CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước cộng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế công nghiệp. Các khu công nghiệp, các nhà máy xí nghiệp mọc lên nhanh chóng, điều đó dẫn đến việc khai thác và sử dụng các nguồn nhiên liệu đốt ngày càng lớn để cung cấp năng lượng cho công việc sản xuất. Trong vô số các loại nhiên liệu để phục vụ cho sản xuất thì dầu FO được phần lớn các nhà máy công nghiệp sử dụng để đốt trong lò hơi. Trong công nghiệp thường dùng chủ yếu là dầu FO nặng do đó hàm lượng S rất cao, từ 4-5%, do lượng lưu huỳnh cao nên khí thải ra thường có hàm lượng SO2 vượt quá tiêu chuẩn cho phép và rất độc hại.
Khí thải từ lò hơi đốt dầu FO có lưu lượng lớn, nồng độ bụi cao và chứa nhiều chất độc hại như SOx, NOx, có tác hại nghiêm trọng. Vì vậy cần được xử lý các chất khí độc hại này và đảm bảo nồng độ khí thải phải đạt chuẩn mà nhà nước cho phép thải ra ngoài. Trong khi đó các nhà máy và cơ sở sản xuất đã và đang sử dụng dầu FO vẫn ít quan tâm đến việc xử lý các loại khí thải độc hại này. Trước tình trạng ô nhiễm không khí như hiện nay thì việc để các khí thải độc hại phát tán vào trong không khí mà không qua bất kỳ một phương pháp xử lý hay thiết bị nào sẽ cực kỳ nguy hiểm đối với hệ sinh thái, môi trường sống của con người.
Về vấn đề sức khỏe, khí thải khi đốt dầu FO rất độc hại, nguy hiểm cho cả con người và môi trường. Lượng tro bụi thải ra trong quá trình đốt gây tác động lên hệ hô hấp của con người đặc biết là người già và trẻ em, khí SO 2 ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường, hiệu ứng nhà kính. Khí NO2 với nồng độ cao có thể tác động đến thần kinh, làm chảy máu mũi và viêm họng. Đối với khí CO là loại khí không màu, không mùi vị ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của phụ nữ mang thai và ngươi bệnh về tim mạch.
1 Chính những lý do trên, đề tài “Thiết kế hệ thống xử lý khói lò hơi đốt dầu FO công suất hơi 5000 kg/h” được thực hiện nhằm tính toán và thiết kế hệ thống xử lý các khí thải. Giới thiệu về lò hơi Lò hơi công nghiệp là thiết bị sử dụng nhiên liệu để đun sôi nước tạo thành hơi nước mang nhiệt để phục vụ cho các yêu cầu về nhiệt trong các lĩnh vực công nghiệp như sấy, đun nấu, hơi để chạy tuabin máy phát điện. Tùy theo nhu cầu sử dụng mà người ta tạo ra nguồn hơi có nhiệt độ và áp suất phù hợp để đáp ứng cho các loại công nghệ khác nhau. Trong nhiều ngành sản xuất thì lò hơi là thiết bị không thể thiếu.
Về nguyên lý hoạt động: Lò hơi chủ yếu dùng lượng nhiệt sinh ra của nhiên liệu biến thành nhiệt năng của hơi nước. Hơi này cung cấp cho các quá trình. Bộ phận cung cấp cho các quá trình công nghiệp tùy mục đích. Ngoài ra, các nhà máy nhiệt điện thường dùng tuabin để chạy máy phát điện thì hơi được sử dụng là hơi quá nhiệt.
Cò 5 loại lò hơi chính được sử dụng trong công nghiệp bao gồm: Nồi hơi đốt than ghi xích, nồi hơi tổ hợp công nghiệp, đa năng, nồi hơi đốt trấu, nồi hơi đốt than, củi trấu, nồi hơi đốt gas, dầu. So với các loại lò hơi đốt bằng nhiên liệu khác thì lò hơi đốt bằng dầu FO có chi phí khá cao, sinh ra ít tro, bụi hơn lò hơi đốt bằng than đá nhưng mặt khác lò hơi đốt dầu FO sinh ra lượng SO2 cực kỳ lớn và chi phí xử lý SO2 rất tốn kém. 2 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ KHÍ THẢI LÒ HƠI DÙNG DẦU FO 2.1 Tổng quan về khí thải lò hơi dùng dầu FO Dầu là nhiên liệu phổ biến được sử dụng nhiều trong các lò công nghiệp. Nhiên liệu dầu đốt trong lò được phân thành: Dầu nặng như dầu mazut và dầu nhẹ như dầu diesel và dầu hỏa.
Dầu FO, còn được gọi là dầu nhiên liệu hay dầu mazut, là phân đoạn nặng thu được khi chưng cất dầu thô parafin và asphalt ở áp suất khí quyển và trong chân không. Dầu FO có điểm sôi cao. Trong kỹ thuật người ta còn chia thành dầu FO nhẹ và FO nặng. Vì thế, các đặc trưng hoá học của dầu mazut có những thay đổi đáng kể nhưng không phải tất cả các đặc trưng này ảnh hưởng tới việc sử dụng chúng làm nhiên liệu và các kỹ thuật sử dụng để đạt hiệu quả cao.
Dầu FO được sử dụng làm nguyên liệu đốt lò trong công nghiệp nồi hơi, lò nung, lò đốt dạng bay hơi, dạng ống khói hoặc cho các loại động cơ đốt trong của tàu biển… Nhiệt trị của dầu FO là 10.175kcal/kg và tỷ trọng là 0. Phân loại: Dầu FO nhẹ có độ sôi 200 - 3000ºC, tỷ trọng 0. Dầu FO nặng có độ sôi lớn hơn 3200ºC và tỷ trọng 0. Độ nhớt của dầu FO rất cao và thay đổi trong phạm vi rộng từ 250 – 7000 đợn vị Red – Wood chuẩn, trong khi đó độ nhớt của dầu đo chỉ là 40 – 70 đơn vị.
Khí thải chủ yếu từ lò hơi Khí SO2 là sản phẩm chủ yếu của quá trình đốt cháy các nhiên liệu có chứa lưu huỳnh (S) như than,…hay nguyên liệu chứa lưu huỳnh như đôt quặng Pirit sắt (FeS2), đốt cháy lưu huỳnh,…trong quá trình sản xuất acid Sunfuric(H2SO4). Trong tự nhiên, SO2 được phát tán trong không khí chủ yếu là do đốt than, và một phần do núi lửa phun. 3 Trong lò hơi, khí SO2 chủ yếu sinh ra từ quá trình đốt nhiên liệu bằng than đá hay dầu FO. Đặc điểm khí thải lò hơi đốt bằng dầu FO Lò hơi đốt bằng dầu FO là loại phổ biến nhất hiện nay.
Dầu FO là một phức hợp của hợp chất cao phân tử. Dầu FO dạng lỏng có lượng sinh nhiệt cao. Độ tro ít nên ngày càng được sử dụng rộng rãi. Mặt khác, vận hành lò hơi đốt dầu đơn giản và khá kinh tế.
Khí thải của lò hơi đốt bằng dầu FO thường có các chất sau: CO2, CO, SO2, SO3, NOx, hơi nước…Ngoài ra còn có một hàm lượng nhỏ tro và các hạt tro rất nhỏ trộn lẫn với dầu cháy không hêt tồn tại dưới dạng sol khí mà ta thường gọi là mồ hóng. Lượng khí thải khi đốt dầu FO ít thay đổi; nhu cầu không khí cần cấp cho đốt cháy hết 1kg dầu FO là VO20=10,6kg/m3. Lượng khí thải sinh ra khi đốt 1kg dầu FO là VC20 ≈ 11,5m3/kg ≈ 13,8kg khí thải/ 1kg dầu. Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải: Với dầu FO dùng theo tiêu chuẩn chất lượng, khi đốt cháy trong lò hơi sẽ có nồng độ các chất trong khí thải như trong bảng sau: Bảng 2.1 Nồng độ các chất trong khí thải lò hơi đốt dầu FO trong điều kiện đốt cháy tốt [6] Chất gây ô nhiễm Nồng độ (mg/m3) SO2 và SO3 5217 – 7000 CO 50 Tro bụi 280 Hơi dầu 0,4 NOx 428 4 Thành phần khí thải khi đốt các loại nhiên liệu bao gồm như sau: Bảng 2.2 Các chất ô nhiễm trong khói thải lò hơi [6] Loại lò hơi Chất ô nhiễm Lò hơi đốt bằng củi Khói + tro bụi + CO + CO2 Lò hơi đốt bằng than đá Khói + tro bụi + CO + CO2 + SO3 + NOx Lò hơi đốt bằng dầu FO Khói + tro bụi + CO + CO2 + SO3 + NOx CO: là sản phẩm của quá trịnh cháy trong điều kiện thiếu O2, CO gây ức chế hô hấp của động vật và tế bào thực vật.
Có thể gây tử vong cấp kì ở nồng độ 0,8 ppm. NOx: bao gồm NO, NO2,…là những chất ô nhiễm do quá trình đốt cháy nhiên liệu phát thải vào bầu khí quyển, trong đó ở gần ngọn lửa khí NO chiếm 90 – 95% và phần còn lại là NO2. SOx: hầu hết các loại nhiên liệu lỏng đều có chứa lưu huỳnh trong dầu đốt. Khi cháy thành phần lưu huỳnh trong nhiên liệu phản ứng với oxy tạo thành khí oxit luu huỳnh, trong đó khoảng 99% là khí sunfua dioxit SO2.
Bụi: trong sản phẩm cháy của các nhiên liệu lỏng, rắn hầu hết đều có mang theo bụi; nhiên liệu khi cháy sinh ra một hàm lượng bụi lớn nhưng nhất thiết cần xử lý để tránh bụi phát tán ra môi trường gây ra các bệnh liên quan đến đường hô hấp và làm mất vệ sinh môi trường xung quanh nguồn thải. Tổng quan về khí thải 5 2. Tổng quan về khí SO2 Nguồn gốc: Nguồn phát thải SO2 chủ yếu là từ các trung tâm nhiệt điện, các lò nung, lò hơi đốt than, dầu và khí đốt có chứa lưu huỳnh hoặc hợp chất của lưu huỳnh. Ngoài ra, một số công đoạn sản xuất trong công nghiệp hóa chất, luyện kim, cũng thải vào bầu khí quyển một lượng SO2 đáng kể.
Về tính chất: Khí sunfurơ là chất khí không màu, có mùi hăng cay khi nồng độ trong khí quyển là 1 ppm, là sản phảm của quá trình đốt cháy các nhiên liệu có chứa lưu huỳnh (ví dụ dầu FO). SO2 có nhiệt độ nóng chảy ở -75ºC và nhiệt độ sôi ở -10ºC, rất bền với nhiệt Khí SO2 là một chất khí ô nhiễm khá điển hình. SO 2 có khả năng hoà tan trong nước cao hơn các khí gây ô nhiễm khác nên dễ phản ứng với cơ quan hô hấp của con người và động vật. Độc tính chung của SO2 thể hiện ở rối loạn chuyển hoá protein và đường, thiếu vitamin B, C ức chế enzyme oxydaza.
Khi hàm lượng thấp, SO2 có thể làm sưng viêm mạc. Ngoài ra khí SO2 xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp và hòa tan vào nước bọt, từ đó qua đường tiêu hóa để ngấm vào máu, SO2 tham gia nhiều phản ứng hoá học để làm giảm dự trữ kiềm trong máu gây rối loạn chuyển hoá đường và protêin, gây thiếu vitamin B và C, tạo ra methemoglobine để chuyển Fe2+ (hoà tan) thành Fe3+(kết tủa) gây tắc nghẽn mạch máu cũng như làm giảm khả năng vận chuyển ôxy của hồng cầu, gây co hẹp dây thanh quản, khó thở. Liều lượng của SO2 như sau: Bảng 2.3 Liều lượng gây độc [7] 6 mg SO2/m3 Tác hại 20 – 30 Giới hạn gây độc tính 50 Kích thích đường hô hấp, ho 130 – 260 Liều nguy hiểm sau khi hít thở (30 – 60 phút) 1000 – 1300 Liều gây chết nhanh (30 – 60 phút) SO2 làm thiệt hại đến mùa màng, nhiễm độc cây trồng.