PHƯƠNG PHÁP THU HỒI NHIỆT KHÍ THẢI VÀ LÀM MÁT KHÍ THẢI

 

Khí thải công nghiệp không chỉ được biết đến là chứa nhiều bụi và các loại khí độc hại mà còn mang theo nhiệt độ rất cao, chẳng hạn như khí thải lò đốt chất thải nhiệt độ 700 – 1100^oC, lò luyện gang 300 - 600^oC, lò luyện nhôm 500 - 800 ^oC…

 

1. Tại sao cần làm mát và thu hồi nhiệt khí thải?

 

 

Quy định về nhiệt độ khí thải tại nước ta

 

QCVN quy định rằng “Khí thải không được gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và môi trường xung quanh”.

Tại nước ta, các quy chuẩn, tiêu chuẩn khí thải không quy định cụ thể rằng nhiệt độ dòng khí thải ra môi trường là bao nhiêu, không phải nó không quan trọng mà bởi nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

 

• Loại ngành nghề, quy trình sản xuất: Nhiệt độ khí thải khác nhau giữa các loại ngành nghề và các quy trình sản suất khác nhau.
• Chiều cao ống khói và khu vực xả thải: Nếu ống khói xả thải thấp và gần khu dân cư, nhiệt độ khí thải cao sẽ ảnh hưởng đến những vùng lân cận. Ngược lại, nếu ống khói cao, khí thải sẽ loãng hơn khi chạm đến mặt đất, không ảnh hưởng cây cối và con người xung quanh.

Nhưng thông thường, giới hạn nhiệt độ thường áp dụng cho khí thải trước khi thải ra môi trường là ≤120 ^oC và đối với các loại lò đốt, nhiệt độ yêu cầu thường không quá 150-180^oC khi ra khỏi miệng ống khói.

 

Tại sao cần làm mát khí thải?

 

 

Khí thải có nhiệt độ cao có nhiều tác hại như:

 

• Gây hư hỏng và làm giảm tuổi thọ của các thiết bị xử lý (như quạt, đường ống, thiết bị lọc…), làm tăng chi phí đầu tư: Chẳng hạn như đối với túi vải lọc bụi loại chuyên dụng (PTFE), nhiệt độ cao nhất có thể chịu đựng được trong thời gian ngắn là khoảng 300 ^oC, trong khi đó nhiệt độ chịu được khi làm việc chỉ khoảng 260 ^oC, các loại túi này đắt hơn rất nhiều so với loại phổ biến chỉ chịu được khoảng 70-120 ^oC.
• Làm giảm hiệu suất các quá trình xử lý: Nhiệt độ quá cao sẽ làm giảm hiệu suất xử lý các quá trình như xúc tác, hấp thụ, hấp phụ.
• Hình thành các chất ô nhiễm thứ cấp không mong muốn trong môi trường: Chẳng hạn như NO_x (NO, NO₂) và hydrocacbon gặp ánh nắng và nhiệt độ cao, chúng phản ứng tạo thành ozon tầng thấp (O₃). Khí nóng có thể tạo đối lưu không kiểm soát cho khí quyển và có thể khuếch tán các chất độc hại cùng khí thải đi xa hơn.

>>> Xem thêm: Phương pháp xử lý Dioxin và Furan – 2 chất độc hại từ khí thải lò đốt chất thải rắn.

 

• Ảnh hưởng đến sức khỏe con người: Các khí độc hại và sức nóng do khí thải gây ra sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe con người, gây ra các bệnh kích ứng, hen suyễn, viên hô hấp…
• Ảnh hưởng đến cây cối động vật xung quanh: Tiếp xúc với khí nóng lâu ngày có thể khiến động thực vật chậm phát triển thậm chí là chết.
• Ảnh hưởng đến công trình: Tiếp xúc với khí thải nhiệt độ cao lâu ngày có thể gây nên biến dạng do dãn nở, nứt bê tông, phá vỡ lớp cách nhiệt…
• Tăng nguy cơ hỏa hoạn: Dễ gây cháy nổ, hỏa hoạn nếu luồng khí thải gần các trạm điện, đường dây điện, rừng cây…tiếp xúc với các chất dễ bắt cháy trong không khí như bụi mịn, VOC, hơi dung môi…

Vậy thu hồi nhiệt khí thải có thể đem lại những ích lợi gì?

 

 

Với ngưỡng nhiệt độ cao ngất từ các loại khí thải, ngoài việc khắc phục các hậu quả mà khí thải nhiệt độ cao mang lại như trên, thu hồi nhiệt khí thải có thể đem lại nhiều lợi ích to lớn như:

 

• Tiết kiệm năng lượng: Chúng ta có thể tận dụng nhiệt độ khí thải thu hồi để sấy khô nguyên liệu, gia nhiệt lò, cấp nhiệt lò hơi…đây đều là những việc yêu cầu với một lượng lớn nhiệt độ cao.
• Giảm chi phí vận hành, giảm chi phí sản xuất và giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị.
• Sử dụng ít nhiên liệu hơn đặc biệt là năng lượng hóa thạch sẽ giảm đáng kể phát thải nhà kính.
• Phát điện từ khí thải: Dòng khí thải nhiệt độ cao có thể thu hồi -> sinh hơi -> làm quay tuabin -> phát điện. Giảm chi phí điện năng và giảm phụ thuộc vào mạng lưới điện.

Vừa bảo vệ môi trường, vừa tiết kiệm chi phí và năng lượng, đây chẳng phải là "một mũi tên trúng hai mục đích" sao.

 

Vậy mối quan hệ giữa làm mát và thu hồi nhiệt khí thải là gì?

 

• Việc thu hồi nhiệt khí thải là lợi dụng nhiệt năng từ khí thải để cung cấp năng lượng, sinh hơi, làm nóng, hoặc gia nhiệt cho quá trình khác.

=> Đây là giai đoạn đầu của làm mát khí thải, khai thác triệt để phần năng lượng trước khi khí thải bị làm lạnh đi đồng thời giảm nhiệt độ xuống và giảm chi phí dành cho việc làm mát khí thải.

 

 

• Làm mát khí thải là giảm nhiệt độ khí thải xuống mức an toàn để bảo vệ các thiết bị phía sau và bảo vệ môi trường.

=> Đây là giai đoạn sau của thu hồi nhiệt khí thải, nếu quá trình thu hồi không thể thu hết lượng nhiệt này để nó giảm xuống mức cho phép, vậy chúng ta phải dùng đến các biện pháp làm mát khí thải nhằm đảm bảo nhiệt độ đáp ứng yêu cầu trước khi xả thải ra môi trường.

 

2. Những loại khí thải nào cần được làm mát và có thể thu hồi nhiệt khí thải

 

Để cần làm mát và có thể thu hồi nhiệt khí thải, đó chắc chắn phải là những khí thải có nhiệt độ vô cùng cao:

 

• Khí thải từ lò đốt chất thải, lò nung, lò hơi: Nhiệt độ thường từ 300–1200°C. Nhiệt thu hồi có thể dùng để tạo hơi nước, sấy nguyên liệu, phát điện.
• Khí thải từ quá trình luyện kim, đúc, hàn, cán nóng: Nhiệt độ thường từ 150–800°C. Nhiệt thu hồi có thể dùng để làm nóng không khí cấp cho lò hoặc làm nước nóng.
• Khí thải từ công nghiệp hóa chất, dầu khí: Nhiệt độ thường từ 100–500°C. Nhiệt thu hồi có thể dùng bình ngưng để tận dụng nhiệt và thu hồi dung môi hữu cơ (VD: toluene, xylene, acetone...)

>>> Xem thêm: Phương pháp xử lý khí thải lò đốt rác

 

3. Những vấn đề cần lưu ý khi làm mát hoặc thu hồi nhiệt khí thải

 

3.1. Tính chất của khí thải

 

• Nhiệt độ cao: Do nhiệt độ khí thải cao nên cần sử dụng những thiết bị, vật liệu phù hợp
• Có tính ăn mòn: Các loại khí thải chứa các chất như axit, kiềm, bụi, kim loại nặng, VOCs …không chỉ ăn mòn mà còn có thể gây cáu cặn thiết bị, làm giảm hiệu suất trao đổi nhiệt và ảnh hưởng đến thiết bị thu hồi nhiệt khí thải.

3.2. Chi phí, vận hành và bảo trì

 

• Khi lựa chọn phương pháp cần cân nhắc đến các thiết bị xử lý phía sau, chẳng hạn như phải làm mát xuống <250°C với túi vải, <50°C với hấp phụ VOCs sử dụng than hoạt tính.
• Cần xem xét, tính toán đến lợi ích kinh tế kỹ lưỡng trước khi đầu tư thiết bị thu hồi nhiệt khí thải do các thiết bị này thường có chi phí khá cao.
• Cần nghiên cứu kỹ tính chất của khí thải: Khí thải có thể chứa các chất gây ăn mòn, cáu cặn, hay các chất dễ gây cháy nổ như bụi hoặc VOCs, hơi dễ cháy khi gặp nhiệt độ cao.

 

>>> Xem thêm mức chịu nhiệt của các loại túi vải tại: Top 8 loại thiết bị lọc bụi túi vải phổ biến trên thị trường.

 

3.3. Mức độ thu hồi nhiệt khí thải và làm mát khí thải

 

• Hiện tượng ngưng tụ và ăn mòn: Nếu làm mát dưới điểm sương của các khí như SO₂, HCl, thì sẽ ngưng tụ tạo axit gây ăn mòn thiết bị, do đó cần kiểm soát nhiệt độ khí sau trao đổi nhiệt và giữ chúng trên điểm sương axit.
• Hiện tượng tụ bụi mịn hoặc sương mù: Nếu quá trình làm mát quá nhanh có thể gây kết tinh muối hoặc ngưng tụ tạo bụi/sương, gây khó khăn cho các bước xử lý khí kế tiếp (lọc bụi, hấp phụ...).

4. Những phương pháp thu hồi nhiệt khí thải

 

 

4.1. Thu hồi nhiệt khí thải bằng bộ trao đổi nhiệt khí – khí

 

Thu hồi nhiệt khí thải nóng để làm nóng không khí cấp vào lò hoặc thiết bị khác.

 

Nguyên lý

Khí thải nóng từ quá trình sản xuất (lò nung, lò hơi, sấy...) mang nhiều nhiệt năng được đưa vào trao đổi nhiệt với khí sạch (thường là không khí từ môi trường), nhưng hai luồng khí này không tiếp xúc trực tiếp mà thông qua các bộ trao đổi nhiệt (thường có dạng ống chùm, dạng tấm, tổ ong…). Sau đó, khí sạch mang nhiệt độ vừa trao đổi trở lại cung cấp cho các quá trình sản xuất (như đốt, sấy, nung…) giúp tiết kiệm nhiên liệu.

 

Ưu nhược điểm

• Ưu điểm: Phương pháp thu hồi nhiệt khí thải này có cấu tạo đơn giản và thu hồi nhiệt hiệu quả, không làm ô nhiễm khí sạch.
• Nhược điểm: Yêu cầu khí thải phải mang nhiệt độ cao, độ chênh lệch với luồng khí sạch phải lớn thì mới đạt hiệu quả. Khó vệ sinh thiết bị, đặc biệt đối với các loại khí thải mang chất ăn mòn, dễ cáu cặn, nồng độ các hạt cao.

Ứng dụng

Phương pháp thu hồi nhiệt khí thải này dùng được cho nhiều ngành nghề như lò sấy, lò đốt, lò nung, HVAC…

 

4.2. Thu hồi nhiệt khí thải bằng bộ trao đổi nhiệt khí – nước

 

Thu hồi nhiệt khí thải để làm nóng nước hoặc sinh hơi cho các quá trình công nghệ khác.

 

Nguyên lý

Phương pháp này dựa trên hiện tượng truyền nhiệt nhờ đối lưu cưỡng bức, truyền nhiệt qua vách ngăn giữa khí và nước (thường là ống kim loại).

Khí thải mang nhiệt độ cao từ lò đốt, lò hơi, động cơ…trao đổi nhiệt với nước lạnh hoặc chất lỏng tải nhiệt khác đi vào ngược chiều với dòng khí thải qua bộ trao đổi nhiệt (thường bằng ống dạng chùm hoặc bằng tấm kim loại). Nhiệt từ khí thải sẽ truyền qua bộ trao đổi nhiệt và làm nóng nước.

 

Ưu nhược điểm

• Ưu điểm: Hiệu quả trao đổi cao, nước thu hồi sau trao đổi nhiệt có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau.
• Nhược điểm: Nước được sử dụng nên xử lý trước để tránh ăn mòn, cáu cặn trong đường ống đồng thời yêu cầu chênh lệch nhiệt độ cao và rõ rệt giữa khí và nước.

Ứng dụng

Phương pháp thu hồi nhiệt khí thải này có thể sử dụng để tiền gia nhiệt nước cấp lò hơi, cung cấp nước nóng cho quy trình sản xuất và sưởi ấm không gian, tòa nhà.

 

4.3. Lò hơi thu hồi nhiệt khí thải (HRSG – Heat Recovery Steam Generator)

 

Lò hơi thu hồi nhiệt khí thải dùng trong các nhà máy điện khí chu trình hỗn hợp, tận dụng khí thải từ tua-bin khí để sinh hơi cho tua-bin hơi.

 

Nguyên lý

Khí thải nhiệt độ cao được đưa qua lò hơi thu hồi nhiệt khí thải để chuyển giao nhiệt cho nước. Đầu tiên, nước nóng dần lên do nhiệt của khí thải, sau khi đạt nhiệt độ nhất định, nước đó được chuyển sang ống bay hơi để tạo hơi nước. Hơi này sau khi sinh ra sẽ được gia tăng nhiệt độ để thành hơi quá nhiệt.

 

Ưu nhược điểm

• Ưu điểm: Lò hơi thu hồi nhiệt khí thải tận dụng nhiệt thải để phát điện hoặc gia nhiệt, đặc biệt trong nhà máy điện, giúp tiết kiệm chi phí năng lượng và tận dụng nhiệt thải.
• Nhược điểm: Lò có chi phí cao do kết cấu phức tạp, nên cân nhắc trước khi lắp đặt và thường phù hợp cho các dự án quy mô lớn.

Ứng dụng

Lượng hơi quá nhiệt này có nhiệt độ cao và áp suất ổn định, thích hợp cho việc quay tua-bin hơi trong các nhà máy phát điện.

 

4.4. Thu hồi nhiệt khí thải bằng bộ sấy hồi nhiệt (Regenerative Heat Exchanger – như Rotary Regenerator)

 

Phương pháp thu hồi nhiệt khí thải dùng trong lò nung, sấy… nơi không khí cấp được làm nóng gián tiếp nhờ khí thải qua một bộ tích nhiệt quay.

 

Nguyên lý

Bộ sấy có một bánh quay được lắp ghép bằng vật liệu có khả năng lưu trữ nhiệt tốt, thường chia thành các khối rỗng hoặc có cấu trúc xốp. Khi khí thải nóng từ quá trình sản xuất đi qua một phía của bánh quay làm nóng vật liệu lưu trữ nhiệt, sau đó phần vật liệu đã được làm nóng này tiếp tục quay sang phía khí lạnh và truyền nhiệt từ vật liệu cho phần khí này. Bánh quay liên tục và các phần của nó luân phiên tiếp xúc với khí nóng, khí lạnh.

 

Ưu nhược điểm

• Ưu điểm: Phương pháp này có hiệu suất thu hồi nhiệt tốt và cho phép vận hành liên tục.
• Nhược điểm: Chi phí đầu tư ban đầu khá cao và cần bảo dưỡng vật liệu thường xuyên. Thêm vào đó, các vật liệu truyền nhiệt cũng có những giới hạn nhất định, nên lựa chọn kỹ lưỡng các vật liệu nhằm đạt được hiệu quả cao.

5. Những phương pháp làm mát khí thải

 

 

Nếu nhiệt độ quá cao vượt ngưỡng xả thải nhưng không đủ để thu hồi nhiệt hoặc sau khi thu hồi nhiệt, nếu nhiệt độ khí thải vẫn chưa đáp ứng yêu cầu xả thải, khi đó ta cần phải làm mát khí thải. Một số phương pháp làm mát khí thải phổ biến như:

 

5.1. Làm mát bằng trao đổi nhiệt

 

Phương pháp này nguyên lý tương tự như trao đổi nhiệt khi thu hồi nhiệt thải, nhưng đối với phương pháp này, nước hoặc khí nhận nhiệt độ có thể không được sử dụng lại do nhiệt độ không thấp hơn mức yêu cầu.

 

5.2. Làm mát trực tiếp bằng nước (Dạng buồng phun)

 

Nguyên lý

Tại phương pháp này, nước từ các buồng phun, ống làm mát, tháp rửa khí sẽ phun (thường dưới dạng tia hoặc phun sương) trực tiếp vào dòng khí thải nóng. Nước sẽ nhanh chóng hấp thụ nhiệt và làm mát từ khí thải, một phần tạo thành hơi nước và bay lên theo đường ống, một phần mang theo các hạt bụi bẩn trong khí thải rơi xuống đáy buồng phun.

 

Ưu nhược điểm

Tuy hiệu quả làm mát cao và có thể kết hợp xử lý bụi trong khí thải nhưng sẽ phát sinh nước thải và tăng nồng độ hơi nước trong dòng khí, có thể ảnh hưởng tới thiết bị xử lý sau.

 

5.3. Làm mát bằng tháp giải nhiệt ướt

 

Nguyên lý

Các lớp đệm trong tháp được cung cấp nước giải nhiệt, khi khí thải theo luồng được cấp vào trong tháp đi qua đệm sẽ được giải nhiệt, một phần sẽ thành hơi nước theo luồng khí thoát ra ngoài. Nước được cấp liên tục vào các lớp đệm, phần nước rơi xuống đáy tháp có thể được tuần hoàn trở lại nếu đáp ứng chất lượng.

 

Ưu nhược điểm

Hiệu quả làm mát cao, chi phí vận hành thấp, có thể tái sử dụng lại nước thải nhưng đồng thời phương pháp này cũng sẽ phát sinh nước thải cần được xử lý, tăng độ ẩm trong khí thải có thể gây khó khăn cho các quy trình sau

 

Qua bài viết này, Thiên Long mong rằng các bạn đã nắm được rõ những ưu nhược điểm, tính chất của các phương pháp làm mát và thu hồi nhiệt từ khí thải.

 

>>> Xem thêm: Nơi cung cấp tháp giải nhiệt uy tín - chất lượng

 

Nếu bạn thấy thích bài viết này, hãy nhấn đăng kí theo dõi trang của chúng tôi để có thể cập nhật sớm nhất những bài viết chất lượng của Thiên Long trong thời gian tới nhé.

 

Dịch vụ xử lý môi trường – Công ty TNHH Đầu Tư Phát triển TMXD

Thiên Long

 

Nếu quý doanh nghiệp còn đang băn khoăn lựa chọn nhà thầu chuyên cung cấp các dịch vụ môi trường uy tín và chất lượng, hãy đến với Thiên Long chúng tôi. Với phương châm “Uy tín tạo nên chất lượng” mỗi sản phẩm, mỗi dự án lắp đặt cho khách hàng đều được Thiên Long thực hiện bằng cả tâm huyết. Chúng tôi cam kết tất cả sản phẩm Thiên Long được làm từ nguyên liệu chất lượng, ứng dụng công nghệ và giải pháp tiên tiến nhất hiện nay. Khách hàng mang đến Thiên Long bài toán môi trường của mình, Thiên Long gửi lại lời giải tiết kiệm và tối ưu nhất cho khách hàng.

 

Qúy doanh nghiệp có nhu cầu hợp tác công ty để thi công lắp đặt các hệ thống làm mát khí thải hoặc quan tâm đến các hạng mục khác, hãy liên hệ với chúng tôi qua HOTLINE: 0965 565 579.