1. VINACOMIN-Tổng Công ty Điện Lực TKV
Dự án Nhà máy Nhiệt điện Quỳnh Lập 1
PECC1
Thuyết Minh BCNCKT
C6-6.3.6-1/9
6.3.6. Hệ thống khử lưu huỳnh trong khói thải
6.3.6.1. Giới thiệu chung
Quá trình cháy trong buồng đốt lò hơi sinh ra các chất khí thải ô nhiễm môi trường,
trong đó có SOx. Các khí này khi thải ra bầu khí quyển sẽ là một trong những
nguyên nhân gây ra hiện tượng mưa axit, đe dọa môi trường sống của con người.
Để giảm bớt việc phát thải khí SOx vào bầu khí quyển, hầu hết các nước đã có
những cam kết cụ thể như đưa ra các tiêu chuẩn, quy định nghiêm ngặt thậm chí
đánh thuế rất nặng trong các dự án công nghiệp làm phát thải khí SOx. Ở Việt Nam
hiện nay đang áp dụng bộ quy chuẩn QCVN 22:2009/BTNMT áp dụng riêng cho
nghành nhiệt điện. Tuy theo quy mô công suất, chất lượng than và vùng miền sẽ áp
dụng tiêu chuẩn phát thải SOx theo mức phù hợp.
Đối với nhiệt điện Quỳnh Lập, công suất 1200MW, nằm trong khu công nghiệp, lò
hơi sử dụng là than phun, đốt than trộn giữa hai loại than Indonesia và Australia,
theo Quy chuẩn mức phát thải SOx là 350 mg/Nm3. Theo tính toán quá trình cháy
dự đoán, nồng độ SO2 trong khói thải (ở chế độ VWO) là 531 mg/Nm3 do đó cần
có các biện pháp xử lý SOx để đáp ứng quy chuẩn quy định, hệ thống xử lý SO2
được gọi là FGD (Flue Gas Desulfurization).
6.3.6.2. Lựa chọn phương án xử lý khí SO2 cho dự án
Mỗi phương án xử lý khí SO2 đều có ưu và nhược điểm riêng, lựa chọn bất kỳ
phương án nào cần phải tính đến lợi ích kinh tế tối đa cho chủ đầu tư trong đó phải
cân băng giữa các yếu tố giá cả, chi phí bảo dưỡng và quản lý vận hành.
a. Phương pháp ướt - sử dụng đá vôi
Phương án đá vôi - thạch cao ướt sử dụng một bộ lọc ẩm để loại bỏ khí lưu huỳnh
ôxit trong khí thải. Đá vôi hoặc vôi tôi được sử dụng như chất hấp thụ. Chất hấp thụ
phản ứng với Sox, sản phẩm sau phản ứng là thạch cao. Thạch cao được thải ra
được tái chế thành các sản phẩm công nghiệp hoặc được dùng trong công nghiệp xi
măng.
SO2 được loại bỏ từ khí trong tháp hấp thụ hoặc từ bộ lọc khí bằng cách sử dụng
dung dịch đá vôi. Việc hấp thụ khí SO2 bị ôxi hoá trong lò hấp thụ để tạo ra tinh thể
canxi sun phát (thạch cao). Độ pH trong lò hấp thụ thay đổi tuỳ thuộc vào lượng
SO2 cần được loại bỏ và được điều chỉnh bằng cách thêm dung dịch đá vôi. Đặc
điểm này cho phép quá trình sản xuất được liên tục nâng cao độ nguyên chất của
thạch cao.
Thạch cao từ lò hấp thụ được cô đặc tại một hydrocyclone và sau đó hơn 90% nước
được loại bỏ bởi một bộ lọc chân không. Ngoài ra máy ly tâm có thể được sử dụng
thay cho các bộ lọc chân không được dùng để tách nước từ hỗn hợp thạch cao.
Các phản ứng hấp thụ và oxy hoá được mô tả như sau:
CaCO3 + SO2 + 1/2 H2O = CaSO3.1/2 H2O + CO2
CaSO3. 1/2H2O + 1/2 O2 + 3/2 H2O = CaSO4. 2 H2O
2. VINACOMIN-Tổng Công ty Điện Lực TKV
Dự án Nhà máy Nhiệt điện Quỳnh Lập 1
PECC1
Thuyết Minh BCNCKT
C6-6.3.6-2/9
Ưu điểm
- Hiệu quả cao
- Tiêu tốn chất hấp thụ ít và điện năng tiêu thụ thấp
- Độ tin cậy và gía trị lợi ích cao.
- Độ ổn định của sản phẩm phụ (thạch cao).
- Sử dụng được thạch cao trong công nghiệp
Nhược điểm
- Tiêu tốn đá vôi
- Chi phí đầu tư cho bộ FGD và hệ thống nghiền đá vôi cao
b. Khử lưu huỳnh bằng nước biển
Phương án xử lý khí SO2 bằng nước biển đang được sử dụng trong các tổ máy lớn
trong thời gian gần đây. Đối với dự án Quỳnh Lập 1, nhà máy lấy nước biển làm
mát bình ngưng sẽ rất thuận tiện cho việc áp dụng công nghệ này.
Hệ thống này cần nước biển, không khí và một số lượng nhỏ nước công nghiệp. Nó
không sử dụng bất cứ loại hoá chất nào. Không cần hoá chất, hệ thống có thể loại bỏ
khí SOx và nước thải của nó là vô hại
3. VINACOMIN-Tổng Công ty Điện Lực TKV
Dự án Nhà máy Nhiệt điện Quỳnh Lập 1
PECC1
Thuyết Minh BCNCKT
C6-6.3.6-3/9
4. VINACOMIN-Tổng Công ty Điện Lực TKV
Dự án Nhà máy Nhiệt điện Quỳnh Lập 1
PECC1
Thuyết Minh BCNCKT
C6-6.3.6-4/9
Hệ thống FGD nước biển sử dụng nước biển làm mát từ bình ngưng để hấp thụ và
trung hoà SO2 từ khí lò. Khí SO2 trong nước biển tác dụng với ôxy trong không khí
xung quanh để tạo ra ion sulfat (SO42-) trước khi xả ra biển.
Ưu điểm của phương án này:
- Chỉ sử dụng nước biển và không khí
- Không sử dụng hoá chất
- Không phải xử lý sản phẩm
- FGD nước biển cung cấp một hệ thống hoàn toàn tự động, quá trình có
thể được theo dõi đầy đủ từ phòng điều khiển
- Chi phí đầu tư thấp
Nhược điểm:
- Không tận dụng được thạch cao vì toàn bộ sản phẩm thải ra biển
- Khu vực dự án có trạm bơm nước tuần hoàn chất lượng nước làm mát
bình ngưng bị ảnh hưởng có thể gây tăng cáu cặn đường ống
- Ảnh hưởng đến môi trường (đối với thế giới thì việc thải ra biển là bình
thường nhưng ở Việt Nam thì chưa có thông lệ)
Phản ứng hoá học hấp thụ khí SO2
Nước biển chứa kiềm, và nó có nồng độ pH trong khoảng từ 8.0 đến 8.3.
Do phản ứng hoá học giữa nước biển có tính kiềm và khí SO2 trong lò, khí lò có thể
được khử lưu huỳnh. Dưới đây là các phản ứng hoá học:
SO2 + Na2CO3 + H2O → Na2SO3 + 1/2NaHSO3 + NaHCO3
SO2 + NaHCO3 + H2O → NaHSO3 + H2CO3
Quá trình ôxi hoá
5. VINACOMIN-Tổng Công ty Điện Lực TKV
Dự án Nhà máy Nhiệt điện Quỳnh Lập 1
PECC1
Thuyết Minh BCNCKT
C6-6.3.6-5/9
Nước đầu vào của bể chứa Na2SO3, NaHSO3, H2CO3 và NaHCO3. Khí ôxy được
sục vào trong bể, quá trình ôxy hoá xảy ra.
NaSO3 + 1/2O2 → NaSO4
NaHSO3 + 1/2O2 → NaHSO4
H2CO3 →Sục khí→ H2O + CO2↑
Cả hải phản ứng 1 và 2 là phản ứng ôxy hoá mà COD thấp.
Và phản ứng 3 giải phóng CO2, nồng độ pH tăng lên.
c. Khử lưu huỳnh bằng hợp chất Mg, Na
Phương pháp lọc ướt bằng cách sử dụng tấm Moretana và mangan hyroxit
Mg(OH)2 hoặcNatri hydroxit (NaOH) theo số liệu thống kê thì có hơn 51% thị
trường tại Nhật và 90% thị trường tại Đài Loan sử dụng phương pháp này. Quá
trình tối ưu đã được chứng minh, nó sử dụng dung dịch Mg(OH)2 hoặc NaOH như
chấp hấp thụ để khử khí SO2 chứa trong dòng khí thải phát ra từ phía nồi hơi. Khí
SO2 và một số bụi được giữ lại khi dòng khí đi qua và tiếp xúc chất lỏng.
Hiệu suất khử khí SO2 có thể đạt giá trị mong muốn bằng cách tăng nồng độ pH và
SO32- của chất hấp thụ. Nồng độ pH tăng sẽ làm giảm độ hòa tan của MgSO3 dẫn
đến hiện tượng MgSO3 đóng cạn. Để ngăn hiện tượng lắng cặn bùn do bồi lắng và
để tối ưu hoá quy trình khử lưu huỳnh, điều quan trọng là cần kiểm soát nồng độ pH
và mức SO32- chứa trong chất hấp thụ. Mức tối ưu được xác định bởi nồng độ SO2
thoát ra từ tháp hấp thụ.
Nhìn chung, độ pH của chất hấp thụ thường được sử dụng trong khoảng 6.0 đến 6.5
và nồng độ ion SO32- nên dưới 0.1 mol/L. Nồng độ ion SO32- của chất hấp thụ
được kiểm soát bằng cách điều chỉnh lượng không khí ôxy hoá.
Ưu điểm
- Hoạt động và bảo dưỡng dễ dàng.
- Kết cấu đơn giản và kích thước nhỏ gọn.
- Đã được chứng minh trong thực tế
Nhược điểm:
- Chi phí hóa chất lớn (Chi phí vận hành)
6. VINACOMIN-Tổng Công ty Điện Lực TKV
Dự án Nhà máy Nhiệt điện Quỳnh Lập 1
PECC1
Thuyết Minh BCNCKT
C6-6.3.6-6/9
- Chưa phổ biển
- Hiệu suất khử khó đạt yêu cầu
d. Khử lưu huỳnh bằng nước thải kiềm
Việc sử dụng nước thải kiềm dẫn đến không cần thiết phải sử dụng các loại hóa chất
tốn kém. Điều này làm giảm chi phí năng lượng do tổn thất áp lực ít hơn.
Ưu điểm:
- Hiệu suất khử đạt trên 95%.
- Giảm chi phí cho hoá chất và năng lượng.
Nhược điểm:
7. VINACOMIN-Tổng Công ty Điện Lực TKV
Dự án Nhà máy Nhiệt điện Quỳnh Lập 1
PECC1
Thuyết Minh BCNCKT
C6-6.3.6-7/9
- Không đủ lượng nước thải kiềm của nhà máy để phục vụ cho việc khử
SOx
- Hiệu suất khử không đạt theo yêu cầu
e. Phương pháp bán khô - sử dụng đá vôi hoặc vôi tôi
Hình 2. Hệ thống khử lưu huỳnh kiểu bán khô
Mô tả quá trình (Phương pháp bán khô - sử dụng đá vôi hoặc vôi tôi)
Khói thải từ lò hơi được đưa vào trong tháp hấp thụ. Trong tháp hấp thụ sulfur oxit
tiếp xúc với chất hấp thụ và tham gia dãy phản ứng sau:
Ca(OH)2 + SO2 = CaSO3. 1/2 H2O + 1/2 H2O
Ca(OH)2 + SO3 + H2O = CaSO4. 2H2O
Ưu điểm:
- Không dùng nước phụ trợ: trong điều kiện Quỳnh Lập 1 khó khăn về
việc cung cấp nước ngọt
Nhược điểm:
- Hiệu suất khử thấp khó đáp ứng tiêu chuẩn môi trường
f. Phương pháp khô - sử dụng cacbon hoạt tính
Phương pháp hấp thụ sulfur oxit trong khói thải nhờ cacbon hoạt tính và sau đó sinh
ra axit suphuric. Đây là quá trình khử lưu huỳnh SOx liên tục, do quá trình làm
giảm khí nitơ oxit trên cacbon hoạt tính bằng cách bơm amoniac vào trong khói sau
khi khử lưu huỳnh.
Đầu phun
Vôi bột
Đầu phun khí
Đầu khói vào
Dòng khói
Tới bộ thu bụi
Khu vực hấp thụ
8. VINACOMIN-Tổng Công ty Điện Lực TKV
Dự án Nhà máy Nhiệt điện Quỳnh Lập 1
PECC1
Thuyết Minh BCNCKT
C6-6.3.6-8/9
Sulfur oxit trên bề mặt cacbon hoạt tính tách thành khí sulfur axit nồng độ cao trong
máy tái sinh và cuối cùng được tái sinh thành sulfur mạnh hoặc axit sulfuric.
Mô tả quá trình
Khói thải từ lò hơi được đưa vào ngăn khử lưu huỳnh ở đó sulfur oxit trong khói
thải đông đặc thành axit sulfuric trên bề mặt cacbon hoạt tính bằng phương trình
phản ứng sau:
SO2 + 1/2 O2 + H2O = H2SO4
Kết luận :
Qua các phương án xử lý SOx nêu trên chỉ có 2 phương án khả thi có thế áp dụng
cho dự án nhiệt điện Quỳnh Lập 1 là
- Khử ướt dùng đá vôi
- Sử dụng nước biển
Chỉ tiêu so sánh Phương án dùng đá vôi
Phương án dùng nước
biển
Thiết kế Phức tạp hơn Đơn giản hơn
Thiết bị
Phức tạp nhưng không
đòi hỏi về chống ăn mòn
nước biển
Thiết bị đơn giản nhưng
đòi hỏi chống ăn mòn
nước biển
Vận hành
Đơn giản nhưng nhiều
thao tác hơn, tuy nhiên
không ảnh hưởng đến
toàn bộ quá trình công
nghệ của nhà máy
Đơn giản hơn
Bảo dưỡng
Nhiều thiết bị nên đòi hỏi
nhiều về công việc bảo
dưỡng hơn
Thiết bị đơn giản nhưng
do làm việc trong môi
trường nước biển nên
hay hỏng hóc đòi hỏi
bảo dưỡng liên tục
Nhiên liệu sử dụng Đá vôi
Nước biển và các hóa
chất kiềm khác
Giá thành thiết bị đầu tư ban
đầu
Đắt hơn khoảng 5% Rẻ hơn
Chi phí bảo dưỡng Tương đương Tương đương
Chi phí vận hành
Cao hơn không đáng kể
so với qui mô nhà máy
Tốn điện tự dùng sử
dụng cho các bơm nước
biển
9. VINACOMIN-Tổng Công ty Điện Lực TKV
Dự án Nhà máy Nhiệt điện Quỳnh Lập 1
PECC1
Thuyết Minh BCNCKT
C6-6.3.6-9/9
Vật liệu thu hồi Thạch cao Không thu hồi
Ô nhiễm môi trường
dưỡng/chi phí đầu tư
Không ô nhiễm môi
trường
Ô nhiễm nguồn nước
xung quanh, về lâu dài
ảnh hưởng đến việc làm
mát tuần hoàn
Tính phổ biến trong sử dụng Nhiều hơn Ít hơn
Một số nước như Hàn Quốc có qui định về sử dụng vật liệu tái tạo, bắt buộc các nhà
máy đốt than phải sử dụng công nghệ ướt dùng đá vôi để tạo ra thạch cao tái sử
dụng.
Phương án khử ướt dùng đá vôi đã được áp dụng phổ biển rộng rãi, hiệu suất cao.
Phương án dùng nước biển chưa được phổ biến nhất là trong điều kiện thải ra biển
nên có ảnh hưởng nhất định tới môi trường vì vậy Tư vấn kiến nghị chọn phương án
khử ướt dùng đá vôi.
Đây là phương án được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới hiện nay trong đó có
Việt Nam, do diện tích bãi thải xỉ nhỏ nên khi áp dụng phương án này sẽ tái sử dụng
được sản phẩm thạch cao hiện nay đang rất đắt trên thị trường, hơn nữa do sản
phẩm đã được thương mại hóa từ rất lâu cho nên sẽ có nhiều nhà cung cấp, sẽ có lợi
cho chủ đầu tư trong việc lựa chọn với giá cạnh tranh.
6.3.6.3. Thiết kế hệ thống
Theo QCVN 22:2009/BTNMT áp dụng cho Nhà máy Nhiệt điện Quỳnh Lập 1 thì
mức phát thải SO2 cho phép đối với nhà máy là 350 mg/Nm3. Trên cơ sở tính toán
quá trình cháy, khi nồng độ SO2 vượt tiêu chuẩn, hệ thống FGD được bố trí công
suất đủ lớn để đảm bảo khí thải đáp ứng tiêu chuẩn môi trường cho phép.
Theo bảng tính toán chu trình nhiệt, nồng độ SO2 đầu ra bộ khử bụi là 531 mg/Nm3
(đối với trường hợp trộn than là 70% than Indonesia và 30% than Australia) và 486
mg/Nm3 (đối với trường hợp trộn than là 80% than Indonesia và 20% than
Australia) vì vậy bộ khử lưu huỳnh phải có hiệu suất tối thiểu là
η = (531-350)/531 = 34%.
Chọn hiệu suất khử của FGD là 50%.
Hệ thống FGD thiết kế gồm có:
01 bể chứa dung dịchđávôi với dung tíchđủđể cungcấp cho các tháp khử Sox trong 16
giờ liên tục ở công suất tiêu thụ lớn nhất.
02 tháp hấp thụ (mỗi tháp cho 1 lò hơi)
04 quạt tăng áp (2 quạt cho mỗi lò hơi, công suất mỗi quạt 50%)
02 hệ thống tách nước thạch cao.
Bơm van và các hệ thống đường ống phụ trợ.
Chi tiết xem bản vẽ 31.2010-BOP-FGD và thiết kế cơ sở.
