Xây dựng bộ hệ số phát thải cho các nguồn dân sinh sử dụng nhiên liệu hóa thạch

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ================ LÊ PHƯƠNG THÙY Xây dựng hệ số phát thải cho nguồn dân sinh sử dụng nhiên liệu hóa thạch Chuyên ngành : Kĩ thuật Môi trường LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Thạc sĩ Kĩ thuật Môi trường NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nghiêm Trung Dũng Hà Nội – 2010 LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Giáo viên hướng dẫn – TS Nghiêm Trung Dũng, người tận tình bảo cho tơi lời khun hữu ích để tơi hồn thành tốt luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, đặc biệt thầy cô, anh chị cán trung tâm Quan trắc môi trường phịng thí nghiệm Phối hợp nghiên cứu tái chế chất thải nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho tơi hồn thành nhiệm vụ Tơi xin cảm ơn góp ý, chia sẻ kinh nghiệm anh chị, bạn bè thời gian tiến hành thực nghiệm Cuối xin chân thành cảm ơn người gia đình tạo điều kiện tốt để tơi học tập, nghiên cứu hoàn thành tốt luận văn thời hạn Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2010 Học viên Lê Phương Thùy LỜI CAM ĐOAN Tôi Lê Phương Thùy, học viên cao học lớp KTMT 2008-2010, thực đề tài: “Xây dựng hệ số phát thải cho nguồn dân sinh sử dụng nhiên liệu hóa thạch” hướng dẫn TS Nghiêm Trung Dũng Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu thảo luận luận văn thật không chép tài liệu khác MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ _ DANH MỤC CÁC BẢNG _ MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ DO ĐỐT NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH 1.1 Sơ lược nhiên liệu hóa thạch 1.1.1.Than _ 1.1.2 Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) 1.2 Ơ nhiễm khơng khí tác hại đốt nhiên liệu hóa thạch 1.2.1.Bụi _ 10 1.2.2 CO _ 10 1.2.3 SO 11 1.2.4 NO x 11 CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI CỦA NGUỒN TĨNH 13 2.1 Hệ số phát thải 13 2.2 Phương pháp xác định hệ số phát thải 13 2.3 Phương pháp xác định nồng độ bụi nguồn tĩnh 15 2.3.1 Vị trí lấy mẫu _ 15 2.3.2 Quá trình lấy mẫu _ 17 2.4 Phương pháp xác định nồng độ chất nhiễm dạng khí 18 2.4.1 Phương pháp lấy mẫu khí _ 18 2.4.2 Phương pháp đo trực tiếp 20 CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM _ 22 3.1 Thiết bị vật tư sử dụng 22 3.2 Hệ thống chụp hút 23 3.2.1 Thiết bị _ 23 3.2.2 Nguyên lý thiết kế _ 23 3.3 Quá trình thực nghiệm 27 3.3.1 Chuẩn bị trước đốt 27 3.3.2 Tiến hành thực nghiệm _ 28 3.4 Tính tốn _ 31 3.4.1 Nồng độ chất ô nhiễm 31 3.4.2 Hệ số phát thải _ 33 3.4.3 Xác định lưu lượng 33 3.4.4 Xác định nhiệt độ _ 34 3.4.5 Xác định độ ẩm than 34 3.4.6 Phần không cháy tốc độ cháy nhiên liệu 35 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 4.1 Kết thông số phụ trình đốt than 35 4.2 Hệ số phát thải than gas 38 4.2.1 Hệ số phát thải chất khí bụi than 38 4.2.2 Hệ số phát thải chất khí bụi gas _ 46 4.3 Tính tốn phát thải khu vực quận Thanh Xuân 48 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO _ 52 PHỤ LỤC 54 PHỤ LỤC 1: Vị trí điểm lấy mẫu ống khói có tiết diện trịn 54 PHỤ LỤC 2: Một số hình ảnh thiết bị sử dụng trình thực nghiệm 55 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Chương II Hình 2.1: Số điểm tối thiểu để lấy mẫu 15 Hình 2.2: Vị trí số lượng điểm lấy mẫu tiết diện tròn tiết diện chữ nhật .16 Chương III Hình 3.1: Hệ thống giá thí nghiệm .24 Chương IV Hình 4.1.So sánh hệ số phát thải SO thí nghiệm thí nghiệm khác 40 Hình 4.2.So sánh hệ số phát thải CO thí nghiệm thí nghiệm khác 40 Hình 4.3.Đồ thị diễn biến nồng độ CO, SO nhiệt độ khí thải theo thời gian hai loại than 42 Hình 4.4 So sánh kết hệ số phát thải CO với loại gas thí nghiệm khác 47 DANH MỤC CÁC BẢNG Chương I Bảng 1.1 Tác hại NO phụ thuộc vào nồng độ thời gian tiếp xúc 11 Chương II Bảng 2.1 Số điểm lấy mẫu theo đường kính ống khói……………………………… 15 Chương III Bảng 3.1.Thiết bị cho phép đo thơng số thiết bị đo nhanh…………… 21 Bảng 3.2 Loại than ký hiệu mẫu tương ứng………………………………………26 Chương IV Bảng 4.1 Thông tin độ ẩm cho hai loại than……………………………… 35 Bảng 4.2 Thông tin hai loại than……………………………………… 35 Bảng 4.3 Bảng tóm tắt chung cho mẫu tiến hành thực nghiệm loại than….36 Bảng 4.4 Kết nồng độ, thể tích mẫu than sau tính tốn……… 37 Bảng 4.5 Hệ số phát thải CO, SO bụi hai loại than………………………….38 Bảng 4.6 Bảng so sánh tỷ lệ hệ số phát thải cho hai loại than ……………………… 39 Bảng 4.7 Nồng độ NO NO khí thải nhiệt độ khác nhau…………… 44 Bảng 4.8 Thành phần chất chủ yếu có khí hóa lỏng……………………… 45 Bảng 4.9 Bảng tóm tắt chung cho mẫu tiến hành thực nghiệm gas………….45 Bảng 4.10 Kết nồng độ, thể tích mẫu gas sau tính tốn………….46 Bảng 4.11 Hệ số phát thải CO, bụi gas ……………………………………… 46 Bảng 4.12 Lượng tiêu thụ than tổ ong gas ngày ngườI dân quận Thanh Xuân…………………………………………………………………………… 49 Bảng 4.13 Phát thải chất ô nhiễm từ việc đun nấu sinh hoạt dùng nhiên liệu than tổ ong gas quận Thanh Xuân…………………………………… 49 MỞ ĐẦU Nhiên liệu hóa thạch nguồn lượng khai thác sử dụng rộng rãi, phổ biến từ xưa đến Nó phục vụ nhu cầu lượng cho ngành công nghiệp sản xuất điện, xi măng, giấy… Than gas hai loại nhiên liệu sử dụng phổ biến Hà nội Trong trình sử dụng, khí thải phát sinh từ dùng gas đun nấu vấn đề quan ngại việc đốt than điều kiện làm phát sinh lượng lớn chất khí nhiễm bụi, CO, SO , NOx… Với quy mô nguồn thải không lớn với mật độ số lượng nhiều, mặt khác lại nằm xen kẽ khu dân cư nên gây ảnh hưởng đến sức khỏe người môi trường sống Báo cáo trạng môi trường quốc gia năm 2007 với chủ đề “Mơi trường khơng khí thị Việt Nam” bước đầu đề cập đến tác động tiêu cực việc đốt than tổ ong gây Tuy thải lượng không lớn nguồn ô nhiễm khác, khơng có biện pháp khắc phục kịp thời lượng chất nhiễm trở thành gánh nặng cho mơi trường khơng khí thị Hiện nay, Việt Nam, vấn đề mẻ, chưa quan tâm nghiên cứu cách có hệ thống Do vậy, nguồn thơng tin liệu thực nghiệm cịn nhiều hạn chế gây khó khăn công tác quản lý, kiểm kê đánh giá mức độ phát thải Nhận thấy cần có sở đầy đủ, đáng tin cậy nhằm phục vụ cho việc xây dựng tiêu chuẩn, quy định phát thải cụ thể Xuất phát từ thực tế đó, luận văn tốt nghiệp với nội dung “Xây dựng hệ số phát thải cho nguồn dân sinh sử dụng nhiên liệu hóa thạch” xây dựng nhằm hướng tới mục tiêu xây dựng hệ số phát thải số chất nhiễm khơng khí cho loại than tổ ong gas sử dụng phổ biến nguồn dân sinh Hà Nội CHƯƠNG I Ô NHIỄM KHƠNG KHÍ DO ĐỐT NHIÊN LIỆU HĨA THẠCH 1.1 Sơ lược nhiên liệu hóa thạch Nhiên liệu hóa thạch hydrocacbon chủ yếu than, khí tự nhiên dầu mỏ hình thành từ xác động thực vật chết tác dụng áp suất nhiệt độ lớp vỏ trái đất hàng trăm triệu năm 1.1.1.Than Than sinh từ chất vô hữu bị phân hủy sinh học, oxy hóa sau bị chơn lấp lịng đất thời gian dài Than có cấu tạo chủ yếu C, S, H, N… Phân loại than dựa vào hàm lượng C, độ ẩm, khả ơxy hóa Một số loại than thường gặp như: than bùn, than nâu, than đá, than cám, than chì…[13] Việt Nam quốc gia có tiềm năng lượng lượng hóa thạch, đặc biệt than đá lớn đa dạng Nguồn lượng chủ yếu phục vụ cho ngành công nghiệp sản xuất điện, xi măng, giấy… Một số loại than than tổ ong, than bùn …được dùng nhiều hoạt động đun nấu sinh hoạt Về thành phần, than tổ ong gồm có than cám trộn với bùn đất sét đem ép thành viên Các viên than thường có hình trụ, đường kính khoảng 11cm, đục nhiều lỗ nhỏ nhằm tăng khả tiếp xúc với khơng khí, đường kính lỗ vào khoảng 1cm 1.1.2 Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) bao gồm chủ yếu propan, propylen, butan butylen nhiên liệu sử dụng để sinh nhiệt sinh hoạt Các khí phần lớn thu từ giếng dầu (hoặc phần sản phẩm nhà máy lọc dầu)[14] 1.2 Ô nhiễm khơng khí tác hại đốt nhiên liệu hóa thạch Q trình đốt nhiên liệu hóa thạch q trình oxy hóa nhiên liệu giải phóng nhiệt năng, làm phát sinh lượng đáng kể chất ô nhiễm bụi, CO, SO , NO x , VOCs, PAHs, Dưới số chất ô nhiễm đốt nhiên liệu hóa thạch sinh ra: Hình 4.3.Đồ thị diễn biến nồng độ CO, SO nhiệt độ khí thải theo thời gian hai loại than Ngoài ra, đồ thị nồng độ CO SO có xu hướng biến thiên lúc Điều giải thích ảnh hưởng đối lưu dịng khí Đối với SO , nồng độ khơng phụ thuộc nhiều vào q trình cháy, mà chủ yếu phụ thuộc vào đối lưu thông khí Cho nên, nhiệt độ cháy ban đầu cịn thấp, q trình đối lưu dịng khí chưa tốt dẫn đến tình trạng nồng độ SO tăng cao Vào giai đoạn cháy ổn định, tốc độ chuyển động dịng khí tăng nhanh, nồng độ chất nhiễm pha loãng dần, giai đoạn này, nồng độ cùa CO SO giảm rõ rệt 44 Sau tính tốn, xác định hệ số phát thải bụi cho than thường 0,44 (g/kg) than Hoàng Thương 0,78 Hệ số phát thải NOx: Đối với NO x , trình thí nghiệm cho thấy, khơng phát NO NO phát sinh từ trình đốt ba loại nhiên liệu than thường, than Hoàng Thương gas Trong q trình thí nghiệm, thiết bị sử dụng với giới hạn phát hàm lượng NO NO ppm Điều lý giải thông qua kết đo đạc nhiệt độ trình cháy Với nhiệt độ cực đại trình cháy dao động khoảng 450 đến 800 oC Ở nhiệt độ này, trình phản ứng N O để hình thành NO diễn chậm Đồng thời, lượng NO sinh không vượt giới hạn phát hiên thiết bị Chính vậy, sử dụng hàm lượng NO NO ppm (tương đương 0,34 mg/m3) để tính tốn hệ số phát thải cho NO x Từ kết này, tính tốn hệ số phát thải cho NO x (trong thí nghiệm tổng NO NO ) Hệ số phát thải NO x thí nghiệm đánh giá nhỏ ngưỡng 0,05 (g/kg) Đối với khí NOx Nồng độ NO NO khí thải với hỗn hợp ban đầu đốt có 78% N 21% O thể bảng 1.3 Bảng 4.7 Nồng độ NO NO khí thải nhiệt độ khác Nhiệt độ (oK) NO (ppm) NO (ppm) 300 3,4 × 10-10 × 10-4 500 × 10-4 0,04 1000 35 1,9 1500 785 6,8 2000 8100 13,2 2500 20660 20 45 4.2.2 Hệ số phát thải chất khí bụi gas Thông tin gas Bảng 4.8 Thành phần chất chủ yếu có khí hóa lỏng Các chất Kết CH (%mol) 0.00 C H (%mol) 0.12 C H (%mol) 0.00 C H (%mol) 51,46 C H (%mol) 5,42 n-C H 10 (%mol) 19,46 Iso-C H 10 (%mol) 20,48 C H 10 (%mol) 1.30 C H 12 phần nặng (%mol) 1.76 Nguồn [25] Trong thực tế, thành phần hỗn hợp chất có khí hóa lỏng LPG khơng thống Tùy theo tiêu chuẩn nước, khu vực mà tỉ lệ thành phần LPG khác nhau, có tỉ lệ Propane Butane 50/50 hay 30/70 lên đến 95/5 tiêu chuẩn HD-5 Mỹ Ngoài ra, tùy thuộc vào phương pháp chế biến mà thành phần cịn có mặt lượng nhỏ olefin nhu propylen, butylen LPG phát sử dụng từ năm đầu kỷ 19, đến năm 50 kỷ 20 Ngày nay, LPG sử dụng thay cho loại nhiên liệu truyền thống than, củi điện… Việc sử dụng sản phẩm mang đến nhiều ưu điểm thiết thực chất lượng sản phẩm đồng đều, tiện lợi tiết kiệm Bảng 4.9 Bảng tóm tắt chung cho mẫu tiến hành thực nghiệm gas 46 Thời gian cháy (phút) Nhiệt độ trung bình khí thải (oC) Tốc độ cháy (kg/h) Tổng thể tích khí thải (m3) Kí hiệu mẫu Lượng cháy (g) C1 100,50 20 63.8 0,302 23,61 C2 105,82 20 55,16 0,317 24,23 C3 108,94 20 58,5 0,327 23,96 C4 105,63 20 61,8 0,317 23,80 C5 106,55 20 54 0,320 24,31 C6 105,62 20 55,16 0,317 24,23 Bảng 4.10 Kết nồng độ, thể tích mẫu gas sau tính tốn Kí hiệu mẫu Nồng độ chất khí (mg/m3) CO SO Bụi CO C1 6,16 2,26 11673,47 C2 6,24 1,97 10416,33 C3 7,10 2,77 11134,69