Xây dựng quy trình xử lý khí thải nồi hơi

MỤC LỤC Lời nói đầu trang 2 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NỒI HƠI trang 3 1.1.1.Tổng quan về công nghệ sản xuất nồi hơi trang 3 1.1.2.Cấu tạo của nồi hơi trang 3 1.2.KHÍ THẢI NỒI HƠI VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ THẢI NỒI HƠI ĐỐI VỚI MÔI TRƯỜNG trang 5 CHƯƠNG II: XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ trang 6 2.1. THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT KHÍ THẢI NỒI HƠI trang 6 2.1.1. Lưu huỳnh dioxit (SO2) trang 6 2.1.2. Oxit nito trang 6 2.1.3. Hơi nước (H2O) trang 6 2.2. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI NỒI HƠI trang 7 2.3. THUYẾT MINH SƠ ĐỒ XỬ LÝ KHÍ THẢI trang 9 2.4. ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI NỒI HƠI trang 10 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ trang 12 PHỤ LỤC Hình 1.1. Sơ đồ cấu tạo nồi hơi trang 4 Bảng 2.1. Bảng thông số khí thải từ nồi hơi với phương pháp hấp thụ bằng nước trang 7 Sơ đồ 2.1: Sơ đồ xử lý khí thải từ nồi hơi với phương pháp hấp thụ bằng nước trang 7 Bảng 2.2. bảng thong số khí thải nồi hơi với phương pháp hấp phụ Bằng than hoạt tính trang 8 LỜI NÓI ĐẦU Trong thời kì công nghiệp hóa – hiện đại hóa, kinh tế - khoa học kĩ thuật phát triển, các ngành công nghiệp cũng ngày càng phát triển đòi hỏi việc sử dụng máy móc cũng phải hiện đại và tốt nhất để hạn chế việc gây ô nhiễm môi trường xung quanh. Tùy vào mỗi ngành công nghiệp, mỗi cơ sở sản xuất thì việc vận hành và sử dụng các loại thiết bị máy móc khác nhau. Một loại thiết bị máy móc được hầu hết các nhà máy công nghiệp sử dụng đó là nồi hơi. Như ta biết, trong tất cả các nhà máy công nghiệp thì việc sử dụng nhiệt là việc không thể tránh khỏi như: nhà máy chế biến thức ăn gia súc, nhà máy bánh kẹo sử dụng nhiệt để sấy sản phẩm, nhiệt còn được sử dụng để đun nấu, thanh trùng như trong nhà máy giải khát, nhà máy nước mắm, tương hay dầu thực vật… Và nồi hơi là thiết bị làm nguồn cung cấp nhiệt và dẫn nguồn nhiệt đến máy móc sử dụng nhiệt tốt nhất. Tuy nhiên tùy vào mỗi nhà máy công nghiệp mà việc sử dụng nồi hơi với mức độ và công suất khác nhau. Nồi hơi được sử dụng và ứng dụng rất rộng rãi cho tất cả các nhà máy công nghiệp mang lại rất nhiều lợi ích cho các nhà máy nhưng khí thải thải ra từ nồi hơi làm ô nhiễm cho môi trường không khí. Có rất nhiều quy trình công nghệ xử lý khí thải từ nồi hơi, và mỗi quy trình có những ưu điểm và nhược điểm khác nhau. “Quy trình công nghệ xử lý khí thải nồi hơi” do em đưa ra trong bài tiểu luận này có rất nhiều thiếu sót mong cô chỉ bảo thêm. CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẾ TẠO NỒI HƠI: Tổng quan về công nghệ sản xuất nồi hơi: Nồi hơi ( hay còn gọi là 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, nhuộm, hơi để chạy tuabin máy phát điện, vv...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. Để vận chuyển nguồn năng lượng có nhiệt độ và áp suất cao này người ta dùng các ống chịu được nhiệt, chịu được áp suất cao.Và điều đặc biệt của Nồi hơi mà không thiết bị nào thay thế được là tạo ra nguồn năng lượng an toàn không gây cháy để vận hành các thiết bị hoặc động cơ ở nơi cần cấm lửa và cấm nguồn điện (như các kho xăng, dầu). Có rất nhiều loại nồi hơi khác như: + Nồi hởi kiểu đứng: đốt dầu. + Nồi hơi kiểu nằm: đốt dầu, than, trấu. + Ngoài ra còn có các loại nồi hơi sử dụng các loại nhiên liệu đốt là khí gas. Tùy vào mỗi loại nồi hơi mà có công suất hoạt động khác nhau. Công suất nồi hơi hay công suất nhiệt của nồi hơi là khả năng nhiệt hoá hơi của nồi hơi trên một đơn vị thời gian. Khi ta nói nồi hơi có công suất 5 T/h ( 5 Tấn hơi / 01 giờ hoặc là 5000 kg/h) nghĩa là trong 01 giờ nồi hơi này có thể làm hoá hơi ( bốc hơi) một khối lượng nước là 5m3 tới một áp suất nhất định nào đó. Đơn vị tính tấn hơi/giờ. Nồi hơi được sử dụng rất nhiều trong công ngiệp như tạo ra hơi để vận hành đầu máy xe lửa hơi nước, vận hành turbine máy phát điện... Cấu tạo của nồi hơi: Cấu tạo đơn giản nhất của nồi hơi gồm có hai trống nước (bao nước), một ở phía trên, một ở phía dưới, có hai dàn ống, một dàn nằm trong buồng đốt để được đốt nóng tạo hỗn hợp hơi và nước sôi chuyển động lên trống trên (còn gọi là trống hơi), một dàn nằm phia ngoài vách lò đưa nước đã tách hơi đi xuống trống dưới (còn gọi là trống nước). Việc tuần hoàn hỗn hợp nước sôi và hơi nước đi lên trống trên để tách hơi, và nước từ trống trên chuyển xuống trống dưới có thể là tuần hoàn tự nhiên, cũng có thể là tuần hoàn cưỡng bức: phải dùng bơm chuyên dụng. Trống trên là nơi tách hơi ra khỏi hỗn hợp hơi-nước, phần hơi ra khỏi bao hơi (trống hơi) được đưa đến bộ quá nhiệt là các dàn ống xoắn ruột gà (hoặc cấu tạo khác) đặt ngang hoặc dọc trên đỉnh lò để tận dụng nhiệt của khói lò, tại đây hơi nhận thêm một lượng nhiệt thành hơi quá nhiệt ( hơi khô ), hơi này có áp suất và nhiệt độ cao được đưa đi sử dụng cho các thiết bị như động cơ hơi nước, turbine hơi nước... Tuy nhiên, tùy theo nhu cầu sử dụng mà người ta tạo ra nguồn hơi quá nhiệt có nhiệt độ và áp suất rất cao để đáp ứng cho các loại máy móc đặc chủng. Để vận chuyển nguồn năng lượng có nhiệt độ và áp suất rất cao này người ta dùng các ống chịu được nhiệt, chịu được áp suất cao. Nguyên lý chung của nồi hơi công nghiệp là sử dụng nhiên liệu để đun sôi nước, tùy theo cấu tạo của loại nồi hơi mà nhiên liệu có thể là: rắn (như củi, than, gỗ...), lỏng (như dầu...), hoặc khí (như gas). Hình 1.1. Sơ đồ cấu tạo nồi hơi KHÍ THẢI NỒI HƠI VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ THẢI NỒI HƠI ĐỐI VỚI MÔI TRƯỜNG: Giả sử nồi hơi hoạt động được bằng việc đốt cháy nhiên liệu là dầu FO. Khí thải thải ra từ nồi hơi chủ yếu là hơi nước, khí thải có chứa lưu huỳnh (chủ yếu là SO2), khí thải có chứa nito ( chủ yếu là NOx). Các khí thải ra từ nồi hơi chủ yếu là các khí độc hại nên ảnh hưởng rất lớn đối với môi trường chủ yếu là môi trường không khí. Và ảnh hưởng rất lớn đối với sức khỏe của con người. Và một hiểm họa đáng chú ý đó là nguy cơ axit hóa môi trường gây nên hiện tượng mưa axit, có tác động nghiêm trọng đến các hệ sinh thái nước và đất. Theo thời gian thì đất và nước mặt dần dần bị axit hóa. Mức axit hóa khi vượt qua ngưỡng sẽ phá hủy quá trình sinh hóa của các cơ thể sống trong đất và nước. Các loài thực vật sẽ suy giảm nhanh khi axit phá hủy chu trình sinh sản của chúng. Khi mưa axit hòa tan được các kim loại nặng và các độc tố khác, gây hại cho thực vật và các sinh vật. Mức nito quá nhiều có thể kích thích tăng trưởng quá mức và thúc đẩy sự suy giảm các chất dinh dưỡng. CHƯƠNG II: XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 2.1. THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT KHÍ THẢI NỒI HƠI: Như ta biết thành phần chủ yếu của khí thải nồi hơi đốt bằng nguồn nhiên liệu đó là dầu FO, thì thành phần khí thải chủ yếu là khí thải có chứa lưu huỳnh (SO2), khí thải có chứa nito (NOx), hơi nước. 2.1.1. Lưu huỳnh dioxit (SO2): Lưu huỳnh dioxit là loại chất ô nhiễm phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp cũng như trong sinh hoạt của con người. Nguồn phát thải khí này chủ yếu từ các trung tâm nhiệt điện, lò nung, lò hơi khi đốt nhiên liệu than, dầu và khí đốt có chứa lưu huỳnh hoặc hợp chất của lưu huỳnh. ( Tính chất vật lý: Ở điều kiện thường, SO2 là chất khí không màu, mùi xốc, gây ho, nặng gấp 2 lần không khí (d = 2,2). SO2 hóa lỏng không màu ở 1000C, hóa rắn thành tinh thể trắng ở 7500C. SO2 tan nhiều trong nước ( 1 thể tích nước ở 2000C hào tan được 40 thể tích SO2). ( Tính chất hóa học: Lưu huỳnh dioxit là oxit axit. Tan trong nước tạo thành dung dịch axit sunfuro (H2SO3) không bền, dễ phân hủy thành H2O và SO2. SO2 tác dụng với bazo tạo hai loại muối: muối trung hòa và muối axit. SO2 vừa là chất khử, vừa là chất oxy hóa. 2.1.2. Oxit nito: Oxit nito có 6 loại ổn định: N2O, NO, NO2, N2O3, N2O4 và N2O5 và loại oxit nito không ổn định là NO3. Trong đó NO, NO2 và N2O4 được hình thành trong quá trình đốt nhiên liệu từ các lò nung, lò hơi… ( Tính chất vật lý: Tùy vào mỗi loại hợp chất của nito oxit thì có tính chất vật lý khác nhau. ( Tính chất hóa học: Các hợp chất oxit nito đều có tính khử và tính oxi hóa. Tuy nhiên tùy vào mỗi loại mà tính khử và tính oxy hóa mang tính mạnh yếu khác nhau. 2.1.3. Hơi nước (H2O): Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hidro, với các tính chất lý hóa đặc biệt như tính lưỡng cực, liên kết hidiro và tính bất thường của khối lượng riêng. Nước đã được hóa hơi được gọi là hơi nước. Về mặt tính chất hóa học thì hơi nước cũng có tính chất tương tự như nước là một chất lưỡng tính, có thể phản ứng như một axit hay bazo. 2.2. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI NỒI HƠI: Giả sử công suất hoạt động của nồi hơi là 2.000m3/h – 20.000m3/h. Nồi hơi hoạt động với nhiên liệu là dầu FO. Bảng 2.1. Bảng thông số khí thải từ nồi hơi với phương pháp hấp thụ bằng nước Thông số  Đơn vị  Giá trị đầu vào  Giá trị đầu ra  Giá trị đầu ra TCVN 5039 – 2005 Giới hạn tối đa loại A   SO2  mg/Nm3  3000  1050  1500   NOx  mg/Nm3  2000  1000  1000   Hơi nước  m3      Sơ đồ 2.1: Sơ đồ xử lý khí thải từ nồi hơi với phương pháp hấp thụ bằng nước. Bảng 2.2. Bảng thông số khí thải từ nồi hơi với phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính Thông số  Đơn vị  Giá trị đầu vào  Giá trị đầu ra  Giá trị đầu ra TCVN 5039 – 2005 Giới hạn tối đa loại A   SO2  mg/Nm3  3000  60  1500   NOx  mg/Nm3  2000  700  1000   Hơi nước  m3      Sơ đồ 2.2: Sơ đồ xử lý khí thải từ nồi hơi với phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính Nhiệt độ 2.3. THUYẾT MINH SƠ ĐỒ XỬ LÝ KHÍ THẢI: 2.3.1. Thuyết minh sơ đồ 2.1: Khí thải có chứa khí SO2 và NOx (NO2 và N2O4) được thu gom và đưa vào cyclone bằng ống dẫn để lọc khí thải trước khi đi vào tháp hấp thụ. Sau khi qua cyclone thì khí thải được quạt vào tháp hấp thụ từ dưới đáy tháp. Dung dịch hấp thụ sẽ được bơm vào tháp hấp thụ với dạng các tia nhỏ từ trên chảy xuống nhằm tạo điều kiện tốt nhất giữa khí thải với dung dịch lúc này quá trình phản ứng giữa các khí độc hại và dung dịch sẽ xảy ra. Dung dịch hấp thụ ở đây là nước. Nước được bơm vào tháp hấp thụ sẽ hấp thụ khí SO2 của dòng khí thải. Quá trình này diễn ra theo hai giai đoạn:1. Hấp thụ khí SO2 bằng cách phun nước vào dòng khí. 2. Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi khí SO2 và khí sạch. Quá trình này xảy ra theo phản ứng: SO2 + H2O ( H+ + HSO3-. Quá trình nước hấp thụ khí NOx xảy ra theo các phản ứng: 2NO2 (hoặc N2O4) + H2O ( HNO3 + HNO2 2HNO2 ( NO + NO2 (Hoặc ½ N2O4) + H2O NO + ½ O2 ( NO2 2NO2 ( N2O4. Khí thải sau khi được hấp thụ bởi dung dịch nước sẽ trở thành khí sạch và được thoát ra ngoài theo ống dẫn, khí thoát ra ngoài đạt tiêu chuẩn TCVN 5939 – 2005 giới hạn tối đa loại A. Dung dịch hấp thụ còn lại sẽ được thu vào bể chứa theo ông dẫn, được xử lý và tuần hoàn trở lại cho quá trình xử lý tiếp theo. Hiệu quả xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ mà dung dịch hấp thụ ở đây là nước thì đối với việc xử lý khí SO2 đạt hiệu quả tương đối 65% nhưng đối với việc hấp thụ khí NOx bằng nước thì hiệu quả chỉ đạt 50%. Hơi nước sẽ được thu gom vào bình chứa theo ống dẫn và sẽ được xử lý trước khi đưa vào sử dụng. 2.3.2. Thuyết minh sơ đồ 2.2: Khí thải có chứa SO2, NOx đưa vào tháp hấp phụ nhiều tầng, và trong đó có tầng chứa than hoạt tính, bằng ống dẫn. Khí SO2, NOx sẽ bị giữ lại trong lớp than hoạt tính của các tầng hấp phụ, sau đó khí thải sẽ qua cyclone để lọc sạch tro trước khi thải khí thải ra khí quyển. Quá trình than hoạt tính hấp phụ khí SO2 xảy ra các quá trình phản ứng sau: 2SO2 + 3C + 2H2O = 2H2S +3CO2 SO2 + C = S + CO2 2S + C + 2H2O = 2H2S + CO2 Chính vì vậy mà khí thoát ra từ quá trình hấp phụ còn chứa một số khí H2S và S với nồng độ thấp không đáng kể. Quá trình than hoạt tính hấp phụ NOx có thể xảy ra: nếu trong chất hấp phụ có chứa NO2 thì nó sẽ trở thành chất xúc tác để oxy hóa NOx thành NO2. NO2 sẽ được hấp phụ bởi than hoạt tính và được tách ra bằng cách đun nóng. Hiệu quả xử lý bằng phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính đối với khí SO2 tương đối cao lên đến 98% - 99%. Còn NOx thì tương đối 65% - 70%. 2.4. ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI NỒI HƠI: 2.4.1. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp hấp thụ bằng nước: 2.4.1.1. Ưu điểm: - Là phương pháp đơn giản, dễ vận hành. - Áp dụng khi nồng độ SO2 trong khí thải cao. - Có thể thu hồi được khí SO2 để sản xuất ra axit sunfuric. - Công xuất xử lý của hệ thống đạt hiệu quả tương đối 65%. 2.4.1.2. Nhược điểm: - Chỉ xử lý được SO2 có nồng độ cao nhưng còn NOx thì chỉ ở nồng độ thấp. - Hiệu quả xử lý NOx thấp chỉ đạt 50%. - Lượng nước sử dụng làm chất hấp thụ quá lớn. - Chi phí cho thiết bị khá cao, đòi hỏi các thiết bị đều làm từ inox. - Phải có sẵn nguồn nước lạnh. - Nước thải ra chứa nhiều axit. 2.4.2. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp hấp phụ bằng thanh hoạt tính: 2.4.2.1. Ưu điểm: - Sơ đồ hệ thống đơn giản. - Có thể làm việc với khí thải có nhiệt độ cao. - Xử lý được khí thải có nồng độ tương đối cao. - Hiệu quả xử lý cao 80% - 90%. - Mang lại hiệu quả kinh tế cao vì ít tốn kém chi phí. 2.4.2.2. Nhược điểm: - Tiêu hao nhiều vật liệu hấp phụ. - Sản phẩm thu hồi được có lẫn nhiều axit phải xử lý mới tận dụng được. - Khí thoát ra còn chứa nhiều tạp chất khí. Và so sánh về mặt ưu điểm và khuyết điểm của hai hệ thống thì xử lý khí thải từ nồi hơi bằng phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính thì có khả năng mang lại hiệu quả tốt hon về mặc khả năng xử lý và hiệu quả kinh tế. KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ( Kết luận: Hầu hết các nhà máy sản xuất công nghiệp đều sử dụng nồi hơi vì nồi hơi là nguồn cung cấp nhiệt tốt nhất để vận hành các loại thiết bị máy móc khác tuy nhiên tùy vào nhu cầu sử dụng của mỗi nhà máy sản xuất khác nhau mà sử dụng nồi hơi với các công suất khác nhau. Việc sử dụng nồi hơi mang lại nhiều hiệu quả kinh tế tuy nhiên khí thải từ nồi hơi lại là các loại khí thải khó được xử lý triệt để thải ra môi trường vì thông số đầu vào của khí thải nồi hơi rất cao lên đến hàng ngàn mg/Nm3 mà giới hạn đầu ra tối đa loại A thì lại giảm gấp đôi. Vì vậy để có một quy trình xử lý khí thải nồi hơi mà hiệu quả xử lý lại cao thì rất khó. Và em đưa ra hai phương pháp xử lý đó là phương pháp hấp thụ bằng nước và phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính thì hiệu quả xử lý của hai phương pháp này cũng tương đối cao tuy nhiên thì phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính có ít khuyết điểm hơn và hiệu quả về xử lý và kinh tế cũng khá cao. Tuy nhiên về mặt xử lý đạt hiệu quả về từng thành phần trong khí thải thì không được cao. ( Kiến nghị: Vì khả năng xử lý từng thành phần khí trong khí thải từ nồi hơi của hai phương pháp em đưa ra ở trên thì có khí được xử lý với hiệu quả cao còn có khí thì khả năng xử lý thấp vì nó còn phụ thuộc vào chất hấp thụ và hấp phụ. Vì vậy cần kết hợp các phương pháp xử lý khí lại với nhau để hiệu quả xử lý cao hơn. Như xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ bằng nước và hấp phụ bằng than hoạt tính trong một hệ thống.