Mục lục: 1.Giới thiệu plasma 2.Đặc điểm của quy trình plasma để xử lý chất thải rắn3.Đặc điểm của quá trình plasma để khí hóa CTRSH 4.Tình trạng hoạt động của nhà máy khí hóa plasma quy mô 10 TPD để xử lý CTRSH5.Các thông số thiết kế cho nhà máy khí hóa plasma quy mô 100 TPD6.Đánh giá kinh tế của nhà máy khí hóa plasma7.Kết luận
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN – ĐHQG TP.HCM KHOA MƠI TRƯỜNG MƠN: KỸ THUẬT XỬ LÍ CHẤT THẢI RẮN GVHD NHÓM THỰC HIỆN LỚP T.S Dương Hữu Huy 18CMT Đề tài: Khí hóa plasma Chất thải rắn thị (MSW) Tp Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2021 Mục lục: Giới thiệu plasma Đặc điểm quy trình plasma để xử lý chất thải rắn Đặc điểm trình plasma để khí hóa CTRSH Tình trạng hoạt động nhà máy khí hóa plasma quy mơ 10 TPD để xử lý CTRSH Các thông số thiết kế cho nhà máy khí hóa plasma quy mơ 100 TPD Đánh giá kinh tế nhà máy khí hóa plasma Kết luận Giới thiệu plasma Plasma định nghĩa chất khí bán chuẩn gồm hạt mang điện trung tính thể hành vi tập thể [3] Plasma phân loại thành plasmas khơng nhiệt nhiệt theo mức độ ion hóa chênh lệch nhiệt độ loại nặng hạt electron [4, 5] Plasma nhiệt đặc trưng gần nhiệt độ hạt nặng electron có nhiều ưu điểm bao gồm nhiệt độ cao mật độ lượng cao [6] Plasma nhiệt tạo điện đạt nhiệt độ ~ 10.000 oC hơn, đạt giới hạn nhiệt độ 2.000 oC cách đốt nhiên liệu hóa thạch [7] Vì lý này, plasma nhiệt thường sử dụng q trình nhiệt độ cao entanpi lớn [8-11] Cơng nghệ plasma nhiệt áp dụng ứng dụng công nghiệp khác cắt, hàn, phun, luyện kim, quang phổ khối, tổng hợp hạt kích thước nano, hình cầu bột xử lý chất thải Plasma nhiệt quy trình coi giải pháp thay khả thi để xử lý chất thải có độc tính cao, chẳng hạn dư lượng kiểm sốt nhiễm khơng khí (APC), chất thải phóng xạ y tế [16-25] Nó chứng minh q trình plasma nhiệt thân thiện với mơi trường, sản xuất xỉ trơ chất ô nhiễm không khí tối thiểu phù hợp với quy định khu vực Quá trình plasma nhiệt sử dụng nhiệt độ cực cao điều kiện khơng có gần khơng có O2 để xử lý CTRSH có chứa chất hữu vật liệu khác MSW phân ly thành nguyên tố hóa học cấu thành nó, chuyển hóa thành vật liệu khác, số sản phẩm có giá trị Các thành phần hữu chuyển hóa thành khí tổng hợp, thành phần chủ yếu gồm H2 CO thành phần vơ thủy tinh hóa thành xỉ trơ thủy tinh các nhà máy plasma để thu hồi H2 có độ tinh khiết cao (> 99,99%) từ chất thải nhà máy giấy TPD (tấn / ngày) khí hóa MSW 10 TPD [26, 27] Để thu hồi H2 có độ tinh khiết cao, khí thải từ lị khí hóa trang bị đuốc plasma không truyền nhiệt làm cách sử dụng lọc túi máy chà ướt Sau đó, khí, có chứa khí tổng hợp, đưa vào hệ thống thu hồi H2, bao gồm phần lớn đơn vị dịch chuyển khí nước (WGS) để chuyển CO thành H2 đơn vị hấp phụ xoay áp (PSA) để tách làm H2 Nó chứng minh thành cơng q trình plasma để khí hóa chất thải rắn, kết hợp với WGS PSA, tạo H2 có độ tinh khiết cao (20 Nm3 / (400 H2-Nm3 / tấn), lên đến 99,99%) cách sử dụng đèn pin plasma sử dụng 1,6 MWh / điện Để xử lý CTRSH, xử lý trực tiếp chất thải rắn đô thị (MSW) với công suất 10 TPD, sử dụng lị tích hợp trang bị hai đuốc plasma khơng truyền nhiệt q trình plasma nhiệt chuyển đổi MSW thành xỉ vô hại, với mức độ phát thải khí nhiễm mơi trường khí tổng hợp thấp nhiều (287 Nm3 / H2 395 Nm3 / CO), sử dụng 1,14 MWh / điện (ngọn đuốc plasma nhiệt (0,817 MWh / tấn) + tiện ích (0,322 MWh / tấn)) 7,37 Nm3 / khí hóa lỏng (LPG) Vd: Một nhà máy hoạt động Cheongsong, Hàn Quốc Dữ liệu trị giá 3,5 năm thu từ nhà máy cho chúng tơi nhìn sâu sắc tính kinh tế thông số thiết kế để mở rộng công suất lên 100 TPD Đặc điểm quy trình plasma để xử lý chất thải rắn plasma mang lại ưu điểm sau; (1) mật độ nhiệt độ lượng cao, thời gian phản ứng nhanh tương ứng, mang lại tiềm cho thông lượng lớn với lò nhỏ (2) Mật độ dòng nhiệt cao ranh giới lị dẫn đến nhanh chóng đạt điều kiện trạng thái ổn định Điều cho phép thời gian khởi động tắt máy nhanh chóng so với phương pháp xử lý nhiệt khác đốt rác (3) Chỉ cần lượng nhỏ chất oxy hóa để tạo khí tổng hợp, đó, thể tích khí tạo nhỏ nhiều so với trình đốt cháy thơng thường dễ dàng tốn để quản lý Những đặc điểm làm cho trình plasma trở thành giải pháp thay lý tưởng cho phương pháp thơng thường xử lý chất thải rắn Có ba loại quy trình bên lị plasma để xử lý chất thải rắn Đầu tiên nhiệt phân (khơng có O2) chất thải thể khí, lỏng rắn lị plasma với đuốc plasma Thứ hai khí hóa (thiếu O2) chất thải rắn có chứa hợp chất hữu để tạo khí tổng hợp (H2 + CO) Cuối thủy tinh hóa chất thải rắn đuốc plasma hồ quang chuyển, không chuyển lai theo độ dẫn điện chất Quá trình khí hóa q trình cơng nghiệp cũ sử dụng nhiệt môi trường thiếu O2 để phân hủy vật liệu gốc cacbon thành khí nhiên liệu Quá trình khí hóa tương tự đốt khơng khí bị bỏ đói O2 kiểm sốt chặt chẽ hạn chế để nguyên liệu nạp không phép bị đốt cháy hoàn toàn áp dụng nhiệt Thay đốt cháy, ngun liệu thơ trải qua q trình nhiệt phân, tạo than hắc ín Than hắc ín chia thành khí tổng hợp, chủ yếu bao gồm H2 CO, q trình khí hóa tiếp tục Phản ứng khí hóa tồn cục viết sau; chất thải mô tả phân tích cuối (CHxOy) [28]: CHxOy + wH2O + mO2 + 3.76mN2 → aH2 + bCO + cCO2 + dH2O + eCH4 + fN2 + gC (1) Nồng độ khí định tùy thuộc vào lượng O2, H2O đưa vào entanpi nhiệt plasma đầu vào Các phản ứng chi tiết sau [28, 29]: CH4 + H2O → CO + 3H2 (CH4 decomposition-endothermic) (2) CO + H2O → CO2 + H2 (water gas shift reaction-exthermic) (3) C + H2O → CO + H2 (Heterogeneous water gas shift reaction-endothermic) (4) C+CO2 → 2CO (Boudouard equilibrium-endothermic) (5) 2C + O2 → CO (6) H2 CO tạo trình khí hóa nguồn nhiên liệu Một hệ thống plasma điển hình để xử lý chất thải rắn bao gồm (a) lò plasma, với kim loại phận thu gom xỉ đáy khai thác định kỳ đúc thành số dạng sử dụng cung cấp lượng, nguồn cung cấp nước làm mát, nguồn cung cấp khí đốt, thiết bị điều khiển thu thập liệu; (b) buồng đốt thứ cấp để có đủ thời gian lưu trú nhiệt độ cao để đảm bảo phản ứng hoàn tồn q trình khí hóa muội than; buồng đốt thứ cấp bắn đầu đốt đuốc plasma không truyền công suất thấp; (c) tùy thuộc vào chất thải, buồng làm nguội (thường nước làm nguội) để tránh hình thành dioxin furan; (d) xyclon nhà bao để loại bỏ hạt; (e) máy lọc để loại bỏ khí có tính axit; (f) cần thiết bị hấp thụ hydro sunfua; (g) lọc lọc hiệu cao để loại bỏ hạt nhỏ; (h) lọc than hoạt tính để loại bỏ kim loại nặng; (i) cuối quạt để tạo áp suất khí tồn Lị khí hóa trang bị máy phát plasma nhiệt Plasma hồ quang dòng điện chiều (DC) chủ yếu sử dụng để xử lý CTRSH Nó tạo thơng qua máy phát plasma hình đuốc Ngọn đuốc plasma tạo trì phần tử dẫn điện dạng khí (plasma) sử dụng điện trở plasma để chuyển đổi điện thành nhiệt ] Trong plasma hồ quang DC, trạng thái plasma trì hai điện cực đuốc plasma tính ổn định điện học tích hợp phần cứng đuốc plasma Cần có hai điểm gắn hồ quang để tạo cột plasma: điểm gắn mặt phân cách rắn-khí điện cực catốt điểm khác mặt phân cách khí-rắn điện cực anot [34] Các điện cực ngăn cách chất cách điện để bảo toàn chênh lệch điện chúng Nhiệt độ cao gặp phải điểm gắn plasma vượt nhiệt độ nóng chảy vật liệu điện cực Do đó, hóa vật liệu điện cực điểm gắn chấp nhận việc làm mát nước sử dụng để giảm thiểu tốc độ hóa vật liệu điện cực nhằm tăng tuổi thọ điện cực Đuốc plasma hồ quang phân loại cực âm loại que loại giếng theo hình học điện cực [35] Ngọn đuốc plasma nhiệt chia thành loại truyền không truyền tùy thuộc vào việc hồ quang có gắn trực tiếp vào chất hay khơng Có thể đạt đặc tính plasma nhiệt điều chỉnh mức cơng suất đầu vào, thể tích lửa plasma, trường nhiệt độ, phân bố vận tốc thành phần hóa học cho ứng dụng Lị khí hóa plasma loại trục đứng thường sử dụng ngành công nghiệp đúc để nấu chảy lại sắt thép phế liệu Chất thải rắn bơm vào lị Lị lót bên vật liệu chịu lửa thích hợp để chịu nhiệt độ cao bên điều kiện vận hành ăn mòn bên lò Các đuốc plasma lắp vào đáy lò để tăng cường làm tan vật liệu vơ có chất thải rắn Kích thước sơ lị khí hóa plasma tiêu chuẩn, ví dụ AlterNRG đường kính ngồi 9,7 m điểm rộng chiều cao tổng thể 19 m [36] Gần đây, Solenagroup thiết kế khái niệm lò với khu vực đầy đủ (thời gian lưu trú ~ giây) [37], buồng đốt thứ cấp cho phép có đủ thời gian cư trú nhiệt độ cao để đảm bảo phản ứng hồn tồn khí hóa muội than Chất thải rắn bơm vào thành lò Trong hai lò AlterNRG Solenagroup, than cốc thêm vào với chất thải rắn, tiêu thụ lò với tỷ lệ thấp nhiều so với vật liệu thải khả phản ứng thấp tạo thành lớp mà MSW rơi xuống nhanh chóng khí hóa Lớp than cốc cung cấp khoảng trống cho dòng chảy, xỉ kim loại nóng chảy chảy xuống khí lên Than cốc phản ứng với O2 vào để cung cấp nhiệt cho q trình khí hóa ngun liệu cấp Vai trị tương tự vai trò than cốc lò cao nhà máy luyện thép Quá trình tiền xử lý thường bao gồm đơn vị phân loại nghiền giống sở đốt thông thường MSW xử lý trước đưa vào lị khí hóa trang bị plasmatorches nhiệt Đôi khi, đầu đốt LPG lắp đặt để tăng nhiệt độ ban đầu bổ sung nhiệt nhiệt trị chất thải rắn không đủ Than cốc phụ liệu tốt để sưởi ấm nói Nhiệt độ khí lò plasma nhiệt cao (> 1.200 oC), nhiệt độ khí thải từ lị plasma nhiệt phải giảm Nói chung, trao đổi nhiệt lắp đặt phía sau lị plasma nhiệt để thu hồi nhiệt từ khí Nhiệt thu hồi sử dụng nguồn lượng cách sử dụng tuabin nước Các khí làm mát qua trao đổi nhiệt phải lọc để tạo khí tổng hợp Một ưu điểm việc sử dụng khí hóa plasma nhiệt q trình loại bỏ NOx khử khơng xúc tác chọn lọc khử xúc tác chọn lọc không cần thiết khí hóa plasma nhiệt khơng phát NOx bên lị plasma bị đói O2 Sau kiểm sốt nhiễm khơng khí, khí tổng hợp (H2 CO) tinh khiết sử dụng nguồn lượng Đầu tiên, điện tạo nước / tuabin khí Đối với sản xuất điện tuabin hơi, khí tổng hợp đốt cháy, tạo nước bơm vào để tạo điện từ khí tổng hợp thiết bị bổ sung máy lọc khí máy nén khí tổng hợp cần thiết Thứ hai, hóa chất có giá trị cao sản xuất từ khí tổng hợp kết hợp q trình hóa học CH4 tạo quy trình methanat, sáp hóa học tạo quy trình Fischer-Tropsch Nó tạo H2 có độ tinh khiết cao, sử dụng làm nguyên liệu thô pin nhiên liệu để tạo điện Nhưng chưa áp dụng Có số ứng dụng thiết bị plasma nhiệt thương mại để xử lý chất thải rắn khác EU, Hoa Kỳ Châu Á (Bảng 1) Đặc biệt, Nhật Bản EU xây dựng nhiều nhà máy chế biến nhiệt plasma; lớn nằm Utashinai, Nhật Bản có cơng suất 300 TPD để xử lý MSW ASR (cặn máy hủy tự động) Một số công ty lớn sản xuất đèn pin plasma nhiệt (Westinghouse, Europlasma, Phoenix Tetronics) Westinghouse cung cấp đuốc plasma nhiệt tối đa 2,4 MW có tuổi thọ khoảng 1.500 [38] Europlasma phát triển đuốc truyền tối đa 4,0 MW, có tuổi thọ 1.500 [40] Phoenix phát triển đuốc plasma nhiệt chuyển, khơng chuyển chuyển đổi với cơng suất tối đa MW tuổi thọ khoảng 2.300 [41] Tetronics phát triển đuốc truyền, khơng chuyển đơi có tuổi thọ khoảng 1.000 [42] Ngoài ra, nhiều nhà cung cấp phân phối rộng rãi (đặc biệt Bắc Mỹ EU) cho phương pháp xử lý vật liệu khác sử dụng plasma nhiệt (Bảng 2) [43] Những phát khiến tin công nghệ plasma nhiệt để xử lý chất thải rắn công nghệ thành lập tốt sử dụng để giải vấn đề xử lý chất thải Đặc điểm q trình plasma để khí hóa CTRSH Đốt vai trị quan trọng hệ thống quản lý CTRSH tích hợp: (1) giảm khối lượng chất thải, bảo tồn khơng gian bãi chôn lấp, (2) cho phép thu hồi lượng từ CTRSH, (3) cho phép thu hồi khoáng chất từ chất thải rắn mà sau tái sử dụng tái chế, (4) tiêu hủy số chất gây nhiễm có dịng chất thải, (5) giảm nhu cầu “vận chuyển lâu dài” chất thải Việc thu hồi lượng để tạo điện từ nhiệt thu hồi tạo nước nóng nước để sử dụng cho ứng dụng sưởi ấm công nghiệp, thương mại khu dân cư dựa vào cộng đồng Khi đốt cháy hợp chất giả định với khơng khí: C6H10O4 + 6.5O2 + (24.5N2) → 6CO2 + 5H2O + (24.5N2) ∆H=-6.5 MWh /ton (7) Cơng nghệ plasma tạo nhiệt độ cực cao khơng có gần khơng có O2, với MSW có chứa chất hữu vật liệu khác Các chất hữu chuyển hóa thành khí tổng hợp vật liệu khác phân ly thành nguyên tố hóa học cấu thành, sau thu thập thủy tinh hóa để tạo loại xỉ trơ thủy tinh; hầu hết kim loại nặng kiềm (ngoại trừ thủy ngân, kẽm chì, hóa nhiệt độ cao giữ lại tro bay khí tổng hợp) giữ lại xỉ thủy tinh hóa Xỉ thủy tinh hóa thu sau làm nguội sử dụng làm vật liệu xây dựng Phản ứng khí hóa đơn giản MSW sử dụng plasma nhiệt biểu diễn sau [44]: C6H10O4 + 3O2 → 3CO + 3CO2 + 4H2 + H2O ∆H=-1.3 MWh/ton (8) Sản phẩm q trình khí hóa plasma MSW khí tổng hợp có giá trị nhiệt từ thấp đến trung bình bao gồm CO H2 thể phương trình (8) Khí đốt cháy để tạo nhiệt nước, làm lọc hóa học để loại bỏ tạp chất trước chuyển đổi thành nhiên liệu lỏng khác hóa chất cơng nghiệp Syngas cháy theo phương trình sau [44]: 3CO + 4H2 + 3.5O2 → 3CO2 + 4H2O ∆H=-1.5 MWh/ton (9) Đôi khi, nước bơm MSW vào lị khí hóa plasma để tăng hiệu suất lượng sản lượng khí tổng hợp theo phương trình (1) - (4) So sánh lò đốt plasma: Bảng cho thấy khác biệt quan trọng đề cập trình đốt khí hóa plasma nhiệt Các yếu tố khác biệt chúng lượng O2 thêm vào nhiệt độ bên lò Lò đốt thiết kế để tối đa hóa CO2 H2O, cho thấy q trình đốt cháy hồn tồn, nhiên hệ thống xử lý plasma nhiệt thiết kế để tối đa hóa CO H2, cho thấy q trình đốt cháy khơng hồn tồn Sự cháy hồn tồn khơng hồn tồn kiểm sốt cách sử dụng lượng O2 bổ sung Lò đốt thêm lượng lớn khơng khí dư thừa, hệ thống xử lý plasma nhiệt bổ sung lượng O2 hạn chế Do đó, bên lị đốt mơi trường oxy hóa, tạo NOx SOx, bên trình plasma nhiệt môi trường khử, cấm tạo NOx SOx Nhiệt độ lò đốt khoảng 800 oC, nhiệt độ nóng chảy tro Điều làm cho vật chất vơ có CTRSH chuyển hóa thành tro bụi đáy bay lên Tuy nhiên, nhiệt độ trình plasma nhiệt khoảng 1.400 oC, cao nhiệt độ nóng chảy tro Điều làm cho vật liệu vơ có CTRSH chuyển thành xỉ thủy tinh hóa sử dụng nguồn vật liệu xây dựng Tình trạng hoạt động nhà máy khí hóa plasma quy mơ 10 TPD để xử lý CTRSH Ví dụ; Một nhà máy plasma nhiệt công suất 10 TPD để xử lý CTRSH đặt Cheongsong, Hàn Quốc Dân số địa phương 30.000 tạo 15 TPD MSW Đặc điểm CTRSH trình bày Bảng [27] Nhà máy plasma nhiệt khởi công xây dựng vào đầu năm 2008 tối ưu hóa tháng tháng năm 2008 Nhà máy tiếp tục hoạt động bình thường 3,5 năm mà khơng gặp cố Lị tích hợp, trang bị hai đuốc plasma nhiệt không truyền nhiệt, thiết bị trung tâm nơi diễn q trình khí hóa Áp suất vận hành lị tích hợp trì áp suất đo -10 mmAq (Hình (a)); Sự gia tăng áp suất sau tháng 11 việc sửa đổi điều kiện hoạt động cho kết hợp trình plasma nhiệt với pin nhiên liệu Lị tích hợp bao gồm lị, hai đuốc plasma nhiệt khơng truyền nhiệt, đầu đốt làm nóng sơ sử dụng khí hóa lỏng (LPG), hệ thống cấp MSW, đầu cho xỉ nóng chảy cổng phun khí nóng Vai trị đầu đốt làm nóng sơ làm nóng trước lị tích hợp (lên đến 600 ° C 12 đầu tiên) Nhiệt độ bên lị tích hợp lị đốt khí tổng hợp trì 1.400 880 oC (Hình (b)) Ban đầu MSW bị oxy hóa phần cách phun khơng khí nóng (600 ° C, 700 Nm3 / giờ), khí lấy từ làm nóng sơ khơng khí / làm mát khí, sau làm tan chảy đuốc plasma Q trình oxy hóa MSW làm giảm lượng điện sử dụng cho đuốc plasma nhiệt Xỉ nóng chảy khai thác vào bể chứa nước từ lỗ nằm lị Xỉ nóng chảy làm nguội nước để tạo xỉ dạng hạt, loại bỏ cách sử dụng băng tải xỉ Hai đuốc plasma khơng truyền nhiệt lắp vào lị tích hợp (Hình 6) góc 30 ° để tạo lực ly tâm lị Hình ảnh đuốc nhiệt hình ảnh bên đuốc plasma thể Hình Cơng suất nguồn đuốc plasma 200 kW, với điện áp hoạt động dòng điện 571 ± 30 V 293 ± 10 A ( Hình (c)) Hiệu suất đuốc plasma khoảng 70% tuổi thọ điện cực khoảng 500 Khơng khí (500 L / phút, 490 kPa) cung cấp cho đuốc plasma nhiệt máy nén Khí tạo lị tích hợp (1.400 ° C) vào tạo nước, nơi có nhiệt độ làm mát đến 180 ° C Hơi nước tạo với tốc độ 1,2 / giờ, sau bơm vào bình ngưng tuần hoàn lại tạo Hệ thống làm khí loại bỏ khí có tính axit trước khí vào buồng đốt khí tổng hợp Vì mục đích này, máy làm nguội nước máy chà sàn lắp đặt nối tiếp Bộ lọc nước lọc đặt đầu trao đổi nhiệt Vai trị chất làm nguội khí làm lạnh khí đến 30 ° C dung dịch NaOH (40%) Mặc dù khí có tính axit cịn lại loại bỏ phần thiết bị làm dịu nước, tất khí có tính axit loại bỏ máy lọc Dung dịch tẩy rửa kiểm soát pH 9,0, tuần hồn lại Một buồng đốt khí tổng hợp lắp đặt để đốt cháy khí H2 CO thải Khơng khí lấy từ kho chứa MSW bổ sung vào buồng để đốt cháy hoàn toàn H2 CO vòi đốt LPG, sử dụng 4,76 Nm3 / LPG Nhiệt độ buồng đốt khí tổng hợp trì gần 900 °C Các sản phẩm phụ dạng rắn bắt nguồn từ lò liên hợp dạng xỉ (75,8 kg / (7,8% MSW đầu vào)) (Hình 8), sản phẩm phụ dạng lỏng từ hệ thống xử lý nước thải (0,43 Nm3 / tấn), sản phẩm phụ dạng khí từ khí hóa MSW đốt khí tổng hợp Thành phần tro xỉ phân tích cho thấy có SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3, Na2O MgO thành phần chính, với tổng tỷ lệ phần trăm 97% Tỷ lệ trọng lượng MSW đầu vào trở thành tro xỉ 7,58% Ngoài ra, tỷ lệ giảm khối lượng CTRSH thành xỉ lên đến 99% (tỷ trọng CTRSH: 0,09 / m3, xỉ: 2,6 / m3) Kết việc xử lý CTRSH quy trình plasma làm giảm đáng kể khối lượng CTRSH Quy trình lọc rửa đặc tính độc tính thực ba mẫu xỉ Khơng có kim loại nặng rửa giải khỏi xỉ (Bảng 5) Không gây độc hại Chất lỏng thải xử lí tái chế qua máy lọc nước Khí thải ( bảng 5, 6) thân thiện với môi trường Các thơng số thiết kế cho nhà máy khí hóa plasma quy mơ 100 TPD Người ta coi CTRSH có 3.300 kcal / kg gia nhiệt giá trị Hình mơ tả sơ đồ quy trình tổng thể nhà máy plasma 100 TPD để xử lý CTRSH Một nhà máy plasma nhiệt 100 TPD bao gồm sáu phần để khí hóa CTRSH: (1) Một phận lưu trữ hệ thống cấp liệu MSW, (2) lị tích hợp trang bị hai đuốc plasma nhiệt khơng truyền nhiệt, (3) khí thải t hệ thống tái hệ thống, bao gồm máy làm nguội máy lọc nước, (4) buồng chia khí tổng hợp, (5) làm nóng sơ khơng khí / làm mát khí (6) tuabin (khơng có nhà máy 10 TPD) Sự cân lượng cho trình tổng thể trình bày Hình 10 Ở công suất 10 TPD, công suất tiêu thụ đuốc plasma sử dụng để xử lý CTRSH 0,817 MWh / Ở 100 TPD, dự kiến sử dụng 0,447 MWh / nhiệt điện plasma Ở 10 TPD, nhiệt mát toàn trình thơng qua tường 14% lượng chứa khí thải ngăn xếp 16% , 100 TPD, tổn thất nhiệt toàn trình xuyên qua tường 7% lượng chứa khí thải ngăn xếp 10% Ngồi ra, quy mơ 10 TPD, khí tổng hợp nhiệt tạo từ trao đổi nhiệt không tái sử dụng, nhiên, mức 100 TPD, lượng tạo từ khí tổng hợp trao đổi nhiệt thông qua máy tạo sử dụng Năng lượng tái sử dụng hai máy tạo nước 73% lượng đầu vào (tỷ lệ 12 + 13 (16,679 Mcal / giờ) với 1+ (22,858 Mcal / giờ) Hình 10) Đánh giá kinh tế nhà máy khí hóa plasma Nhược điểm sử dụng điện, nguồn lượng đắt tiền ví dụ: Tại Hoa Kỳ, chi phí cho bãi chôn lấp khoảng 30-80 US $ / chi phí đốt rác trung bình 69 US $ / [50] Tuy nhiên, chi phí trung bình bãi chơn lấp lị đốt nước nhỏ Nhật Bản nước Châu Âu khoảng 200-300 USD / đất đai ngày khan [50], có nghĩa tính kinh tế q trình khí hóa plasma cho CTRSH cải thiện vùng Hiện nay, chi phí xây dựng trung bình nhà máy plasma ước tính vào khoảng 0,13-0,39 triệu USD / TPD Dodge ước tính chi phí xây dựng 750 TPD 150 triệu USD, tương đương 0,2 triệu USD / TPD [51] Chi phí xây dựng nhà máy 300 TPD Utashinai, Nhật Bản vào khoảng 0,17 triệu USD / TPD Một nhà máy plasma 600 TPD St Lucie, Canada Geoplasma lên kế hoạch sử dụng đuốc plasma nhiệt Alter NRG 0,17 triệu đô la Mỹ / TPD Dự án ban đầu lập kế hoạch xây dựng 2.700 TPD Geoplasma St Lucie có chi phí xây dựng 0,13 triệu USD / TPD nhà máy 10 TPD, bao gồm chi phí xây dựng vận hành (Bảng 8) 3,9 triệu USD tổng chi phí xây dựng 10 TPD hay 0,39 triệu USD / TPD Chi phí vận hành bao gồm chi phí nhân cơng, chi phí khấu hao, chi phí chung bảo hiểm Chi phí lao động cho 12 lao động chi phí chung 0,49 0,24 triệu USD / năm Chi phí khấu hao bảo hiểm 0,26 0,02 triệu USD / năm Tổng chi phí vận hành 0,99 triệu USD / năm Con số tương đương 300 USD / chưa có thuế GTGT 110 USD / nhận từ quyền địa phương để xử lý CTRSH Cheongsong, Hàn Quốc, mức phí khác tùy theo khu vực Do đó, tổng lợi nhuận âm (-190 USD / tấn) , tổng chi phí xây dựng cho nhà máy quy mô 100 TPD 24,8 triệu USD, tương đương 0,25 triệu USD / TPD Chi phí hoạt động bao gồm chi phí cố định, chi phí biến đổi bảo hiểm Trong chi phí cố định, chi phí nhân cơng, chi phí khấu hao chi phí phát sinh lợi ích phụ, chi phí bảo trì an tồn, chi phí đào tạo, cơng tác phí chi phí lại bao gồm; tổng chi phí cố định 2,39 triệu la Mỹ / năm Chi phí biến đổi bao gồm chi phí bảo trì, điện, hóa chất, nước 0,82 triệu USD / năm Tất chi phí biến đổi có bảo hiểm 0,94 triệu la Mỹ / năm Dựa cân lượng chi phí vận hành (Hình 10 Bảng 9), lợi nhuận từ việc bán điện sản xuất từ tuabin nước tạo (Bảng 10) Giá trị nhiệt thu hồi từ hai máy tạo nước 16,679 Mcal / (12 cộng với 13 Hình 10) Xét tổng hiệu suất việc cung cấp nước phát điện tuabin 26%, tạo 4.286 Mcal / điện, tương đương với 5.000 kW điện 2.000 kW điện cần thiết để tạo đuốc plasma nhiệt tiện ích, nghĩa 3.000 kW điện bán lên lưới tương đương với 23,8 triệu kWh / năm Với giá bán điện 10,9% / kWh, tổng lợi nhuận từ bán điện năm vào khoảng 2,6 triệu USD / năm; giá bán điện thu hồi từ CTRSH tương đối cao so với giá điện khác sách tiêu chuẩn danh mục tái tạo (RPS) phủ thúc đẩy việc sử dụng lượng tái tạo Hàn Quốc Ngoài ra, lợi nhuận thu từ xử lý CTRSH 110 USD / quyền địa trả để xử lý CTRSH Cheongsong, Hàn Quốc, có nghĩa xử lý 100 TPD CTRSH, lợi nhuận để xử lý CTRSH 3,6 triệu USD / năm Do đó, tổng lợi nhuận 6,2 triệu USD / năm (2,6 triệu USD / năm cộng với 3,6 triệu USD / năm) Xem xét chi phí vận hành (3,34 triệu USD / năm), kết luận tổng biên lợi nhuận cho nhà máy xử lý CTRSH 100 TPD sử dụng khí hóa plasma nhiệt vào khoảng 2,86 triệu USD / năm (6,2 triệu USD / năm trừ 3,34 triệu US $ / năm), tương đương 86 US $ / Kết luận Công nghệ plasma phương pháp hoàn thiện, đáng tin cậy chứng minh để tạo nhiệt độ cao áp suất khí quyển, điều khơng thể đạt cách đốt cháy nhiên liệu Gần đây, công nghệ plasma nhiệt áp dụng để xử lý CTRSH trực tiếp từ xe tải nhà máy thí điểm thương mại Q trình khí hóa plasma chuyển đổi chất hữu chứa CTRSH thành khí tổng hợp, phân tách vật liệu khác thành nguyên tố hóa học cấu thành, sau thu gom thủy tinh hóa để tạo loại xỉ trơ thủy tinh giữ lại hầu hết kim loại nặng kiềm từ chất thải Xỉ thủy tinh hóa sử dụng làm vật liệu xây dựng Ngồi ra, NOx SOx khơng thải điều kiện thiếu O2 bên lò plasma nhiệt Nồng độ điôxin thấp so với lị đốt thơng thường để xử lý CTRSH nhiệt độ lị tích hợp cao Do đó, quy trình plasma nhiệt giải pháp thay thân thiện với mơi trường cho q trình khí hóa CTRSH Một nhà máy khí hóa plasma xây dựng quy mơ 10 TPD cách sử dụng lị tích hợp trang bị hai đuốc plasma nhiệt không truyền nhiệt, hoạt động 3,5 năm mà khơng gặp cố Nó chứng minh thành cơng q trình plasma nhiệt chuyển đổi CTRSH thành xỉ vô hại, với mức thấp nhiều phát thải chất ô nhiễm môi trường không khí sản xuất khí tổng hợp nguồn lượng tiềm (287 Nm3 / H2 395 Nm3 / CO), sử dụng 1,14 MWh / điện (ngọn đuốc plasma nhiệt (0,817 MWh / tấn) + tiện ích (0,322 MWh) / tấn)) 7,37 Nm3 / khí hóa lỏng (LPG) Dữ liệu thu 3,5 năm vận hành cung cấp nhiều hiểu biết sâu sắc hoạt động nhà máy yếu tố kinh tế thông số thiết kế để mở rộng công suất Chúng thu đánh giá chi tiết tính kinh tế thang điểm 10 TPD bao gồm chi phí xây dựng chi phí vận hành Tổng chi phí vận hành 0,99 triệu USD / năm (300 USD / chưa VAT) Ngồi ra, quyền địa phương phải trả 110 USD / để xử lý CTRSH Điều có nghĩa tổng biên lợi nhuận âm 190 USD / quy mô 10 TPD Tuy nhiên, dựa sở hoàn tồn tin tưởng tính kinh tế q trình cải thiện tăng quy mô xử lý giảm chi phí xây dựng tăng cơng suất, lợi nhuận từ việc sử dụng khí tổng hợp làm nguồn lượng giảm tổng chi phí vận hành như chi phí lao động chi phí chung Chúng tơi đánh giá tính kinh tế quy trình khí hóa plasma nhiệt 100 TPD cho MSW Do đó, chúng tơi tính tốn tổng chi phí vận hành 3,34 triệu đô la Mỹ / năm (101 đô la Mỹ / chưa VAT) tổng lợi nhuận từ việc bán điện xử lý CTRSH khoảng 6,2 triệu đô la Mỹ / năm cho nhà máy 100 TPD, tương đương 187 USD / Điều có nghĩa tổng biên lợi nhuận dương 86 đô la Mỹ / quy mô 100 TPD Mặc dù tính khả thi mặt kỹ thuật q trình khí hóa plasma nhiệt CTRSH chứng minh rõ ràng, chưa rõ ràng quy trình có hiệu kinh tế thị trường tồn cầu thay đổi theo khu vực chi phí xử lý CTRSH Tuy nhiên, rõ ràng việc tái sử dụng xỉ thủy tinh hóa sản xuất lượng từ khí tổng hợp cải thiện khả thương mại q trình này, có tiến tiếp tục hướng tới phát triển trình ... lý chất thải rắn Có ba loại quy trình bên lò plasma để xử lý chất thải rắn Đầu tiên nhiệt phân (khơng có O2) chất thải thể khí, lỏng rắn lị plasma với đuốc plasma Thứ hai khí hóa (thiếu O2) chất. .. máy khí hóa plasma quy mô 100 TPD Đánh giá kinh tế nhà máy khí hóa plasma Kết luận Giới thiệu plasma Plasma định nghĩa chất khí bán chuẩn gồm hạt mang điện trung tính thể hành vi tập thể [3] Plasma. .. O2) chất thải rắn có chứa hợp chất hữu để tạo khí tổng hợp (H2 + CO) Cuối thủy tinh hóa chất thải rắn đuốc plasma hồ quang chuyển, không chuyển lai theo độ dẫn điện chất Q trình khí hóa q trình