D6 du min hoc bi that ri li bhi thd GVHD: Ths. Dư Mỹ Lệ

Đồ án kỹ thuật nghiên cứu thiết kế tháp đệm sử dụng dung dịch caoh2 hấp thu khí thải so2 từ nhà máy phát điện, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính

• Đề tài: Phân Tích Ô Nhiễm Không Khí Từ Nhà Máy Nhiệt Điện: Tình Hình Và Giải Pháp

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ KHÍ SO2
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO2
• 1.2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ
• 1.2.1. Sơ lược về phương pháp hấp thụ (Absorption method)
• 1.2.2. Phương pháp hấp phụ (Adsorption method)
• 1.2.3. Đại cương về phương pháp đốt (Incineration Method)
• 1.3. LỰA CHỌN THIẾT BỊ
• 1.3.1. Các loại tháp thường dùng
• 1.3.1.1. Tháp phun rỗng
• 1.3.1.2. Tháp rửa khí có đệm
• 1.3.1.3. Thiết bị lọc bụi kiểu sủi bọt
• 1.4. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÍ KHÍ SO2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ
• 1.4.1. Hấp thụ khí SO2 bằng nước
• 1.4.2. Xử lý khí SO2 bằng sữa vôi (Ca(OH)2)

Tóm tắt

I. Phân Tích Ô Nhiễm Không Khí Nhà Máy Nhiệt Điện Vấn Đề Gốc

Ô nhiễm không khí từ nhà máy nhiệt điện, đặc biệt là nhiệt điện than, đang là một trong những thách thức môi trường lớn nhất hiện nay. Các nhà máy này, dù đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, lại là nguồn phát thải chính của nhiều chất ô nhiễm nguy hiểm. Quá trình đốt cháy năng lượng hóa thạch như than và dầu FO để tạo ra điện năng giải phóng một lượng lớn khí thải nhà máy nhiệt điện vào khí quyển. Các chất này không chỉ làm suy giảm chất lượng không khí tại các khu vực lân cận mà còn góp phần gây ra các vấn đề môi trường vĩ mô như mưa axit và biến đổi khí hậu. Thực tế cho thấy, tổng lượng phát thải từ ngành công nghiệp này là đáng báo động. Theo một thống kê, chỉ riêng ba nhà máy nhiệt điện lớn ở miền Bắc Việt Nam vào năm 1993 đã thải ra môi trường khoảng 6.713 tấn khí SO₂, 2.724 tấn NOx và hàng ngàn tấn bụi mỗi năm. Con số này đã tăng lên đáng kể cùng với sự phát triển của ngành năng lượng. Việc hiểu rõ nguồn gốc, thành phần và quy mô của vấn đề là bước đầu tiên và quan trọng nhất để xây dựng các giải pháp kiểm soát hiệu quả, hướng tới một tương lai phát triển bền vững hơn.

1.1. Các chất ô nhiễm chính trong khí thải nhà máy nhiệt điện

Khí thải từ nhà máy nhiệt điện là một hỗn hợp phức tạp chứa nhiều thành phần độc hại. Trong đó, nguy hại nhất là bụi và SO₂. Các chất ô nhiễm chính bao gồm: Bụi mịn PM2.5, các hạt lơ lửng (TSP) có khả năng đi sâu vào hệ hô hấp; Ô nhiễm lưu huỳnh đioxit (SO2), hình thành khi đốt than và dầu chứa lưu huỳnh, là nguyên nhân chính gây mưa axit; Ô nhiễm nitơ oxit (NOx), sinh ra ở nhiệt độ cao trong buồng đốt, góp phần tạo ra sương mù quang hóa và ô nhiễm ozone tầng thấp. Ngoài ra, quá trình đốt cháy còn phát thải lượng lớn khí nhà kính như Carbon Dioxit (CO₂) và các kim loại nặng nguy hiểm như thủy ngân, chì, cadmi có trong than. Nguồn thải ô nhiễm của nhà máy Nhiệt điện Ninh Bình là một ví dụ điển hình, chủ yếu bao gồm bụi (TSP) và các khí độc hại (SO₂, NOₓ, CO₂, CO) do đốt nhiên liệu than gây ra.

1.2. Quy trình phát sinh ô nhiễm từ hoạt động đốt than dầu

Ô nhiễm phát sinh trực tiếp từ quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch. Khi than hoặc dầu FO được đưa vào lò hơi và đốt ở nhiệt độ cao, các hợp chất hóa học bên trong nhiên liệu sẽ phản ứng với oxy trong không khí. Lưu huỳnh có trong than (hàm lượng từ 0,5% đến trên 3%) sẽ bị oxy hóa thành SO2. Nitơ trong không khí và trong nhiên liệu sẽ chuyển hóa thành NOx. Các thành phần không cháy hết và khoáng chất trong than tạo thành tro xỉ nhiệt điện và bụi, một phần trong đó bay theo dòng khí thải ra ngoài. Các nhà máy phía Bắc Việt Nam thường dùng than Hòn Gai có hàm lượng lưu huỳnh thấp (0,5-0,8%), trong khi các cơ sở phía Nam trước đây sử dụng dầu FO với hàm lượng lưu huỳnh rất cao (2,5-3%), làm gia tăng mức độ ô nhiễm SO₂ nghiêm trọng.

II. Tác Hại Nghiêm Trọng Của Ô Nhiễm Từ Nhà Máy Nhiệt Điện

Các tác động môi trường và sức khỏe do ô nhiễm không khí từ nhà máy nhiệt điện là vô cùng nghiêm trọng và đa chiều. Việc phát thải không kiểm soát các chất độc hại đã và đang gây ra những hậu quả lâu dài cho cả hệ sinh thái và cộng đồng dân cư. Đối với sức khỏe con người, các hạt bụi mịn PM2.5 và khí SO₂, NOx là những tác nhân chính gây ra các bệnh về đường hô hấp như viêm phế quản, hen suyễn, và thậm chí là ung thư phổi. Khí SO₂ khi tiếp xúc với niêm mạc ẩm ướt trên cơ thể sẽ chuyển hóa thành axit sunfurơ (H₂SO₃) và axit sunfuric (H₂SO₄), gây kích ứng mạnh đường hô hấp trên và niêm mạc mắt. Tài liệu nghiên cứu cho thấy, nồng độ SO₂ chỉ từ 0,05 mg/l đã có thể gây kích thích mạnh và ho. Về phương diện môi trường, ô nhiễm lưu huỳnh đioxit (SO2) và ô nhiễm nitơ oxit (NOx) là tiền chất của mưa axit, làm thay đổi độ pH của đất và nước, phá hủy hệ sinh thái rừng và thủy sinh. Bên cạnh đó, việc phát thải khí nhà kính cũng là yếu tố chính thúc đẩy biến đổi khí hậu toàn cầu. Vấn đề xử lý tro xỉ nhiệt điện cũng là một thách thức, nếu không được quản lý chặt chẽ có thể gây ô nhiễm nguồn đất và nước ngầm.

2.1. Ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng dân cư

Cộng đồng sống gần các nhà máy nhiệt điện phải đối mặt với nguy cơ sức khỏe cao. Việc hít thở không khí chứa đầy bụi mịn PM2.5 và các khí độc hại như SO₂, NOx trong thời gian dài dẫn đến sự gia tăng các bệnh mãn tính. Theo các nghiên cứu, SO₂ gây kích thích niêm mạc, dẫn đến các triệu chứng như trào nước mắt, chảy nước mũi, ho, tức ngực. Nhiễm độc mãn tính có thể gây viêm khí quản, viêm phổi và suy giảm chức năng vị giác, khứu giác. Nếu nồng độ chất ô nhiễm trong không khí ở các khu dân cư xung quanh nhà máy vượt quá trị số tiêu chuẩn cho phép, đây sẽ trở thành một vấn đề y tế công cộng nghiêm trọng. Thực trạng này đòi hỏi phải có các biện pháp giám sát chất lượng không khí liên tục và minh bạch.

2.2. Suy thoái môi trường Mưa axit và ô nhiễm đất nước

Các tác động môi trường không chỉ giới hạn ở khu vực xung quanh nhà máy. Khi SO2 và NOx được phát tán lên cao trong khí quyển, chúng phản ứng với hơi nước và các chất oxy hóa khác để tạo thành axit sunfuric và axit nitric. Các axit này sau đó rơi xuống mặt đất cùng với mưa, tuyết hoặc sương, gọi là mưa axit. Mưa axit làm suy thoái đất nông nghiệp, ăn mòn các công trình xây dựng, và gây hại cho hệ thủy sinh. Ngoài ra, tro xỉ nhiệt điện, sản phẩm phụ rắn của quá trình đốt than, chứa nhiều kim loại nặng. Nếu không được xử lý và lưu trữ đúng cách, các chất độc hại từ tro xỉ có thể ngấm vào đất và nguồn nước ngầm, gây ô nhiễm thứ cấp kéo dài.

III. Top Công Nghệ Xử Lý Khí Thải Nhà Máy Nhiệt Điện Hiệu Quả

Để giảm thiểu tác động môi trường, việc áp dụng các công nghệ xử lý khí thải tiên tiến là yêu cầu bắt buộc đối với các nhà máy nhiệt điện. Các công nghệ này tập trung vào việc loại bỏ hoặc giảm nồng độ các chất ô nhiễm chính trước khi chúng được thải ra ống khói. Phương pháp xử lý phổ biến và hiệu quả nhất hiện nay là hấp thụ, trong đó khí thải được cho tiếp xúc với một dung môi lỏng để giữ lại các chất độc hại. Các hệ thống xử lý hiện đại thường được thiết kế thành một chu trình tích hợp, bao gồm nhiều giai đoạn để xử lý đồng thời nhiều loại chất ô nhiễm khác nhau. Ví dụ, một hệ thống điển hình sẽ bắt đầu bằng việc loại bỏ bụi, sau đó là khử lưu huỳnh và cuối cùng là khử nitơ. Hiệu quả của các hệ thống này có thể đạt trên 95%, giúp nồng độ khí thải đầu ra đáp ứng các quy chuẩn khí thải công nghiệp khắt khe nhất. Việc lựa chọn công nghệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại nhiên liệu, quy mô nhà máy và yêu cầu về tiêu chuẩn môi trường tại địa phương.

3.1. Hệ thống lọc bụi tĩnh điện ESP và các phương pháp khử bụi

Bụi là thành phần ô nhiễm đầu tiên cần được xử lý trong dòng khí thải. Hệ thống lọc bụi tĩnh điện (ESP) là công nghệ được sử dụng rộng rãi và hiệu quả nhất. Nguyên lý hoạt động của ESP dựa trên việc ion hóa các hạt bụi bằng một điện trường mạnh, khiến chúng bị hút về phía các điện cực trái dấu và rơi xuống phễu thu. Theo tài liệu phân tích, hiệu suất tách bụi của hệ thống ESP có thể đạt tới 99,7%. Bụi thu được sau đó có thể được tái sử dụng làm phụ gia cho ngành sản xuất xi măng hoặc bê tông, biến chất thải thành tài nguyên. Ngoài ESP, các phương pháp khác như lọc bụi túi vải hoặc xiclon cũng được sử dụng, tùy thuộc vào đặc tính của bụi và yêu cầu xử lý.

3.2. Hệ thống khử lưu huỳnh FGD bằng phương pháp hấp thụ

Để xử lý ô nhiễm lưu huỳnh đioxit (SO2), hệ thống khử SOx (FGD - Flue Gas Desulfurization) là giải pháp tiêu chuẩn. Phương pháp phổ biến nhất là hấp thụ ướt, sử dụng một dung dịch kiềm để phản ứng và trung hòa SO₂. Dung dịch thường dùng là sữa vôi (Ca(OH)₂) hoặc magie hydroxit (Mg(OH)₂). Ví dụ, nhà máy Nhiệt điện Formosa sử dụng Mg(OH)₂ làm chất hấp thụ. Phản ứng tạo ra các muối sunfit và sunfat, sau đó được tách ra dưới dạng bùn hoặc thạch cao thương phẩm. Hiệu suất của hệ thống FGD có thể đạt đến 95-98%. Các phương pháp khác bao gồm hấp thụ khô và bán khô, tuy có chi phí đầu tư thấp hơn nhưng hiệu quả xử lý không cao bằng phương pháp ướt.

3.3. Hệ thống khử NOx SCR và kiểm soát quá trình cháy

Kiểm soát ô nhiễm nitơ oxit (NOx) phức tạp hơn do nó được hình thành chủ yếu từ nitơ trong không khí ở nhiệt độ cao. Có hai hướng tiếp cận chính: điều chỉnh quá trình cháy để hạn chế sự hình thành NOx (ví dụ: sử dụng lò đốt nhiệt độ thấp) và xử lý NOx sau khi đã hình thành. Hệ thống khử NOx (SCR - Selective Catalytic Reduction) là công nghệ xử lý sau đốt hiệu quả nhất. Trong hệ thống SCR, amoniac (NH₃) được phun vào dòng khí thải trước khi đi qua một lớp chất xúc tác. Amoniac sẽ phản ứng chọn lọc với NOx, chuyển hóa chúng thành khí nitơ (N₂) và hơi nước, là những chất vô hại. Công nghệ này có thể giảm tới 90% lượng NOx phát thải.

IV. Phương Pháp Quản Lý Ô Nhiễm Không Khí Từ Nhà Máy Nhiệt Điện

Bên cạnh các giải pháp công nghệ, giải pháp về quản lý và chính sách đóng vai trò then chốt trong việc kiểm soát ô nhiễm từ các nhà máy nhiệt điện. Một khung pháp lý chặt chẽ, đi kèm với cơ chế giám sát và thực thi hiệu quả, là nền tảng để buộc các doanh nghiệp phải tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường. Các chính sách này không chỉ giới hạn ở việc ban hành các quy định về nồng độ phát thải tối đa, mà còn bao gồm các công cụ kinh tế như thuế carbon, phí môi trường, và thị trường tín chỉ carbon. Những công cụ này tạo ra động lực để các nhà máy chủ động đầu tư vào công nghệ xử lý khí thải sạch hơn và chuyển đổi sang các nguồn năng lượng ít phát thải hơn. Hơn nữa, việc công khai, minh bạch hóa dữ liệu quan trắc môi trường cũng giúp tăng cường sự giám sát từ cộng đồng và các tổ chức xã hội, tạo áp lực buộc doanh nghiệp phải có trách nhiệm hơn với môi trường. Sự kết hợp đồng bộ giữa công nghệ và quản lý sẽ tạo ra một lộ trình hiệu quả hướng tới giảm thiểu ô nhiễm.

4.1. Vai trò của quy chuẩn khí thải công nghiệp và ĐTM

Hệ thống quy chuẩn khí thải công nghiệp, như TCVN 5939:1995 tại Việt Nam, là công cụ pháp lý cơ bản để kiểm soát ô nhiễm. Các quy chuẩn này đặt ra giới hạn nồng độ tối đa cho phép đối với từng chất ô nhiễm (bụi, SO₂, NOx, CO...) trong khí thải. Mọi nhà máy nhiệt điện đều phải đảm bảo khí thải đầu ra không vượt quá các ngưỡng này. Song song đó, quy trình Đánh giá tác động môi trường (ĐTM) là bắt buộc đối với tất cả các dự án xây dựng nhà máy nhiệt điện mới. Báo cáo ĐTM phải phân tích chi tiết các tác động tiềm tàng của dự án đến môi trường và xã hội, đồng thời đề xuất các biện pháp giảm thiểu tương ứng. Đây là công cụ quan trọng để sàng lọc và ngăn chặn các dự án có nguy cơ gây ô nhiễm cao ngay từ giai đoạn lập kế hoạch.

4.2. Hệ thống giám sát khí thải tự động liên tục CEMS

Để đảm bảo việc tuân thủ quy chuẩn, việc lắp đặt hệ thống giám sát khí thải tự động, liên tục (CEMS - Continuous Emission Monitoring Systems) là tối quan trọng. Theo tài liệu phân tích về nhà máy Formosa, hệ thống này được lắp đặt tại đỉnh ống khói để kiểm soát liên tục lượng khí thải ra. CEMS đo đạc các thông số ô nhiễm theo thời gian thực và truyền dữ liệu trực tiếp về cơ quan quản lý môi trường. Hệ thống sẽ tự động phát cảnh báo nếu thành phần khí thải vượt quá tiêu chuẩn cho phép, giúp người vận hành có biện pháp điều chỉnh kịp thời và cung cấp bằng chứng minh bạch cho công tác thanh tra, kiểm tra của nhà nước.

4.3. Lộ trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo thay thế

Giải pháp căn cơ và bền vững nhất để loại bỏ ô nhiễm từ nhiệt điện than là chuyển đổi sang các nguồn năng lượng tái tạo. Các nguồn năng lượng như điện mặt trời, điện gió, sinh khối không phát thải các chất ô nhiễm không khí và khí nhà kính trong quá trình vận hành. Mặc dù năng lượng hóa thạch vẫn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh năng lượng ngắn hạn, việc xây dựng một lộ trình rõ ràng, với các chính sách khuyến khích đầu tư vào năng lượng sạch, là xu hướng tất yếu trên toàn cầu. Việc này không chỉ giải quyết vấn đề ô nhiễm mà còn giúp các quốc gia giảm phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu và ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu.

V. Case Study Hệ Thống Xử Lý Ô Nhiễm Tại Nhiệt Điện Formosa

Nghiên cứu điển hình tại Nhà máy Nhiệt điện đốt than của tập đoàn Formosa (Đồng Nai) cung cấp một cái nhìn thực tiễn về việc áp dụng các công nghệ xử lý khí thải hiện đại. Nhà máy này, với hai tổ máy có tổng công suất 300 MW, đã đầu tư một hệ thống kiểm soát ô nhiễm tích hợp để xử lý các nguồn phát thải chính. Dữ liệu từ Trung tâm Công nghệ Môi trường (năm 2003-2004) cho thấy, nếu không có hệ thống xử lý, tải lượng ô nhiễm phát sinh là rất lớn. Cụ thể, tổng lượng bụi có thể lên tới 722 kg/h và SO₂ là 1354 kg/h. Tuy nhiên, sau khi đi qua hệ thống xử lý, nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải đã giảm xuống đáng kể, đáp ứng và thậm chí tốt hơn các quy chuẩn khí thải công nghiệp của Việt Nam tại thời điểm đó (TCVN 5939:1995 và TCVN 6991:2001). Thành công của mô hình này cho thấy việc đầu tư đúng đắn vào công nghệ là hoàn toàn khả thi và mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc bảo vệ môi trường, là một bài học kinh nghiệm quý báu cho các dự án nhiệt điện khác.

5.1. Mô tả hệ thống kiểm soát khí thải tích hợp tại nhà máy

Sơ đồ hệ thống kiểm soát khí thải của nhà máy Nhiệt điện Formosa bao gồm hai giai đoạn chính. Đầu tiên, khí thải từ lò hơi được dẫn qua hệ thống lọc bụi tĩnh điện (ESP) để tách gần như toàn bộ lượng bụi. Lượng bụi này sau đó được thu gom và tái sử dụng. Tiếp theo, dòng khí đã được làm sạch bụi được đưa vào hệ thống khử lưu huỳnh (FGD). Tại đây, khí thải được cho tiếp xúc với chất hấp thụ là Mg(OH)₂, được tạo ra bằng cách hòa MgO vào nước nóng. Quá trình này giúp loại bỏ hơn 95% lượng SO2. Cuối cùng, khí sạch được thải ra ngoài qua ống khói cao, nơi có lắp đặt hệ thống giám sát khí thải tự động để kiểm tra chất lượng khí thải đầu ra.

5.2. Kết quả đo lường và so sánh với tiêu chuẩn môi trường

Kết quả quan trắc sau xử lý cho thấy hiệu quả vượt trội của hệ thống. Nồng độ bụi trong khí thải chỉ còn 50 mg/Nm³, thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn TCVN 5939:1995 (Cột B) là 400 mg/Nm³. Nồng độ SO2 sau xử lý là 143 mg/Nm³, cũng thấp hơn mức cho phép là 500 mg/Nm³. Tương tự, nồng độ NOx và CO cũng đều nằm trong giới hạn quy định. Những số liệu này chứng minh rằng, với công nghệ phù hợp, các nhà máy nhiệt điện hoàn toàn có thể kiểm soát được mức độ phát thải, giảm thiểu tác động môi trường và hoạt động một cách thân thiện hơn với môi trường xung quanh.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp nhiệt điện đóng vai trò then chốt trong việc bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia. Theo số liệu thống kê trong đồ án, công suất nguồn điện của Việt Nam năm 1985 đạt khoảng 4.000 MW (nhiệt điện chiếm 21%), năm 1994 tổng sản lượng điện ước tính 12.000 GW (nhiệt điện chiếm 19%), và đến năm 2000 công suất đạt 7.100 MW (nhiệt điện than - dầu chiếm 21,8%). Tuy nhiên, quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch phát thải khối lượng lớn khí độc hại và tro bụi. Các nhà máy nhiệt điện phía Bắc chủ yếu sử dụng than Hòn Gai có hàm lượng lưu huỳnh từ 0,5% đến 0,8%, tiêu hao than tính cho 1 kWh điện dao động từ 0,473 kg (Nhiệt điện Phả Lại) đến 0,808 kg (Nhiệt điện Ninh Bình trước năm 1995). Riêng năm 1993, 3 nhà máy nhiệt điện phía Bắc tiêu thụ 479.520 tấn than, thải ra khí quyển 6.713 tấn $\text{SO}_2$, 2.724 tấn $\text{NO}_x$, $277,9 \cdot 10^3$ tấn $\text{CO}_2$ và 1.490,8 tấn bụi. Trong khi đó, các cơ sở nhiệt điện phía Nam sử dụng dầu FO với hàm lượng lưu huỳnh cao (2,5% - 3%).

Nếu không có biện pháp xử lý triệt để, nồng độ các chất ô nhiễm ($\text{SO}_2$, bụi, $\text{CO}$) tại các khu vực dân cư lân cận đều vượt quy chuẩn cho phép. Điển hình như tại Nhà máy Nhiệt điện thuộc Tập đoàn Formosa (Đồng Nai) với 2 tổ máy phát công suất 150 MW đốt than có hàm lượng lưu huỳnh 1,3%, hệ thống kiểm soát khí thải bắt buộc phải tích hợp lọc bụi tĩnh điện (hiệu suất 99,7%) và hệ thống khử lưu huỳnh FGD dùng sữa $\text{Mg(OH)}_2$ (hiệu suất 95%) để nồng độ $\text{SO}_2$ sau xử lý đạt 143 $\text{mg/Nm}^3$ (thấp hơn giới hạn TCVN 5939-1995 Cột B là 500 $\text{mg/Nm}^3$).

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đồ án bao gồm:

1. Tổng quan lý thuyết về ô nhiễm $\text{SO}_2$ và đánh giá các công nghệ xử lý khí $\text{SO}_2$ hiện nay (hấp thụ, hấp phụ, oxy hóa/đốt).
2. Đề xuất quy trình công nghệ xử lý khí thải cho lò đốt phát điện với lưu lượng $6.000\text{ m}^3/\text{h}$, nồng độ $\text{SO}_2$ đầu vào là 1.413 ppm, nhiệt độ khí thải $57^\circ\text{C}$, áp suất 1 at.
3. Tính toán thiết kế chi tiết thiết bị phản ứng chính: Tháp hấp thu kiểu đệm vòng sứ sử dụng dung dịch sữa vôi $\text{Ca(OH)}_2$ để dòng khí thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn TCVN 5939-1995 Cột B ($\le 500\text{ mg/m}^3$).
4. Tính toán cơ khí, kết cấu vỏ tháp, các chi tiết phụ trợ, trở lực hệ thống, chọn thiết bị động lực (quạt, bơm), tính toán chiều cao ống khói và lập dự toán giá thành thiết bị.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Khí thải chứa lưu huỳnh đioxit ($\text{SO}_2$) từ quá trình đốt than lò hơi công nghiệp phát điện; phạm vi thực hiện tập trung vào tính toán công nghệ và thiết kế cơ khí tháp đệm hấp thu và hệ thống phụ trợ liên quan.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đặc tính lý hóa và độc tính của $\text{SO}_2$

Khí sunfua đioxit (anhydrit sunfurơ - $\text{SO}_2$) là chất khí không màu, mùi hắc sốc, phân tử lượng $M = 64\text{ g/mol}$, tỷ trọng 2,26 (nặng hơn không khí). Ở $20^\circ\text{C}$, một thể tích nước có thể hòa tan 40 thể tích khí $\text{SO}_2$ tạo ra axit sunfurơ ($\text{H}_2\text{SO}_3$). Khí $\text{SO}_2$ hóa lỏng ở $20^\circ\text{C}$ dưới áp suất 3 atm, sôi ở $-10^\circ\text{C}$.

Nồng độ $\text{SO}_2$ trong không khí ($\text{mg/l}$)	Tác hại sinh lý đối với cơ thể người
0,0008 – 0,013	Bắt đầu ngửi thấy mùi đặc trưng
0,020 – 0,030	Gây kích thích niêm mạc cổ họng
0,050	Kích thích mạnh cổ họng, gây phản xạ ho
0,130 – 0,260	Ngưỡng chịu đựng tối đa trong khoảng 0,5 đến 1 giờ
1,000 – 1,200	Gây nhiễm độc nặng trong thời gian ngắn

Các phương pháp xử lý khí thải $\text{SO}_2$

Tác giả phân tích và so sánh ba phương pháp cơ bản:

• Phương pháp hấp phụ: Sử dụng chất rắn xốp (than hoạt tính) để giữ các phân tử khí trên bề mặt. Phương pháp này chỉ phù hợp khi cần thu hồi cấu tử có giá trị cao, chi phí hoàn nguyên lớn và không hiệu quả khi dòng khí chứa hàm lượng bụi cao hoặc có nhiệt độ cao.
• Phương pháp đốt (thiêu hủy): Đốt trực tiếp, thiêu nhiệt hoặc oxy hóa xúc tác; thường áp dụng cho các hợp chất hữu cơ dễ cháy, không phù hợp cho khí chứa nhiều hợp chất vô cơ như $\text{SO}_2$.
• Phương pháp hấp thụ: Làm sạch khí thải bằng cách hòa tan chất ô nhiễm vào môi trường lỏng (hấp thụ vật lý hoặc hấp thụ hóa học). Đây là phương pháp tối ưu nhất cho việc xử lý $\text{SO}_2$ từ khói thải nhiệt điện do chi phí dung môi thấp, hiệu suất cao, có thể kết hợp làm nguội dòng khí và xử lý bụi ướt.

Các hệ dung môi hấp thụ được khảo sát gồm: nước sạch, sữa vôi $\text{Ca(OH)}_2$, amoniac ($\text{NH}_3$), dung dịch magie oxit ($\text{MgO}$), kẽm oxit ($\text{ZnO}$) và các hợp chất amin hữu cơ (xylidin, anilin, dimetylanilin).

Phương pháp nghiên cứu và cơ sở tính toán

Đồ án áp dụng phương pháp tính toán kỹ thuật truyền khối và động học dòng chảy:

• Dựng đường cân bằng pha hệ $\text{Ca(OH)}_2 - \text{SO}2$ theo phương trình bán thực nghiệm: $$\log P{\text{SO}_2} = 3,58 + 1,87\log [\text{SO}_2] + 2,24 \cdot 10^{-3}T - \frac{1960}{T}$$
• Xác định số đơn vị truyền khối $N_{Oy}$ bằng phương pháp tích phân đồ thị.
• Tính toán chiều cao một đơn vị truyền khối $H_{Oy}$ thông qua các chuẩn số đồng dạng thủy động ($Re_y, Re_x$) và chuẩn số truyền khối ($Pr_y, Pr_x$).
• Tiêu chuẩn đối chiếu: TCVN 5939-1995 (khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ) và TCVN 5937-1995 (chất lượng không khí xung quanh).

---

Quy trình công nghệ và thiết kế kỹ thuật

Hệ thống xử lý khí thải chứa $\text{SO}_2$ được tác giả đề xuất theo dây chuyền liên hoàn:

Khí thải lò hơi (57°C, 6000 m³/h)
1. Bộ lọc bụi ly tâm Cyclon (khử bụi thô)
2. Thiết bị giải nhiệt (hạ nhiệt độ dòng khí)
3. Quạt thổi khí
4. Tháp hấp thu đệm (ngược chiều: dung dịch Ca(OH)₂ tưới xuống, khí đi lên)
5. Thiết bị lọc bụi tĩnh điện (ESP - khử bụi mịn còn sót lại)
6. Quạt hút và Ống khói phát tán (chiều cao 22 m)

Dung dịch hấp thụ sữa vôi $\text{Ca(OH)}_2$ được bơm tuần hoàn liên tục từ bể lắng đáy lên đỉnh tháp qua đĩa phân phối lỏng. Khí thải đi từ dưới lên qua lớp đệm vòng sứ Raschig. Phản ứng hóa học chính xảy ra: $$\text{SO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{CaSO}_3\downarrow + \text{H}_2\text{O}$$ Một phần muối sunfit tiếp tục bị oxy hóa tạo thạch cao ($\text{CaSO}_4\cdot 2\text{H}_2\text{O}$). Dung dịch mang cặn rơi xuống đáy được chuyển về bể lắng để tách bùn và tuần hoàn nước trong, bùn lắng định kỳ được tháo ra ngoài chôn lấp an toàn hoặc tái sử dụng làm chất kết dính xây dựng.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Giới thiệu tổng quan về các phương pháp xử lý khí $\text{SO}_2$

Chương I tổng hợp tình hình ô nhiễm khí quyển do công nghiệp nhiệt điện tại Việt Nam, nêu chi tiết các số liệu tiêu hao nhiên liệu tại Nhà máy Nhiệt điện Ninh Bình, Phả Lại và hệ thống kiểm soát khí thải của Tập đoàn Formosa (Đồng Nai). Tác giả phân tích sâu cơ chế hấp thụ vật lý/hóa học, phân tích cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại thiết bị: tháp phun rỗng, tháp rửa khí có đệm, tháp đĩa sủi bọt.

Đồng thời, chương này đánh giá ưu nhược điểm của các công nghệ hấp thụ:

• Hấp thụ bằng nước: Đơn giản nhưng đòi hỏi tiêu hao nước lớn, cần nguồn cấp nhiệt giải hấp và sinh nước thải axit.
• Hấp thụ bằng amoniac: Hiệu suất cao, thu hồi phân bón $(\text{NH}_4)_2\text{SO}_4$, nhưng quy trình công nghệ phức tạp, vốn đầu tư cao.
• Hấp thụ bằng oxit kim loại ($\text{MgO}, \text{ZnO}$): Tái sinh được oxit và thu $\text{SO}_2$ đậm đặc phục vụ sản xuất $\text{H}_2\text{SO}_4$, tuy nhiên thiết bị nung hoàn nguyên ($800 - 900^\circ\text{C}$) đòi hỏi năng lượng lớn.
• Hấp thụ bằng sữa vôi $\text{Ca(OH)}_2$: Chi phí hóa chất rẻ, nguyên liệu sẵn có, hiệu suất đạt 95% - 98%, sản phẩm phụ không gây hại môi trường, thiết bị không bắt buộc dùng vật liệu chống axit đặc biệt. Do đó, phương pháp sữa vôi trong tháp đệm được lựa chọn làm đối tượng thiết kế.

Chương II: Đề xuất và thuyết minh quy trình công nghệ

Chương II thiết lập các thông số ban đầu phục vụ thiết kế:

• Lưu lượng khí thải: $V = 6.000\text{ m}^3/\text{h}$ ($1,668\text{ m}^3/\text{s}$).
• Nồng độ $\text{SO}_2$ ban đầu: $1.413\text{ ppm}$ (tương đương $36,9\text{ mg/l}$ hay $0,05217\text{ mol/m}^3$).
• Nhiệt độ khí thải: $57^\circ\text{C}$ ($330\text{ K}$); áp suất làm việc: $P = 1\text{ at}$.
• Nồng độ $\text{SO}_2$ yêu cầu đầu ra: Đạt tiêu chuẩn TCVN 5939-1995 Cột B ($\le 500\text{ mg/m}^3$ hay $0,5\text{ g/m}^3$).

Thuyết minh chi tiết quy trình xử lý bao gồm cấp lọc thô qua cyclon, giải nhiệt khí, tiếp xúc 2 pha ngược chiều trong tháp đệm vòng sứ, cấp lọc tinh qua lọc tĩnh điện và thải ra ngoài qua ống khói. Dung dịch được tuần hoàn khép kín, định kỳ xả cặn tại bể lắng.

Chương III: Tính toán thiết kế tháp hấp thu $\text{SO}_2$

Chương này thực hiện toàn bộ các bước tính toán công nghệ, thủy lực và cơ khí:

1. Cân bằng vật chất và cân bằng pha

• Khối lượng riêng hỗn hợp khí đầu vào: $\rho_{y1} = 1,0728\text{ kg/m}^3$.
• Suất lượng hỗn hợp khí vào: $G_d = 1,788\text{ kg/s}$; Suất lượng khí trơ: $G_{tr} = 233,295\text{ kmol/h}$.
• Tỷ số mol $\text{SO}_2$ đầu vào: $Y_d = 0,001415\text{ mol SO}_2/\text{mol khí trơ}$.
• Nồng độ $\text{SO}_2$ đầu ra theo tiêu chuẩn: $Y_c = 0,0002117\text{ mol SO}_2/\text{mol khí trơ}$.
• Suất lượng dung môi tối thiểu: $L_{\min} = 142,14\text{ kmol/h}$. Chọn hệ số dư $\varphi = 1,5$, suất lượng dung môi thực tế: $L = 213,21\text{ kmol/h}$ (tương đương $4,40\text{ kg/s}$).
• Phương trình đường làm việc: $Y = 0,9185X + 0,21176 \cdot 10^{-3}$.

2. Kích thước tháp hấp thu

• Vật liệu đệm: Vòng sứ Raschig đổ lộn xộn kích thước $25 \times 25 \times 3\text{ mm}$; diện tích bề mặt riêng $a = 195\text{ m}^2/\text{m}^3$; độ rỗng $\varepsilon = 0,75\text{ m}^3/\text{m}^3$; khối lượng riêng xốp $\rho_d = 600\text{ kg/m}^3$.
• Vận tốc ngập lụt (tới hạn): $\omega_s = 3,17\text{ m/s}$. Vận tốc khí làm việc ở chế độ chảy màng ($n = 0,44$): $\omega_y = 1,395\text{ m/s}$.
• Đường kính tính toán: $D = 1,23\text{ m} \rightarrow$ Chọn đường kính tiêu chuẩn $D = 1,2\text{ m}$ (vận tốc làm việc hiệu chỉnh $\omega_y = 1,47\text{ m/s}$).
• Số đơn vị truyền khối (tích phân đồ thị): $N_{Oy} = 2,47$.
• Chiều cao một đơn vị truyền khối: $H_{Oy} = h_y + m \frac{G_{tr}}{L_{tr}} h_x = 0,53 + 0,396 \cdot 1,525 = 1,135\text{ m}$.
• Chiều cao tầng đệm: $H_d = N_{Oy} \cdot H_{Oy} = 2,47 \cdot 1,135 = 2,8\text{ m}$ (thỏa mãn tỷ lệ $H_d/D = 2,33 < 4$).
• Chiều cao tổng cộng của tháp: $H = H_d + H_t + H_d = 2,8 + 0,8 + 2,0 = 5,6\text{ m}$.

3. Thủy lực và cơ khí thiết bị

• Trở lực toàn tháp đệm khi làm việc: $\Delta P = 5.195\text{ N/m}^2$.
• Vật liệu chế tạo thân, nắp, đáy: Thép không gỉ $\text{X18H10T}$ (chịu ăn mòn hóa học, giới hạn bền $\sigma_k = 550\text{ N/mm}^2$, giới hạn chảy $\sigma_c = 220\text{ N/mm}^2$).
• Bề dày thân tháp: Bề dày tính toán $S' = 4\text{ mm}$, bổ sung ăn mòn hóa học $1,5\text{ mm}$ (cho 15 năm, tốc độ ăn mòn $0,1\text{ mm/năm}$), quy tròn và dung sai $\rightarrow$ Bề dày thực tế chọn $S = 8\text{ mm}$.
• Đáy và nắp: Dạng elip tiêu chuẩn có gờ ($h_t/D_t = 0,25$, $h = 25\text{ mm}$), bề dày $S = 8\text{ mm}$.
• Đường kính ống dẫn khí vào/ra: $d = 400\text{ mm}$ (vận tốc khí $20\text{ m/s}$), dày $13\text{ mm}$.
• Đường kính ống dẫn lỏng vào: $d = 50\text{ mm}$ (vận tốc lỏng $2,5\text{ m/s}$); Ống dẫn lỏng ra: $d = 70\text{ mm}$ (vật liệu nhựa PVC).
• Kết cấu phụ trợ: Lưới đỡ đệm bằng thép $\text{X18H10T}$ ($D = 1.165\text{ mm}$, bước lỗ $22\text{ mm}$); Đĩa phân phối lỏng loại 2 ($D = 750\text{ mm}$, đường kính lỗ $44,5\text{ mm}$, bước lỗ $70\text{ mm}$); Tầng tách ẩm dày $300\text{ mm}$ ($V = 0,34\text{ m}^3$).
• Tải trọng toàn tháp: Khối lượng tổng cộng tương đương lực tác dụng $41.665,6\text{ N}$, sử dụng 3 chân đỡ bằng thép CT3 (tải trọng chịu lực $13.888\text{ N/chân}$).
• Thiết bị động lực: Bơm ly tâm công suất $3\text{ Hp}$ (cột áp $H \approx 20\text{ mH}_2\text{O}$); Quạt hút ly tâm công suất $24\text{ Hp}$.
• Ống khói: Đường kính đỉnh $D = 0,4\text{ m}$ (vận tốc khí $12\text{ m/s}$), chiều cao ống khói $H = 22\text{ m}$.

Chương IV: Tính giá thành tháp hấp thu

Dự toán chi phí chế tạo và lắp đặt tháp hấp thu được lập chi tiết theo bảng vật tư và đơn giá:

Hạng mục thiết bị / Vật liệu	Quy cách / Chủng loại	Khối lượng / Kích thước	Thành tiền (Nghìn đồng)
Thân tháp	Thép $\text{X18H10T}$, dày 8 mm	1.348,24 kg	81.000
Đáy và nắp	Thép $\text{X18H10T}$, dày 8 mm	212,00 kg	13.000
Bộ phận phân phối lỏng	Thép $\text{X18H10T}$	Trọn bộ	2.000
Bộ phận đỡ đệm & đĩa đục lỗ	Thép $\text{X18H10T}$	Trọn bộ	2.000
Lớp tách ẩm	Đệm vòng sứ	$0,34\text{ m}^3$	2.040
Vật liệu đệm chính	Vòng sứ Raschig $25\times 25\times 3$	$3,16\text{ m}^3$	19.000
Mặt bích các loại	Thép $\text{X18H10T}$	236,97 kg	9.480
Chân đỡ và tai treo	Thép CT3	70,00 kg	840
Đường ống dẫn khí	Thép $\text{X18H10T}$	1 m	3.950
Đường ống dẫn lỏng	Nhựa PVC	10 m	800
Thiết bị động lực (Bơm & Quạt)	Bơm ly tâm 3 Hp, Quạt hút 24 Hp	Trọn bộ	16.500
Van, kính quan sát, bulông, phụ kiện	Tiêu chuẩn kỹ thuật	Trọn bộ	2.390
Tổng chi phí vật liệu trực tiếp			152.000
Chi phí phụ khác (10% vật liệu)			15.200
Tổng chi phí vật liệu			167.200
Chi phí chế tạo và lắp đặt (100% vật tư)			167.200
Chi phí nhân công (30% lắp đặt)			50.160
TỔNG KINH PHÍ HỆ THỐNG			384.560

Chương V: Kết luận - Kiến nghị

Tác giả kết luận giải pháp tháp đệm hấp thu khí $\text{SO}_2$ bằng dung dịch sữa vôi $\text{Ca(OH)}_2$ mang lại hiệu quả xử lý cao (đạt 85% - 90%), cấu tạo đơn giản, giá thành hợp lý và giải quyết triệt để bài toán môi trường đối với lò đốt phát điện. Đồ án kiến nghị khả năng áp dụng mở rộng mô hình này để xử lý đồng thời các dòng khí thải chứa các axit khác như $\text{HCl}$ và $\text{HF}$.

---

Kết quả và đóng góp

Bảng tổng hợp thông số kỹ thuật thiết kế của hệ thống

Thông số thiết kế	Giá trị tính toán	Đơn vị
Lưu lượng khí thải xử lý ($V$)	6.000	$\text{m}^3/\text{h}$
Nồng độ $\text{SO}_2$ đầu vào	1.413 (tương đương 3,69)	$\text{ppm (g/m}^3\text{)}$
Nồng độ $\text{SO}_2$ đầu ra theo tiêu chuẩn cột B	$\le 0,5$	$\text{g/m}^3$
Suất lượng dung dịch $\text{Ca(OH)}_2$ cấp vào ($L$)	213,21 ($4,40$)	$\text{kmol/h (kg/s)}$
Đường kính tháp ($D$)	1,2	$\text{m}$
Chiều cao tầng vật liệu đệm ($H_d$)	2,8	$\text{m}$
Chiều cao toàn bộ tháp ($H$)	5,6	$\text{m}$
Loại vật liệu đệm	Vòng sứ Raschig $25 \times 25 \times 3$	$\text{mm}$
Bề dày thân, nắp và đáy tháp (thép $\text{X18H10T}$)	8	$\text{mm}$
Tổng trở lực của tháp đệm ($\Delta P$)	5.195	$\text{N/m}^2$
Công suất bơm dung dịch tuần hoàn	3	$\text{Hp}$
Công suất động cơ quạt hút	24	$\text{Hp}$
Chiều cao ống khói thải ($H_{ok}$)	22	$\text{m}$
Đường kính ống khói ($D_{ok}$)	0,4	$\text{m}$
Tổng mức đầu tư chế tạo hệ thống	384,56	Triệu đồng

Đóng góp kỹ thuật của đề tài

1. Cung cấp bộ hồ sơ tính toán hoàn chỉnh từ cân bằng pha truyền khối đến kết cấu cơ khí chi tiết cho tháp hấp thu $\text{SO}_2$ bằng sữa vôi phù hợp với quy mô công nghiệp vừa và nhỏ ($6.000\text{ m}^3/\text{h}$).
2. Tích hợp giải pháp xử lý chất thải rắn thứ cấp: sản phẩm kết tủa sunfit/sunfat canxi dạng bùn thạch cao được thu hồi qua bể lắng, giảm thiểu ô nhiễm nước và có thể tái sử dụng cho ngành vật liệu xây dựng.
3. Dự toán kinh phí chi tiết, minh chứng cho tính khả thi kinh tế của công nghệ sữa vôi so với các phương pháp dùng dung môi đắt tiền khác.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế kỹ thuật:
  • Quá trình hấp thụ bằng sữa vôi tạo ra cặn lắng $\text{CaSO}_3$ và $\text{CaSO}_4$, nếu vận động dòng lỏng không tốt hoặc mật độ tưới không đồng đều dễ gây hiện tượng bám cặn làm tắc nghẽn lớp đệm vòng sứ theo thời gian vận hành.
  • Các thông số tính toán dựa trên điều kiện khí đầu vào cố định ($57^\circ\text{C}$, áp suất 1 at), chưa mô phỏng biến thiên nhiệt độ và tải lượng ô nhiễm trong thực tế dao động của lò hơi.
• Hướng phát triển đề tài:
  • Nghiên cứu cơ chế tự động hóa kiểm soát nồng độ $\text{pH}$ trong bể tuần hoàn và lắp đặt hệ thống quan trắc khí thải liên tục (CEMS) tại ống khói.
  • Khảo sát mở rộng khả năng xử lý đồng thời các khí axit hỗn hợp ($\text{SO}_2, \text{HCl}, \text{HF}, \text{NO}_x$) trong cùng một tháp xử lý.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

• Sinh viên và học viên cao học ngành Kỹ thuật Môi trường, Công nghệ Hóa học, Kỹ thuật Nhiệt - Năng lượng khi thực hiện đồ án môn học Quá trình & Thiết bị, Kỹ thuật xử lý khí thải hoặc Khóa luận tốt nghiệp.
• Kỹ sư thiết kế và vận hành môi trường tại các nhà máy phát điện, cơ sở luyện kim, lò hơi công nghiệp cần tài liệu hướng dẫn tính toán kích thước tháp đệm, trở lực thủy lực và lựa chọn vật liệu chống ăn mòn.
• Phần đáng tham khảo nhất: Phương pháp xác định số đơn vị truyền khối $N_{Oy}$ bằng tích phân đồ thị kết hợp đường cân bằng thực nghiệm hệ $\text{Ca(OH)}_2 - \text{SO}_2$ và bảng chiết tính cơ khí - kinh tế chi tiết cho tháp hấp thu.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao đề tài chọn dung dịch $\text{Ca(OH)}_2$ làm chất hấp thụ thay vì nước sạch hay dung dịch kiềm $\text{NaOH}$?

Dung dịch sữa vôi $\text{Ca(OH)}_2$ có chi phí rẻ, nguồn nguyên liệu đá vôi rất sẵn có, khả năng ăn mòn thiết bị yếu hơn so với axit hoặc kiềm mạnh. Hơn nữa, phản ứng tạo ra chất thải thứ cấp dạng kết tủa $\text{CaSO}_3$ và $\text{CaSO}_4$ không hòa tan, dễ dàng lắng tách thành bùn thạch cao và chôn lấp an toàn, tránh gây ô nhiễm thứ cấp nguồn nước như khi dùng nước sạch hoặc $\text{NaOH}$.

2. Kích thước hình học cơ bản của tháp hấp thu được tính toán là bao nhiêu?

Tháp hấp thu có đường kính trong tiêu chuẩn là $D = 1,2\text{ m}$, chiều cao tầng đệm vòng sứ $H_d = 2,8\text{ m}$, chiều cao phần tách lỏng đỉnh tháp $H_t = 0,8\text{ m}$, chiều cao phần đáy tháp $H_d = 2,0\text{ m}$, tạo nên tổng chiều cao thiết bị là $H = 5,6\text{ m}$. Bề dày thân, nắp và đáy làm bằng thép không gỉ $\text{X18H10T}$ dày $8\text{ mm}$.

3. Đệm sử dụng trong tháp là loại nào và có đặc tính kỹ thuật ra sao?

Tháp sử dụng vật liệu đệm vòng sứ Raschig đổ lộn xộn kích thước $25 \times 25 \times 3\text{ mm}$, diện tích bề mặt riêng $a = 195\text{ m}^2/\text{m}^3$, độ rỗng tầng đệm $\varepsilon = 0,75\text{ m}^3/\text{m}^3$, khối lượng riêng xốp $\rho = 600\text{ kg/m}^3$. Tỷ lệ chiều cao tầng đệm trên đường kính $H_d/D = 2,33$ bảo đảm dòng lỏng phân bố đều, không bị dạt thành gây giảm hiệu quả truyền khối.

4. Tại sao hệ thống cần bố trí Cyclon phía trước và lọc bụi tĩnh điện phía sau tháp hấp thu?

Khí thải lò hơi chứa hàm lượng bụi lớn vượt chuẩn. Cyclon đặt ở đầu dây chuyền nhằm thu hồi sơ bộ lượng tro bụi thô bằng lực ly tâm để tránh làm tắc lớp đệm tháp hấp thu. Thiết bị lọc bụi tĩnh điện (ESP) đặt ở đỉnh tháp sau hấp thu nhằm tách triệt để các hạt bụi mịn và giọt lỏng cuốn theo trước khi xả ra ống khói.

5. Chiều cao ống khói $22\text{ m}$ được xác định dựa trên những yếu tố nào?

Chiều cao ống khói được tính toán dựa trên mô hình phát tán chất ô nhiễm trong khí quyển cho nguồn nóng ($\Delta T = 10^\circ\text{C}$), với hệ số khí tượng $A = 200$, tải lượng $\text{SO}2$ phát thải $M = 1,7828\text{ g/s}$, lưu lượng khí thải $L = 5.987\text{ m}^3/\text{h}$, tiêu chuẩn xả thải $C{\text{cp}} = 300\text{ mg/m}^3$ và vận tốc khí thoát tại miệng ống khói $12\text{ m/s}$ (đường kính ống khói $0,4\text{ m}$).

---

Kết luận

Đồ án môn học đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải $\text{SO}_2$ quy mô $6.000\text{ m}^3/\text{h}$ từ nhà máy nhiệt điện bằng phương pháp hấp thụ sữa vôi $\text{Ca(OH)}_2$ trong tháp đệm vòng sứ. Toàn bộ thông số công nghệ từ kích thước tháp ($D = 1,2\text{ m}; H = 5,6\text{ m}$), trở lực ($5.195\text{ N/m}^2$), kết cấu cơ khí vỏ thép $\text{X18H10T}$ dày $8\text{ mm}$, cho đến quạt hút ($24\text{ Hp}$), bơm ($3\text{ Hp}$) và ống khói cao $22\text{ m}$ đều được xác lập dựa trên các chuẩn số truyền khối và công thức thực nghiệm chuẩn xác. Hệ thống đạt hiệu suất xử lý từ 85% đến 90%, bảo đảm khí thải đầu ra đạt TCVN 5939-1995 Cột B với tổng mức kinh phí đầu tư ước tính 384,56 triệu đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ KHÍ SO; I. TONG QUAN VỀ KHÍ SO;: L.Tình hình phát sinh chất ô nhiễm trong nhà máy phát điện: Năm 1985, tổng công suất nguồn điện của Việt Nam khoảng 4000MW, trong đó nhiệt điện 21%. Năm 1994, tổng sản lượng của các nhà máy điện ước tính khoảng 12000GW, trong đó sản lượng nhiệt điện 19%.Năm 2000, công suất của các nguồn điện của nước ta đạt tới 7100 MW. Trong đó nhiệt điện than-dầu 21,8%.

Các nhà máy nhiệt điện ở các cơ sở phía Bắc dùng than Hòn Gai với đặc điểm hàm lượng lưu huỳnh thấp(0,5-0,8% khối lượng). Lượng tiêu hao than tiêu chuẩn tính cho 1 kWh điện từ 0,473 kg ( Phả Lại) đến 0,808 kg (Ninh Bình, trước năm 1995),mức trung bình của thế giới nhỏ hơn 0,4 kg. Năm 1993, lượng than sử dụng cho 3 nhà máy nhiệt điện ở phía Bắc là 479,520 tấn. Như vậy sẽ thải ra khí quyển 6713 tấn khí SO¿, 2724 tấn NOx, 277,9.10” tấn CO; và 1490,8 tấn bụi.

Các cơ sở phía Nam sử dụng dầu FO, hàm lượng lưu huỳnh thường rất cao (2,5-3% khối lượng). Gần đây khi vận chuyển được khí đốt vào bờ, một số cơ sở sẽ chuyển sang sử dụng nhiên liệu khí đốt, tình hình môi trường ở xung quanh các cơ sở này có thể sẽ được cải thiện hơn. Nguồn thải ô nhiễm của nhà máy Nhiệt điện Ninh Bình chủ yếu là bụi (TSP) và khí độc hại (SO;, NO;, CO¿;, CO) do đốt nhiên liệu than gây ra, trong đó nguy hại nhất là bụi và SO». Hiện nay, vấn đề khử bụi và khí độc của các nhà máy nhiệt điện là rất cần thiết.

Nếu không có biện pháp khắc phục thì nồng độ chất ô nhiễm trong môi trường không khí( bụi, SO;, CO) ở các khu dân cư xung quanh nhà máy phần lớn đều vượt quá trị số tiêu chuẩn cho phép. Dưới đây xin đưa ra 2 trường hợp ô nhiễm không khí ở nhà máy Nhiệt điện thuộc tỉnh Đồng Nai: + Tải lượng ô nhiễm không khí thải ra từ nổi hơi đốt than của nhà máy Nhiệt điện đốt than gồm 2 tổ máy phát công suất 150 MW thuộc tập đoàn Công nghiệp Formosa: Chấtô | Hệ số ô Tải lượng ô nhiễm nhiễm | nhiễm Máy phát số 1 Máy phát số 2 Tổng (kg/tấn) | Kg/h g/s Kg/h g/s Kg/h g/s Bui SA 361,0 100,0 361,0 100.0 CO 0,3 21,6 6,0 21,6 6,0 43,2 12,0 THC 0,055 4,0 1,1 4,0 1,1 8,0 2,2 Nguồn: Trung Tâm Công Nghệ Môi Trường ,năm 2003. D6 du min hoc bi that ri li bhi thd GVHD:Ths.Dư Mỹ Lệ Nồng độ khí thải trong ống khói máy phát điện sau xử lý của nhà máy Nhiệt điện đốt than thuộc tập đoàn Công nghiệp Formosa: Chất ô nhiễm Máy phát số 1 Máy phát số 2 Nông độ khí | Tiêu chuẩn khí | Nồng độ khí | Tiêu chuẩn khí thải có kiểm thai TCVN thải có kiểm thải TCVN soát(mg/Nm”) 5939:1995 soat (mg/Nm”) 6991:2001 (Cột B) Bui 50 400 50 400 SO, 143 500 143 150 NO; 410 1000 82 300 CO 40 500 40 150 THC 7 - 7 705 Nguồn : Trung tâm Công nghệ Môi trường ,tháng 03/2004. Sơ đồ hệ thống kiểm soát khí thải của Nhà máy Nhiệt điện đốt than thuộc tập đoàn Công nghiệp Formosa: Nước nóng MgO Bể chứa ,Mg(OH); Khí thải/ Lọc bụi Hệ thống khử lưu Ống Thu hdinhiét tinh dién huvnh (FGD) khói Tro Trạm xử lý nước Sông khô thải tập trung của Thị Vải nhà máy điện Bánh bùn D6 du min hoc bi that ri li bhi thd GVHD:Ths.Dư Mỹ Lệ Hệ thống lọc bụi tĩnh điện: khí thải ra trong quá trình đốt than ở nổi hơi được truyền qua thiết bị lọc tĩnh điện để tách bụi.

Bụi sẽ được làm lạnh và lưu giữ trong bổn chứa,sau đó vận chuyển cho nhà máy ximăng để tái sử dụng như là nguyên liệu để sản xuất clinke hoặc bán cho nhà máy bêtông trộn sẵn. Hiệu suất tách bui:99,7% Hệ thống khử lưu hùynh (FGD): Nhà máy sử dụng than có hàm lượng sulfur 1,3% được sử dụng như là nhiên liệu chính đốt lò hơi. Nếu không có biện pháp kiểm soát ô nhiễm,nồng độ khí SOa sẽ vượt tiêu chuẩn cho phép. Do vậy hệ thống khử lưu hùynh trong khí thải được lắp đặt để tách oxit lưu hùynh.

Chất hấp thụ là Mg(OH)› được tạo ra bằng cách hòa MgO vào nước nóng. Hiệu suất tách sulfua đạt khổang 95%. Kiểm soát khí thải:Hệ thống kiểm soát khí thải liên tục và tự động(CEM®) sé được lắp đặt tại đỉnh ống khói để kiểm soát lượng khí thải ra. Hệ thống này sẽ báo động nếu thành phần khí thải vượt quá tiêu chuẩn và tự động thông báo cho người vận hành giảm bớt năng lượng thải hoặc sữa chữa thiết bị ngay để giảm thiểu ô nhiễm.

Vấn để ô nhiễm bầu khí quyển bởi khí SO; từ lâu đã trở thành mối hiểm họa của nhiều quốc gia, nhất là các nược phát triển trên thế giới. Vì những lý do nêu trên, công nghệ xử lý khí SO; còn có ý nghĩa kinh tế to lớn của nó bởi vì SO¿ thu hồi được từ khí thải là nguồn cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất axit sunfuric(H;SO¿) và lưu huỳnh nguyên chất.Tổng quan về khí SO;: I.Tính chất của khí SO2. Anhydritsunphurơ là loại thể khí không màu, có mùi chua sốc và có tính kích thích khá mạnh. SO; có phân tử lượng là 64, nặng hơn không khí, tỷ trọng bằng 2,26 dé hoà tan trong nước, nhất là trong dung dịch rượu mêtylic (CHzOH) rượu êtylic (CạHzOH) và các loai este.

G 20°C, một thể tích nước có thể hoà tan 40 thé tich khi SO», khi hoa tan trong nuéc một phần khí này sẽ kết hợp với nước để tạo thành axit sunphurơ. SO, + HạO ------ > H;SOx Anhydritsunphuơ axitsunphurd Cũng ở nhiệt độ 20°C và áp suất 3 atm, khí SO; sẽ ngưng tụ thành chất lỏng trong suốt không màu, sôi ở -10°C. SO; lỏng khi bay hơi thu nhiệt rất mạnh và làm nhiệt độ môi trường xuống rất thấp (có thể hạ tới -50°C').Ảnh hưởng sinh lý của SO¿. Khi tiếp xúc với những nơi ẩm ướt trên cơ thể người, trước hết khí SO¿ chuyển thành axit sunphurơ (H;SO2) rồi sau đó biến thành axit sunphuric (H;SO¿).

Như ta đã biết, khí SOsrất đễ hoà tan trong nướcnên chủ yếu SO; sẽ tác dụng tưới đường hô hấp trên va niêm mạc mắt. Khi hít phải khí SO¿ niêm mạc khí quản sẽ bị kích thích sinh ho ; có khi thanh đới bị co rút làm người bị nạn không nói được. Tuy vậy, nếu đứng lâu ở nơi không khí nhiễm nhẹ khí SO; ta sẽ cảm thấy “quen” dần.Các triệu chứng nhiễm độc SO2. Người bị nhiễm độc khí SO; thoạt đầu sẽ thấy trào nước mắt, chảy nước mũi, nhức đầu, lợm giọng, chân tay bải hoại, dạ dầynh ách khó chịu, đau bụng, ỉa chảy, thở gấp, tức ngực và kém cảm giác với lạnh.

Nếu bị nhiễm độc mãn tính sẽ dẫn tới viêm da, D6 du min hoc bi that ri li bhi thd GVHD:Ths.Dư Mỹ Lệ viêm khí quản, viêm phổi biến chứng thành mọng nước phổi, phản ứng của vị giác và khứu giác giảm sút, mắt đỏ, sưng húp. Nếu để SO; lỏng bắn vào mắt sẽ làm cho con người bị cứng hoá.Phạm vi gây nhiễm độc của SO; Sau đây là phạm vi nồng độ gây độc và các triệu chứng biểu hiện khi nhiễm độc SO¿. Nông độ SO; trong không Tác hại gây độc khi (mg/l) 0,0008 — 0,013 Có thể ngửi thấy mùi. 0,020 — 0,030 Có kích thích đối với cổ họng.

0,05 Kích thích mạnh đối với cổ họng, gây ho. 0,130 — 0,260 Chiu dung đước trong khoảng 0,5 đến 1 giờ. 1,000 — 1,200 Trong thời gian ngắn có thể nhiễm độc nặng. D6 du min hoc bi that ri li bhi thd GVHD:Ths.

CƠ SỞ LÍ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LỈ: 1. Sơ lược về phương pháp hấp thụ ( Absorption method): Hấp thụ là phương pháp làm sạch khí thải độc hại ( chất bị hấp thụ ) vào trong môi trường lỏng ( dung môi hấp thụ). Khi tiếp xúc với khí thải,chất độc hai sé tác dụng với các chất trong môi trường mỏng và được giữ lại theo 2 cách hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học. + Hấp thụ vật lý: về thực chất chỉ là sự hòa tan các chất bị hấp thụ vào trong dung môi hấp thụ,chất khí hòa tan không tạo ra hợp chất hóa học với dung môi ,nó chỉ thay đổi trạng thái vật lý từ thể khí biến thành dung địch lỏng( quá trình hòa tan đơn thuần của chất khí trong chất lỏng).

4 Hấp thụ hóa học: trong quá trình này chất bị hấp thụ sẽ tham gia vào một số phản ứng hóa học với dung môi hấp thụ. Chất khí độc hại sẽ biến đổi về bản chất hóa học và trở thành chất khác. Cơ cấu của quá trình này có thể chia thành ba bước: 3> Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bể mặt của chất lỏng hấp thụ 3> Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bể mặt của chất hấp thụ 3> Khuếch tán chất khí đã hoà tan trên bể mặt ngăn cách vào sâu trong lòng khối chất lỏng hấp thụ Quá trình hấp thụ mạnh hay yếu là tùy thuộc vào bản chất hóa học của dung môi và các chất ô nhiễm trong khí thải. Như vậy để hấp thụ được một số chất nào đó ta phải đựa vào độ hòa tan chọn lọc của chất khí trong dung môi để chọn lọc dung môi cho thích hợp hoặc chọn dung dịch thích hợp(trong trường hợp hấp thụ hóa học).

Quá trình hấp thụ được thực hiện tốt hay xấu phần lớn là đo tính chất dung môi quyết định. So luge vé phuong phaép hap phu( Absorption method) : Khác với quá trình hấp thụ, trong quá trình hấp phụ người ta đùng chất rắn xốp để hút các chất khí độc có trong khí thải trên bể mặt chất rắn được gọi là chất hấp phụ (adsorbent) và các cấu tử khí được hút vào bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ (adsorbate). Phương pháp này được dùng phổ biến nhất trong việc thu hồi các cấu tử quí để sử đụng lại trong công nghiệp hóa chất. Trong kĩ thuật xử lý ô nhiễm không khí, phương pháp hấp phụ được dùng để thu hồi và sử dụng lại hơi của các chất hữu cơ,khử mùi thải ra của các nhà máy sản xuất thực phẩm,thuộc da,nhuộm,chế biến khí tự nhiên,công nghệ tổng hợp hữu cơ.

Căn cứ vào bản chất liên kết giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phân thành 2 loại: “a Hấp phụ vật lý: là hấp phụ da phân tử ( hấp phụ nhiều lớp),lực liên kết là lực hút giữa các phân tử( Vanderwaals),không tạo thành hợp chất bề mặt. %& Hấp phụ hóa học: là hấp phụ đơn phân tử (hấp phụ một lớp).