THIẾT KẾ LÒ ĐỐT CHẤT THẢI SINH HOẠT CÔNG SUẤT 300KG/H- HOÀNG MINH THẮNG

MỞ ĐẦU 3 Phần 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐỐT XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT. 4 1.1. Khái niệm chất thải rắn sinh hoạt. 4 1.2. Nguồn gốc phát sinh 4 1.3. Thành phần, tính chất chất thải rắn sinh hoạt 5 1.4. Tác động của chất thải rắn sinh hoạt đến môi trường và con người 8 1.4.1. Ô nhiễm do chất thải rắn sinh hoạt 8 1.4.2. Hiện trạng rác thải sinh hoạt ở Việt Nam 10 1.5. Các phương pháp chính xử lý chất thải rắn sinh hoạt 13 1.5.1. Một số phương pháp xử lý chất thải sinh hoạt 13 1.5.2. Phương pháp thiêu đốt CTR sinh hoạt 15 1.6. Sơ đồ công nghệ của quá trình đốt nhiệt phân CTR sinh hoạt 21 Phần 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ LÒ ĐỐT RÁC SINH HOẠT CÔNG SUẤT 300 kg/h 23 2.1. Tính toán sự cháy nhiên liệu 23 2.1.1. Tính lượng không khí cần thiết để đốt 100 kg dầu FO-R 23 2.1.2. Xác định lượng và thành phần của sản phẩm cháy 24 2.2. Tính toán sự cháy của rác 25 2.2.1. Xác định nhiệt trị của rác 25 2.2.2. Xác định lượng không khí cần thiết khi đốt 100 kg rác sinh hoạt. 25 2.2.3. Xác định lượng và thành phần sản phẩm cháy 27 2.3. Xác định nhiệt độ thực tế và tính cân bằng nhiệt của lò 27 2.3.1. Xác định nhiệt độ cháy lý thuyết của dầu FO-R 27 2.3.2. Xác định nhiệt độ thực tế của lò 29 2.3.3. Tính cân bằng nhiệt và lượng nhiên liệu tiêu hao của buồng sơ cấp 29 2.3.4. Xác định kích thước buồng đốt sơ cấp 32 2.4. Tính thiết bị đốt 33 2.5. Tính toán buồng đốt thứ cấp 36 2.5.1. Xác định lưu lượng và thành phần dòng vào 36 2.5.2. Tính cân bằng nhiệt và lượng nhiên liệu tiêu hao 37 2.5.3. Xác định kích thước buồng đốt thứ cấp 39 2.5.4. Thành phần và lưu lượng của khí thải ra khỏi lò đốt 39 2.6. Thể xây lò và tính toán khung lò 41 2.6.1. Thể xây lò 41 2.6.2. Khung lò 43 2.6.3. Kiểm tra tổn thất nhiệt qua xây lò 44 2.7. Vận hành lò đốt chất thải rắn sinh hoạt 47 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

1.3 Thành phần, tính chất chất thải rắn sinh hoạt 5

1.4 Tác động của chất thải rắn sinh hoạt đến môi trường và con người 8

1.4.1 Ô nhiễm do chất thải rắn sinh hoạt 8

1.4.2 Hiện trạng rác thải sinh hoạt ở Việt Nam 10

1.5 Các phương pháp chính xử lý chất thải rắn sinh hoạt 13

1.5.1 Một số phương pháp xử lý chất thải sinh hoạt 13

1.5.2 Phương pháp thiêu đốt CTR sinh hoạt 15

1.6 Sơ đồ công nghệ của quá trình đốt nhiệt phân CTR sinh hoạt 21

Phần 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ LÒ ĐỐT RÁC SINH HOẠT CÔNG SUẤT 300 kg/h 23

2.1 Tính toán sự cháy nhiên liệu 23

2.1.1 Tính lượng không khí cần thiết để đốt 100 kg dầu FO-R 23

2.1.2 Xác định lượng và thành phần của sản phẩm cháy 24

2.2 Tính toán sự cháy của rác 25

2.2.1 Xác định nhiệt trị của rác 25

2.2.2 Xác định lượng không khí cần thiết khi đốt 100 kg rác sinh hoạt 25

2.2.3 Xác định lượng và thành phần sản phẩm cháy 27

2.3 Xác định nhiệt độ thực tế và tính cân bằng nhiệt của lò 27

2.3.1 Xác định nhiệt độ cháy lý thuyết của dầu FO-R 27

2.3.2 Xác định nhiệt độ thực tế của lò 29

2.3.3 Tính cân bằng nhiệt và lượng nhiên liệu tiêu hao của buồng sơ cấp 29

2.3.4 Xác định kích thước buồng đốt sơ cấp 32

2.4 Tính thiết bị đốt 33

2.5 Tính toán buồng đốt thứ cấp 36

2.5.1 Xác định lưu lượng và thành phần dòng vào 36

2.5.2 Tính cân bằng nhiệt và lượng nhiên liệu tiêu hao 37

2.5.3 Xác định kích thước buồng đốt thứ cấp 39

2.5.4 Thành phần và lưu lượng của khí thải ra khỏi lò đốt 39

2.6 Thể xây lò và tính toán khung lò 41

2.6.1 Thể xây lò 41

2.6.2 Khung lò 43

2.6.3 Kiểm tra tổn thất nhiệt qua xây lò 44

2.7 Vận hành lò đốt chất thải rắn sinh hoạt 47

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

Lớp KTMT2 K56

MỞ ĐẦUTrong hai mươi năm trở lại đây, tiến trình phát triển của đất nước ta có nhiều khởi sắc,đi cùng với đó là mức sống và điều kiện sống của người dân ngày một tốt hơn Tỷ lệdân sống ở các đô thị ngày càng cao Mức sống tăng nên nhu cầu vật chất của ngườidân ngày càng lớn và đa dạng, do đó lượng chất thải rắn phát sinh từ các quá trình sinhhoạt, làm việc của con người ngày một tăng gây ra những sức ép lớn đối với môitrường Việc xử lý lượng chất thải rắn sinh hoạt khổng lồ phát sinh hàng năm là rất khókhăn và tốn kém nguồn lực của xã hội

Cho đến nay, chôn lấp vẫn là biện pháp xử lý chất thải rắn phổ biến nhất đối với nhiềunước trên thế giới trong đó có Việt Nam Ưu điểm chính của công nghệ chôn lấp ít tốnkém và có thể xử lý nhiều loại chất thải rắn khác nhau so với công nghệ khác Tuynhiên hình thức chôn lấp lại gây ra những hình thức ô nhiễm khác như ô nhiễm nước,mùi hôi, ruồi nhặng, côn trùng…Hơn nữa, công nghệ chôn lấp không thể áp dụng đểxử lý triệt để các loại chất thải y tế, độc hại Ngoài ra trong quá trình đô thị hoá nhưhiên nay, quỹ đất ngày càng thu hẹp, dẫn đến khó khăn trong việc lựa chọn vị trí làmbãi chôn lấp rác

Vì vậy, áp dụng một số biện pháp xử lý rác khác song song hoặc thay thế chôn lấp làmột nhu cầu rất thiết thực Công nghệ đốt chất thải rắn, một trong những công nghệthay thế, ngày càng trở nên phổ biến và được ứng dụng rộng rãi đặc biệt với loại hìnhchất thải rắn y tế và độc hại Công nghệ đốt chất thải rắn sẽ ít tốn kém hơn nếu đi kèmvới biện pháp khai thác tận dụng năng lượng phát sinh trong quá trình đốt

Đồ án dưới đây trình bày về thiết kế lò đốt chất thải sinh hoạt quy mô 300kg/h Bài làmcòn có nhiều thiếu xót do kiến thức còn hạn hẹp và thời gian không cho phép Xin cảm ơn Thầy Trần Ngọc Tân đã tận tình hướng dẫn và giúp em hoàn thành bài này

Phần 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT VÀ PHƯƠNG

PHÁP ĐỐT XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT.1.1 Khái niệm chất thải rắn sinh hoạt

Chất thải rắn (còn gọi là rác) là các chất rắn bị loại ra trong quá trình sống, sinh hoạtcủa con người và động vật Rác phát sinh từ các gia đình, khu công cộng, khu thươngmại, khu xây dựng, bệnh viện, khu xử lý chất thải…Trong đó, chất thải sinh hoạt chiếmtỉ lệ cao nhất Số lượng, thành phần, chất lượng rác thải sinh hoạt ở từng khu vực, từngquốc gia là rất khác nhau, phụ thuộc vào trình độ phát triển khoa học, kĩ thuật

Bất kì hoạt động sống của con người, tại nhà, công sở, trên đường đi, tại nơi côngcộng…đều sinh ra một lượng rác đáng kể Thành phần chủ yếu của chúng là các chấthữu cơ và rất dễ phân hủy gây ô nhiễm trở lại môi trường sống

1.2 Nguồn gốc phát sinhCTR sinh hoạt phát sinh chủ yếu từ các nguồn sau:- Từ khu dân cư: Bao gồm các khu dân cư tập trung, những hộ dân cư tách rời Rác thảichủ yếu là: thực phẩm dư thừa, thuỷ tinh, gỗ, nhựa, cao su, còn có một số chất thảinguy hại

- Từ các hoạt động thương mại: Quầy hàng, nhà hàng, chợ, văn phòng cơ quan, kháchsạn, Chất thải có thành phần tương tự như đối với các khu dân cư (thực phẩm, giấy,catton, )

- Các cơ quan, công sở: Trường học, bệnh viện, các cơ quan hành chính: lượng rác thảitương tự như đối với rác thải dân cư và các hoạt động thương mại nhưng khối lượng íthơn

- Từ xây dựng: Xây dựng mới nhà cửa, cầu cống, sửa chữa đường xá, dỡ bỏ các côngtrình cũ Chất thải mang đặc trưng riêng trong xây dựng: sắt thép vụn, gạch vỡ, các sỏi,bê tông, các vôi vữa, xi măng, các đồ dùng cũ không dùng nữa

- Từ các hoạt động sản xuất công nghiệp: Nguồn chất thải từ sinh hoạt của nhân viênlàm việc

+ Chất thải không nguy hại: Là những chất thải không chứa các chất và các hợp chất cómột trong các đặc tính nguy hại trực tiếp hoặc gián tiếp.

+ Chất thải y tế nguy hại: Là những chất thải có nguồn gốc từ các hoạt động y tế, mànó có đặc tính nguy hại trực tiếp hoặc gián tiếp đến môi trường và sức khỏe của cộngđồng bao gồm bông băng, gạt, kim tiêm, các bệnh phẩm và các mô bị cắt bỏ,

1.3 Thành phần, tính chất chất thải rắn sinh hoạtThành phần lý, hóa học của chất thải rắn đô thị rất khác nhau tùy thuộc vào từng địaphương, vào các mùa khí hậu, các điều kiện kinh tế-xã hội và nhiều yếu tố khác

Bảng 1.1: Thành phần CTR sinh hoạt[1]

Hợp phần

% trọng lượng Độ ẩm (%) Trọng lượng riêng

(kg/m3)Khoảng

giá trị

Trung

Chất thải thực phẩmGiấy

CattonChất dẻoVải vụn

6 - 2524 - 45

3 - 152 - 80 - 4

1540432

50 - 804 - 10

4 - 81 - 46 - 15

7065210

12-8032 - 128

38 - 8032 - 128

32 - 96

2881,649,66464

Cao suDa vụnSản phẩm vườnGỗ

Thủy tinhCan hộpKim loại không thépKim loại thép

Bụi, tro, gạch

0 - 20 - 20 - 20

1 - 44 - 16

2 - 80 - 11 - 40 - 10

0,50,512286124

1 - 48 - 1230 - 8015 - 401- 42 - 42 - 42 - 66 - 12

210602023238

96 - 19296 - 25684 - 224128-1120160 - 48048 - 16064 - 240128 -1120320 - 960

128160104240193,6

88160320480

Bảng 1.2 : Thành phần hoá học của các hợp phần cháy được của CTR sinh hoạt[1]

Hợp phần % trọng lượng theo trạng thái khô

Chất thải thực phẩmGiấy

CattonChất dẻoVải, hàng dệtCao suDaLá cây, cỏGỗ

Bụi, gạch vụn, tro

4843,5

446055786047,849,526,3

6,465,97,26,6108663

37,64444,622,831,2Không xđ

11,63842,7

2

2,60,30,3Không xđ

4,62103,40,20,5

0,40,20,2Không xđ

0,15Không xđ

0,40,30,10,2

565102,45

10104,51,568

Bảng 1.3: Thành phần CTR sinh hoạt tại đầu vào của các bãi chôn lấp của một số địa

phương [3]

Lớp KTMT2 K56

Nhiệt trị thấp của CTR sinh hoạt tính theo công thức Medeleev:

Qtr = 339C + 1256H – 108,8(O- S) – 25,1(W + 9H)Trong đó C, H, O, S, W là thành phần phần trăm của cacbon, hidro, oxy, lưu huỳnh vàđộ ẩm của mỗi hợp phần cháy được của rác

Từ bàng 1.1 và bảng 1.2 ta xác định được nhiệt trị thấp của CTR sinh hoạt

Bảng 1.4: Nhiệt trị thấp của các hợp phần cháy được CTR sinh hoạt

g(kg)

Khốilượng

tro(kg)

Nhiệt trị Q (kJ)

Chất thải thực phẩmGiấy

CattonChất dẻoVải, hàng dệtCao suDaLá cây, cỏGỗ

Bụi, gạch vụn, tro

14,440,89

41,858,849,576,44

5419,12

39,624,2

1,925,645,6057,0565,94

9,87,22,44,82,76

11,2841,3642,3722,344

28,08-10,44

15,234,11,84

0,120,188

0,19-0,135

0,360,120,080,184

-7065210

21060208

1,55,644,759,82,205

9,891,81,262,5

18,148,24,93,62,40,60,614,5

2,44,7

0,2722,7180,230,3530,0530,0590,0540,2610,0292,94

703767249947462388993470592157514625842053398250123Tổng 1006,97121055

5

Như vậy nếu đem 100 kg CTR sinh hoạt đốt bỏ sẽ còn lại khoảng 6,97 kg tro và chấtkhông cháy,nhiệt trị thấp của CTR sinh hoạt vào khoảng 12000 kJ/kg theo đó nếu đốtCTR sinh hoạt sẽ giảm được 93% khối lượng CTR, đồng thời có thể tạo ra năng lượngđể sử dụng vào các mục đích khác

1.4 Tác động của chất thải rắn sinh hoạt đến môi trường và con người1.4.1 Ô nhiễm do chất thải rắn sinh hoạt

Rác thải sinh hoạt gây ô nhiễm toàn diện đến môi trường sống: không khí, đất, nước.Gây hại sức khỏe:

- Những nơi vứt rác bừa bãi sinh ra muỗi, ruồi nhặng là những sinh vật truyền nhiễmbệnh nguy hiểm sẽ gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người (sốt rét, sốt xuất huyết,bệnh viêm não,…)

- Rác làm thức ăn cho chuột, từ chuột dễ lây lan cho người các bệnh như: dịch hạch,sốt có thể dẫn đến tử vong

Lớp KTMT2 K56

• Ô nhiễm nước: Rác sinh hoạt không được thu gom thải vào kênh rạch, sông hồ…gâyô nhiễm môi trường nước bởi chính bản thân chúng Rác nặng lắng làm nghẽn đườnglưu thông, rác nhẹ làm đục nước, nylon làm giảm diện tích tiếp xúc với không khí,giảm do trong nước, làm mất mỹ quan gây tác động cảm quan xấu đối với người sửdụng nguồn nước Chất hữu cơ phân hủy gây mùi hôi thối, gây phú dưỡng hóa nguồnnước Nước rò rỉ trong bãi rác đi vào nguồn nước ngầm, gây ô nhiễm nguồn nướcngầm như ô nhiễm kim loại nặng, nồng độ nitrogen, photpho cao chảy vào sông hồ gâyô nhiễm nguồn nước mặt

• Ô nhiễm không khí: Bụi trong quá trình vận chuyển lưu trữ rác gây ô nhiễm khôngkhí

Rác hữu cơ dễ phân hủy sinh học Trong môi trường hiếu khí, kị khí có độ ẩm cao, rácphân hủy sinh ra CO2, SO2, CO, H2S, NH3…ngay từ khâu thu gom đến chôn lấp CH4làchất thải thứ cấp gây cháy nổ

• Ô nhiễm đất: Nước rò rỉ trong các bãi rác gây ô nhiễm đất.• Những nguyên nhân dẫn đến ô nhiễm do rác thải sinh hoạt:- Trình độ hiểu biết của nguời dân còn thấp (không thấy rõ tác hại của việc vứt rác thảibừa bãi và tầm quan trọng trong việc bảo vệ môi trường, không biết tận dụng phế phẩmthừa làm phân bón)

- Ý thức, trách nhiệm còn kém (không bỏ rác đúng nơi quy định, bảo thủ không muốnthực hiện theo những chủ trương về bảo vệ môi trường đã đề ra vì sợ tốn tiền)

- Các cấp chính quyền địa phương còn lơ là đối với việc quản lý môi trường.- Ở khu vực đô thị, quá trình đô thị hóa hiện nay kéo theo một số lượng người dân ởnông thôn ra thành phố sống đã gây nên những xáo trộn lớn lao trong sinh hoạt ở cácvùng dân cư và vấn đề rác thải đang có nguy cơ ngày càng tăng, đặc biệt là trong cácđô thị mới, khu kinh tế tập trung như nhà mới mọc nhiều gây khó khăn cho thu gom,nhà quá nghèo hoặc nhà giàu không muốn hòa nhập cộng đồng dẫn đến tình trạng

không giữ vệ sinh chung (nhà trên có thể vứt rác xuống sân gây ô nhiễm), các khu đôthị hóa dọc trục giao thông, các trung tâm công nghiệp tập trung không được quản lýchặt chẽ.

1.4.2 Hiện trạng rác thải sinh hoạt ở Việt Nam - Ở Việt Nam, tổng lượng CTR sinh hoạt ở các đô thị toàn quốc phát sinh tăng trungbình 10-16% Tại hầu hết các đô thị, khối lượng CTR sinh hoạt chiếm khoảng 60-70%(cá biệt có nơi đến 90%) Chỉ số phát sinh CTR sinh hoạt tăng theo mức sống củangười dân Năm 2007, chỉ số CTR sinh hoạt phát sinh bình quân đầu người trung bìnhkhoảng 0,75 kg/người/ngày Năm 2008, chỉ số này là 1,45kg/người/ngày lớn hơn ởnông thôn là 0,4 kg/người/ngày Tuy nhiên theo báo cáo của các địa phương thì năm2009 chỉ số này chưa đến 1,0 kg/người/ngày Năm 2011, khối lượng phát sinh CTRsinh hoạt tại các đô thị vào khoảng 6500 tấn/ ngày

Bảng 1.4 : Lượng CTR sinh hoạt phát sinh ở các đô thi Việt Nam năm 2007[3]

STT

Loại đôthị

Chỉ số CTR sinh hoạtbình quân đầu người

(kg/người/ngày)

Lượng CTR đô thị phát

sinhTấn/ngày Tấn/năm

Lớp KTMT2 K56

Dân số đô thị (triệu người) 35 44 52% dân số đô thị so với cả nước 38 45 50Chỉ số phát sinh CTR đô thị

(kg/người/ngày)

Tổng lượng CTR đô thị phátsinh (tấn/ngày)

42.000

61.600 83.20

0Tỷ lệ thu gom trung bình ở các đô thị từ 72% năm 2004 tăng lên khoảng 83-85% năm2010, mặc dù tỷ lệ thu gom có tăng nhưng vẫn còn khoảng 15-17% CTR đô thị bị thảira môi trường, vứt vào bãi đất, hồ ao, hoặc đốt lộ thiên gây ô nhiễm môi trường

Như vậy với tốc độ gia tăng lượng chất thải rắn như trên thì nguy cơ ô nhiễm môitrường và tác động tới sức khỏe cộng đồng do chất thải rắn gây ra đang trở thành mộttrong những vấn đề cấp bách của công tác bảo vệ môi trường ở nước ta

Từ trước tới nay, phần lớn rác thải sinh hoạt đô thị ở nước ta không được tiêu huỷ mộtcách an toàn ,chủ yếu vẫn là đổ ở các bãi thải lộ thiên không có sự kiểm soát, gây ranhiều vấn đề môi trường cho dân cư quanh vùng mùi hôi và nước rác là nguồn gây ônhiễm cho môi trường đất, nước, không khí và là ổ phát sinh ruồi, muỗi, chuột, bọ.Việc chôn lấp rác đã và đang gây những tác động nhiều mặt đến môi trường sống củacộng đồng: (i) Tốn diện tích đất rất lớn để chôn rác; (ii) Gây mùi hôi thối, ô nhiễm môitrường sống cho dân chúng sống cạnh hố chôn rác; (iii) Nước thải từ các đống rác chứanhiều chất độc hại, kim loại nặng gây ô nhiễm đất và ô nhiễm môi trường sản xuấtnông nghiệp; (iv) Những bãi chôn rác thường ở xa các đô thị nên tốn kém cho côngđoạn chuyên chở rác và (v) Các loại túi ni lông đựng rác khi chôn không bị phân hủy,tồn tại rất lâu trong đất dẫn đến làm giảm độ phì nhiêu đất.Từ đặc điểm này cho thấymuốn tận dụng các chất thải hữu cơ sinh hoạt làm phân bón, cần thiết phải tiến hànhthu gom và phân loại rác ngay tại nguồn Theo báo cáo của sở khoa học công nghệ vàmôi trường các tỉnh, thành và theo kết quả quan trắc của 3 vùng, mới chỉ có 32/64 tỉnh,thành có dự án đầu tư xây dựng bãi chôn lấp hợp vệ sinh, trong đó 13 đô thị đã được

đầu tư xây dựng Tuy nhiên, trừ bãi chôn lấp chất thải rắn tại Khu Liên hợp Xử lý chấtthải Nam Sơn, Hà Nội và bãi chôn lấp chất thải rắn tại thành phố Huế đang hoạt độngtrong sự tuân thủ các yêu cầu đảm bảo môi trường một cách tương đối, còn các bãikhác, kể cả bãi chôn lấp rác thải hiện đại như Gò Cát ở thành phố Hồ Chí Minh, cũngđang ở trong tình trạng hoạt động không hợp vệ sinh.Thành phố Hà Nội là địa phươngđầu tiên tiến hành xử lý chất thải sinh hoạt bằng phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh(Sanitary Landfill) tại Khu Liên hợp Xử lý chất thải Nam Sơn kể từ năm 1999 đến nayvới tổng năng lực chôn lấp khoảng 13 triệu tấn chất thải sinh hoạt trên tổng diện tích83ha.

- Tại các thành phố, việc thu gom và xử lý chất thải đô thị thường do Công ty Môitrường đô thị (URENCO) đảm nhận Tuy nhiên đã xuất hiện các tổ chức tư nhân thamgia công việc này ( Công ty Huy Hoàng, Tp.Lạng Sơn ).Hầu hết rác thải không đượcphân loại tại nguồn,thường thu gom lẫn lộn và vận chuyển đến bãi chôn lấp

- Cơ chế quản lý tài chính trong hoạt động thu gom rác thải chủ yếu dựa vào kinh phíbao cấp từ ngân sách nhà nước, chưa huy động được các thành phần kinh tế tham gia,tính chất xã hội hoá hoạt động thu gom còn thấp, người dân chưa thực sự chủ độngtham gia vào hoạt động thu gom cũng như chưa thấy rõ được nghĩa vụ đóng góp kinhphí cho dịch vụ thu gom rác thải

1.5 Các phương pháp chính xử lý chất thải rắn sinh hoạt1.5.1 Một số phương pháp xử lý chất thải sinh hoạt

Thực chất phương pháp này không xử lý triệt để rác thải Chất thải sau khi chôn lấpvẫn có thể phân tán đi những nơi khác bởi chuột, côn trùng hoặc thấm xuống đất theonước mưa

Tuy nhiên, do lượng rác thải sinh hoạt phát sinh ngày càng lớn nên các bãi chôn lấphiện nay đều rơi vào tình trạng quá tải

+ Phương pháp sinh học

Phương pháp này nhằm phân hủy các chất hữu cơ trong rác thải nhờ các loại vi sinh vậtđể sản xuất phân bón, khí biogas phục vụ cho nông nghiệp và sinh hoạt

Phương pháp này đơn giản, dễ làm nhưng đòi hỏi thời gian dài và không có khả năngphân hủy những chất vô cơ, những chất hữu cơ khó phân hủy sinh học như cao su,nhựa tổng hợp

+ Phương pháp đốt

Phương pháp đốt là phương pháp oxy hoá nhiệt độ cao trong điều kiện thiếu oxi, rácthải được khí hóa thành các khí gas và được đốt tiếp ở >1050 oC để đốt cháy hoàn toàn.Một chất thải có nhiệt trị không đáng kể thì đốt không phải là giải pháp xử lý hiệu quả.Nói chung một chất thải có nhiệt trị thấp thấp hơn 1000 Btu/lg (2327 kJ/kg) thì khôngcó khả năng đốt Như vậy đối với CTR sinh hoạt có nhiệt trị thấp khoảng 4000 kJ/kgthì phương án đốt có thể coi là giải pháp khả thi

- Ưu điểm: xử lý triệt để rác, tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh và các chất ô nhiễm

khác, diện tích xây dựng nhỏ, vận hành đơn giản và có thể xử lý rác có chu kỳ phânhủy dài

- Nhược điểm: chi phí đầu tư và vận hành cao, thiêu đốt một số chất thải chứa

clo, kim loại nặng phát tán theo bụi, có nguy cơ tạo ra chất ô nhiễm độc hại nhưdioxin…

Như vậy đối với CTR sinh hoạt, có thể áp dụng nhiều phương pháp xử lý khác nhau.Việc lựa chọn phương pháp, công nghệ xử lý dựa trên một số tiêu chí:

- Khối lượng, thành phần, đặc tính của chất thải rắn - Điều kiện kinh tế, hạ tầng của địa phương

- Hiệu quả của công nghệ xử lý (đầu tư, bảo hành, bảo dưỡng, sản phẩm) - Đặc điểm của nguồn tiếp nhận

- Tiêu chuẩn môi trường.Ở Việt Nam, do công tác phân loại tại nguồn chưa được quan tâm đúng mức, nên mộtsố loại rác nguy hại cần xử lý đặc biệt bằng thiêu đốt phát sinh trong quá trình sinhhoạt được thu gom và đưa đi xử lý chung với rác sinh hoạt Vì vậy, lựa chọn phươngpháp đốt CTR sinh hoạt là biện pháp tối ưu hơn cả

- Nhiệt phân: từ khoảng nhiệt độ 200oC tới nhiệt độ bắt đầu cháy, xảy ra nhữngquá trình phân hủy chất rắn bằng nhiệt Những chất hữu cơ có thể bị nhiệt phânthành những hợp chất phân tử lượng nhỏ hơn ở thể lỏng như axit, axeton,metanol, một số hydrocacbon ở thể lỏng Một số chất khí cũng được sinh ratrong quá trình nhiệt phân như CH4, H2, CO, CO2…Thành phần của sản phẩmnhiệt phân phụ thuộc vào bản chất của chất thải, nhiệt độ và tốc độ nâng nhiệtđộ.

- Quá trình cháy: là phản ứng hoá học giữa oxy trong không khí và lượng khí

hóa được ở buồng sơ cấp sinh ra lượng nhiệt lớn Tốc độ cháy phụ thuộc vàonhiệt độ và nồng độ chất cháy có trong nhiên liệu và chất thải rắn Ảnh hưởngcủa nhiệt độ đối với quá trình cháy lớn hơn nhiều ảnh hưởng của nồng độ Saukhi bắt lửa, quá trình cháy xảy ra mãnh liệt, nồng độ chất cháy trong nhiên liệuvà chất thải giảm dần, nhiệt độ buồng đốt tăng cao

- Quá trình tạo xỉ: Sau khi khí hóa thì những chất rắn không khí hóa được sẽ tạo

thành tro xỉ Sự tạo thành tro xỉ phụ thuộc vào nhiệt độ buồng đốt Mỗi loại chấtthải rắn không cháy có nhiệt độ nóng chảy khác nhau Các chất không cháyđược và không bị nóng chảy tạo thành tro, còn xỉ là tro bị nóng chảy tạo thành.Thường người ta lựa chọn nhiệt độ thải xỉ là 800oC

+ Lựa chọn lò đốt chất thải- Lò quay

Hệ thống lò quay dùng trong xử lý chất thải bao gồm bộ phận nạp liệu, bộ phận phậncấp khí, lò quay, buồng đốt thứ cấp và thiết bị gom tro Khí đi ra từ buồng đốt thứ cấpđược dẫn qua hệ thống xử lý và được quạt đưa lên ống khói

Lò quay bao gồm một buồng đốt hình trụ, bên trong có lót gạch chịu lửa đặt trên cácbánh răng răng truyền động và quay với tốc độ 3 – 5 vòng/phút theo trục dọc của nó.Độ nghiêng của lò từ khoảng 3o – 5o theo chiều từ đầu nhập liệu đến đầu tháo tro và dovậy chất thải có thể chuyển động song phẳng theo phương ngang và theo phương bánkính của lò Trong lúc di chuyển, chất thải cũng đồng thời được đốt cháy Tại phầncuối của lò, tro được tháo ra và đồng thời khí thải tiếp tục đi vào buồng đốt thứ cấpđang được duy trì ở nhiệt độ cao hơn để hoàn thành quá trình tiêu hủy chất thải.

Do cấu tạo, hệ thống lò quay thường xảy ra rò rỉ khí thải và nhiệt lượng trong lúc vậnhành Các điểm có khả năng gây ra rò rỉ gồm: cửa nhập liệu, cửa tháo tro, điểm chuyểntiếp giữa lò quay và buồng thứ cấp… Để khống chế điều này, phải bố trí một quạt hútnhằm tạo sự cân bằng áp suất giữa môi trường bên trong và bên ngoài lò Thực tế, việcduy trì áp suất cân bằng này đòi hỏi các kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại và tốnkém

- Lò đốt tầng sôi.

Lò tầng sôi có cấu tạo hình trụ, tường bằng gạch chịu lửa, bên trong có sử dụng mộttầng vật liệu đang “sôi” của cát hoặc nhôm, đá vôi, vật liệu gốm… mà tại đó quá trìnhđốt cháy diễn ra Thiết bị ngoại vi quan trọng nhất của lò là quạt thổi khí, vừa có chứcnăng tạo tầng sôi vừa có nhiệm vụ cấp khí cháy cho lò Trong trường hợp cần xử lý khíthải của lò, phải trang bị thêm quạt ly tâm

Chất thải được nạp trực tiếp vào bên trên hoặc bên trong của tầng sôi, tùy thuộc vào độẩm của bùn Với chất thải có độ ẩm cao, cần phải nạp liệu cách xa về phía trên so vớitầng sôi để đảm bảo thời gian và hiệu quả tách ẩm, và trường hợp này cần diện tích bềmặt tầng sôi lớn, dẫn đến yêu cầu về diện tích tiết diện lò phải lớn

Ngược lại, tiết diện lò có thể nhỏ hơn nếu chất thải được nạp vào bên trong tầng sôi.Do đặc điểm cấu tạo cấu tạo, chất thải sau khi nạp vào lò tầng sôi đạt được sự tiếp xúcmãnh liệt với không khí để thực hiện quá trình thiêu đốt hiệu quả các thành phần cháyđược và tách hết độ ẩm Nhiệt độ tầng sôi thường dao động trong khoảng 1300oK đến

- Lò đứng/ ngang nhiệt phân hai cấp

Lò đứng 2 cấp bao gồm một buồng đốt sơ cấp và một buồng đốt thứ cấp Hai buồng sơcấp và thứ cấp có thể bố trí theo chiều ngang hoặc chiều dọc Nếu bố trí theo chiều dọc,thì buồng đốt thứ cấp ở phía trên và thông thường đó là loại lò đốt có kiểm soát khôngkhí

Đối với các lò đốt có công suất nhỏ, chất nạp từng mẻ vào buồng sơ cấp, còn tro xỉđược tháo ra khi đã tích lũy với số lượng lớn gây ảnh hưởng đến chế độ hoạt động củalò Đối với các lò đốt có công suất lớn, chất thải được nạp vào và tro được lấy ra liêntục nhờ các hệ cơ khí Buồng đốt thứ cấp có nhiệm vụ đốt tiếp để tiêu hủy hoàn toàncác thành phần hữu cơ hiện diện trong khí thải từ buồng sơ cấp

Dựa vào những đặc điểm của các lò đốt, bài đồ án sau đây tập trung thiết kế lò ngangnhiệt phân hai cấp cho quá trình xử lý rác thải sinh hoạt công suất 300kg/h

Cấu tạo lò ngang gồm:- Buồng đốt chính: gồm 2 giai đoạn

+ Giai đoạn 1: chất thải được sấy khô.+ Giai đoạn 2: cháy và khí hóa

- Buồng đốt sau: gồm 3 giai đoạn

+ Giai đoạn 3: phối trộn.+ Giai đoạn 4: cháy ở dạng khí

+ Giai đoạn 5: ôxi hoá hoàn toàn.Các yếu tố quyết định sự hiệu quả của lò đốt: sự cân bằng năng lượng, hệ thống kiểmsoát chế độ đốt, nhiệt độ nóng chảy trong buồng đốt, độ ẩm của chất thải.

+ Các chất thải phát sinh trong quá trình đốt- Tro, xỉ bay theo khói bụi

Tro xỉ là những chất không cháy được có trong chất thải Bụi bao gồm tro bay theokhói và một số chất chưa cháy hết do sự cháy không hoàn toàn nhiên liệu cũng nhưchất thải Bụi từ buồng đốt chủ yếu là bụi vô cơ kích cỡ nhỏ, d < 100μm chiếm 90%

- Khí CO, CO2

Khí đốt cháy các chất hữu cơ có cacbon, tuỳ theo lượng oxy sử dụng mà có thể sinh raCO hoặc CO2 Khi cung cấp thiếu oxy, quá trình cháy không hoàn toàn :

2C + O2 = 2COKhi cung cấp đủ oxy, quá trình cháy hoàn toàn sản phẩm là:

Lớp KTMT2 K56

Khi đốt chất thải có chứa Cl, Br thì sẽ tạo ra khí HCl, HBr:

CHCl3 + O2 = CO2 + HCl + Cl2 + QĐốt chất thải chứa lưu huỳnh và nitơ cũng tạo hơi axit tương tự

- Dioxin và Furan

Dioxin và furan là những hợp chất có tính độc cao phát thải ở các lò đốt rác chưa cácnhựa clo hóa Dioxin và furan là tên chung chỉ các hợp chất hoá học có công thức tổngquát là Polyclorua dibenzoxin (PCCD) (C6H2)2Cl4O2 và Polyclorua dibezofuran(PCDF) (C6H2)2Cl4O2 Đó là ba dãy vòng thơm, trong đó 2 vòng được kết nối với nhaubằng một cặp nguyên tử oxy hay một nguyên tử oxy Dioxin và furan được tạo ra bởihai nguyên nhân chính:

+ Được tạo thành từ quá trình đốt các hợp chất thơm clorua.+ Được hình thành từ quá trình đốt các hợp chất clorua và hydrocacbon.Ở các lò đốt chất thải, Dioxin và furan được hình thành trong quá trình nhiệt phân hoặccháy không hoàn toàn của các hợp chất hữu cơ chứa halogen Một nghiên cứu mới đâycho thấy, một trong những yếu tố kích thích hình thành dioxin và furan là khi trongkhói lò có nồng độ bụi cao, nồng độ CO, muối clorua kim loại và muối clorua kiềmcao Dioxin và furan phát tán theo đường: khói thải, bụi, tro xỉ

+ Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đốt chất thải rắn sinh hoạt- Nhiệt độ: ở buồng sơ cấp nhiệt độ phải phù hợp với loại chất thải đem đốt để đạt đượcchế độ nhiệt phân tối ưu, ở buồng thứ cấp nhiệt độ đủ cao để phản ứng cháy xảy ranhanh và hoàn toàn

- Sự xáo trộn: ở buồng sơ cấp ít xáo trộn để giảm phát sinh bụi; ở buồng thứ cấp cần sựxáo trộn tốt để tăng hiệu quả tiếp xúc giữa chất cháy và chất ô xy hoá

- Thời gian: thời gian lưu cháy ở buồng thứ cấp phải đủ lâu để phản ứng cháy xảy rahoàn toàn

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

+C, H là những thành phần cháy chính tạo nên nhiệt trị của chất thải Lưu huỳnhcũng là thành phần cháy nhưng toả nhiệt ít và nó được coi là thành phần có hạivì tạo ra khí SOx

+ Oxy và nitơ là chất vô ích Nó làm giảm thành phần cháy của chất thải+ Độ tro (A) và độ ẩm (W) là những yếu tố tiêu cực, chúng làm giảm thànhphần chất cháy Ngoài ra các muối vô cơ, muối alkalin cũng làm khó khăn choquá trình đốt

-Nhiệt trị: Nhiệt trị có liên quan tới quá trình sinh nhiệt trong khi cháy Một chất thảicó nhiệt trị không đáng kể thì đốt không phải là giải pháp xử lý thiết thực Nói chungmột chất thải có nhiệt trị thấp thấp hơn 1000 Btu/lg (2327 kJ/kg) thì không có khả năngđốt Như vậy đối với CTR sinh hoạt có nhiệt trị thấp khoảng 4000 kJ/kg thì phương ánđốt có thể coi là giải pháp khả thi

-Ảnh hưởng của hệ số dư không khí: Hệ số cấp khí (α) là tỷ số giữa lượng không khí) là tỷ số giữa lượng không khíthực tế và lượng không khí lý thuyết Giá trị α) là tỷ số giữa lượng không khí có liên quan tới sự tăng hay giảm nhiệtđộ của lò đốt

1.6 Sơ đồ công nghệ của quá trình đốt nhiệt phân CTR sinh hoạt

lò đốt

Ống khói

Hệ xyclon, hấp thụvới dung dịch kiềm

Lớp KTMT2 K56

Không khí nóng

Hình 1.2: Công nghệ thiêu đốt chất thải rắn sinh hoạt

Thuyết minh quy trình công nghệ- Nạp liệu:

Chất thải sau khi loại bỏ tạp chất không cháy (gạch đá vụn ) được nạp vào buồng đốtsơ cấp theo cửa trước của buồng đốt bằng phương pháp thủ công

- Buồng đốt sơ cấp

 Buồng đốt này đốt bằng dầu FO-R, chất thải sinh hoạt được sấy khô bằng khôngkhí nóng và đốt cháy trong môi trường khí dư ở nhiệt từ 300 độ C trở lên Ởnhiệt độ này, các chất thải độc hại sẽ bị khí hoá Khí sinh ra bị dồn lên buồngđốt thứ cấp

 Nhiệt độ buồng đốt được duy trì do 2 bộ đốt dầu FO-R Bộ đốt này có mức tựđộng hoá cao, các bộ đốt tự động đốt khi nhiệt độ trong buồng đốt thấp hơnnhiệt độ định mức (700 oC và tự động tắt khi nhiệt độ lên cao hơn nhiệt độ càiđặt định mức 900 oC)

 Việc điều chỉnh lượng dầu đốt vào các vòi đốt được thực hiện bằng cách đặt chếđộ làm việc cho bơm dầu và được chỉ báo bằng đồng hồ báo áp lực dầu ở ngaytại bơm dầu gắn trên bộ đốt

 Tro xỉ sau khi đốt được lấy ra ngoài qua xe tháo tro và chuyển đến bãi tập kếttro thải và được ổn định bằng phương pháp bê tông hóa

Buồng đốt thứ cấp có nhiệm vụ đốt cháy triệt để lượng khí sinh ra từ buồng sơ cấp.Buồng đốt được duy trì nhiệt độ trong khoảng 650 – 1000 độ C nhờ bộ phun dầu FO-R,thời gian lưu khí tại buồng này là 2-4 giây Bộ đốt lắp đặt ở đây cũng cùng chủng loạivới bộ đốt được lắp đặt tại buồng đốt sơ cấp Khí thải từ buồng thứ cấp được đưa tới hệthống trao đổi nhiệt với không khí nén Khí nóng từ bộ trao đổi nhiệt được đưa vào lòđốt sơ cấp để sấy khô rác

- Hệ thống xử lý khói bụi:

Khí thải sau khi ra khỏi bộ trao đổi nhiệt sẽ chạy qua hệ xyclon ướt sử dụng dung dịchkiềm để hấp thụ lượng SOx, NOx phát sinh và lượng tro bụi phát tán theo dòng khí.Nước rửa được đem đi xử lý riêng Khí thoát ra có thể trực tiếp thải ra môi trường

Phần 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ LÒ ĐỐT RÁC SINH HOẠT CÔNG SUẤT 300

kg/h2.1 Tính toán sự cháy nhiên liệu

Nhiên liệu sử dụng cho lò đốt là dầu FO-R Dầu FO-R là một sản phẩm trong quá trìnhsản xuất nhiên liệu bằng công nghệ PFFR của Đức từ nguyên liệu cao su phế thải DầuFO-R có tính chất hóa lý tương tự dầu FO và được sử dụng làm nhiên liệu đốt cho cácngành công nghiệp Thành phần trong 1 kg dầu FO-R như sau:

Cd = 86,0% Hd = 10,0% Od = 0,1% Nd = 0,2%Sd = 0,6% Wd = 2,8% Ad = 0,3%

Lớp KTMT2 K56

Nhiệt trị thấp của dầu được xác định theo công thức của D.I.Mendeleev:

Qtd = 339Cd + 1256Hd – 108,8(Od – Sd) – 25,1(Wd + 9Hd) (kJ/kg) Nhiệt trị thấp của dầu FO-R:

Qtd = 339x86,0 + 1256x10,0-108,8(0,1-0,6) – 25,1(2,8+9x10)Qtd = 39439,12 kJ/kg

2.1.1 Tính lượng không khí cần thiết để đốt 100 kg dầu FO-R

Giả thiết: Thành phần không khí chỉ có O2 và N2, các thành phần khác không đáng kể.

Các hệ số sử dụng:

- Khối lượng nhiên liệu 100kg- Hệ số tiêu hao không khí: α) là tỷ số giữa lượng không khí = 1,15- Hệ số cháy không hoàn toàn: η = 0,006- Hệ số tro bụi bay theo khói: a = 0,5Khi tính sự cháy của nhiên liệu quy ước:

Mỗi Kmol phân tử khí bất kỳ đều có thể tích 22,4 m3.Không tính sự phân hóa nhiệt của tro

Thể tích của không khí và sản phẩm cháy qui về ĐK chuẩn: 0oC, 760 mmHg

Bảng 2.1: Thành phần nhiên liệu dầu FO-R theo lượng molThành phần nhiên liệu Hàm lượng

(Kg/100 Kg nhiên liệu)

Phân tử lượng(g)

Lượng mol(Kmol)

Các phản ứng cháy xảy ra khi đốt dầu FO-R (coi phản ứng diễn ra hoàn toàn):

C + O2 = CO2 2H + 1/2O2 = H2O S + O2 = SO2

theo thành phần sử dụng và các phản ứng cháy, được kết quả sau:

Bảng 2.2: Lượng không khí cần thiết để đốt 100 kg dầu FO-R

Thànhphần

Hàmlượng %

Khốilượng

(kg)

Phântửlượng

Lượngmol(Kmol)

O2(Kmol)

N2(Kmol

2.1.2.1 Thành phần và lượng sản phẩm cháy

Thành phần và lượng sản phẩm cháy khi đốt 100 kg dầu FO-R tính ở bảng sau:

Bảng 2.3: Thành phần và lượng sản phẩm cháy khi đốt 100 kg dầu FO-RThành

phần

Từ khôngkhí

Sản phẩmcháy