc độ phát triển xây dựng ở Việt Nam ngàymột gia tăng, thị trường thép từ đó cũng được mở rộng Tính bình quân, tốc độtăng trưởng ngành thép trong thời kì 1991-2001 là 25% và về cơ bản đã đáp ứngđược nhu cầu thép xây dựng đất nước (đã 5 năm nay, gần như không phải nhậpkhẩu thép thanh và thép cuốn cho xây dựng) Theo thống kê của Hiệp hội thépViệt Nam, tính tới năm 2002, công suất thiết kế của tất cả doanh nghiệp sản xuấtthép ở Việt Nam đã đạt trên 4 triệu tấn/năm, nhưng do nhu cầu thị trường và một

số nhà máy mới đi vào sản xuất chưa đạt công suất thiết kế… nên sản lượngthép cán của năm 2002 chỉ đạt 2,4 triệu tấn Mặc dù có những sự phát triển đáng

kể nhưng nhìn tổng quát, ngành thép Việt Nam đang ở điểm xuất phát thấp,chậm hơn so với các nước trong khu vực khoảng 10 năm Hiện tại Việt Nam chỉ

có 3 dàn cán liên tục nhập từ Nhật Bản và Tây Âu có trình độ tương đối cao của

2 liên doanh Vinakyoe và Vina-Pasco (VPS) Ngoài ra, còn có hơn 10 máng cánthuộc loại bán liên tục, thiết bị phần lớn được sản xuất tại Đài Loan, Trung Quốc,Việt Nam Như vậy, trừ 2 liên doanh, thiết bị cán thép của Việt Nam đều thuộcthế hệ cũ, công nghệ thấp, tuổi thọ ngắn, quy mô nhỏ Có thể nói thép là mộtngành công nghiệp còn non trẻ của đất nước ta nhưng lại đóng một vai trò quan

trọng trong công cuộccông nghiệp hóa – hiện đại hóa, xây dựng chủ nghĩa xã hộihiện nay của đất nước Tuy nhiên, trong điều kiện nền kinh tế mở cửa và yêucầu của quá trình hội nhập khu vực và thế giới thì việc nâng cao khả năng cạnhtranh của ngành thép là hết sức cấp bách và cần thiết Trong quá trình hội nhậpnền kinh tế khu vực và thế giới Việt Nam đã tham gia ASEAN (1995), APEC(1998) và đang trong quá trình đàm phán để gia nhập WTO Hiện nay, ngànhthép vẫn đang được nhà nước bảo hộ sản xuất bằng hàng rào thuế quan vớimức thuế khá cao.Mức thuế nhập khẩu đối với thép xây dựng là 40%, của cácloại sắt thép khác từ 0-20% Bên cạnh đó, còn có sự bảo hộ bằng hàng rào phithuế quan như: hạn ngạch, cấm nhập… trong khi đó thuế suất, thuế nhập khẩuđối với các sản phẩm là đầu vào của ngành sản xuất thép như: phôi thép, thanmỡ… tương đối thấp (0-5%), do đó hệ số bảo hộ thực tế của thép xây dựngtương đối cao (90%) của các loại thép khác là 26% Như vậy có thể nói, cácdoanh nghiệp thép Việt Nam đang tồn tại nhờ rất nhiều vào sự bảo hộ của Nhànước Quá trình hội nhập, một mặt mở ra cơ hội để ngành thép phát triển đi lên,mặt khác nếu ngành thép không đủ tiềm lực cạnh tranh sẽ dẫn đến bờ vực phásản Ngành thép đang đứng trước sự cạnh tranh gay gắt khi vào AFTA, khi thuếnhập khẩu các sản phẩm thép sẽ giảm từ 40% xuống còn 20% và đến năm 2006chỉ còn là 0-5% Thời điểm Việt Nam phải thực hiện các cam kết của khu vựcmậu dịch tự do ASEAN đã đến Các doanh nghiệp thép Việt Nam phải đói mặtvới sự cạnh tranh mạnh mẽ của hàng hoá các nước khác trong khu vực vào thịtrường nước ta khi thuế suất hàng hoá nhập khẩu chỉ còn từ 0-5%, bên cạnh đócác hàng hoá phi thuế quan cũng được dỡ bỏ hoàn toàn, điều này buộc ngànhthép phải thật sự bước vào một cuộc cạnh tranh khắc nghiệt trên thị trường khuvực và quốc tế, chính thánh thức lớn này đặt ra yêu cầu cho ngành thép ViệtNam, mà nòng cốt là Tổng công ty thép Việt Nam phải nâng cao sứccạnh tranh

để chủ động hội nhập

Trong những năm gần đây ngành thép Việt Nam đã có tốc độ tăng trưởngcao, trên 18%/năm Năm 2006 Việt nam đã sản xuất được 4.743.000 tấn thépbao gồm thép thanh, thép dây, thép hình nhỏ, thép tấm lá cán nguội, thép ốnghàn và thép tấm mạ các loại, đáp ứng được gần 66% nhu cầu thép của đấtnước Sản lượng phôi thép năm 2006 đạt khoảng 1.100.000 tấn, đáp ứng được33,4% nhu cầu phôi của cả nước Sản lượng phôi thép của nước ta, theo số liệucủa Hiệp hội thép Việt nam, trong những năm gần đây được nêu trong hình 1

2001 2002 2003 2004 2005 2006 0

Tuy nhiên, sự phát triển của ngành công nghiệp thép Việt Nam vẫn đang mất cân đối giữa các khâu luyện gang, luyện thép và cán thép

2 Quy trình sản xuất thép.

Ở Việt nam, phần lớn thép được sản xuất bằng công nghệ lò điện hồquang – đúc liên tục Ngành sản xuất thép của Việt nam bắt đầu bằng 2 lòmactanh 50 tấn/mẻ tại Công ty gang thép Thái Nguyên và 2 lò BOF 5 tấn/mẻ tạinhà máy Luyện cán thép Gia Sàng Sau một số năm vận hành, Công ty đãchuyển sang lò điện hồ quang Hiện tại, ngành thép Việt nam sử dụng 100%công nghệ lò điện Điều này xuất phát từ điều kiện thiếu gang lỏng của nước ta.Gần đây nhiều nhà máy sản xuất phôi thép đã được xây dựng và đi vào hoạtđộng như Hoà Phát, Đình Vũ, Lương Tài, Vạn Lợi …

Các lò điện sản xuất thép của Việt nam hiện rất nhỏ, trừ nhà máy thép Phú

Mỹ được trang bị lò điện hồ quang kiểu DANARC 70 tấn/mẻ mới được đưa vàovận hành Các lò điện này đã áp dụng một số tiến bộ kỹ thuật như phun ô xy vàthan vào tạo xỉ bọt, dùng biến thế siêu cao công suất, sử dụng các loại vật liệuchịu lửa siêu bền, ra thép đáy lệch tâm …

Trong thời gian tới, ngành thép sẽ có những lò chuyển thổi ô xy 25 T, 50 T

và đặc biệt khi xây dựng các nhà máy luyện kim liên hợp sẽ có lò chuyển thổi ô

xy 200 T Lúc đó, trình độ công nghệ ngành luyện thép sẽ được nâng lên mộttầm cao mới, đáp ứng được nhu cầu của công cuộc xây dựng đất nước và hộinhập kinh tế

Hình 2 Quy trình sản xuất thép lò điện hồ quang

Tiếng ồn Chuẩn bị liệu

VL đầm lò Gas Oxy Dầu mỡ Nước

Khí thải Bụi Hơi nước Chất thải rắn Dầu mỡ Tiếng ồn Nhiệt độ cao

Bụi Chất thải rắn Hơi nước Tiếng ồn Nhiệt độ cao

Điện Dầu, mỡ Nước

Sản xuất thép trong lò điện hồ quang bao gồm các khâu chuẩn bị liệu, nạpliệu, nấu luyện, ra thép và xỉ, tinh luyện, thu gom xỉ và đúc liên tục Sơ đồ hình 2

mô tả tóm tắt các công đoạn cơ bản trong quy trình sản xuất thép bằng lò điện

 Chuẩn bị liệu

Nguyên liệu cho luyện thép lò điện là sắt thép phế, sắt xốp và gần đây ởmột số nước như Trung Quốc, Ấn Độ và cả Việt Nam đã sử dụng một lượnggang lỏng tới 50-60% Sắt thép phế được tập trung tại bãi chứa liệu Tại đây liệuđược xử lý như phân loại, cắt, băm thành các kích thước theo quy định Các tạp

chất như đất cát, nhựa, gỗ và các chất gây cháy nổ như vũ khí cũ các loại đượcloại bỏ hoặc cắt làm thoáng các ống kín… Sau khi xử lý, liệu được chất vào cácthùng chứa liệu rồi vận chuyển đến vị trí quy định của xưởng luyện

Trong một số trường hợp nguyên liệu được gia nhiệt trong quá trình vậnchuyển (trong thùng chứa liệu hoặc trên băng tải) bằng nhiệt tuần hoàn hoặctrong lò điện Một số loại lò điện có hệ thống sấy liệu bằng nhiệt của khí thải như

lò kiểu lò đứng (shaft furnace) hoặc consteel Tuy nhiên việc gia nhiệt liệu có thểdẫn đến sinh ra lượng khí thải gồm các chất độc hữu cơ chứa halogen nhưpolyclorin dibenzo-p-dioxin furam (PCDD/F), polyclorin biphenil (PCB), polyciclicaromatic hydrocarbon (PAH)… cao hơn và cần thêm chi phí xử lý Việc kiểm tracác đồng vị phóng xạ trong nguyên liệu là rất quan trọng

Các nguyên liệu khác như chất tạo xỉ ở dạng cục hay bột (vôi, bột carbon),chất hợp kim hóa, hợp kim phero, các chất khử ôxy và vật liệu chịu lửa phảiđược lưu trữ, bảo quản trong các thùng hay boongke có mái che Các vật liệudạng bột cần được chứa trong xilo kín

 Nạp liệu

Sắt thép vụn cùng với chất trợ dung như vôi, dolomit được chất vào thùng chứa liệu Khi nạp liệu, các điện cực được nâng lên cao, nắp lò được xoay sang một bên để chất liệu từ thùng chứa liệu vào lò Thông thường lần đầu chất 50-60% liệu cho cả mẻ Sau đó nắp lò đóng lại, điện cực từ từ hạ xuống tới khoảng cách 20-30 mm tới liệu thì bắt đầu đánh hồ quang Sau khi liệu đầu nóng chảy thì chất phần liệu còn lại vào lò

Khi bắt đầu qúa trình nấu chảy cần lưu ý sử dụng công suất điện thấp đểphòng ngừa sự phá hủy tường lò và nắp lò do bức xạ nhiệt Khi hồ quang bị baoche bởi sắt thép phế xung quanh thì có thể nâng công suất điện cho đến khi nấuchảy hoàn toàn Các vòi phun oxy ngày nay cũng được sử dụng để cường hóaquá trình nấu luyện

Ngoài điện, quá trình nấu chảy còn sử dụng nhiên liệu là khí thiên nhiên vàdầu nhằm rút ngắn quá trình nấu luyện Oxi có thể được phun vào thép lỏngbằng những vòi phun đặc biệt ở dưới hoặc từ hông lò

Oxi trong luyện thép lò điện hồ quang được sử dụng ngày càng nhiều từ

30 năm nay không chỉ vì lý do luyện kim mà còn do yêu cầu tăng năng suất Việc

sử dụng oxi có thể từ bình oxi lỏng hoặc từ trạm sản xuất oxi Về luyện kim, oxiđược dùng để khử cacbon của thép lỏng và khử các chất không mong muốn

như P, Mn, Si, S Hơn nữa, oxi còn phản ứng với cacbua hydro tạo nên các phảnứng tỏa nhiệt, hỗ trợ cường hóa.

Cần lưu ý việc thổi oxi có thể tăng khí và khói lò Khí CO, CO2, hạt oxit sắtcực mịn và các sản phẩm khói khác có thể được tạo thành Trong trường hợpcháy sau (post composting), hàm lượng CO là dưới 0.5% thể tích.Argon và cáckhí trơ khác có thể đưuọc phun vào trong thép lỏng để khuấy đảo bể thép làmđồng đều thành phần hóa học và nhiệt độ của thép

 Rót thép và ra xỉ

Khi thép lỏng đạt yêu cầu thì cần tháo xỉ trước khi rót thép vào thùng đểđưa sang lò tinh luyện Lò được nghiêng về phía cửa tháo xỉ để xỉ chảy vàothùng xỉ Sau đó thép lỏng được rót vào thùng chứa thép Hiện nay thường ápdụng công nghệ ra thép ở đáy lệch tâm (Eccentric Bottom Tapping-EBT) vớilượng xỉ phủ trên bề mặt của thùng thép lỏng là ít nhất

Trong các nhà máy không có các thiết bị tinh luyện riêng thì các nguyên tốhợp kim được cho vào thép trước hoặc trong khi ra thép Các chất cho thêm nhưvậy cũng làm tăng lượng khói trong quá trình ra thép

Xỉ cần được vớt ra trong quá trình nóng chảy và oxi hóa ở cuối mẻ luyện,trước khi ra thép

 Tinh luyện

Tinh luyện thép thông thường được tiến hành trong lò thùng (Ladle

Furnace-LF) sau khi thép được lấy ra từ lò điện hồ quang Trong lò thùng, bể thép lỏng được nâng nhiệt bằng hồ quang điện và đồng đều hoá nhiệt độ cũng như thành phần hoá học bằng cách thổi khí argon Việc thổi khí argon còn có tácdụng khử sâu các tạp chất khí và tạp chất phi kim loại Ngoài ra còn bón dây nhôm và CaSi vào để khử sâu lưu huỳnh, ôxy

Để phôi thép không bám dính vào thành hộp kết tinh, người ta áp dụng cơ

cấu rung theo hướng đúc và bôi trơn hộp bằng dầu thực vật Khi ra khỏi hộp kếttinh, phôi thép được kéo ra liên tục và làm nguội bằng hệ thống giàn phun Saukhi được làm nguội, phôi thép được cắt theo chiều dài yêu cầu bằng máy cắtngọn lửa.

Theo nghiên cứu thị trường, thép là một trong những mặt hàng có nhu cầungày càng tăng và là một trong những yếu tố chủ chốt đối với hầu hết các ngànhcông nghiệp.Trong vài năm trở lại đây, nhu cầu thép của thế giới không ngừngtăng cùng với sự phát triển của nền kinh tế Để đáp ứng được nhu cầu của thịtrường, sản lượng thép của thế giới cũng tăng trưởng liên tục Trước tình hình

đó, Chính phủ đã có chủ trương khuyến khích mạnh các nhà đầu tư vào sảnxuất phôi thép nhằm tạo ra sự cân đối giữa khâu sản xuất phôi và khâu cán thép

để giảm bớt lượng ngoại tệ rất lớn mà Nhà nước phải bỏ ra để nhập khẩu phôihàng năm Vì vậy đã có nhiều dự án đầu tư luyện gang thép lớn được đầu tưvào Việt Nam như Nhà máy thép Lào Cai (công suất 1.000.000 tấn/năm), Khuliên hợp gang thép Formosa Hà Tĩnh (công suất giai đoạn 1 là 7.500.000tấn/năm), Nhà máy thép liên hợp Việt Nam (công suất giai đoạn 1 là 2.400.000tấn/năm) đưa ngành thép trong nước ngày càng phát triển

Sản xuất

Bảng: Sản lượng các công ty Thép lớn trong nước

TT Tên công ty Sản xuất

(tấn)

Bán hàng (bao gồm cả XK) (tấn)

Thị phần (%)

Tồn kho đến hết tháng 5 (tấn)

dù các nhà máy thép mới sử dụng chưa tới 50% công suất thiết kế nhưng lượngđiện tiêu thụ hàng năm đã lên gần 3,5 tỷ kWh Lượng than, dầu, điện ngành théptiêu thụ chiếm khoảng 6% tổng tiêu thụ năng lượng của các ngành công nghiệp.Bên cạnh đó, do công nghệ lạc hậu nên thời gian luyện 1 mẻ thép cũng cao gầngấp đôi so với trung bình trên thế giới Theo tính toán để luyện được 1 mẻ thép,các doanh nghiệp mất khoảng 90-180 phút (trung bình thế giới là 45-70 phút),tiêu hao điện từ 550-690 kWh/tấn (trung bình thế giới là 360-430 kWh/tấn).

Trong sản xuất thép, đầu vào gồm nguyên liệu (sắt thép vụn, sắt xốp, ganglỏng, vôi, than …), năng lượng (ôxy, than, khí thiên nhiên, điện năng, dầu …),nước và các vật tư khác (phero hợp kim, điện cực grafit, khí trơ, vật liệu chịu lửa

…) Các số liệu về tiêu hao nguyên nhiên liệu trong sản xuất thép lò điện ở Châu

Âu và Việt Nam được nêu trong bảng dưới đây:

Bảng: Tiêu hao nguyên nhiên liệu cho 1 tấn thép lò điện (tài liệu hướng dẫn đánh giá sản xuất sạch hơn ngành thép –trung tâm sản xuất sạch Việt

Nam, hợp phần sản xuất sạch trong công nghiệp)

1.130

1.200

Chương 2: Hiện trạng ô nhiễm không khí tại các công ty sản

xuất thép

1 Hiện trạng ô nhiễm không khí do hoạt động sản xuất thép.

Ngành thép là một trong những ngành công nghiệp có “tiềm năng” gây ônhiễm, suy thoái môi trường do có lượng chất thải gồm nước thải, khí thải vàchất thải rắn lớn và có nồng độ các chất ô nhiễm cao Một tổ hợp sản xuất càngsáp nhập nhiều khâu sản xuất ở mạn ngược chu trình chế biến bao nhiêu thìcàng ô nhiễm môi trường và càng tiêu thụ năng lượng bấy nhiêu.

- Khí thải từ các nhà máy luyện thép: Nguồn gây ô nhiễm không khí chủ yếucủa các nhà máy luyện thép là khói thải từ lò hồ quang, lượng khí thải này đượcước tính với lưu lượng là 50.000 M3/H cho lò hồ quang, khí thải chứa chủ yếu làbui với hệ số ô nhiễm là 20-30 kg/tấn sản phẩm, CO với hệ số ô nhiễm là 7-10kg/tấn sản phẩm Lấy ví dụ tại TPHCM, với toàn bộ các nhà máy thép của công

ty thép miền Nam hiện nay sẽ thải vào môi trường hàng năm một lượng chất ônhiễm là:

 Bụi 2.840 - 4.260 tấn/năm

 CO 994 - 1.420 tấn/năm

Dây chuyền sản xuất thép của Nhà máy thép đã cũ

- Khói thải từ các lò đúc nấu kim loại dạng thủ công: Khói thải từ nguồn này

có chứa các chất ô nhiễm như: SO2, CO, NO2, Bụi, CXHY

Thường gặp nhất là lò luyện thép hồ quang ở cả miền nam và miền bắc.Khi hoạt động, lò luyện thường làm ô nhiễm khu xung quanh vì khói bụi của quátrình sản xuất Trong khí thải của lò, lượng CO cho tới 15% – 20% (thể tích);

H2 chiếm 0.5% - 35% Tải lượng bụi trung bình tính theo thành phẩm là 6-9kg/tấn thép hay 3~10g/m3 khí thải Thành phần chủ yếu của bụi là oxit sắt, ngoài