CHƯƠNG 2. QUAN TRẮC KHÍ THẢI
3.4. Công nghệ kiểm soát NO x
3.4.1. Công nghệ đốt phát sinh NO x thấp
Các cơ chế chính làm giảm lượng NOx phát sinh bao gồm:
(a) Sử dụng nhiên liệu chứa lượng các hợp chất nitơ hữu cơ thấp.
(b) Giữ nồng độ O2 thấp trong buồng đốt.
(c) Giảm thời gian lưu trong buồng đốt nhiệt độ cao.
(d) Giảm nhiệt độ đốt và loại bỏ các vùng cục bộ có nhiệt độ cao
3.4.1.1. Phương pháp làm giảm lượng NOx phát sinh(Cải tiến nhiên liệu và quá trình cháy) Phương pháp này gồm 2 loại: cải thiện nhiên liệu và cải tiến quá trình cháy.
Chuyển đổi sang nhiên liệu chứa ít các thành phần N (và S). Thường thì nhiên liệu chứa ít S cũng chứa ít N. Việc sử dụng nhiên liệu có chứa nước ở thể nhũ tương cũng rất hiệu quả trong việc giảm lượng NOx phát sinh do giảm nhiệt độ cháy và giảm thời gian cháy. Nhiên liệu thể nhũ tương được tạo ra bằng cách trộn dầu với một lượng nhỏ nước và chất hoạt động bề mặt. Kích cỡ hạt nhũ tương của nhiên liệu là vài microns.
Cải tiến quá trình đốt có thể được thực hiện bằng 2 cách: Sử dụng lò đốt phát thải NOx thấp và thay đổi kiều điện vận hành.
3.4.1.2. Công nghệ đốt ít phát sinh NOx
Nguyên lý cơ bản của công nghệ như sau:
- Giảm nồng độ O2 trong buồng đốt - Giảm đỉnh nhiệt độ của ngọn lửa
- Rút ngắn thời gian lưu của khí trong vùng nhiệt độ cao Các loại buồng đốt ít phát thải NOx sau đang được nghiên cứu phát triển:
- Buồng đốt nhanh (buồng đốt khuấy trộn tốt) - Buồng đốt chậm
- Buồng đốt phân chia ngọn lửa
- Buồng đốt tự tuần hoàn (tuần hoàn một phần khí thải) - Buồng đốt hai giai đoạn
(1) Buồng đốt ít phát thải NOx
1) Buồng đốt nhanh (buồng đốt khuấy trộn tốt)
Thông thường, ở giai đoạn đầu của quá trình đốt, khi nồng độ O2 cao và nếu nhiên liệu được khuấy trộn không tốt với không khí thì sự phát sinh NOx tăng lên, nhưng khi quá trình đốt tiếp diễn, lượng O2 giảm đi nên NOx cũng giảm theo. Vì vậy, mức độ hoà trộn giữa nhiên liệu và không khí tốt sẽ làm giảm phát thải NOx. Đặc trưng của loại buồng đốt này được mô tả trong Hình 3.34.
Hình 3.34. Buồng đốt nhanh
Loại buồng đốt được thể hiện trên Hình 3.34 tạo ra ngọn lửa hình nón và độ dày nhỏ vì than và dòng khí cấp vào được xáo trộn tiếp xúc trực tiếp nhanh chóng. Vì vậy, làm tăng bức xạ nhiệt của ngọn lửa, rút ngắn thời gian cháy của khí ở nhiệt độ cao, do đó làm giảm sự hình thành NOx. 2) Buồng đốt chậm
Giảm nhiệt độ ngọn lửa bằng cách mở rộng vùng đốt và/hoặc diện tích bề mặt ngọn lửa, và do đó, làm giảm áp suất riêng phần của O2 nên sẽ làm giảm phát sinh NOx. Hình 3.35 cho thấy nguyên lý đặc trưng của loại buồng đốt này.
Hình 3.35 Buồng đốt chậm 3) Buồng đốt phân chia ngọn lửa
Chia ngọn lửa thành nhiều ngọn lửa nhỏ độc lập để tăng bức xạ nhiệt từ mỗi ngọn lửa, làm giảm nhiệt độ đốt. Và từng lớp lửa mỏng cũng làm rút ngắn thời gian lưu của khí ở nhiệt độ đốt cao, do đó làm giảm phát thải NOx. Hình 3.36 cho thấy đặc trưng của vòi phun loại buồng đốt này.
Hình 3.36. Vòi phun của buồng đốt phân chia ngọn (buồng đốt phun nhiên liệu áp suất theo dạng xoáy)
4) Buồng đốt tự tuần hoàn
Dòng đuôi tạo ra bởi việc phun hỗn hợp không khí và nhiên liệu sẽ làm cho một khí thải quay trở lại bên trong buồng đốt. Nhờ sự tuần hoàn của khí thải, nồng độ O2 giảm trong vùng tuần hoàn, thúc đẩy quá trình bay hơi và khí hóa nhiên liệu và dẫn đến giảm nhiệt độ buồng đốt, khiến cho phát sinh NOx giảm. Hình 3.37 cho thấy dạng đặc trưng của loại buồng đốt này.
Hình 3.37. Một số loại buồng đốt tự tuần hoàn, phát thải NOx thấp 5) Buồng đốt hai giai đoạn
Buồng đốt này sử dụng quá trình đốt 2 giai đoạn và quá trình đốt nghèo-giàu không khí. Buồng đốt loại này giữ nồng độ O2 thấp trong giai đoạn đốt thứ nhất, giúp lượng NOx phát sinh thấp.
Hình 3.38 cho thấy nguyên lý đặc trưng của loại buồng đốt này.
Đầu vòi phun Kênh dẫn
Hướng nhiên liệu phun
Chi tiết vòi phun
Loại vòi phân chia
Đầu vòi phun Kênh dẫn
Hình 3.38. Buồng đốt hai giai đoạn, phát sinh ít NOx
Công nghệ đốt 2 giai đoạn, tuần hoàn khí thải và đầu đốt phát thải NOx thấp được áp dụng cho các nhà máy phát điện. Quy trình đặc trưng được thể hiện trong Hình 3.39.
Hình 3.39. Ví dụ về kết hợp các phương pháp phát thải NOx thấp (2) Quá trình đốt giảm phát sinh NOx trong lò đốt
Tất cả các phản ứng bao gồm khử nitrat xảy ra hoàn toàn trong lò đốt bằng cách chuyển một phần nhiên liệu chính thành nhiên liệu của quá trình khử nitrat nhờ vào việc sử dụng khả năng khử của nhiên liệu hydrocacbon và than. Phương pháp này được áp dụng trong giảm phát thải NOx của lò đốt than nghiền.
Quá trình như sau: Lần đốt nhiên liệu và không khí sơ cấp được thực hiện ở tỉ lệ không khí dư thông thường. Giai đoạn này tạo ra một lượng lớn NOx nhiên liệu và NOx nhiệt. Ở giai đoạn tiếp theo nhiên liệu thứ cấp được cấp vào khí thải của quá trình đốt sơ cấp với lượng dư so với lý thuyết (tính từ lượng O2 còn lại trong khí thải) để thực hiện quá trình đốt khử (đốt lần 2). Ở giai đoạn này, NOx tạo ra từ lần đốt đầu tiên được chuyển hóa thành N2. Các chất cháy còn lại sau giai đoạn đốt thứ cấp sẽ được đốt cháy hoàn toàn ở giai đoạn đốt thứ 3 bằng cách cung cấp không khí đốt lần 2. Hình 3.40 thể hiện quá trình đốt này.
Hình 3.40. Quá trình đốt khử NOx