Hầm chứa rác nằm ở trạng thái áp suất dương trong thời gian tắt lò đốt để bảo trì, nó dẫn đến tràn ngập khí thải hôi thối chứa H S, NH và methanthiol. Các ống 2 3
khí lắp trên mái hầm chứa rác được thiết kế để hút thu và chuyển đến thiết bị khử mùi bằng hấp phụ than hoạt tính.
Quá trình công nghệ khử mùi tiếp theo: khí có mùi từ hầm chứa rác sẽ được quạt được dẫn vào thiết bị khử mùi để hấp phụ.
Hình 4.8. Sơ đồ thu mùi và khử mùi từ bể chứa rác
CHƯƠNG 5. TÍNH CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ SOX 5.1 Nguồn gốc phát thải và tính chất của SOx
- Nguồn gốc:
Khí SO chiếm tỷ trọng chủ yếu trong các khí độc hại chứa lưu huỳnh thải2
vào không khí. Phần lớn SO sinh ra do quá trình đốt các nhiên liệu hóa thạch có2
chứa lưu huỳnh như than đá, dầu mỏ.
Những nhiên liệu loại này được sử dụng với khối lượng rất lớn cho các nhà máy nhiệt điện, luyện kim cho các động cơ chạy bằng xăng, dầu và nhiều lĩnh vực khác sử dụng nhiên liệu hóa thạch.
Bên cạnh đó nó còn ở các nguồn khí thải của những quá trình đốt lưu huỳnh cũng như các loại khoáng sun phua, phân hủy khoáng sun phát ở nhiệt độ cao và công nghiệp lọc hóa dầu.
Tổng lượng SO thải vào không khí hàng năm ước tính vào khoảng 140 triệu tấn;2
trong đó khoảng 70% do đốt than, 16% do đốt nhiên liệu từ dầu mỏ và phần còn lại là do công nghiệp lọc hóa dầu, luyện kim và các hoạt động khác.
S+O =SO2 2
2CuS+2O =2CuO+SO2 2
2H S+3O =2SO +2H O2 2 2 2
4CaSO4 + 2C = 4CaO + 2CO + 4SO2 2 - Tính chất đặc trưng:
Khí lưu huỳnh đioxit có những tính chất hóa học rất đặc trưng thuận lợi cho việc xử lý. SO kết hợp với nước sẽ tạo thành một axit mạnh dễ thực hiện phản ứng2
trung hòa với các dung dịch kiềm hay các oxit kim loại mang tính kiềm. Một đặc trưng thuận lợi của khí SO là khi kết hợp với nước nó chuyển thành dạng SO dễ2 32-
dàng bị oxi không khí oxi hóa thành SO ngay trong điều kiện nhiệt độ và áp suất42-
thường; mặc dù trong môi trường không khí khô, SO gần như không phản ứng với2
oxi.
SO2 + H O = H2 2SO3
H2SO3 + 2NaOH = Na2SO3 + 2H O2
H2SO3 + Ca(OH) = CaSO ↓ + 2H O2 3 2
Bản thân SO và gốc sunphit là những chất có tính khử tương đối mạnh. 2 Nhưng SO2
trong không khí khô rất khó oxi hóa thành SO3mà muốn oxi hóa nó phải sử dụng xúc tác thích hợp và trong những điều kiện nhất định.
Ngược lại gốc SO hay các muối sunphit lại rất dễ dàng bị oxi hóa bằng ngay oxi32-
không khí trong điều kiện thường và quá trình oxi hóa xẩy ra nhanh hơn khi tăng nhiệt độ cho phản ứng.
SO2 + 2Fe + 2H O = SO + 2Fe + 4H3+
2 42- 2+ +
SO2 + H O + CaCO + 1/2O = CaSO + CO + H O2 3 2 4 2 2
MgSO3 + 1/2O = MgSO2 4
Khí SO được coi là khí thải nguy hiểm vì tính độc hại cũng như sự phát thải lượng2
lớn và thường xuyên của nó.
SO2 có tác động lên đường hô hấp bắt đầu từ nồng độ 2,1 mg/m (0,75 ppm). 3
Tiếp xúc với thời gian ngắn (24 giờ) ở nồng độ 0,5 mg/m có thể gây ra chứng phù3
phổi ở những người già và các bệnh nhân. Tiếp xúc lâu dài có thể gây ra bệnh nguy hiểm
Các muối sunphit và sunphát của các kim loại kiềm và amôni đều tan tốt trong nước; nhưng ngược lại, muối của chúng với các kim loại kiềm thổ thì lại rất ít tan. Đây cũng là một đặc trưng mà đôi khi là thuận lợi nhưng đôi khi lại là bất lợi cho quá trình lựa chọn quy trình xử lý. Dựa vào các tính chất đặc trưng trên, trong công nghiệp, thường sử dụng hai cách xử lý là xử lý theo phương án bán khô và xử lý theo phương án khô.
5.2 Một số công nghệ xử lý SOx
5.2.1 Quá trình khử bán khô.
Hệ thống lọc khí thải bán khô là quá trình giữa quá trình làm ướt và làm khô, có hiệu quả lọc cao, và không cần xử lý các sản phẩm phản ứng của hai phương pháp trên.
Bùn Ca(OH) được phun vào lò phản ứng bằng máy phun quay để tạo thành 2
các hạt có kích thước rất nhỏ. Do sự bốc hơi nước nhiệt độ khói thải được hạ xuống và độ ẩm tăng lên, axit trong khói phản ứng với vôi bột tạo thành muối và rơi xuống phễu ở bên dưới.
Quá trình này đòi hỏi vận hành mức độ cao, cần thời gian dài để tích lũy dần nhằm đạt được kết quả tốt. Khí thải phải trải qua quá trình đủ dài để ngăn chặn sự hấp thụ hóa học của các phản ứng khử hoàn toàn, để loại bỏ các chất ô nhiễm một cách hiệu quả. Đồng thời, hàm lượng của sản phẩm phản ứng cần bay hơi hoàn toàn, và cuối cùng thải ra ở trạng thái rắn. Vì vậy, thời gian lưu trú là thông số rất quan trọng trong quá trình thiết kế tháp lọc bán khô. Ngoài ra, mức chênh lệch nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra của tháp hấp thụ trực tiếp ảnh hưởng đến hình thái của sản phẩm phản ứng và hiệu suất loại bỏ các chất khí có tính axit.
Ngoài thời gian lưu trú và sự khác biệt nhiệt độ tại hai đầu tháp hấp thụ, kích cỡ chất hấp thụ, hiệu quả phun, tổng hòa toàn bộ quá trình cũng có tác động lớn đến hiệu suất khử. Trong quá trình hoạt động thực tế, có một số yêu cầu nghiêm ngặt liên quan đến các yếu tố nêu trên; nếu không, nó có thể khiến toàn bộ quá trình thất bại. Tháp lọc bán khô được lắp đặt bộ lọc dạng túi kế tiếp, hình thành hệ thống quá trình khử axit trong khói thải kiểu bán khô.
Hệ thống lọc khí bụi lò bán khô chủ yếu là việc loại bỏ các hạt rắn trong khói thải, oxit lưu huỳnh, hydro clorua, kim loại nặng (Hg, Pb, Cr), dioxin và furan và các chất có hại khác để đạt được các tiêu chuẩn khí thải.
Mặc dù quá trình khô có những ưu điểm là đơn giản, chi phí xây dựng, vận hành và chi phí bảo trì thấp, nhưng hiệu suất hấp thụ axit thấp, nồng độ phát thải khí gây ô nhiễm axit tăng cao rất khó để đạt được các yêu cầu của khử axit trong khí thải của dự án. Quá trình ướt có hiệu suất loại bỏ cao, nhưng mức tiêu thụ nước, mức tiêu thụ năng lượng cao, quá trình phức tạp, đặc biệt là chi phí xử lý nước thải cao. Quá trình bán khô kết hợp những ưu điểm của quá trình khô và ướt, cấu trúc đơn giản, chi phí đầu tư thấp, mức tiêu thụ năng lượng thấp, mức sử dụng chất lỏng thấp hơn so với hệ thống làm sạch ướt, hiệu suất khử cao, đồng thời giúp loại bỏ lượng nước quá nhiều của phương pháp lọc ướt.
Các phương trình khử axit:
Ca(OH)2 + SO = CaSO . 1/2 H O + 1/2 H O2 3 2 2
Ca(OH)2 + SO = CaSO + H O3 4 2
5.2.2 Xử lý khô
Nguyên lý của công nghệ xử lý là dựa vào phản ứng giữa SO với Ca(OH) 2 2
khan hay CaO để tạo thành muối canxi sunphit hay sunphat dưới dạng bụi và tách chúng ra khỏi dòng khí bằng thiết bị lọc mạng hay lọc túi, kết hợp cùng xử lý bụi. Các phản ứng hóa học cũng tương tư nhưng chỉ khác là chúng xảy ra trong pha khí chứ không phải trong dung dịch.
SO2 + Ca(OH) = CaSO + H O2 3 2
SO2 + H O = H2 2SO3
H2SO3 + CaO = CaSO + H O3 2
Xử lý SO bằng phương án khô có thể thực hiện bằng hai cách. Cách thứ nhất 2
là xử lý sai lò đốt và cách thứ hai là xử lý trong lò đốt
5.2.2.1. Xử lý trong ngoài lò đốt
Khí thải đi ra từ lò đốt được dẫn đi qua tháp làm nguội bằng nước lạnh. Tại đây khí thải đồng thời được làm ẩm để chuyên hóa SO thành H2 2SO3 tương ứng. Nếu trong điều kiện có oxi, H2SO3 có thể được chuyển thành H2SO4. Khí ẩm tiếp tục được đi vào tháp phản ứng. Tại đây, Ca(OH) bột khan hay CaO dạng bột được phun2
vào và trộn đều nhằm tạo điều kiện cho phản ứng trung hòa xẩy ra hoàn toàn.
Tiếp theo, khí và bụi được chuyển qua buồng lọc túi. Ở đây bụi và bụi muối được giữ lại, khí sạch được thải ra ngoài. Bụi muối được tinh chế để sử dụng hoặc dùng làm phụ gia cho xi măng. Sơ đồ công nghệ xử lý sau lò đốt được mô tả trên hình.
5.2.2.2. Xử lý trong lò đốt
Đây là một công nghệ đề xuất khá táo bạo và đã thu được kết quả tương đối tốt. Theo công nghệ này, bột CaCO được phun thẳng vào lò đốt. Ở nhiệt độ cao trên 3
1000 C CaCO sẽ chuyển thành CaO. Khi bụi CaO đi ra khỏi lò cùng với SO và o
3 2
hơi nước, chúng sẽ phản ứng với nhau tạo thành muối đi ra cùng bụi và khí thải. Trong công nghệ này, kích thước hạt của CaCO và sự phân bố đồng đều trong 3
không gian lò đóng vai trò quyết định hiệu suất xử lý.
Công đoạn lọc túi để loại bụi và bụi muối giống như công nghệ xử lý sau lò đốt. Mô tả quá trình xử lý trong lò:
5.2.3 Phương pháp xử lý ướt
Theo cách này, SO thường được hấp thụ vào dung dịch kiềm như NaOH, NH OH, 2 4
Ca(OH)2 hay Mg(OH) . Các kiểu thiết bị hấp thụ được sử dụng ở đây thông dụng 2
nhất là thiết bị dàn mưa, tháp đệm và tháp sủi bọt.
Việc lựa chọn chất kiềm nào cho quá trình xử lý thường phụ thuộc vào hai yếu tố là yếu tố kinh tế và tính khả thi của các giải pháp công nghệ.
Thí dụ: Ca(OH) có giá bán trên thị trường là rẻ nhất trong bốn chất kiềm nêu ra ở 2
trên, cho nên về mặt kinh tế nó có ưu thế nhất. Nhưng sản phẩm của quá trình xử lý là CaSO hay CaSO đều là các chất ít tan nên 3 4 không thể sử dụng các thiết bị có hiệu quả cao như tháp đệm hay tháp sủi bọt được, do kết tủa bám trên vật liệu đệm hay trên các lỗ tạo bọt khí mà chỉ có thể dùng thiết bị dàn mưa.
Các phản ứng hóa học xẩy ra trong quá trình xử lý lần lượt như sau:
Quá trình hợp nước của SO để tạo ra axit sunphurơ,2
SO2 + H O <==> H2 2SO3 <==> 2H + SO+ 32-
Quá trình trung hòa bằng kiềm và oxi hóa thành sunphát có thể xẩy ra tuần tự hoặc đồng thời.
H2SO +2NaOH+1/2O =Na SO +2H O3 2 2 4 2
H2SO +Ca(OH) =CaSO ↓+2H O3 2 3 2
CaSO +1/2O =CaSO3 2 4
H2SO3 + MgSO = Mg + SO + H O3 2+ 32- 2
SO32- + 1/2O = SO2 42-
Sơ đồ công nghệ của quá trình xử lý SO theo con đường ướt được mô tả như trên 2
hình, và có thể tóm tắt như sau:
5.2.4 Lựa chọn công nghệ xử lý SO x
Quá trình khô có những ưu điểm là đơn giản, chi phí xây dựng, vận hành và chi phí bảo trì thấp, nhưng hiệu suất hấp thụ axit thấp, nồng độ phát thải khí gây ô nhiễm axit tăng cao rất khó để đạt được các yêu cầu của khử axit trong khí thải của dự án. Quá trình ướt có hiệu suất loại bỏ cao, nhưng mức tiêu thụ nước, mức tiêu thụ năng lượng cao, quá trình phức tạp, đặc biệt là chi phí xử lý nước thải cao. Quá trình bán khô kết hợp những ưu điểm của quá trình khô và ướt, cấu trúc đơn giản, chi phí đầu tư thấp, mức tiêu thụ năng lượng thấp, mức sử dụng chất lỏng thấp hơn so với hệ thống làm sạch ướt, hiệu suất khử cao, đồng thời giúp loại bỏ lượng nước quá nhiều của phương pháp lọc ướt.
=> Lựa chọn sử dụng kết hợp 2 phương án khô và bán khô
5.3 Tính các sản phẩm cháy
Thành phần nhiên liệu
Thành
phần Clv Hlv Olv Slv Nlv Alv Wlv
% 46,2 2,5 8,4 0,5 2,7 18,5 20,6
Bảng 5.1: Thành phần nhiên liệu của rác
Các thông số đầu vào của quá trình cháy nhiên liệu:
- Lượng nhiên liệu tiêu thụ: B = 12500 kg/h
- Hệ số không khí thừa: α = 2
- Hệ số cháy không hoàn toàn: = 0,02
- Hệ số tro bụi bay theo khói: a = 0,85
- Nhiệt độ khói thải: t = 180 Ckhoi 0
- Tỷ lệ CaCO3 nguyên chất trong đá vôi thương phẩm: k = 0,85
- Nhiệt độ không khí: t = 30 Ckk 0 - Độ ẩm không khí: φ = 0,65
- Phân áp suất bão hòa của hơi nước theo nhiệt độ môi trường không khí: p =bh
0,0421
- Độ chứa hơi trong không khí: d = 17,512 g/kg không khí Nhiệt lượng được xác định theo công thức Mendeleev như sau: Qp = 81.C + 246.H – 26(O - S ) – 6.W = 4028,2 kcal/kgp p p p p
Lượng nhiệt không khí khô lý thuyết cần cho quá trình cháy:
Lượng không khí ẩm lý thuyết cần cho quá trình cháy ở t = 30 C, φ = 65%, độ chứa0
hơi d = 17,512 g/kg:
Va = (1 + 0,0016.d)V = (1 +0,0016.17,512).4,509 = 4,635o
m tc/kgNL3
Lượng không khí ẩm thực tế với hệ số không khí thừa α = 1,8:
Vt = .Va = 2.4,635 = 9,271 m3tc/kgNL Lượng khí SO trong sản phẩm cháy:2
VSO2 = 0,683.10-2Sp = 0,683.0,01.0,5 = 3,415.10 m-3 3tc/kgNL
Trần Lê Minh Lưu - 20152347 Trang 72
V0=0,089. Clv +0,264. Hlv
Lượng khí CO trong sản phẩm cháy với hệ số cháy không hoàn toàn về mặt hóa học và cơ học = 0,02:
VCO = 1,865.10-2.Cp = 1,865.0,01.0,02.46,2= 0,0172 m3tc/kgNL Lượng khí CO trong sản phẩm cháy:2
VCO2 = 1,853.10-2.(1- ).C p = 1,853.0,01.(1-0,02).46,2 = 0,839 m3tc/kgNL Lượng hơi nước trong sản phẩm cháy:
VH2O = 0,111.H + 0,0124.W + 0,0016.d.V = 0,111.2,5 + 0,0124.20,6 +p p t
0,0016.17,512.9,271 = 0,793 m3tc/kgNL Lượng khí N trong sản phẩm cháy:2
VN2 = 0,8.10-2.Np + 0,79V = 0,8.0,01.2,7 + 0,79.9,271 = 7,346 mt 3tc/kgNL Lượng khí O trong không khí thừa:2
VO2 = 0,21( -1).Va = 0,21.(2 – 1).4,635 = 0,973 m 3tc/kgNL Lượng sản phẩm cháy tổng:
VSPC = V + V + V + VSO2 CO CO2 H2O + V + V = 3,415.10 + 0,0172+0,839+N2 O2 -3
0,793 + 7,346 + 0,973 = 9,97 m3tc/kgNL Lượng khói sản phẩm cháy ở điều kiện chuẩn:
Lc = V .B/3600 = 9,97.12500/3600 = 34,62 mSPC 3/s Lượng khói sản phẩm cháy ở điều kiện thực tế:
LT = L .(273 + t )/273 = 34,62.(273 + 180)/273 = 57,45mc khói 3/s Lượng khí SO với ρ = 2,926 kg/m2 SO2 3chuẩn:
M =(10 .V .B.SO2 3 SO2 SO2)/3600=(10 .3,415.103 -3.12500.2,926)/3600 = 34,7 g/s
Lượng khí CO với ρ = 1,25 kg/mCO 3chuẩn: MCO = (103.V .B.
CO CO)/3600 = (10 . 0,0172.12500.1,25)/3600 = 74,79 g/s3
Lượng khí CO với ρ = 1,977 kg/m2 CO2 3chuẩn: MCO2 = (103.V .B.
CO2 CO2)/3600 = (10 . 0,839.12500.1,977)/36003
= 5759,14 g/s
Lượng tro bụi với hệ số tro bay theo khói a = 0,85:
Mbui = 10.a.A .B/3600 = 10.0,85.18,5.12500/3600 = 546,01 g/sp
Lượng khí NOx phát sinh từ quá trình đốt cháy nhiên liệu theo công thức thực nghiệm của Woolrich sau đây:
MNOx = 3,953.10-8(B*Q)1,18 = 3,953.10-8.(12500.4028,2)1,18
= 48,45 kg/h = 13,46 g/s Nồng độ phát thải SO trong khói:2
CSO2 = MSO2/Lt = 34,7.1000/57,45 = 603,91 mg/Nm3 Nồng độ phát thải CO trong khói:
CCO = MCO/Lt = 74,65.1000/57,45 = 1301,87 mg/Nm3 Nồng độ phát thải CO trong khói:2
CCO2 = MCO2/Lt = 5793,71.1000/57,45 = 100243,54 mg/Nm3 Nồng độ phát thải NO trong khói:x
CNOx = MNOx/Lt = 13,46.1000/57,45 = 234,27 mg/Nm3