Giải pháp xử lý khí thải ngành nhiệt điện hiệu quả cao

1. Thành phần của khí thải nhiệt điện

Khí thải từ nhà máy nhiệt điện chứa các thành phần chất gây ô nhiễm khác nhau, tùy thuộc vào loại nhiên liệu và công nghệ được sử dụng. Dưới đây là một số thành phần chính thường gặp trong khí thải nhiệt điện:

- CO2 (Carbon Dioxide): CO2 là thành phần chính trong khí thải nhiệt điện. Nó là một khí thải gây hiệu ứng nhà kính và gây ra sự biến đổi khí hậu toàn cầu.

- SO2 (Sulfur Dioxide): SO2 là chất gây ô nhiễm phổ biến trong khí thải nhiệt điện, đặc biệt khi sử dụng các loại nhiên liệu chứa lượng lớn lưu huỳnh như than. SO2 gây ra ô nhiễm không khí và có thể gây ra các vấn đề sức khỏe và môi trường.

- NOx (Nitrogen Oxides): NOx là một nhóm chất gây ô nhiễm gồm nitơ monoxit (NO) và nitrogen dioxide (NO2). Chúng hình thành trong quá trình đốt cháy nhiên liệu ở nhiệt độ cao. NOx gây ra ô nhiễm không khí, góp phần vào sự tạo thành mưa axit và tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và môi trường.

- Hạt bụi: Khí thải nhiệt điện có thể chứa hạt bụi nhỏ có kích thước từ một vài nanomet đến vài micromet. Các hạt bụi này có thể gây ô nhiễm không khí và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người khi hít vào.

- Chất gây ô nhiễm khác: Ngoài các thành phần trên, khí thải nhiệt điện còn có thể chứa các chất gây ô nhiễm khác như chì (Pb), thủy ngân (Hg), các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs), khí ozone (O3), và các chất gây ô nhiễm khác phát sinh từ quá trình sản xuất điện.

Để xử lý khí thải nhiệt điện, cần phân tích và xác định nồng độ các thành phần này để lựa chọn và áp dụng các công nghệ xử lý phù hợp để giảm thiểu tác động môi trường và bảo vệ sức khỏe con người.

2. Tác hại của khí thải nhiệt điện

Khí thải từ nhà máy nhiệt điện có thể gây ra một số tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người. Dưới đây là một số tác hại chính của khí thải nhiệt điện:

- Hiệu ứng nhà kính: Khí thải nhiệt điện, đặc biệt là CO2, đóng góp vào hiệu ứng nhà kính và góp phần vào sự biến đổi khí hậu toàn cầu. Sự gia tăng của khí thải CO2 làm tăng nồng độ trong không khí, gây nhiệt và dẫn đến tăng nhiệt độ trung bình của Trái Đất.

- Ô nhiễm không khí: Khí thải từ nhà máy nhiệt điện chứa các chất gây ô nhiễm như SO2, NOx và hạt bụi. Các chất này có thể gây ra ô nhiễm không khí và có tác động tiêu cực đến sức khỏe con người. Chúng có thể gây ra các vấn đề hô hấp, tổn thương phổi, tăng nguy cơ các bệnh tim mạch và ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống.

- Ô nhiễm nước: Một số thành phần trong khí thải nhiệt điện có thể tiếp xúc với nước mưa và gây ra ô nhiễm nước. Các chất gây ô nhiễm như SO2 và NOx có thể gây ra hiện tượng mưa axit, gây tổn hại đến hệ thống sông, hồ và các nguồn nước khác.

- Tác động đến hệ sinh thái: Khí thải nhiệt điện có thể có tác động đến hệ sinh thái xung quanh như sự suy giảm của đa dạng sinh học, thay đổi trong môi trường sống và ảnh hưởng đến các loài động và thực vật trong khu vực ảnh hưởng.

- Sự suy giảm tài nguyên: Quá trình sản xuất điện nhiệt từ khí thải nhiệt điện sử dụng một lượng lớn nhiên liệu, góp phần vào sự suy giảm các nguồn tài nguyên thiên nhiên như than, dầu mỏ và khí đốt.

Do đó, giảm tác động tiêu cực của khí thải nhiệt điện và áp dụng các biện pháp xử lý là rất quan trọng để bảo vệ môi trường, sức khỏe con người và duy trì sự cân bằng của hệ sinh thái.

3. Hệ thống xử lý khí thải nhiệt điện

Có nhiều công nghệ khác nhau được sử dụng để xử lý khí thải trong ngành nhiệt điện. Dưới đây là một số công nghệ phổ biến được áp dụng:

- Hệ thống khử khí thải (Flue Gas Desulfurization - FGD): Hệ thống FGD được sử dụng để loại bỏ SO2 từ khí thải bằng cách sử dụng chất xúc tác hấp phụ lưu huỳnh. Công nghệ FGD phổ biến nhất là quá trình khử khí ướt (wet scrubbing), trong đó khí thải được tiếp xúc với dung dịch xúc tác kiềm (thường là xút) để hấp thụ SO2.

Các bộ phận chính của một hệ thống khử khí thải (FGD) thông thường bao gồm:

+ Hệ thống hấp phụ (Absorber): Đây là phần quan trọng của hệ thống, nơi quá trình loại bỏ khí clo và SO2 diễn ra. Hấp phụ xảy ra khi khí thải từ lò đốt được dẫn qua một chất hấp phụ như đá vôi (limestone) hoặc kalker (lime). Chất hấp phụ phản ứng với khí clo và SO2 để tạo thành các muối không tan và các chất khác.

+ Hệ thống bơm và phun (Pump and Spray System): Hệ thống này được sử dụng để đưa chất hấp phụ vào hấp phụ, thường thông qua việc sử dụng bơm và hệ thống phun.

+ Hệ thống nhiệt (Heat Exchanger): Hệ thống này giúp tăng nhiệt độ khí thải, cung cấp nhiệt cho quá trình phản ứng hấp phụ. Nhiệt độ cao hơn có thể tăng hiệu suất quá trình khử clo và loại bỏ SO2.

+ Hệ thống bể chứa (Storage Tank): Các chất khử khí clo và SO2 sau khi hấp phụ được thu thập trong hệ thống bể chứa. Chúng có thể được chuyển đi để xử lý hoặc tái chế.

+ Hệ thống xử lý chất thải (Wastewater Treatment System): Trong quá trình hấp phụ, chất lỏng phụ sau khi loại bỏ khí clo và SO2 có thể chứa các chất ô nhiễm khác. Hệ thống xử lý chất thải được sử dụng để xử lý chất lỏng này trước khi nó được xả thải.

+ Hệ thống quạt (Fan System): Hệ thống quạt được sử dụng để tạo luồng không khí qua hệ thống và đẩy khí thải ra khỏi nhà máy hoặc lò đốt.

+ Hệ thống kiểm soát (Control System): Hệ thống kiểm soát được sử dụng để giám sát và điều khiển các hoạt động của hệ thống khử khí thải, đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình vận hành.

- Hệ thống xử lý khí thải SCR (Selective Catalytic Reduction): Hệ thống SCR sử dụng chất xúc tác và nhịp điệu amoniac (NH3) để khử NOx trong khí thải. Quá trình này xảy ra trong một bộ phận xúc tác, trong đó NOx tương tác với amoniac và chuyển đổi thành nitơ (N2) và nước (H2O), làm giảm nồng độ NOx trong khí thải.

Các bộ phận chính của hệ thống xử lý khí thải SCR bao gồm:

+ Reactor: Reactor là nơi xảy ra quá trình xử lý SCR. Nó chứa một lớp chất xúc tác (catalyst) như vanadi và titania, được sắp xếp thành các cấu trúc hạt nhỏ.

+ Khí thải chứa NOx được đưa qua lớp chất xúc tác trong reactor.

+ Chất khử (Reductant): Trong quá trình SCR, chất khử như ammonia (NH3) hoặc urea (NH2CONH2) được sử dụng để giảm NOx. Chất khử được thêm vào khí thải trước khi nó đi qua reactor.

+ Hệ thống phun chất khử (Reagent Injection System): Hệ thống này được sử dụng để phun chất khử vào khí thải trước khi nó vào reactor. Nó bao gồm bồn chứa chất khử, bơm, và các ống dẫn chất khử.

+ Hệ thống quản lý chất khử (Reagent Management System): Hệ thống này đảm bảo cung cấp chất khử (ammonia hoặc urea) với tỉ lệ chính xác và đủ cho quá trình SCR. Nó bao gồm hệ thống cung cấp và lưu trữ chất khử, các thiết bị đo lường và điều khiển để đảm bảo quá trình xử lý hiệu quả.

+ Hệ thống điều khiển (Control System): Hệ thống điều khiển giám sát và điều chỉnh hoạt động của hệ thống SCR. Nó đảm bảo sự tương thích và hiệu quả giữa lượng chất khử và NOx trong khí thải, và điều chỉnh phân phối chất khử để đảm bảo hoạt động tốt nhất của chất xúc tác.

Quá trình SCR hoạt động bằng cách khử NOx trong khí thải thành hơi nước và nitơ không độc bằng cách sử dụng chất xúc tác và chất khử. Quá trình này xảy ra trong reactor và kết quả là giảm lượng NOx trong khí thải được xả ra vào môi trường.

Hệ thống SCR có ưu điểm là có hiệu quả cao trong việc giảm khí NOx, đặc biệt là trong các ứng dụng công nghiệp có yêu cầu khắt khe về chất lượng không khí. Tuy nhiên, nó yêu cầu quá trình quản lý chất khử và chất xúc tác chính xác để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả.

- Hệ thống xử lý bụi (Particulate Matter - PM): Công nghệ xử lý bụi trong khí thải nhiệt điện bao gồm sử dụng các thiết bị như bộ lọc bụi, điều hòa điểm sương và điều hòa điểm sương điện. Các thiết bị này giúp làm sạch và loại bỏ hạt bụi trong khí thải để đáp ứng tiêu chuẩn về ô nhiễm không khí.

Dưới đây là một số thành phần chính của hệ thống xử lý bụi khí thải trong nhà máy nhiệt điện:

+ Hệ thống thu hồi bụi (Dust Collection System): Hệ thống này được thiết kế để thu hồi và tách bụi từ khí thải. Nó bao gồm các bộ lọc, bộ phận hút và ống dẫn để thu hồi và tách bụi từ khí thải.

+ Bộ lọc bụi (Dust Filters): Bộ lọc bụi được sử dụng để nắn và loại bỏ các hạt bụi từ khí thải. Các loại bộ lọc bụi phổ biến bao gồm bộ lọc vải, bộ lọc túi, bộ lọc điện tĩnh và bộ lọc vòng xoáy.

+ Hệ thống xử lý bụi (Dust Handling System): Hệ thống này dùng để xử lý và xử lý bụi đã được thu hồi. Nó bao gồm các bộ phận như bể chứa bụi, hệ thống vận chuyển bụi và các thiết bị xử lý như máy nghiền, băng tải và hệ thống thu gom bụi.

+ Hệ thống quạt (Fan System): Hệ thống quạt được sử dụng để tạo dòng không khí trong hệ thống xử lý bụi và đẩy khí thải qua các bộ lọc và các phần của hệ thống.

+ Hệ thống điều khiển (Control System): Hệ thống điều khiển được sử dụng để giám sát và điều khiển hoạt động của hệ thống xử lý bụi. Nó bao gồm các thiết bị đo lường, cảm biến và bộ điều khiển tự động để đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình xử lý bụi khí thải.

+ Hệ thống xử lý bụi khí thải trong nhà máy nhiệt điện giúp giảm thiểu tiếp xúc của bụi và các hạt rắn có hại trong khí thải với môi trường, đồng thời đáp ứng các yêu cầu quy định về chất lượng không khí và bảo vệ môi trường.

- Hệ thống xử lý khí thải CO2: Để giảm tác động của khí thải CO2, công nghệ tiên tiến như Carbon Capture and Storage (CCS) hoặc Carbon Capture, Utilization, and Storage (CCUS) được sử dụng. Công nghệ này hấp thụ và tách CO2 từ khí thải nhiệt điện, sau đó lưu trữ hoặc sử dụng CO2 cho các mục đích khác nhau như tái chế hoặc sản xuất các sản phẩm hóa học.

- Tối ưu hóa quá trình sản xuất: Một phương pháp quan trọng để xử lý khí thải nhiệt điện là tối ưu hóa quá trình sản xuất. Điều này bao gồm sử dụng các công nghệ tiên tiến như quản lý nhiệt độ và áp suất, tận dụng nhiệt năng thải và tối ưu hóa thiết kế hệ thống để giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ và tăng hiệu suất hoạt động.

Các công nghệ trên đây có thể được sử dụng độc lập hoặc kết hợp với nhau tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của nhà máy nhiệt điện và yêu cầu xử lý khí thải. Mục tiêu cuối cùng của các công nghệ này là giảm thiểu tác động môi trường và tạo ra một quá trình sản xuất điện năng sạch và bền vững.

5. Tiêu chuẩn xử lý khí thải nhiệt điện

Xử lý khí thải nhiệt điện là vấn đề quan trọng trong các dự án xây dựng nhà máy nhiệt điện, đặc biệt trong bối cảnh nguồn điện quốc gia đang cạn kiệt, phụ thuộc vào các nhà máy nhiệt điện. Một số tiêu chuẩn về xử lý khí thải đang áp dụng hiện nay:

- Luật Bảo vệ môi trường ngày 27 tháng 12 năm 1993;

- Nghị định số 175/CP ngày 18 tháng 10 năm 1994 của Chính phủ hướng dẫn thi hành Luật Bảo vệ môi trường và Nghị định số 143/2004/NĐ-CP ngày 12 tháng 7 năm 2004 của Chính phủ về sửa đổi, bổ sung Điều 14 Nghị định số 175/CP ngày 18 tháng 10 năm 1994 của Chính phủ hướng dẫn thi hành Luật Bảo vệ môi trường;

- Nghị định số 91/2002/NĐ-CP ngày 11 tháng 11 năm 2002 của Chính phủ quy định chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Bộ Tài nguyên và Môi trường;

- TCVN 7440: 2005 do Ban Kỹ thuật Tiêu chuẩn TCVN/TC146 "Chất lượng không khí” biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành.

- TCVN 5939: 2005 Chất lượng không khí - Tiêu chuẩn khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ.

- TCVN 5940: 2005 Chất lượng không khí - Tiêu chuẩn khí thải công nghiệp đối với một số chất hữu cơ.

- TCVN 5945: 2005 Nước thải công nghiệp - Tiêu chuẩn thải.

- TCVN 5977: 1995 Sự phát thải của nguồn tĩnh - Xác định nồng độ và lưu lượng bụi trong các ống dẫn khí - Phương pháp khối lượng thủ công.

- TCVN 6750: 2000 Sự phát thải của nguồn tĩnh - Xác định nồng độ khối lượng lưu huỳnh đioxit - Phương pháp sắc ký ion.

- TCVN 7172: 2002 Sự phát thải của nguồn tĩnh - Xác định nồng độ khối lượng nitơ oxit - Phương pháp trắc quang dùng naphtyletylendiamin.

Nồng độ cho phép của các thông số ô nhiễm trong khí thải công nghiệp nhiệt điện

STT	Thông số	Nồng độ C (mg/Nm3)
		A	B (Theo loại nhiên liệu sử dụng)
			Than	Dầu	Khí
1	Bụi tổng	400	200	150	50
2	Nitơ oxit, NOX (tính theo NO2)	1000	- 650 (với than có hàm lượng chất bốc > 10%) - 1000 (với than có hàm lượng chất bốc ≤ 10%	600	250
3	Lưu huỳnh đioxit, SO2	1500	500	500	300
Chú thích: Tùy theo loại nhiên liệu được sử dụng, nồng độ tối đa cho phép của các thành phần ô nhiễm NOX, SO2 và bụi trong khí thải nhà máy nhiệt điện được quy định trong bảng 3. Các giá trị nồng độ này tính ở điều kiện chuẩn. Đối với nhà máy nhiệt điện dùng nhiên liệu than, nồng độ oxy (O2) dư trong khí thải là 6% đối với tuabin khí, nồng độ oxy dư trong khí thải là 15%.

Các công nghệ xử lý khí thải nhiệt điện có thể được sử dụng độc lập hoặc kết hợp với nhau tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của từng nhà máy và những yêu cầu xử lý khí thải. Mục tiêu cuối cùng của các công nghệ này là giảm thiểu tác động môi trường và tạo ra một quá trình sản xuất điện năng sạch và bền vững, tuân thủ quy định pháp luật. Hi vọng với những kiến thức bên trên sẽ giúp các doanh nghiệp nhiệt điện hiểu rõ hơn về giải pháp xử lý khí thải hiệu quả cũng như bạn đọc có thêm kiến thức về lĩnh vực này.