Nghiên cứu các giải pháp nâng cấp hệ thống xử lý SOx tại các nhà máy nhiệt điện đốt than Nghiên cứu các giải pháp nâng cấp hệ thống xử lý SOx tại các nhà máy nhiệt điện đốt than Nghiên cứu các giải pháp nâng cấp hệ thống xử lý SOx tại các nhà máy nhiệt điện đốt than luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TÔ NGỌC TRUNG NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CẤP HỆ THỐNG XỬ LÝ SOX TẠI CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt Mã số: 15BKTN-TB-01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TÔ NGỌC TRUNG NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CẤP HỆ THỐNG XỬ LÝ SOX TẠI CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt Mã số: 15BKTN-TB-01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN: PGS.TS TRẦN GIA MỸ Hà Nội, 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết luận văn trung thực chƣa có cơng bố cơng trình Hà Nội, ngày 29 tháng 09 năm 2017 Tác giả TÔ NGỌC TRUNG LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu giải pháp nâng cấp hệ thống xử lý SOx nhà máy nhiệt điện đốt than” đƣợc hoàn thành thời gian từ tháng 02 năm 2017 đến tháng 09 năm 2017 Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt Lạnh, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Tác giả xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt - Lạnh, đặc biệt giáo viên hƣớng dẫn: PGS TS Trần Gia Mỹ, thầy giáo Viện Khoa học Cơng nghệ Nhiệt - Lạnh tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Ban Quản lý Dự án Điện lực Dầu khí Thái Bình – Tập đồn Dầu khí Việt Nam tạo điều kiện, hỗ trợ giúp đỡ suốt q trình hồn thành khóa học Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến gia đình ngƣời thân khuyến khích, động viên chỗ dựa tinh thần cho tác giả q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Hà Nội, ngày 29 tháng 09 năm 2017 Tác giả TÔ NGỌC TRUNG MỤC LỤC MỞ ĐẦU …………………………………………………………….……….… a Tính cấp thiết đề tài b Mục đích nghiên cứu c Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu d Phƣơng pháp nghiên cứu e Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài f Điểm luận văn CHƢƠNG TÍNH CẤP THIẾT VÀ THỰC TRẠNG CỦA VIỆC XỬ LÝ SOX 1.1 Tính cấp thiết việc xử lý SOx 1.1.1 Xu hƣớng phát triển nhiệt điện đốt than Việt Nam 1.1.2 Lƣợng khí SOx thải hàng năm 1.1.3 Các tác hại SOx 1.1.4 Yêu cầu môi trƣờng 1.2 Thực trạng việc xử lý SOx 11 1.2.1 Lò đốt than phun (Pulverized Coal - PC) 12 1.2.2 Lò đốt tầng sơi tuần hồn (Circulating Fluidized Bed - CFB) 14 1.2.3 Hệ thống khử lƣu huỳnh nhà máy nhiệt điện hiệu 16 Kết luận chƣơng 20 CHƢƠNG SỰ HÌNH THÀNH VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ SOx TRONG CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN 21 2.1 Sự hình thành SOx buồng đốt lị 21 2.2 Các biện pháp xử lý SOx 23 2.2.1 Hấp thụ khí SO2 nƣớc 23 2.2.2 Xử lý khí SO2 đá vôi, nƣớc vôi vôi nung 25 2.2.3 Xử lý SO2 ammonia 30 2.2.4 Xử lý khí SO2 magie oxyde MgO 35 2.2.5 Xử lý khí SO2 chất hấp phụ thể rắn 36 Kết luận chƣơng 40 CHƢƠNG CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG XỬ LÝ SOX 41 3.1 Sử dụng nguồn nhiên liệu lƣu huỳnh 41 3.1.1 Tính tốn phát thải SOx đốt 100% than antraxit 41 3.1.2 Tính tốn phát thải SOx đốt hỗn hợp than khí than ƣớt 44 3.1.3 Sản xuất khí than ƣớt 53 3.2 Nâng cao hiệu tháp hấp thụ 56 3.2.1 Mơ hình tốn học tháp hấp thụ 56 3.2.2 Các giải pháp nâng cao hiệu 60 Kết luận chƣơng 64 CHƢƠNG MÔ PHỎNG CFD (COMPUTATION FLUID DYNAMICS) 65 4.1 Giới thiệu CFD 65 4.2 Cơ sở lý thuyết mơ CFD mơ hình cháy hạt than 69 4.2.1 Các phƣơng trình chủ đạo mơ CFD 69 4.2.2 Mơ hình dòng chảy rối 71 4.2.3 Mơ hình xạ 72 4.2.4 Mơ hình cháy bột than 73 4.2.5 Mơ hình cháy lƣu huỳnh nhiên liệu 74 4.3 Thơng số đầu vào để thiết lập mơ hình 75 4.4 Kết tính mơ CFD 79 4.4.1 Trƣờng nhiệt độ 79 4.4.2 Trƣờng nồng độ SOx 81 Kết luận chƣơng 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Dự kiến cân đối cung cầu than sau điều chỉnh [8] Bảng 1.2 Hàm lƣợng lƣu huỳnh vùng than Quảng Ninh TCVN 8910-2011, [1] Bảng 1.3 Ƣớc tính phát thải khí SO2 hàng năm đốt than [2] Bảng 1.4 Giới hạn nồng độ SO2 gây độc sức khỏe ngƣời [4] Bảng 1.5 Giới hạn nồng độ SO2 gây độc thực vật [4] Bảng 1.6 Nồng độ khí thải công nghiệp nhiệt điện theo loại nhiên liệu sử dụng [3] 10 Bảng 1.7 Nồng độ SOx giới hạn cho phép giới [17] 11 Bảng 1.8 Thông số than NMNĐ Thái Bình [11] 17 Bảng 1.9 Thơng số định mức tính tốn thiết kế hệ thống FGD NMNĐ Thái Bình [11] 19 Bảng 2.1 Lƣợng nƣớc lý thuyết để hấp thụ SO2 đến trạng thái bão hòa ứng với nhiệt độ nồng độ SO2 khác khí thải [4] 24 Bảng 2.2 Quan hệ hiệu hấp thụ η với vận tốc khí υ tiết diện ngang hấp thụ [4] 28 Bảng 2.3 Quan hệ hiệu hấp thụ η với độ pH dung dịch đá vôi [4] 28 Bảng 2.4 Thời gian làm việc thời gian hoàn nguyên hệ thống [4] 39 Bảng 3.1 Kết tính phát thải đốt than antraxit NMNĐ Thái Bình 41 Bảng 3.2 Thành phần khí than ƣớt dùng để đốt kèm than 45 Bảng 3.3 Thành phần tỉ lệ khối lƣợng than khí than ƣớt 46 Bảng 3.4 Tính sản phẩm cháy lƣợng phát thải hỗn hợp nhiên liệu antraxit khí than ƣớt 47 Bảng 3.5 Đánh giá so sánh giải pháp đốt than kèm khí than ƣớt 52 Bảng 3.6 Thơng số lị khí hóa than cơng suất 18.000 m3/h [12] 54 Bảng 3.7 Thơng số đƣờng ống cấp khí than ƣớt 56 Bảng 3.8 Kết tính tốn hiệu suất dựa công thức thực nghiệm 59 Bảng 3.9 Hiệu suất tăng tỉ lệ L/G tăng từ 0,00452 lên 0,00678 61 Bảng 3.10 Tỉ lệ L/G cần để trì hiệu suất nồng độ SO2 đầu vào tăng 62 Bảng 3.11 Thông số axit hữu [14] 63 Bảng 4.1 Thông số đầu vào mơ hình q trình cháy hỗn hợp than (A) cháy than kèm khí (B) 75 Bảng 4.2 Chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng lƣới 78 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ bố trí hệ thống xử lý khói thải lị PC 13 Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống WFGD 14 Hình 1.3 Sơ đồ lị tầng sơi tuần hoàn 15 Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống thiết bị khử SOx đá vôi 17 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 nƣớc [4]: 25 Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 sữa vôi [4]: 26 Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 ammonia [4]: 31 Hình 2.4 Sơ đồ xử lý khí SO2 ammonia có chƣng áp [4]: 33 Hình 2.5 Sơ đồ xử lý khí SO2 ammonia vơi [4]: 34 Hình 2.6 Sơ đồ lị với lớp than “tầng sơi” [4] 37 Hình 2.7 Hiệu khử SO2 đƣa trực tiếp CaO + MgO vào buồng đốt [7]: 38 Hình 2.8 Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 than hoạt tính [4] 39 Hình 3.1 Sơ đồ vị trí vùng cấp khí than ƣớt vào buồng đốt W 46 Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống thiết bị sản xuất khí than ƣớt oxygen nƣớc 54 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp khí than ƣớt cho lị 55 Hình 3.4 Cấu tạo mặt cắt dọc vùng cháy (vùng I) vùng cháy phụ (vùng II) 55 Hình 3.5 Mơ hình tháp hấp thụ 57 Hình 3.6 Bố trí giàn phun vịi phun mơ hình mơ 60 Hình 3.7 Sự thay đổi hiệu suất khử SO2 theo tỉ lệ L/G 61 Hình 3.8 Vòi phun SHC DHC hãng BETE chế tạo 63 Hình 3.9 Nồng độ pH dung dịch sữa đá vôi với tỉ lệ bổ sung axit hữu 63 Hình 4.1 Định nghĩa CFD 65 Hình 4.2 Ba phƣơng pháp nghiên cứu học chất lƣu 66 Hình 4.3 Mơ hình 3D buồng lửa dựng phần mềm ANSYS 77 Hình 4.4 Mơ hình buồng đốt 3D sau đƣợc chia lƣới 78 Hình 4.5 Sự phân bố nhiệt độ mặt cắt 79 Hình 4.6 Sự phân bố nhiệt độ mặt cắt 80 Hình 4.7 Sự phân bố nhiệt độ mặt cắt Z=0 80 Hình 4.8 Sự phân bố trƣờng nồng độ SOx buồng lửa (A) 81 Hình 4.9 Sự phân bố trƣờng nồng độ SOx buồng lửa (B) 82 Hình 4.10 Kết so sánh trƣờng nhiệt độ hai phƣơng án A B 82 Hình 4.11 Kết so sánh trƣờng nồng độ SOx hai phƣơng án A B 83 Hình 4.12 Phân bố nồng độ SO2 mặt cắt ngang vùng cháy (vùng I) 84 Hình 4.13 Phân bố nồng độ SO2 mặt cắt ngang vùng cháy phụ (vùng II) 84 - Khi tăng tỉ lệ L/G lên 1,55 lần với nồng độ SOx đầu vào tăng từ 1.508 lên 2.650 mg/m3, hiệu khử SOx đáp ứng đƣợc yêu cầu nồng độ đầu tháp hấp thụ ≤ 350 mg/m3 - Khi bổ sung thêm axit Adipic, hiệu khử SOx tỉ lệ thuận với độ điện ly axit bổ sung Kiến nghị: Tiếp tục nghiên cứu sâu thực tế để kiểm nghiệm kết thu đƣợc từ q trình tính tốn kết mơ máy tính Giải pháp đốt than kèm khí để giảm phát thải khí SOx có ý nghĩa kỹ thuật áp dụng vào thực tế Tuy nhiên, cần phải có đánh giá chi tiết cụ thể yếu tố kinh tế kỹ thuật, hiệu giải pháp để đề xuất áp dụng vào thực tế 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bảng thông số mỏ than Việt Nam TCVN 9810-2001 [2] Bộ Công thƣơng, Viện Năng lƣợng, Báo cáo đánh giá môi trường chiến lược Dự án “Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 20112020 có xét đến 2030 (QHĐ VII, Hà Nội, năm 2011 [3] Bộ Tài Nguyên Môi Trƣờng, QCVN 22-2009-BTNMT Khí thải cơng nghiệp nhiệt điện, Hà Nội, 2009 [4] GS.TS Trần Ngọc Chấn, Ơ nhiễm Khơng khí Xử lý khí thải, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2001 [5] Lê Đức Dũng, Nghiên cứu tích hợp modun phần mềm mơ ANSYS ACADEMIC RESEARCH CFD phục vụ nghiên cứu trình cháy bột than Báo cáo chuyên đề 7.1, Đề tài khoa học KC.05.25/11-15, Hội Khoa học kỹ thuật Nhiệt Việt Nam, 2015 [6] Phạm Toàn Đức, Đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu sử dụng phế thải tro xỉ than nhà máy nhiệt điện Hải Phòng làm phụ gia cho bê tơng”, Hải Phịng, 2013 [7] PGS TS Trần Gia Mỹ, Đánh giá sơ phát thải oxyt lưu huỳnh SOx đốt than Việt Nam biện pháp xử lý, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ 05/2003; [8] Nguyễn Chiến Thắng, Luận án tiến sỹ kỹ thuật nhiệt: Nghiên cứu số giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit Việt Nam buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện, Hà Nội, tháng 07/2017; [9] Tập đồn than khống sản, Tạp chí hóa chất số 3, năm 2013; [10] José L.Figueiredo and Jacob A Moulijn, Carbon and Coal Gasification, NATO ASI Serie 1986 [11] Babcook Wilcox – Thai Binh Boiler document, 2014 [12] G.J Pitt and G.R Millward, Coal and Modern coal processing: an introduction, Academic Press, 1979 [13] Gordon Maller, Jame Noblett, Mark Denlinger–New Technologies to Improve the Performance and Reliability of Older FGD system-URS coporation, Texas, USA, 2007 88 [14] Romualdo Salcedo, Flue gas desulphurization throut wet limestone process adding acids, Department of Chemical Engineering, 07/2010 [15] Manyin Hu, Hezhong Tian, Lidong Wang, Shuqin Wang, Effects of Boiler Operation on Wet Flue Gas Desulphurization System, North China Electric Power University, Baoding, China, 2004 [16] R.K Srivastava, C.A Miller, Emissions of Sulphur Trioxyde from CoalFired Power Plants, Air pollution prevent and control Division EPACarolina, USA, 2004 [17] http://www.chinafaqs.org 89 ... chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu giải pháp nâng cấp hệ thống xử lý SOx nhà máy nhiệt điện đốt than? ?? có ý nghĩa thực tiễn b Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận văn: Nghiên cứu lý thuyết thực... buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện Việt Nam, đồng thời nghiên cứu chế hình thành khí độc hại SOx q trình cháy, thực trạng giải pháp xử lý khí SOx khói thải nhà máy nhiệt điện đốt than Với lý. .. ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TÔ NGỌC TRUNG NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CẤP HỆ THỐNG XỬ LÝ SOX TẠI CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt Mã số: 15BKTN-TB-01 LUẬN VĂN THẠC