Khử NOx nhà máy nhiệt điện – Công nghệ SCR và SNCR, loại nào tốt hơn?

Trước luật pháp toàn cầu nghiêm ngặt từ các tổ chức như Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) và các cơ quan quản lý tương đương ở Liên minh Châu Âu nhằm giảm thiểu khí thải công nghiệp độc hại, các công ty tiện ích phải đối mặt với thách thức sử dụng các chiến lược hiệu quả và tiết kiệm chi phí nhất tuân thủ.

Các quy định hiện tại và dự kiến về kiểm soát NOx ở Hoa Kỳ, EU và Châu Á quy định giới hạn phát thải NOx trong khoảng 30 – 200 mg/Nm³.

Hai công nghệ chính được sử dụng để giảm lượng khí thải nitơ oxit (NOx) trong các nhà máy điện là khử chọn lọc xúc tác (SCR) và khử chọn lọc không có xúc tác (SNCR).

Bài viết này sẽ phác thảo chi tiết các phương pháp SCR và SNCR và phân tích lợi ích của chúng đối với các nhà vận hành nhà máy điện trong việc tuân thủ các quy định về phát thải NOx.

Khử chọn lọc xúc tác (SCR)

SCR được cho là kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất để giảm NOx. Việc khử chọn lọc xúc tác NOx được phân loại là giải pháp xử lý sau để kiểm soát khí thải và thường được sử dụng các nhà máy điện đốt than, dầu, nhiên liệu sinh khối tạo ra các chất ô nhiễm như NOx và các hạt carbon sau quá trình đốt cháy.

SCR hoạt động như thế nào?

Trong SCR, thuốc thử (thường là dung dịch amoniac, amoniac khan hoặc urê) được pha loãng với không khí và bơm vào dòng khí thải của lò hơi, được duy trì ở nhiệt độ cụ thể tùy thuộc vào chất xúc tác được sử dụng.

Khí nitơ và NOx có trong dòng khí thải phản ứng với amoniac hóa hơi với sự có mặt của chất xúc tác (làm tăng tốc độ phản ứng) để tạo ra nitơ (N₂) và nước – những sản phẩm vô hại được thải ra khỏi ống xả. Thuốc thử được tối ưu hóa bằng cách duy trì tỷ lệ gần bằng với NOx cần loại bỏ khỏi dòng khí thải.

4NH₃ + 4NO + O₂ ➝ 4N₂ + 6H₂O

4NH₃ + 2NO₂ + O₂ ➝ 3N₂ + 6H₂O

Ưu điểm của SCR trong việc giảm NOx

• Hiệu suất khử NOx cao – lên tới 90%;
• Có thể được sử dụng trong nhiều hệ thống bao gồm các nhà máy công nghiệp và đô thị;
• Việc thiết lập rất đơn giản để cài đặt.

Nhược điểm của SCR trong việc giảm NOx

• Amoniac không phản ứng có thể đi qua qua chất xúc tác SCR do bơm quá nhiều (amoniac rò rỉ);
• Chất xúc tác cần thiết cho quá trình khử rất tốn kém để thay thế;
• Chất xúc tác dễ bị nhiễm bẩn bởi các hợp chất trong khí đốt.

Khử chọn lọc không xúc tác (SNCR)

SNCR là một phương pháp thay thế để giảm NOx thường được sử dụng trong các nhà máy điện đốt than, dầu, chất thải và sinh khối. Kỹ thuật SNCR liên quan đến việc bơm thuốc thử vào khí đốt ở nhiệt độ cao mà không cần sự trợ giúp của chất xúc tác.

SNCR hoạt động như thế nào?

Trong SNCR, dung dịch amoniac hoặc urê được bơm vào khí thải từ quá trình đốt cháy ở nhiệt độ từ 1600°F đến 2100°F (870°C đến 1150°C) để khử NOx thành khí nitơ (N₂) và nước (H₂O). Nguyên lý hóa học cơ bản là ở nhiệt độ cao, amoniac hoặc urê phản ứng với NOx từ khí đốt để tạo ra khí nitơ (N₂) và hơi nước (H₂O). SNCR có thể được sử dụng để giảm NOx khoảng 30 – 70%.

4NH₃ + 4NO + O₂ ➝ 4N₂ + 6H₂O

Ưu điểm của SNCR trong việc giảm NOx

• Việc thiết lập rất đơn giản để cài đặt;
• Chi phí vốn và vận hành tương đối thấp hơn so với SCR;
• Tiết kiệm chi phí thay thế chất xúc tác đắt tiền;
• Việc trang bị thêm các bộ phận trong các lò hơi quy mô lớn tương đối dễ dàng, ít tốn thời gian ngừng hoạt động.

Nhược điểm của SNCR trong việc giảm NOx

• Yêu cầu phạm vi nhiệt độ hẹp để giảm NOx hiệu quả;
• Không phù hợp để giảm NOx quy mô lớn;
• Việc trang bị thêm các bộ phận trong các lò hơi nhỏ hơn gặp khó khăn do cần cân nhắc về không gian để lắp đặt các bộ phận;
• Dễ bị trượt amoniac dẫn đến phát thải NOx ngẫu nhiên.

SCR so với SNCR: Loại nào tốt hơn?

Quyết định của ban quản lý trong việc chọn một hệ thống giảm NOx thay vì hệ thống kia phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm chi phí, hiệu quả và việc tuân thủ các quy định hiện tại và tương lai về phát thải.

Chi phí

Cả hai kỹ thuật SCR và SNCR đều có chi phí vốn và vận hành tương đối cao hơn so với các phương pháp giảm NOx đơn giản hơn như đầu đốt Low-NOx (LNB) và Overfire air (OFA) nhưng lại được đánh giá cao về hiệu quả. SCR đắt hơn SNCR do đặc điểm kỹ thuật của chất xúc tác nhưng bù lại về mặt hiệu quả.

Hiệu quả

Cả hai kỹ thuật SCR và SNCR đều yêu cầu thuốc thử để giảm NOx. Tuy nhiên, SNCR yêu cầu nhiệt độ khí thải cao hơn nhiều tại thời điểm phun thuốc thử. Kiểm soát ô nhiễm SCR loại bỏ khối lượng NOx (~90%) lớn hơn nhiều so với SNCR (30 – 70%), khiến nó trở thành lựa chọn tốt nhất để giảm thiểu trên quy mô lớn trong các nhà máy công nghiệp và đô thị.

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.