MỞ ĐẦU Hiện nay, dân số đô thị ngày càng tăng cao, nhu cầu hàng hóa ngày càng lớn, dẫn đến việc hình thành, phát triển mạnh mẽ của các khu công nghiệp lớn và nhỏ ở khắp các tỉnh thành trên cả nước. Sự phát triển đa dạng của các ngành công nghiệp đã tạo ra rất nhiều sản phẩm phục vụ cho đời sống con người. Tuy nhiên, đây cũng là một mối nguy hại khi nó tạo ra một lượng lớn các chất thải, làm phá vỡ cân bằng sinh thái và gây hại đến môi trường. Trong đó, có rất nhiều nhà máy xí nghiệp sử dụng lò hơi trong quá trình sản xuất, có thể thấy loại lò hơi dùng dầu FO làm nhiên liệu đốt được sử dụng phổ biến.
Các khí thải từ loại dầu đốt này khá nguy hiểm, chứa các chất độc hại nồng độ cao. Dầu FO được xem là loại dầu có hàm lượng lưu huỳnh cao, khi cháy sẽ thải ra một lượng lớn SO2 – loại khí được xem là độc hại được thải ra do quá trình đốt nhiên liệu. Đồ án môn học với nhiệm vụ thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO 2 từ lò hơi đốt dầu FO là một trong các phương án góp phần vào việc xử lý khí thải và giảm ô nhiễm môi trường. Nội dung của đồ án nhằm cung cấp phương án thiết kế, tính toán các công trình đơn vị.
Trong quá trình làm đồ án, không tránh khỏi có những sai sót, rất mong có sự đóng góp ý kiến của giảng viên hướng dẫn và các thầy cô. SVTH: Trần Nhật Kha GVHD: PGS. Lê Hoàng Nghiêm KS. Lê Thị Ngọc Hân 1 Đồ án môn học Lựa chọn phương án công nghệ và tính toán Thiết kế hệ thống xử lý SO2 trong khí thải của lò hơi đốt dầu FO, công suất 3 tấn hơi/h.
TỔNG QUAN VỀ DẦU FO VÀ KHÍ THẢI LÒ HƠI ĐỐT DẦU FO 1. TỔNG QUAN VỀ DẦU FO 1. Khái niệm Dầu FO còn gọi là dầu nhiên liệu hay dầu Mazut, là phân đoạn nặng thu được khi chưng cất dầu thô paraffin và asphalt ở áp suất khí quyển và trong chân không. Các dầu FO có điểm sôi cao.
Dầu FO được sử dụng làm nhiên 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 10,175 kcal/kg tỷ trọng là 0,7 – 0,97 kg/l. Phân loại Dầu FO nhẹ có độ sôi 200 – 3000C, tỷ trọng 0,88 – 0,92 Dầu FO nặng có độ sôi lớn hơn 3200C, tỷ trọng 0,92 – 1 hay cao hơn. Độ nhớt của dầu FO rất cao và có thể thay đổi trong từ 250 – 7000 đơn vị Red – wood chuẩn, trong khi đó độ nhớt của dầu DO chỉ là 40 – 70 đơn vị.
Các chỉ tiêu xác định chất lượng của dầu FO Hàm lượng lưu huỳnh Nhiên liệu đốt lò thường chứa một lượng lưu huỳnh rất lớn, nồng độ của nó thay đổi tùy theo loại. Lưu huỳnh tồn tại trong nhiên liệu đốt lò dưới nhiều dạng khác nhau, thông thường là dưới dạng các hợp chất sunfua, disulfua hay dưới dạng di vòng. Khi bị đốt cháy lưu huỳnh sẽ chuyển thành SO 2 khí này sẽ cùng với khói thải thoát ra ngoài, trong thời gian này chúng có thể tiếp xúc với oxy để chuyển một phần thành khí SO3. Khi nhiệt độ của dòng khí thải xuống thấp thì các khí này sẽ kết hợp với hơi nước để tạo thành các axit tương ứng, đó chính là các axit vô cơ có độ ăn mòn các kim loại rất lớn.
Để hạn chế sự ăn mòn này thì người ta thường dùng các phương pháp như dùng nguyên liệu đốt lò có hàm lượng lưu huỳnh thấp, giảm lượng không khí thừa trong dòng khí, giữ cho bề mặt trao đổi nhiệt lớn hơn nhiệt độ điểm sương của các khí, dùng một số kim loại hoặc oxit kim loại (MgO, CaO) để chuyển SO2 thành các hợp chất không ăn mòn. Phương pháp này vừa giảm được ăn mòn vừa giảm ô nhiễm môi trường do SO2, SO3 trong khói thải. Ngoài vấn đề ăn mòn thì khi hàm lượng lưu huỳnh càng cao càng làm giảm nhiệt trị của nhiên liệu đốt lò. SVTH: Trần Nhật Kha GVHD: PGS.
Lê Hoàng Nghiêm KS. Lê Thị Ngọc Hân 2 Đồ án môn học Lựa chọn phương án công nghệ và tính toán Thiết kế hệ thống xử lý SO2 trong khí thải của lò hơi đốt dầu FO, công suất 3 tấn hơi/h. Độ nhớt Cũng giống như nhiên liệu Diesel hay nhiên liệu phản lực, trước khi bị đốt cháy nhiên liệu được phun ra dưới dạng các hạt sương, từ các hạt sương này nhiên liệu sẽ bay hơi tạo với không khí hỗn hợp cháy. Quá trình bay hơi nhanh hay chậm phụ thuộc nhiều vào bản chất của nhiên liệu, kích thước của các hạt sương dầu khi phunra.
Ở gốc độ của độ nhớt thì ảnh hưởng của nó như sau: Khi độ nhớt lớn thì kích thước của các hạt sương phun ra lớn, động năng của nó lớn nên không gian trộn lẫn của nhiên liệu với không khí lớn. Tuy nhiên khi kích thước của các hạt lớn thì khả năng bay hơi để tạo hỗn hợp cháy sẽ kém, điều này sẽ làm cho quá trình cháy không hoàn toàn, làm giảm nhiệt cháy và thải ra nhiều chất gây ô nhiễm cho môi trường. Ngoài ảnh hưởng đến quá trình cháy thì khi độ nhớt lớn sẽ làm tăng trở lực ma sát trong hệ thống bơm. Tỷ trọng Tỷ trọng là một đại lượng rất quan trọng đối với nhiên liệu đốt lò bởi nó liên quan đến bản chất của nhiên liệu, độ nhớt, độ bay hơi nghĩa là nó liên quan đến quá trình cháy của nhiên liệu, tất cả những vấn đề này ta đã đề cập đến ở trên.
Ngoài ra, trong quá trình xử lý nhiên liệu, người ta tách loại nước bằng phương pháp ly tâm do đó yêu cầu tỷ trọng của nhiên liệu và nước phải khác nhau để đảm bảo cho quá trình tách loại có hiệu quả. Trong quá trình vận chuyển hay tồn chứa thì nước thường lẫn vào trong nhiên liệu, khi sự chênh lệch tỷ trọng của hai loại này lớn sẽ giúp cho quá trình lắng tách nước cũng tốt hơn. Hàm lượng nước Nước không phải là thành phần của dầu mỏ nhưng nó luôn có mặt trong dầu thô hay trong tất cả các sản phẩm của dầu mỏ. Sự có mặt của nước luôn gây ra những tác hại nhất định.
Nước có mặt trong dầu thô hay các sản phẩm có thể từ các nguồn gốc sau: Cặn carbon Để đánh giá khả năng tạo cặn, người ta thường sử dụng tiêu chuẩn đặc trưng là độ cốc hoá, tùy theo phương pháp tiến hành xác định cặn mà cặn thu được gọi là cặn carcbon conradson hoặc cặn carbon rabostton. Hàm lượng cặn cacbon conradson trong dầu nhiên liệu đốt lò thường dao động từ 5 - 10% khối lượng, có khi lên đến 20% khối lượng. Tỷ lệ cao cặn cacbon conradson trong nhiên liệu đốt lò cao luôn luôn gây trở ngại cho quá trình cháy, làm tăng hàm lượng bụi của các chất thải rắn trong dòng khí SVTH: Trần Nhật Kha GVHD: PGS. Lê Hoàng Nghiêm KS.
Lê Thị Ngọc Hân 3 Đồ án môn học Lựa chọn phương án công nghệ và tính toán Thiết kế hệ thống xử lý SO2 trong khí thải của lò hơi đốt dầu FO, công suất 3 tấn hơi/h. SVTH: Trần Nhật Kha GVHD: PGS. Lê Hoàng Nghiêm KS. Lê Thị Ngọc Hân 4 Đồ án môn học Lựa chọn phương án công nghệ và tính toán Thiết kế hệ thống xử lý SO2 trong khí thải của lò hơi đốt dầu FO, công suất 3 tấn hơi/h.
Hàm lượng tro Các hợp chất cơ kim và muối có trong dầu mỏ đều tập trung đa phần ở dầu cặn, khi đốt nó biến thành tro. Tro có nhiều trong nhiên liệu đốt lò sẽ làm giảm hiệu quả sử dụng như gây tắc ghi lò, làm giảm khả năng truyền nhiệt của lò, ở nhiệt độ cao một số kim loại như vanadi có thể kết hợp với sắt để tạo ra những hợp kim tương ứng có nhiệt độ nóng chảy thấp do đó dễ dẫn đến sự thủng lò. Nhiệt trị Nhiệt trị là một chỉ tiêu chất lượng quan trọng của nhiên liệu đốt lò. Thường thì nhiệt trị của nhiên liệu đốt lò khác cao (>10000 cal/g) đây chính là một trong những yếu tố chính làm cho nhiên liệu đốt lò được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
Nhiệt trị này phụ thuộc vào thành phần hoá học. Nếu trong thành phần nhiên liệu đốt lò càng có nhiều hydrocacbon mang đặc tính parafinic, càng có ít hydrocacbon thơm nhiều vòng và trọng lượng phân tử càng bé thì nhiệt năng của chúng càng cao. Những thành phần không thuộc loại hydrocacbon trong dầu cặn cũng có ảnh hưởng rất lớn đến nhiệt trị của nó. Các hợp chất lưu huỳnh trong dầu mỏ tập trung chủ yếu vào dầu cặn.
Sự có mặt của lưu huỳnh đã làm giảm bớt nhiệt năng của dầu cặn, khoảng 85 kcal/kg tính cho 1% lưu huỳnh. Điểm chớp cháy Cũng giống như những sản phẩm phẩm dầu mỏ khác, đối với nhiên liệu đốt lò thì điểm chớp cháy cũng đặc trưng cho mức độ hỏa hoạn của nó. Ngoài những chỉ tiêu trên thì nhiên liệu đốt lò còn phải đạt những chỉ tiêu chất lượng khác như điểm đông đặc, độ ổn định oxy hoá. 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 FO đơn giản và khá kinh tế.
Khí thải của lò hơi đốt bằng dầu FO thường có các chất sau: CO 2, 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 hết tồn tại dưới dạng sol khí mà ta thường gọi là mồ hóng. SVTH: Trần Nhật Kha GVHD: PGS. Lê Hoàng Nghiêm KS. Lê Thị Ngọc Hân 5 Đồ án môn học Lựa chọn phương án công nghệ và tính toán Thiết kế hệ thống xử lý SO2 trong khí thải của lò hơi đốt dầu FO, công suất 3 tấn hơi/h.
Lượng khí thải: - 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 = 10,6 kg/m3. - Lượng khí thải sinh ra khi đốt 1kg dầu FO là: VC 20 từ 11,5 m3/kg đến 13,8 kg khí thải/ 1 kg dầu.