LẮP ĐẶT VÀ ĐƯA VÀO VẬN HÀNH THÀNH CÔNG HỆ THỐNG SCR

Tác giả: Georg Lechner – Trưởng Phòng Kinh Doanh Khoáng Sản Công Nghiệp, Andreas Brandstetter – Giám đốc Dự án, Stefan Huemer – Kỹ sư Công nghệ, Stefan Kronberger – Giám đốc bán hàng, và Christina Maringer – Tiếp thị Đối tác Kinh doanh
Đăng trên Tạp chí World Cement số tháng 11/2023, Tr.33-35
Người dịch: Nguyễn Thị Kim Lan.

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 A.p.A.
            Nằm ở Pederobba thuộc Bắc Ý, nhà sản xuất xi măng Industria Cementi Giovanni Rossi S.p.A đã có hơn 90 năm sản xuất xi măng và các 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.
Hạn mức phát thải nghiêm ngặt hơn
Cho đến tháng 12/2022, Industria Cementi Giovanni Rossi S.p.A đã sử dụng hệ thống SNCR để khử giảm ni-tơ ô-xít (NO_x) 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 NO_x không còn đáng tin cậy nữa.
Trước đây, làm sạch khí thải đạt được nhờ sử dụng hệ thống SNCR. Để khử giảm phát thải, các viên u-rê được phun vào tháp bộ trao đổi nhiệt, có nghĩa là NO_x đã được khử giảm 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 hạn mức phát thải 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 khái niệm đã được điều chỉnh chính xác theo yêu cầu của khách hàng. Trong 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 1/2022, Scheuch đã làm việc chăm chỉ để lên kế hoạch và thực thi giải pháp làm sạch khí thải, mà đã đặc biệt đáp ứng được các yêu cầu của nhà sản xuất xi măng này. Mặt bằng bố trí hệ thống đã được xác định cùng với khách  hàng. Các chi tiết tự động hóa và biểu diễn trực quan hóa đã được khách hàng thực hiện trên cơ sở của phần 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 tránh ra vì những lý do về bảo vệ môi trường và bảo vệ động vật. Các biện pháp bảo vệ chống ồn cũng được thực thi 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 giúp đạt được các hạn mức phát thải tương lai đối với NO_x và amoniac (NH₃). Hệ thống khiến cho nhà máy khử giảm tới 65% lượng phát thải NO_x, NH₃ và TOC. Hơn nữa, hệ thống 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 NO_x 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 SO_x 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 NO_x, 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 NO_x, 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 NO_x, 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 NO_x. Công nghệ SCR khiến cho nó có thể đạt được các giá trị phát thải NO_x/NH₃ cực thấp với tỉ lệ cân bằng hóa học hiệu quả bằng 1 hoặc nhỏ hơn.