HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT
Hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp nhiệt là giải pháp tiên tiến giúp loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm nguy hiểm như khí VOCs, CO, NOx trong các ngành công nghiệp có phát sinh hơi dung môi, cháy không hoàn toàn và phản ứng phân hủy. Nhờ tích hợp buồng đốt thứ cấp, lò đốt xúc tác và thiết bị gia nhiệt, hệ thống đảm bảo xử lý khí triệt để, ổn định và tiết kiệm năng lượng.
Hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp nhiệt là tổ hợp thiết bị có khả năng phân hủy các thành phần khí ô nhiễm hữu cơ và vô cơ bằng phản ứng oxi hóa ở nhiệt độ cao, thường trong khoảng 750–950°C. Quá trình này sử dụng buồng đốt trực tiếp, lò đốt xúc tác hoặc buồng đốt thứ cấp để biến đổi khí VOCs, CO, NOx thành CO₂, H₂O và N₂.
So với các phương pháp hấp phụ hoặc sinh học, hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp nhiệt có hiệu suất xử lý cao hơn, đặc biệt phù hợp với các ngành có nồng độ VOCs lớn và biến động liên tục như sơn, mực in, hóa chất, nhựa, thực phẩm.
Hệ thống có thể tích hợp thu hồi nhiệt hoặc vận hành liên tục 24/7 với SCADA giám sát, đáp ứng yêu cầu môi trường nghiêm ngặt tại các khu công nghiệp hoặc khu vực nhạy cảm với khí phát thải.
2.1 Cấu trúc hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp nhiệt
Một hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp nhiệt đầy đủ gồm các thành phần chính sau:
Buồng đốt sơ cấp
Xảy ra phản ứng oxi hóa ban đầu với nhiệt độ từ 750–850°C. Thiết kế cách nhiệt bằng vật liệu gốm chịu lửa, thời gian lưu khí từ 0.75–1.5 giây.
Buồng đốt thứ cấp
Tăng hiệu quả đốt cháy hoàn toàn các hợp chất VOCs chưa bị phân hủy. Nhiệt độ duy trì 850–950°C, thời gian lưu ≥ 1 giây, đảm bảo cháy triệt để.
Thiết bị gia nhiệt
Dùng khí đốt, dầu DO, FO hoặc điện trở để khởi động và duy trì nhiệt độ buồng đốt. Có bộ đốt đầu vào với điều khiển công suất và bảo vệ an toàn.
Buồng đốt xúc tác
Lựa chọn thay thế hoặc bổ sung, vận hành ở nhiệt độ thấp hơn (250–450°C) nhờ có lớp xúc tác (Pt, Pd, V₂O₅). Phù hợp xử lý VOC gases ở nồng độ ổn định.
Buồng trộn và kiểm soát lưu lượng
Đảm bảo phân phối khí đồng đều trước khi vào buồng đốt, tránh điểm lạnh hoặc vùng chết nhiệt.
Bộ trao đổi nhiệt – tiết kiệm năng lượng
Thu hồi nhiệt từ khí sau đốt để làm nóng không khí đầu vào hoặc nước, giúp giảm tiêu thụ nhiên liệu 20–35%.
Ống khói và hệ thống cảm biến
Giám sát nhiệt độ, nồng độ CO, NOx, VOCs đầu ra. Có thể tích hợp thiết bị quan trắc liên tục CEMS kết nối SCADA.
2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp nhiệt
Dòng khí thải sau khi được thu gom sẽ được dẫn qua thiết bị trộn để điều hòa lưu lượng và nhiệt độ. Sau đó, dòng khí đi vào buồng đốt trực tiếp hoặc buồng đốt xúc tác tùy theo cấu hình hệ thống.
Tại buồng đốt sơ cấp, dưới tác động của thiết bị gia nhiệt, nhiệt độ buồng đạt 750–850°C. Các hợp chất dễ cháy như VOCs, CO bị oxi hóa thành CO₂ và H₂O.
Nếu cần xử lý hoàn toàn hoặc có hợp chất bền nhiệt, khí sẽ được dẫn tiếp vào buồng đốt thứ cấp với nhiệt độ cao hơn, thời gian lưu dài hơn để hoàn tất quá trình phân hủy.
Trong hệ lò đốt xúc tác, nhiệt độ chỉ cần 250–450°C nhờ lớp xúc tác kim loại quý, tiết kiệm năng lượng và phù hợp xử lý VOC gases liên tục với tải thấp – trung bình.
Khí sạch sau đốt được làm nguội, đo nồng độ bằng sensor NDIR, UV-DOAS, PID, sau đó xả ra môi trường qua ống khói đạt chuẩn QCVN hoặc EN.
3.1 Thông số kỹ thuật điển hình của hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp nhiệt
| Hạng mục kỹ thuật | Giá trị tham chiếu |
| Nhiệt độ buồng đốt sơ cấp | 750 – 850°C |
| Nhiệt độ buồng đốt thứ cấp | 850 – 1.050°C |
| Nhiệt độ vận hành lò đốt xúc tác | 250 – 450°C |
| Thời gian lưu khí | 0.75 – 2.0 giây |
| Hiệu suất xử lý khí VOCs | ≥ 99.5% |
| Hiệu suất xử lý CO | ≥ 98% |
| Hiệu suất xử lý NOx | ≥ 90% (với module xử lý SCR) |
| Mức tiêu thụ nhiên liệu | 0.8 – 2.5 m³ khí/m³ khí thải |
| Lưu lượng khí xử lý | 500 – 150.000 Nm³/h |
| Tổn thất nhiệt qua vách cách nhiệt | < 3% |
| Vật liệu buồng đốt | Gạch chịu lửa alumina, bông gốm ceramic |
| Vật liệu trao đổi nhiệt | Inox 304/316, ống xoắn chịu nhiệt |
| Sensor giám sát | NDIR (CO), PID (VOC), Thermocouple (Tmax) |
3.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn áp dụng
Hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp nhiệt phải đảm bảo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về hiệu suất, nhiệt độ, an toàn cháy nổ và khí thải đầu ra:
Tiêu chuẩn quốc tế:
EN 746-2:2021 – Thiết kế và an toàn cho lò công nghiệp sử dụng nhiệt
NFPA 86 – Tiêu chuẩn an toàn cho hệ thống đốt công nghiệp
ISO 14001 – Hệ thống quản lý môi trường trong vận hành khí thải
CE Marking – Chứng nhận thiết bị cơ khí, điện, điều khiển tự động
ATEX Directive 2014/34/EU – Tiêu chuẩn thiết bị sử dụng trong môi trường dễ cháy nổ
EN 14181 – Hệ thống quan trắc khí liên tục CEMS (CO, NOx, VOC)
EN 1822 – Tiêu chuẩn hiệu suất bộ lọc (nếu có tích hợp)
Tiêu chuẩn môi trường tham chiếu:
Giá trị nồng độ khí sau xử lý theo tiêu chuẩn tham khảo (có thể áp dụng tùy quốc gia hoặc khu công nghiệp):
VOC < 20 mg/Nm³, CO < 50 mg/Nm³, NOx < 100 mg/Nm³
3.3 Thương hiệu thiết bị theo phân khúc
Dưới đây là các hãng thiết bị tiêu biểu ứng dụng trong hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp nhiệt, chia theo ba phân khúc:
Buồng đốt trực tiếp – Buồng đốt thứ cấp:
Phân khúc cao cấp – Dürr Systems AG (Châu Âu)
Cung cấp hệ thống Regenerative Thermal Oxidizer (RTO) có hiệu suất ≥99.8%, tích hợp module tái sinh nhiệt 3-đáy, SCADA thông minh, phù hợp xử lý VOC gases trong ngành sơn, ô tô, hóa dầu.
Phân khúc trung cấp – CECO Environmental (Bắc Mỹ)
Thiết kế hệ thống Direct-Fired Thermal Oxidizer, secondary combustion chamber có tích hợp module trao đổi nhiệt, điều chỉnh tỷ lệ khí đốt tự động, phù hợp ngành in và bao bì.
Phân khúc phổ thông – IntechAir (Châu Á)
Sản phẩm lò đốt VOC loại nhỏ – vừa, kết cấu đơn giản, dễ lắp đặt, chi phí hợp lý, vận hành theo dải 1.000 – 20.000 Nm³/h, sử dụng nhiều tại các nhà máy thực phẩm, nhựa, sơn gỗ.
Lò đốt xúc tác:
Phân khúc cao cấp – Fives North American Combustion (Bắc Mỹ)
Sử dụng catalytic incinerator với tầng xúc tác hỗn hợp Pt/Pd, hoạt động ổn định ở 300–400°C, tuổi thọ >4 năm, hiệu suất VOC >99%, tiêu thụ năng lượng giảm 40–60% so với lò đốt thông thường.
Phân khúc trung cấp – Anguil Environmental (Mỹ)
Cung cấp lò đốt xúc tác dạng ngang hoặc đứng, có tùy chọn tích hợp gia nhiệt điện trở, lọc khí trước khi vào tầng xúc tác, phù hợp tải VOC vừa.
Phân khúc phổ thông – Thanh Nghi Environment (Việt Nam)
Cung cấp hệ lò đốt xúc tác công suất nhỏ, dạng mô-đun, dễ lắp đặt cho xưởng sơn hoặc in, sử dụng xúc tác dạng tổ ong nhập khẩu, hiệu suất VOC ~92–95%.
4.1 Lợi ích vận hành và môi trường của hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp nhiệt
Việc đầu tư hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp nhiệt mang lại nhiều giá trị vượt trội cho các doanh nghiệp sản xuất:
Hiệu suất xử lý cao – đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt
Hệ thống có thể loại bỏ đến 99.9% khí VOCs, hơn 98% CO và ≥90% NOx (khi tích hợp module SCR). Đây là giải pháp hiệu quả nhất để xử lý VOC gases ở nồng độ cao hoặc biến động mạnh.
Vận hành ổn định, thích hợp môi trường sản xuất liên tục
Buồng đốt trực tiếp hoặc buồng đốt thứ cấp có thể làm việc liên tục 24/7 trong các dây chuyền sơn tự động, mực in, lò ép nhựa nhiệt dẻo, đảm bảo dòng khí được xử lý liên tục không gián đoạn.
Giảm thiểu rủi ro cháy nổ, nâng cao an toàn
Việc xử lý triệt để các khí dễ cháy như VOC gases, CO làm giảm áp suất hơi dễ cháy trong khu vực sản xuất, hạn chế nguy cơ phát sinh tia lửa hoặc cháy do khí dư tích tụ.
Tái sử dụng nhiệt – tiết kiệm chi phí nhiên liệu
Hệ thống có thể tích hợp bộ trao đổi nhiệt để tận dụng nhiệt từ khí sau đốt, dùng để hâm nóng không khí vào, làm nóng dầu truyền nhiệt, nước nóng hoặc cấp nhiệt cho phòng sấy, giúp tiết kiệm đến 35% nhiên liệu.
Dễ kiểm soát, dễ kết nối SCADA, phân tích dữ liệu
Tích hợp bộ điều khiển PLC/SCADA với chức năng giám sát nhiệt độ, áp suất, nồng độ VOC, CO, NOx và trạng thái van, giúp vận hành tự động, xuất báo cáo, cảnh báo tức thì nếu vượt ngưỡng an toàn.
Tăng giá trị ESG, mở rộng cơ hội xuất khẩu
Những nhà máy áp dụng hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp nhiệt sẽ được cộng điểm trong các tiêu chí ESG (Environmental – Social – Governance), thuận lợi tiếp cận thị trường xuất khẩu có yêu cầu nghiêm ngặt về khí thải như EU, Đông Á, Bắc Mỹ.
4.2 Ứng dụng thực tế theo ngành
Ngành sơn, phủ bề mặt, sơn tĩnh điện
Sinh ra lượng lớn VOC gases từ dung môi hữu cơ như toluene, xylene, MEK. Áp dụng buồng đốt thứ cấp kết hợp RTO hoặc lò đốt xúc tác giúp loại bỏ triệt để mùi và khí độc hại.
Ngành in, bao bì, nhãn mác
Phát sinh VOC từ mực in gốc dung môi. Sử dụng thermal oxidizer công suất 5.000 – 40.000 Nm³/h tích hợp trao đổi nhiệt giúp xử lý triệt để VOC, khử mùi.
Ngành hóa chất, nhựa kỹ thuật
Tạo ra CO, aldehyde, ketone và nhiều hợp chất phân hủy độc hại. Cần sử dụng buồng đốt trực tiếp kết hợp với SCR hoặc catalyst xử lý NOx nếu phát sinh.
Ngành thực phẩm – gia vị – dầu ăn
Khí thải có chứa hơi mỡ, aldehyde, khói hữu cơ nồng độ trung bình. Áp dụng lò đốt xúc tác giúp xử lý ở nhiệt độ thấp, giảm tiêu thụ nhiên liệu và tránh mùi khó chịu.
Ngành xử lý rác thải – sinh khối
Kết hợp lò đốt chính với buồng đốt thứ cấp để xử lý triệt để khí thải hữu cơ sinh ra từ đốt chất thải rắn, bùn thải. Có thể tích hợp sensor CO, dioxin/furan cho giám sát liên tục.
Ngành cao su – da giày – polyme
Khí thải chứa styrene, formaldehyde, VOC dễ phát cháy. Cần tích hợp thermal oxidizer và hệ thống khử bụi trước khi đốt để tránh cháy nổ trong buồng đốt trực tiếp.
Với hơn 20 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực xử lý khí công nghiệp và môi trường, ETEK là đơn vị tiên phong trong thiết kế – thi công hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp nhiệt đạt chuẩn quốc tế, phù hợp cho cả thị trường trong nước và các khu vực như Đông Nam Á, Trung Đông, Bắc Phi.
5.1 Tư vấn thiết kế chuyên biệt theo từng ngành – từng tải VOCs
ETEK tiến hành khảo sát tải khí, phân tích thành phần VOCs, lựa chọn giải pháp thích hợp: buồng đốt thứ cấp, lò đốt xúc tác, hoặc thermal oxidizer tích hợp trao đổi nhiệt giúp tối ưu chi phí đầu tư và vận hành.
5.2 Trang thiết bị đạt tiêu chuẩn ATEX – CE – ISO
Toàn bộ thiết bị tại ETEK được kiểm định theo tiêu chuẩn quốc tế, sử dụng vật liệu chịu nhiệt >1.200°C, vật liệu gốm nhập khẩu, cảm biến NDIR, PID độ chính xác cao, đảm bảo vận hành an toàn và ổn định lâu dài.
5.3 Đội ngũ triển khai quốc tế – kinh nghiệm nhiều ngành
Kỹ sư ETEK có chứng chỉ NFPA 86, EN 746, ISO 14001, đã triển khai các hệ thống hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp nhiệt tại nhà máy sơn, hóa chất, thực phẩm tại khu vực Trung Đông, Đông Phi, Nam Á.
5.4 SCADA kiểm soát 100% – cảnh báo tức thời
Hệ thống điều khiển PLC + SCADA tại ETEK hỗ trợ giám sát từ xa, lưu trữ dữ liệu vận hành 3 năm, cảnh báo nhiệt độ vượt ngưỡng, tỷ lệ đốt sai lệch, thời gian lưu khí không đủ để tránh vi phạm phát thải.
5.5 Bảo trì 24/7 – dự phòng linh kiện trong kho
ETEK dự phòng sẵn đầu đốt, sensor nhiệt, module xúc tác, lớp cách nhiệt, van điều khiển, quạt chịu nhiệt giúp thay thế trong vòng 48h nếu có sự cố, tối đa hóa thời gian hoạt động hệ thống.
Bài viết liên quan:
Hệ thống xử lý khi thải theo phương pháp xử lý
Hệ thống xử lý khí thải theo tính chất khí thải