Để chuẩn bị cho các quy định về khí thải nghiêm ngặt hơn trong tương lai, Taiheiyo Engineering Corp đã phát triển nhiều công nghệ khử NOx trong lò nung xi măng. Bước đột phá gần đây nhất kết hợp công nghệ khử NOx mới của công ty với quá trình khử không xúc tác có chọn lọc để đạt được tỷ lệ khử NOx đáng kể với chi phí thấp. Theo Toshiaki Hirose, Taiheiyo Engineering Corp, Nhật Bản
Taiheiyo Engineering Corp tiếp tục phát triển công nghệ khử NOx của mình để hỗ trợ các công ty xi măng trong việc đáp ứng giới hạn phát thải NOx ngày càng nghiêm ngặt hơn (© Halla Cement Corp)
Các giới hạn quy định về phát thải NOx từ lò nung xi măng ngày càng trở nên nghiêm ngặt hơn và hiện nay việc khử NOx là một trong những thách thức quan trọng về tính bền vững đối với ngành xi măng.
Theo thông lệ, người ta tin rằng quá trình khử xúc tác chọn lọc (SCR) là cách duy nhất để đạt được các giới hạn này đối với khí thải NOx . Tuy nhiên, vì chi phí đầu tư và vận hành SCR rất cao nên việc tìm kiếm công nghệ khử NOx cải tiến, chi phí thấp đã trở thành mục tiêu quan trọng đối với ngành xi măng.
Công nghệ khử NOx thông thường
Thế hệ đầu tiên: Hệ thống đốt hai giai đoạn Taiheiyo
Taiheiyo Engineering Corp (TEC) đã thương mại hóa công nghệ khử NOx , Hệ thống đốt hai giai đoạn Taiheiyo dành cho lò nung NSP, trong hơn một thập kỷ. Công nghệ này bao gồm một hoặc hai vòi đốt deNOx được lắp đặt tại khu vực oxy thấp giữa ống đứng và calciner, nơi một phần nhiên liệu của calciner được đốt cháy. Do đó, NOx từ lò nung được giảm xuống và việc sinh ra NOx trong calciner bị hạn chế.
Bằng cách đốt cháy ~ 30% nhiên liệu calciner bằng vòi đốt deNOx, có thể giảm ~ 10÷30% lượng khí thải NOx tại ống khói (tùy thuộc vào số lượng và vị trí của vòi đốt deNOx ).
Dựa trên kết quả này, người ta kỳ vọng rằng lượng khí thải NOx có thể giảm thêm nữa bằng cách tăng lượng nhiên liệu cho các vòi đốt deNOx . Tuy nhiên, xét đến các vấn đề về lớp bám dính (coating) tại ống đứng, lượng nhiên liệu cho các vòi đốt deNOx bị giới hạn ở mức ~ 30% nhiên liệu calciner.
Hình 1: Hệ thống DeNOx của Taiheiyo Engineering Corp (© Tập đoàn Kỹ thuật Taiheiyo)
Thế hệ thứ hai: Hệ thống Taiheiyo DeNOx
Để tăng lượng nhiên liệu cho vòi đốt deNOx mà không gây ra vấn đề về bám dính, TEC đã phát triển Hệ thống Taiheiyo DeNOx bằng cách kết hợp Hệ thống đốt hai giai đoạn Taiheiyo với Hệ thống phân tán lớp bám dính Taiheiyo (TCS).
Tuy nhiên, ngay cả với Hệ thống Taiheiyo DeNOx , nhiên liệu cho vòi đốt deNOx cũng chỉ giới hạn ở mức 50% nhiên liệu của calciner (xem Bảng 1).
Công nghệ khử NOx mới nhất của TEC
Trong những năm gần đây, TEC đã phát triển và thương mại hóa công nghệ TTR®-G của mình để khí hóa chất thải nhựa bằng bột liệu nóng để sử dụng hiệu quả nhiên liệu thay thế. Khí từ hệ thống TTR®-G chứa một lượng đáng kể hydrocarbon có hiệu quả cao trong việc khử NOx như thể hiện trong các công thức phản ứng sau:
- NO + CO → N2+ CO2
- NO + CmHn→ NH3+ CO
- NH3+ O2 → NH2 + H2O
- NH2+ NO → N2 + H2O
Hình 2 cung cấp phác thảo về công nghệ khử NOx mới.
Hình 2: Vòi đốt TTR®-G + deNOx của Taiheiyo Engineering Corp kết hợp trong công nghệ DeNOx mới (© Tập đoàn Kỹ thuật Taiheiyo)
Bột liệu nóng có nhiệt độ 740°C từ đáy cyclon thứ hai (từ dưới lên) đi vào hệ thống TTR-G. Bột liệu nóng và rác thải nhựa được trộn lẫn với nhau trong hệ thống, và vật liệu hỗn hợp (bột liệu nóng và cặn của rác thải nhựa) và khí dễ cháy được tách ra theo các đường riêng biệt. Sau đó, chúng được trộn lẫn và đưa vào ống đứng.
Nhiệt độ đầu ra từ hệ thống TTR-G được kiểm soát ở mức 520°C. Vì tất cả bột liệu nóng trong cyclon thứ hai ban đầu sẽ đi vào calciner, nên lưu lượng bột nóng vẫn như vậy ngay cả khi một phần bột nóng được trích xuất và đi vào qua hệ thống TTR-G. Do đó, hoạt động của lò nung không bị ảnh hưởng.
Hơn nữa, nhiệt độ thấp của vật liệu hỗn hợp và khí dễ cháy được cung cấp cho ống đứng ngăn chặn sự bám dính. Do đó, 100% nhiên liệu calciner có thể được đốt cháy bởi vòi đốt deNOx . TEC cũng cải thiện thiết kế của vòi đốt deNOx để cho phép trộn hiệu quả khí TTR-G và chất khử NOx . Kết quả là, lượng khí thải NOx tại ống khói có thể giảm 40%.
Công nghệ khử NOx mới + SNCR
Để phát triển hơn nữa công nghệ khử NOx , TEC đã kết hợp công nghệ khử NOx mới (TTR-G + vòi đốt deNOx ) với SNCR để đạt được tỷ lệ khử NOx là ~70%. Bảng 2 cho thấy hiệu quả khử NOx .
Nhu cầu nhiệt thấp hơn
Bảng 3 cho thấy sự so sánh giữa TTR-G và việc đưa trực tiếp rác thải nhựa vào lò nung.
Theo Bảng 3, quá trình khí hóa cũng cải thiện khả năng cháy và giảm nồng độ CO, thể tích khí riêng và nhiệt độ khí tại đầu ra IDF. Do đó, bằng cách giảm tổn thất nhiệt của khí thải, bao gồm CO chưa cháy tại đầu ra IDF, mức giảm tiêu thụ nhiệt là 190,6kJ/kg clinker (tương đương than: 1,64 tấn/giờ).
Kết luận
Hiệu ứng khử NOx cao
Công nghệ khử NOx mới của Taiheiyo Engineering Corp (TTR-G + vòi đốt deNOx ) và SNCR có thể đạt được hiệu suất khử NOx gần như tương đương với SCR (xem Bảng 4).
Hơn nữa, lượng chất khử NOx bằng công nghệ khử NOx mới là rất lớn so với lượng NOx sinh ra trong lò nung xi măng. Do đó, có thể khử NOx nhiều hơn nữa bằng cách cải thiện hỗn hợp chất khử NOx và NOx .
Ngoài ra, có thể xác nhận nồng độ CO giảm do khả năng cháy được cải thiện thông qua quá trình khí hóa và dự kiến tổng lượng khí thải hydrocarbon cũng sẽ giảm.
Chi phí đầu tư thấp
Chi phí đầu tư cho công nghệ khử NOx mới chỉ bằng khoảng 20% chi phí đầu tư cho SCR.
Ngoài ra, không cần phải sửa đổi tháp sấy sơ bộ quy mô lớn, chẳng hạn như tăng thể tích calciner. Công việc lắp đặt hệ thống có thể hoàn thành trong vòng một tháng trong thời gian bảo trì.
Công nghệ khử NOx mới do Taiheiyo Engineering Corp phát triển hỗ trợ các công ty xi măng, chẳng hạn như nhà máy xi măng này ở Hàn Quốc, vận hành của họ ổn định hơn (© Tập đoàn Kỹ thuật Taiheiyo)
Cải tiến quy trình sản xuất clinker
Công nghệ khử NOx mới có một số ưu điểm như sau:
- Cải thiện khả năng cháy
- Giảm lượng nhiệt cấp trực tiếp vào calciner
- Ngăn ngừa các vấn đề về bám dính
- Góp phần vận hành ổn định.
Công nghệ khử NOx mới chỉ là một trong nhiều nỗ lực của Taiheiyo Engineering Corp nhằm đóng góp vào việc bảo vệ môi trường. Công ty cam kết phát triển và cung cấp các công nghệ và dịch vụ tiên tiến nhất cho một xã hội xanh và bền vững.
T.T theo: Cement review