Tài liệu Thiết kế hệ thống xử lý khí thải cho nhà máy xi măng lò đứng

Më ®Çu Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, c«ng nghiÖp thÕ giíi ®· ph¸t triÓn ®Õn tr×nh ®é kü thuËt cao, tÝch luü c¬ b¶n cña x· héi lín vµ con ngêi còng ®· cã ý thøc vÒ ph¸t triÓn cã tÝnh chÊt céng ®ång vµ l©u dµi – sù ph¸t triÓn bÒn v÷ng cña x· héi. Vµ mèi quan hÖ gi÷a “ph¸t triÓn kinh tÕ ” vµ “b¶o vÖ m«i trêng” ®· nhËn ®îc sù quan t©m s©u s¾c, ®Æc biÖt lµ mèi quan t©m cña c¸c níc ®ang trªn ®µ c«ng nghiÖp ho¸ vµ hiÖn ®¹i ho¸. Sù nghiÖp c«ng nghiÖp ho¸ ®ßi hái sù ph¸t triÓn cña nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp. Trong ®ã ngµnh c«ng nghiÖp xi m¨ng lµ mét trong nh÷ng ngµnh c«ng nghiÖp quan träng cÇn ®îc ®Çu t ph¸t triÓn m¹nh vµ nhanh míi ®¶m b¶o ®îc nhu cÇu xi m¨ng ®Ó x©y dùng c¬ së h¹ tÇng vµ c¸c c¬ së s¶n xuÊt trong c¶ níc. Tuy nhiªn ngµnh c«ng nghiÖp xi m¨ng lµ mét trong nh÷ng ngµnh c«ng nghiÖp g©y ra läng th¶i lín vµ g©y t¸c h¹i ®Õn m«i trêng vµ søc khoÎ con ngêi. Do ®ã, ®Ó ph¸t triÓn bÒn v÷ng ngµnh c«ng nghiÖp xi m¨ng cÇn thiÕt ph¶i cã bíc ®¸nh gi¸ toµn diÖn vÒ sù ph¸t triÓn cña c«ng nghiÖp xi m¨ng còng nh nh÷ng ¶nh hëng m«i trêng vµ ®Ò ra nh÷ng biÖn ph¸p phßng ngõa vµ gi¶m thiÓu « nhiÔm trong c«ng nghiÖp xi m¨ng. PhÇn 1 Tæng quan vÒ c«ng nghiÖp xi m¨ng lß ®øng ë ViÖt Nam I.Giíi thiÖu chung vÒ ngµnh xi m¨ng ë ViÖt Nam. Ngµnh c«ng nghiÖp xi m¨ng ë ViÖt Nam ra ®êi tõ c¸ch ®©y h¬n 100 n¨m. B¾t ®Çu tõ nhµ m¸y xi m¨ng ®Çu tiªn ë H¶i Phßng, bíc ngoÆt lµ sù ra ®êi 2 nhµ m¸y xi 1 m¨ng lß quay Hoµng Th¹ch vµ BØm S¬n, ®Õn nay ®· xuÊt hiÖn c¸c nhµ m¸y xi m¨ng víi s¶n lîng h¬n 1 triÖu tÊn/n¨m. HiÖn nay, c«ng nghiÖp xi m¨ng ë ViÖt Nam ®ang ¸p dông 3 lo¹i d©y chuyÒn c«ng nghÖ chÝnh sau: • C«ng nghÖ xi m¨ng lß ®øng. • C«ng nghÖ xi m¨ng lß quay ph¬ng ph¸p ít. • C«ng nghÖ xi m¨ng lß quay ph¬ng ph¸p kh«. C¸c nhµ m¸y xi m¨ng lß quay cã c«ng suÊt lín, d©y chuyÒn thiÕt bÞ hiÖn ®¹i, do ®ã cã chÊt lîng xi m¨ng tèt, m¸c cao, chiÕm ®îc lßng tin cña kh¸ch hµng. Trong khi ®ã, víi xi m¨ng lß ®øng, hµm lîng v«i trong clinke cßn cao, dao ®éng tõ 1%-3%, khi cã sù cè cña lß cã thÓ lªn ®Õn 5%-10%. Tuy nhiªn c«ng nghÖ xi m¨ng lß ®øng cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n, ®Çu t thÊp h¬n nªn vÉn ®îc sö dông ë ViÖt Nam. II.Quy tr×nh c«ng nghÖ vµ dßng th¶i 1. Mét sè ®Æc ®iÓm vµ chøc n¨ng chÝnh trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt xi m¨ng: Giai ®o¹n §Æc ®iÓm,chøc n¨ng Gia c«ng §¸ v«i, ®Êt sÐt, th¹ch cao, c¸c lo¹i phô gia xi m¨ng vµ than ®nguyªn,nhiªn liÖu NghiÒn îc ®Ëp, c¸n, sÊy ®¹t tiªu chuÈn yªu cÇu råi vËn chuyÓn vµo silo hoÆc kho chøa phèi Nguyªn liÖu ®îc khu¸y trén theo tØ lÖ thÝch hîp sau ®ã ®îc liÖu nghiÒn mÞn ®¹t ®é mÞn 10% trªn sµng 008. -Phèi liÖu sau khi ®îc nghiÒn mÞn ®îc lµm Èm vµ vª viªn thµnh nh÷ng viªn cã kÝch thíc 8-12 mm tríc khi ®a vµo lß nung. Nung clinke -Qu¸ tr×nh nung phèi liÖu trong lß díi t¸c dông cña nhiÖt ®é cao, c¸c cÊu tö trong phèi liÖu ph¶n øng víi nhau t¹o thµnh c¸c kho¸ng chÝnh cã trong thµnh phÇn Clinke xi m¨ng ®ã lµ: 3CaO.Al2O3(C3A), ñ clinke 2CaO.SiO2(C2S), 3CaO.SiO2(C3S) vµ 4CaO.Al2O3.Fe2O3(C4AF). SAu khi qua giai ®o¹n lµm l¹nh, clinke ®îc ñ trong kho hoÆc silo chøa thêi gian kho¶ng 10-15 ngµy ®Ó CaO tù do cßn l¹i trong clinke ph¶n øng víi níc trong kh«ng khÝ t¹o thµnh 2 Ca(OH)2 në thÓ tÝch lµm cho clinke dÔ nghiÒn vµ xi m¨ng kh«ng në n÷a, nh vËy lµm t¨ng ch¸t lîng xi m¨ng . Clinke ®îc phèi trén víi c¸c lo¹i phô gia xi m¨ng vµ th¹ch NghiÒn xi cao theo c«ng thøc phèi liÖu cu¨ xi m¨ng vµ ®îc nghiÒn ®¹t m¨ng ®é mÞn 12% cßn l¹i trªn sµng 008 råi qua thiÕt bÞ ph©n ly, sau ®ã vµo silo chøa §ãng bao xi Xi m¨ng cã thÓ xuÊt rêi b»ng c«ng ten n¬, « t« si tec hoÆc m¨ng ®ãng bao 50kg 2.C¸c nguån th¶i trong c«ng nghiÖp xi m¨ng lß ®øng. 2.1.ChÊt th¶i khÝ a. Bôi Bôi nãi chung sinh ra ë hÇu hÕt c¸c c«ng ®o¹n s¶n xuÊt trong 1 d©y chuyÒn s¶n xuÊt xi m¨ng : • Gia c«ng nguyªn liÖu, ®Ëp nghiÒn s¶n phÈm. • VËn chuyÓn, bèc dì nguyªn liÖu. • Bôi trong khãi lß nung. • Trén phèi liÖu, vª viªn. • §ãng bao s¶n phÈm. Bôi s¶n sinh trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt xi m¨ng chñ yÕu lµ bôi than, ®Êt sÐt, ®¸ v«i, th¹ch cao, xØ pirit, clinke, xi m¨ng. Läng bôi ph¸t sinh tuú theo c«ng suÊt vµ trang thiÕt bÞ cña nhµ m¸y. Nãi chung c¸c nhµ m¸y xi m¨ng míi x©y dùng gÇn ®©y lµ c¸c nhµ m¸y lß quay kh«, d©y chuyÒn thiÕt bÞ hiÖn ®¹i, cã l¾p ®Æt thiÕt bÞ xö lý bôi. §èi víi xi m¨ng lß ®øng, tríc 1990 kh«ng cã nhµ m¸y nµo cã thiÕt bÞ läc bôi, tõ 1990 ®Õn nay míi cã c¸c nhµ m¸y cã xö lý bôi hoÆc l¾p ®Æt thªm t¹i c¸c nhµ m¸y cò. b.KhÝ th¶i ®éc h¹i(COX,SO2, NOX, HF…) Trong qu¸ tr×nh nung clinke, viÖc ®èt nhiªn liÖu ( than, dÇu, khÝ ®èt), C¸c chÊt ho¸ häc cã trong nhiªn liÖu nh C, N, S, H…sÏ t¸c dông víi oxy kh«ng khÝ sinh ra l îng lín khÝ th¶i ®éc h¹i (CO X,SO2, NOX, HF…) tho¸t ra theo ®êng èng khãi g©y « nhiÔm 3 m«i trêng.Ngoµi ra, qu¸ tr×nh sÊy nguyªn liÖu, nhiªn liÖu còng sinh ra c¸c chÊt th¶i trªn. • Nguån sinh CO vµ CO2: chñ yÕu do 2 nguån +Do ch¸y nhiªn liÖu cã chøa C Cacbon lµ thµnh phÇn chÝnh cña tÊt c¶ c¸c lo¹i than. Do ®ã qu¸ tr×nh ®èt than chÝnh lµ qu¸ tr×nh ph¶n øng cña C víi O2, H2O trong kh«ng khÝ. - Ph¶n øng víi O2 - C + O2 = CO2 2C + O2 = 2CO Ph¶n øng víi h¬i níc C + H2O = CO + H2 C + 2H2O = CO2 + 2 H2 - Ph¶n øng víi c¸c s¶n phÈm khÝ ë trªn C + CO2 = 2CO C + 2H2 = CH4 + Do qu¸ tr×nh ph©n huû Cacbonat ë nhiÖt ®é cao Trong thµnh phÇn nguyªn liÖu cã chøa c¸c lo¹i Cacbonat vµ sunfat …C¸c chÊt nµy sÏ bÞ ph©n huû nhiÖt trong lß nung CaCO3 = MgCO3 = MgO + CO2 2CaSO4 + C= Cao + CO2 2CaO + 2SO2 + CO2 • Nguån sinh khÝ SO2 : do 2 nguån + Do qu¸ tr×nh ®èt than trong lß S + O2 = SO 2 + Do ph©n huû nguyªn liÖu C¸c nguyªn liÖu ®Ó s¶n xuÊt xi m¨ng ®Òu cã chøa lu huúnh d¹ng S, CaSO4, K2SO4, CaS, Na2S, CS2,…Trong qu¸ tr×nh nung clinke t¹i vïng nung, víi nhiÖt ®é tõ 900-1450, sÏ x¶y ra c¸c ph¶n øng cña c¸c chÊt trªn t¹o SO 2: 2Na2SO4 + C = 2Na2O + 2SO 2 + CO2 2K2SO4 + C = 2K2O + 2SO 2 + CO2 4 2CaSO4 + C = 2CaO + 2SO 2 + CO2 CS2 + 3O2 = CO2 + SO2 S + O2 = SO2 • Nguån sinh NOx: Do qu¸ tr×nh ®èt than NOX chñ yÕu lµ NO vµ NO2, sinh ra tõ 2 nguån chÝnh: +O2 vµ N2 kh«ng khÝ t¸c dônh víi nhau theo ph¶n øng thuËn nghÞch: O2 + N2 = 2NO NO + 1/2O2 = NO2 +O2 kh«ng khÝ vµ N trong thµnh phÇn nhiªn liÖu ph¶n øng víi nhau. • KhÝ HF chØ sinh ra trong c¸c lß ph¶n øng xi m¨ng khi sö dông c¸c hîp chÊt chøa F lµm phô gia kho¸ng ho¸ cho qu¸ tr×nh nung luyÖn. 2.2. Níc th¶i. Níc th¶i trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt xi m¨ng bao gåm: • Níc th¶i s¶n xuÊt. • Níc th¶i sinh ho¹t. • Níc ma ch¶y trµn. a.Níc th¶i s¶n xuÊt - Níc tõ c¸c c«ng ®o¹n lµm m¸t m¸y, bao gåm níc lµm m¸t ngoµi vá m¸y chøa bôi vµ níc lµm m¸t æ trôc chøa dÇu mì, nhiÖt ®é cao. - Níc th¶i s¶n xuÊt tõ qu¸ tr×nh nghiÒn nguyªn liÖu chøa bïn vµ nhiÒu t¹p chÊt r¾n, trong ®ã cã c¸c kim lo¹i nh s¾t nh«m, silic. - Níc th¶i röa s©n, khö bôi…chøa t¹p r¾n vµ c¸c lo¹i t¹p bÈn kh¸c. b. Níc th¶i sinh ho¹t Lµ níc th¶i tõ c¸c ho¹t ®éng phôc vô ®êi sèng nh t¾m r¼, ¨n uèng, nhµ vÖ sinh… chøa hµm lîng chÊt h÷u c¬, r¾n l¬ long, chÊt dinh dìng, vi trïng… c. Níc ma ch¶y trµn: Níc ma ch¶y trµn vµo c¸c khu vùc khai th¸c nguyªn liÖu hay khu vùc nhµ m¸y cuèn theo c¸c chÊt r¾n vµ xi m¨ng, ®Êt c¸t, dÇu mì… 5 2.3. ChÊt th¶i r¾n a.ChÊt th¶i r¾n s¶n xuÊt : chñ yÕu lµ bao b×, giÊy phÕ th¶i, ®Êt c¸t r¬i v·i vµ xi m¨ng ®ãng r¾n. ChÊt th¶i h÷u c¬ cã thÓ t¸i sö dông, chÊt th¶i v« c¬ Ýt g©y nguy h¹i, chØ cã lîng nguy h¹i lµ g¹ch chÞu nhiÖt cã chøa Crom lo¹i ra tõ lß nung do söa ch÷a hµng n¨m. b. ChÊt th¶i r¾n sinh ho¹t: Th¶i ra tõ ho¹t ®éng sinh ho¹t cña c«ng nh©n. 2.4.TiÕng ån TiÕng ån ph¸t ra tõ c¸c kh©u gia c«ng c¬ häc, thêng ë cêng ®é rÊt cao, ®Æc biÖt lµ ë m¸y nghiÒn bi, m¸y ®Ëp… 2.5.¤ nhiÔm nhiÖt C«ng nghÖ s¶n xuÊt xi m¨ng sö dông kh¸ nhiÒu nhiªth n¨ng, ®Æc biÖt lµ t¹i lß nung, nhiÖt ®é lªn ®Õn 1450 0C. T¹i c¸c m¸y nghiÒn còng sinh nhiÖt do ma s¸t vµ va ®Ëp. NhiÖt truyÒn qua vá lß vµ khãi lß vµo m«i trßng. Tuy nhiªn lîng nhiÖt cã thÓ ®îc kh¾c phôc b»ng gi¶i quyÕt th«ng giã tù nhiªn, th«ng giã cìng bøc, b»ng b¶o «n, c¸ch nhiÖt… 6 §¸ v«i Than §Êt sÐt Bôi, ån Than Phô gia CaF2 SÊy Bôi, ån Trén, nghiÒn Níc Kh«ng khÝ Khãi lß(HF, CO, CO2, SO2, NOx) Bôi, ån Bôi, ån Bôi Thµnh phÈm 7 S¬ ®å: C«ng nghÖ s¶n xuÊt xi m¨ng vµ c¸c dßng th¶i PhÇn 2 X¸c ®Þnh t¶i lîng chÊt « nhiÔm khÝ cho nhµ m¸y xi m¨ng lß ®øng: Sô ñoà tính caân baèng vaät chaát cho loø nung Ñaù voâi Khoùi loø (CO2, Co, NO2, Ñaát seùt Xæ pirit SO2, buïi, THC...) Clinke Loø nung Than Nhöõng chaát khaùc Khoâng khí . Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa nguyeân lieäu (%) : Caáu töû Ñaù voâi Ñaát seùt Pirit P.P.rit MKN 42,8 5,37 4,03 23,52 SiO2 0,4 68,1 18,76 5,9 Al2O3 0,19 16,5 3,52 4,77 Fe2O3 0,16 8,12 65,54 2,8 CaO 54,46 0,87 2,5 33,23 MgO 0,4 0,68 0,35 8,53 P2 O 5 13,42 . Tyû leä phoái lieäu cho 1 Kg clinke: -Ñaù voâi:1,24 Kg/Kg clinke -Ñaát seùt: 0,297 Kg/Kg clinke -Xæ pirit: 0,017Kg/Kg clinke -Photphorit:0,032Kg/Kg clinke . Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa boät lieäu: MKN SiO2 Al2O3 Fe2O3 35,05 13,39 3,373 2,406 . Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa than: C H O N 72,38 0,92 1,95 0,25 CaO 43,44 S 0,5 8 MgO 0,613 A 22 W 2 A.Tính doøng vaøo: - Löôïng than tieâu toán ñeå nung 1 Kg clinke: Xt=0,19 Kg/Kg clinke - Löôïng nguyeân lieäu aåm vaøo loø: Löôïng nguyeân lieäu aåm vaøo loø ñöôïc tính theo coâng thöùc sau: GWC = GC x 100 Kg/Kg clinke 100 - WC -GC : Löôïng nguyeân lieäu khoâ vaøo loø coù tính ñeán löôïng buïi toån thaát, ñöôïc tính theo coâng thöùc sau: GC = GTC x 100 100 - aTT Kg/Kg clinke -Wc : Ñoä aåm cuûa phoái lieäu vaøo loø. _GTC : Löôïng nguyeân lieäu khoâ lyù thuyeát vaøo loø nung, ñöôïc tính theo coâng thöùc sau: GTC = 100 – a x Xt x A 100 - MKNC Kg/Kg clinke -aTT :Tæn thÊt nguyªn liÖu cho lß ph¶n øng Vôùi phöông phaùp öôùt aTT =3-5%, Vôùi phöông phaùp khoâ aTT =5-10% -MKN : Phaàn traêm chaát maát khi nung cuûa phoái lieäu -A : Haøm löôïng tro cuûa than (%) -a : Ñoä laéng ñoïng tro than trong loø nung ( a= 0,8-1) Aùp duïng caùc coâng thöùc ñaõ neâu treân vaø giaû thieát: - toån thaát nguyeân lieäu theo buïi ra ngoaøi laø a TT = 0,5%(max) - Ñoä laéng ñoïng tro than trong loø nung laø a = 1 - Ñoä aåm phoái lieäu vaøo loø WC = 2% - Tính löôïng khoâng khí vaøo loø : GB = V0 * α * γ * Xt Kg/Kg clinke 9 -V0 : Löôïng khoâng khí lyù thuyeát vaøo loø nung, neáu duøng nguyeân lieäu raén ñöôïc tính theo coâng thöùc sau : V0 = 3 16 32 C+ H+ (S − O) 12 2 32 1,429 * 0,21 * 100 -α : Heä soá dö khoâng khí (α = 1,05-1,15) -γ : Khoái löôïng rieâng cuûa khoâng khí (γ = 1,293) B, Tính doøng ra I.Tính haøm löôïng buïi thaát thoaùt trong quaù trình nung luyeän clinke: + Buïi do quaù trình phaân huûy phoái lieäu: Gb = ( GC – GTC) x (1 – MKN x β x 0,01) Kg/Kg clinke -Gb : Löôïng buïi thaát thoaùt do quaù trình phaân huûy phoái lieäu (Kg/Kg clinke) -β : Möùc ñoä phaân huûy hoaøn toaøn cacbonnat cuûa buïi khoâng thu hoài (β = 0,3-0,6) + Buïi cuûa tro nhieân lieäu sinh ra GTRb = (1 − α ) * X * A ( Kg / Kgclinke) 100 II. Tính haøm löôïng khí SO2 sinh ra do quaù trình nung clinke xi maêng - Tính haøm löôïng khí SO2 do quaù trình ñoát than: Löu huyønh toàn taïi trong than coù tôùi 90% ôû daïng ñôn chaát vaø 10% ôû daïng sunfua kim loaïi, hôïp chaát höõu cô. Khi ñoát, phaûn öùng chaùy vôùi oxy taïo thaønh SO 2. Löôïng khí SO2 sinh ra do quaù trình ñoát than ñöôïc ñöôïc tính theo phaûn öùng vôùi hieäu suaát chuyeån hoùa laø 90%: MSO2 = 0,00171Kg/Kg clinke + Tính haøm löôïng khí SO2 do quaù trình nung luyeän clinke trong loø nung: 10 Ñeå tính löôïng SO2 sinh ra do quaù trình nung nguyeân lieäu ôû nhieät ñoä cao tröôùc heát phaûi tính ñöôïc löôïng S coù trong nguyeân lieäu ban ñaàu: Löôïng löu huyønh coù trong nguyeân lieäu ban ñaàu Nguyeân lieäu Ñaù voâi Ñaát seùt Xæ pirit Löôïng Kg/Kg clinke 1,24 0,297 0,017 Löôïng löu huyønh Khoái löôïng % khoái löôïng Soá Kmol Kg/Kg clinke 1,488*10-4 4,65*10-6 1,782*10-4 5,56875*10-6 4 6,8 x 10-4 0,19 x 10-4 Theo caùc phöông trình ñaõ neâu, cöù 1 nguyeân töû S taïo ra 1 phaân töû SO 2. Vì vaäy neáu coi 100% löu huyønh coù trong nguyeân lieäu deàu chuyeån thaønh SO 2 thì coù theå tính ñöôïc taûi troïng khí SO2 do nhieân lieäu taïo thaønh khi nung ôû möùc ñoï cao nhaát. Khi ñoù löôïng SO2 sinh ra ñöôïc tính: M2SO2 = 0,002014Kg/Kg clinke Song caùc phaûn öùng treân trong thöc teá khoâng bao giôø ñaït ñeán hieäu suaát 100%. Vì vaäy taûi löôïng khí SO2 thöïc teá coù theå nhoû hôn giaù trò tính. Vaäy toång löôïng khí SO2 sinh ra do quaù trình ñoát than vaø quaù trình nung nguyeân lieäu ôû nhieät ñoä cao laø: MTSO2 = M1SO2 + M2SO2 = 0,003724Kg/Kg clinke III.Tính löôïng khí NOx sinh ra do quaù trình ñoát than: Vieäc hình thaønh caùc khí NO x trong quaù trình ñoát than trong loø dieãn ra raát phöùc taïp, vì vaäy taûi löôïng caùc chaát khí naøy ñöôïc tính baèng phöông phaùp ñaùnh giaù nhanh cuûa WHO. Theo phöông phaùp ñaùnh giaù nhanh cuûa Toå chöùc Y Teá Theá Giôùi (WHO) thì cöù 1 taán than ñem ñoát seõ phaùt sinh 9,0 Kg khí NO 2. Vaäy neáu ñem ñoát 0,19 Kg than (töông öùng vôùi Kg clinke) thì taûi löôïng khí NO 2 sinh ra seõ laø: 11 MNO2 = (9,0:1000) x 0,19 = 0,0017 Kg/Kg clinke Öôùc tính taûi löôïng oâ nhieãm töø nhöõng nguoàn chính cuûa nhaø maùy xi maêng loø ñöùng: STT Chaát oâ nhieãm 1 Buïi 2 3 4 5 6 CO2 CO NO2 SO2 THC Taûi löôïng oâ nhieãm Taán/Taán clinke 0,013787 0,09909(*) 1,0847 0,000066 0,00197 0,004014 0,00001 Taûi löôïng oâ nhieãm Taán/naêm 1058,8416 7610,112(*) 86246,4 5,0688 151,296 308,27525 0,81485 C. C¸c ph¬ng ph¸p gi¶m thiÓu « nhiÔm: 1. Gi¶m thiÓu SO2: 1.1. ChuyÓn sang ding nhiªn liÖu cã hµm lîng S thÊp: a.Than ®¸ cã hµm lîng lu huúnh thÊp b.DÇu cã hµm lîng lu huúnh thÊp c.KhÝ tù nhiªn 1.2. Sö dông than vµ dÇu ®· dîc khö lu huúnh: a. Khö lu huúnh khái than ®¸: . TuyÓn (röa) nhê träng lùc . KhÝ than ho¸ . S¶n xuÊt nhiªn liÖu láng tæng hîp tõ than b. Khö lu huúnh khái dÇu 2. Gi¶m thiÓu NOx: 2.1. H¹ thÊp hÖ sè d kh«ng khÝ: HÖ sè thõa kh«ng khÝ cµng lín th× møc ®é sinh NO x cµng cao do nã lµm cho nhiÖt ®é còng nh nång ®é oxy ë vïng sau ®èt t¨ng. Duy tr× hÖ sè d kh«ng khÝ <10%. §iÒu nµy lµm cho nhiÖt ®é còng nh nång ®é oxy sau ®èt gi¶m. 12 2.2. Quay vßng s¶n phÈm khÝ ch¸y: Mét phÇn s¶n phÈm ch¸y (10-20%) ®îc ®a quay trë l¹i vïng ch¸y nh»m h¹ nhiÖt ®é ngän löa vµ gi¶m lîng oxy d. 2.3. Thùc hiÖn qu¸ tr×nh ch¸y 2 giai ®o¹n ë giai ®o¹n 1 cÊp khÝ díi møc t×nh theo hÖ sè tû lîng. TiÕp ®ã ë giai ®o¹n 2 bæ sung khÝ ë nhiÖt ®é thÊp ®Ó ®èt ch¸y hÕt phÇn nhiªn liÖu cßn l¹i. Môc ®Ých lµ gi¶m nhiÖt ®é cña qu¸ tr×nh ch¸y. 2.4. Chän cÊu t¹o cña buång ®èt thÝch hîp: Ch¼ng h¹n, buång ®èt than d¹ng cyclone cã møc ph¸t th¶i NO x cao nªn tr¸nh dïng. 2.5. H¹n chÕ viÖc gia nhiÖt khÝ tríc ®a vµo buång ®èt: Môc ®Ých lµ gi¶m nhiÖt ®é cña qu¸ tr×nh ch¸y. Bªn c¹nh viÖc ¸p dông c¸c biÖn ph¸p c¶i tiÕn c«ng nghÖ vµ gi¶m th¶i t¹i nguån, chóng ta cÇn ph¶i ¸p dông c¸c biÖn ph¸p xö lý khÝ « nhiÓmx thÝch hîp ®Ó lµm gi¶m t¶i lîng « nhiÔm vµo m«i trêng xung quanh. 13 PhÇn 3 ThiÕt kÕ hÖ thèng xö lý khÝ th¶i cho nhµ m¸y xi m¨ng lß ®øng Nhµ m¸y xi m¨ng lß ®øng: Lu lîng: 26000 m3/h Bôi : 3500 mg/m3 SO2 : 4000 mg/ m3 NOx : 3000 mg/ m3 I. Lùa chän c«ng nghÖ: I.1. Xö lý bôi: §Ó xö lý bôi cho c¸c nhµ m¸y th× chóng ta cã rÊt nhiÒu ph¬ng ph¸p. Sau ®©y lµ mét sè thiÕt bÞ xö lý bôi phæ biÕn trong c¸c d©y chuyÒn xö lý: I.1.1. Buång l¾ng: Buång l¾ng lµm cho bôi l¾ng díi t¸c dông cña träng lùc. Buång l¾ng lµ mét kh«ng gian h×nh hép cã tiÕt diÖn ngang lín h¬n nhiÒu lÇn so víi tiÕt diÖn cña ®êng èng dÉn khÝ vµo vµ ra ®Ó cho vËn tèc dßng khÝ bôi gi¶m xuèng rÊt nhá khi ®i vµo buång l¾ng. Nhê thÕ h¹t bôi cã ®ñ thêi gian ®Ó r¬i xuèng ch¹m ®¸y díi t¸c dông cña träng lùc vµ bÞ gi÷ l¹i ë ®ã. Buång l¾ng cã u ®iÓm lµ cÊu t¹o ®¬n gi¶n, ®Çu t thÊp, dÔ x©y dùng b»ng c¸c vËt liÖu cã s½n nhng víi lu lîng lín th× buång l¾ng sÏ rÊt cång kÒnh, chiÕm nhiÒu kh«ng gian vµ chØ t¸ch ®îc c¸c h¹t bôi lín. I.1.2. ThiÕt bÞ t¸ch bôi b»ng lùc tÜnh ®iÖn: (ESP) ThiÕt bÞ t¸ch bôi b»ng lùc tÜnh ®iÖn t¸ch bôi nhê lùc tÜnh ®iÖn. ThiÕt bÞ cã kh¶ n¨ng t¸ch ®îc c¸c h¹t bôi mÞn, ®¹t hiÖu suÊt cao nhng thiÕt bÞ chØ lamf viÖc tèt víi lo¹i bôi r¾n cã ®iÖn trë suÊt trung b×nh, trong kho¶ng 107 ®Õn 2.1010 Ω. Ngoµi ra, trang thiÕt bÞ tèn kÐm, ho¹t ®éng ®ßi hái rÊt nhiÒu n¨ng lîng. I.1.3.ThiÕt bÞ t¸ch bôi b»ng vËt liÖu läc: 14 Dßng khÝ bôi ®îc ®a qua mét m«i trêng xèp, bôi ®îc gi÷ l¹i phÝa trªn hoÆc phÝa trong thÓ tÝch cña c¸c m«i trêng xèp do t¸c dông cña c¸c lùc khuÕch t¸n, qu¸n tÝnh … vµ ®îc t¸ch ra khái dßng khÝ. ThiÕt bÞ t¸ch bôi b»ng vËt liÖu läc cã kh¶ n¨ng t¸ch ®îc bôi cã kÝch thíc nhá, hiÖu suÊt t¸ch bôi cao. Tuy nhiªn kh«ng thÝch hîp víi bôi cã ®é Èm cao, hiÖu suÊt t¸ch bôi phô thuéc nhiÒu vµo vËt liÖu läc, nÕu t¸i sinh kh«ng tèt cã thÓ g©y t¸c cho tõng bé phËn, ®Çu t cho vËt liÖu läc kh¸ tèn kÐm. I.1.4. Cyclon Cyclon t¸ch bôi nhê t¸c dông cña lùc ly t©m. Gia thµnh ®Çu t thÊp, cÊu t¹o ®¬n gi¶n dÔ vËn hµnh, chi phÝ b¶o dìng thÊp, cã kh¶ n¨ng lµm viÖc liªn tôc, cã thÓ chÕ t¹o b»ng nhiÒu lo¹i vËt liÖu kh¸c nhau. Tuy nhiªn cyclone ®¹t hiÖu suÊt t¸ch bôi thÊp víi bôi cã d<5 µ m. I.1.5. ThiÕt bÞ t¸ch bôi ít T¹o ra sù tiÕp xóc gi÷a dßng khÝ bôi vµ chÊt láng, bôi trong dßng khÝ bÞ chÊt láng gi÷ l¹i vµ ®îc th¶i ra ngoµi díi d¹ng bïn cÆn. ThiÕt bÞ cã kh¶ n¨ng xö lý ®ång thêi c¶ khÝ lÉn bôi, cã hiÖu suÊt t¸ch bôi cao ®èi víi bôi cã kÝch thíc nhá, cã thÓ vËn hµnh ë nhiÖt ®é cao, kh«ng cã hiÖn tîng bôi quay l¹i. I.2. Xö lý NOx: C«ng nghÖ khö xóc t¸c chän läc xö lý NO x sö dông chÊt xóc t¸c vµ t¸c nh©n khö NH3 ë nhiÖt ®é cao. Víi chÊt xóc t¸c cã chøa V 2O5 th«ng dông hiÖn nay, nhiÖt ®é lµm viÖc cña qu¸ tr×nh thêng tõ 300-4500C . Ph¶n øng quan träng trong qu¸ tr×nh lµ ph¶n øng khö chän läc gi÷a NH3 vµ NOx t¹o thµnh N2 vµ níc trªn bÒ mÆt xóc t¸c. Ngoµi ra trong dßng khÝ cã mÆt nhiÒu chÊt khÝ kh¸c nªn cßn cã nhiÒu ph¶n øng phô cã thÓ lµm ¶nh hëng tíi hiÖu suÊt khö NOx vµ c¸c th«ng sè ho¹t ®éng cña qu¸ tr×nh nh oxy ho¸ NH3 oxy ho¸ SO2 thµnh SO3 Ph¶n øng khö chän läc: 4NO + 4NH3 + O2 = 4N2 + 6H2O 2NO + 4NH3 + O2 = 3N2 + 6H2O C¸c ph¶n øng phô Oxy ho¸ NH3: 15 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O Oxy ho¸ SO2: SO2 + 1/2O2 = SO3 T¹o muèi am«n SO3 + NH3 +H2O = NH4HSO4 SO3 + 2NH3 +H2O = (NH4)2SO4 I.3. Xö lý SO2: I.3.1.Trén thªm ®¸ v«i (CaCO3) vµo nhiªn liÖu tríc khi ®«t trong lß tÇng s«i §¸ v«i ®îc trén víi than ®¸ tríc khi ®èt. SO2 ®îc t¹o thµnh trong qu¸ tr×nh ®èt ph¶n øng trùc tiÕp víi ®¸ v«i t¹o Canxi sunfat. Ph¬ng ph¸p nµy cã hiÖu suÊt cao nhng tØ lÖ giøa ®¸ v«i vµ than ®¸ ®¹t 1/4 trong khi hµm lîng S trong than ®¸ chØ kho¶ng 3%. Do ®ã lîng chÊt th¶i r¾n ph¸t sinh lín. I.3.2.HÊp thô b»ng s÷a v«i Dïng dÞch s÷a v«i hÊp thô khÝ SO 2 trong khÝ th¶i theo phong tr×nh ph¶n øng tæng hîp sau: Ca(OH)2 + SO2 → CaSO3 + H2O Ph¬ng ph¸p nµy ®¬n gi¶n, rÎ tiÒn. I.3.3.HÊp thô b»ng s÷a v«i kÕt hîp víi MgSO 4 Thùc chÊt qu¸ tr×nh hÊp thô ®îc thùc hiÖn bëi MgSO3 .TiÕp ®ã, MgSO3 ®îc t¸i sinh nhê thùc hiÖn kÕt tña Canxi sunfat ë bÓ phÝa ngoµi th¸p hÊp thô. Ph¬ng ph¸p nµy cã thÓ tr¸nh ®îc cÆn ®äng, tuy nhiªn yªu cÇu ph¶i xö lý bôi víi møc ®é cao tríc khi xö lý SO2. I.3.4.HÊp thô b»ng dÞch Mg(OH)2. T¬ng tù nh ph¬ng ph¸p dïng Ca(OH)2. MgO ®îc t¸i sinh nªn h¹n chÕ ®îc vÊn ®Ò chÊt th¶i r¾n. Tuy nhiªn tèn n¨ng lîng cho qu¸ tr×nh t¸i sinh nµy. I.3.5.HÊp thô b»ng dung dÞch kiÒm hoÆc amoni Dung dÞch hÊp thô lµ Na + hoÆc NH4OH. Sau hoµn nguyªn cã thÓ sö dông SO 2 ®Ó s¶n xuÊt H2SO4. Tuy nhiªn, t¹o ra s¶n phÈm phô kh«ng mong muèn lµ Na 2SO4 vµ (NH4)2SO4. 16 Nh vËy, qua c¸c thiÕt bÞ xö lý ®· nªu, ta sö dông cyclone ®Ó xö lý bôi ë giai ®o¹n ®Çu sau ®ã kÕt hîp víi c¸c thiÕt bÞ t¸ch bôi ít ë giai ®o¹n sau ®Ó cã thÓ gi¶m lîng bôi tho¸t ra ngoµi ®¹t tiªu chuÈn cho phÐp. Cyclone tæ hîp kh«ng thÝch hîp cho xö lý bôi nhµ m¸y xi m¨ng v× bôi nµy cã ®é kÕt dÝnh cao. Do ®ã, lùa chän xö lý bôi b¨ng cyclone ®¬n. Sau xö lý bôi, nhiÖt ®é dßng khÝ th¶i vÉn ®¹t trªn 370 0C. Do ®ã ®¶m cho viÖc xö lý NOx b»ng khö xóc t¸c chän läc NH3. Cuèi cïng lµ c«ng ®o¹n xö lý SO2 b»ng s÷a v«i. Ph¬ng ph¸p nµy rÎ tiÒn vµ tËn dông ®îc nguån nguyªn liÖu cã s½n, hiÖu suÊt hÊp thô cao, cã kh¶ n¨ng xö lý lîng bôi cßn l¹i. II.TÝnh to¸n thiÕt kÕ xyclon I.1.Nguyªn lý cÊu t¹o vµ ho¹t ®éng cña xyclon Kh¶ n¨ng t¸ch bôi cña xyclon lµ do lùc ly t©m t¸c dông lªn h¹t bôi. Khi dßng khÝ ®i vµo thiÕt bÞ h×nh trô theo ph¬ng tiÕp tuyÕn, dßng khÝ chuyÓn ®éng xo¸y èc bªn trong thiÕt bÞ, lµm cho c¸c h¹t bôi v¨ng vÒ phÝa thµnh xyclon. Díi t¸c dông cña lùc träng trêng, c¸c h¹t bôi nµy r¬i xuèng ®¸y xyclon. Nh vËy bôi ®îc t¸ch ra khái dßng khÝ. Dßng khÝ va vµo ®¸y thiÕt bÞ, gi÷ nguyªn chuyÓn ®éng xo¸y vµ ®i theo ®êng èng trung t©m ra ngoµi. Lùc ly t©m ®îc tÝnh theo c«ng thøc: F = Trong ®ã: m.v 2 r v- vËn tèc dµi m- khèi lîng h¹t r- b¸n kÝnh quü ®¹o CÊu t¹o cña xyclon ®îc minh ho¹ trªn h×nh vÏ. I.2.TÝnh to¸n xyclon Dùa vµo hiÖu suÊt t¸ch bôi cña xyclon ®èi víi chÕ ®é ch¶y rèi cña dßng khÝ:  π .n.v c .d 2 .ρ b η = 1 − exp − 9Wi .µ  Trong ®ã: η −HiÖu suÊt t¸ch bôi kÝch thíc d     n- Sè dßng xo¾n mµ dßng khÝ chuyÓn ®éng trong xyclon Chän n =5 vc- VËn tèc dµi cña bôi(b»ng vËn tèc dßng khÝ vµo) 17 ρb − TØ khèi bôi ρb =2,9.103(kg/m3) µ - §é nhít cña khÝ µ = 1,8.10-5(kg/m.s) Wi- ChiÒu réng cöa vµo cña xyclon MÆt kh¸c ta cã: Scöa vµo.vc = Q ⇔ 2W i2 vc = Q = ⇔ vc = 64100 3600 =17.8 (m3/s) 8,9 Wi 2 Thay c¸c gi¸ trÞ trªn vµo c«ng thøc tÝnh hiÖu suÊt, ta ®îc biÓu thøc quan hÖ gi÷a Wi, d vµ η    6 2    η=1- exp  − 2501.103 .d  Hay Wi 6 2 Wi = − 2501.10 .d ln(1 −η)  1 3    Cho mét sè gi¸ trÞ hiÖu suÊt cÇn ®¹t vµ gi¸ trÞ kÝch thíc bôi, tÝnh gi¸ trÞ cña Wi ta ®îc b¶ng sau d(m) 0.000005 0.00001 0.000015 0.00002 0.000025 0.00003 η 0.4 0.5 0.79 1.03 1.25 1.45 1.64 0.45 0.47 0.75 0.98 1.19 1.38 1.56 0.5 0.45 0.71 0.93 1.13 1.31 1.48 0.55 0.43 0.68 0.89 1.08 1.25 1.41 0.6 0.41 0.65 0.85 1.03 1.19 1.35 0.65 0.39 0.62 0.81 0.98 1.14 1.29 0.7 0.37 0.59 0.78 0.94 1.09 1.23 0.75 0.36 0.57 0.74 0.9 1.04 1.18 0.8 0.34 0.54 0.7 0.85 0.99 1.12 0.85 0.32 0.51 0.67 0.81 0.94 1.06 0.9 0.3 0.48 0.63 0.76 0.88 0.99 0.95 0.28 0.44 0.57 0.69 0.81 0.91 B¶ng:chiÒu réng cöa vµo xyclon Tõ kÝch thøíc thu ®îc, tÝnh l¹i hiÖu suÊt thu bôi cña xyclon víi c¸c lo¹i bôi cña nhµ m¸y xi m¨ng (b¶ng trang sau), qua ®ã lùa chän vËn tèc vµ kÝch thíc cöa vµo tèi u ta ®îc kÕt qu¶: vc = 15,8(m/s) 18 η = 0,61 Wi = 0,75 (m) Tõ ®ã ta cã c¸c kÝch thíc cña xyclon : Wi = H1 = De = dd = H = 1,5 (m) H2 = 6 (m) S = 1.5 (m) 0,75 (m) 6 (m) 3 (m) 0,75 (m) III.TÝnh to¸n thiÕt bÞ khö xóc t¸c chän läc b»ng NH3 víi xóc t¸c Vanadi III.1.C¬ së cña qu¸ tr×nh khö xóc t¸c chän läc: III.1.1. C¸c ph¶n øng khö: C«ng nghÖ khö xóc t¸c chän läc xö lý NO x sö dông chÊt xóc t¸c vµ t¸c nh©n khö NH3 ë nhiÖt ®é cao. Víi chÊt xóc t¸c cã chøa V 2O5 th«ng dông hiÖn nay, nhiÖt ®é lµm viÖc cña qu¸ tr×nh thêng tõ 300-4500C . Ph¶n øng quan träng trong qu¸ tr×nh lµ ph¶n øng khö chän läc gi÷a NH3 vµ NOx t¹o thµnh N2 vµ níc trªn bÒ mÆt xóc t¸c. Ngoµi ra trong dßng khÝ cã mÆt nhiÒu chÊt khÝ kh¸c nªn cßn cã nhiÒu ph¶n øng phô cã thÓ lµm ¶nh hëng tíi hiÖu suÊt khö NOx vµ c¸c th«ng sè ho¹t ®éng cña qu¸ tr×nh nh oxy ho¸ NH3 oxy ho¸ SO2 thµnh SO3 Ph¶n øng khö chän läc: 4NO + 4NH3 + O2 = 4N2 + 6H2O 2NO + 4NH3 + O2 = 3N2 + 6H2O C¸c ph¶n øng phô Oxy ho¸ NH3: 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O Oxy ho¸ SO2: SO2 + 1/2O2 = SO3 T¹o muèi am«n SO3 + NH3 +H2O = NH4HSO4 SO3 + 2NH3 +H2O = (NH4)2SO4 Qu¸ tr×nh khö chän NO x chñ yÕu th«ng qua ph¶n øng khö NO v× thµnh phÇn khÝ th¶i lß ®èt c«ng nghiÖp NO2 chØ chiÕm mét lîng nhá tõ 5-10% lîng NOx 19 Ph¶n øng oxy ho¸ NH3 ®îc quan t©m bëi nã dÉn ®Õn tæn thÊt NH 3 lµm gi¶m hiÖu suÊt khö NOx nãi chung cña qu¸ tr×nh v× s¶n phÈm ph¶n øng cã mét phÇn NO, SO 3 cã mÆt trong khÝ th¶i cã thÓ ph¶n øng víi NH 3 t¹o ra c¸c muèi am«n d¹ng bôi mÞn cã thÓ lµm t¾c vµ bao phñ bÒ mÆt xóc t¸c còng nh l¾ng ®äng hoÆc ¨n mßn c¸c bé phËn phÝa sau dßng. Do ®ã viÖc ng¨n chÆn hoÆc gi¶m bít c¸c ph¶n øng phô trªn lµ mét trong nh÷ng vÊn ®Ò ®îc quan t©m nhÊt trong xö lý NO x b»ng ph¬ng ph¸p khö xóc t¸c víi NH3 nh»m ®¹t hiÖu suÊt khö NOx mµ kh«ng lµm g©y trë ng¹i tíi c¸c thiÕt bÞ kh¸c. III.1.2.Ph¶n øng chän läc: NH3 hÊp phô m¹nh trªn bÒ mÆt xóc t¸c ph¶n øng víi NO trong pha khÝ t¹o thµnh phøc chÊt vµ sau ®ã bÞ ph©n huû thµnh N 2 vµ h¬i níc theo d¹ng c¬ chÕ ®éng häc xóc t¸c Eley-Rideal. vai trß cña oxy lµ t¸i t¹o trung t©m ho¹t tÝnh V=O tõ d¹ng V- OH trªn xóc t¸c. Nång ®é oxy trong khÝ th¶i lín h¬n 2% hÇu nh kh«ng ¶nh hëng tíi tèc ®é ph¶n øng khö lùa chän oxy, ¶nh hëng cña oxy chØ ®¸ng kÓ tõ díi 1%. Trong ®iÒu kiÖn thùc tÕ thµnh phÇn oxy d trong kh«ng khÝ th¶i ®èt nhiªn liÖu thêng cao trªn díi 4% nªn qu¸ tr×nh khö xóc t¸c chän läc ®îc coi lµ kh«ng chÞu ¶nh hëng bëi nång ®é oxy. C¬ chÕ Eley-Rideal ®· ®îc chÊp nhËn sö dông trong rÊt nhiÒu nghiªn cøu ho¹t tÝnh xóc t¸c vµ m« pháng thiÕt bÞ SCR cho thÊy sù phï hîp víi thùc nghiÖm. III.1.3. C¸c ph¶n øng phô Oxy ho¸ NH3. NH3 cã thÓ bÞ oxy ho¸ ë nhiÖt ®é cao trªn 300 oc t¹o thµnh N2 vµ mét phÇn NO, ®«i khi cßn cã thÓ t¹o thµnh mét lîng nhá N2O. Ph¶n øng NH3 x¶y ra khi nång ®é NO trong pha khÝ thÊp ®Õn møc kh«ng duy tr× ®îc ph¶n øng khö chän läc chñ ®¹o víi NH3. Ph¶n øng nµy thêng gÆp trong trêng hîp nång ®é NO gi¶m xuèng kh«ng tríc khi ra khái líp xóc t¸c vµ trong dßng khÝ vÉn cßn d NH3 cha ph¶n øng (do tØ lÖ NH3>NO>1), NH3 bÞ oxy ho¸ trong phÇn cßn l¹i cña thiÕt bÞ. HiÖu suÊt khö NOx tæng sÏ bÞ gi¶m khi NH 3 bÞ oxy ho¸ thµnh NO ®¸ng kÓ. Sù oxy ho¸ NH3 t¨ng lªn khi nång ®é NH 3 d cao vµ nhiÖt ®é vïng ph¶n øng trªn 371 oc. §Ó h¹n chÕ sù oxy ho¸ NH 3 trong thùc tÕ ®èi víi khÝ th¶i ®èt nhiªn liÖu tØ lÖ NH 3/NO ban ®Çu ®îc khèng chÕ nhá h¬n 1 vµ nhiÖt ®é qu¸ tr×nh díi 450oC. 20