Báo cáo lý thuyết đề tài lò đốt chất thải rắn

Phương pháp đốt là phương pháp hiệu quả trong việc xử lí chất thải rắn,có hiệu suất cao, tạo ra được nguồn điện năng, sản phẩm sau khi đốt vẫn tận dụng được. - Phương pháp đốt phù hợp với nền kinh tế của nước ta cần áp dụng nhiều hơn. - Lò đốt ở Khoa là lò đốt cấp 1 đã giúp nhóm em thấy rõ được toàn bộ quá trình đốt như : việc đo nhiệt độ trong lò, kết cấu lò, phần bảo vệ chịu nhiệt, lúc đưa sản phẩm vào đốt, dùng hơi nước làm mát để tua bin quay tạo điện năng, sản phẩm sau quá trình đốt được tái chế để tránh tạo ra một lượng chất rắn nguy hại khác. - Việc tạo ra điện năng từ quá trình đốt rất hay và hữu dụng, mang lại hiệu quả kinh tế cao. Đồng thời việc tái sử dụng tro cũng rất thực tế. - Ở mô hình của Khoa chưa xử lí được việc khí thải ra sau quá trình đốt. Khi tham quan ở nhà máy nhóm em đã thấy việc xử lí khí thải ra có quy trình riêng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN



Báo cáo lý thuyết

Nhóm thực hiện: Nhóm 5

CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ ĐỐT CHẤT THẢI RẮN

1 Định nghĩa chất thải rắn và xử lí chất thải rắn

1.1 Định nghĩa chất thải rắn

Chất thải rắn được hiểu là tất cả các chất thải phát sinh do các hoạt động của con người

và động vật tồn tại ở dạng rắn được thải bỏ khi không còn hữu dụng hay không muốn dùng

nữa

1.2 Phân loại

1.3 Xử lí chất thải rắn

Xử lí chất thải rắn bằng phương pháp đốt là quá trình sử dụng nhiệt để chuyển hóa

chất thải rắn sang dạng khí, lỏng và tro đồng thời giải phóng năng lượng dưới dạng

nhiệt (Quản lí và xử lí chất thải rắn - Nguyễn Văn Phước - 2008)

Chất thải rắn

Theo nguồn gốc phát sinh

Chất thải rắn

đô thị

Chất thải rắn nông nghiệp

Chất thải rắn công nghiệp

Theo thành phần hóa học

Chất thải rắn hữu cơ

Chất thải rắn

vô cơ

Theo tính chất độc hại

Chất thải rắn thông thườngChất thải rắn nguy hại

Hình 1 Chất thải rắn sinh hoạt

2 Phân loại phương pháp xử lí

2.1 Đốt hóa học

Quá trình đốt cháy hoàn toàn chất thải rắn làm giảm bớt thể tích của nó và tiêu

diệt vi khuẩn gây bệnh dưới tác dụng của nhiệt và quá trình Oxy hóa học Nhiệt độ

của buồng đốt phải lớn hơn 800o

C Sau khi đốt sẽ thu được khí có nhiệt độ cao như

nitơ, cacbonic , hơi nước và tro

Năng lượng phát sinh trong quá trình thiêu đốt có thể tận dụng cho các lò hơi, lò

sưởi hoặc các nghành công nghiệp cần nhiệt và phát điện

2.2 Nhiệt phân

Quá trình xử lý chất thải rắn bằng phương pháp nhiệt trong điều kiện hoàn toàn

không có oxy gọi là quá trình nhiệt phân Sử dụng nhiệt để chuyển hóa chất thải từ

dạng rắn sang dạng khí, lỏng, tro

Các quá trình xảy ra gồm: Sấy (bốc hơi nước) → phân hủy nhiệt tạo khí gas và

cặn cacbon (trong điều kiện thiếu oxy) → đốt cháy cặn cacbon thành tro

2.3 Khí hóa

Quá trình đốt không hoàn toàn chất thải rắn dưới điều kiện thiếu không khí và

tạo ra các khí cháy như cacbon monooxide (CO), hydrogen (H2) và các khí

hydrocacbon gọi là quá trình khí hóa

2.4 Đốt dư khí

Đốt khí dư là quá trình đốt được thực hiện với dư lượng không cần thiết

Vì tính chất không đồng nhất của CTR nên khó đốt hoàn toàn CTR với một lượng

vừa đủ không khí tính theo lý thuyết

3 Ưu và nhược điểm của phương pháp đốt

➢ Ưu điểm:

– Thời gian xử lý nhanh, ít tốn diện tích

– Có thể xử lý tại chỗ

– Ít tốn chi phí cho suốt quá trình

– Tro thải có thể được tận dụng để làm gạch xây nhà hoặc làm phân bón nên gần như

có thể xử lý triệt để rác thải

– Hiệu quả xử lý cao đối với rác thải y tế cũng như rác thải nguy hại

➢ Nhược điểm:

– Không phù hợp cho chất thải có độ ẩm cao

– Người vận hành cần được đào tạo, có tay nghề cao

– Lượng khí độc hại thải ra môi trường cao và chưa được xử lý triệt để

– Tốn nhiên liệu đốt để duy trì nhiệt cho lò

– Tốn nhiều chi phí cho việc xây dựng và lắp đặt các lò đốt lúc ban đầu

4 Phân loại rác bằng phương pháp đốt

➢ Những chất thải không nên đốt:

Chất thải nhựa:

• Chất thải nhựa chứa khí Carbon và Hydro Hai loại khí này cùng với Clorua

thường được tìm thấy trong thức ăn thừa Hỗn hợp này khi bị đốt sẽ thải ra khí

độc gây hại cho con người

• Gây ô nhiễm môi trường, phá hủy tầng ozone

• Nên được đốt trong các lò ở nhiệt độ 1000 độ C

Chất thải phóng xạ:

• Chất thải chứa thành phần có thể gây phản ứng hóa học

• Có nguồn phóng xạ lẫn trong chất thải

Các chất thải có thể thu hồi để tái sử dụng, tái chế

• Phế liệu thải ra từ quá trình sản xuất

• Các thiết bị điện, điện tử dân dụng và công nghiệp

• Các phương tiện giao thông

• Gỗ, bao bì bằng giấy, kim loại, thủy tinh hoặc chất dẻo khác

Các thành phần chất thải hữu cơ có thể phân hủy sinh học

Các sản phẩm tiêu dùng chứa các thành phần hóa chất độc hại

➢ Những chất thải rắn không được đốt:

– Các chất thải có tính oxy hóa mạnh, ăn mòn, dễ gây nổ

– Bình đựng oxy, CO2 , bình ga, bình khí, dung dịch HCl, HNO3 , pin, ắc qui,

amiang

– Chất thải có chứa thành phần các kim loại nặng

– Các chất thải có thành phần phóng xạ

– Phát sinh từ hoạt động chẩn đoán, điều trị tại các bệnh viện (CTRYT), từ các cơ

sở nghiên cứu khoa học và từ các nhà máy, khu công nghiệp

➢ Những chất thải nên đốt:

– Chất thải rắn sinh hoạt và công nghiệp không nguy hại

– Dược phẩm quá hạn, kém phẩm chất không còn khả năng sử dụng

– Chất thải nguy hại hữu cơ bao gồm các thành phần Hydrocarbon, dầu thải, dư

lượng thuốc bảo vệ thực vật có nguồn gốc hữu cơ, dung môi đã qua sử dụng, sơn thải

và dung môi

– Bùn cặn từ công nghiệp lọc dầu, hóa chất, sản xuất giấy từ xưởng in, từ qui trình

xử lý nước thải, đất nhiễm bẩn

– Nhựa đường chua, đất sét, than hoạt tính đã qua sử dụng

– Các chất thải nhiễm khuẩn hoặc các loại hóa chất độc hại đốt hoàn toàn

– Chất thải có chứa Halogen: dầu máy biến thế nhiễm PCB, CFC, Clorophenol

5 Nguyên tắc khi đốt

Để đạt được hiệu quả cao, quá trình cháy phải tuân thủ theo nguyên tắc 3T: nhiệt

độ (Temperature), độ xáo trộn (Turbulence), thời gian lưu cháy (Time)

(Nguyễn Văn Phước, 2008)

Để tăng cường hiệu quả tiếp xúc giữa CTR cần đốt và chất oxy hoá, có thể đặt các tấm

chắn trong buồng đốt hoặc tạo góc nghiêng thích hợp giữa dòng khí với béc phun để tăng

khả năng xáo trộn

5.3 Thời gian (Time)

Thời gian lưu cháy đủ lâu để phản ứng cháy xảy ra hoàn toàn Thời gian lưu cần thiết bảo đảm đốt cháy hoàn toàn của mỗi chất phụ thuộc vào bản chất của chất bị đốt và

nhiệt độ đốt

Các nguyên tắc trên có mối quan hệ khăng khít với nhau, khi nhiệt độ phản ứng cao, xáo trộn tốt thì thời gian phản ứng giảm vẫn đảm bảo hiệu quả cháy cao Ví dụ như

xử lý những chất thải có thành phần xelulo cao như giấy khi đốt chỉ cần duy trì ở nhiệt độ

7600C, thời gian cháy tối thiểu là 0,5 giây

6 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy

Phương trình tổng quát của phản ứng đốt cháy CTR :

CxHyOzNtSu + O2 → CO2 + H2O + NO + SO2 + nhiệt

Từ phương trình cho thấy nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn thì sản phẩm cuối cùng là CO2

và H2O Ngoài ra sự có mặt của các tạp chất như N,S sẽ phát sinh ra các khí: NOx, SOx

6.1 Thành phần và tính chất của chất thải

Thành phần cơ bản của của chất thải là: C+H+O+N+S+A+W=100%

Dựa vào thành phần hóa học của chất thải để tính toán lượng oxy cần thiết để đốt cháy

hoàn toàn chất thải cũng như lượng khí thải hình thành, yếu tố này liên quan đến việc tính

toán thời gian lưu cháy và thể tích lò khi đốt chất thải

– Cacbon (C) thành phần chủ yếu trong chất thải Nhiên liệu rắn chứa nhiều C hơn

lỏng và khí nhưng thành phần chất trợ cháy ít hơn

– Hidro (H) hàm lượng H càng nhiều chất thải càng dễ bắt lửa

– Lưu huỳnh (S) cũng là thành phần cháy nhưng ít tỏa nhiệt Sản phẩm cháy của S

tạo khí SOx khi gặp hơi nước khả năng sẽ tạo thành axit làm ăn mòn các thiết bị đốt

– Oxy và nito làm giảm thành phần cháy của chất thải

– Độ tro (A) càng cao thì thành phần chất cháy càng giảm, gây đông kết trung tâm

buồng đốt và đáy lò Tro dễ phủ lên bề mặt tiếp nhiệt của buồng đốt làm giảm hiệu

quả đốt

– Độ ẩm (W) thể hiện mức độ chứa nước trong chất thải Độ ẩm lớn thì thành phần chất

cháy giảm Một chất thải có W>95% hoặc bùn thải có ít hơn 15% thành phần rắn thì

xem như không có khả năng đốt

6.2 Hệ số cấp khí

Hệ số cấp khí (α) là tỉ số giữa lượng không khí thực tế và lượng không khí lý

thuyết hay còn gọi là hệ số dư không khí, ảnh hưởng đến hiệu quả cháy Là yếu tố quan

trọng để kiểm soát chế độ phân hủy chất thải rắn

Công thức của hệ số cấp khí: α =VttVlt

Trong đó: Vtt là lượng không khí(oxy) cấp vào buồng đốt

Vlt là lượng không khí lí thuyết (oxy) để oxy hóa hoàn toàn chất thải

Giá trị α liên quan đến sự tăng hay giảm nhiệt độ của lò đốt

Nhu cầu cấp khí của một số chất thải

Hệ số cấp khí (m3

không khí/ kg chất thải)

Nếu CTR có nhiệt trị nhỏ hơn 556 kcal/kg thì không có khả năng đốt

7 Một số công nghệ đốt chất thải điển hình

7.1 Đốt hở thủ công

Đây là kỹ thuật đốt chất thải đã có từ rất lâu CTR được đổ hoặc vun thành đống

trên mặt đất rồi đốt, không có thiết bị hỗ trợ

Với phương pháp này, quá trình đốt không triệt để, không có hệ thống kiểm soát

khí thải nên gây ô nhiễm môi trường không khí và vì cháy hở nên dễ gây sự cố nguy

hiểm.Phương pháp đốt hở thủ công tiện lợi để đốt các chất nổ như thuốc nổ TNT,

Dynamite

Để đốt các loại chất thải có khả năng cháy nổ cao người ta đốt trong các lò hở,

nhưng lò được xây hoặc đào sâu xuống đất, hoặc lò có thêm các thiết bị phụ trợ để

quá trình đốt được an toàn

7.2 Đốt bằng các thiết bị chuyên dụng

Với các tác hại nghiêm trọng về mặt môi trường khi đốt hở thủ công, các hệ thống

đốt CTR đã ra đời với rất nhiều mẫu thiết kế khác nhau và ngày càng được cải tiến

nhằm làm tăng tính hiệu quả cho quá trình đốt

Tuy nhiên, một trong những thành phần quan trọng nhất của hệ thống lò đốt là hệ

thống ghi lò Nó gồm nhiều chức năng: vận chuyển CTR trong lò, trộn đều CTR, bơm

không khí vào lò Có nhiều loại ghi lò khác nhau phụ thuộc vào kiểu chuyển động,

kiểu rung và quay Những lò đốt khác nhau thì chủ yếu khác nhau về buồng đốt sơ

cấp

Lò đốt một cấp

Là một trong những kỹ thuật đốt ra đời sớm, sử dụng trước những năm 1960, chưa

đạt tiêu chuẩn qui định đối với khí thải sinh ra do đốt

Cấu tạo của lò tương đối đơn giản, chủ yếu gồm buồng đốt để đốt hỗn hợp CTR

và vật liệu cháy Buồng đốt được chia làm 2 ngăn nhờ ghi lò: ngăn trên chứa CTR

cần thiêu huỷ, ngăn dưới để đốt vật liệu nhằm cung cấp nhiệt và duy trì nhiệt độ đốt

Trong buồng đốt, CTR được đốt trên ghi lò (không có béc đốt hoặc có bộ phận đốt

hỗ trợ với béc đốt)

Mặc dù lò một cấp cũng là một thiết bị đốt chuyên dụng nhưng nếu xét toàn bộ

quá trình thì cũng có thể xem đây là quy trình thủ công hở bởi nhiệt độ, bụi, khí thải

không được kiểm soát mà đưa trực tiếp vào không khí

Hình 2 Cấu tạo của lò một cấp

Lò đốt nhiều cấp

Đây là kiểu lò được cải tiến từ lò một cấp, có từ 2 đến 3 buồng đốt Trong đó buồng

thứ nhất là buồng sơ cấp dùng để đốt CTR, buồng thứ 2 (thứ 3) là buồng thứ cấp dùng

để đốt các sản phẩm cháy hình thành từ buồng đốt thứ nhất dưới sự cung cấp của

nhiên liệu, nhờ vậy khí thải được cải tiến hơn rất nhiều

Hình 3 Lò đốt nhiều buồng đốt

1 Cấp khí dưới

ghi

2 Cửa nạp rác 3 Cấp khí trên ghi

4 Ghi lò 5 Buồng đốt sơ cấp 6 Cấp khí thứ cấp

7 Béc đốt bổ trợ 8 Buồng đốt thứ cấp 9 Van khói

Lò đốt thùng quay

Đây là loại lò đốt chất thải có nhiều ưu điểm bởi quá trình xáo trộn CTR tốt, đạt

hiệu quả cao và hiện nay, được sử dụng khá phổ biến ở các nước tiên tiến Lò đốt

thùng quay được sử dụng để xử lý các loại CTNH dạng rắn, bùn, cặn và cả dạng lỏng

Ở Mỹ, lò đốt thùng quay chiếm tới 75% số lò đốt chất thải nguy hại, lò đốt tầng sôi

chiếm 10%, còn lại 15% là các loại lò khác

Thùng quay hoạt động ở nhiệt độ khoảng 11000C, sử dụng CTNH làm nguyên

liệu Đây là phương pháp tiêu hủy chất thải bằng cách đốt cùng với nhiên liệu thông

thường khác để tận dụng nhiệt cho các thiết bị tiêu thụ nhiệt như: nồi hơi, lò nung, lò

luyện kim, lò nấu thủy tinh, lò nung xi măng Lượng chất thải bổ sung vào lò đốt có

thể chiếm 12 - 25% tổng lượng nhiên liệu Lò đốt thùng quay là lò đốt hai cấp gồm:

buồng sơ cấp và buồng thứ cấp

Lò đốt tầng sôi

Hình 4 Hệ thống lò đốt tầng sôi

Thuộc loại lò đốt tĩnh, có lót một lớp gạch chịu lửa bên trong để làm việc với nhiệt

độ cao Đặc điểm của lò là luôn chứa một lớp cát dày 40 – 50 cm với vai trò nhận

nhiệt và giữ nhiệt cho lò đốt, bổ sung nhiệt cho CTR ướt Lớp cát được gió thổi xáo

động làm CTR bị tơi ra, xáo trộn theo nên cháy dễ dàng Chất thải lỏng khi bơm vào

lò sẽ bám dính lên bề mặt các hạt cát nóng đang xáo động, nhờ vậy sẽ bị đốt cháy còn

thành phần nước sẽ bay hơi hoàn toàn

Khoang phía dưới lò (trên lớp vỉ phân bố gió), là khu vực cháy sơ cấp có nhiệt độ

buồng đốt từ 850 – 9200C, còn khoang phía trên phình to hơn là khu vực cháy thứ

cấp có nhiệt độ cháy cao hơn (990 – 11000C) để đốt cháy hoàn toàn CTR Khí thải

sau đó được làm nguội và qua hệ thống xử lý trước khi qua ống khói thải ra môi

trường Không khí cấp vào lò với lượng dư 25 – 50% so với lý thuyết

Ứng dụng công nghệ plasma - khí hóa rác thải là thực hiện một quá trình sử dụng

điện để tạo ra cung hồ quang ở nhiệt độ cực cao nhằm biến các loại chất thải thành

khí tổng hợp, hơi nước và chất xỉ Chất thải được đưa vào buồng phản ứng trục đứng,

sau đó ngọn lửa plasma phun vào chất thải Bên trong lò phản ứng là “ống đuốc

plasma” gồm một ống tròn có chứa khí trơ và các điện cực Khi bật công tắc dòng

điện chạy qua ống, nung nóng các khí trơ đến nhiệt độ rất cao Nhiệt độ cao này làm

ion hóa các nguyên tử, tạo ra plasma Nhiệt độ plasma rất cao, từ 50000C – 90000C

có thể nung chảy chất vô cơ của rác thải ở đáy lò phản ứng Dòng điện cung cấp liên

tục sẽ duy trì đuốc plasma này đủ lâu để phân hủy rác thành các thành phần khác

(Đặng Hùng, 2012)

8 Các hệ thống phụ trợ xử lí ô nhiễm lò đốt

8.1 Giảm nhiệt độ khí thải

Làm nguội nhanh khói thải sau các vùng đốt có tác dụng ngăn cản sự tái tạo Furan,

Dioxin

Có nhiều cách để giảm nhiệt độ khí thải đối v ới lò đốt ở Việt Nam, ví dụ có 2 cách

sau:

– Phương pháp thứ nhất: khí thải từ buồng đốt thứ cấp có nhiệt độ cao (khoảng

1100oC) được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt trực tiếp bằng nước Thiết bị này có tác

dụng giải nhiệt trong khí thải từ nhiệt độ cao đến nhiệt độ thấp hơn để giảm thiểu khả

năng phá hủy thiết bị và quá trình xử lý phía sau

– Phương pháp thứ hai: khí thải khi ra khỏi buồng đốt sẽ được làm lạnh nhanh khi

đi qua nồi hơi xuống nhiệt độ 210oC trong thời gian 20 giây Bộ trao đổi nhiệt này

có chức năng vừa truyền nhiệt vừa tách bụi

8.2 Xử lí bụi

– Bụi hình thành do quá trình đốt không hoàn toàn nhiên liệu hoặc do đặc tính vật lý

của các vật liệu không cháy

– Việc xử lý bụi vẫn gặp nhiều bất cập

– Đa số các lò đốt là cỡ nhỏ, công suất còn thấp

– Ở Việt Nam quy định về nhiệt độ ở vùng đốt sơ cấp là 400oC, thứ cấp là hơn

950oC Việc duy trì nhiệt độ là một khó khăn đối với loại nhiên liệu không ổn định

nên các lò đốt thường trang bị vòi đốt dầu kèm bổ sung nhiệt giúp đảm bảo nhiệt độ

vùng thứ cấp Làm tăng chi phí, khó giảm thiểu về khí thải và tro bụi

– Trên thế giới người ta áp dụng công nghệ đốt plasma Xử lý được gần như 100%

(Nhật Bản, Canada, Mỹ)

– Ở khoa Môi trường và Tài nguyên Đại hoc Nông Lâm TP.HCM do là lò đốt sơ cấp

nên vẫn chưa xử lý được khí thải, tro bụi và các sản phẩm của lò đốt sơ cấp

Hình 6 Khói bụi từ lò đốt sơ cấp

➢ Các phương pháp xử lý bụi hiện nay

• VenTury

➢ Thiết bị xử lý bụi đang được sử dụng hiện nay

– Buồng lắng là thiết bị có tác dụng tách bụi ra khỏi dòng khí thải bởi quá trình

lắng dưới tác dụng của trọng lực

– Xyclon: là thiết bị tách bụi ra khỏi dòng khí thải dưới tác động của lực ly tâm

Các thiết bị sẽ bị văng ra khỏi thành của thiết bị và lắng xuống đáy thiết bị, tách khỏi dòng

khí

– Vật liệu lọc: đây là thiết bị mà trong đó dòng khí có chứa bụi đi qua các lớp

vật liệu lọc Có hai quá trình lọc, đó là quá trình bề mặt – bụi được tách ra và giữ lại chủ

yếu trên bề mặt của vật liệu lọc và quá trình lọc sâu – bụi được tách ra và giữ lại trong toàn

không gian của vật liệu lọc

– Thiết bị xử lý bụi ướt: là những thiết bị cho phép khí thải đi qua và tiếp xúc

với chất lỏng (thường là nước) dưới dạng giọt hoặc màng để tách bụi ra khỏi khí thải dưới

dạng hỗn hợp lỏng

Hình 8 Thiết bị xử ly bụi ướt

8.3 Xử lí SOx và khí Acid (HCl, HF)

– SOx và khí axít (HCl, HF) hình thành do quá trình đốt nhiên liệu có chứa lưu huỳnh,

clorua, flourua Flor chỉ có trong một số ít CTR còn clor thường gặp hơn, ví dụ có trong

nhựa PVC