Lắp đặt và đưa vào vận hành thành công hệ thống SCR
Trong bài viết này, các chuyên gia công ty chuyên về môi trường Scheuch bàn luận về việc thi công lắp đặt lần đầu tiên tháp cuối (tail-end) khử giảm xúc tác có lựa chọn thông thường (SCR) tại nhà máy Industria Cementi Giovanni Rossi S.p.A.
Có trụ sở tại Pederobba ở miền Bắc nước Ý, nhà sản xuất xi măng Industria Cementi Giovanni Rossi S.p.A đã có hơn 90 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực sản xuất xi măng và chất kết dính thủy lực. Tính bền vững và thực hành sinh thái là những giá trị quan trọng trong triết lý doanh nghiệp của Tập đoàn Cementirossi. Cùng với giải pháp tiếp cận bền vững này, Cementi Rossi sử dụng các công nghệ kết hợp các yêu cầu sản xuất với các mối quan tâm về môi trường.
Giới hạn phát thải nghiêm ngặt hơn
Cho đến tháng 12/2022, Industria Cementi Giovanni Rossi S.p.A đã sử dụng hệ thống SNCR để giảm oxit nitơ (NOx) như là một phần trong các biện pháp làm sạch khí thải. Trong tháng 1/2023, các quy định về hạn mức phát thải tại cơ sở Pederobba ở Ý đã trở nên nghiêm ngặt hơn, có nghĩa là các giá trị giới hạn NOx không còn đáng tin cậy nữa.
Trước đây, làm sạch khí thải được thực hiện bằng hệ thống SNCR. Để làm giảm lượng khí phát thải, các viên urê được phun vào tháp trao đổi nhiệt, có nghĩa là NOx đã được khử mà không xảy ra bất kỳ phản ứng xúc tác nào. Để đảm bảo có thể đạt được các hạn mức phát thải nghiêm ngặt hơn, cần phải tìm ra một giải pháp mới.
Giải pháp tùy chỉnh
Để đạt được các giá trị giới hạn phát thải theo yêu cầu, công ty chuyên về môi trường Scheuch đã lắp đặt một tháp cuối (tail-end) SCR tùy chỉnh. Công ty đã phát triển một ý tưởng được điều chỉnh chính xác theo yêu cầu của khách hàng. Tháng 12/2020, đơn hàng đặt mua hệ thống tháp cuối SCR để khử giảm khí thải đã được xác nhận. Từ tháng 12/2020 đến tháng 2/2022, Scheuch đã lên kế hoạch và triển khai giải pháp làm sạch khí thải được điều chỉnh theo yêu cầu của nhà sản xuất xi măng. Mặt bằng bố trí hệ thống đã được xác định cùng với khách hàng. Các chi tiết tự động hóa và trực quan hóa đã được khách hàng triển khai trên cơ sở mô tả chức năng do Scheuch cung cấp.
Giải pháp tối ưu đã được phát triển bằng cách tính toán một loạt các thông số liên quan, cũng như các điều kiện ở địa phương. Cơ sở sản xuất của khách hàng nằm ở vùng động đất và ở khu vực bảo tồn thiên nhiên. Các bề mặt bóng láng phải được loại bỏ vì những lý do bảo vệ môi trường và bảo vệ động vật. Các biện pháp chống ồn cũng được thực hiện để mức áp suất âm thanh 65 dBA là giá trị giới hạn không được vượt quá ở khoảng cách 1 mm.
Hệ thống hiện đại này cũng sẽ cho phép đáp ứng các giới hạn phát thải trong tương lai đối với NOx và amoniac (NH3). Hệ thống này có thể khiến cho nhà máy giảm tới 65% NOx, NH3 và TOC. Hơn nữa, hệ thống này là một sự bổ sung đáng kể cho dòng sản phẩm làm sạch khí thải của Scheuch.
Thành tựu kỹ thuật
Tháp cuối SCR có thể tách riêng khỏi quá trình nung luyện clinker thông qua một chu trình nhánh phụ (bypass) với quạt SCR riêng. Ưu điểm của giải pháp này là hệ thống có thể khởi động và dừng theo cách thức tin cậy và hoàn toàn tự động từ quá trình lò nung.
Giới hạn phát thải nghiêm ngặt hơn
Cho đến tháng 12/2022, Industria Cementi Giovanni Rossi S.p.A đã sử dụng hệ thống SNCR để giảm oxit nitơ (NOx) như là một phần trong các biện pháp làm sạch khí thải. Trong tháng 1/2023, các quy định về hạn mức phát thải tại cơ sở Pederobba ở Ý đã trở nên nghiêm ngặt hơn, có nghĩa là các giá trị giới hạn NOx không còn đáng tin cậy nữa.
Trước đây, làm sạch khí thải được thực hiện bằng hệ thống SNCR. Để làm giảm lượng khí phát thải, các viên urê được phun vào tháp trao đổi nhiệt, có nghĩa là NOx đã được khử mà không xảy ra bất kỳ phản ứng xúc tác nào. Để đảm bảo có thể đạt được các hạn mức phát thải nghiêm ngặt hơn, cần phải tìm ra một giải pháp mới.
Giải pháp tùy chỉnh
Để đạt được các giá trị giới hạn phát thải theo yêu cầu, công ty chuyên về môi trường Scheuch đã lắp đặt một tháp cuối (tail-end) SCR tùy chỉnh. Công ty đã phát triển một ý tưởng được điều chỉnh chính xác theo yêu cầu của khách hàng. Tháng 12/2020, đơn hàng đặt mua hệ thống tháp cuối SCR để khử giảm khí thải đã được xác nhận. Từ tháng 12/2020 đến tháng 2/2022, Scheuch đã lên kế hoạch và triển khai giải pháp làm sạch khí thải được điều chỉnh theo yêu cầu của nhà sản xuất xi măng. Mặt bằng bố trí hệ thống đã được xác định cùng với khách hàng. Các chi tiết tự động hóa và trực quan hóa đã được khách hàng triển khai trên cơ sở mô tả chức năng do Scheuch cung cấp.
Giải pháp tối ưu đã được phát triển bằng cách tính toán một loạt các thông số liên quan, cũng như các điều kiện ở địa phương. Cơ sở sản xuất của khách hàng nằm ở vùng động đất và ở khu vực bảo tồn thiên nhiên. Các bề mặt bóng láng phải được loại bỏ vì những lý do bảo vệ môi trường và bảo vệ động vật. Các biện pháp chống ồn cũng được thực hiện để mức áp suất âm thanh 65 dBA là giá trị giới hạn không được vượt quá ở khoảng cách 1 mm.
Hệ thống hiện đại này cũng sẽ cho phép đáp ứng các giới hạn phát thải trong tương lai đối với NOx và amoniac (NH3). Hệ thống này có thể khiến cho nhà máy giảm tới 65% NOx, NH3 và TOC. Hơn nữa, hệ thống này là một sự bổ sung đáng kể cho dòng sản phẩm làm sạch khí thải của Scheuch.
Thành tựu kỹ thuật
Tháp cuối SCR có thể tách riêng khỏi quá trình nung luyện clinker thông qua một chu trình nhánh phụ (bypass) với quạt SCR riêng. Ưu điểm của giải pháp này là hệ thống có thể khởi động và dừng theo cách thức tin cậy và hoàn toàn tự động từ quá trình lò nung.
Khí thải của lò được thu giữ lại ở phía đầu ra của lọc bụi túi có nhiệt độ tương đối thấp. Đấy là do hệ thống thu hồi nhiệt, mà nhà máy xi măng đã đổi mới về công nghệ đã hoạt động được vài năm. Để đảm bảo NOx có thể tách ra được đồng thời với lượng phát thải NH3 thấp, cần phải duy trì nhiệt độ tối thiểu ở chất xúc tác.
Tăng nhiệt độ theo cách thức tiết kiệm là thách thức lớn nhất đối với tất cả các giải pháp cuối SCR. Trong dự án tại Industria Cementi Giovanni Rossi S.p.A, đã lựa chọn kết hợp bộ trao đổi nhiệt dạng tấm với vòi đốt khí. Công tác lắp đặt bộ trao đổi nhiệt dạng tấm (REKUGAVO) giúp cho có thể gia nhiệt lại khí thải một cách cực kỳ hiệu quả về kinh tế. Cả hai dòng khí đi qua các tấm định hình được hàn lại với nhau với công suất riêng của dòng ngược cao. Thiết kế này đảm bảo rằng dòng khí đi qua mà không hề bị rò rỉ. Để cân bằng thất thoát nhiệt độ không thể tránh khỏi trong hệ thống, hai vòi đốt khí cũng được lắp đặt và có thể kiểm soát được theo hàm lượng SOx ban đầu. Điều này giảm thiểu nguy cơ bị mài mòn ở đầu vào bộ trao đổi nhiệt dạng tấm.
Thiết kế nhỏ gọn tiết kiệm tài nguyên
Kích thước lò phản ứng hoặc tiết diện ngang chịu ảnh hưởng không chỉ bởi các chất xúc tác được sử dụng, mà còn bởi kiểu điểm phun dung dịch amoniac vào. Để đạt được thiết kế nhỏ gọn, sẽ không hiệu quả khi chỉ dựa vào việc phun thẳng đã được thử nghiệm và thí nghiệm qua các vòi phun hai bậc. Kể cả dòng ngược lưới phun thông thường của lớp xúc tác đầu tiên cũng yêu cầu chiều cao lắp đặt thỏa đáng để phân phối amoniac liên quan đến quá trình lên bề mặt. Để đạt được thiết kế nhỏ gọn, Scheuch đã lựa chọn một giải pháp thay thế. Chất thử phản ứng được phun vào đường ống dẫn chảy ngược lên phía trên ở phía lò phản ứng. Để thực hiện được điều này, khí thải được tách ra khỏi quá trình trước khi được gia nhiệt trung gian và được nạp vào đường ống thiết bị bay hơi, trong đó có bố trí các mũi cắt phun dung dịch amoniac. Ngay khi dung dịch amoniac được bay hơi trước theo cách này, có thể đạt được một kết cấu hệ thống nhỏ gọn với chiều cao lắp đặt thấp tiết kiệm tài nguyên.
Đảm bảo phân phối khí đều
Hầu hết các quá trình làm sạch khí thải được sử dụng trong quá trình thiết kế công nghệ, việc phân phối đều dòng khí ngược hoặc trong lò phản ứng đóng một vai trò quan trọng. Thủ thuật thường là đưa dòng khí thải từ đường ống có đường kính nhỏ gọn hoặc các đường ống dẫn có tốc độ ~20 m/giây với tổng chiều dài ngắn và kéo dài nó đến các mặt cắt hình chữ nhật lớn. Sử dụng phép phân tích dòng chảy nội bộ, các mô hình và thiết bị lắp đặt đã được phát triển mà đã được thiết kế ngược và thử nghiệm trên quy mô mô hình để tạo ra các dữ liệu hữu ích cho hệ thống quy mô lớn. Phân bố nhiệt độ đều tại đầu vào lò phản ứng, áp suất vi sai thấp và hệ số cân bằng hóa học <1 cho thấy rằng việc nâng cấp chính xác đã được áp dụng cho các mô hình được lựa chọn và do đó, hệ thống quy mô lớn có thể được vận hành hiệu quả hơn. Khi nói đến hệ số cân bằng hóa học <1, quá trình được hưởng lợi từ lượng amoniac được giải phóng ra trong quá trình sấy nguyên liệu ở tháp trao đổi nhiệt và cuối cùng được thực hiện tại chất xúc tác. Điều này khiến cho lượng phát thải NH3 liên quan đến nguyên liệu giảm tới mức thấp nhất.
Hệ thống đã được đưa vào vận hành từ tháng 10 đến tháng 12/2022.
Chỉ tiêu kỹ thuật
• Nhiệm vụ: Làm sạch khí thải.
• Công nghệ Scheuch: Tháp cuối SCR.
• Mục đích: khử giảm NOx, NH3 và TOC (lên đến 65%).
• Đầu vào dòng khí: 340 000 đến 380 000 Nm3/h.
• Đặc tính kỹ thuật: cung cấp NH3, bay hơi bên ngoài, phân phối khí tại chất xúc tác được thiết kế hoàn hảo, thiết bị lắp đặt được chế tạo tùy chỉnh các điều kiện sản xuất của khách hàng.
Giai đoạn thử nghiệm
Hệ thống đã được đưa vào chạy thử trong tháng 1/2023. Để đảm bảo tuân thủ các giới hạn phát thải, đã tiến hành thử chỉ tiêu bảo hành để giám sát mức tiêu hao điện năng, tiêu hao khí đốt, phân tách NOx, tiêu hao NH3 và các giới hạn tiếng ồn. Trong quá trình thử chỉ tiêu bảo hành đã thực hiện các đo lường được xác nhận là phù hợp với tất cả các giá trị giới hạn được bảo hành. Thử chỉ tiêu bảo hành đã được hoàn thành trong tháng 2/2023, ngay sau đợt sửa đổi mùa đông, đã được cấp chứng nhận nghiệm thu hệ thống.
Gennaro Verbaro, Giám đốc Kỹ thuật của Industria Cementi Giovanni Rossi S.p.A, đã nhận xét về dự án, sau khi cùng nhau hoàn thành xuất sắc công việc, chúng tôi có thể nói rằng SCR Thấp Bụi ở Pederobba hoạt động tốt và là hệ thống hiện đại trong ngành Xi măng trên thế giới.
Công nghệ SCR
Để khử giảm những lượng khí nguy hại như NOx, NH3 và các hợp chát hữu cơ, Scheuch đã đạt được những phát triển quan trọng hơn về công nghệ SCR, khiến cho chúng trở thành giải pháp tối ưu đáp ứng các yêu cầu của khách hàng.
Các loại hệ thống tinh xảo về mặt kỹ thuật khác có sẵn tùy thuộc vào cấu hình hệ thống. Bên cạnh các ứng dụng bụi cao như SCR bụi cao, SCR bán bụi hoặc nến lọc xúc tác (CCF), có những hệ thống thấp bụi như regenox (tái sinh), deconox®, chất xúc tác LT hoặc như đã mô tả ở trên tháp cuối SCR để lựa chọn.
Các ứng dụng này đảm bảo khử giảm tin cậy NOx. Công nghệ SCR khiến cho nó có thể đạt được các giá trị phát thải NOx/NH3 cực thấp với tỉ lệ cân bằng hóa học hiệu quả bằng 1 hoặc nhỏ hơn.
Tăng nhiệt độ theo cách thức tiết kiệm là thách thức lớn nhất đối với tất cả các giải pháp cuối SCR. Trong dự án tại Industria Cementi Giovanni Rossi S.p.A, đã lựa chọn kết hợp bộ trao đổi nhiệt dạng tấm với vòi đốt khí. Công tác lắp đặt bộ trao đổi nhiệt dạng tấm (REKUGAVO) giúp cho có thể gia nhiệt lại khí thải một cách cực kỳ hiệu quả về kinh tế. Cả hai dòng khí đi qua các tấm định hình được hàn lại với nhau với công suất riêng của dòng ngược cao. Thiết kế này đảm bảo rằng dòng khí đi qua mà không hề bị rò rỉ. Để cân bằng thất thoát nhiệt độ không thể tránh khỏi trong hệ thống, hai vòi đốt khí cũng được lắp đặt và có thể kiểm soát được theo hàm lượng SOx ban đầu. Điều này giảm thiểu nguy cơ bị mài mòn ở đầu vào bộ trao đổi nhiệt dạng tấm.
Thiết kế nhỏ gọn tiết kiệm tài nguyên
Kích thước lò phản ứng hoặc tiết diện ngang chịu ảnh hưởng không chỉ bởi các chất xúc tác được sử dụng, mà còn bởi kiểu điểm phun dung dịch amoniac vào. Để đạt được thiết kế nhỏ gọn, sẽ không hiệu quả khi chỉ dựa vào việc phun thẳng đã được thử nghiệm và thí nghiệm qua các vòi phun hai bậc. Kể cả dòng ngược lưới phun thông thường của lớp xúc tác đầu tiên cũng yêu cầu chiều cao lắp đặt thỏa đáng để phân phối amoniac liên quan đến quá trình lên bề mặt. Để đạt được thiết kế nhỏ gọn, Scheuch đã lựa chọn một giải pháp thay thế. Chất thử phản ứng được phun vào đường ống dẫn chảy ngược lên phía trên ở phía lò phản ứng. Để thực hiện được điều này, khí thải được tách ra khỏi quá trình trước khi được gia nhiệt trung gian và được nạp vào đường ống thiết bị bay hơi, trong đó có bố trí các mũi cắt phun dung dịch amoniac. Ngay khi dung dịch amoniac được bay hơi trước theo cách này, có thể đạt được một kết cấu hệ thống nhỏ gọn với chiều cao lắp đặt thấp tiết kiệm tài nguyên.
Đảm bảo phân phối khí đều
Hầu hết các quá trình làm sạch khí thải được sử dụng trong quá trình thiết kế công nghệ, việc phân phối đều dòng khí ngược hoặc trong lò phản ứng đóng một vai trò quan trọng. Thủ thuật thường là đưa dòng khí thải từ đường ống có đường kính nhỏ gọn hoặc các đường ống dẫn có tốc độ ~20 m/giây với tổng chiều dài ngắn và kéo dài nó đến các mặt cắt hình chữ nhật lớn. Sử dụng phép phân tích dòng chảy nội bộ, các mô hình và thiết bị lắp đặt đã được phát triển mà đã được thiết kế ngược và thử nghiệm trên quy mô mô hình để tạo ra các dữ liệu hữu ích cho hệ thống quy mô lớn. Phân bố nhiệt độ đều tại đầu vào lò phản ứng, áp suất vi sai thấp và hệ số cân bằng hóa học <1 cho thấy rằng việc nâng cấp chính xác đã được áp dụng cho các mô hình được lựa chọn và do đó, hệ thống quy mô lớn có thể được vận hành hiệu quả hơn. Khi nói đến hệ số cân bằng hóa học <1, quá trình được hưởng lợi từ lượng amoniac được giải phóng ra trong quá trình sấy nguyên liệu ở tháp trao đổi nhiệt và cuối cùng được thực hiện tại chất xúc tác. Điều này khiến cho lượng phát thải NH3 liên quan đến nguyên liệu giảm tới mức thấp nhất.
Hệ thống đã được đưa vào vận hành từ tháng 10 đến tháng 12/2022.
Chỉ tiêu kỹ thuật
• Nhiệm vụ: Làm sạch khí thải.
• Công nghệ Scheuch: Tháp cuối SCR.
• Mục đích: khử giảm NOx, NH3 và TOC (lên đến 65%).
• Đầu vào dòng khí: 340 000 đến 380 000 Nm3/h.
• Đặc tính kỹ thuật: cung cấp NH3, bay hơi bên ngoài, phân phối khí tại chất xúc tác được thiết kế hoàn hảo, thiết bị lắp đặt được chế tạo tùy chỉnh các điều kiện sản xuất của khách hàng.
Giai đoạn thử nghiệm
Hệ thống đã được đưa vào chạy thử trong tháng 1/2023. Để đảm bảo tuân thủ các giới hạn phát thải, đã tiến hành thử chỉ tiêu bảo hành để giám sát mức tiêu hao điện năng, tiêu hao khí đốt, phân tách NOx, tiêu hao NH3 và các giới hạn tiếng ồn. Trong quá trình thử chỉ tiêu bảo hành đã thực hiện các đo lường được xác nhận là phù hợp với tất cả các giá trị giới hạn được bảo hành. Thử chỉ tiêu bảo hành đã được hoàn thành trong tháng 2/2023, ngay sau đợt sửa đổi mùa đông, đã được cấp chứng nhận nghiệm thu hệ thống.
Gennaro Verbaro, Giám đốc Kỹ thuật của Industria Cementi Giovanni Rossi S.p.A, đã nhận xét về dự án, sau khi cùng nhau hoàn thành xuất sắc công việc, chúng tôi có thể nói rằng SCR Thấp Bụi ở Pederobba hoạt động tốt và là hệ thống hiện đại trong ngành Xi măng trên thế giới.
Công nghệ SCR
Để khử giảm những lượng khí nguy hại như NOx, NH3 và các hợp chát hữu cơ, Scheuch đã đạt được những phát triển quan trọng hơn về công nghệ SCR, khiến cho chúng trở thành giải pháp tối ưu đáp ứng các yêu cầu của khách hàng.
Các loại hệ thống tinh xảo về mặt kỹ thuật khác có sẵn tùy thuộc vào cấu hình hệ thống. Bên cạnh các ứng dụng bụi cao như SCR bụi cao, SCR bán bụi hoặc nến lọc xúc tác (CCF), có những hệ thống thấp bụi như regenox (tái sinh), deconox®, chất xúc tác LT hoặc như đã mô tả ở trên tháp cuối SCR để lựa chọn.
Các ứng dụng này đảm bảo khử giảm tin cậy NOx. Công nghệ SCR khiến cho nó có thể đạt được các giá trị phát thải NOx/NH3 cực thấp với tỉ lệ cân bằng hóa học hiệu quả bằng 1 hoặc nhỏ hơn.
David Bizley
Nguyễn Thị Kim Lan dịch từ World Cement số tháng 11/2023
VLXD.org
