Nghiên cứu xử lý SO2 trong khí thải lò đốt công nghiệp bằng phương pháp bán khô

Nội dung bài viết trình bày nghiên cứu xử lý SO2 trong khí thải lò đốt công nghiệp bằng phương pháp bán khô. Mời các bạn tham khảo chi tiết nội dung bài viết.

K t qu nghiên c u KHCN NGHIÊN C U X LÝ KHÍ SO2 TRONG KHÍ TH I LỊ T CÔNG NGHI P B NG PH NG PHÁP BÁN KHÔ T I ĐẶT VẤN ĐỀ nhiều năm nay, khí SO2 phát sinh từ lị đốt cơng nghiệp coi nguồn ô nhiễm lưu tâm công nghiệp, coi tác nhân gây tượng mưa axit, phá hủy cơng trình xây dựng Dựa vào sản phẩm sau trình xử lý, ta phân làm phương pháp xử lý sau: Phương pháp khô, phương pháp ướt phương pháp bán khô Trong cac phương pháp thi phương pháp ướt sử dụng nhiều có nhiều ưu điêm hiêu cao, dê vân hành, làm việc liên tục…; Tuy nhiên, phương pháp vân cịn tơn tai mơt sơ nhược điểm sử dung nhiêu lương nguyên liêu; đòi hỏi thông xử lý nước thải sau xử lý; dễ đóng cặn đường ơng câp dung dịch nêu sư dung chât kiêm vôi làm vật liệu hấp thụ Bên cạnh đó, mục tiêu phát triển bền vững, tiêt kiêm lương nguyên, nhiên vât liêu nên phương pháp bán TS Ph m Văn H i, ThS Ngô Qu c Khánh, KS Tr n Huy Toàn Vi n Nghiên c u KHKT B o h lao đ ng khô khô dành nhiều quan tâm nhà quản lý kỹ thuật Tuy vậy, hai phương pháp phương pháp bán khô nghiên cứu nhiều phương pháp có ưu điểm hiệu suất cao, trở lưc thâp, hoạt động liên tục, có thê xử lý khí thải có lẫn bui II TỔNG QUAN Về ngun lý phương pháp bán khơ tương tự phương pháp ướt, nhiên dịng khí thải từ lị đốt có nhiệt thừa cao nên lượng nhiệt lợi dụng nhằm bay lượng nước nên sản phẩm sau xử lý nước thải mà hạt chất rắn Huyền phù phun vào tháp xử lý thông qua hệ vòi phun, hạt huyền phù tương tác với pha khí SO2 bị hấp thụ vào huyền phù, sau tác dụng nhiệt thừa khí thải làm bay nước hạt huyền phù Sơ đồ nguyên lý chung phương pháp bán khơ mơ tả hình 1: Khí thải đến cơng đoạn xử lý khác Huyền phù Khí thải sau khí xử lý sơ cấp Hình S
đ cơng ngh chung x lý SO2 b ng ph

ng pháp bán khô 1: Tháp hấp thụ SO2; 2: Thùng chứa huyền phù; 3: Cánh khuấy; 4: Bơm huyền phù; 5: xyclon thu bụi; 6: Thùng chứa chất rắn Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2014 K t qu nghiên c u KHCN - Tháp hấp thụ SO2 thường tháp rỗng - Huyền phù thường sử dụng Ca(OH)2, NaOH… nhiên Ca(OH)2 dùng nhiều tính kinh tế hiệu suất xử lý SO2 chấp nhận Theo nghiên cứu tác giả Xiaoxun Ma cộng [3] chế hấp thụ SO2 huyền phù Ca(OH)2 bao gồm bước: Khuếch tán SO2 từ pha khí tới bề mặt hạt huyền phù; Hấp thụ SO2 hạt huyền phù; Phản ứng SO2 Ca(OH)2 ; Bay nước từ hạt huyền phù • Bước 1: Khuếch tán SO2 từ pha khí tới bề mặt hạt huyền phù Quá trình khuếch tán phụ thuộc vào chế độ dòng chảy tháp xử lý SO2, kích thước hạt huyền phù, nồng độ chất rắn huyền phù, mức độ tương tác tháp xử lý… Dựa số giải thiết như: Các hạt huyền phù hình cầu; Khơng có phản ứng giai đoạn này; Bỏ qua ảnh hưởng độ pH bề mặt hạt; Vòi phun làm việc ổn định; Ảnh hưởng hiệu ứng nhiệt khuếch tán thấp; Nồng độ pha khí phân bố đồng đều; Q trình khuếch tán giảm theo dịng xuống cua pha lỏng hàm thời gian tiếp xúc với pha khí; Q trình hấp thụ SO2 nước hấp thụ vật lý… Amitava Bandyopadhyay cộng [4] đưa phương trình mơ tả tốc độ khuếch tán SO2 từ pha khí vào pha nước sau: Trong R1: Tốc độ khuếch tán (kg/s) Ddj: Đường kính hạt huyền phù j (m) D: Hệ số khuếch tán SO2 pha khí (m2/s) D’: Hệ số khuếch tán SO2 pha lỏng (m2/s) Re: Chuẩn số Renold Sc: Chuẩn số Schmidt C∞: Nồng độ SO2 pha khí (kg/m3) C’: Nồng độ SO2 ban đầu pha lỏng (kg/m3) t: Thời gian tiếp xúc (s) • Bước 2: Hấp thụ SO2 hạt huyền phù • Bước 3: Phản ứng SO2 Ca(OH)2 • Bước 4: Bay nước từ hạt huyền phù Bên cạnh việc bay nước từ hạt huyền phù, Nếu pha huyền phù có CaCO3 dịng khí có dư O2 SO2 cịn sảy phản ứng phụ sau: Tổng hợp phản ứng hóa học ta có phản ứng tổng qt q trình sau: III NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM Để đánh giá, nghiên cứu ảnh hưởng thông số kỹ thuật bao gồm: Vận tốc, áp lực vòi phun nồng độ huyền phù lên hiệu Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Soá 1,2&3-2014 K t qu nghiên c u KHCN xuất xử lý SO2 phương pháp bán khơ, nhóm thực đề tài lựa chọn, tính tốn xây dựng sơ đồ giá thí nghiệm với dịng huyền phù khí thải ngược chiều hình 2: Hình S
đ giá thí nghi m x lý SO2 b ng ph

ng pháp bán khơ 1: Lị đốt; 2: Buồng khuấy trộn; 3: Thiết bị xử lý; 4, 5: Van; 6, 7: Xyclon; 8: Thiết bị lọc bụi túi vải; 9: Máy thổi khí; 10: Van điểu chỉnh áp lực; 11: Van; 12: Lưu tốc kế; 13: Thùng chứa huyền phù; 14: Động khuấy; 15: Bơm huyền phù; 16: Van; 17: Vòi phun huyền phù; 18: Máy biến tần 3.1 Các thiết bị giá thí nghiệm: - Lị đốt than: Kích thước D300x500; Wmax: 9kg/h - Buồng hịa trộn khí: Kích thước D300x500 - Vịi phun: Vịi phun khí nén có đường kính vịi phun 3mm, suất phun tối đa vòi phun 2kg/h - Thiết bị xử lý SO2: Kích thước D150X1500; Qmax= 260 m3/h - Thiết bị xử lý bụi: Gồm Xyclon có đường kính D80; Thiết bị lọc bụi túi vải kích thước 500x500x800 - Máy thổi khí: Lưu lượng: Q= 200 m3/h; Áp lực: 7000mm H2O - Bơm cấp huyền phù: Nmax: 56 l/h; Áp lực: mH2O - Thùng khuấy trộn dung dịch: Kích thước D500x500; Động khuấy N=1,1kW; Tốc độ vòng quay: 20-30 vịng/phút 3.2 Mơ tả giá thí nghiệm: Khí thải từ lị đơt cơng nghiệp mơ thơng qua lị đốt than (1), sau qua buồng khuấy trộn (2), có chất nhiễm nhiệt độ điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện đầu vào ban đầu Khí thải sau đạt giá trị phù hợp từ lên qua thiết bị xử lý SO2 (3) Huyền phù Ca(OH)2 chứa thùng chứa (12) bơm lên vòi phun (17) nhờ bơm huyền phù (15) điều chỉnh lưu lượng thơng qua van (16) Khí nén cung cấp từ máy nén khí qua van điều áp (10) lưu tốc kế (11) trước vào vòi phun Huyền phù phun từ xuống ngược chiều với dịng khí thiết bị xử lý Tại xẩy trình xử lý SO2, sau dịng khí thải qua hệ thống tách bụi, chất rắn bao gồm xyclon (7) thiết bị lọc bụi túi vải (8) Dòng khí thải sau tách bụi chất rắn qua máy thổi khí (9) ngồi theo đường ống Máy thổi khí điều chỉnh kiểm soát máy biến tần (18) 3.3 Trang thiết bị đo đạc sử dụng giá thí nghiệm Các thơng sơ thơng thí nghiệm đươc đo đac thông qua thiết bị sau: - Lưu lượng dịng khí thải xác định thơng qua vi áp kế ALNOR AXD 550 thiết bị đo vận tốc gió Testo 445 - Nhiệt độ dịng khí thải xác định vị trí theo sơ đồ thí nghiệm A, B, C D thiết bị đo khí thải lị GTH1300 Digital Thermal meter TESTO 350 XL - Tổn thất áp suất qua thiết bị xử lý SO2, xyclon lọc bụi túi vải xác định áp kế chữ U - Nồng độ khí thải có chứa SO2 xác định điểm A, B, C D theo sơ đồ thí Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2014 K t qu nghiên c u KHCN nghiệm thông qua hai thiêt bị đo nhanh Drager MSI Pro2, TESTO 350 XL 01 thiết bị phân tích phịng thí nghiệm 300 UV-VIS - Ngồi khí lại CO2, CO, NOx xác định vị trí thơng qua thiết bị TESTO 350 XL - Hàm lương bui: Nồng độ bụi đầu vào (Điểm A) đầu (Điểm D) đươc xác định thông qua bô lây mâu bui đường ông với bơm Casella Ngoài ra, Đề tài xác định lượng bụi đáy thiết bị xử lý đáy xyclon để biết lượng bụi thứ cấp sinh Bên cạnh đó, đề tài tiến hành phân tích dải kích thước hạt chất rắn dung dịch huyền phù hạt bụi thu sau thiết bị xử lý thiết bị Laser Scattering Particle Size Distribution Analyzer LA-950 IV KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1 Kết đo đạc vận tốc trở lực qua thiết bị xử lý Các chế độ vận tốc lưu lượng dịng khí thải kiểm sốt điều chỉnh nhờ máy biến tần đo đạc thể bảng B ng M i quan h gi a t n s v n t c/l
u l
ng, tr l c Tần số (Hz) vK_KL (kg/m2/s) QK (kg/h) 20 0.90 30 ǻP ǻPAB (mmH2O) ǻPBC (mmH2O) ǻPCD (mmH2O) 57.42 20 64 60 1.42 90.23 30 72 70 40 2.00 131.24 50 130 110 50 2.58 164.05 70 200 170 vòi phun 0,17 MPa, đây, hiệu suất xử lý SO2 đạt giá trị cao khoảng 95,1 % 4.3 Đánh giá ảnh hưởng thông số kỹ thuật đến hiệu suất xử lý SO2 4.3.1 Đánh giá nh h
ng c a v n t c khí th i thi t b Vận tốc khí thải khơng ảnh hưởng đến chế độ chảy dịng khí thiết bị mà thông số quan trọng ảnh hưởng đến hệ số chuyển khối khả tiếp xúc pha khí pha huyền phù thiết bị xử lý SO2 Ảnh hưởng vận tốc khí thải lên hiệu suất xử lý SO2 khí thải lị đốt cơng nghiệp phương pháp bán khô thể hình Khi vận tốc theo khối lượng 1,42 kg/m2/s tương ứng với 4.2 Số liệu thí nghiệm Kết thí nghiệm với thơng số kỹ thuật Vận tốc (vK_KL ), áp lực vòi phun (pK)và nồng độ huyền phù (CCa(OH)2) thể bảng Sử dụng phần mềm Modde 5.0 để xử lý số liệu thực nghiệm ta xây dựng phương trình hồi qui mơ tả thực nghiệm sau: Từ phương trình hồi qui mô tả mối quan hệ thông số kỹ thuật với hiệu suất xử lý SO2 khí thải lị đốt cơng nghiệp phương pháp bán khơ ta thấy: Q trình xử lý SO2 tốt nồng độ dung dịch huyền phù 0,25 kg/kg; vận tốc khí thải theo khối lượng thiết bị xử lý 2,00 kg/m2/s, áp lực Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2014 K t qu nghiên c u KHCN chế độ chảy độ (Re= 8000) hiệu suất thấp, khi vận tốc theo khối lượng khí thải tháp kg/m2/s tương ứng với chế độ chảy rối (Re = 11680) tháp hiệu suất lại tăng Nhưng vận tốc khối lượng tháp 2,58 kg/m2/s (Re = 14600) hiệu suất lại giảm hạt dung dịch vừa khỏi vòi phun bị ngồi theo dịng khí khơng đủ thời gian phản ứng với SO2 thiết bị xử lý B ng B ng s li u k t qu thí nghi m Chế độ vK_KL (kg/m2/s) C Ca(OH)2 (kg/kg) 0,10 1,42 0,20 pK (MPa) (%) 0,1 40.90 0,15 60.25 0,2 57.59 0,1 62.86 0,15 76.76 0,2 78.65 K SO2 0,1 61.44 0,15 81.09 0,2 75.57 10 0,1 57.71 0,15 74.82 12 0,2 73.05 13 0,1 72.54 0,15 88.60 15 0,2 88.70 16 0,1 68.18 0,15 89.82 18 0,2 92.24 19 0,1 44.35 0,15 65.80 21 0,2 74.49 22 0,1 66.91 0,15 0,30 0,10 11 14 2,00 0,30 17 0,10 20 23 0,20 2,58 0,20 24 0,2 86.30 84.44 25 0,1 62.27 0,15 85.67 0,2 85.61 26 27 0,30 4.3.2 Đánh giá nh h
ng c a n ng đ huy n phù Nồng độ huyền phù ảnh hưởng đến lượng Ca(OH)2 hữu dụng tham gia phản ứng với SO2 khí thải, bên cạnh ảnh hưởng đến mật độ hạt huyền phù xử lý độ chuyển khối pha khí pha huyền phù tương tác với thiết bị Ảnh hưởng nồng độ huyền phù lên hiệu suất xử lý SO2 khí thải lị đốt cơng nghiệp phương pháp bán khơ thể hình Khi nồng độ dung dịch tăng hiệu suất xử lý SO2 tăng lên Tuy nhiên, nồng độ dung dịch tăng từ 0,20 đến 0,30 kg/kg hiệu suất xử lý SO2 tăng lên không đáng kể lượng SO2 phản ứng bão hòa với Ca(OH)2 Khi nồng độ tăng lên nồng độ chất hấp thụ Ca(OH)2 hạt dung dịch tăng lên làm tăng hiệu phản ứng tăng hiệu suất xử lý SO2 4.3.3 Đánh giá nh h
ng c a áp l c vòi phun Áp lực vòi phun thơng số ảnh hưởng đến kích thước hạt huyền phù, vận tốc hạt huyền phù từ vịi phun, thơng số có ảnh hưởng đến hệ số chuyển khối, tốc độ chuyển khối bề mặt tương tác pha khí huyền phù (hình 5) Khi áp lực vịi phun tăng lên kích thước hạt dung dịch huyền phù giảm làm tăng diện tích bề mặt Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2014 CCa(OH)2 =0,2 kg/kg Kết luận Phương trình mơ tả mối quan hệ hiệu suất xử lý SO2 vào số thống số kỹ thuật mô tả công thức (12) Căn vào phương trình hồi qui chế độ vận hành tối ưu thiết bị xử lý SO2 phương pháp bán khơ là: Vận tốc khí: 2,0 kg/m2/s; Nồng độ huyền phù: 0,25 kg/kg; Áp lực vịi phun: 0,17MPa, hiệu suất xử lý SO2 đạt 95,1% Tại chế độ nồng độ SO2 thấp khí thải lị đốt cơng nghiệp sau xử lý phương pháp bán khô thải ngồi mơi trường đạt 56 ppm (tương đương 158 mg/m3) thấp giá trị cho phép QCVN 19:2009/BTNMT 500 mg/m3 sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ công nghiệp hoạt động kể từ ngày 16 tháng 01 năm 2007 sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ công nghiệp với thời gian áp dụng kể từ ngày 01 tháng 01 năm 2015 Mặc dù kết nghiên cứu phương pháp bán CCa(OH)2 =0,3 kg/kg riêng hạt dung dịch Do áp lực vịi phun tăng lên làm diện tích bề mặt hạt dung dịch tăng lên làm tăng khả xử lý SO2 khí thải Tuy nhiên, áp lực vịi phun tăng lên hạt chất lỏng lại dễ dàng bị không tham gia phản ứng xử lý SO2 tháp làm hiệu suất xử lý SO2 giảm CCa(OH)2 =0,1 kg/kg K t qu nghiên c u KHCN Hình nh h
ng c a v n t c khí th i lên hi u qu x lý SO2 Taïp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2014 K t qu nghiên c u KHCN VK_KL =1,42 kg/m2/s khô phương pháp có nhiều hứa hẹn, nhiên cịn tồn số vấn đề sau: - Điều khiển vòi phun trình phức tạp, vào nhiệt độ đầu vào đầu khí thải mà điều chỉnh lưu lượng huyền phù phun vào thiết bị xử lý - Huyền phù Ca(OH)2 dễ đóng cặn điều kiện nhiệt độ cao, phương pháp phù hợp qui trình làm việc liên tục cần phải vệ sinh sau làm việc TÀI LIỆU THAM KHẢO VK_KL =2,00 kg/m2/s [1] Trần Ngọc Chấn, Ơ nhiễm khơng khí xử lý khí thải, Nhà xuât Khoa học kỹ thuật, 2001 [2] Trần Văn Phú, Kỹ thuật sấy, Nhà xuất Giáo dục, 2008 [3] Xiaoxun Ma, Takao Kaneko, Tsutomu Tashimo, Tadashi Yoshida, Kunio Kato, Use of limes for SO2 removal from fuel gas in the semidry FGD process with powder-particle spouted bed, Chemical Engineering Science, 2000 VK_KL =2,58 kg/m2/s [4] Amitava Bandyopadhyay, Manindra N Biswas, Modeling of scrubbing in spray towers, Science of total Environment, 2007 Hình nh h
ng c a n ng đ huy n phù lên hi u qu x lý SO2 [5] G Krammer, Ch Brunner, J Khinast, C Stadinger, Reaction of Ca(OH)2 with SO2 at low temperature, Industrial Chemical Engineering, 1997 [6] Peter Dybdahl Hede, Poul Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2014 K t qu nghiên c u KHCN VK_KL =1,42 kg/m2/s Bach, Anker D Jensen, Twofluid spray atomization and pneumatic nozzles for fluid bed coating/agglomeration purpose: A review, Chemical Engineering Science, 2008 [7] H.H.Hausner, H.W.Antes, G.D.Smith(Eds.), Modern Developments in Powder Metallurgy, Metal Powder I n d u s t r i e s Federation,Princeton,N.J.,1981 [8] Unated states Environmental Protection Agency, Air pollution control technology fact sheet, EPA – 452/F-03-034, 2000 VK_KL =2,00 kg/m2/s [9] Gutierrez Ortiz, F.J, Ollero P, A pilot plant technical assessment of an advanced Induct Desulfurization process, Jounal of Hazard Material, 2001 [10] Gutierrez Ortiz, F.J, Ollero P, Fuel gas Desirfurization in an advanced In-duct Desulfurization process, Jounal of Hazard Material, 2003 VK_KL = 2,58 kg/m2/s [11] YueguiZhou, etc., Study on a Novel Semidry Flue Gas Desulfurization with Multifluid Alkaline Spray Generator, Industrial and Engineering Chemitry Research, 2005 [12] Xiaxun Lui, etc, Simultaneous Removal of SO2 and Small Particles in a Multistage Spouted Fluidized Tower, Energy Fuel, 2006 Hình nh h
ng c a áp l c vòi phun lên hi u qu x lý SO2 10 Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2014 ... tốc khí: 2,0 kg/m2/s; Nồng độ huyền phù: 0,25 kg/kg; Áp lực vòi phun: 0,17MPa, hiệu suất xử lý SO2 đạt 95,1% Tại chế độ nồng độ SO2 thấp khí thải lị đốt cơng nghiệp sau xử lý phương pháp bán khô. .. dịng khí thiết bị mà thơng số quan trọng ảnh hưởng đến hệ số chuyển khối khả tiếp xúc pha khí pha huyền phù thiết bị xử lý SO2 Ảnh hưởng vận tốc khí thải lên hiệu suất xử lý SO2 khí thải lị đốt. .. tăng khả xử lý SO2 khí thải Tuy nhiên, áp lực vịi phun tăng lên hạt chất lỏng lại dễ dàng bị không tham gia phản ứng xử lý SO2 tháp làm hiệu suất xử lý SO2 giảm CCa(OH)2 =0,1 kg/kg K t qu nghiên