Xử Lý Khí Thải Lò Hơi Đốt Than Đá

Lò hơi đốt than đá thường được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp nhằm cung cấp hơi nóng cho các quá trình như gia nhiệt, sấy, làm chín thực phẩm,.... Than đá có giá thành thấp hơn các loại nhiên liệu khác nên việc sử dụng lò hơi đốt than đá cũng giúp giảm đáng kể chi phí vận hành. Tuy nhiên, mặt trái của việc này là khí thải từ lò hơi đốt than chứa các chất gây ô nhiễm như SO₂, NOx, CO, CO₂, bụi và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, gây ô nhiễm không khí và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng. Dưới đây, chúng ta cùng tìm hiểu một số phương pháp xử lý khí thải lò hơi đốt than đá.

1. Đặc điểm của khí thải lò hơi đốt than đá

Khí thải của lò hơi đốt than đá chủ yếu mang theo tro xỉ, bụi, khói, các loại khí như CO, CO₂, SO₂, SO₃, NOx, trong đó:

• Khí CO₂: Khí carbon dioxide là sản phẩm chính của quá trình cháy than, CO₂ là một trong các khí gây hiệu ứng nhà kính, góp phần làm gia tăng biến đổi khí hậu.
• Khí CO: Khí carbon monoxide là khí độc không màu, không mùi, sinh ra do quá trình cháy không hoàn toàn của than đá. CO có khả năng gây ngạt và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe nếu bị phơi nhiễm.
• Khí SO₂: Khí lưu huỳnh dioxide sinh ra do than đá có chứa một lượng lưu huỳnh nên quá trình đốt cháy sẽ sinh ra SO₂. SO₂ là khí độc hại, gây ra mưa axit và ảnh hưởng xấu đến hệ hô hấp.
• Khí NO_x: Gồm các oxit nitơ như NO và NO₂, sinh ra từ phản ứng cháy ở nhiệt độ cao giữa oxy và nitơ trong không khí. NOx góp phần tạo ra mưa axit, sương mù quang hóa và có hại cho hệ hô hấp. Một số lò hơi sử dụng than có chất lượng thấp nên khi cháy có hàm lượng lưu huỳnh cao. Bên cạnh đó, khí thải NOx sinh ra do sự oxy hóa nito có trong nhiên liệu và không khí trong mộ trường nhiệt độ cao. Khối lượng NOx sẽ càng tăng khi nhiệt độ cháy cao.
• Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi VOCs: Được tạo ra từ quá trình cháy không hoàn toàn của các hợp chất hữu cơ trong than. VOCs có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe và gây ô nhiễm không khí thứ cấp.
• Bụi và tro bay: Các hạt bụi li ti, chủ yếu là các hạt tro bay, có kích thước nhỏ và dễ phát tán vào không khí, bụi thường có kích thước từ vài µm đến vài trăm µm, những hạt bụi có kích thước siêu nhỏ này dễ gây ra những kích ứng cơ học, nếu con người hít phải thì mắc các bệnh như viêm mũi, dị ứng, viêm phế quản.

2. Các phương pháp xử lý khí thải lò hơi đốt than đá

Sử dụng lò hơi đốt than đá cần tuân thủ các quy định về bảo vệ môi trường, đồng thời áp dụng các biện pháp kiểm soát và xử lý khí thải để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe cộng động.

Tùy vào công suất hoạt động của lò hơi ở mỗi nhà máy mà công nghệ, phương pháp xử lý khí thải có thể được ứng dụng khác nhau. Dưới đây là một số phương pháp xử lý khí thải lò hơi đốt than đá phổ biến.

2.1. Sử dụng cyclone để xử lý bụi thô

Khí thải từ lò hơi được quạt hút đưa qua hệ thống đường ống đến thiết bị xử lý. Trước khi vào tháp hấp thụ, khí thường được đưa qua Cyclone hoặc thiết bị lọc bụi nhằm loại bỏ phần lớn bụi có kích thước lớn, giảm tải cho tháp hấp thụ. Do khí thải từ lò hơi có nhiệt độ cao (khoảng 150–250°C hoặc cao hơn), nên cần được làm nguội xuống để tăng hiệu quả hấp thụ và bảo vệ vật liệu chế tạo tháp.

2.2. Sử dụng tháp hấp thụ

Đây là phương pháp sử dụng dung dịch hấp thụ (thường là nước, dung dịch NaOH, Ca(OH)₂ hoặc sữa vôi) để loại bỏ các chất ô nhiễm trong dòng khí thải, đặc biệt là SO₂, HCl, HF và một phần bụi mịn.

Khí thải đi từ dưới lên trên, trong khi dung dịch hấp thụ được bơm từ trên xuống dưới thông qua hệ thống vòi phun. Hai dòng lưu chất tiếp xúc ngược chiều giúp tăng diện tích tiếp xúc và nâng cao hiệu suất xử lý.

Trong quá trình này: SO₂ hòa tan vào dung dịch hấp thụ, nếu sử dụng dung dịch kiềm (NaOH hoặc Ca(OH)₂), SO₂ sẽ phản ứng tạo thành muối sunfit hoặc sunfat. Một phần bụi mịn và các khí axit khác cũng bị giữ lại theo dung dịch.

Sau khi đi qua vùng hấp thụ, khí sạch sẽ đi qua bộ tách sương để giữ lại các giọt dung dịch bị cuốn theo dòng khí, tránh phát tán ra môi trường.

Dung dịch sau khi hấp thụ khí ô nhiễm sẽ chảy xuống bể chứa dưới đáy tháp. Tại đây:

• Dung dịch được tuần hoàn trở lại tháp thông qua bơm.
• Định kỳ bổ sung hóa chất để duy trì pH thích hợp (thường từ 8–10 đối với dung dịch kiềm).
• Phần bùn và cặn phát sinh được xả bỏ và xử lý theo quy định.

Hiệu quả xử lý

• Tháp hấp thụ có khả năng xử lý:
• SO2: 90 - 98% (tùy loại hóa chất và thiết kế hệ thống).
• HCl, HF: trên 95%.
• Bụi mịn: khoảng 60 - 90% (khi kết hợp với bộ tách bụi phía trước).
• NOx: hiệu quả không cao, thường chỉ 10–30%; nếu cần xử lý NOₓ triệt để phải kết hợp công nghệ SNCR hoặc SCR.

Ưu điểm

• Hiệu quả cao đối với khí axit, đặc biệt là SO₂.
• Đồng thời loại bỏ một phần bụi và làm giảm nhiệt độ khí thải.
• Công nghệ vận hành ổn định, phù hợp với nhiều quy mô lò hơi đốt than.
• Chi phí đầu tư và vận hành hợp lý so với hiệu quả xử lý.

Hạn chế

• Phát sinh nước thải và bùn hóa chất cần được xử lý.
• Không xử lý hiệu quả NOₓ nếu không kết hợp công nghệ chuyên dụng.
• Thiết bị có nguy cơ ăn mòn nếu lựa chọn vật liệu không phù hợp.
• Cần kiểm soát pH, nồng độ hóa chất và lưu lượng tuần hoàn để duy trì hiệu suất.

2.3. Sử dụng tháp hấp phụ

Đối với khí thải lò hơi đốt than đá, tháp hấp thụ (Scrubber) thường được sử dụng để xử lý SO₂ hiệu quả hơn. Trong khi đó, tháp hấp phụ chủ yếu sử dụng vật liệu hấp phụ (như than hoạt tính) để giữ lại các chất ô nhiễm trên bề mặt vật liệu và thường được dùng để xử lý khí có nồng độ thấp, mùi, VOC hoặc hơi dung môi. Đây là phương pháp xử lý khí thải thông qua việc các phân tử khí hoặc hơi từ khí thải được hấp phụ lên bề mặt của chất rắn, vật liệu dùng để hấp phụ là những vật liệu có diện tích bề mặt lớn và khả năng bám dính tốt như than hoạt tính, zeolite, silica gel va alumina hoặc oxit kim loại.

Khí thải từ lò hơi được quạt hút đưa qua Cyclone hoặc thiết bị lọc bụi túi vải để loại bỏ phần lớn bụi tro bay. Sau đó, khí được làm nguội về nhiệt độ thích hợp (thường dưới 50–60°C) nhằm bảo vệ vật liệu hấp phụ và nâng cao hiệu quả xử lý.

Khí thải đi vào đáy tháp và di chuyển qua lớp vật liệu hấp phụ (thường là than hoạt tính dạng hạt hoặc vật liệu hấp phụ chuyên dụng).

Trong quá trình này: Các chất gây mùi, hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), hơi dầu và một số kim loại nặng được giữ lại trên bề mặt vật liệu hấp phụ. Nếu sử dụng than hoạt tính đã được tẩm hóa chất (KI, NaOH hoặc các chất xúc tác), khả năng hấp phụ SO₂, H₂S, HCl hoặc thủy ngân (Hg) cũng được cải thiện đáng kể. Khí sạch sau khi đi qua lớp vật liệu sẽ có nồng độ chất ô nhiễm giảm xuống trước khi thải ra môi trường.

Theo thời gian, khả năng hấp phụ của than hoạt tính sẽ giảm dần do các chất ô nhiễm bám đầy trên bề mặt. Khi vật liệu bão hòa, cần:

• Thay mới vật liệu hấp phụ; hoặc
• Hoàn nguyên (đối với một số loại vật liệu có thể tái sinh).
• Chu kỳ thay thế phụ thuộc vào lưu lượng khí, nồng độ chất ô nhiễm và thời gian vận hành thực tế.

2.4. Sử dụng thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện hay còn được gọi là buồng lọc tĩnh điện có tác dụng tách các hạt bụi ra khỏi dòng khí khi dòng khí di chuyển qua vùng có điện trường lớn.

Nguyên lý hoạt động của thiết bị lọc bụi tĩnh điện

• Ion hóa các hạt bụi: Dòng khí thải khi đi vào thiết bị sẽ đi qua vùng có điện trường cao thế, vùng điện trường này sẽ ion hóa các hạt bụi, làm cho chúng tích điện tích âm hoặc điện tích dương.
• Thu bụi: Các hạt bụi mang điện tích sẽ bị hút về phía các tấm điện cực có điện tích ngược lại. Các hạt bụi bám vào bề mặt các tấm điện cực và dần tích tụ lại.
• Thu hồi bụi: Khi các tấm điện cực đã tích đủ bụi, chúng sẽ được làm sạch bằng cách rung hoặc gõ, làm cho bụi rơi xuống và được thu gom vào phễu chứa. Bụi sau đó có thể được xử lý hoặc tái sử dụng tùy theo loại và đặc điểm của nó.

Ngoài 3 phương pháp nêu trên còn có các phương pháp khác như sử dụng cyclone thu hồi bụi, sử dụng thiết bị lọc bụi tĩnh điện, phương pháp ngưng tụ, phương pháp đốt, phương pháp sinh học,… tùy vào đặc tính của các chất ô nhiễm tại mỗi nhà máy. Trong nhiều trường hợp, người ta kết hợp nhiều phương pháp lại để đạt hiệu quả xử lý cao.

Trên đây là một số phương pháp xử lý khí thải lò hơi đốt than đá, nếu bạn đang cần tư vấn, thiết kế và lắp đặt hệ thống xử lý khí thải lò hơi đốt than đá nói riêng và xử lý khí thải lò hơi nói chung, hãy liên hệ trực tiếp qua Hotline: 0938.857.768 để được tư vấn cụ thể hơn.

3. Tài liệu tham khảo

Tổng hợp