Ứng dụng nhiệt xử lý chất thải

Người ta phân biệt hai phương pháp đốt nhiên liệu khác nhau về nguyên lý: - Đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu – không khí pha trộn trước cháy động học - Đốt cháy trong quá trình hỗn hợp nhi

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

PHẦN NỘI DUNG 4

GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ NHIỆT XỬ LÝ 4

CHẤT THẢI RẮN 4

1 LÝ THUYẾT CHÁY: 4

2 XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT 5

2.1 Định nghĩa xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt: 5

2.2 Phân loại hệ thống xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt: 5

2.3 Một số ưu điểm và nhược điểm của phương pháp xử lý CTR bằng nhiệt 6

3 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ NHIỆT ĐỂ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN 7

3.1 CÔNG NGHỆ ĐỐT CTR: 7

3.1.1.Các nguyên tắc cơ bản của quá trình cháy 8

3.1.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy 10

3.1.3 Một số công nghệ đốt chất thải điển hình 18

3.2 CÔNG NGHỆ PLASMA: 30

3.3 CÔNG NGHỆ KHÍ HOÁ 31

3.3.1.Khí hoá là gì? 31

3.3.3 Các phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình khí hoá: 36

3.3.4 Một số ứng dụng của công nghệ khí hóa 37

3.4.1 Các giai đoạn cơ bản của quá trình đốt chất thải trong lò nhiệt phân 39

3.4.2 Kiểm soát các quá trình đốt 42

3.4.3 Một số ưu điểm và nhược điểm của hệ thống nhiệt phân 43

4 CÁC HỆ THỐNG KIỂM SOÁT Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG CHO CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT 44

4.1 Kiểm soát ô nhiễm không khí 44

4.2 Thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí: 47

4.3 Hệ thống kiểm soát dioxin/furan 48

4.4 Hệ thống kiểm soát CTR còn lại 48

PHẦN KẾT LUẬN 50

LỜI MỞ ĐẦU

Chất thải rắn nếu không được quản lý tốt sẽ làm mất vệ sinh môi trường đô thị, gây ônhiễm và chứa đựng nguy cơ tiềm ẩn gây nguy hại đối với sức khỏe con người cũngnhư các hệ sinh thái Kinh nghiệm của các nước tiên tiến trên thế giới đã chứng tỏ quytrình công nghệ quản lý chất thải rắn phải bắt đầu được phân loại từ nguồn Trên cơ sở

đó áp dụng các biện pháp xử lý khác nhau nhằm đảm bảo tận dụng được các loại rác cóthể tái chế, tái sử dụng, đồng thời xử lý triệt để các chất thải nguy hại

Rất nhiều nước đang tìm kiếm công nghệ mới trong xử lý rác thải do thiếu các khuchôn lấp như tăng cường các quy chế của quốc gia, đạt được mục tiêu giảm thiểu khíthải gây hiện tượng nóng lên toàn cầu, tăng cường nghĩa vụ của người phát thải Xử lýrác thải bao hàm động cơ mang tính môi trường, kinh tế và chính trị, xã hội Xử lý rácthải hiện nay đang sử dụng làm giảm đáng kể những hạn chế của thiếu khu chôn lấp vàgiảm chi phí xử lý đốt rác nhờ lò đốt, nhưng lại có hạn chế là gánh nặng về rất nhiều chiphí để tái xử lý rác thải như các chất có hại và tro phát sinh trong quá trình đốt

Ứng dụng công nghệ đốt để xử lý chất thải công nghiệp và chất thải nguy hại đangngày càng được áp dụng rộng rãi trên thế giới Tuy nhiên, ở nước ta công nghệ đốt vẫncòn khá mới mẻ Trong những năm gần đây, nhiều đơn vị đã chế tạo lò đốt để xử lýchất thải công nghiệp và chất thải nguy hại nhưng do thiếu cơ sở khoa học khi tính toánnên hiệu quả đốt chưa cao, còn gây ô nhiễm thứ cấp Vì vậy, đề tài đã tập trung nghiêncứu công nghệ đốt để xử lý một số chất thải công nghiệp và chất thải nguy hại phổ biếnhiện nay Kết quả là xây dựng được các công thức thực nghiệm để tính toán, thiết kế lòđốt đạt hiệu quả đốt cao đồng thời đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - môi trường

PHẦN NỘI DUNG GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ NHIỆT XỬ LÝ

CHẤT THẢI RẮN

1 LÝ THUYẾT CHÁY:

Quá trình cháy là một tổ hợp các quá trình vật lý và hóa học, trong đó có thể chialàm hai loại là cháy động học và cháy khuếch tán Trong trường hợp thứ nhất quá trìnhcháy bị giới hạn bởi vận tốc phản ứng hóa học, còn trong trường hợp thứ hai bởi quátrình vật lý đảm bảo sự tiếp xúc của các thành phần nhiên liệu và oxy

Người ta phân biệt hai phương pháp đốt nhiên liệu khác nhau về nguyên lý:

- Đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu – không khí pha trộn trước ( cháy động học)

- Đốt cháy trong quá trình hỗn hợp nhiên liệu không khí ( cháy khuếch tán)

 Diễn biến quá trình cháy:

Quá trình cháy của vật rắn, lỏng , khí đều gồm các giai đoạn sau:Oxy hóa, Tự bốccháy, Cháy

 Điều kiện để phát sinh ra cháy: là phải có chất cháy, có oxy, có nhiệt độ cần

thiết

2 XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT

2.1 Định nghĩa xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt:

Xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt là quá trình sử dụng nhiệt để chuyển hóachất thải từ dạng rắn sang dạng khí, lỏng và tro đồng thời giải phóng năng lượngdưới dạng nhiệt

2.2 Phân loại hệ thống xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt:

Các hệ thống xử lý CTR bằng nhiệt được phân loại dựa trên nhu cầu sử dụng khôngkhí bao gồm:

Quá trình đốt được thực hiện với một lượng oxy không khí cần thiết vừa đủ để

đốt cháy hoàn toàn CTR gọi là quá trình đốt hoá học

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

trình đốt dư khí

Quá trình đốt không hoàn toàn CTR dưới điều kiện thiếu không khí và tạo ra các

gọi là quá trình khí hoá

Quá trình xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt trong điều kiện hoàn toàn không

có oxy gọi là quá trình nhiệt phân.

Quá trình đốt (đủ và dư khí)

Đốt hỗn hợp Đốt thu hồi Đốt tầng sôiKhí hóa

Lò đứng

Lò ngangĐốt tầng sôi

Các hệ thống xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt

Như vậy, xử lý CTR và CTRNH (chất thải y tế, thuốc bảo vệ thực vật, chất thảinhiễm dầu) bằng phương pháp đốt là một phương pháp hiệu quả và hiện nay được sửdụng khá phổ biến.

2.3 Một số ưu điểm và nhược điểm của phương pháp xử lý CTR bằng nhiệt.

 Phương pháp xử lý CTR bằng nhiệt có những ưu điểm:

Thể tích và khối lượng CTR giảm tới mức nhỏ nhất so với ban đầu, CTR được

xử lý khá triệt để (giảm 80-90% trọng lượng thành phần hữu cơ trong CTR).Thu hồi năng lượng nhiệt của quá trình có thể tận dụng vào nhiều mục đích nhưchạy máy phát điện, sản xuất nước nóng

Là thành phần quan trọng trong chương trình quản lý tổng hợp CTR

CTR có thể được xử lý tại chỗ mà không cần phải vận chuyển đi xa, tránh đượccác rủi ro và chi phí vận chuyển

Hiệu quả xử lý cao đối với các loại chất thải hữu cơ chứa vi trùng lây nhiễm(chất thải y tế), cũng như các loại chất thải nguy hại khác (thuốc bảo vệ thực vật,dung môi hữu cơ, chất thải nhiễm dầu )

 Tuy nhiên, phương pháp nhiệt không phải đã giải quyết được tất cả các vấn

đề của CTR, phương pháp này vẫn còn một số bất lợi sau đây:

Không phải tất cả các CTR đều có thể đốt được thuận lợi, ví dụ như chất thải cóhàm lượng ẩm quá cao hay các thành phần không cháy cao (chất thải vô cơ).Vốn đầu tư ban đầu cao hơn so với các phương pháp xử lý khác bao gồm chi phíđầu tư xây dựng lò, chi phí vận hành và xử lý khí thải lớn

Việc thiết kế, vận hành lò đốt phức tạp, đòi hỏi năng lực kỹ thuật và tay nghềcao, chế độ tập huấn tốt

Yêu cầu nhiên liệu đốt bổ sung nhằm duy trì nhiệt độ trong buồng đốt

Những tiềm năng tác động đến con người và môi trường có thể xảy ra, nếu cácbiện pháp kiểm soát quá trình đốt, xử lý khí thải không đảm bảo Việc kiểm soátcác vấn đề ô nhiễm do kim loại nặng từ quá trình đốt có thể gặp khó khăn đối vớichất thải có chứa kim loại như Pb, Cr, Cd, Hg, Ni, As

Lò hoạt động sau một thời gian phải ngừng để bảo dưỡng, làm gián đoạn quátrình xử lý

3 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ NHIỆT ĐỂ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN.

Như ta được biết, hiện nay xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt đang rất được ưuchuộng, nhất là xử lý CTNH Tuy nhiên, với rất nhiều công nghệ hiện hành khác nhaunhư hiện nay, việc lựa chọn một công nghệ xử lý hiệu quả đòi hỏi phải có sự xem xét ,cân nhắc để quyết định một cách chính xác Dưới đây là một số công nghệ xử lý bằngnhiệt phổ biến được đề cập đến như sau:

3.1 CÔNG NGHỆ ĐỐT CTR:

Công nghệ đốt là một quá trình xử lý khá phức tạp Trong quá trình cháy, các chấthữu cơ dạng rắn hoặc lỏng sẽ bị chuyển đổi sang pha khí Các khí này qua các lưới đốt

sẽ tiếp tục bị làm nóng lên, đến một nhiệt độ nào đó các hợp chất hữu cơ của chúng sẽ

bị phân hủy thành các nguyên tử thành phần Các nguyên tử này kết hợp với oxy và tạonên các khí bền vững, các khí này sau khi qua các thiết bị kiểm soát ô nhiễm sẽ đượcthải vào bầu khí quyển

Quá trình đốt CTR là quá trình oxy hoá khử CTR bằng oxy không khí ở nhiệt độcao Lượng oxy sử dụng theo lý thuyết được xác định theo phương trình cháy:

Với công nghệ này, ta có thể giảm thể tích của CTR đến 80 – 90% Nhiệt độ buồng

CO2, SOx, THC, HCl, HF, Dioxin / Furan, hơi nước và tro Năng lượng có thể được thuhồi nhờ quá trình trao đổi nhiệt từ khí sinh ra có nhiệt độ cao

3.1.1.Các nguyên tắc cơ bản của quá trình cháy

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)

toàn, không tạo dioxin, đạt hiệu quả xử lý tối đa (nhiệt độ đốt đối với CTNH là trên

Vì vậy, nếu nhiệt độ quá cao cũng như quá thấp thì sẽ làm giảm hiệu quả cháy

chất oxy hoá, có thể đặt các tấm chắn trong buồng đốt hoặc tạo góc nghiêng thíchhợp giữa dòng khí với béc phun để tăng khả năng xáo trộn Độ xáo trộn có thểđánh giá thông qua yếu tố xáo trộn

F = 100%*[lượng không khí thực tế]/[lượng không khí lý thuyết]

Trong đó: F là yếu tố xáo trộn F càng lớn, hiệu quả xử lý càng cao.

Thời gian lưu cần thiết bảo đảm đốt cháy hoàn toàn của mỗi chất phụ thuộc vào bảnchất của chất bị đốt và nhiệt độ đốt

Mối quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian khi hiệu quả phân huỷ đạt 99,99% các

chất hữu cơ:

Chất hữu cơ Nhiệt độ phân huỷ (

Các nguyên tắc trên liên hệ khắng khít với nhau, khi nhiệt độ phản ứng cao, xáo trộntốt thì thời gian phản ứng giảm vẫn đảm bảo hiệu quả cháy cao

Ví dụ như xử lý những chất thải có thành phần xenllulô cao như giấy… khi đốt chỉ

cần duy trì ở nhiệt độ 7600C, thời gian cháy tối thiểu là 0,5 giây

3.1.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy

Khi nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cháy, căn cứ trên phương trìnhcháy phân hủy:

Các phản ứng tiếp theo để đốt cháy hoàn toàn sản phẩm cháy là:

C + O2  CO2 + nhiệt

CH4 + O2 CO2 + H2O + nhiệt

CO + ½ O2  CO2 + nhiệt

H2 + O2  H2O + nhiệt

Một cách tổng quát, phản ứng đốt cháy CTR diễn ra như sau:

Từ phương trình phản ứng cho thấy nếu phản ứng đốt cháy chất hữu cơ xảy ra hoàntoàn 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 axít như NOx, SOx

Ngoài các yếu tố nhiệt độ, thời gian lưu cháy, độ xáo trộn quyết định hiệu quả cháy,còn có các yếu tố khác cũng ảnh hưởng tới quá trình cháy như sau:

a.Thành phần và tính chất của chất thải

CxHyOzNtSu +

mCH4 + aCO + bH2 + (x-a-m)CO2 + (H2O + tNO + uSO2

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

Thành phần hoá học của một số chất thải được cho trong bảng sau:

Thành

phần

Thành phần hoá học (% khối lượng)

-Chú thích: Bệnh phẩm khô, không tính tro

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

Trong đó C, H, O, N, S, A, W là phần trăm theo trọng lượng của các nguyên tốcacbon, hydro, oxy, nitơ, lưu huỳnh , tro và độ ẩm trong chất thải

Thành phần hoá học của chất thải có ảnh hưởng tới quá trình nhiệt phân và đốt cháy.Dựa vào thành phần hoá học của chất thải để tính được nhiệt trị của chất thải và tínhtoán lượng oxy cần thiết để đốt cháy hoàn toàn chất thải cũng như lượng khí thải hìnhthành, yếu tố này liên quan tới việc tính toán thời gian lưu cháy hoặc thể tích lò khi đốtchất thải

 Cacbon (C) là thành phần cháy chủ yếu trong chất thải Nhiệt trị của cacbon là

8000 kcal/kg Nhiên liệu rắn chứa nhiều cacbon hơn nhiên liệu lỏng và khí, nhưngthành phần chất trợ cháy ít hơn Chất thải có thành phần cacbon càng cao thì sản phẩmcháy CO2 càng nhiều

 Hydro (H) là thành phần thứ hai của chất thải Nhiệt trị thấp của Hydro lớn gấpbốn lần than Hàm lượng hydro càng nhiều chất thải càng dễ bắt lửa Chất thải dạnglỏng và khí có nhiều hydro hơn chất thải rắn.

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

trình đốt

 Oxy và nitơ là chất vô ích Nó làm giảm thành phần cháy của chất thải

 Độ tro (A) là yếu tố tiêu cực cho đốt chất thải Độ tro càng cao, thành phần chấtcháy càng giảm, gây đông kết ở trung tâm buồng đốt và đáy lò Tro dễ phủ lên bề mặttiếp nhiệt của buồng đốt làm giảm hiệu quả đốt

 Độ ẩm (W) thể hiện mức độ chứa nước trong chất thải Độ ẩm lớn, thành phầnchất cháy giảm, làm nhiệt trị của chất thải giảm Khi đốt, nhiệt trị bị hao phí một phần

để làm bay hơi nước Một chất thải có độ ẩm trên 95% hoặc một loại bùn thải có ít hơn15% thành phần rắn sẽ được xem là không có khả năng đốt

 Muối vô cơ: trong một hệ thống đốt thông thường, nếu chất thải giàu muối vô

cơ, muối kiềm sẽ gây khó khăn cho quá trình đốt Từng lượng nhỏ muối sẽ thăng hoa,sau đó tập trung trên bề mặt lò tạo nên một lớp xỉ hoặc đóng bánh làm giảm khả năngđốt của lò

b Ảnh hưởng của 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

Hệ số dư không khí là một thông số quan trọng trong quá trình đốt chất thải, đặc biệt

là trong công nghệ nhiệt phân, đây là yếu tố quan trọng để kiểm soát chế độ phân huỷchất thải rắn

Hệ số cấp khí được biểu hiện bằng công thức sau:

Cháy không hoàn toàn

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

Vlt là lượng không khí lý thuyết (oxy) để oxy hoá hoàn toàn chất thải

Sự ảnh hưởng của không khí dư tới nhiệt độ của buồng đốt được biểu diễn như đồ thịsau:

Biểu đồ mối quan hệ giữa hệ số cấp khí và nhiệt độ buồng đốt

Nhiệt độ

α ( h

ệ s

ố c ấ

p k hí Cháy tốt Cháy yếu

1

Ảnh hưởng của không khí dư tới nhiệt độ buồng đốt

Giá trị α tăng hay giảm có liên quan tới sự tăng hay giảm nhiệt độ của lò đốt Khi hệ

số cấp khí tăng (trong vùngα<1, thiếu khí), sự có mặt của oxy đã gây ra phản ứng cháy,toả nhiệt và làm tăng nhiệt độ

Để đảm bảo đốt triệt để chất thải rắn thì cần cấp dư khí, vì oxy cấp vào cho sự cháy

là oxy không khí, trong đó có lẫn thành phần nitơ, khi ở nhiệt độ cao sẽ xảy ra phảnứng giữa oxy và nitơ Do đó, thường tiến hành đốt ở chế độ cấp dư khí, nhưng nếu đưakhông khí lạnh vào trong lò nhiều sẽ làm nguội lò, nhiệt độ giảm, gây tổn thất nhiệt.Các lò đốt hiện nay thường cấp dư khí trong khoảng 1,05÷21,1

Từ biểu đồ cho thấy: khi đốt thiếu khí, nhiệt độ đốt cao nhưng quá trình cháy diễn rakhông hoàn toàn, còn khi đốt dư khí thì quá trình đốt diễn ra hoàn toàn nhưng nhiệt độbuồng đốt thấp Dựa vào đặc tính này nên công nghệ đốt nhiệt phân áp dụng đốt thiếukhí cho buồng sơ cấp và đốt dư khí cho buồng thứ cấp

Mỗi loại chất thải đem đốt có nhiệt trị khác nhau và lượng không khí lý thuyết cungcấp cho quá trình cháy cũng khác nhau Hệ số dư không khí cho phép tính thể tích sảnphẩm cháy và thể tích buồng đốt

Trong quá trình đốt, không phải lúc nào cũng có thể tính toán được lượng không khícần cung cấp cho quá trình cháy vì thành phần của chất thải đầu vào luôn biến động, do

đó cần phải kiểm soát quá trình đốt thông qua một số thông số khác để quá trình vậnhành dễ dàng hơn như: nhiệt độ, hệ số dư không khí, nồng độ CO, CO2, Oxi, bụi

Nhu cầu cấp khí của một số chất thải

3 không khí / kg chất thải)

• Đốt vừa đủ khí

Lượng không khí cần thiết cho quá trình đốt CTR được tính toán dựa trên cácphương trình phản ứng giữa thành phần cacbon, hydro và lưu huỳnh trong phần hữu cơcủa CTR đô thị với oxy không khí như sau:

Vì tính chất không đồng nhất của CTR nên khó đốt hoàn toàn CTR với một lượngvừa đủ không khí tính theo lý thuyết Trong một số hệ thống đốt CTR, chế độ cấp dưkhí được sử dụng nhằm đảm bảo sự xáo trộn tốt và mọi thành phần trong CTR tiếp xúctốt với không khí Lượng dư không khí cho quá trình đốt ảnh hưởng đến nhiệt độ vàthành phần của khí đốt sinh ra Khi phần trăm dư lượng không khí tăng, oxy trong khí

lò tăng, nhiệt độ lò giảm Do đó, điều chỉnh lượng không khí dư cung cấp là mộtphương pháp để kiểm soát nhiệt độ lò đốt

Nhiệt độ có ảnh hưởng đến sự xuất hiện của các khí gây mùi trong thành phần củakhói lò Khi t0lò< 7870C, các khí gây mùi có trong thành phần của khói lò, nhưng khi

t0lò> 9820C (18000F ) thì sự phát sinh các khí gây mùi như dioxin, furan, các chất hữu

cơ bay hơi (VOC) và các chất độc tiềm tàng khác là thấp nhất

Nhiệt trị của chất thải rắn là lượng nhiệt sinh ra khi đốt hoàn toàn một đơn vị khốilượng CTR (kcal/kg) Nhiệt trị của CTR cần được quan tâm khi ứng dụng công nghệđốt chất thải nhằm tận dụng năng lượng hoặc đốt kèm với nhiên liệu trong các côngnghệ khác như đốt nồi hơi, nung clinker… Nhiệt trị có liên quan đến quá trình sinhnhiệt khi cháy

Nhiệt trị thấp của nhiên liệu rắn, lỏng tính theo công thức của Mendeleep:

Q (kcal/kg) = 81C + 300H – 26 (O- S) – 6(9A + W)

(Vì thành phần của clo, flo và nitơ thấp nên được bỏ qua trong tính toán nhiệt trị)

Trong đó: C, H, O, S, A, A, W là phần trăm trọng lượng của các nguyên tố cacbon,hydro, oxy, lưu huỳnh, tro, ẩm trong chất thải

Nếu CTR có nhiệt trị không đáng kể thì đốt không phải là giải pháp xử lý thích hợp.Nói chung, nếu CTR có nhiệt trị thấp hơn 556 kcal/kg thì không có khả năng đốt Tuynhiên, có những trường hợp ngoại lệ

Nhiệt trị một số thành phần của CTR được cho trong bảng sau:

Vải 4194

(Nguồn: Standard Handbook of Hazadous Waste Treatment and Disposal, Mc

Graw-Hill)

Với công nghệ đốt nhiệt phân, thì nhiệt trị của CTR không phải là yếu tố quan trọng

mà nhiệt hoá học có vai trò quan trọng hơn Khi nhiệt phân chất thải, sinh ra khí gas,khí gas cháy sinh ra nhiệt

d Năng lượng

Năng lượng sinh ra từ quá trình đốt dưới 2 dạng bao gồm nhiệt năng của khí lò vàmột dạng nhiệt năng khác được chuyển hoá thành nhiệt của thành lò, nhiên liệu thêmvào, tro nhờ quá trình đối lưu, nhiệt, bức xạ Việc tính toán để dự đoán nhiệt năng củaquá trình đốt là rất cần thiết Vì nhiệt lượng sinh ra trong quá trình đốt có thể được thuhồi nhờ quá trình trao đổi nhiệt từ khí sinh ra có nhiệt độ cao Nhiệt lượng thu hồi này

có thể tận dụng cho các thiết bị tiêu thụ nhiệt: lò hơi, lò luyện kim, lò nung, lò thủy tinh,máy phát điện

3.1.3 Một số công nghệ đốt chất thải điển hình

a Các hệ thống lò đốt

Các hệ thống lò đốt có thể được thiết kể để vận hành với 2 loại CTR: CTR chưa phânloại và CTR đã phân loại (phần còn lại sau khi đã tách phần có khả năng tái sinh đượcđem đi đốt)

 Hệ thống lò đốt CTR chưa phân loại

Trong hệ thống này, CTR phải được xử lý sơ bộ trước khi đưa vào phễu lò đốt.Trước khi chuyển CTR vào phễu lò đốt, người điều khiển cần trục phải loại bỏ bằngphương pháp thủ công - những vật không thích hợp với lò đốt Tuy nhiên, giả định rằng

toàn bộ CTR đều có thể cho vào hệ thống bao gồm chất không cháy có kích thước lớn(như tủ lạnh ) và thậm chí là những chất nguy hại tiềm tàng Do đó, hệ thống lò đốtphải được thiết kế sao cho có thể vận hành với những chất thải như thế mà không làmhỏng thiết bị hay làm bị thương người vận hành

Giá trị nhiệt trị tạo ra bởi CTR chưa phân loại này thay đổi rất lớn, phụ thuộc nhiềuvào thời tiết, mùa trong năm, và nguồn gốc phát sinh Mặc dù còn nhiều điểm hạn chế,

hệ thống này vẫn được ưu tiên sử dụng và phổ biến

Một trong những thành phần quan trọng nhất của hệ thống lò đốt này là hệ thống ghi

lò Nó gồm nhiều chức năng: vận chuyển CTR trong lò, trộn đều CTR, phân phối khôngkhí vào lò Có nhiều loại ghi lò khác nhau phụ thuộc vào kiểu chuyển động, kiểu rung

và quay

 Hệ thống lò đốt CTR đã phân loại (RDF)

Hệ thống lò đốt đã phân loại tại nguồn là cải tiến của hệ thống lò đốt chưa phân loạitại nguồn

Trong lò đốt, RDF được đốt trên một ghi lò di động Hệ thống lò đốt phải được thiết

kế đặc biệt cho RDF, đôi khi lò hơi sử dụng than đá cũng có trang bị thêm bộ phận đốtRDF hay phối trộn than đá và RDF, hiệu quả cao

Đặc điểm củahệ thống lò đốt RDF có hiệu quả cao về năng lượng, độ ẩm và tro RDF

có thể ở dạng sợi nhỏ, viên tròn hay hình khối Chi phí lò cao nhưng thuận lợi trongviệc vận chuyển và lưu trữ Các dạng RDF đều có thể đốt cháy riêng hay trộn với thanđá

So với CTR chưa phân loại tại nguồn, RDF có nhiệt trị cao, hệ thống lò đốt RDF nhỏgọn và hiệu quả hơn nhiều lần do bởi tính đồng nhất của RDF nên hệ thống được kiểmsoát tốt hơn và thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí cũng hoạt động hiệu quả hơn Bêncạnh đó, hệ thống ngoại vi được thiết kế thích hợp nên có thể xử lý tốt kim loại, nhựa

và những thành phần tạo khí nguy hại khác

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 trìnhđốt được an toàn

c Đốt bằng các thiết bị chuyên dụng

Với các tác hại nghiêm trọng về mặt môi trường khi đốt hở thủ công, các hệ thốngđốt CTR đã ra đời với rất nhiều mẫu thiết kế khác nhau và ngày càng được cải tiếnnhằm làm tăng tính hiệu quả cho quá trình đốt

Cấu tạo của các thiết bị đốt chuyên dụng đốt chất thải thường có những thành phầnsau:

 Bộ phận nhận chất thải và bảo quản chất thải

 Bộ phận nghiền và phối trộn chất thải.

Những lò đốt khác nhau thì chủ yếu khác nhau về buồng đốt sơ cấp

Dưới đây là một số hệ thống đốt CTR với các ưu nhược điểm riêng thích hợp chotừng loại chất thải cũng như thành phần chất thải và điều kiện kinh tế của đơn vị đầu tư

Vật liệu lò thường là gạch đất nung nên tuổi thọ không cao Nguồn nguyên liệu cungcấp nhiệt cho lò chủ yếu là củi gỗ, mùn cưa

Mặc dù lò một cấp cũng là một thiết bị đốt chuyên dụng nhưng nếu xét toàn bộ quátrình thì cũng có thể xem đây là quy trình thủ công hở bởi nhiệt độ, bụi, khí thải khôngđược kiểm soát mà đưa trực tiếp vào không khí Các công việc như đưa CTR vào lò,cung cấp nguyên liệu cháy, điều khiển quá trình cháy, thu hồi tro thải đều do công nhân

lò đốt thực hiện theo phương thức thủ công

Sơ đồ cấu tạo của lò một cấp

Một số ưu điểm và nhược điểm của lò đốt một cấp là:

 Không giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do khí thải

 Năng suất thấp

 Phụ thuộc nhiều vào thời tiết

 Cần nhiều công nhân cho một ca làm việc, điều kiện làm việc của công nhânrất nặng nhọc, độc hại, dễ bị các bệnh nghề nghiệp

 Lò vận hành không liên tục, thời gian nghỉ giữa hai mẻ đốt lớn

 Hiệu quả đốt của lò thấp

 Thiết kế và xây dựng lò khá đơn giản,

 Chi phí xây dựng lò thấp

 Sử dụng lò đốt thủ công để xử lý CTR không cần diện tích đất và thời giannhiều như các phương pháp phân huỷ CTR nhờ chôn lấp

 Lò đốt nhiều cấp

Là loại lò đốt chất thải dạng bùn đặc từ các nhà máy xử lý nước thải, có thể đốt triệt

để chất thải, khí thải ra môi trường đạt tiêu chuẩn quy định Cấu tạo của lò đốt nhiềucấp được thể hiện như sau:

Lò đốt nhiều cấp được thiết kế gồm những đơn nguyên liên tiếp vòng quanh, cái này

ở trên cái kia Thường có từ 5 - 9 đơn nguyên cho một kiểu lò điển hình Với một trụcthẳng đứng ở trung tâm của hệ thống, mỗi đơn nguyên có một cánh khuấy được gắn vàotrục trung tâm, tạo ra các khoang rỗng hình vanh khuyênh ở bên trong lò đốt CTR saukhi đưa vào lò sẽ được lưu trữ lại các khoang rỗng này

Răng của các cánh khuấy sẽ cào bùn vào trong các lỗ hình vành khuyên và hướng vềphía tâm của buồng lò, nơi bùn sẽ rơi xuống các cạnh của lớp chịu nhiệt và đi xuốngđơn nguyên tiếp theo

Hệ thống cấp khí được thiết kế ở phía dưới của hệ thống Nhiệt độ tối thiểu của lò

7600F và thời gian lưu ít nhất là 0,5 s để có thể phân huỷ phần lớn các hợp chất hữu cơ

 Lò đốt chất lỏng

Lò đốt chất lỏng gồm một thùng sắt chịu nhiệt hình trụ, một lớp vật liệu nền như cátsillic, đá vôi và các vật liệu gốm…, một đĩa đỡ dạng lưới sắt và một miệng cấp khí Lớpvật liệu nền sẽ được "lỏng hoá" nhờ khí nén ở áp suất cao

CTR đô thị, than,… được đưa vào lò đốt ở vị trí trên mặt hoặc dưới đáy lớp vật liệunền đã được lỏng hoá ở nhiệt độ cao Chất thải nguy hại lỏng được đốt trực tiếp trong lòđốt bằng cách phun vào vùng ngọn lửa hay vùng cháy của lò phụ thuộc vào nhiệt trị củaCTR

Chất lỏng sôi trong lò có nhiệm vụ xáo trộn đều và truyền nhiệt cho CTR, có thể bổsung thêm gas hoặc dầu nhằm tăng nhiệt độ của chất lỏng trong lò

Lò được duy trì ở nhiệt độ khoảng 10000C Thời gian lưu của chất thải lỏng trong lò

từ vài phần giây đến 2,5 giây Sau khi nhiệt độ đã tăng đến nhiệt độ yêu cầu thì khôngcần bổ sung thêm gas / dầu vì lớp chất lỏng có khả năng duy trì nhiệt độ đến 24 giờ.Loại, hình dáng, kích cỡ của lò đốt chất lỏng phụ thuộc vào tính chất của CTR, thiết

kế béc phun, tường lò và điều kiện cấp khí

Lò đốt chất lỏng được ứng dụng để xử lý nhiều loại chất thải khác nhau như: CTR đôthị, bùn, than và nhiều loại hoá chất khác, kể cả hoá chất nguy hại Khi sử dụng lò đốtchất lỏng với vật liệu nền là đá vôi cho phép xử lý CTR có hàm lượng lưu huỳnh caovới sự phát sinh khí SO2 là ít nhất

Đốt được chất thải lỏng nguy hại

Không yêu cầu lấy tro thường xuyên

Thay đổi nhiệt độ nhanh chóng theo tốc độ nhập liệu

Chi phí bảo trì thấp

• Nhược điểm

Chỉ áp dụng được đối với các chất lỏng có thể nguyên tử hoá

Cần cung cấp khí, nhiên liệu phụ như gas/dầu để quá trình cháy triệt để hơn,tránh ngọn lửa tác động lên gạch chịu lửa

Dễ bị nghẹt béc phun khi chất thải lỏng có cặn

 Lò đốt thùng quay

Đây là loại lò đốt chất thải có nhiều ưu điểm bởi quá trình xáo trộn CTR tốt, đạthiệu quả cao và hiện nay, được sử dụng khá phổ biến ở các nước tiên tiến Lò đốt thùngquay được sử dụng để xử lý các loại chất thải nguy hại dạng rắn, bùn, cặn và cả dạnglỏng Ở Mỹ, lò đốt thùng quay chiếm tới 75% số lò đốt chất thải nguy hại, lò đốt tầngsôi chiếm 10%, còn lại 15% là các loại lò khác

nguyên liệu Đây là phương pháp tiêu hủy chất thải bằng cách đốt cùng với nhiên liệuthông thường khác để tận dụng nhiệt cho các thiết bị tiêu thụ nhiệt như: nồi hơi, lònung, lò luyện kim, lò nấu thủy tinh, lò nung xi măng Lượng chất thải bổ sung vào lòđốt có thể chiếm 12 - 25% tổng lượng nhiên liệu