CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
2.2. SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐỐT GIẢM THIỂU NOX
2.2.1. Sự hình thành NOX
Nitơ ôxit sinh ra trong quá trình đốt cháy than chủ yếu là NO và NO2 gọi chung là NOx, ngoài ra còn một ít N2O. Trong quá trình đốt than, lượng NOx hình thành và thải ra có quan hệ mật thiết với điều kiện cháy như phương thức đốt đặc biệt là nhiệt độ cháy và hệ số không khí thừa.
Lấy đốt cháy than bột làm ví dụ, nếu không khống chế, lượng NOx thải ra trong lò hơi thỉa xỉ lỏng cao hơn nhiều so với lò hơi thải xỉ khô, mà thải xỉ khô, nếu cách bố trí vòi phun không giống nhau, không khống chế lượng NOxthì lượng NOx
thải ra cũng khác nhau như hình 2.4 biểu thị.
Hình 2.4. Quan hệ giữa lượng NOx thải ra với phương thức đốt và sản lượng lò
Khí NOx hình thành trong quá trình đốt cháy than theo ba cơ chế sau:
- Cơ chế hình thành NOx theo nguyên lí phân huỷ nhiệt (thermal NOx), nghĩa là do Nitơ trong không khí dưới tác dụng của nhiệt độ cao phân huỷ thành NOx.
- Cơ chế hình thành NOx do thành phần Nitơ nhiên liệu (Fuel NOx) tạo nên trong quá trình cháy.
- Cơ chế hình thành NOx theo nguyên lí phản ứng tức thời (Prompt NOx), nghĩa là do phản ứng giữa Nitơ trong không khí với các loại cacbuahyđrô như CH tạo nên NOx trong quá trình cháy.
Từ ba cơ chế hình thành NOx nhiệt, nhiên liệu và tức thời ở trên nhận thấy, cơ chế hình thành các loại NOx là không giống nhau, chủ yếu thể hiện ở nguồn gốc Nitơ không giống nhau, lộ trình hình thành không giống nhau và điều kiện hình thành không giống nhau, nhưng chúng lại có một quan hệ nhất định.
Mô hình 2.5 có thể sử dụng để miêu tả cơ chế hình thành NOx, đồng thời cũng thấy được sự khác nhau cũng như sự liên hệ về ba cơ chế hình thành NOx như phân tích:.
Hình 2.5. Biểu đồ cơ chế hình thành NOx
NOx tức thời chiếm tỷ lệ 5%, ở nhiệt độ thấp hơn 1350 0C, hầu như không có NOx nhiệt, chỉ khi nhiệt độ vượt quá 1600 oC như trong buồng lửa thải xỷ lỏng, NOx nhiệt mới chiếm 25 – 30%. Còn trong thiết bị đốt than thông thường, NOx chủ yếu là theo lộ trình hình thành NOx nhiên liệu. Cho nên việc khống chế và làm giảm NOx hình thành trong khi đốt than, chủ yếu là khống chế NOx nhiên liệu.
2.2.2. Phương pháp đốt giảm sự phát thải NOx
Từ các quy luật hình thành NOx, các nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến sự hình thành và phân hủy NOx trong quá trình đốt cháy than là:
- Đặc tính của nhiên liệu, như hàm lượng Nitơ, hàm lượng chất bốc, tỷ số nhiên liệu FC/V…
- Nhiệt độ cháy.
- Môi trường khói trong vùng phản ứng của buồng lửa, tức là hàm lượng O, N2, NO và CH trong khói.
- Thời gian lưu lại của nhiên liệu và sản phẩm cháy trong vùng nhiệt độ cao của ngọn lửa và trong buồng lửa.
Hình 2.6. Giá trị NOx phát thải ban đầu cùng với mức độ cần giảm NOx để đạt tiêu chuẩn bảo vệ môi trường
Từ hình 2.6, vì nhiệt độ cháy của buồng lửa đốt bột than thải xỉ lỏng là cao nhất nên ngoài NOx nhiên liệu ra còn sinh thêm NOx nhiệt làm cho lượng NOx phát thải ban đầu trong lò đốt bột than thải xỉ lỏng là cao nhất.
Với lò đốt bột than thải xỉ khô do nhiệt độ đốt cháy tương đối thấp, trong quá trình đốt cháy chủ yếu hình thành là NOx nhiên liệu, nên có giá trị phát thải ban đầu thấp hơn nhiều sơ với lò hơi thải xỉ lỏng. Tuy lò đốt bột than thải xỉ khô như nhau, khi thiết bị đốt bố trí trên buồng lửa khác nhau, hình thành phương thức đốt khác nhau.
Trên hình 2.6 có thể thấy, với phương thức đốt tiếp tuyến của vòi phun bố trí bốn góc, do ngọn lửa tiếp tuyến với vòng tròn giả định trong buồng lửa làm cho ngọn lửa bột than chuyển động sát với dàn ống bốn phía buồng lửa, nên điều kiện làm lạnh khói tốt hơn các phương thức khác. Đồng thời cách đốt tiếp tuyến này dùng vòi phun thổi thẳng, điều kiện hỗn hợp gió cấp một và cấp hai kém hơn sơ với vòi phun xoáy làm cho bột than và không khí hỗn hợp tương đối chậm nên so với cách đốt thông thường khác thì lượng NOx phát thải ban đầu tương đối thấp. Hơn nữa, lượng phát thải NOx sinh ra không tăng theo năng suất lò.
Đối với cách đốt bột than mà vòi phun đặt cả ở tường trước hoặc cả tường trước và tường sau, do ngọn lửa tương đối tập trung ở trung tâm buồng lửa, không những lượng NOx phát thải ban đầu cao hơn cách đốt tiếp tuyến mà lượng phát thải tăng khi năng suất lò tăng. Hiện nay, thực tế theo công nghệ đốt than phun tại các nhà máy ở Việt Nam thì việc khử NOx được thực hiện thông qua việc lắp đặt bộ khử NOx đắt tiền trên đường khói thải của lò hơi. Ngoài ra, việc khử khí SOx cũng cần phải lắp bộ khử SO2 trên đường khói thải của lò hơi dẫn đến chi phí vận hành và đầu tư khi lắp đặt các bộ khử NOx và SOx tăng cao.
Trong khi đó, lượng NOx của lò tầng sôi tuần hoàn là thấp nhất, đó không chỉ do nhiệt độ cháy của nó thấp nhất mà còn do tác dụng phân hủy NOx của các hạt chất rắn chứa đầy trong buồng lửa làm cho NOx phát thải thấp hơn so với lò tầng sôi thông thường cung đốt ở nhiệt độ 850 0C.
Như vậy, theo hình 2.6 cho thấy phương thức đốt, cũng tức là điều kiện đốt có ảnh hưởng rất lớn đến lượng NOx hình thành và phát thải, cho nên thay đổi điều
kiện đốt, điều kiện vận hành thiết bị đốt than một cách hợp lý và khoa học thì có thể giảm được lượng NOx phát thải.
2.3. NHẬN XÉT
Căn cứ kết quả nghiên cứu quá trình cháy than và sự hình thành NOx cho phép rút ra một số nhận xét sau:
- Việc nghiên cứu quá trình cháy trong buồng lửa lò hơi là rất quan trọng, giúp tìm ra được các mối liên hệ và các yếu tố ảnh huởng đến nó và làm cơ sở phân tích đánh giá tìm ra những giải pháp cải tiến áp dụng vào thực tế sản xuất.
- Tỷ lệ giữa nhiệt lượng phát ra và lượng nhiệt mất đi phụ thuộc vào chế độ nhiệt của quá trình cháy (Nhiệt độ bốc cháy phụ thuộc vào tính chất nhiên liệu và vào áp suất và chế độ nhiệt của quá trình cháy).
- Tốc độ không khí tới hạn của quá trình cháy tầng sôi có quan hệ mật thiết với kích thước của nhiên liệu than. Vì vậy, điều chỉnh hợp lý lượng không khí tham gia quá trình cháy và nhiệt độ buồng lửa, đặc tính hỗn hợp nhiên liệu là các nhân tố ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cháy trong buồng đốt lò hơi tầng sôi tuần hoàn.
- Sự hình thành NOx theo 3 cơ chế phân hủy nhiệt, nhiên liệu và tức thời và sự hình thành NOX theo ba cơ chế là không giống nhau nhưng chúng lại có một quan hệ nhất định. Việc khống chế và làm giảm NOx hình thành trong khi đốt than, chủ yếu là khống chế NOx nhiên liệu.
- Theo đánh giá phương thức đốt (điều kiện đốt) có ảnh hưởng rất lớn đến lượng NOx hình thành và phát thải. Vì vậy, thay đổi điều kiện đốt và điều kiện vận hành thiết bị đốt than một cách hợp lý thì có thể giảm được lượng NOx phát thải ra môi trường.
CHƯƠNG 3
ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VẬN HÀNH TẠI CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CÔNG NGHỆ LÒ HƠI TẦNG SÔI TUẦN HOÀN
Theo khảo sát đánh giá tại các NMNĐ và dựa trên phân tích lý thuyết, các nhân tố làm cho các NMNĐ thường xuyên phải dừng tổ máy là do bục ống sinh hơi, hiệu suất nhiệt của lò thấp, lượng than tiêu hao cao, điện tự dùng của nhà máy cao, cụ thể như sau: