Phương pháp đo O2, CO, CO2 trong khí thải để kiểm soát quá trình cháy

Ngày đăng: 12/01/2022 - Lượt xem: 2891

Nhiên liệu, ví dụ than đá, khi cháy tạo ra CO2 và H2O. Khi quá trình cháy nhiên liệu xảy ra trong điều kiện thiếu oxy, nồng độ CO trong khí thải cao. Để quá trình cháy có hiệu quả, cần cấp đủ O2 để nhiên liệu cháy hoàn toàn. Do đó, quan trắc O2, CO và CO2 trong khí thải có vai trò quan trọng trong việc kiểm soát hiệu quả của quá trình cháy. Phương pháp quan trắc O2, CO và CO2 được trình bày ở dưới đây.

Phương pháp hóa học

Có 2 loại phương pháp hóa học thường dùng là Orsat và Fyrite.Ở đây chỉ giới thiệu phương pháp Orsat. Thiết bị phân tích Orsat được trình bày trên Hình 2.1. Dung dịch để hấp thụ CO2, O2 và CO tương ứng được đặt trong các ống hấp thụ C, D và E. Mẫu khí được đưa vào từ ống U. Van ba chiều được mở ra để dẫn khí vào C, D và E và CO2, O2, CO lần lượt bị hấp thụ. Mức độ giảm thể tích mẫu khí trong thiết bị cho phép xác định nồng độ khí (% thế tích) khí khô.

Dung dịch hấp thụ:
CO₂ : Hòa tan 60 g KOH trong 200 ml nước cất tạo thành dung dịch hấp thụ (a)
O₂ : Hòa tan 12 g pyrogallol trong 100 ml nước cất (b)
Trộn cùng một thể tích dung dịch (a) với dung dịch (b)

CO: Hòa tan 33 g NH4Cl và 27 g CuCl2 trong 100 mL nước cất và sau đó trộn cùng một thể tích với dung dịch amoni (25%).

Phương pháp vật lý và hóa lý.

(a) Lựa chọn thiết bị đo
Có nhiều loại thiết bị đo O2, CO2 và CO trên thị trường. Có 2 cách đo thường được sử dụng: Cách thứ nhất là tách một phần khí để đưa vào thiết bị đo thông qua đầu hút lấy mẫu (extractive measurement); Cách thứ hai là đo trực tiếp trong ống hút khí (In situ measurement).
Loại thiết bị đo (O2, CO2 và CO), nguyên lý và các các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả đo được tóm tắt ở Bảng 2.1.
Khi lựa chọn thiết bị, người sử dụng nên cung cấp thông tin về những yếu tố có thể ảnh hưởng đến kết quả đo có trong khí thải, nhiệt độ khí thải cũng như điều kiện tại khu vực nhà máy cho nhà cung cấp để họ có thể đánh giá mức độ phù hợp của thiết bị với điều kiện đo.
Bảng 2.1. Thiết bị đo (O2, CO2 và CO), nguyên lý và các các yếu tố ảnh hưởng

Phương pháp	Thông số	Nguyên lý	Yếu tố ảnh hưởng
Đo thông qua mẫu hút (Extractive measurement)
Phương pháp thuận từ (Paramagnetic)	O2	Đồng hồ đo oxy kiểu điện từ là đồng hồ đo liên tục nồng độ O2 sử dụng lực hút sinh ra khi phân tử O2 là chất thuận từ bị từ hóa trong từ trường.	Có thể bỏ qua ảnh hưởng của NO
Phương pháp điện hóa (Electrochemical)	O2, CO	Phương pháp ZrO2 (chỉ dùng cho O2): Được dùng để đo lượng O2 dư trong khí thải bằng sensor ZrO2. Sensor này được cấu tạo bởi một miếng ZrO2 có trộn thêm vi lượng Y. Hai mặt của miếng ZrO2 này được phủ bởi màng platin mỏng và rỗng. Khí đó, sensor này là một pin điện, với ZrO2 đóng vai trò là chất điện ly rắn, và điện áp của nó là một một hàm của nồng độ oxy trong khí thải. Phương pháp pin điện hóa: Quá trình oxy hóa hoặc khử các phân tử của một chất khí trên điện cực sẽ tạo ra dòng điện có cường độ tỷ lệ thuận với áp suất riêng phần của khí đó.	Phương pháp ZrO2: CO và CH4, phản ứng dễ dàng với O2 ở nhiệt độ cao, sẽ gây ảnh hưởng. Bên cạnh đó SO2 cao sẽ gây ăn mòn thiết bị. Phương pháp pin điện hóa: phản ứng oxi hóa - khử của SO2 và CO2 sẽ ảnh hưởng đến phép đo.
Phương pháp phổ hồng ngoại không phân tán (NDIR)	CO CO2	Phương pháp quang phổ hồng ngoại không phân tán dựa trên nguyên lý các khí khác nhau sẽ hấp thụ bức xạ hồng ngoại tại các bước sóng khác nhau.	Do ưu điểm là dễ sử dụng, phương pháp này rất phổ biến hiện nay. Hàm ẩm là một yếu tố ảnh hưởng đến phép đo nên phải được loại bỏ trước khi đo.
Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (Fourier transform infrared spectroscopy FTIR)	CO CO2	Bức xạ hồng ngoại từ thiết bị (tạo) giao thoa được chiếu vào buồng đo. Phổ hấp thụ hồng ngoại của CO₂ và CO được phân tích (chuyển hóa) thành chuỗi Furrier và được chuẩn hóa để nhận được giá trị nồng độ. Phân tích nhiều chất có thể được thực hiện đồng thời.	Phương pháp này rất phổ biến hiện nay. Hàm ẩm là một yếu tố ảnh hưởng đến phép đo nên phải được loại bỏ trước khi đo.
Đo trực tiếp trong ống hút khí thải (In situ measurement)
Phân tích laser có	CO	Tia UV hoặc IR được chiếu qua ống dẫn	Việc hiệu chuẩn định kỳ

Phương pháp	Thông số	Nguyên lý	Yếu tố ảnh hưởng
thể điều chỉnh TLS (Tunable laser analyser)	CO2 O2	khí và sự hấp thụ ở bước sóng ứng với chất khí cần đo sẽ xảy ra.	là cần thiết và khí chuẩn được sử dụng để thực hiện công việc này. Trường hợp nồng độ bụi trong khí thải cao, phương pháp này không sử dụng được.

Bảng 2.2. Khoảng đo của một số phương pháp

Phương pháp phân tích	Khoảng đo
Phương pháp thuận từ (paramagnetic), TLS	O2 : 0~5%, 0~10%, 0~25%
Phương pháp điện hóa	Phương pháp ZrO2 : O2:0~5%, 0~10%, 0~25% Phương pháp pin điện hóa: CO: Từ 0~200 ppm đến 0~2%
NDIR	CO: Từ 0~50 ppm đến 0-5%
FTIR	CO2: 0-25%
TLS

(b) Bảo dưỡng thiết bị đo

Việc bảo dưỡng các thiết bị hàng ngày hoặc định kỳ nên được thực hiện theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Các bộ lọc bụi phải được thay định kỳ tùy thuộc vào mức độ bụi tại vị trí lấy mẫu đo. Trong quá trình thay bộ lọc, hộp chứa lọc bụi phải được vệ sinh sạch sẽ. Một điều rất quan trọng là việc hiệu chỉnh của các thiết bị phân tích cần được thực hiện tại điểm không (0) hoặc điểm khí chuẩn (span gas) một cách định kỳ.
Điểm không “0” và điểm khí chuẩn nên được thực hiện trong cùng điều kiện lưu lượng và áp suất, sử dụng cùng đầu lấy mẫu của thiết bị hoặc theo chỉ dẫn của nhà sản xuất.
Quy trình hiệu chuẩn nên thực hiện như sau:

Cung cấp không khí vào thiết bị và đặt không “0”;
Cung cấp khí chuẩn và điều chỉnh thiết bị thích hợp
Cung cấp không khí vào trong thiết bị một lần nữa và kiểm tra số liệu trên thiết bị chuyển về không “0”.

Lặp lại bước a) tới c), nếu giá trị đọc được không trở về không “0”.
* Khí nitơ được sử dụng làm khí không “0”. Nồng độ khí trong khoảng 70%~90% sẽ được sử dụng cho khí chuẩn.