Hệ thống xử lý khí thải động cơ, máy phát

Tại sao phải xử lý khí thải động cơ máy phát?
Vào tháng 6 năm 2012, Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (thuộc Tổ chức Y tế Thế giới) đã thêm khí thải động cơ diesel vào phân loại 'chất gây ung thư cho con người (Nhóm 1)'. Đây là phân loại cao nhất, chỉ ra rằng khí thải động cơ diesel có thể làm hỏng DNA hoặc vật liệu di truyền trong tế bào cơ thể và dẫn đến ung thư. Phân loại Nhóm 1 đặt khí thải diesel ngang hàng cùng với các chất độc như amiăng, benzen, formaldehyde và asen. Ngoài ra, tại các quốc gia cũng có các quy đinh chặt chẽ về hàm lượng các chất nguy hại trong khí thải từ động cơ, máy phát theo từng khu vực, từng chất khác nhau.
Các chất sau đây có trong khí thải động cơ diesel có tác động đến cơ thể con người như sau:

• - Ozone (tiền chất, NOx và VOC): Gây kích ứng mắt và đường hô hấp, làm trầm trọng thêm bệnh hen suyễn, viêm phế quản và tổn thương phổi không hồi phục
• - Oxit nitơ: Gây kích ứng đường hô hấp, ức chế miễn dịch và làm trầm trọng thêm bệnh hen suyễn
• - Carbon monoxide: Nhức đầu, khó chịu, suy giảm khả năng phán đoán và trí nhớ, khó thở, làm nặng thêm chứng đau thắt ngực và các bệnh tim mạch khác, độc tính phát triển và tử vong
• - Bụi dạng hạt (bồ hóng): Chất gây kích ứng đường hô hấp với mức độ cao hơn có liên quan đến tăng tỷ lệ mắc bệnh tim mạch và suy phổi

Tiếp xúc với khí thải động cơ diesel có thể gây ra những ảnh hưởng có hại cho sức khỏe ngay lập tức như:

• - Nồng độ NOx cao có thể cản trở chức năng phổi và hô hấp ở người và động vật
• - Về lâu dài, nồng độ NOx cao theo thời gian có thể gây tử vong. Ở châu Âu, NOx (bao gồm cả nitơ điôxit) chịu trách nhiệm cho 14% số ca tử vong do tiếp xúc lâu dài với ô nhiễm không khí
• - Nồng độ NOx cao sẽ làm cho cây trồng sản xuất ít thức ăn hơn hoặc thậm chí làm cây chết
• - Nồng độ NOx cao gây ra mưa axit dẫn đến phong hóa đá, vật liệu xây dựng và ăn mòn kim loại Những người dễ bị tổn thương nhất là trẻ em có phổi vẫn đang phát triển và người già có thể mắc các vấn đề sức khỏe khác.

Các ngành công nghiệp kiểm soát khí thải đang không ngừng góp phần vào nỗ lực đáp ứng các mức mục tiêu phát thải và đạt được mức giảm phát thải.
Hệ thống xử lý khí thải động cơ máy phát làm việc như thế nào?
Khí thải bẩn được đưa từ cửa xả của động cơ turbo vào hệ thống xử lý sau khí thải, nơi chúng được làm sạch. Bộ lọc hạt bồ hóng (Diesel Particulate Filter - DPF) của bẫy và tái tạo bồ hóng và các hạt khác, đồng thời chuyển đổi các hạt bồ hóng thành tro thông qua quá trình tái tạo chủ động hoặc thụ động. Điều này làm giảm lượng vật chất dạng hạt. Nếu cần giảm lượng khí thải nitơ oxit (NOx), một bộ khử xúc tác chọn lọc (Selective Catalytic Reduction - SCR) có thể được lắp đặt bên cạnh hệ thống DPF. Các hệ thống này thường được lắp đặt cùng nhau nhưng cũng có thể hoạt động như các thiết bị độc lập.
Quá trình này được minh họa dưới đây.

Một hệ thống hoàn chỉnh sẽ bao gồm các bộ DPF, SCR và các bộ tiêu âm hoạc từng bộ phận tùy theo yêu cầu của nồng độ các chất đầu ra.
Bộ lọc hạt diesel (DPF)

Là bộ lọc bồ hóng được chế tạo bằng vật liệu gốm bẫy các hạt carbon do động cơ diesel tạo ra. Trong quá trình tái sinh, bồ hóng bị mắc kẹt trong bộ lọc được chuyển thành tro. Có nhiều loại bộ lọc DPF, trong đó có thể kể đến như:

• - Một hệ thống DPF với khả năng tái tạo thụ động (Emigreen Delta). Trong các động cơ có nhiệt độ khí thải đủ cao, dòng khí thải chứa đủ năng lượng nhiệt để bắt đầu và duy trì quá trình tái sinh.
• - Một hệ thống DPF với khả năng tái tạo tích cực (Emigreen Alfa Alfa). Hệ thống này được sử dụng khi không thể đảm bảo rằng dòng khí thải sẽ chứa đủ năng lượng nhiệt để bắt đầu và duy trì quá trình tái sinh. Với hệ thống DPF chủ động, quá trình tái tạo có thể bị cưỡng bức nếu luồng khí thải không chứa đủ năng lượng nhiệt (lưu lượng và nhiệt độ) để kích hoạt quá trình tái tạo thụ động.

Hệ thống làm sạch khí thải sử dụng chất xúc tác (amoniac)

Hệ thống này sẽ gây ra phản ứng hóa học chuyển nitơ oxit (NOx) thành khí nitơ (N2) và hơi nước (H2O). Theo các phương trình phản ứng như sau:

4NO+4NH3+O2 
Các bước của quá trình này bao gồm:

• - Một máy bơm định lượng hút urê từ bể chứa urê và bơm vào dòng khí thải.
• - Lượng urê được bơm vào dòng khí thải phụ thuộc vào mức NOx do động cơ thải ra và mức giảm mong muốn.
• - Một loạt máy trộn tĩnh và thiết bị đồng nhất chuyển hỗn hợp khí thải và urê thành amoniac.
• - Các khí được đưa qua các phần tử xúc tác chuyển đổi NOx thành nitơ (N2) và hơi nước (H2O). 
• - Bộ phận SCR giải phóng khí thải tinh khiết vào khí quyển.
• - Tùy thuộc vào yêu cầu về hiệu suất, hệ thống này cũng có thể được cấu hình với bộ chuyển đổi xúc tác trượt amoniac tích hợp để loại bỏ trượt amoniac.

Bộ tiêu âm và ống xả
Việc giải phóng khí nóng vào khí quyển làm tăng mức độ tiếng ồn của khí thải. Điều này có thể có nghĩa là giảm tiếng ồn là cần thiết.
Giải pháp phải giải quyết toàn bộ phổ tiếng ồn khí thải, bao gồm

• - Thấp
• - Trung bình và
• - Tần số cao

Mỗi tần số yêu cầu một cách tiếp cận âm học khác nhau. Bằng cách sử dụng một công nghệ khác để giảm từng tần số, có thể đạt được mức giảm tiếng ồn tối đa.
Những điều chỉnh phù hợp cẩn thận này giúp ngăn chặn áp suất ngược quá mức có thể làm giảm hiệu suất của động cơ.