Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than, công suất phát thải 10000 Nm3/h
Nguyễn Ngọc Nhất – Lớp CNMT K52QN
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH ĐIỆN ĐỐT THAN Ở VIỆT NAM
I.1 Vấn đề năng lượng nói chung:
Năng lượng đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống xã hội của chúng ta,
xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao.
Tiêu thụ năng lượng trên thế giới gia tăng liên tục, từ năm 1976 đến năm 2006
tổng mức tiêu thụ năng lượng trên thê giới tăng từ khoảng 6 tỷ tấn đổi đổi ra dầu
(TQD) lên đến 12 TQD. Trong đó năng lượng hoá thạch chiếm 80 % tổng lượng
năng lượng nêu trên, năng lượng sinh khối chỉ chiếm khoảng 10 %, còn lại là 10 %
năng lượng điện sơ cấp, nguồn năng lượng này được sản xuất gồm 55 % là năng
lượng tái tạo mà chủ yếu là thuỷ điện, còn 45% là năng lượng hạt nhân. Khoảng từ
những năm 2000, mức tiêu thụ năng lượng hoá thạch tăng trưởng ngày càng cao,
đặc biệt cùng với sự tăng trưởng kinh tế của các nước đang phát triển.[1]
• Tiềm năng năng lượng ở Việt Nam:
Việt Nam có tiềm năng lớn về các nguồn khoáng sản năng lượng và đang được
huy động tích cực để phục vụ cho sự phát triển nền kinh tế xã hội
Việt Nam có mạng lưới sông ngòi dày đặc có độ dốc cao, là điều kiện tốt cho
việc phát triển các công trình thủy điện phục vụ cung cấp điện cho sự phát triển của
nền kinh tế quốc dân.
Đến nay các nhà địa chất đã phát hiện và xác định được tiềm năng dầu khí ở các
bể trầm tích khoảng 4,3 tỷ tấn dầu quy đổi, trong đó trữ lượng là 1,2 tỷ tấn và trữ
lượng dầu khí có khả năng thương mại là 814,7 triệu tấn. Tổng tài nguyên khoáng
sản than của bể than Quảng Ninh đạt trên 10 tỷ tấn, trong đó trữ lượng đạt hàng tỷ
tấn. Than lignit ở dưới sâu đồng bằng sông Hồng với tiềm năng khoảng 200 tỷ tấn
là nguồn năng lượng lớn cho thế kỷ 21. Như vậy đây là nguồn nhiên liệu dồi dào
cho sự phát triển của ngành nhiệt điện đốt than, đốt dầu và khí thiên nhiên. Ưu thế
của ngành phát triển năng lượng nhiệt điện là nguồn nhiên liệu ổn định hơn và chi
phí đầu tư thấp hơn so với ngành thủy điện.
Ngoài hai nguồn năng lượng truyền thống thì Việt Nam cũng đang có chương
trình nghiên cứu sử dụng các nguồn năng lượng mới như: năng lượng mặt trời, địa

chủ yếu ở tỉnh Quảng Ninh, các mỏ dầu khí tập trung ở miền trung và miền nam.
Chính vì vậy mà các nhà máy nhiệt điện cũng được phân bố một cách hợp lý dọc
theo chiều dài đất nước. Các nhà máy nhiệt điện đốt than tập trung chủ yếu ở miền
Bắc như nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Thái Bình, Hải Phòng, Uông Bí, Cẩm Phả,
Ninh Bình…còn các nhà máy nhiệt điện tua bin khí được xây dựng ở miền trung và
miền nam như nhà máy nhiệt điên Phú Mỹ, Vũng Áng, Nhơn Trạch, Duyên Hải 3…
I.2.2 Xu thế phát triển nhiệt điện đốt than ở Việt Nam
Khoáng sản than năng lượng ở Việt Nam được đánh giá có trữ lượng lớn (10 tỉ
tấn), đáp ứng được nhu cầu cho phát triển nhiệt điện đốt than đến khoảng năm 2025.
Tuy nhiên do trình độ và điều kiện kinh tế của Việt Nam còn thấp nên trữ lượng
than phần lớn còn nằm sâu dưới lòng đất mà chưa khai thác được. Phần có khả năng
khai thác thì cũng đã sắp cạn kiệt, chỉ đủ đáp ứng đến hết năm 2011. Vì vậy, để đáp
ứng đủ nhu cầu sử dụng than trong nước, tập Đoàn điện lực Việt Nam đã chủ
trương chính sách nhập khẩu than Bitum ở các nước láng giềng mà chủ yếu là
Indonesia và Úc. Than nhập khẩu này có thể đốt riêng biệt hoặc pha trộn với than
trong nước để tăng khả năng cháy của than trong nước. Vấn đề ở đây là sẽ phải làm
Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551
Trang 2
Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than, công suất phát thải 10000 Nm3/h
Nguyễn Ngọc Nhất – Lớp CNMT K52QN
sao bố trí địa điểm xây dựng nhà máy thật hợp lý, nhằm phân bổ, cân đối công suất
các nhà máy nhiệt điện than giữa các vùng miền. Cụ thể là đảm bảo tỷ lệ 50% công
suất ở miền Nam, còn lại ở miền Bắc và miền Trung. Qua đó mới hạn chế được việc
truyền tải điện Bắc - Nam, giảm tổn thất, nâng cao chất lượng điện năng, đảm bảo
có nguồn cấp cho từng miền, khu vực. Trong việc bố trí xây dựng nhà máy nhiệt
điện thì ưu tiên các nhà máy ở phía Bắc sử dụng nguồn than nội địa, còn các nhà
máy ở phía Nam thì sử dụng nguồn than nhập khẩu và dầu khí.
Trong tương lai việc chuyển giao công nghệ và ứng dụng lò đốt tầng sôi tuần
hoàn cho các nhà máy nhiệt điện than cũng được thực hiện vì công nghệ này ít gây
ô nhiểm môi trường hơn và hiện được nhiều nước trên thế giới ứng dụng.

thải ra từ quá trình làm mát bình ngưng và các thiết bị phụ, thường thì có nhiệt độ
Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551
Trang 3
Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than, công suất phát thải 10000 Nm3/h
Nguyễn Ngọc Nhất – Lớp CNMT K52QN
cao, thành phần và tính chất ít biến đổi so với nguồn nước ban đầu; Nước thải ô
nhiễm dầu: do các sự cố rò rỉ dầu, quá trình rửa thiết bị có sử dụng dầu, rửa nồi hơi,
các động cơ, nhà dầu, nước mưa chảy tràn… Nước thải chứa dầu thường có màng
dầu nổi ở phía trên, nếu hàm lượng dầu lớn có màu đen; Nước xả lò hơi: trong quá
trình vận hành lò hơi, để tránh tình trạng đóng cặn lắng trong các bộ quá nhiệt
người ta thường bổ sung thêm các hóa chất chống đóng cặn, theo chu kì thì thải rửa.
Loại nước nước thải này không thường xuyên và lưu lượng cũng không quá lớn,
chất lượng nằm trong tiêu chuẩn xả thải; Nước thải tro xỉ: có lưu lượng lớn, thường
để thải 1 tấn tro xỉ phải tốn 4 m
3
nước[3]. Nước thải tro xỉ có độ đục cao, hàm lượng
cặn lớn, khả năng tiếp nhận oxi giảm. Nếu không xử lý thì đây là nguồn gây ô
nhiễm nước đáng lo ngại; Nước thải sinh hoạt: với lượng công nhân làm việc
thường rất đông, nên vấn đề nước thải sinh hoạt cũng đáng quan tâm. Nước thải
sinh hoạt thường có hàm lượng BOD, COD cao, độ màu độ đục cao, hàm lượng
chất dinh dưỡng lớn…; Nước rửa thiết bị, rửa dầm nền thiết bị lọc bụi và nước mưa
chảy tràn: có độ đục cao, chứa các ion kim loại, có chứa dầu mỡ, hàm lượng chất
rắn lớn.
• Chất thải rắn: Chất thải rắn nhà máy nhiệt điện chủ yếu là tro xỉ từ quá trình đốt
nhiên liệu, thạch cao từ quá trình xử lý SO
2
, và một phần là chất thải rắn sinh hoạt,
các thiết bị hư hỏng
- Than có hàm lượng tro cao (30,32%), trong đó có 10% là xỉ lò được thải ra nhờ hệ
thống tháo xỉ. Phần còn lại là tro bay theo khói (90% hàm lượng tro) sẽ được tách ra

gây viêm phổi, sơ hóa phổi, nếu nồng độ cao và kéo dài có thể dẩn đến ung thư
phổi.Một số bệnh ở con người do bụi gây ra: đối với hệ hô hấp:viêm mũi, viêm phế
quản, hen suyễn, viêm phổi, ung thư phổi; đối với hệ tiêu hóa: giảm men răng gây
sâu răng, gây rối loạn tuyến nước bọt, rối loạn hệ tiêu hóa, viêm dạ dày, viêm nhiểm
đường ruột làm giảm khả năng tiêu hóa và hấp thụ chất dinh dưỡng; đối với da: tác
động đến tuyến nhờn ở da làm khô da, kích thích gây dị ứng da, viêm da, sinh mụn
trứng cá, mụn nhọt, lở loét da; đối với mắt: khi bụi tiếp xúc trực tiếp với mắt sẽ kích
thích đến màng tiếp hợp gây sưng đỏ, chảy nước mắt nếu tình trạng này kéo dài có
thể làm tổn thương màng tiếp hợp gây viêm mi mắt, viêm giác mạc, giảm thị lực,
nặng hơn có thể làm mù mắt.
- Bụi còn gây tác hại đến hệ sinh thái, ảnh hưởng đến mùa màng: khi bụi lắng đọng
trên bề mặt lá cây, nếu không có nước mưa để rửa sạch thì ngăn cản quá trình quang
hợp và trao đổi chất của cây làm cây cối chậm phát triển, hệ sinh thái bị tổn hại
nặng nề và năng suất cây trồng giảm sút.
- Khi bụi phát tán ra môi trường làm giảm độ trong suốt của khí quyển, cản trở tầm
nhìn, hư hỏng thiết bị, giảm tuổi thọ của công trình, làm mất giá trị mỹ quan.
• Tác hại của SO
2
: [5], [6]
- Khí SO
2
, SO
3
gọi chung là SO
x
là những khí độc hại không chỉ với sức khỏe con
người, động thực vật mà còn tác động lên các vật liệu xây dựng, các công trình kiến
trúc. Chúng là những chất có tính kích thích, ở nồng độ nhất định có thể gây co giật
cơ trơn của khí quản. Ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăng tiết dịch niêm mạc đường khí
quản gây viêm khí quản, khi tiếp xúc với mắt có thể tạo thành axit gây tổn hại đến

- NO
x
là khí có màu nâu đỏ có mùi gắt và cay, mùi của nó có thể phát hiện được vào
khoảng 0.12 ppm. NO2 là khí có tính kích thích mạnh đường hô hấp. Nó tác động
đến hệ thần kinh và phá hủy mô tế bào phổi, làm chảy nước mũi, viêm họng. Khi
NO
2
với nồng độ 100ppm có thể gây tử vong cho người và động vật sau ít phút. Với
nồng độ 5ppm có thể gây ảnh hưởng xấu đến đường hô hấp. Con người tiếp xúc lâu
với NO
2
khoảng 0.06 ppm có thể gây các bệnh trầm trọng về phổi.
- Một số thực vật nhạy cảm cũng bị tác hại bởi NO
2
khi ở nồng độ khoảng 1 ppm.
NO
2
cũng là tác nhân gây ra hiệu ứng nhà kính.
• Tác hại của CO [5] [6]
- Khí CO là loại khí không màu, không mùi không vị, tạo ra từ quá trình cháy không
hoàn toàn của nguyên liệu than. Sức đề kháng của con người với CO rất kém.
Những người mang thai và đau tim tiếp xúc với CO sẽ rất nguy hiểm vì ái lực của
CO với hemoglobin cao hơn gấp 200 lần so với oxy, nên khi vào cơ thể sẽ lập tức
phản ứng với hemoglobin, cản trở oxy từ máu đến các mô. Vì vậy cần một lượng
máu lớn hơn nhiều được bơm đến để mang cùng một lượng oxy cần thiết đến các
mô.Ở nồng độ khoảng 5ppm có thể gây đâu đầu chóng mặt. Ở những nồng độ từ
10-250 ppm có thể gây tổn hại đến hệ thống tim mạch thậm chí gây tử vong.
- Rất nhiều nghiên cứu trên con người và động vật chứng tỏ rằng những người yếu
tim sẽ bị tăng thêm căng thẳng khi lượng CO trong máu vượt quá mức. Đặc biệt các
nghiên cứu lâm sàng đã cho thấy khi tiếp xúc với CO ở mức cao thì những người

- Kích thước thiết bị cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích.
- Chỉ có thể lọc các hạt bụi có kích thước lớn hơn 50µm.
ii) Thiết bị lọc bụi ly tâm:
Thiết bị lọc bụi ly tâm hay còn gọi là xiclon. Có cấu tạo gồm thân hình trụ tròn,
phía dưới thân hình trụ có phễu thu bụi và dưới cùng là ống thu bụi. Không khí
mang bụi đi vào ở phần trên của thiết bị theo đường ống có phương tiếp tuyến với
thân hình trụ, vì vậy dòng khí vào chuyển động theo đường xoắn ốc từ trên xuống.
Nhờ vào lực ly tâm mà các hạt bụi có xu hướng tiến về phía thành ống rồi va chạm
vào đó, mất động năng và rơi xuống phễu hứng bụi. Khi dòng khí chạm vào đáy
phễu thì bị dội ngược lên nhưng vẫn giữ được chuyển động xoáy ốc và đi ra ngoài
theo đường ống thoát khí được lắp cùng trục với thân thiết bị.
Để có được hiệu suất lọc bụi cao người ta thường bố trí hai hay nhiều xiclon
theo kiểu mắc nối tiếp, song song hoặc theo kiểu chùm.
Ưu diểm: Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp, chi phí vận hành bảo dưỡng thấp, có
khả năng làm việc liên tục, có thể chế tạo bằng nhiều loại vật liệu khác nhau tùy vào
yêu cầu nhiệt độ áp suất.
Nhược điểm: Hiệu suất thấp đối với hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 5µm; Dể bị
mài mòn nếu bụi có độ cứng cao, Hiệu suất sẽ giảm nếu bụi có độ kết dính cao.
iii)Thiết bị lọc bụi bằng vật liệu lọc:
Môi trường lọc hay còn gọi là vật liệu lọc hay lưới lọc. Được cấu tạo từ một
hoặc nhiều lớp sợi mà mỗi sợi được xem là có tiết diện tròn nằm cách nhau từ 5-10
lần so với kích thước của hạt bụi. Khi dòng khí mang bụi đi qua lớp vật liệu lọc thì
bụi bị giữ lại trên bề mặt lớp vật liệu sạch. Sau một khoảng thời gian lớp vật liệu lọc
Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551
Trang 7
Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than, công suất phát thải 10000 Nm3/h
Nguyễn Ngọc Nhất – Lớp CNMT K52QN
có sự thay đổi về mặt cấu trúc do bụi bám vào bên trong, do thay đổi độ ẩm hoặc là
do một lí do nào đó làm cho sức cản khí động và hiệu quả lọc bị thay đổi rõ rệt.
iv) Thiết bị lắng bụi tĩnh điện:

hay O
3
.
2. Phương pháp ướt:
Phương pháp tách bụi ướt dựa trên nguyên tắc cho dòng khí mang bụi tiếp xúc
trực tiếp với chất lỏng mà thông thường là nước. Bụi sẽ bị chất lỏng giữ lại và tách
ra khỏi dòng khí dưới dạng bùn. Trong quá trình xử lý bụi bằng phương pháp ướt có
thể kết hợp xử lý một số chất ô nhiểm dạng khí như SO
2
, NO
x
, ngoài ra còn kết hợp
để giảm nhiệt độ khí thải trước khi thải ra môi trường. Các thiết bị tách bụi ướt
thường được bố trí các vòi phun nước ở các vị trí thích hợp tuỳ từng loại thiết bị.
Một số thiết bị được sử dụng để tách bụi theo phương pháp ướt là: Cyclon ướt,
ventury ướt, thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nước sủi bọt, thiết bị lọc bụi có lớp đệm
Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551
Trang 8
Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than, công suất phát thải 10000 Nm3/h
Nguyễn Ngọc Nhất – Lớp CNMT K52QN
bằng vật liệu rỗng được tưới nước, buồng phun-thùng rửa khí rỗng, thiết bị lọc bụi
kiểu ướt có tác động va đập quán tính.
 Ưu nhược điểm của phương pháp tách bụi ướt:
Ưu điểm:
- Chi phí đầu tư ban đầu thấp.
- Có thể xử lý đồng thời bụi và các khí ô nhiểm.
- Có khả năng lọc được những hạt bụi có kích thước nhỏ, hiệu suất lọc bụi cao hơn
phương pháp khô.
- Không có hiện tượng bụi quay lại.
- Có khả năng làm việc với khí thải có nhiệt độ cao.

Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình xử lý như sau:
CaCO
3
+ SO
2
CaCO
3
+ CO
2
CaO + SO
2
 CaSO
3
2CaSO
3
+ O
2
 2CaSO
4
Hiệu quả hấp thụ SO
2
bằng sữa vôi đạt 98%. Sức cản khí động của hệ thống
không vượt quá 20 mm H
2
O.[7]
Nguyên liệu vôi được sử dụng một cách hoàn toàn, cụ thể là cặn bùn từ hệ thống
xử lý thải ra có thể được sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau khi chuyển
sunfit thành sunfat trong lò nung.
Ưu điểm:
- Công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, có thể chế tạo thiết bị bằng

+ H
2
O + SO
2
= Mg(HSO
3
)
2
Mg(OH)
2
+ Mg( HSO
3
)
2
= 2MgSO
3
 + 2H
2
O
Độ hòa tan của sunfit magiê trong nước bị giới hạn, nên lượng dư ở dạng
MgSO
3
.6H
2
O và MgSO
3
.3H
2
O rơi xuống thành cặn lắng. Tỉ lệ rắn: lỏng trong
huyền phù là 1:10. Độ pH ở đầu vào là 6,8 – 7,5; còn ở đầu ra là 5,5 – 6,0.

NH
2
, toluđin CH
3
C
6
H
4
NH
2
, xyliđin (CH
3
)
2
C
6
H
3
NH
2
,
và đimety-anilin C
6
H
5
N(CH
3
)
2
.

1. Khử xúc tác chọn lọc với chất khử là ammoniac:( SCR)
Ammoniac là chất khử có khả năng phản ứng chọn lọc với NO và NO
2
ở nhiệt
độ cao >232
0
c. Quá trình khử được thực hiện trên bề mặt xúc tác tạo thành Nito và
nước theo các phản ứng sau:
Khi có mặt của oxy:
4NO + 4NH
3
+ O
2
→ 4N
2
+ 6H
2
O
2NO
2
+ 4NH
3
+ O
2
→ 3N
2
+ 6H
2
O
Phản ứng phụ không mong muốn:

200-300
0
C.
- Nhóm xúc tác oxit kim loại: Fe
2
O
3
/Cr
2
O
3
, V
2
O
5
/ TiO
2
…Nhiệt độ làm việc từ 300-
450
0
C.
- Nhóm xúc tác Zeolite, nhiệt độ làm việc 300-600
0
C.
Ưu điểm: hiệu quả xử lý cao
Nhược điểm: cần phải gia nhiệt dòng khí trước khi đưa vào hệ thống xử lý.
2. Khử xúc tác không chọn lọc:
Các chất khử thường dùng trong phương pháp này là hydrocacbon, hydro, và
cacbon monoxit với sự có mặt của xúc tác. Các phản ứng xảy ra:
4NO + CH

0
C, nhiệt độ tối
ưu khoảng 425-650
0
C.
Ưu điểm: Hiệu suất khử NO
x
cao, có thể đạt 80-90%.
Nhược điểm: Chủ yếu được áp dụng với dòng khói thải có nồng độ oxy thấp.Các
chất xúc tác trên dể bị ngộ độc bởi SO
2
, kẽm và phốt pho có trong khí thải của quá
trình đốt.
3. Khử chọn lọc không có xúc tác:
Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551
Trang 11
Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than, công suất phát thải 10000 Nm3/h
Nguyễn Ngọc Nhất – Lớp CNMT K52QN
Phương pháp này cũng dựa trên phản ứng chọn lọc của NH
3
với NO và NO
2
,
giống như khử xúc tác chọn lọc nhưng nhiệt độ để xảy ra các phản ứng cao hơn
(khoảng 900- 1000
0
C). Tác nhân khử được sử dụng là NH
3
hoặc Ure, quá trình khử
diễn ra chậm. Ở nhiệt độ cao hơn, hầu hết NH

trường là một vấn đề cần cân nhắc trong quy hoạch xây dựng nhà máy nhiệt điện,
mặc khác khí thải có lưu lượng lớn và độ ẩm của khí thải thường thấp nên sử dụng
phương pháp khô để xử lý vừa đảm bảo an toàn cho thiết bị vừa không phát sinh
lượng lớn nước thải phía sau. Đối với khí thải nhà máy nhiệt điện thì yêu cầu thiết
bị xử lý bụi phải có khả năng làm việc với lưu lượng khí thải lớn, nồng độ bụi rất
cao và quan trọng nhất là hiệu suất xử lý phải đạt yêu cầu. Sau khi so sánh ưu
nhược điểm và khả năng lọc bụi của các thiết bị thấy rằng bộ lắng bụi tĩnh điện có
khả năng đáp ứng được các yêu cầu nhiều nhất. Vì vậy chọn bộ lắng bụi tĩnh điện
(ESP) để xử lý bụi là hợp lý nhất.
Đối với SO
2
, trong các phương pháp xử lý được trình bày ở phần II.1.2 thì
phương pháp hấp thụ SO
2
bằng dung dịch đá vôi, với tháp hấp thụ là tháp rữa khí
rỗng là phù hợp với điều kiện kinh tế kĩ thuật nước ta. Ở nước ta các nhà máy nhiệt
điện đốt than có sử dụng hệ thống xử lý SO
2
đều sử dụng phương pháp này, đây là
điều kiện thuận lợi để người cán bộ kĩ thuật, vận hành cũng như người chế tạo thiết
bị dễ dàng trao đổi kinh nghiệm. Tháp rữa khí rỗng có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo,
chi phí xây dựng hệ thống không cao. Vật liệu hấp thụ - đá vôi - là nguồn vật liệu có
sẵn ở Việt Nam, dễ kiếm rẻ tiền, đồng thời quá trình xử lý cũng ít tiêu tốn vật liệu
mà hiệu suất xử lý thì khá cao. Vì vậy để xử lý khí thải của nhà máy nhiệt điện đốt
Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551
Trang 12
Không khí
Không khí nóng
Tháp khử NOx
Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than, công suất phát thải 10000 Nm3/h

lượng khí thải vào thiết bị nên có thể giảm được kích thước thiết bị và kích thước
đường ống dẫn. Chất tải nhiệt có thể dùng là nước, vì vừa rẻ tiền lại có sẵn trong hệ
thống cấp nước của nhà máy. Nước nóng sau khi tải nhiệt có thể cấp cho lò hơi, một
phần cung cấp nước nóng cho việc tắm rữa, sinh hoạt của cán bộ trong nhà máy.
Khói thải sau khi đi qua các bộ trao đổi nhiệt để tận dụng nguồn nhiệt thì được
đưa vào bộ lắng bụi tĩnh điện để xử lý bụi. Khi dòng khí mang bụi đi vào thiết bị,
nhờ có điện trường mạnh các phân tử khí sẽ bị ion hóa và nhiểm điện âm và di
chuyển về các điện cực lắng. Trên đường di chuyển các phân tử khí truyền điện tích
âm cho các hạt bụi do tác dụng va chạm hoặc khếch tán ion. Các hạt bụi nhiễm điện
âm sẽ di chuyển về cực lắng và đọng lại trên bề mặt của điện cực, sau một khoảng
thời gian nào đó, các tấm bụi được giũ ra nhờ hệ thống rung, gõ. Dòng khí sạch bụi
đi ra ngoài và được đưa vào thiết bị khử NO
x.
Dòng khí mang NO
x
đi vào thiết bị khử xúc tác chọn lọc với chất khử được sử
dụng là amniac và xúc tác là V
2
O
5
. Ở nhiệt độ cao hơn 300
0
C NH
3
có khả năng
phản ứng chọn lọc với NO và NO
2
. Quá trình khử được thực hiện trên bề mặt xúc
tác V
2

không khí xung quanh.
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN CÔNG SUẤT PHÁT THẢI 10000M
3
/H
III.1 Các Thông Số Thiết Kế:
III.1.1 Các thông số đầu vào:
Theo yêu cầu thiết kế của đồ án tốt nghiệp thì các thông số đầu vào của hệ thống
như sau:
- Lưu lượng khí thải: 10000 Nm
3
/h;
- Nhiệt độ khí thải: t = 600
o
C;
- Nồng độ bụi vào: C
v
= 38600 mg/Nm
3
;
- Nồng độ SO
2
: 1200 mg/Nm
3
;
- Nồng độ NO
x
: 4000 mg/Nm
3
Ở đây Nm

)
A B (Theo loại nhiên liệu sử dụng)
Than Dầu Khí
1 Bụi tổng 400 200 150 50
2 Nitơ oxit, NO
X
(tính theo NO
2
)
1000 650 (với than có hàm lượng
chất bốc > 10%)
1000 (với than có hàm lượng
chất bốc ≤ 10%
600 250
3 Lưu huỳnh dioxit 1500 500 500 500
Đối với các tổ máy của nhà máy nhiệt điện hoạt động kể từ ngày 17/10/2005 thì
áp dụng quy chuẩn theo cột B.
- K
p
: là hệ số công suất, với lưu lượng khói thải 10000 Nm
3
/h, thì công suất thiết kế
của nhà máy nhiệt điện < 300 MW. Nên chọn K
p
= 1;
- K
v
: hệ số vùng, khu vực hoạt động. Với công suất thiết kế nhỏ, ta chọn vùng hoạt
động thuộc loại 3, phục vụ cho khu công nghiệp. Theo bảng 3 của QCVN
22:2009/BTNMT thì K

trung bình là: 1000*31/46 = 676 (mg/Nm
3
). Như vậy các
thông số đầu ra được tóm tắc trong bảng sau:
Bảng III.2 Các thông số đầu ra của hệ thống đạt quy chuẩn thải
Stt Thông số Nồng độ (mg/Nm
3)
1 Bụi tổng 200
2 SO
2
500
3 NO
x
676
III.2 Tính Bộ Trao Đổi Nhiệt:
Khí thải sau khi ra khỏi bộ quá nhiệt của lò hơi thường có nhiệt độ cao khoảng
600
o
C, vì vậy cần tận dụng nguồn nhiệt này để hâm một lượng nước trước khi cấp
cho bao hơi, một phần cung cấp cho sinh hoạt của cán bộ công nhân nhà máy.
Ta chọn thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống xoắn gồm nhiều đoạn thẳng đặt song
song thẳng đứng được nối với nhau bởi các co, môi chất lạnh là nước đi trong ống,
khói nóng đi cắt ngang bên ngoài ống. Chọn nhiệt độ nước vào là t
2
’
= 25
o
C, nhiệt
độ nước ra t
2

t
1
’
→ → t
1
’’
2
Hình 3.1 Bộ trao đổi nhiệt
1 – kênh dẫn khí; 2 - ống trao đổi nhiệt, dẫn chất lỏng.
Với nhiệt độ khí thải ở 600
o
C, tra bảng 5 [8] ta được các thông số sau:
- Khối lượng riêng của khói ở 600
o
c: ρ
600
= 0,405kg/m
3
- Nhiệt dung riêng đẳng áp: C
1p
= 1214 J/kg.độ
Lưu lượng khí thải ở 600
0
C:
V
600
0
C
= V
0

) = 3,6*1214*(600-370) = 1005192 W.
Nhiệt độ trung bình của dòng nước đi trong tháp là:t
2
= 0,5(25+85) = 55
0
C, tại
nhiệt độ này nước có nhiệt dung riêng đẳng áp là:C
2p
= 4,1765 kJ/kg.độ = 4176,5
J/kg.độ[8].
Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh của thiết bị trao đổi nhiệt trong
các trường hợp hầu như là nhỏ, Q
tt
= 4%Q
1
[8]
Q
tt
= 0,04.1027548 = 40207 (W);
Lượng nhiệt mà nước nhận được từ dòng khói:
Q
2
= G
2
*C
2p
*(t
2
’’
-t

’-t
2
’’) = 1005192 - 40207 =964985 (W)
Suy ra lưu lượng nước cần cung cấp cho thiết bị để làm nguội khí thải là:
G
2
= = = 3,8 (kg/s)
Các thông số ban đầu:
Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551
Trang 17
Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than, công suất phát thải 10000 Nm3/h
Nguyễn Ngọc Nhất – Lớp CNMT K52QN
- Lưu lượng khí thải: G
1
= 3,6 kg/s
- Nhiệt độ khói vào: t
1
’
= 600
0
C
- Nhiệt độ khí ra: t
1
”
= 370
0
C
- Lưu lượng nước cần thiết: G
2
= 3,8 kg/s

Ns/m
2
• Độ nhớt động: ѵ = 0,517*10
-6
(m
2
/s)
• Nhiệt dung riêng đẳng áp: C
2p
= 4,1765 kJ/kg.độ
• Hệ số dẫn nhiệt: λ
2
= 0,6535 W/m.độ
• Chuẩn số Pran: 3,26
Vì nước có độ nhớt nhỏ nên tốc độ nước trong ống thường nằm trong khoảng
0,5-3m/s [3], để đảm bảo nước chảy rối trong ống và trở lực của nước không quá
lớn. Ở đây ta chọn tốc độ dòng nước ω
2
= 0,6 m/s.
Chuẩn số Raynol của dòng lỏng:
Re
2
= = = 37137,3 > 1*10
4
Vì Re
2
= 37137 > 1*10
4
nên dòng chất lỏng chuyển động trong ống theo chế độ
chảy rối. Nên chuẩn số Nuyxen được xác định theo công thức [9]:

l/d >50 nên ε =1. [10]
Suy ra:
Nu
2
= 0,021*1*37137,3
0,8
*3,26
0,43
= 158
→Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của nước ở bề mặt trong của ống là:
Nu
2
= (α
2d
.d
1
)/λ
2
→ α
2d
= (Nu
2
* λ
2
)/ d
1
[9]
α
2d
= (158*0,6535)/0,032 = 3227 (W/m

)
- Độ nhớt động : ѵ
1
= 74,3*10
-6
(m
2
/s)
- Hệ số dẫn nhiệt: λ
1
= 6,4*10
-2
(W/m.độ)
- Chuẩn số Pr
1
: Pr
1
= 0,631
Chuẩn số Raynol của khí: Re
1
=
Trong đó
- ω
1
: vận tốc dòng khí, ω
1
= 10-15 m/s, ta chọn ω
1
= 10 m/s;
- d

1
: chuẩn số Pran của dòng khí tra theo nhiệt độ khí,
Pr
t
: chuẩn số Pran của dòng khí tra theo nhiệt độ bề mặt ngoài của ống trao
đổi nhiệt. Đối với dòng khí chuẩn số Pr ít thay đổi nên có thể xem ()=1.
ε
s
: hệ số kể đến ảnh hưởng của bước ống. Có thể bỏ qua giá trị này, ε
s
=1.
→ Nu
1
= 0,26*4845
0,65
*0,631
0,33
= 55,5
Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của khói : từ công thức V.33 [9] ta có:
Nu
1
= (α
1d
.d
2
)/λ
1
→ α
1d
= (Nu

w
: nhiệt độ trung bình của ống trao đổi nhiệt,
0
C
q
b
: mật độ dòng nhiệt bức xạ, q
b
=
Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551
Trang 19
Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than, công suất phát thải 10000 Nm3/h
Nguyễn Ngọc Nhất – Lớp CNMT K52QN
Với C
0
=5,67 hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối; ε
qd
= là độ đen quy dẩn; và ε
k
độ đen của khói, ε
w
độ đen của bề mặt thép.
• Xác định độ đen của thép:
Vì thành ống trao đổi nhiệt mỏng và hệ số dẫn nhiệt của thép lớn, nên có thể
xem nhiệt độ ở mặt trong và mặt ngoài của ống là bằng nhau và bằng nhiệt độ trung
bình của vách ống thép, t
w1
= t
w2
= t

.
o
K)
Nên ta có: δt
1
=* δt
2
= = 31 δt
2
(1)
Mặc khác: δt
1
+ δt
2
= ∆t = t
1
– t
2
= 485 – 55 = 430
0
C
δt
1
= 430 - δt
2
(2)
Từ (1) và (2) ta có: δt
2
= t
w2

Với bước ống ngang s
1
=2,75d
2
, bước ống dọc s
2
=2,4d
2
Thông thường khói có phần thể tích r
CO2
=13%, r
H2O
= 11%, từ đó ta tính được
phần áp suất của CO
2
và H
2
O trong khói và xem áp suất của khói là p = 1 at:
p
CO2
= r
CO2
*p = 0,13 at
p
H2O
= r
H2O
*p = 0,11 at
Nên ta có: p
CO2

Trang 20
Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than, công suất phát thải 10000 Nm3/h
Nguyễn Ngọc Nhất – Lớp CNMT K52QN
• Hệ số tỏa nhiệt bức xạ của khói:
α
1b
= = α
1b
= = 5,9 (W/m
2
.
0
K)
• Hệ số tỏa nhiệt tổng hợp của khói đến bề mặt ngoài của ống
α
1
= α
1d
+ α
1b
= 98,7 + 5,9 = 104,6 (W/m
2
.
0
K).
 Xác định hệ số truyền nhiệt qua ống:
Khi tính đến ảnh hưởng của cặn bám và bụi thì hệ số truyền nhiệt được xác định
theo công thức : k = φ.k
0
.

→(W/m
2
.
o
K)
=>k = 0,75*100,4 = 75,3 (W/m
2
.
o
K)
 Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:
Với:
Q – lượng nhiệt mà nước nhận được từ khói, Q = 964985 (W)
k – hệ số truyền nhiệt qua vách ống, k = 75,3 (W/m
2
.
o
K)
∆
t
– độ chênh lệch nhiệt đô trung bình có thể tính theo sơ đồ ngược chiều:
Với ∆
t1
: hiệu nhiệt độ của nguồn nóng vào và nguồn lạnh ra:
∆
t1
= t
1
’
- t

= 0,5(32+36) = 34 mm = 0,034 m:
F = *d
tb
**n =>, ta chọn = 37 m
Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551
Trang 21
Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than, công suất phát thải 10000 Nm3/h
Nguyễn Ngọc Nhất – Lớp CNMT K52QN
Chiều ngang của thiết bị: b = n*s
1
= 8*3*0,036 = 0,864 (m)
Giả sử ta chọn chiều cao của ống (kể cả phần co nối) h = 1 m
Số hàng ống:
Chiều dài của thiết bị (dọc theo chiều chuyển động của dòng khói):
a = z*s
2
=37*2,2*0,036 = 2,93 (m).
• Chọn kích thước máng dẫn khí thải:
Chiều cao H = 1,2 m; Chiều rộng B = 0,9 m; Chiều dài L = 3 m
 Kiểm tra vận tốc khói trong thiết bị:
Tiết diện của thiết bị theo hướng vuông góc với chiều chuyển động của dòng
khói: A
1
= B*H = 0,9*1,2 = 1,08 m
2
Tiết diện của các ống: A
2
= h*d
2
*n = 1*0,036*8 =0,288 (m

Lưu lượng khí thải: Q = 10000 Nm
3
/h
Nhiệt độ khí thải vào: 370
o
C
Nồng độ bụi vào: C
v
= 38,6 g/Nm
3
Nồng độ bụi ra: C
r
= 200 mg/Nm
3
Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551
Trang 22
Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than, công suất phát thải 10000 Nm3/h
Nguyễn Ngọc Nhất – Lớp CNMT K52QN
Lưu lượng khí thải ở 370
o
C : Q = Q* = 10000* = 23553 (m
3
/h) =6,543 (m
3
/s)
Hiệu suất cần thiết kế là: η = *100% = *100% = 99,5 %
• Xác định tiết diện ngang của thiết bị
Để đảm bảo hiệu suất làm việc của bộ lắng bụi tĩnh điện thì vận tốc dòng khí đi
trong thiết bị thường nằm trong khoảng v = 0,5-1,5 (m/s). Ta chọn vận tốc dòng khí
đi trong thiết bị là v = 1 (m/s).

ε: hằng số điện môi của bụi, đối với bụi rắn ε = 4-8, chọn ε = 5.
E
0
: cường độ điện trường ion hóa, E
0
= 3,8- 4 (Kv/cm), chọn E
0
= 4 (kV/cm).
µ: Độ nhớt động lực của khí ở nhiệt độ làm việc 370
0
C, µ = 0,03*10
-3
N.s/m
2
, (hình I.35 tập 1)
→ ω = (m/s)
Thay các giá trị vào công thức tính hiệu suất, ta có:
η = 1- exp(-
()
)
→l = 6,23 m. Vậy chọn chiều dài của tấm cực lắng là l = 6,3 m.
Vì chiều dài của điện cực lắng quá lớn nên ta chia làm ba trường tĩnh điện riêng
biệt. Mỗi trường có chiều dài bản cực lắng là 2,1 m.
Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551
Trang 23
Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than, công suất phát thải 10000 Nm3/h
Nguyễn Ngọc Nhất – Lớp CNMT K52QN
• Xác định các điện cực:
- Số lượng các điện cực lắng: n
l

l
: số lượng điện cực lắng trên một trường, n
l
= 11.
A : khoảng cách giữa hai điện cực ion hóa ngoài cùng theo chiều di
chuyển của dòng khí trên một trường, A = 2,1 (m)
z: khoảng cách giữa hai điện cực ion hóa ở gần nhau, z = 0,2 (m).
A/z: số điện cực phóng trên một dãy, A/z = 10,5 điện cực. Để thuận tiện cho
việc bố trí các điện cực phóng trên một dãy, ta chọn số điện cực phóng trên một
dãy là 10 (điện cực). Khi đó khoảng cách giữa hai điện cực ion hoá ngoài cùng
theo chiều di chuyển của dòng khói là A = 2 m.
→n
f
= (11-1)* = 100 (điện cực)
• Kiểm tra hiệu suất lắng bụi theo kích thước hạt:
η = 1- exp(CT 9.24 – [11])
Ta có vận tốc di chuyển các hạt bụi về các điện cực lắng: ω = 33714,3*d (m/s),
chiều dài của các điện cực lắng, lấy cho cả ba trường thì l = 6,3 m.
→ η = 1- exp
Bảng III.4 Hiệu xuất xử lý bụi ứng với dải kích thước hạt:
Kích thước hạt,
µm
0-5 5-10 10-15 15-
20
20-30 30-
40
40-
60
60-90 >90
Kích thước hạt

3
.
• Hiệu điện thế tới hạn:
Cường độ tới hạn của điện trường:
, V/m (CT 9.31 [7])
Trong đó: R: bán kính dây điện cực ion hóa, chọn R = 0,0015 m;
β: tỉ số giữa khối lượng đơn vị của khí trong điều kiện làm việc và điều
kiện chuẩn, (t = 0
0
c; p = 1,013*10
5
N/m
2
)
(CT 9.32 – [7])
Với : p
kq
: áp suất khí quyển, N/m
2
;
P
k
: áp suất (dư hoặc âm) tương đối của khí trong thiết bị lọc, N/m
2
. Vì ta bố trí
quạt khói sau thiết bị khử NO
x
cách xa bộ lắng bụi tĩnh điện nên có thể bỏ qua tổn
thất áp suất, p
k

= Z.U.(U-U
0
), (A/m) (CT 9.38 – [7])
Với U
0
: điện áp tới hạn, V;
U : điện áp vào cực (-) của thiết bị, chọn U = 50 kV;
Z : là hằng số phụ thuộc vào kiểu thiết bị. Đối với thiết bị lắng bụi bằng
điện kiểu tấm thì:
Z = , (CT 9.40 – [7])
Trong đó:
Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBKHN –Tel (+844)38681686 – Fax: (+844)38693551
Trang 25