Nghiên cứu đề xuất quy trình vận hành lò đốt đa năng các loại chất thải công nghiệp nguy hại trên lò nhiệt phân tĩnh

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH VẬN HÀNH LỊ ĐỐT ĐA NĂNG CÁC LOẠI CHẤT THẢI CƠNG NGHIỆP NGUY HẠI TRÊN LÒ NHIỆT PHÂN TĨNH LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Lời cảm ơn Đầu tiên xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Quốc Bình, người thầy trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ mặt, theo sát dẫn để tơi hồn thành luận văn này, nhờ có thầy mà từ kiến thức lý thuyết tơi chuyển thành kinh nghiệm thực tế trình nghiên cứu thực đề tài Tôi xin chân thành cám ơn thầy khoa Mơi trường tận tình hướng dẫn, bồi đắp kiến thức cho suốt năm năm qua Tôi xin chân thành cảm ơn chú, cơ, anh, chị phịng Kiểm sốt Ơ nhiễm Khơng khí thuộc Viện Kỹ Thuật Nhiệt Đới Bảo Vệ Mơi Trường dẫn đóng góp nhiều ý kiến q báu suốt q trình tơi khảo sát thực tế trình thực tập viện Xin cảm ơn tất bạn học giúp đỡ điều Trên hết tơi vơ biết ơn gia đình động viên ủng hộ chuyện, giúp đỡ chỗ dựa vững cho Do thời gian nghiên cứu kiến thức nhiều hạn chế nên chắn đề tài không tránh khỏi sai sót Tơi mong nhận ý kiến đóng góp thầy cô, anh chị bạn để luận văn tơi hồn chỉnh Một lần xin chân thành cảm ơn tất giúp đỡ người tôi! TP.HCM, tháng 12 năm 2004 Sinh viên LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Danh mục chữ viết tắt luận án DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN ASTM : Tiêu chuẩn Mỹ CE : Hiệu đốt CTCN : Chất thải công nghiệp CTNH : Chất thải nguy hại DRE : Hiệu phân huỷ EPA : Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ KL : Khối lượng KLN : Kim loại nặng KCN : Khu công nghiệp KCX : Khu chế xuất TBVTV : Thuốc bảo vệ thực vật TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam THC : Tổng Hydrocarbon Tp.HCM: Thành phố Hồ Chí Minh xi Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Danh mục hình DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Lị đốt cấp 22 Hình 2.2 Lị đốt nhiều cấp 23 Hình Lò đốt thùng quay 24 Hình 2.4 Hệ thống lị đốt thùng quay có hệ thống xử lý khí 25 Hình 2.5 Lị đốt tầng sôi 27 Hình 2.6 Lị đốt chất thải lỏng 28 Hình 2.7 Lị đốt nhiệt phân tĩnh 29 Hình 2.8 Hệ thống lị đốt nhiệt phân tĩnh có kiểm sốt nhiễm 30 Hình 2.9 Lị đốt hồng ngoại 32 Hình 3.1 Quá trình nhiệt phân 35 Hình 3.2 Biến đổi sản phẩm cháy 35 Hình 3.3 Đường biểu diễn liên quan nhiệt độ khơng khí dư 40 Hình 4.1 Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân rác hỗn hợp 54 Hình 4.2 Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân giẻ lau 54 Hình 4.3 Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân polyamid 54 Hình 4.4 Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân PE 54 Hình 4.5 Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân gỗ củi 55 Hình 4.6 Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân cao su 55 Hình 4.7 Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân carton 55 Hình 4.8 Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân nhựa PET 55 Hình 4.9 Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân nhựa photoresist 55 vi Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Danh mục hình Hình 4.10 Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân nhựa PP 55 Hình 4.11 Mơ hình lị nhiệt phân đốt chất thải 58 Hình 4.12 Diễn biến nhiệt độ, CO, CO2, CxHy, O2 trình nhiệt phân 3500C,  = 20% 64 Hình 4.13 Diễn biến nhiệt độ, CO, CO2, CxHy, O2 trình nhiệt phân 3500C,  = 40% 64 Hình 4.14 Diễn biến nhiệt độ buồng sơ cấp trình nhiệt phân 3500C,  = 20, 40% 65 Hình 4.15 Diễn biến nồng độ oxy buồng sơ cấp trình nhiệt phân 3500C,  = 20, 40% 65 Hình 4.16 Diễn biến nồng độ khí gas theo oxy tự buồng sơ cấp trình nhiệt phân 3500C,  = 20, 40% 66 Hình 4.17 Diễn biến nhiệt độ, CO, CO2, CxHy, O2 trình nhiệt phân 4500C,  = 20% 67 Hình 4.18 Diễn biến nhiệt độ, CO, CO2, CxHy, O2 trình nhiệt phân 4500C,  = 40% 68 Hình 4.19 Diễn biến nhiệt độ buồng sơ cấp trình nhiệt phân 4500C,  = 20, 40% 68 Hình 4.20 Diễn biến nồng độ oxy buồng sơ cấp trình nhiệt phân 4500C,  = 20, 40% 69 Hình 4.21 Diễn biến nồng độ khí gas theo oxy tự buồng sơ cấp trình nhiệt phân 4500C,  = 20, 40% 69 Hình 4.22 Diễn biến nhiệt độ, CO, CO2, CxHy, O2 trình nhiệt phân 5500C,  = 20% 71 Hình 4.23 Diễn biến nhiệt độ, CO, CO2, CxHy, O2 trình nhiệt phân 5500C,  = 40% 71 vii Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Danh mục hình Hình 4.24 Diễn biến nhiệt độ buồng sơ cấp trình nhiệt phân 5500C,  = 20, 40% 72 Hình 4.25 Diễn biến nồng độ oxy buồng sơ cấp trình nhiệt phân 5500C,  = 20, 40% 72 Hình 4.26 Diễn biến nồng độ khí gas theo oxy tự buồng sơ cấp trình nhiệt phân 5500C,  = 20, 40% 73 Hình 4.27 Biến thiên nồng độ CO theo oxy buồng thứ cấp 79 Hình 4.28 Diễn biến hiệu đốt CE theo nồng độ oxy buồng thứ cấp 80 Hình 4.29 Biến thiên nồng độ CO khoảng dao động oxy từ -14% 81 Hình 4.30 Diễn biến nhiệt độ buồng nhiệt phân lò đốt rác LRY - 500 87 Hình 4.31 Biến thiên nồng độ CO theo oxy buồng thứ cấp lò LRY - 500 88 Hình 4.32 Diễn biến nồng độ CxHy, O2 (%) theo thời gian buồng nhiệt phân nhiệt độ 4500C, chế độ cấp khí  = 20% 89 Hình P 1.1 Diễn biến nồng độ CO theo oxy tự buồng thứ cấp 97 Hình P 1.2 Diễn biến hiệu đốt CE theo nồng độ oxy tự buồng thứ cấp 97 viii Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Danh mục bảng DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Lượng chất thải rắn nguy hại Tp HCM vùng phụ cận Bảng 1.2 Khối lượng chất thải rắn bệnh viện Tp HCM vùng phụ cận Bảng 1.3 Tổng hợp khối lượng thành phần rác từ nhà máy điều tra 10 Bảng 1.4 Khối lượng rác công nghiệp CTNH Tp HCM 13 Bảng 1.5 Mức độ áp dụng phương pháp xử lý chất thải rắn số nước 19 Bảng 2.1 Lượng chất thải nguy hại phát sinh trung bình năm số nước 20 Bảng 3.1 Hiệu phân huỷ số chất hữu 99,99% 38 Bảng 3.2 Thành phần hóa học trung bình số chất thải 39 Bảng 3.3 Nhu cầu cấp khí số chất thải 40 Bảng 3.4 Nhiệt lượng số chất thải 41 Bảng 3.5 Chỉ số cháy số chất 46 Bảng 3.6 Tiêu chuẩn khí thải số nguồn thải Việt Nam 47 Bảng 3.7 Tiêu chuẩn giới hạn khí thải cho lị đốt chất thải số nước 48 Bảng 3.8 Tóm tắt sản phẩm cháy phương pháp xử lý công nghệ đốt chất thải 51 Bảng 4.1 Chế độ nhiệt phân: 3500C – 20%Ôxy 61 Bảng 4.2 Chế độ nhiệt phân: 3500C – 40%Ôxy 61 Bảng 4.3 Chế độ nhiệt phân: 4500C – 20%Ôxy 62 Bảng 4.4 Chế độ nhiệt phân: 4500C – 40%Ôxy 62 Bảng 4.5 Chế độ nhiệt phân: 5500C – 20%Ôxy 63 Bảng 4.6 Chế độ nhiệt phân: 5500C – 40%Ôxy 63 ix Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Danh mục bảng Bảng 4.7 Thí nghiệm 76 Bảng 4.8 Thí nghiệm 77 Bảng 4.9 Thí nghiệm 77 Bảng 4.10 Thí nghiệm 77 Bảng 4.11 Thí nghiệm 77 Bảng 4.12 Thí nghiệm 78 Bảng 4.13 Thí nghiệm 78 Bảng 4.14 Thí nghiệm 78 Bảng 4.15 Nồng độ khí thải sau đốt phút 87 Bảng 4.16 Nồng độ khí thải sau đốt 10 phút 87 Bảng 4.17 Nồng độ khí thải sau đốt 15 phút (giai đoạn nhiệt phân) 88 Bảng 4.18 Nồng độ khí thải giai đoạn gần cuối mẻ đốt 88 Bảng 4.19 Nồng độ chất khí thải (rác từ nhà máy VIPESCO) 90 Bảng 4.20 Nồng độ chất khí thải (rác hữu trơ thải từ nhà máy sản xuất phân vi sinh tỉnh BR – VT) 90 Bảng P1.1 Thí nghiệm – giai đoạn cháy ổn định 96 Bảng P1.2 Thí nghiệm – nhập liệu 96 Bảng P1.3 Thí nghiệm – giai đoạn cuối mẻ đốt 96 x Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phụ lục PHỤ LỤC KẾT QUẢ ĐO KHÍ THẢI TẠI LỊ ĐỐT RÁC Y TẾ BÌNH HƯNG HỒ Kết đo tiêu khí thải sau buồng thứ cấp Bảng P1.1 Thơng Số Thí nghiệm – giai đoạn cháy ổn định Lần Lần Lần Lần Lần TB 11,3 10,9 10,8 11,1 11,2 11,1 6,6 6,7 6,5 6,7 6,5 6,6 CO (mg/m ) 88 161 151 42 21 92,6 NOx (mg/m3) 56 51 50 53 53 52,6 SO2 (mg/m3) 25 31 23 17 15 22,2 99,88 99,79 99,80 99,95 99,97 99,88 O2 (%) CO2 (%) CE (%) Bảng P1.2 Thơng Số Thí nghiệm – giai đoạn nhập liệu Lần Lần Lần Lần Lần TB 4,3 4,1 4,5 3,7 4,9 4,3 11,2 11,2 11,2 11,6 10,6 11,2 CO (mg/m ) 988 1256 588 360 764 791,2 NOx (mg/m ) 294 228 179 158 145 200,8 SO2 (mg/m3) 1017 444 253 393 143 450,0 CE (%) 99,24 99,03 99,54 99,73 99,37 99,38 O2 (%) CO2 (%) Bảng P1.3 Thơng Số Thí nghiệm – giai đoạn cuối mẻ đốt Lần Lần Lần Lần Lần TB O2 (%) 13,7 9,2 8,7 7,5 8,6 9,5 CO2 (%) 8,6 8,2 8,2 8,2 8,4 CO (mg/m3) 550 546 412 339 123 394,0 110 109 105 122 95 108,2 108 103 65 74 39 77,8 99,44 99,42 99,56 99,67 99,87 99,59 NOx (mg/m ) SO2 (mg/m ) CE (%) 96 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phụ lục 1400 CO (mg/m3 ) 1200 1000 800 600 400 200 3,7 4,1 4,3 4,5 4,9 7,5 8,6 8,7 9,2 10,8 10,9 11,1 11,2 11,3 13,7 O2 (%) Diễn biến nồng độ CO theo oxy tự buồng thứ cấp Hình P1.1 100,0 99,8 99,6 CE (%) 99,4 99,2 99,0 98,8 98,6 98,4 98,2 98,0 3,7 4,1 4,3 4,5 4,9 7,5 8,6 8,7 9,2 10,8 10,9 11,1 11,2 11,3 13,7 O2 (%) Hình P1.2 Diễn biến hiệu đốt CE theo nồng độ oxy tự buồng thứ cấp Nhận xét: Từ hình P1.1 hình P1.2 rút nhận xét sau: lị hoạt động khơng hiệu quả, thí nghiệm 3, nồng độ khí CO sinh cao (trung bình 791.2 – 394mg/m3) 97 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân CO = 50 CO = 100 140 120 CO (mg/m ) 100 80 60 40 20 7,2 7,8 8,4 8,4 8,6 8,8 8,9 9,2 9,5 9,8 10,8 11,8 12,1 12,3 12,4 13 13 13,7 O2 (%) Hình 4.29 Biến thiên nồng độ CO khoảng dao động oxy từ – 14% Nhận xét: Từ hình 4.27 hình 4.29 rút nhận xét: nồng độ oxy dao động khoảng từ – 11% nồng độ CO sinh khí thải thấp, đạt TCVN 6560 – 1999 (CO = 100mg/m3), oxy dao động khoảng từ 8.5 – 10% nồng độ CO khí thải < 50mg/m3 Khi hàm lượng oxy tự < 7%, có hiệu ứng làm tăng CO gọi hiệu ứng CO nóng; hàm lượng oxy > 11%, CO tăng người ta gọi hiệu ứng CO lạnh Khi nồng độ oxy tự khoảng – 11% hiệu đốt CE cao (> 99.9%) (hình 4.28) Ví dụ tương tứng với nồng độ oxy tự trung bình buồng thứ cấp 7.8 – 8.6 – 10.2 nồng độ CO hiệu đốt (CE) trung bình là: CO – 74.4 – 25.4 – 26.8 mg/m3, CE – 99.93 – 99.98 – 99.98% (bảng 4.9 – 4.10 – 4.11) Trong thực tế, lò đa số lị hở, khơng hồn tồn kín (chưa đạt u cầu nhiệt phân tĩnh) nên nồng độ oxy thực tiêu tốn cho buồng thứ cấp cao so với nghiên cứu mơ hình Do tùy theo cấu tạo lò mà ta điều chỉnh cho phù hợp với thực tế Nồng độ oxy buồng thứ cấp theo nghiên cứu 81 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo ngun lý nhiệt phân mơ hình – 11%, lị thực tế lên đến 13% - 14% nồng độ khí CO sinh đạt TCVN; lúc phải tốn nhiên liệu nhiều cấp dư oxy làm nguội lị Vì nên khống chế nồng độ oxy buồng thứ cấp khoảng – 9% tốt Cùng mẻ đốt, hiệu đốt (CE) tăng dần theo thời gian (bảng 4.9 – 4.12) Các kết nghiên cứu cho thấy: giai đoạn – mẻ đốt (tức từ -15 phút đầu sau nạp rác) giá trị CE thấp, nồng độ CO khí thải cao Sau sang giai đoạn 3, điều kiện đốt ổn định, lượng chất bị khí hố giảm dần, hiệu đốt đạt cao, nồng độ CO giảm mạnh Cụ thể chế độ thí nghiệm (bảng 4.9), giai đoạn đầu nồng độ CO 100 mg/m3, sang giai đoạn nồng độ CO 83 mg/m3; chế độ thí nghiệm (bảng 4.10), giai đoạn đầu nồng độ CO 37 mg/m3, sang giai đoạn nồng độ CO 20 mg/m3; chế độ thí nghiệm (bảng 4.11), giai đoạn đầu nồng độ CO 37 mg/m3, sang giai đoạn nồng độ CO 25 mg/m3; chế độ thí nghiệm (bảng 4.12), giai đoạn đầu nồng độ CO 115 mg/m3, sang giai đoạn nồng độ CO 74 mg/m3 Sự dao động CO giai đoạn đo mẻ đốt thí nghiệm tăng lên nhiệt phân nhiệt độ cao chế độ cấp khí lớn Vì điều kiện làm tốc độ phản ứng nhiệt phân tăng nhanh, gây biến động mạnh lưu lượng, làm giảm thời gian lưu cháy, CE giảm, nồng độ CO tăng cao Tóm lại diễn biến oxy tự buồng sơ cấp thứ cấp yếu tố quan trọng sử dụng để kiểm soát điều kiện nhiệt phân đốt chất thải khác mà ta khơng có điều kiện xác định thành phần hố học chúng, thực tế khơng phải lúc có điều kiện phân tích Như vậy, tương tự việc theo dõi nhiệt độ nhiệt phân, dựa vào biến đổi hàm lượng oxy tự buồng sơ cấp thứ cấp để kiểm sốt q trình đốt đạt hiệu yêu cầu 82 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 4.2.3.3 Kết luận Từ kết nghiên cứu thực nghiệm với số kết nghiên cứu khác [1], [3], [4], rút số nhận xét, điều kiện để đốt chất thải nói chung sau: - Điều kiện cấp khí ban đầu buồng sơ cấp nên chế độ  20%O2 Trong trường hợp đốt mà không xác định thành phần chất thải theo dõi gián tiếp sau: 1) Kiểm sốt thơng qua nồng độ oxy tự buồng sơ cấp: Với kết nghiên cứu thực nghiệm lò đốt đồng dạng mơ hình lị đốt nêu hình 4.11 Tương ứng với điều kiện cấp khí  20%O2 oxy tự buồng sơ cấp dao động khoảng – 3% (V) Với điều kiện cho thấy hàm lượng khí gas có CxHy cao 2) Thông qua việc theo dõi độ gia tăng nhiệt độ để kiểm sốt chế độ cấp khí 3) Kiểm soát lượng oxy tự buồng thứ cấp từ – 11% (V) điều kiện kết nghiên cứu cho thấy nồng độ CO khí thải thường thấp nhất, hiệu đốt CE cao Khi hàm lượng oxy tự < 7%, có hiệu ứng làm CO tăng người ta gọi hiệu ứng “CO nóng”, hàm lượng oxy tự >11%, CO tăng người ta gọi hiệu ứng “CO lạnh” - Chất thải đem đốt nên có độ ẩm W  30% Trong số trường hợp chất thải có độ ẩm cao cần phải khống chế độ ẩm rác  50% Thực tế độ ẩm cao 30% nhiệt độ buồng nhiệt phân ban đầu cần để điều kiện làm việc cao Thực tế nghiên cứu [4] cho thấy với rác có độ ẩm:  Ẩm < 20% nhiệt độ buồng nhiệt phân đặt là: nhiệt độ rác khô bắt đầu nhiệt phân mạnh + 500C  Ẩm từ 20 – 35% nhiệt độ buồng nhiệt phân đặt là: nhiệt độ rác khô bắt đầu nhiệt phân mạnh + 750C  Ẩm từ 35 – 50% nhiệt độ buồng nhiệt phân đặt là: nhiệt độ rác khô bắt đầu nhiệt phân mạnh + 1000C 83 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân Khi độ ẩm rác cao thời gian nhiệt phân thường kéo dài, suất đốt giảm 4.3 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ VẬN HÀNH LỊ ĐỐT CHẤT THẢI NGUY HẠI THEO CƠNG NGHỆ ĐỐT TRÊN LÒ NHIỆT PHÂN TĨNH 4.3.1 Căn đề xuất Từ kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm công nghệ đốt rác hỗn hợp, xây dựng nên quy trình cơng nghệ vận hành sở sau:  Nhiệt độ nhiệt phân  Chế độ cấp khí  Nồng độ oxy tự 4.3.2 Đề xuất quy trình vận hành lị đốt Quy trình cơng nghệ vận hành lò đốt rác dựa nồng độ oxy tự đề xuất sau: Sấy buồng thứ cấp tới nhiệt độ 11000C, nhiệt độ buồng sơ cấp từ 450 – 5500C, tắt công tắc điều khiển để ngừng hoạt động béc đốt buồng sơ cấp, tiến hành nạp rác vào buồng sơ cấp, sau mở van cấp khí vào buồng sơ cấp (0 – 20%), chế độ cấp khí kiểm sốt dựa vào diễn biến nhiệt độ buồng sơ cấp nhiệt độ bắt đầu tiến hành nhiệt phân rác Thực tế buồng sơ cấp lúc có q trình tự cung cấp nhiệt nhờ phản ứng cháy Thông qua chế độ kiểm sốt khơng khí vào buồng sơ cấp thích hợp không cần tới hoạt động béc đốt buồng sơ cấp Vận hành lò đốt theo kiểm soát nồng độ oxy tự buồng sơ cấp thứ cấp; quan sát thấy nồng độ oxy buồng sơ cấp lúc tăng (gần đạt giá trị ban đầu, có nghĩa kết thúc giai đoạn nhiệt phân, nồng độ oxy tăng tới giới hạn cần nạp mẻ rác vào để nhiệt phân đốt Ln kiểm sốt cho nồng độ oxy buồng sơ cấp dao động khoảng – 3% để đảm bảo lượng khí gas (CxHy) cung cấp cho buồng thứ cấp nhiều Trong trình đốt chất thải liên tục dựa vào quy luật biến đổi nhiệt độ mà oxy tự buồng sơ cấp trở nên phức tạp nhiều Vì lúc trình 84 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân nhiệt phân chất thải lại có q trình đốt cặn carbon mẻ đốt trước đấy, nhiệt độ buồng nhiệt phân có chiều hướng ngày tăng dần (nếu khơng kiểm soát nhiệt độ buồng thứ cấp sau mẻ đốt thứ 3,4 lên tới 800 – 9000C dễ dàng), oxy tự bị rối loạn quy trình vận hành lò đốt gây ảnh hưởng Điều làm q trình vận hành lị đốt trở nên phức tạp Để khắc phục nhược điểm nên đưa thêm điều kiện sau để bổ sung trình vận hành lò đốt dễ dàng hơn:  Kiểm sốt nhiệt độ nhiệt phân q trình đốt chất thải: khoảng nhiệt độ nhiệt phân định (có thể 450 – 5500C, 500 – 6000C, tuỳ theo loại rác Nếu thấy rác có thành phần cao su, nhựa giẻ có thành phần polyeste cao, điều chỉnh nhiệt độ vận hành thấp hơn) việc lắp thêm thiết bị phun nước để kiểm soát nhiệt độ mong muốn Ở mẻ đốt cuối ngày làm việc trước lấy tro, sau hết giai đoạn nhiệt phân cần tăng hệ số cấp khí thích hợp để nhiệt độ buồng đốt tăng cao, lúc cặn carbon bị đốt triệt để  Thời gian nạp mẻ rác theo suất đốt dựa vào kết vận hành mẻ đốt rác Với cơng nghệ vận hành thích hợp cho thấy tăng suất lò đốt đặc biệt tiết kiệm nhiên liệu đáng kể Nên có đầu dị theo dõi oxy dư khói thải để điều chỉnh chế độ cấp khí cho buồng thứ cấp, để khống chế nồng độ oxy buồng thứ cấp khoảng từ – 11%, lượng khí CO sinh không nhiều đạt TCVN 6560 – 1999, hiệu đốt cao ổn định 4.4 ĐỐT THỬ NGHIỆM TRÊN LÒ ĐỐT TRONG THỰC TẾ Mục đích: kiểm chứng quy trình cơng nghệ vận hành lò đốt chất thải nghiên cứu mơ hình 4.4.1 Ngun liệu Tại lị đốt rác Công ty Sông Xanh (Bà Rịa – Vũng Tàu): đốt rác hỗn hợp (rác hữu trơ loại từ nhà máy sản xuất phân hữu tỉnh BR-VT), rác thải nhà máy sản xuất thuốc sát trùng Thanh Sơn (VIPESCO) 85 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân Tại lò đốt rác y tế tập trung LRY – 500 (Xí nghiệp xử lý chất thải – Công ty Môi trường Đô thị): rác y tế - Thiết bị đo khí thải: nêu mục 4.2.1.1, để đánh giá hiệu đốt so sánh với tiêu chuẩn TCVN 6560 - 1999 - Thời gian đo: đo giai đoạn kể từ sau nạp rác, giai đoạn đo phút, lấy kết trung bình lần đo giai đoạn (TBi), giai đoạn đo cách phút - Các phương pháp lấy mẫu, phân tích đo đạc: Phương pháp thu mẫu phân tích theo TCVN EPA 4.4.2 Lò đốt chất thải Chất thải đốt nghiên cứu lò nhiệt phân tĩnh, sơ đồ cấu tạo, ngun lý hoạt động mơ hình nghiên cứu có hình dạng hình 4.11 Thiết bị khống chế nhiệt độ buồng sơ cấp sử dụng bơm nước, hệ thống thiết bị xử lý khí thải đặt sau buồng thứ cấp Cơ cấu nạp rác thuỷ lực, nhiên liệu sử dụng dầu DO 4.4.3 Tiến hành đốt rác Trước hết khởi động sấy lò đốt, nhiệt độ buồng thứ cấp đạt 1100  500C, nhiệt độ buồng sơ cấp đạt 450 – 5500C, tắt béc đốt buồng sơ cấp, tiến hành nạp rác vào buồng sơ cấp để nhiệt phân đốt Sau nạp rác xong mở van cấp khí vào buồng nhiệt phân theo chế độ yêu cầu (cấp khí ban đầu  < 20%; kiểm sốt ơxy dư buồng sơ cấp 15 phút đầu < 3% (V), ơxy dư khí thải – 11% (V)) Cứ trung bình 45 - 50 phút nạp mẻ rác Tiến hành đo đạc tiêu khí thải sau buồng thứ cấp 4.4.4 Kết đo kiểm nghiệm 4.4.4.1 Kết đo Lò đốt rác LRY – 500  Khối lượng rác 30kg  Nhiệt độ buồng nhiệt phân: 450 – 550 C 86 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân  Sau nạp rác phút cấp khí, cấp khí ban đầu: cấp1 ( < 20%)  Thời gian kết thúc nhiệt phân: 44 phút 600 nhiệt độ (0C) 500 400 300 200 100 0 500 1000 1500 2000 thời gian (giây) 2500 3000 Hình 4.30 Diễn biến nhiệt độ buồng nhiệt phân lò đốt rác LRY - 500 (kết đo phụ lục 2)  Tại buồng thứ cấp: Các kết đo tiêu khí thải đưa từ bảng 4.15 – 4.18 Bảng 4.15 Nồng độ khí thải sau đốt đƣợc phút Thơng Số Lần Lần Lần Lần Lần TB 11,3 7,1 7,9 11,4 8,3 9,2 9,2 10,2 10 7,4 8,8 CO (mg/m ) 40 17 15 12 18,4 94 63 65 93 92 81,4 99,96 99,99 99,99 99,99 99,99 99,98 O2 (%) CO2 (%) NOx (mg/m ) CE (%) Bảng 4.16 Nồng độ khí thải sau đốt đƣợc 10 phút Thông Số Lần Lần Lần Lần Lần TB O2 (%) 11,5 6,8 7,5 7,7 8,1 CO2 (%) 6,9 10,6 10,4 10,5 10,2 9,7 CO (mg/m3) 10 12 15 9,0 NOx (mg/m3) 79 73 73 74 98 79,4 99,90 99,94 99,94 99,94 99,92 99,93 CE (%) 87 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân Bảng 4.17 Nồng độ khí thải sau đốt đƣợc 15 phút (giai đoạn nhiệt phân) Thông Số Lần Lần Lần Lần Lần TB O2 (%) 8,9 6,8 6,3 10,1 8,8 8,2 CO2 (%) 8,6 10,5 11,1 8,2 10,5 9,8 CO (mg/m3) 10 12 15 10,2 NOx (mg/m3) 97 88 100 116 122 104,6 99,99 100,00 99,99 99,99 99,99 99,99 CE (%) Bảng 4.18 Nồng độ khí thải giai đoạn gần cuối mẻ đốt Thông Số Lần Lần Lần Lần Lần TB O2 (%) 9,2 8,2 7,3 5,4 7,4 CO2 (%) 8,7 9,7 10 9,9 11,8 10,0 CO (mg/m3) 13 12 9,0 NOx (mg/m3) 171 128 120 113 130 132,4 99,99 99,99 99,99 99,99 99,99 99,99 CE (%) 50 CO Poly (CO) CO (mg/m3 ) 40 30 20 10 4,9 5,4 5,8 6,3 6,8 6,8 7 7,1 7,3 7,0 7,5 7,7 7,9 7,9 7,6 7,7 8,2 7,9 8,3 8,8 8,9 8,9 8,6 9,2 10,1 11,3 11,4 11,5 14 O2(%) Hình 4.31 Biến thiên nồng độ CO theo oxy buồng thứ cấp lò LRY - 500 88 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân Nhận xét:  Biến thiên nhiệt độ (hình 4.30) buồng sơ cấp phù hợp với nghiên cứu ảnh hưởng chế độ nhiệt độ mơ hình phù hợp với kết nghiên cứu trước [1]  Khi khống chế nồng độ oxy dư buồng nhiệt phân từ – 3% (sau khoảng 10 – 20 phút nhiệt phân), hầu hết mẻ đốt có nồng độ CO tương ứng đo sau buồng thứ cấp có giá trị nhỏ (< 50mg/m3), đạt TCVN, (bảng 4.15 – 4.18)  Nồng độ CO thấp điều kiện oxy dư khí thải đo thường từ – 11% (V) Hiệu đốt CE cao (> 99,99%), trình đốt nồng độ khí CO sinh ln đạt tiêu chuẩn cho phép Rõ ràng lò đốt rác y tế LRY – 500 có cơng nghệ vận hành phù hợp lò hoạt động đạt hiệu mong muốn 4.4.4.2 Kết đo lị đốt rác cơng ty Sông Xanh (Bà Rịa – Vũng Tàu)  Tại buồng sơ cấp: O2 CxHy Poly (CxHy) Poly (O2) 1,2 25 20 0,8 15 0,6 10 0,4 0,2 0 00:00 07:12 14:24 21:36 28:48 CxHy (%) O2 (%) 30 36:00 thời gian (phút : giây) Hình 4.32 Diễn biến nồng độ CxHy, O2 (%) theo thời gian buồng nhiệt phân nhiệt độ 4500C, chế độ cấp khí  = 20% (kết đo phụ lục 3) 89 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân  Tại buồng thứ cấp: Bảng 4.19 Nồng độ chất khí thải (rác từ nhà máy VIPESCO) Thông Số TB1 TB2 TB3 TB4 TB5 TB TCVN 65601999 10,3 10,4 9,9 9,9 9,7 10,04 - CO (mg/m ) 56 33 29 14 22 30,8 100 NOx (mg/m3) 239 242 251 274 265 254,2 350 SO2 (mg/m3) 263 254 261 202 212 238,4 300 99,95 99,97 99,97 99,99 99,98 99,97 - CO2 (%) CE (%) Bảng 4.20 Nồng độ chất khí thải (rác hữu trơ thải từ nhà máy sản xuất phân vi sinh tỉnh BR – VT) Thông Số CO2 (%) CO (mg/m ) TB1 TB2 TB3 TB4 TB5 TB TCVN 65601999 10,1 10,5 9,8 10,4 9,9 10,14 - 81 60 25 14 37,4 100 NOx (mg/m ) 226 243 220 302 300 258,2 350 SO2 (mg/m3) 422 420 350 290 280 352,4 300 99,93 99,95 99,98 99,99 99,99 99,97 - CE (%) Nhận xét: Với thí nghiệm tiến hành lị đốt rác Cơng ty Sông Xanh nhận thấy:  Nồng độ oxy tự buồng nhiệt phân biến đổi mạnh (hình 4.32), tăng giảm đột ngột, q trình tiến hành thí nghiệm lò bị mở nhiều lần số lý chủ quan, nên lượng khí cấp vào cho lị nhiều Nhưng nhìn chung nhận thấy nồng độ CH4 cao oxy động khoảng – hay 6%  Khi đến giai đoạn cuối trình nhiệt phân, thường trình đốt cặn carbon, nhiệt độ buồng nhiệt phân có chiều hướng tăng dần, nồng độ oxy tự buồng sơ cấp bị rối loạn quy trình vận hành lị đốt gây ảnh hưởng (hình 4.32), lúc nồng độ oxy tăng cao, phải tìm cách kiểm soát để đảm bảo hiệu cháy tốt Vì vậy, nồng độ oxy buồng sơ cấp dao động khoảng – 6% nên tiến hành cấp mẻ rác mới, dùng thiết bị phun nước đạt 90 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân đựơc hiệu mong muốn Điều phù hợp với nhận xét kết thực nghiệm mục 4.3.2  Khi khống chế nồng oxy dư buồng thứ cấp từ – 11% mẻ đốt có nồng độ CO tương ứng đo sau buồng thứ cấp có giá trị nhỏ (< 50mg/m3), đạt TCVN, (bảng 4.19 – 4.20); hiệu đốt CE nói đạt yêu cầu 4.4.4.3 Kết luận Từ kết nghiên cứu mơ hình thí nghiệm lị thực tế, kết luận:  Quy trình lị đốt loại chất thải xây dựng phù hợp, có hiệu cao, vận hành đơn giản Trong thực tế, lò đa số lị hở, khơng kín hồn tồn (chưa đạt yêu cầu nhiệt phân tĩnh) nên nồng độ oxy thực tiêu tốn cho buồng thứ cấp cao so với nghiên cứu mơ hình Do tùy theo cấu tạo lị mà ta điều chỉnh cho phù hợp với thực tế Nồng độ oxy buồng thứ cấp theo nghiên cứu mô hình – 11%, lị thực tế lên đến 13% nồng độ khí CO sinh đạt TCVN; lúc phải tốn nhiên liệu nhiều cấp dư oxy làm nguội lò; nên khống chế nồng độ oxy khoảng – 9% tốt Nồng độ oxy buồng nhiệt phân kiểm soát khoảng từ – 3% oxy tăng đến khoảng 6% nên tiến hành cấp mẻ rác  Nhiệt độ tiến hành nhiệt phân thích hợp 450 – 6500C (tuỳ vào loại rác khác mà có nhiệt độ nhiệt phân thích hợp), cấp khí ban đầu  < 0,2 (chế độ cấp khí buồng nhiệt phân ảnh hưởng tới hiệu cháy rõ, tăng lượng oxy buồng sơ cấp, CO tăng mạnh có khói đen xuất sau buồng thứ cấp)  Kết thống kê [4] cho thấy nhiên liệu tiêu tốn để đốt chất thải từ 0,2 – 0,3 kg dầu DO/kg chất thải (hiện Công Ty Sông Xanh đốt RDK với lượng nhiên liệu tiêu tốn trung bình 0,5kg dầu DO/kg rác mà hiệu đốt kém, gây nhiễm mơi trường, lị đốt rác y tế khu vực phía Nam trung bình tiêu tốn từ 0,4 – 0,6kg dầu DO/kg rác) Nếu đốt liên tục nhiên liệu cịn tiết kiệm nhờ tận dụng nhiệt tự đốt 91 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kết luận - Kiến nghị KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Hiện hầu hết loại lò thiết kế đốt cho loại rác định, hướng dẫn vận hành cho loại rác; sở, dịch vụ xử lý chất thải, nguồn rác đầu vào thay đổi nên thành phần thay đổi theo, quy trình phải thay đổi cho phù hợp với thành phần Do khơng đáp ứng u cầu trình khảo sát thực tế thấy tình trạng gây nhiễm mơi trường cơng ty xử lý chất thải cịn xảy (một số tiêu vượt TCVN, có khói đen xuất (đó kết vận hành khơng hợp lý)) Xuất phát từ điều tiến hành nghiên cứu để xây dựng quy trình vận hành lị đốt theo nguyên lý nhiệt phân để đốt nhiều loại chất thải mà thường gọi đốt đa chất thải Kết nghiên cứu đề tài khẳng định muốn đốt chất thải đạt hiệu cao, đạt TCVN cần có quy trình vận hành thích hợp, phải xác định thơng số, tiêu theo dõi kiểm soát nhằm đốt đạt hiệu Nhu cầu cấp khí khác cho loại chất thải khác nhau, khơng phải lúc tính tốn cách xác lượng khơng khí cần thiết; có cách giúp theo dõi gián tiếp trình đốt mà đạt hiệu cao kiểm sốt thơng qua nồng độ oxy tự Ngồi kiểm sốt nồng độ oxy tự lị đốt đơn giản, dễ hiểu dễ vận hành, giá thành chấp nhận  Tại buồng sơ cấp: bắt đầu trình nhiệt phân khống chế nồng độ oxy dao động khoảng từ – 3% (thể tích), sau giai đoạn đốt nồng độ oxy tăng – 6% tiến hành cấp mẻ rác  Tại buồng thứ cấp: kiểm soát nồng độ oxy – 11% (thể tích), lượng khí CO sinh nhỏ đạt TCVN 92 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kết luận - Kiến nghị Trong thực tế lị khơng kín hồn tồn nên nồng độ oxy tăng nhiều so với kết nghiên cứu, tuỳ theo cấu tạo, tính chất lị mà ta phải điều chỉnh cho phù hợp Việc nghiên cứu xây dựng quy trình cơng nghệ vận hành lị đốt đa chất thải theo cơng nghệ nhiệt phân tĩnh cần thiết, giải phần vấn đề cấp bách việc xử lý chất thải bảo vệ môi trường, tạo phát triển bền vững (do lượng rác thải công nghiệp, chất thải nguy hại tái sử dụng được, cần xử lý ngày gia tăng (riêng Tp.HCM vào khoảng 600 tấn/ngày) Các loại chất không phân loại tới nơi tới chốn khơng có biện pháp quản lý thích hợp, khó mà lường hậu tai hại chúng tới môi trường) KIẾN NGHỊ Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện để triển khai rộng rãi thực tế, phù hợp cho điều kiện lò Nghiên cứu giảm thiểu NOx thông qua mối quan hệ chế độ cấp khí buồng sơ cấp thứ cấp Nhà nước cần sớm tiến hành triển khai thu gom phân loại rác nguồn, lúc trình đốt tiến hành dễ dàng 93 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Quốc Bình, Nghiên cứu cơng nghệ thích hợp xử lý chất thải rắn khai thác vận chuyển dầu mỏ Việt Nam Luận án Tiến sĩ, Trường Đại học Quốc gia Tp.HCM 2002 [2] Sở Khoa học Công nghệ Môi trường Tp.HCM Nghiên cứu số biện pháp thích hợp nhằm quản lý chất thải công nghiệp chất thải nguy hại Tp.HCM 2002 [3] Đào Văn Lượng người khác Khảo sát đánh giá hiệu lò đốt chất thải y tế khu vực phía Nam Tp.HCM, 03/2003 [4] Nguyễn Quốc Bình người khác Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đốt nhiệt phân để xử lý chất thải rắn nguy hại Tp.HCM 12/2003 [5] Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM Thiết kế kỹ thuật lò đốt chất thải rắn y tế công suất 30kg/h Tp.HCM, 2002 [6] Bộ Khoa học Công nghệ Môi trường Báo cáo tổng hợp “Nghiên cứu giải pháp đảm bảo môi trường số khu đô thị khu công nghiệp trọng điểm Tp.HCM vùng lân cận” Tp.HCM 03/1999 [7] Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Quốc Bình nnk Nghiên cứu công nghệ xử lý số chất thải rắn công nghiệp điển hình Sở Khoa học Cơng nghệ Mơi trường Tp.HCM năm 2002 [8] Sở Khoa học Công nghệ Môi trường Tp.HCM Quy chế quản lý chất thải nguy hại 1999 [9] Sở Khoa học Công nghệ Môi trường Tp.HCM Sổ tay hướng dẫn: Những vấn đề chung chất thải nguy hại Tp.HCM, 2002 [10] Canvin R Bruner Hazadous Waste Incineration Second edition, Mc Graw-Hill International Editions 1994 94 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tài liệu tham khảo [11] Michael D Lagrega Hazadous waste mangement Mc Graw-Hill International Editions 1994 [12] Frank Kreith Handbook of solid waste management Mc Graw-Hill International Editions 1994 [13] Brunner C and S Schwarz Energy and Recovery from waste noyes Park sidge N.J, 1983 [14] Incinerator Emissions Committee Lower mainland refuse project – air pollution control requirements for refuse incinerator Bristish Columbia, Canada 1984 95 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... nhiệt phân: o Nghiên cứu chất trình nhiệt phân đốt chất thải o Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình nhiệt phân đốt chất thải o Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện nhiệt phân đến hiệu xử lý chất thải Nghiên. .. đề thực khó khăn cho sở triển khai xử lý phương pháp đốt chất thải nguy hại thực tế Cũng lý mà đề tài ? ?nghiên cứu đề xuất quy trình vận hành lị đốt đa loại chất thải công nghiệp nguy hại lị nhiệt. .. lý chất thải công nghiệp chất thải nguy hại, phương pháp xử lý chất thải rắn Nghiên cứu công nghệ xử lý chất thải phương pháp đốt Nghiên cứu lý thuyết công nghệ đốt chất thải theo nguy? ?n lý nhiệt