Các phương pháp xử lý khí thải lò hơi

Giới thiệu về các phương pháp xử lý khí thải lò hơi

Lò hơi (nồi hơi) là thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp như sản xuất điện, dệt may, chế biến thực phẩm, và hệ thống sưởi ấm. Tuy nhiên, quá trình đốt nhiên liệu (than, dầu, khí đốt, sinh khối) trong lò hơi sinh ra lượng lớn khí thải độc hại, góp phần gây ô nhiễm không khí và biến đổi khí hậu. Việc xử lý khí thải lò hơi không chỉ đáp ứng quy định pháp lý mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

1. Nguồn Gốc và Thành Phần Khí Thải Lò Hơi

Khí thải lò hơi phát sinh từ quá trình đốt cháy nhiên liệu, bao gồm các thành phần chính:

– Bụi mịn (PM2.5, PM10): Từ tro, muội than.

– Khí SO₂ và SO₃ (SOx): Sinh ra khi đốt nhiên liệu chứa lưu huỳnh (than, dầu DO, FO).

– Khí NOx (NO, NO₂): Hình thành ở nhiệt độ cao do phản ứng giữa N₂ và O₂.

– CO (carbon monoxide): Do đốt cháy không hoàn toàn.

– CO₂: Khí nhà kính chính.

– Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs): Từ nhiên liệu sinh khối hoặc dầu.

Mức độ ô nhiễm phụ thuộc vào loại nhiên liệu, công nghệ đốt, và hiệu suất vận hành.

2. Các Phương Pháp Xử Lý Khí Thải Lò Hơi

 2.1. Xử Lý Bụi

Bụi là thành phần chính cần loại bỏ đầu tiên. Các công nghệ phổ biến:

– Lọc bụi túi vải (Baghouse Filter):

– Nguyên lý: Dùng túi vải sợi tổng hợp (chịu nhiệt) để giữ lại hạt bụi. Khí thải đi qua túi lọc, bụi bám trên bề mặt túi và được làm sạch định kỳ bằng rung cơ học hoặc xung khí nén.

– Ưu điểm: Hiệu suất >99%, phù hợp với bụi mịn.

– Ứng dụng: Lò hơi đốt than, sinh khối.

– Lọc tĩnh điện (ESP – Electrostatic Precipitator):

– Nguyên lý: Ion hóa bụi bằng điện trường cao áp (30–100 kV), sau đó hút chúng về các bản cực trái dấu.

– Ưu điểm: Xử lý được lượng bụi lớn, ít tốn năng lượng.

– Hạn chế: Chi phí đầu tư cao, kém hiệu quả với bụi có điện trở suất cao.

– Cyclone:

– Nguyên lý: Tách bụi bằng lực ly tâm khi dòng khí xoáy qua tháp hình trụ.

– Ưu điểm: Đơn giản, chi phí thấp.

– Hạn chế: Chỉ phù hợp với hạt bụi lớn (>10µm).

 2.2. Xử Lý Khí SOx

Khí SOx gây mưa axit và ăn mòn thiết bị. Phương pháp xử lý chủ yếu là khử lưu huỳnh bằng hệ thống FGD (Flue Gas Desulfurization), kiểu dạng tháp hấp thụ, hấp phụ:

– Hệ thống FGD ướt (Wet Scrubber):

– Nguyên lý: Phun dung dịch hấp thụ (thường là vôi hoặc đá vôi CaCO₃) vào dòng khí thải. SO₂ phản ứng tạo thành thạch cao (CaSO₄):

SO₂ + CaCO₃ + O₂ + 2H₂O → CaSO₄·2H₂O + CO₂

– Ưu điểm: Hiệu suất >95%, sản phẩm thạch cao có thể tái sử dụng.

– Ứng dụng: Lò hơi công suất lớn (nhà máy nhiệt điện).

– Hệ thống FGD khô (Dry Scrubber):

– Nguyên lý: Phun bột hấp thụ (CaO) vào buồng phản ứng. SO₂ kết hợp với CaO tạo CaSO₃.

– Ưu điểm: Không cần xử lý nước thải, phù hợp lò hơi nhỏ.

 2.3. Xử Lý Khí NOx

NOx hình thành ở nhiệt độ cao (>1,200°C). Giải pháp bao gồm:

– Công nghệ SCR (Selective Catalytic Reduction):

– Nguyên lý: Bơm ammoniac (NH₃) hoặc urea vào dòng khí, kết hợp xúc tác (TiO₂, V₂O₅) để chuyển NOx thành N₂ và H₂O:

4 NO + 4 NH₃ + O₂ → 4 N₂ + 6H₂O

– Ưu điểm: Hiệu suất 80–90%, phù hợp lò hơi công nghiệp.

– Công nghệ SNCR (Selective Non-Catalytic Reduction):

– Nguyên lý: Phun urea hoặc NH₃ trực tiếp vào buồng đốt ở nhiệt độ 850–1,100°C.

– Hạn chế: Hiệu suất thấp hơn SCR (40–60%).

– Giảm NOx bằng kiểm soát quá trình cháy:

– Đốt phân tầng (Staged Combustion): Giảm nhiệt độ buồng đốt để hạn chế phản ứng tạo NOx.

– Sử dụng vòi phun nhiên liệu low-NOx: Tối ưu hóa tỷ lệ nhiên liệu/khí để đốt cháy hoàn toàn.

 2.4. Xử Lý CO và VOCs

– Thiêu đốt nhiệt (Thermal Oxidizer) hay buồng đốt thứ cấp:

– Nguyên lý: Đốt khí thải ở nhiệt độ 700–1,200°C để chuyển CO và VOCs thành CO₂ và H₂O.

– Ưu điểm: Hiệu suất >99%, phù hợp lò hơi đốt dầu.

– Hấp phụ bằng than hoạt tính:

– Nguyên lý: Dùng than hoạt tính hấp phụ VOCs và CO.

2.5. Giảm Phát Thải CO₂

– Thu giữ carbon (Carbon Capture and Storage – CCS):

– Nguyên lý: Tách CO₂ từ khí thải bằng dung môi hấp thụ (ví dụ: MEA), sau đó nén và lưu trữ dưới lòng đất.

– Ứng dụng: Đang thử nghiệm tại các nhà máy nhiệt điện lớn.

3. Ứng Dụng Thực Tế

– Nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 (Việt Nam): Sử dụng hệ thống ESP kết hợp FGD ướt để xử lý bụi và SOx từ lò hơi đốt than.

– Lò hơi sinh khối tại Nhật Bản: Ứng dụng SCR để giảm NOx, kết hợp lọc túi vải xử lý bụi.

– Lò hơi dầu FO trong ngành dệt may: Dùng Cyclone và thiêu đốt nhiệt để kiểm soát CO và bụi.

4. Thách Thức và Xu Hướng

– Thách thức:

– Chi phí đầu tư và vận hành cao (đặc biệt với SCR, CCS).

– Khó xử lý đồng thời nhiều loại khí thải.

– Áp lực từ quy định ngày càng nghiêm ngặt (ví dụ: QCVN 19:2009/BTNMT tại Việt Nam).

– Xu hướng:

– Sử dụng nhiên liệu sạch: Chuyển đổi sang khí LNG, sinh khối ít lưu huỳnh.

– Công nghệ lai (Hybrid): Kết hợp ESP + FGD + SCR để tối ưu hiệu suất.

– Tích hợp AI và IoT: Giám sát tự động và tối ưu hóa quá trình đốt.

5. Kết Luận

Xử lý khí thải lò hơi đòi hỏi sự kết hợp đa dạng các công nghệ, tùy thuộc vào loại nhiên liệu và quy mô hệ thống. Trong tương lai, việc phát triển vật liệu lọc thế hệ mới (ví dụ: màng graphene) và thúc đẩy sử dụng năng lượng tái tạo sẽ giúp giảm phát thải từ gốc, hướng đến mục tiêu phát triển bền vững.