Xử lý khí thải lò hơi đốt than

Lò hơi đốt than là một thiết bị công nghiệp quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như sản xuất điện (nhà máy nhiệt điện), sản xuất công nghiệp (dệt may, thực phẩm, hóa chất, giấy, xi măng), và các hệ thống sưởi ấm. Than đá, với trữ lượng dồi dào và giá thành tương đối thấp, vẫn là một nguồn năng lượng chính trên toàn cầu và tại Việt Nam.

Tuy nhiên, quá trình đốt than tạo ra một lượng lớn khí thải chứa nhiều chất ô nhiễm độc hại, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng không khí, sức khỏe con người và môi trường. Việc xử lý khí thải lò hơi đốt than hiệu quả là một yêu cầu bắt buộc để giảm thiểu tác động tiêu cực này, đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường ngày càng nghiêm ngặt.

Bài viết này sẽ tập trung vào các khía cạnh chính của vấn đề xử lý khí thải từ lò hơi đốt than, bao gồm thành phần và nguồn gốc các chất ô nhiễm, tác động tiêu cực, các quy định pháp luật liên quan (đặc biệt dựa trên QCVN 19:2024/BTNMT được bạn cung cấp) và phân tích chi tiết các công nghệ xử lý khí thải tiên tiến và phổ biến hiện nay.

1. Thành phần Khí thải từ Lò hơi đốt Than và Nguồn gốc Phát sinh

Khí thải phát ra từ quá trình đốt than trong lò hơi là một hỗn hợp phức tạp của các khí và hạt rắn. Thành phần cụ thể phụ thuộc vào loại than, công nghệ đốt, và điều kiện vận hành của lò hơi. Các chất ô nhiễm chính bao gồm:

• Bụi (Particulate Matter – PM): Là các hạt rắn lơ lửng trong khí thải. Bụi là sản phẩm không cháy hết của than và các khoáng chất có trong than. Kích thước hạt bụi rất đa dạng, từ các hạt tro bay mịn (fly ash) có kích thước micromet đến các hạt lớn hơn. Bụi mịn (PM2.5 và PM10) đặc biệt nguy hiểm vì có thể xâm nhập sâu vào hệ hô hấp.
• Lưu huỳnh đioxit (SO2​): Là sản phẩm chính của quá trình đốt cháy lưu huỳnh có trong than. Hàm lượng lưu huỳnh trong than là yếu tố quyết định chính đến lượng SO2​ phát thải. S+O2​→SO2​ SO2​ là khí độc, gây kích ứng đường hô hấp, là tiền chất gây mưa axit (SO2​ bị oxy hóa thành SO3​, sau đó kết hợp với hơi nước tạo thành H2​SO4​).
• Nitơ oxit (NOx​): Chủ yếu là Nitơ monoxit (NO) và Nitơ đioxit (NO2​). NOx​ được hình thành theo hai cơ chế chính:
  • NOx​ nhiệt (Thermal NOx​): Hình thành từ phản ứng giữa nitơ và oxy trong không khí ở nhiệt độ cao trong buồng đốt (>1300∘C).
  • NOx​ nhiên liệu (Fuel NOx​): Hình thành từ quá trình oxy hóa nitơ có sẵn trong phân tử than. Đây thường là nguồn NOx​ chính khi đốt than. NOx​ là khí độc, gây kích ứng, góp phần hình thành sương mù quang hóa và mưa axit.
• Cacbon monoxit (CO): Là sản phẩm của quá trình đốt không hoàn toàn nhiên liệu. Lượng CO phát thải cao khi cung cấp oxy không đủ hoặc nhiệt độ cháy thấp. 2C+O2​→2CO CO là khí rất độc, không màu, không mùi, có khả năng kết hợp với hemoglobin trong máu làm giảm khả năng vận chuyển oxy.
• Cacbon đioxit (CO2​): Là sản phẩm chính của quá trình đốt cháy hoàn toàn cacbon trong than. C+O2​→CO2​ CO2​ là khí nhà kính chính, góp phần vào biến đổi khí hậu toàn cầu. Mặc dù không độc hại trực tiếp ở nồng độ trong khí thải, lượng phát thải lớn của nó là một thách thức lớn.
• Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) và Hydrocacbon chưa cháy hết: Phát sinh do quá trình cháy không hoàn toàn. Bao gồm cả các Hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs), một số có tính gây ung thư.
• Kim loại nặng: Than chứa một lượng nhỏ các kim loại nặng như Thủy ngân (Hg), Chì (Pb), Cadmi (Cd), Crom (Cr), Asen (As), Niken (Ni), Kẽm (Zn), Vanadi (V), Antimon (Sb), Tali (Tl). Các kim loại này và hợp chất của chúng bay hơi ở nhiệt độ cao trong lò và ngưng tụ lại hoặc hấp phụ lên bề mặt hạt bụi khi nguội đi, phát thải ra môi trường dưới dạng hơi hoặc hạt rắn.
• Dioxin/Furan (PCDD/PCDF): Các hợp chất hữu cơ khó phân hủy này có thể hình thành trong dải nhiệt độ từ 250∘C đến 450∘C ở khu vực sau buồng đốt (stack effect), đặc biệt khi có mặt các tiền chất hữu cơ, clo và xúc tác kim loại.

2. Tác động của Khí thải Lò hơi đốt Than

Khí thải từ lò hơi đốt than gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe:

• Ô nhiễm không khí cục bộ và khu vực: Bụi, SO2​, NOx​, CO làm giảm chất lượng không khí xung quanh nhà máy và các khu vực lân cận, gây ra các vấn đề về hô hấp, tim mạch cho người dân. Bụi mịn có thể gây mờ tầm nhìn.
• Mưa axit: SO2​ và NOx​ trong khí thải khi phản ứng với hơi nước và các chất khác trong khí quyển tạo thành axit sulfuric (H2​SO4​) và axit nitric (HNO3​), sau đó lắng đọng xuống đất dưới dạng mưa, sương mù hoặc bụi khô. Mưa axit gây hại cho rừng, hồ, sông, các công trình xây dựng và làm suy thoái đất đai.
• Biến đổi khí hậu: CO2​ là khí nhà kính chính từ quá trình đốt than, góp phần làm tăng hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu toàn cầu.
• Tác động đến sức khỏe con người: Tiếp xúc với các chất ô nhiễm như bụi mịn, SO2​, NOx​, CO, kim loại nặng (đặc biệt là Thủy ngân) và Dioxin/Furan có thể gây ra hàng loạt vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, từ các bệnh hô hấp mãn tính, bệnh tim mạch đến ung thư và các vấn đề về thần kinh (đặc biệt do Thủy ngân).
• Ô nhiễm đất và nước: Bụi và các chất lắng đọng từ khí thải có thể gây ô nhiễm đất và nguồn nước bề mặt. Tro bay từ lò hơi (nếu không được quản lý đúng cách) cũng là nguồn gây ô nhiễm đất, nước và không khí.

3. Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về Khí thải Công nghiệp (QCVN 19:2024/BTNMT)

Theo tài liệu bạn cung cấp, QCVN 19:2024/BTNMT là Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia mới nhất về khí thải công nghiệp, thay thế QCVN 19:2009/BTNMT, QCVN 22:2009/BTNMT và một số quy chuẩn khác. Quy chuẩn này quy định giá trị giới hạn cho phép của các thông số ô nhiễm trong khí thải công nghiệp khi xả thải ra môi trường không khí.

Đối với lò hơi công nghiệp sử dụng nhiên liệu rắn (bao gồm than), các giá trị giới hạn được quy định tại Bảng 1 và Bảng 2 của Quy chuẩn này. Quy chuẩn phân loại thiết bị theo công suất hơi và áp dụng các giới hạn khác nhau tùy thuộc vào khu vực đặt cơ sở xả thải (Cột A – vùng bảo vệ nghiêm ngặt, Cột B – vùng hạn chế phát thải, Cột C – các vùng khác).

Quy chuẩn cũng quy định các phương pháp xác định các thông số ô nhiễm, bao gồm lấy mẫu, đo đạc tại hiện trường và phân tích trong phòng thí nghiệm, viện dẫn các tiêu chuẩn TCVN, US EPA Method, ISO, CEN/EN, JIS, ES.

4. Các Công nghệ Xử lý Khí thải Lò hơi đốt Than

Để đáp ứng các quy chuẩn nghiêm ngặt, khí thải từ lò hơi đốt than cần trải qua quá trình xử lý bằng các công nghệ phù hợp. Các công nghệ này thường được chia thành các nhóm chính dựa trên loại chất ô nhiễm cần xử lý:

4.1. Xử lý Bụi (Particulate Matter – PM Control)

Đây là công đoạn xử lý quan trọng và thường là công đoạn đầu tiên trong hệ thống xử lý khí thải lò hơi, nhằm loại bỏ phần lớn tro bay khỏi dòng khí.

• Thiết bị tách bụi ly tâm (Cyclones): Sử dụng lực ly tâm để tách các hạt bụi có kích thước tương đối lớn (>10 μm) ra khỏi dòng khí. Khí được đưa vào buồng theo phương tiếp tuyến, tạo chuyển động xoắn ốc. Các hạt bụi nặng hơn bị đẩy ra xa tâm và rơi xuống đáy phễu.
  • Ưu điểm: Chi phí đầu tư và vận hành thấp, đơn giản, hiệu quả với bụi thô, chịu được nhiệt độ cao.
  • Nhược điểm: Hiệu quả thấp với bụi mịn, không đáp ứng được các quy chuẩn nghiêm ngặt về bụi hiện nay nếu đứng độc lập. Thường được dùng làm thiết bị tiền xử lý.
• Thiết bị lọc bụi tĩnh điện (Electrostatic Precipitator – ESP): Sử dụng lực điện trường để tích điện và thu giữ các hạt bụi. Khí thải đi qua vùng có điện cực phóng (thường là dây hoặc gai) tạo ra trường điện mạnh, làm các phân tử khí bị ion hóa và truyền điện tích âm cho các hạt bụi. Các hạt bụi mang điện âm sau đó di chuyển về phía các tấm cực thu (thường là các tấm kim loại) mang điện tích dương và bám vào đó. Định kỳ, các tấm cực thu được gõ (rapping) hoặc rửa để bụi rơi xuống phễu thu.
  • Ưu điểm: Hiệu quả xử lý bụi rất cao (có thể đạt >99%), xử lý được lượng khí thải lớn, tổn thất áp suất thấp, chi phí vận hành tương đối thấp (trừ điện năng).
  • Nhược điểm: Chi phí đầu tư ban đầu cao, nhạy cảm với điện trở suất của bụi (bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm), không hiệu quả cao với bụi có điện trở suất quá thấp hoặc quá cao, không xử lý được khí độc.
• Thiết bị lọc túi vải (Baghouse Filter / Fabric Filter): Dòng khí thải được cho đi qua các túi lọc làm bằng vải đặc biệt (sợi thủy tinh, polyester, aramid, PTFE…). Các hạt bụi bị giữ lại trên bề mặt túi lọc, tạo thành lớp “bánh bụi” (dust cake) giúp tăng hiệu quả lọc. Định kỳ, bụi bám trên túi được rũ bỏ bằng khí nén (pulse jet), rung cơ học (shaking) hoặc thổi ngược dòng khí (reverse air).
  • Ưu điểm: Hiệu quả xử lý bụi rất cao (đặc biệt hiệu quả với bụi mịn), không nhạy cảm với đặc tính điện của bụi, có khả năng thu giữ một phần kim loại nặng và Dioxin/Furan bám trên bụi.
  • Nhược điểm: Chi phí đầu tư và vận hành cao hơn cyclones, nhạy cảm với nhiệt độ và độ ẩm cao (có thể làm tắc nghẽn túi lọc), vật liệu túi lọc có tuổi thọ nhất định và cần thay thế.
• Thiết bị lọc bụi ướt (Wet Scrubbers – cho bụi): Dòng khí thải được cho tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng (thường là nước hoặc dung dịch kiềm) để hấp thụ bụi. Các hạt bụi bị ẩm hóa, kết tụ lại và rơi xuống hoặc bị giữ lại trong pha lỏng. Có nhiều loại scrubber ướt như tháp phun, tháp đệm, venturi scrubber.
  • Ưu điểm: Có thể xử lý đồng thời bụi và một số khí độc (SO2​, HCl), chịu được nhiệt độ cao, không có nguy cơ cháy nổ với bụi dễ cháy.
  • Nhược điểm: Tạo ra dòng thải lỏng cần xử lý, hiệu quả xử lý bụi mịn có thể không bằng ESP hay bag filter, có nguy cơ ăn mòn thiết bị, tổn thất áp suất có thể cao.

Để đáp ứng tiêu chuẩn bụi của QCVN 19:2024/BTNMT (thường ≤30−60mg/Nm3), lò hơi đốt than quy mô lớn thường sử dụng ESP hoặc Bag Filter làm thiết bị xử lý bụi chính.

4.2. Xử lý Lưu huỳnh đioxit (SO2​) – Khử Lưu huỳnh Khí thải (Flue Gas Desulfurization – FGD)

Công nghệ FGD nhằm loại bỏ SO2​ khỏi khí thải. Có ba nhóm công nghệ FGD chính:

FGD ướt (Wet FGD): Đây là công nghệ phổ biến nhất. Khí thải được cho tiếp xúc với huyền phù chất hấp thụ (absorbent slurry) trong tháp hấp thụ (absorber tower). Chất hấp thụ phổ biến nhất là đá vôi (CaCO3​) hoặc vôi sống (CaO). SO2​ hòa tan vào pha lỏng và phản ứng với chất hấp thụ tạo thành thạch cao (CaSO4​⋅2H2​O), có thể được thu hồi làm sản phẩm phụ hoặc xử lý làm chất thải rắn. SO2​(g)→SO2​(aq) SO2​(aq)+CaCO3​(s)+1/2O2​(g)+2H2​O→CaSO4​⋅2H2​O(s)+CO2​(g)

• Ưu điểm: Hiệu quả xử lý SO2​ rất cao (có thể đạt >90-95%), công nghệ trưởng thành, chi phí vận hành tương đối thấp (với chất hấp thụ rẻ tiền như đá vôi).
• Nhược điểm: Chi phí đầu tư ban đầu cao, tạo ra lượng lớn nước thải và bùn thạch cao (cần xử lý), có thể gây ăn mòn thiết bị, cần hệ thống sấy lại khí sau xử lý (reheating) để tránh ngưng tụ axit và tăng độ nổi của khói.
• FGD nước biển (Seawater FGD): Sử dụng nước biển có tính kiềm tự nhiên để hấp thụ SO2​. SO2​ hòa tan trong nước biển và được trung hòa bởi bicarbonate có sẵn. Nước sau hấp thụ được sục khí để oxy hóa sulfite/bisulfite thành sulfate và xả lại ra biển (sau khi kiểm tra nồng độ oxy hòa tan và pH).

• • • Ưu điểm: Không cần mua chất hấp thụ hóa học, không tạo ra bùn thạch cao, chi phí vận hành thấp hơn.
    • Nhược điểm: Chỉ áp dụng được cho nhà máy đặt gần biển, cần lượng nước biển lớn, tiềm ẩn nguy cơ ảnh hưởng đến môi trường biển nếu không kiểm soát chặt chẽ chất lượng nước thải.

FGD khô (Dry FGD) – Hấp thụ phun sấy (Spray Dryer Absorption – SDA): Chất hấp thụ (thường là huyền phù vôi hoặc soda) được phun dạng sương mịn vào tháp phản ứng khô. Nước trong các giọt sương bốc hơi nhanh chóng nhờ nhiệt độ của khí thải. SO2​ phản ứng với chất hấp thụ khô hoặc ẩm tạo thành muối sulfite/sulfate rắn. Các sản phẩm rắn này và bụi tro bay được thu gom bằng Bag Filter hoặc ESP ở công đoạn xử lý bụi tiếp theo.

• • Ưu điểm: Không tạo ra nước thải, sản phẩm rắn dạng khô dễ xử lý, không cần sấy lại khí.
  • Nhược điểm: Hiệu quả xử lý SO2​ thường thấp hơn FGD ướt, chỉ phù hợp với khí thải có nhiệt độ đủ cao để làm bay hơi nước, cần tiêu thụ lượng chất hấp thụ nhiều hơn so với FGD ướt để đạt hiệu quả tương đương.

FGD bán khô (Semi-dry FGD) – Hấp thụ tầng sôi tuần hoàn (Circulating Fluidized Bed Absorption – CFB): Chất hấp thụ dạng hạt (vôi sống nghiền mịn) được đưa vào tháp phản ứng cùng với một lượng nước nhỏ để tạo ra các hạt vôi tôi ẩm. Khí thải đi qua tháp với tốc độ cao tạo thành tầng sôi tuần hoàn. SO2​ phản ứng với các hạt vôi tôi ẩm. Các sản phẩm rắn và tro bay được thu hồi ở thiết bị phía sau (cyclone và bag filter). Một phần chất rắn được tuần hoàn trở lại tháp phản ứng.

• • Ưu điểm: Hiệu quả xử lý SO2​ cao (gần bằng FGD ướt), sản phẩm rắn dạng khô, khả năng xử lý được các chất ô nhiễm khác như HCl, HF, kim loại nặng.
  • Nhược điểm: Phức tạp hơn SDA, cần kiểm soát chặt chẽ tỷ lệ nước/chất rắn.

Để đạt các tiêu chuẩn về SO2​ của QCVN 19:2024/BTNMT, đặc biệt là ở Cột A và B, các nhà máy nhiệt điện và các lò hơi công nghiệp lớn đốt than hầu như bắt buộc phải lắp đặt hệ thống FGD, trong đó Wet FGD với đá vôi là công nghệ phổ biến nhất.

4.3. Kiểm soát Nitơ oxit (NOx​)

Kiểm soát NOx​ được thực hiện bằng cách giảm thiểu sự hình thành NOx​ trong quá trình đốt (Primary Measures) hoặc loại bỏ NOx​ khỏi khí thải sau đốt (Secondary Measures).

Biện pháp Sơ cấp (Combustion Modifications): Thay đổi kỹ thuật đốt để giảm nhiệt độ ngọn lửa hoặc giảm nồng độ oxy ở vùng nhiệt độ cao, từ đó hạn chế hình thành NOx​ nhiệt và NOx​ nhiên liệu.

• • Lò đốt NOx​ thấp (Low NOx​ Burners – LNB): Thiết kế đầu đốt để tạo ra vùng cháy phân cấp, giảm lượng oxy ban đầu trộn với nhiên liệu, làm chậm quá trình cháy và giảm nhiệt độ đỉnh ngọn lửa.
  • Phân cấp không khí (Overfire Air – OFA): Cấp thêm không khí cháy ở phía trên vùng cháy chính. Quá trình cháy ban đầu diễn ra với lượng không khí dưới mức stoichiometic (thiếu oxy), giảm NOx​ hình thành. Phần không khí còn lại được cấp sau để hoàn thành quá trình cháy.
  • Phân cấp nhiên liệu (Fuel Staging): Tương tự phân cấp không khí nhưng phân chia dòng nhiên liệu.
  • Tuần hoàn khí thải (Flue Gas Recirculation – FGR): Một phần khí thải đã qua xử lý được dẫn ngược trở lại buồng đốt. Khí thải có nhiệt dung cao làm giảm nhiệt độ ngọn lửa và nồng độ oxy, từ đó giảm hình thành NOx​ nhiệt.
  • Ưu điểm: Chi phí đầu tư tương đối thấp, không tạo ra chất thải phụ.
  • Nhược điểm: Chỉ giảm được một phần NOx​ (thường 30-60%), có thể ảnh hưởng đến hiệu suất cháy và phát thải CO hoặc bụi.

Biện pháp Thứ cấp (Post-combustion NOx​ Control): Loại bỏ NOx​ khỏi khí thải sau khi ra khỏi buồng đốt.

• • Khử chọn lọc không xúc tác (Selective Non-Catalytic Reduction – SNCR): Chất khử (thường là dung dịch Amoniac (NH3​) hoặc Ure (CO(NH2​)2​)) được phun vào dòng khí thải ở khu vực có nhiệt độ thích hợp (850−1100∘C). Ở nhiệt độ này, chất khử phản ứng trực tiếp với NOx​ chuyển hóa thành nitơ (N2​) và hơi nước (H2​O). 4NO+4NH3​+O2​→4N2​+6H2​O NO+NO2​+2NH3​→2N2​+3H2​O 4NO+2CO(NH2​)2​+O2​→4N2​+2CO2​+4H2​O
  • Ưu điểm: Chi phí đầu tư thấp hơn SCR.
  • Nhược điểm: Hiệu quả xử lý thấp hơn SCR (thường 50-70%), nhạy cảm với nhiệt độ (khoảng nhiệt độ hoạt động hẹp), có thể xảy ra hiện tượng “slip amoniac” (amoniac chưa phản ứng thoát ra ngoài).
  • Khử chọn lọc có xúc tác (Selective Catalytic Reduction – SCR): Chất khử (dung dịch Amoniac hoặc Ure) được phun vào dòng khí thải và đi qua lớp xúc tác (thường là TiO2​ mang V2​O5​, WO3​ hoặc MoO3​). Phản ứng khử NOx​ diễn ra trên bề mặt xúc tác ở nhiệt độ thấp hơn SNCR (280−450∘C), chuyển NOx​ thành N2​ và H2​O. 4NO+4NH3​+O2​Xuˊctaˊc​4N2​+6H2​O 2NO2​+4NH3​+O2​Xuˊctaˊc​3N2​+6H2​O
  • Ưu điểm: Hiệu quả xử lý NOx​ rất cao (có thể đạt >80-95%), khả năng hoạt động ổn định trong dải nhiệt độ rộng hơn SNCR.
  • Nhược điểm: Chi phí đầu tư và vận hành cao (chi phí xúc tác, tiêu thụ chất khử, năng lượng sấy nóng khí nếu cần), xúc tác có thể bị nhiễm độc bởi tro bay hoặc SO3, có thể xảy ra slip amoniac.

Để đáp ứng các giới hạn về NOx​ trong QCVN 19:2024/BTNMT, đặc biệt với lò hơi công suất lớn và ở các khu vực yêu cầu cao (Cột A, B), việc kết hợp các biện pháp sơ cấp với biện pháp thứ cấp (thường là SCR hoặc SNCR) là cần thiết.

4.4. Xử lý Kim loại nặng (đặc biệt là Thủy ngân – Hg)

Thủy ngân là kim loại nặng độc hại, tồn tại trong than dưới nhiều dạng khác nhau. Khi đốt, Thủy ngân chuyển thành dạng hơi nguyên tố (Hg0), ion (Hg2+) và dạng hạt (particle-bound Hg). Việc xử lý Thủy ngân hiệu quả là một thách thức.

• Hấp phụ bằng Than hoạt tính (Activated Carbon Injection – ACI): Phun bột than hoạt tính mịn vào dòng khí thải. Than hoạt tính có diện tích bề mặt lớn và khả năng hấp phụ mạnh hơi Thủy ngân (Hg0) và các hợp chất Thủy ngân. Than hoạt tính đã hấp phụ Thủy ngân sau đó được thu gom cùng với tro bay ở thiết bị lọc bụi (Bag Filter hoặc ESP). Brom hóa than hoạt tính có thể tăng hiệu quả hấp phụ.
  • Ưu điểm: Tương đối đơn giản để lắp đặt thêm vào hệ thống hiện có, hiệu quả với hơi Thủy ngân nguyên tố.
  • Nhược điểm: Chi phí vận hành cao do tiêu thụ than hoạt tính, hiệu quả có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và thành phần khí thải, lượng chất thải rắn tăng lên (tro bay lẫn than hoạt tính).
• Oxy hóa Thủy ngân: Chuyển Hg0 thành Hg2+ (dạng oxy hóa) vì Hg2+ tan tốt trong nước và dễ bị thu giữ bởi các thiết bị FGD ướt hoặc hấp phụ bởi các vật liệu khác. Các chất oxy hóa có thể được thêm vào khí thải (ví dụ: clo từ than hoặc thêm HCl) hoặc sử dụng xúc tác trong hệ thống SCR (xúc tác SCR cũng có khả năng oxy hóa Hg0).
• Thu giữ Thủy ngân dạng ion và dạng hạt: Hg2+ và Thủy ngân dạng hạt dễ dàng bị thu giữ bởi các thiết bị xử lý bụi (Bag Filter hiệu quả hơn ESP với Thủy ngân dạng hạt) và các thiết bị FGD ướt (do tan trong nước).
• Công nghệ kết hợp: Thường kết hợp nhiều phương pháp như tối ưu hóa oxy hóa Thủy ngân (thường kết hợp với SCR), ACI và thu gom ở thiết bị lọc bụi/FGD để đạt hiệu quả xử lý Thủy ngân cao nhất.

QCVN 19:2024/BTNMT có giới hạn cụ thể cho Thủy ngân, yêu cầu các nhà máy đốt than phải áp dụng các công nghệ kiểm soát Thủy ngân phù hợp, đặc biệt là đối với các nhà máy phát điện.

4.5. Xử lý Dioxin/Furan

Dioxin/Furan có thể được kiểm soát bằng cách ngăn chặn sự hình thành của chúng hoặc phá hủy/thu giữ chúng sau khi hình thành.

• Kiểm soát điều kiện cháy: Vận hành lò hơi ở nhiệt độ và thời gian lưu khí phù hợp, đảm bảo cháy hoàn toàn để giảm thiểu tiền chất hình thành Dioxin/Furan.
• Làm nguội khí thải nhanh (Quenching): Hạ nhiệt độ khí thải từ vùng nhiệt độ hình thành Dioxin/Furan (250−450∘C) xuống dưới 200∘C một cách nhanh chóng để “đóng băng” các phản ứng hình thành và tái tổng hợp Dioxin/Furan.
• Hấp phụ bằng Than hoạt tính (ACI): Tương tự như xử lý Thủy ngân, than hoạt tính cũng có khả năng hấp phụ Dioxin/Furan. Các hợp chất này sau đó được thu gom ở thiết bị lọc bụi.
• Xử lý nhiệt (Thermal Destruction): Trong một số trường hợp, Dioxin/Furan có thể bị phá hủy ở nhiệt độ rất cao (trên 850∘C) trong buồng đốt hoặc thiết bị đốt phụ, nhưng điều này không phổ biến chỉ để xử lý Dioxin/Furan từ lò hơi đốt than thông thường.

QCVN 19:2024/BTNMT cũng có giới hạn cho Dioxin/Furan, đặc biệt chú trọng đến các nguồn phát sinh có nguy cơ cao như lò đốt chất thải. Mặc dù lò hơi đốt than thông thường ít có nguy cơ phát sinh Dioxin/Furan bằng lò đốt chất thải, việc kiểm soát các tiền chất và nhiệt độ khí thải vẫn là quan trọng.

4.6. Xử lý các Chất ô nhiễm Khác (CO, VOCs, Kim loại nặng khác)

• CO và VOCs: Chủ yếu được kiểm soát bằng cách tối ưu hóa điều kiện cháy trong lò hơi để đảm bảo đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu. Cung cấp đủ không khí, duy trì nhiệt độ và thời gian lưu phù hợp là chìa khóa.
• Kim loại nặng khác (ngoài Hg): Các kim loại nặng như Chì, Cadmi, Crom, Asen… chủ yếu tồn tại ở dạng hạt hoặc ngưng tụ/hấp phụ lên hạt bụi khi khí thải nguội đi. Do đó, hiệu quả xử lý bụi cao bằng Bag Filter hoặc ESP đồng thời cũng giúp loại bỏ phần lớn các kim loại nặng dạng hạt này. Một số kim loại dạng ion cũng có thể bị thu giữ trong hệ thống FGD ướt.

5. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý khí thải lò hơi

Khí thải → ống dẫn → bộ thu hồi nhiệt nước → Cyclon lọc bụi → lọc bụi túi vải → Ống thải cao 24m, đường kính 1.450mm.

Công nghệ xử lý khí thải lò hơi đốt than

5.1 Thuyết minh công nghệ xử lý khí thải lò hơi đốt than

Sau khi ra khỏi buồng đốt, khí thải sẽ được dẫn qua bộ thu hồi nhiệt gió, và bộ thu hồi nhiệt nước mục đích là tận dụng nguồn nhiệt còn trong khí thải thải để gia nhiệt gió sạch trước khi cấp vào buồng đốt và gia nhiệt cho nước cấp trước khi cấp vào lò.

Lúc này nhiệt độ khí thải trước khi vào hệ thống xử lý sẽ được giảm xuống, không khí cấp vào lò có thể đạt 100⁰C góp phần duy trì sự cháy tốt hơn, nhiên liệu cháy kiệt hơn.

Sau khi qua bộ thu hồi nhiệt khói thải sẽ được dẫn qua hệ thống Cyclone đa cấp, được cấu tạo gồm nhiều Cyclone con lắp song song với nhau. Hiệu suất lọc bụi sau khi qua Cyclone chùm đạt được khoảng 70% đối với cỡ bụi δ = 5µm, 93 – 95% đới với cỡ bụi δ = 10µm, 99 – 99,5% đối với cỡ bụi δ = 20µm.

Tiếp theo khí thải được dẫn qua hệ thống lọc bụi túi vải; với thiết kế bao gồm nhiều ngăn, có thể hoạt động liên tục, thiết bị này có hiệu suất xử lý bụi rất cao có thể đạt trên 99%. Sau khi ra khỏi bộ lọc túi vải khí thải được phát tán qua ống khói.

Nguyên lý hoạt động của một ngăn lọc túi vải

Bụi và khí thải được dẫn vào hệ thống lọc túi qua cửa vào, hướng từ ngoài vào trong mỗi túi vải, bụi sẽ được giữ lại bên ngoài. Sau một thời gian do bụi bám đầy trên bề mặt túi vải, áp lực không khí qua bề mặt túi vải sẽ tăng lên. Khung căng túi lọc giúp cố định và định hình túi vải trong quá trình lọc. Khí sạch từ trong túi vải sẽ theo cửa ra và được dẫn ra ngoài ống khói theo quạt hút.

Để giảm sự tăng áp lực bề mặt túi vải, cũng như duy trì sự ổn định quá trình lọc, hệ thống khí nén được thổi vào mỗi túi để giũ bụi ra khỏi túi vải, bụi được thu ở cửa xả bụi mỗi ngăn. Để hệ thống lọc túi vải hoạt động liên tục, thông thường mỗi hệ thống được thiết kế nhiều ngăn (≥2 ngăn), các ngăn hoạt động bán liên tục để thực hiện quá trình giũ bụi.

Mỗi lần giũ bụi sẽ cách ly khí thải vào ngăn cần giũ, thời gian giũ bụi giữa các ngăn được cài đặt theo thời gian từ 2-4 tiếng/lần hoặc theo sensor cảm biến áp suất trong ngăn túi vải.

Túi vải lắp trong hệ thống lọc túi là loại chịu nhiệt, có thể hoạt động liên tục trong điều kiện nhiệt độ khói nhỏ hơn 180⁰C, chịu được nhiệt độ khói tức thời lên đến 200⁰ C. Nhiệt độ khói được theo dõi thường xuyên bằng hệ thống cọc dò nhiệt độ, đảm bảo theo dõi tối đa nhiệt độ khói thải trước khi vào bộ lọc túi, tránh trường hợp nhiệt độ quá cao gây hư hại cho túi lọc.

• Tính toán chiều cao ống khói lò hơi

Đây cũng là một trong những biện pháp pha loãng các chất ô nhiễm vào không khí, tránh sự tích tụ cục bộ và ảnh hưởng tới những khu vực phụ cận. Ống khói được thiết kế để phát tán khí thải cho 02 lò hơi công suất 10 tấn/giờ hoạt động đồng thời, trong tương lai dự kiến sẽ lắp đặt 03 lò hơi công suất 10 tấn/giờ, trong đó 2 lò hơi hoạt động và 1 lò dự phòng. Chiều cao ống khói được tính toán thiết kế tối thiểu là 19,8m và chọn chiều cao thiết kế là 24m.

•  Tính toán chiều cao ống khói lò dầu tải nhiệt

Đây cũng là một trong những biện pháp pha loãng các chất ô nhiễm vào không khí, tránh sự tích tụ cục bộ và ảnh hưởng tới những khu vực phụ cận. Ống khói được thiết kế để phát tán khí thải cho 02 lò dầu tải nhiệt công suất 7.000.000 kcal/giờ hoạt động đồng thời, trong tương lai dự kiến sẽ lắp đặt 03 lò dầu tải nhiệt công suất 7 triệu kcal/giờ, trong đó 2 lò hoạt động và 1 lò dự phòng. Chiều cao ống khói thiết kế được tính toán tối thiểu là 20,7 và chọn chiều cao thiết kế là 24m.

5.2 Hóa chất sử dụng trong quá trình vận hành

Hệ thống xử lý khí thải lò hơi và lò dầu cấp nhiệt sử dụng công nghệ lọc bụi khô kiểu ly tâm (Cyclone đa cấp), và lọc bụi kiểu lưới lọc (Hệ lọc túi vải) nên không sử dụng vật liệu, hóa chất chất xúc tác trong quá trình vận hành

6. Hệ thống Xử lý Khí thải Tích hợp

Trong thực tế, để đáp ứng đồng thời các giới hạn nghiêm ngặt cho nhiều chất ô nhiễm khác nhau theo QCVN 19:2024/BTNMT, các nhà máy nhiệt điện và công nghiệp lớn thường sử dụng hệ thống xử lý khí thải tích hợp, kết hợp nhiều công nghệ xử lý theo chuỗi. Một cấu hình phổ biến có thể bao gồm:

1. Thiết bị tách bụi thô: Cyclones (tiền xử lý, tùy chọn).
2. Kiểm soát NOx​ sơ cấp: LNB, OFA… (trong buồng đốt).
3. Kiểm soát NOx​ thứ cấp: SCR hoặc SNCR (sau buồng đốt).
4. Thiết bị xử lý bụi hiệu quả cao: ESP hoặc Bag Filter (để thu giữ bụi và một phần kim loại nặng dạng hạt, Dioxin/Furan).
5. Hệ thống FGD: Wet FGD, Dry FGD, hoặc Semi-dry FGD (để loại bỏ SO2​ và một phần HCl, HF, Hg2+).
6. Phun Than hoạt tính (ACI): Nếu cần kiểm soát Thủy ngân hiệu quả hơn (thường đặt trước Bag Filter hoặc ESP).
7. Sấy lại khí (Reheater): Sau Wet FGD để nâng nhiệt độ khí thải trước khi thải ra ống khói, tránh ảnh hưởng đến sự phân tán và giảm nguy cơ ăn mòn ống khói (tùy chọn và đang có xu hướng hạn chế để tiết kiệm năng lượng).

Thứ tự và sự kết hợp cụ thể của các công nghệ có thể thay đổi tùy thuộc vào đặc tính khí thải, yêu cầu về hiệu quả xử lý, diện tích lắp đặt và chi phí đầu tư/vận hành.

7. Giám sát và Kiểm soát

Việc giám sát khí thải là bắt buộc để đảm bảo hệ thống xử lý hoạt động hiệu quả và tuân thủ các quy định của QCVN 19:2024/BTNMT.

• Hệ thống giám sát phát thải liên tục (Continuous Emission Monitoring Systems – CEMS): Lắp đặt các thiết bị đo tự động tại ống khói để theo dõi liên tục nồng độ các chất ô nhiễm chính (PM, SO2​, NOx​, CO, O2​, lưu lượng, nhiệt độ, áp suất). Dữ liệu từ CEMS được truyền trực tuyến về cơ quan quản lý môi trường.
• Quan trắc định kỳ: Lấy mẫu và phân tích các thông số ô nhiễm khác (kim loại nặng, Dioxin/Furan, VOCs…) tại phòng thí nghiệm theo tần suất quy định trong giấy phép môi trường.
• Kiểm soát quy trình: Giám sát và điều chỉnh các thông số vận hành của lò hơi và hệ thống xử lý khí thải để duy trì hiệu quả xử lý tối ưu.

8. Những thách thức và Xu hướng Tương lai

• Chi phí: Đầu tư và vận hành các hệ thống xử lý khí thải hiện đại là rất tốn kém, đặc biệt là cho các công nghệ tiên tiến như SCR và FGD.
• Xử lý chất thải rắn: Các công nghệ xử lý khí thải tạo ra một lượng lớn chất thải rắn (tro bay đã xử lý, bùn thạch cao từ FGD). Việc thu gom, vận chuyển, lưu trữ và xử lý an toàn lượng chất thải này là một thách thức lớn. Cần thúc đẩy các giải pháp tái sử dụng chất thải (ví dụ: sử dụng tro bay làm vật liệu xây dựng, thạch cao FGD trong sản xuất xi măng).
• Tiêu thụ năng lượng và tài nguyên: Các hệ thống xử lý khí thải tiêu thụ một lượng đáng kể năng lượng điện và nước, làm giảm hiệu suất tổng thể của nhà máy.
• Bảo trì và Vận hành: Các hệ thống xử lý khí thải phức tạp đòi hỏi đội ngũ vận hành có chuyên môn cao và chế độ bảo trì nghiêm ngặt.
• Các chất ô nhiễm mới: Các quy định môi trường trong tương lai có thể sẽ nhắm đến các chất ô nhiễm hiện chưa bị kiểm soát chặt chẽ.
• Kiểm soát CO2​: Thách thức lớn nhất trong dài hạn là kiểm soát phát thải CO2​. Các công nghệ thu hồi và lưu trữ cacbon (Carbon Capture and Storage – CCS) đang được nghiên cứu và phát triển nhưng còn rất tốn kém và chưa phổ biến.

Xu hướng trong xử lý khí thải lò hơi đốt than bao gồm:

• Phát triển công nghệ đốt sạch hơn: Các công nghệ như đốt than sạch (clean coal technology), lò hơi tầng sôi tuần hoàn (CFB boilers) giúp giảm thiểu ô nhiễm ngay từ nguồn.
• Công nghệ xử lý khí thải tích hợp và hiệu quả hơn: Nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới cho hiệu quả xử lý cao hơn, chi phí thấp hơn và ít tạo ra chất thải thứ cấp hơn.
• Sử dụng nhiên liệu thay thế: Chuyển đổi sang các loại nhiên liệu sạch hơn như khí tự nhiên, sinh khối, hoặc năng lượng tái tạo để giảm phụ thuộc vào than đá.
• Tối ưu hóa vận hành: Ứng dụng công nghệ số, trí tuệ nhân tạo để giám sát, phân tích và tối ưu hóa vận hành hệ thống xử lý khí thải.

Kết luận

Xử lý khí thải từ lò hơi đốt than là một yêu cầu cấp thiết nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe. QCVN 19:2024/BTNMT là cơ sở pháp lý quan trọng đặt ra các giới hạn cụ thể cho các chất ô nhiễm chính, buộc các cơ sở phát thải phải đầu tư vào các công nghệ xử lý hiệu quả.

Việc lựa chọn và kết hợp các công nghệ xử lý bụi (ESP, Bag Filter), khử lưu huỳnh (FGD), kiểm soát NOx​ (SCR,SNCR) và các công nghệ xử lý kim loại nặng, Dioxin/Furan cần được cân nhắc kỹ lưỡng dựa trên đặc điểm nguồn thải và yêu cầu quy định.

Mặc dù còn nhiều thách thức về chi phí, vận hành và xử lý chất thải thứ cấp, sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ và áp lực từ cộng đồng đang thúc đẩy việc áp dụng các giải pháp xử lý khí thải ngày càng tiên tiến và bền vững hơn cho các lò hơi đốt than, góp phần bảo vệ môi trường không khí cho hiện tại và tương lai.