SẢN XUẤT NĂNG LƯỢNG TỪ RÁC THẢI.

Luận Văn SẢN XUẤT NĂNG LƯỢNG TỪ RÁC THẢI.

Luận Văn ĐỀ TÀI: SẢN XUẤT NĂNG LƯỢNG TỪ RÁC THẢI MỤC LỤC Giới thiệu. 1. Các khái niệm 2 1.1. Hệ thống thu hồi năng lượng 2 1.2. Lịch sử của hệ thống 2 1.3. Lợi ích thu hồi năng lượng từ rác thải 3 2. Các thông số ảnh hưởng đến thu hồi năng lượng và lựa chọn công nghệ 4 3. Đánh giá năng lượng thu hồi được từ rác thải 6 4. Sơ đồ hệ thống tận dụng nhiệt 7 4.1. Tường nước 7 4.2. Lò hơi 7 5. Các công nghệ thu hồi năng lượng 8 5.1. Công nghệ sinh học 8 5.1.1. Công nghệ phân hủy kị khí Anaerobic Digestion( AD ) 8 5.1.2. Kiểu dáng và cấu hình của các hệ thống Anaerobic Digestion( AD ) 10 5.2. Công nghệ thiêu đốt 12 5.2.1. Các hệ thống thiêu đốt cơ bản 13 5.2.1.1. Thiêu đốt hàng loạt 13 5.2.1.2. Đốt theo modular 14 5.2.1.3. RDF 14 5.3. Nhiệt phân/ khí hóa 18 5.3.1. Quá trình nhiệt phân Garets Flash 20 5.3.2. Hệ thống khí hóa Destrugas 21 5.3.3. Quá trình nhiệt phân được phát triển bởi Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng của Cục Mỏ, Pittsburg 23 5.3.4. Quy trình Slury card 24 5.3.5. Quy trình Voest Alpine 25 5.3.6. Nhiệt phân khí hóa plasma 26 6. Đánh giá ưu nhược điểm từng công nghệ 28 7. Tính khả thi khi áp dụng ở Việt Nam 30 Kết luận 31 DANH MỤC BẢNG Bảng 1:Các thông số kỹ thuật áp dụng cho thu hồi năng 5 Bảng 2: So sánh nhiên liệu Efuel và nhiên liệu hóa thạch 24 Bảng 3: Đánh giá ưu nhược điểm từng công nghệ 28 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Hệ thống tuabin hơi 7 Hình 2: Hệ thống máy phát tuabin khí 8 Hình 3: Sơ đồ hệ thống Anaerobic Digestion (AD) 9 Hình 4 : Hệ thống phân hủy chất thải rắn có nồng độ cao 11 Hình 5: Hệ thống phân hủy hai giai đoạn 12 Hình 6: Hệ thống thêu đốt hàng loạt 14 Hình 7: Sản xuất RDF từ chất thải rắn đô thị 15 Hình 8: Hệ thống khí hóa chung 19 Hình 9: Quá trình nhiệt phân Garets Flash 20 Hình 10: Hệ thống khí hóa Destrugas 22 Hình11: Quy trình Slury card 24 Hình12: Quy trình Voest Alpine 26 Hình13 :Nhiệt phân khí hóa plasma 27 GIỚI THIỆU Trong mọi hoạt động của con người như thương mại, công nghiệp, y tế, nông nghiệp…chúng ta đều tạo ra rác thải. Số lượng và thành phần của các rác thải rất khác nhau, tùy thuộc vào các hoạt động và sự phát triển của từng quốc gia. Chỉ riêng khu vực đô thị của châu Á, lượng rác thải đô thị phát sinh một ngày vào khoảng 760.000 tấn, tương đương với 2,7 triệu m 3 /ngày. Dự đoán năm 2025, con số này sẽ tăng đến 1,8 triệu tấn chất thải mỗi ngày, hoặc 5.200.000 m 3 / ngày. Ta có thể thấy rằng chất thải rắn là một vấn đề càng ngày càng quan trọng ở tất cả các nước, đặc biệt là những quốc gia đang phát triển như ở Việt Nam. Trong những năm gần đây, trong khi những nước phát triển đang tích cực giảm thiểu những tác động xấu từ chất thải rắn đến môi trường như xây dựng những bãi chôn lấp hợp vệ sinh, đốt rác ở nhiệt độ cao, cũng như bảo tồn tài nguyên thiên nhiên và năng lượng thông qua tái chế, tái sử dụng thì ở những nước đang phát triển, lượng rác thải ngày càng gia tăng. Rất ít thành phố có những thống kê đầy đủ về chất thải rắn và những hệ thống xử lý, khiến cho chất lượng cuộc sống của người dân ngày càng giảm. Do vậy, đã đến lúc chúng ta cần gia tăng các phương pháp khoa học để xử lý chất thải một cách an toàn. Cùng với việc giảm thiểu lượng rác thải phát sinh, tái chế và tái sử dụng chúng, các công nghệ thu hồi năng lượng từ chất thải đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm cũng như nguồn năng lượng, tài nguyên thiên nhiên. Những công nghệ này có thể làm giảm một lượng rác thải khổng lồ cần xử lý, giảm một phần không nhỏ chi phí cho các hoạt động sống của con người đồng thời bảo vệ môi trường. Một mặc tích cực của những hệ thống thu hồi năng lượng mà các nhà khoa học đang hướng tới là từ những hệ thống thu hồi năng lượng, một nguồn nhiên liệu sinh học được tạo thành, thay thế dần nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt của con người, hướng đến phát triển bền vững. 1. Các khái niệm 1.1 Hệ thống thu hồi năng lượng Hệ thống thu hồi năng lượng là một hệ thống trao đổi nhiệt trong đó nhiệt năng của chất thải rắn đem đốt được chuyển thành nhiệt của nước do sự chênh lệch nhiệt độ giữa nước và khí lò thải ra. Năng lượng có thể được thu hồi từ các chất thải có thành phần hữu cơ (phân hủy sinh học cũng như không phân hủy sinh học) cơ bản thông qua hai phương pháp sau: • Chuyển đổi Nhiệt hóa học: Quá trình này đòi hỏi phải có sự tham gia của nhiệt độ để biến các thành phần không hữu cơ, dùng để sản xuất hoặc tạo năng lượng nhiệt, dầu nhiên liệu hay nhiên liệu khí. • Chuyển đổi Nhiệt sinh - hóa: Quá trình này dựa trên sự phân hủy enzyme các chất hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật nhằm tạo ra khí metan hay rượu. Các quá trình chuyển đổi nhiệt hóa học rất hữu ích đổi với những chất thải có chứa thành phần chất không phân hũy hữu cơ cao và có độ ẩm thấp. Công nghệ được sử dụng chủ yếu là Thiêu hủy và Nhiệt phân/ Khí hóa. 1.2 Lịch sử của hệ thống Có lẽ hệ thống thu hồi năng lượng nhiệt đầu tiên trên thế giới được thực hiện bởi Thomas Edison. Vào năm 1882, ông cho xây dựng một nhà máy phát điện thương mại, sản xuất cả điện và nhiệt năng trong đó dùng nhiệt thải để sưởi ấm các tòa nhà lân cận. Việc thu hồi năng lượng nhiệt này đã giúp nhà máy của Edison giảm khoảng 50% chi phí. Đến năm 1900, những mạng lưới điện nông thôn được xây dựng ở Hoa Kỳ. Những mạng lưới này không chỉ cung cấp điện mà còn cung cấp lượng nhiệt phát ra từ những hệ thống phát điện. Gần cùng thời điểm đó, các hệ thống phân hủy kị khí đầu tiên đã được xây dựng ở Bombay, Ấn Độ năm 1859. Năm 1895, hệ thống thu hồi khí đã được phát triển ở Exeter, Anh, nơi mà khí được thu hồi cho việc chiếu sáng thành phố. Từ năm 1930, các nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu các công nghệ phân hủy kị khí nhằm thu hồi năng lượng khí một cách triệt để nhất. Cùng với sự phát triển của con người, yêu cầu về thu hồi năng lượng cũng tăng cao, hoàn thiện hơn, do vậy mà công nghệ nhiệt phân/ khí hóa và plasma ngày càng được nghiên cứu kĩ. Trong sự phát triển của con người, nhiệt phân đã có từ rất lâu nhưng những công nghệ thì phát triển cuối thế kỉ 19, đầu thế kỉ 20 và các hệ thống thu hồi năng lượng được phát triển mạnh nhất từ 50 năm trở lại đây. Bên cạnh Hoa Kỳ, việc thu hồi năng lượng còn được áp dụng ở nhiều nước khác. Đan Mạch có lẽ là quốc gia thu hồi năng lượng nhiều nhất, có khoảng 55 % năng lượng ở nước này được lấy từ những nhà máy phát điện. Ngoài ra còn có những nước khác như Đức, Nga, Ấn Độ cũng đang tích cực trong việc thu hồi năng lượng 1.3 Lợi ích thu hồi năng lượng từ rác thải + Tổng khối lượng chất thải giảm gần 60 đến 90% tùy thuộc vào thành phần chất thải và công nghệ phục hồi. + Giảm nhu cầu sử dụng đất đai. + Giảm được chi phí vận chuyển, tùy vào từng công nghệ áp dụng mà chi phí sẽ giảm xuống tương ứng. + Giảm thiểu ô nhiễm môi trường. +Improvement in the quality of leftover waste. Nâng cao chất lượng chất thải còn sót lại. +Improved commercial viability of the waste disposal project from the sale of energy/products. Cải thiện khả năng thương mại của dự án xử lý chất thải từ việc bán năng lượng/ sản phẩm. +Hướng đến phát triển bền vững. 2. Các thông số ảnh hưởng đến thu hồi năng lượng và lựa chọn công nghệ Các thông số chính nhằm xác định khả năng thu hồi năng lượng từ chất thải (bao gồm cả rác thải sinh hoạt) là: + Số lượng chất thải + Tính chất vật lý, hóa học của chất thải Việc áp dụng thu hồi năng lượng trên thực tế sẽ phụ thuộc vào quá trình xử lý được ứng dụng, việc lựa chọn quá trình xử lý còn phụ thuộc vào thông tin chính xác, tỷ lệ biến động của các thành phần rác thải theo thời gian (ngày/mùa) để có thể áp dụng quá trình xử lý nhằm đem lại hiệu quả nhất • Các thông số vật lý quan trọng cần xem xét bao gồm: + Kích thước của các thành phần: chất thải có kích thước càng nhỏ càng dễ phân hủy. + Mật độ : Chất thải có mật độ cao thì thành phần chất hữu cơ cao và độ ẩm cao, chất thải có mật độ thấp thì tỷ lệ giấy, nhựa, các chất dễ cháy khác cao. + Độ ẩm: Độ ẩm cao tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân hủy sinh học. Độ ẩm thấp thuận lợi cho quá trình thiêu đốt, nhiệt phân, khí hóa. • Các thông số hóa học quan trọng để xem xét nhằm xác định công nghệ thu hồi năng lượng, phù hợp với xử lý chất thải bằng cách chuyển đổi hóa sinh hay chuyển đối nhiệt hóa học, bao gồm: +Các chất rắn dễ bay hơi +Thành phần Carbon cố định +Trơ +Giá trị nhiệt +Tỷ lệ Carbon/ Nito +Chất độc Những chỉ tiêu cụ thể của các thông số quan trọng nhằm áp dụng cho hệ thống phục hồi năng lượng thông qua các công nghệ xử lý được nêu cụ thể trong bảng 1 Các chỉ tiêu này biểu thị cho yêu cầu khi áp dụng các phương pháp xử lý chất thải cụ thể. Do vậy, không nhất thiết phải áp dụng cho rác thải phát sinh/ tiếp nhận tại bãi chứa rác hay các cơ sở xử lý chất thải rắn. Thông thường, chất thải sau khi được thu gom, chúng được tách riêng biệt, phân loại nhằm áp dụng từng công nghệ thu hồi khác nhau một cách tương ứng. Ngoài ra, người ta còn có thể trộn lẫn rác thải nhằm tạo ra hỗn hợp phủ hợp nhất với từng hệ thống thu hồi. Ví dụ, nếu rác thải được áp dụng phương pháp thu hồi năng lượng bằng trao đổi sinh hóa kỵ khí, nếu C/N thấp hơn yêu cầu, người ta cho thêm vào rác thải rơm rạ, giấy… hoặc nếu như C/N quá cao, người ta có thể cho thêm nước bùn thải nhằm đạt được chỉ số C/N mong muốn. Bảng 1 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT ÁP DỤNG CHO THU HỒI NĂNG LƯỢNG [...]... Bio ethanol 3 Đánh giá năng lượng thu hồi được từ rác thải Đánh gia sơ bộ khả năng phục hồi năng lượng từ rác thải đô thị thông qua các phương pháp khác nhau dựa vào hiểu biết của chúng ta về giá trị nhiệt, thành phần chất thải Trong chuyển đổi nhiệt hóa học tất cả các chất hữu cơ, những chất có khả năng phân hủy sinh học cũng như không phân hủy sinh học, nhằm sản xuất năng lượng thì ta có thể tính... bình = 60% Sản lượng khí đốt sinh học trung bình: B (m3) = 0,80 m3/ kg của VS bị phá hủy = 0,80 x 0,60 x 0,33 x W x1000 = 158,4 x W  Nhiệt trị của khí sinh học = 5000 kcal/m3 Khả năng thu hồi năng lượng (kWh) = B x 5000 / 860 = 921 x W Khả năng phát điện (kW) = 921 x W / 24 = 38,4 x W Với hiệu suất chuyển đổi = 30% Do vậy, khả năng phát điện (kW) = 11,5 x W CTR đô thi, nhiên liệu sản xuất từ CTR(RDF... độ ẩm Giá trị năng lượng của các viên RDF khoảng 4000 kcal/kg và tùy thuộc vào tỷ lệ hữu cơ trong rác thải, các chất xúc tác và các chất kết dính được thêm vào Giá trị năng lượng của chất thải rắn ban đầu khoảng 1000 kcal/kg, trong khi các viên rác là 4000kg/kcal Trung bình, với 100 tấn rác thô, người ta có thể tạo ra khoảng 15-20 tấn rác dạng viên Từ quá trình pelletization, các viên rác do đã được... tận dụng nhiệt: lò hơi để sản xuất hơi nước Tuabin hơi, tuabin khí hoặc động cơ pitton tạo năng lượng cơ (tuabin hơi sử dụng các hệ thống lớn 10-50 MW, tuabin khí và động cơ pitton sử dụng trong các hệ thống nhỏ hơn) Máy phát điện chuyển năng lượng thành điện năng Hình 1: Hệ thống tuabin hơi Hơi nước được tạo ra từ lò hơi đốt bằng chất thải rắn đô thị hoặc nhiên liệu thu hồi (sản phẩm khí hoặc nhiên... phóng được nhiệt, khí trơ và tro Sản lượng năng lượng phụ thuộc vào mật độ và thành phần của chất thải, tỷ lệ phần trăm độ ẩm tương đối, ngoài ra còn do tổn thất nhiệt, nhiệt độ đánh lửa, kích thước và hình dạng của rác, thiết kế của các hệ thống đốt (hệ thống cố định/ tầng sôi) Trong thực tế, có khoảng 65 -80% năng lượng của các chất hữu cơ có thể được phục hồi như năng lượng nhiệt, có thể được sử dụng... nhiệt độ này, có thể giảm đến 97 % lượng rác thải, kim loại bị chuyển đổi và thủy tinh thành tro Chất thải bị đốt cháy để giảm khối lượng có thể không cần bất kì nhiên liệu phụ trợ ngoại trừ khi khởi động Khi mục đích của phương pháp đốt nhằm sản xuất hơi nước, nhiên liệu bổ sung có thể được sử dụng với rác nghiền thành bột, vì hàm lượng chất thải sẽ thay đổi năng lượng, ta cũng cần phải bổ sung nhiên... bộ như sau:  Tổng lượng chất thải rắn ( W) tấn  Nhiệt giá trị (NCV) k-cal/kg  Khả năng thu hồi năng lượng (kWh) = NCV x W x 1000 / 860 = 1,16 x NCV x W  Khả năng phát điện (kW) = 1,16 x NCV x W / 24 = 0,048 x NCV x W Hiệu suất chuyển đổi = 25%  Do vậy, khả năng phát điện (kW)= 14.4x W Trong chuyển đối hóa sinh, chỉ có thành phần chất hữu cơ đóng góp vào tạo năng lượng  Tổng lượng chất thải: W... bằng năng lượng tái tạo Chất thải rắn hữu cơ được đưa đến một nơi sản xuất tập trung, nơi rác thải được xử lý như một dạng bùn lỏng, nhằm tiết kiệm chi phí vận hành và vốn Các chất thải rắn được bơm với áp suất cao hơn áp suất hơn bão hòa để duy trì trạng thái lỏng Bằng cách tránh bốc hơi, năng lượng nhiệt dùng cho sự bay hơi của nước được giảm thiểu Kết quả là, quá trình này đòi hỏi ít năng lượng. .. không gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là tại những bãi rác không hợp vệ sinh Ngoài ra, công nghệ pelletization cung cấp một nguồn năng lượng tái tạo, tương tự như sinh khối, năng lượng gió, mặt trời và năng lượng địa nhiệt Các đặc tính phát xạ của RDF cao hơn so với than đá nên lượng khí thải độc hại như Nox, Sox, CO và CO2 cũng ít hơn Công nghệ pelletization đối với chất thải rắn đô thị có những đặc điểm... có oxy hay chân không, sản phẩm của quá trình này gồm CO, CH 4, H2, C2H6, CO2, H2O, N2, dung dịch pyroligenous, hóa chất, than củi Dung dịch pyroligenous có giá trị nhiệt độ cao và có khả năng thay thế nhiên liệu dầu trong công nghiệp Số lượng của mỗi sản phẩm phụ thuộc vào thành phần hóa học của các chất hữu cơ và điều kiện hoạt động Số lượng và thành phần hóa học của từng sản phẩm thay đổi theo nhiệt