Công Nghệ Khử Lưu Huỳnh Trong Buồng Đốt

Khử lưu huỳnh trong buồng đốt xảy ra nhiều quá trình phản ứng, cùng Môi trường Hợp Nhất tìm hiểu công nghệ khử lưu huỳnh trong buồng đốt qua bài viết dưới đây.

1. Nguyên lý khử lưu huỳnh trong quá trình cháy

Đá vôi được nghiền nhỏ đến kích cỡ đạt yêu cầu và phun vào buồng đốt. trong môi trường nhiệt độ cao CaCO₃ sẽ phân hủy thành CaO và CO₂.

CaCO₃ → CaO + CO₂

Trong môi trường oxy hóa, CaO phản ứng với SO₂:

2 CaO + O₂ + 2SO₂ = CaSO₄

Phản ứng này là phản ứng chủ yếu khử lưu huỳnh trong quá trình đốt cháy, nhưng nó bị hạn chế bởi yếu tố nhiệt độ. Phản ứng đạt hiệu quả trong khoảng nhiệt độ 800 ÷ 850 OC. Vì vậy, việc khử lưu huỳnh ngay bên trong buồng đốt được sử dụng thích hợp cho lò tầng sôi. Còn các lò đốt kiểu phụ hay kiểu khớp có nhiệt độ buồng đốt lớn hơn 1200^oC thì phương pháp này không phù hợp.

Ngoài ra, trong môi trường hoàn nguyên, lưu huỳnh trong FeS₂ sẽ phản ứng với H₂ tạo thành H₂S. Khi đó CaCO₃ và CaO gặp H₂S sẽ phát sinh phản ứng sau:

CaCO₃ + H₂S → CaS + H₂O + CO₂

CaO + H₂S → CaS + H₂O

Nếu CaS lại gặp Oxy thì tùy theo nồng độ Oxy sẽ sinh ra phản ứng Oxy hóa sau:

CaS + 3/2O₂ → CaO + SO₂

CaS + 2O₂ → CaSO₄

Theo nghiên cứu cho thấy khi nhiệt độ trong buồng lửa trên 1200^oC thì CaSO₄ sẽ phân hủy thành SO₂. Do vậy, khi dùng đá vôi làm chất khử lưu huỳnh trong điều kiện nhiệt độ buồng đốt trên 1200^oC thì hiệu quả rất kém.

2. Khử lưu huỳnh trong lò tầng sôi

Trong quá trình cháy than trong lò tầng sôi, chất khử lưu huỳnh thường được sử dụng có hiệu quả kinh tế nhất là đá vôi và đá bạch vân (CaCO₃.MgCO₃). Trong lò tầng sôi các hợp chất thực hiện phản ứng khử lưu huỳnh trong lò tầng sôi.

Các phản ứng trong lò tầng sôi là phản ứng hấp thu nhiệt, nhiệt độ để thực hiện các phản ứng khoảng 880^oC.

Trong quá trình thực hiện phản ứng, CaCO₃ bị phân hủy thành CaO nên thể tích mol giảm đi 45% làm cho thể tích lỗ rỗng tự nhiên trong CaCO₃ tăng lên rất nhiều, tạo điều kiện cho CaO và SO₂ có nhiều không gian tiến hành phản ứng khử.

Nhưng trong quá trình thực hiện phản ứng CaO chuyển thành CaSO₄ thể tích mol tăng lên 180%, vì vậy khi bắt đầu thực hiện phản ứng trên thì bề mặt CaO sẽ hình thành một màng mỏng CaSO₄ dày 32 μm.

Các lỗ rỗng trên màng mỏng CaSO₄ nhỏ hơn kích thước của SO₂, làm cản trở SO₂ đi qua màng mỏng CaSO₄ để khuếch tán vào trong hạt CaO thực hiện phản ứng.

Vì vậy, dùng đá vôi khử lưu huỳnh trong buồng đốt thường có hiệu suất thấp. Dựa vào phương trình nguyên lý lò tầng sôi cho thấy: về lý thuyết để khử 1 mol lưu huỳnh cần 1 mol canxi, tức là để khử 1kg lưu huỳnh cần 3,125kg đá vôi.

Hiệu quả của quá trình khử lưu huỳnh trong lò tầng sôi phụ thuộc vào điều kiện vận hành như: nhiệt độ lò, độ mịn của đá vôi, hàm lượng CaCO₃ trong đá vôi, thời gian lưu, tỷ số Ca/S,...

Trong tính toán thường dùng tỷ số Ca/S làm chỉ tiêu tổng hợp để biểu thị hiệu suất sử dụng canxi khử lưu huỳnh. Tỷ số này càng cao thì hiệu suất sử dụng Ca càng thấp.

Nếu hàm lượng lưu huỳnh trong than là S%, tỷ số mol Ca/S cần thiết để hiệu suất khử lưu huỳnh đạt giá trị theo mong muốn thì lượng chất khử lưu huỳnh cần đưa vào lò tầng sôi G (kg/h) có thể được tính theo công thức:

G = (100/32 Ca/S S(%)/CaCO₃(%) B), kg/h

Hoặc Ca/S = (32/100 CaCO₃(%)/S(%) G/B)

Trong đó:

• G: Lượng chất khử lưu huỳnh cần đưa vào lò tầng sôi, kg/h;
• 100/32: hệ số chuyển đổi CaCO₃ và S thành số mol, với 100 là khối lượng mol phân tử của CaCO₃, 32 là khối lượng mol phân tử của lưu huỳnh;
• S(%): Thành phần % của lưu huỳnh trong nhiên liệu, %;
• CaCO3(%): Thành phần % của lưu huỳnh trong nhiên liệu, %;
• B: suất tiêu hao nhiên liệu, kh/h.

Trong thực tế không phải toàn bộ CaO đều tham gia phản ứng khử SO₂ nên khi tỷ số Ca/S = 1 thì hiệu suất thực tế khử SO₂ không cao. Khi Ca/S = 1 thì hiệu suất thực tế thu hồi SO₂ luôn nhỏ hơn 50%. Như vậy muốn hiệu suất đạt 90% thì tỷ số Ca/S = 3 ÷ 5.

Ngoài hiệu suất khử SO2 phụ thuộc vào hàm lượng lưu huỳnh trong than. Khi hàm lượng này càng lớn thì hàm lượng SO₂ sinh ra trong buồng lửa càng nhiều dẫn đến hiệu quả khử SO₂ càng cao.

Đồng thời, theo các kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy cỡ hạt đá vôi phù hợp cho quá trình khử SO₂ trong lò tầng số tốt nhất là 0,2 ÷ 1,5 mm.

Vừa rồi là thông tin về “Công nghệ khử lưu huỳnh trong buồng đốt”, hy vọng thông tin mà Môi trường Hợp Nhất chia sẻ đúng với nội dung mà bạn đang tìm.

Ở bài viết sau chúng tôi sẽ trình bày kiến thức về “Công nghệ xử lý SO₂ sau quá trình cháy”, hãy theo dõi Hợp Nhất để cập nhật thông tin mới nhé. Cảm ơn bạn đã dành thời gian đọc bài viết.