XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP THIÊU ĐỐT

KỸ THUẬT XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP THIÊU ĐỐT... CƠ CHẾ HÌNH THÀNH KHÍ THẢI CỦA QUÁ TRÌNH THIÊU ĐỐT Các phản ứng cháy xảy ra trong buồng đốt: + phương trình cháy hoàn toàn cac

Chương 2.

XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP

THIÊU ĐỐT

TS VĂN HỮU TẬP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC - ĐHTN

NỘI DUNG BÀI GIẢNG

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH THIÊU ĐỐT

III KỸ THUẬT XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP THIÊU

ĐỐT

Công nghệ xử lý rác thải hiện đại

Gasification (khí hóa) vs Incineration

Thermochemical Conversion of Biomass to Biofuels via Pyrolysis

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ CTR BẰNG PHƯƠNG PHÁP THIÊU ĐỐT

Giới thiệu chung

 T hiêu đốt là phương pháp khá phổ biến trên thế giới hiện nay để xử lý chất thải (CTR) nói chung, đặc biệt là đối

với CTR độc hại công nghiệp, CTR y tế nói riêng.

 Phương pháp xử lý triệt để nhất

 Oxy hoá nhiệt độ cao + O2:rác độc hại  khí + tro, xỉ

 Ý nghĩa quan trọng : giảm tới mức nhỏ nhất chất thải cho khâu xử lý cuối cùng là đóng rắn hoặc tái sử dụng tro, xỉ

ƯU - NHƯỢC ĐIỂM CỦA

 - Giá thành đầu tư lớn

 - Chi phí tiêu hao năng lượng cao.

 - Chi phí xử lý cao.

ỨNG DỤNG

 Phương pháp đốt thường được áp dụng cho các loại chất thải sau:

 Chất thải độc hại về mặt sinh học

 Chất thải không phân huỷ sinh học.

 Chất thải có thể bốc hơi và do đó dễ phân tán.

 Chất thải có thể đốt cháy với nhiệt độ dưới 400 ° C.

 Chất thải dung môi

 Dầu thải, nhũ tương dầu và hỗn hợp dầu

 Nhựa, cao su

 Chất thải rắn bị nhiễm khuẩn bởi các hoá chất độc hại

CTR CễNG NGHIỆP ĐỘC HẠI

CTR CN độc hại (tấn/ngày) 1900 2200 2600

Lượng CTR cụng nghiệp độc hại ở Việt Nam

CTR cụng nghiệp độc hại ở Hà nội: 12.000 tấn/năm

PHẦN II CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ

TRÌNH THIÊU ĐỐT

Thành phần chất thải rắn

- Độ ẩm:

trong đó: m 0 - khối lượng chất thải rắn trước khi sấy, kg;

m r - khối lượng chất thải rắn sau khi sấy, kg.

- Tro:

trong đó: x A - độ tro, %;

m T - khối lượng xỉ tro sau khi đốt, kg;

m r - khối lượng chất thải rắn (đã được sấy khô) trước khi đốt, kg.

- Thành phần cháy:

% 100

m

m

m w

m

m x

S

T

A =

% 100

m

m

m x

Thành phần chất thải rắn

Ví dụ Thành phần hoá học của thành phần cháy chất thải

y tế

) H 9 W

( 1 , 25 )

S O

( 108 H

1256 C

339

Qd = d + d − d − d − d + d

Nhiệt trị của chất thải rắn Q d (kj/kg) được tính theo công thức sau:

cña thµnh phÇn ch¸y [C6H14O4,3N0,11S0,01]n

NhiÖt trÞ thÊp qr* , kJ/kg 8 598 6 748 4 898

CƠ CHẾ HÌNH THÀNH KHÍ THẢI CỦA

QUÁ TRÌNH THIÊU ĐỐT

Các phản ứng cháy xảy ra trong buồng đốt:

+ phương trình cháy hoàn toàn cacbon:

Nhược điểm: Tạo thành các khí độc hại SOx ,+ NOx , HCl ,

HF, dioxin, furan

Phản ứng tạo thành dioxin và furan

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI

Thiêu hủy có xúc tác: xúc tác bằng ôxít kim loại NiO- MoO3

ở 600 - 800 0 C, hoặc đất hiếm, kim loại hiếm như Cu, Mn, Cr, Ni ở 250

- 300 0C

Phương pháp cơ học: lọc tay áo, cyclone (loại tro bụi, kim loại nặng)

Phương pháp hóa lý:

Hấp thụ, trung hoà bằng dung dịch kiềm

Hấp phụ, trung hoà bằng kiềm rắn; hấp phụ bằng than hoạt tính

dioxin

Phần III Kỹ thuật xử lý chất thải rắn bằng

ph ơng pháp thiêu đốt

Buồng

đốt thứ cấp (850 -1100 o C)

Xử lý khói thải

khó i

Khói thải

Không khí

Không khí

Nhiên liệu

Nhiên liệu

Hoá

chất hấp thụ

Tro, xỉ

Sơ đồ công nghệ xử lý chất thải rắn

bằng ph ơng pháp thiêu đốt

hanaro eng_s Incinerator HS-type (In Korea)

NhỮng thành phần chính của một hệ

thống đốt chất thẢi rắn

 Bộ phận nhận chất thải và bảo quản chất thải.

 Bộ phận nghiền và phối trộn chất thải.

 Bộ phận cấp chất thải, chất lỏng, bùn và chất rắn.

24 24 24 24

8

12 12 7,8 15

10

14

2,2 2,6 0,13

Lß tÜnh

Lß tÜnh

Lß tÜnh

Một số loại lò thiêu đốt CTR

Lò quay

Lß quay

09/02/17 29

Lò đốt nhiệt phân tĩnh:

 Tại buồng sơ cấp:

Cỏc quỏ trỡnh xảy ra gồm:

Sấy (bốc hơi nước) phõn hủy

nhiệt tạo khớ gas và cặn

cỏcbon (trong điều kiện thiếu

oxy) đốt chỏy cặn

cỏcbon thành tro.

 Tại buồng thứ cấp:

Quỏ trỡnh đốt chỏy hoàn toàn

hỗn hợp khớ gas trong điều

kiện nhiệt độ cao và dư ụxy.

Không

khí

Khói lò

Tro Nạp rác

Không khí

Không khí Tro

Khói lò

Nạp rác

Các loại lò đốt tầng sôi

Buồng

đốt thứ cấp (850 -1100 o C)

Xử lý khói thải

khó i

Khói thải

Không khí

Không khí

Nhiên liệu

Nhiên liệu

Hoá

chất hấp thụ

Tro, xỉ

Sơ đồ nguyên lý của quá trinh xử lý

Ra khu

xử lý

Khói

Trao đổi nhiệt

09/02/17 33

Lò đốt tầng sôi: sử dụng dũng khớ đưa vào để khuấy trộn nguyờn liệu và chất chỏy thành 1 trạng thỏi tương tự như chất lỏng

Lò đốt chất thải nguy hại

Municipal solid and industrial waste incinerator NEXUS-2F LTD

Cơ chế của quá trinh đốt

Đốt tại buồng đốt sơ cấp

 Chất thải rắn đ ợc nạp vào buồng đốt sơ cấp sau

đó đ ợc gia nhiệt, quá trỡnh bay hơi (nhiệt phân) diễn ra

 Quá trỡnh bay hơi không yêu cầu ôxy và có thể đ ợc

thực hiện trong môi tr ờng khí trơ Tốc độ bay hơi phụ thuộc vào nhiệt độ

 Buồng đốt sơ cấp đ ợc bố trí sao cho hơi từ đầu

đốt, khí thoát ra do hiện t ợng bay hơi, do thay đổi nhiệt độ và do chuyển động dạng xoáy ngang kết hợp vào với nhau tạo ra nhiệt và khí cung cấp ổn

định cho buồng đốt và nhờ vậy điều khiển tốc độ cháy của lò đốt

Cơ chế của quá trènh đốt (tt)

Đốt tại buồng đốt thứ cấp

 Buồng đốt thứ cấp bao gồm hai buồng (buồng trộn và buồng đốt cuối cùng)

 Trong buồng đốt thứ cấp, chủ yếu là quá trỡnh đốt cháy hoàn toàn luồng khí tạo thành từ buồng đốt sơ cấp Luồng khí này ở d ới dạng các hạt mỏng chứa tỷ lệ phần trăm cacbon cao L ợng cacbon chứa trong hạt sẽ đ ợc đốt cháy hoàn toàn khi đi vào buồng trộn Sau đó, khí thoát khỏi buồng trộn, qua cửa có màn chắn và vào buồng đốt cuối cùng

 Vận tốc thấp trong buồng đốt này đảm bảo đủ thời gian để đốt cháy hoàn toàn các thành phần (Thời gian l u tối thiểu của khí thải trong buồng thứ cấp là 2 giây)

 Nhiệt độ buồng thứ cấp là một trong những yếu tố quyết định hiệu suất xử lý khói thải, đặc biệt là khả năng phân hủy dioxin hỡnh thành trong quá trỡnh đốt chất thải Nhiệt độ buồng thứ cấp th ờng từ

900 ° C đến 1200 ° C.

Tính toán thiết kế hệ thống lò đốt CTR

Mục đích:

- Xác định các thông số cơ bản cho quá trình thiết kế hệ thống xử lý.

Nội dung:

- Tính toán diện tích ghi lò,

- Tính toán thể tích buồng đốt 1, buồng

đốt 2,

- Tính chi phí nhiên liệu cho quá trình xử

lý

Tính toán diện tích ghi lò (F)

Diện tích ghi lò đ ợc tính theo công thức

sau:

trong đó: B - năng suất đốt của lò, kg/h Thông

số này lấy theo yêu cầu xử lý.

b – c ờng độ cháy, kg/m2/h Thông số

này đ ợc xác định bằng ph ơng pháp thực nghiệm

b B

Tính thể tích buồng đốt 1

(buồng đốt sơ cấp)

V1= V1‘+ V1’’+ V1’’’

Bd – công suất của đầu đốt kg/h,

q - mật độ nhiệt thể tích của lò

kcal/m3/h,

q

B q

ρt – tỷ khối của tro, xỉ kg/m3

V 1 ’’’ - thể tích chứa chất thải rắn

trong đó: ρr – tỷ trọng chất thải rắn, kg/m3

Tính thể tích buồng đốt 1

(tiếp theo)

r

r w r

r '' 1

G ) x 1 ( m V

ρ ρ

t

t '' 1

G ) x 1 (

x m V

ρ ρ

−

=

=

Tính thể tích buồng đốt 2

Thể tích buồng đốt 2 (buồng đốt thứ cấp) đ ợc tính theo công thức sau:

Trong đó: Vk – l ợng khí thải sinh ra khi đốt, tính ở

điều kiện tiêu chuẩn (áp suất 1at, nhiệt độ 0oC), m3

T- nhiệt độ khí thải, oC ,

t- thời gian l u của khí thải trong buồng đốt thứ

cấp, s

Để quá trình xử lý đạt hiệu quả, ta khống chế thời

gian l u của khí thải trong buồng đốt là t =2 s.

3600

273

273

.

2

t T

V

V = k +

Cân bằng vật chất khi đốt cháy một đơn vị

khối l ợng rác khô và nhiên liệu

(ở điều kiện tiêu chuẩn)

g

Khối l ợng, kg/kg

Thể tíc

h,

/kg

Khối l ợng, kg/kg

1,516 6,542

2,53 12,02 12,02

α

3,61 15,5

1,685 0,0252 0,804

1,54 - 1,98

3,02 - 1,59

Tính tiêu thụ nhiên liệu

Ph ơng trình cân bằng nhiệt cho toàn lò có dạng nh sau:

trong đó:

Q r - nhiệt l ợng sinh ra khi cháy rác thải, kJ;

Q cnl - nhiệt l ợng sinh ra khi cháy nhiên liệu, kJ;

Q k - nhiệt l ợng do không khí mang vào, kJ;

Q nl - nhiệt l ợng do nhiên liệu mang vào, kJ;

Q hh - nhiệt l ợng cần để hóa hơi n ớc, kJ;

Q t - nhiệt l ợng tổn thất ra môi tr ờng, kJ

Qtr - nhiệt tích lại trong tro, kJ.

NhiÖt l îng sinh ra khi ch¸y r¸c th¶i:

NhiÖt l îng sinh ra khi ch¸y nhiªn liÖu:

Tính toán các thành phần nhiệt

Q k = G k C k T k

Trong đó:

G k – l ợng không khí cần cấp cho quá trình đốt, kg

C k – nhiệt dung riêng của không khí, kJ/kg o C (1.02 kJ/kg.oC)

T k – nhiệt độ không khí o C

Nhiệt l ợng do không khí mang vào:

Nhiệt l ợng do rác thải mang vào:

Q r = G r C r T r

Trong đó:

G r – khối l ợng rác thải cần xử lý, kg

C r – nhiệt dung riêng của rác thải, kJ/kg o C

T r – nhiệt độ của rác thải o C

Tính toán các thành phần nhiệt

Q nl = G nl C nl T nl

Trong đó:

G nl – l ợng nhiên liệu chi phí cho quá trình đốt, kg

C nl – nhiệt dung riêng của nhiên liệu, kJ/kg o C

T nl – nhiệt độ nhiên liệu o C

Nhiệt l ợng do nhiên liệu mang vào:

Nhiệt l ợng cần thiết để hoá hơi n ớc:

Qhh = γhhxWGr

Trong đó:

γhh – ẩn nhiệt hoá hơi của n ớc, kJ/kg

xW – độ ẩm của rác thải, %

Tính toán các thành phần nhiệt

Q kh = G kh C kh T kh

Trong đó:

G nl – khối l ợng khói thải sinh ra, kg

C nl – nhiệt dung riêng của khói thải, kJ/kg o C

T nl – nhiệt độ khói thải o C

Nhiệt l ợng do khói mang theo:

Nhiệt l ợng do tro xỉ mang theo:

Tính toán các thành phần nhiệt

Q kh = G kh C kh T kh

Trong đó:

G nl – khối l ợng khói thải sinh ra, kg

C nl – nhiệt dung riêng của khói thải, kJ/kg o C

T nl – nhiệt độ khói thải o C

Nhiệt l ợng tổn thất ra môi tr ờng:

Nhiệt l ợng do tro xỉ mang theo:

NhiÖt trÞ thÊp, l îng oxy, l îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt vµ l îng s¶n phÈm ch¸y t¹o thµnh khÝ

α=1

C¸c khÝ C«ng

thøc ph©

n tö

NhiÖt trÞ thÊp , kJ/n.

V o H2O = [xW + vr,H2O (1-xW)]Gr + vnl,H2O Gnl (8)

V o kh¸c = ( αvr,k - vr,O2)(1-xW)Gr +(αvnl,k - vnl,O2)Gnl (9)

kh = [xW + ( αvr,k+ vr,CO2 + vr,H2O - vr,O2)(1-xW)]Gr

+ ( αvnl,k+ vnl,CO2 + vnl,H2O - vnl,O2)Gnl (10)

Gkh = [ αmr,k (1-xW) +1- xA]Gr + (1 + αmnl,k)Gnl (11)

{ }

kh kh k

nl, nl

nl k

k k nl, tnl

t r r r k

k W k

r, tr

kh kh A W

k , r W

hh

nl1

T C ) m (1

T C T

C m q

Q G

T C T

)C x (1 m q

T ]C x 1 ) x (1 m [ x

G

α α

α α

γ

+

− +

− +

kh k

nl, k

k k nl, g

tn

T )C m

(1 T

C m q

Q G

α +

− α

+

=

Tiªu hao nhiªn liÖu chung:

Gnl = Gnl1 + Gnl2 (kg/h)

Một số hình ảnh thiết bị thiêu đốt chất

thải rắn

Nhà máy thiêu đốt chất thải

rắn

Incineration Plants

< Nhà m¸y thiªu huû ë Hµn Quèc

Incineration Plants in Korea>

Thiết bị thiêu đốt

Incinerator

Lò đốt chất thải rắn y tê VHI – 18B

Bệnh viện Đa khoa Bắc Cạn

Tài liệu tham khảo

1 Báo cáo kết quả đề tài “Hoàn thiện công nghệ xử lý rác thải y tế

nguy hại” Viện Hoá học - Trung tâm Khoa học Tự nhiên và công nghệ Quốc gia, 2002

2 Hoàng Kim Cơ, Nguyễn Công Cẩn, Đỗ Ngân Thanh Tính toán kỹ

thuật nhiệt lò công nghiệp NXB Khoa học kỹ thuật 1985.

3 Trần Hiếu Nhuệ, ứng Quốc Dũng, Nguyễn Thị Kim Thái

Quản lý chất thải rắn T1 Chất thải rắn đô thị NXB Xây dựng 2001

4 Technology of municipal solid waste treament EXPERIENCES AND

CHALLENGES NXB KHKT 2003

5 L’incineration, I.S.T.E Belgique 1999.

6 Strategic programs on Environmental Endocrine Disruptors’98 Japan

Environment Agency, 1998.

7 M.G Berengarten, I.A Vaxileva… Quản lý chất thải đô thị Matxcova

1999 (tiếng Nga)