Công nghệ khử NOx chọn lọc xúc tác và hệ thống SCR tại nhà máy nhiệt điện

NOx trong khí thải nhà máy nhiệt điện là nỗi lo lớn nhất khi chúng là nguyên nhân gây ra hiện tượng sương mù quang hóa có hại cho hệ sinh thái và con người.

Vì thế người ta bắt đầu nghiên cứu sử dụng công nghệ khử chọn lọc xúc tác (SCR) để xử khí khí thải chứa NOx.

1. Đặc điểm của hệ thống SCR

Hệ thống khử chọn lọc xúc tác (SCR) như một phương pháp xử lý khí thải chính được sử dụng để kiểm soát phát thải NOx của lò hơi lớn, lò hơi công nghiệp hay lò đốt chất thải rắn với hiệu suất khử NOx đạt 70 – 95%.

Quá trình khử chọn lọc xúc tác (SCR) loại bỏ các oxit nitơ (NOx) từ khí thải do lò hơi nhà máy điện và các nguồn đốt khác thải ra, và chất xúc tác là thành phần chính của hệ thống này. Công nghệ SCR cho phép khử nitơ oxit ngay cả với năng lượng hoạt hóa thấp bằng cách cho khí thải đi qua lớp xúc tác sau khi trộn chất khử. Quy trình SCR sử dụng chất xúc tác phản ứng có chọn lọc với nitơ oxit trong khí thải. Nó có hiệu quả loại bỏ cao nhất trong số các công nghệ khử NOx và hoạt động ổn định.

Sơ đồ cấu tạo hệ thống SCR

2. Các tính năng chính của hệ thống SCR

• Hiệu quả loại bỏ NOx cao (có thể đạt trên 90%) đáp ứng các tiêu chuẩn phát thải yêu cầu cho tất cả các loại nhiên liệu hóa thạch.
• Lượng NH₃ rò rỉ tối thiểu do tối ưu hóa lượng chất khử sử dụng.
• Hoạt động ở nồng độ SO₂ cao.
• Tỷ lệ chuyển hóa SO₂ thành SO₃ thấp.
• Giảm NOx tích hợp liên kết với lò hơi / HRSGs.
• Tối ưu hóa tốt nhất các chất xúc tác cho các yêu cầu của khách hàng.
• Kiểm soát nhiều chất ô nhiễm bao gồm thủy ngân và SO₃ thấp.
• Độ tin cậy cao.
• Bảo trì chất xúc tác dài hạn.
• Kiểm tra và báo cáo hoạt tính chất xúc tác thường xuyên.
• Tiết kiệm chi phí thay thế chất xúc tác do tái sinh và tái sử dụng chất xúc tác.

3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống SCR

Amoniac được bơm vào khí thải ở hạ lưu của lò hơi và bộ tiết kiệm thông qua hệ thống lưới phun được gắn trong ống dẫn. NH₃ thường được pha loãng với không khí trước khi bơm vào lò phản ứng. Khi khí lò nóng và thuốc thử khuếch tán qua chất xúc tác và tiếp xúc với các vị trí xúc tác được kích hoạt, NOx trong khí thải sẽ phân hủy thành N₂ và hơi nước. Nhiệt độ của khí lò cung cấp năng lượng cho phản ứng. Nitơ, hơi nước và các thành phần khác của khí thải sẽ thoát ra khỏi lò phản ứng SCR.

Phương trình phản ứng

4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O

2NO₂ + 4NH₃ + O₂→ 3N₂ + 6H₂O

Chất khử

Các chất khử nitơ oxit đang được sử dụng trong các ứng dụng SCR bao gồm: amoniac khan, dung dịch nước amoni, dung dịch urê. Amoniac khan là NH₃ với độ tinh khiết gần như 100 % là chất khí ở nhiệt độ thường; do đó nó phải được vận chuyển và lưu trữ dưới dạng khí nén. Amoniac khan được phân loại là hóa chất nguy hiểm và thường cần giấy phép đặt biệt để vận chuyển, xử lý và lưu trữ.

Chất xúc tác

Vào cuối những năm 1970, các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã sử dụng các kim loại cơ bản bao gồm vanadi (V), titan (Ti) và vonfram (W), giúp giảm đáng kể chi phí xúc tác. Trong những năm 1980, các oxit kim loại như oxit titan (TiO₂), oxit zirconi (ZrO₂), vanadi pentoxit (V₂O₅) và oxit silic (SiO₂) đã được sử dụng để mở rộng phạm vi nhiệt độ phản ứng. Zeolit, silicat alumin tinh thể, cũng được giới thiệu cho các ứng dụng nhiệt độ cao (360 đến 540 °C); tuy nhiên, zeolit có xu hướng đắt đỏ.

Chất xúc tác SCR đóng vai trò là trái tim của hệ thống SCR, thông thường có 2 dạng: dạng tấm và dạng tổ ong dựa trên loại nhiên liệu, cấu hình hệ thống, nhu cầu của khách hàng và các cân nhắc khác.

Xúc tác dạng tấm

Xúc tác dạng tổ ong

4. Một số lưu ý khi vận hành hệ thống SCR

Một số vấn đề trong thiết kế và vận hành hệ thống SCR phải kể đến đặc tính của nhiên liệu đốt, lựa chọn chất xúc tác, chất khử, điều kiện, liều lượng, kiểm tra hiệu suất, tái sinh chất xúc tác và tối ưu hóa quy trình vận hành.

Một trong những vấn đề cần kiểm soát là tỷ lệ chuyển hóa SO₂ thành SO₃ và sự hình thành (NH₄)₂SO₄, NH₄HSO₄ do hàm lượng lưu huỳnh có trong nhiên liệu gây ra. Trong lò hơi đốt than, khoảng 0.5 – 1.5 % SO₂ được chuyển đổi thành SO₃. Nếu hàm lượng SO₃ và H₂SO₄ hình thành từ 6 – 10 ppm, khí thải có thể xuất hiện màu xanh da trời và trở thành mối lo ngại lớn. Các muối amoni sunfat lắng đọng và làm bẩn chất xúc tác, cũng như đường ống và các thiết bị hạ lưu như bộ sấy không khí (Air Preheater). Chúng gây suy giảm hiệu suất và lão hóa chất xúc tác, ngoài ra nó còn gây gia tăng áp suất lên bộ sấy không khí gây suy giảm hiệu suất, ảnh hưởng đến quá trình đốt cháy của lò hơi. Tro bay trong lò hơi cũng là vấn đề lớn nên cần thiết kế ống dẫn, lựa chọn chất xúc tác để tránh việc tắc nghẽn bởi tro bay.

Trong quá trình vận hành hệ thống SCR, hiệu suất khử NOx tổng thể sẽ bị suy giảm theo thời gian do mất cân bằng phân bố lượng phun NH₃ và sự hình thành của các muối amoni kể trên. Do đó kiểm tra hiệu suất tổng thể hệ thống, hiệu chỉnh lưới phun amoniac, phân tích đánh giá chất xúc tác là việc cần làm định kỳ để kéo dài tuổi thọ chất xúc tác, tối ưu hóa vận hành và tránh lãng phí chất khử.

Nguồn: tổng hợp

Chugai Technos là đơn vị đã thực hiện kiểm tra hiệu suất hệ thống SCR và hiệu chỉnh hệ thống phun amoniac (AIG) cho rất nhiều nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam (NMNĐ Formosa Đồng Nai, Mông Dương 2, Vĩnh Tân 2, Duyên Hải 1, Vũng Áng 1).

Nếu Quý khách hàng có nhu cầu kiểm tra xác nhận lại hiệu suất của hệ thống SCR và hiệu chỉnh AIG, hãy gọi ngay đến Hotline: 0909-714-566 hoặc để lại thông tin TẠI ĐÂY để Chugai Technos nhanh chóng liên hệ để giải đáp các thắc mắc và hỗ trợ.