Lũ gas nung gốm sứ tiết kiệm năng lượng là hệ lũ do Cụng ty Cổ phần thiết kế và sản xuất gốm sứ Bỏt Tràng nghiờn cứu, cải tiến và chế tạo trờn cơ sở của lũ gas nung gốm sứ thụng thường. Lũ gas này đó được triển khai và thực hiện trong dự
ỏn nõng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong cỏc doanh nghiệp nhỏ và vừa Việt nam.
2.2.3.1 Nguyờn lý cấu tạo và hoạt động [7]
* Cấu tạo:
Cấu tạo của hệ lũ gas này tương tự như lũ gas thụng thường, trong đú cỏc bộ
phận như vũi đốt, kờnh khúi... được tớnh toỏn thiết kế sao cho hiệu quả đốt chỏy nhiờn liệu và hiệu quả sử dụng nhiệt của sản phẩm chỏy là cao nhất. Chớnh vỡ vậy, thời gian nung giảm xuống chỉ cũn 12 ữ 14 giờ/mẻ và nhiờn liệu sử dụng cũng giảm 20 ữ 30%. Ngoài ra, nhiệt thải từ khúi lũ cũng được tận dụng đểđưa vào hệ thống lũ sấy sản phẩm mộc và khuụn thạch cao.
Luận văn thạc sỹ khoa học Viện Khoa học và Cụng nghệ mụi trường
- Kết cấu của vũi đốt lũ gas tiết kiệm năng lượng: Vũi đốt của lũ gas tiết kiệm năng lượng là dạng vũi sử dụng sức hỳt tự nhiờn (theo nguyờn lý ejector). Trong cỏc lũ gas thụng thường thỡ hiệu quả đốt chỏy của vũi đốt chỉ đạt tối đa khoảng 70%, trong khi đú vũi đốt của lũ gas tiết kiệm năng lượng cú thể đạt hiệu suất tối đa lờn đến 90% do vũi đốt được tớnh toỏn hợp lý giữa đường kớnh lỗ kim phun nhiờn liệu và cửa hỳt giú ứng với từng kớch thước lũ nhất định. Cấu tạo của vũi đốt như hỡnh 2.4.
Hỡnh 2.4 Sơđồ cấu tạo của vũi đốt của lũ gas nung gốm sứ
- Kết cấu của kờnh dẫn khúi thải: Trong lũ ga thụng thường, kờnh khúi là một kờnh thẳng trờn nền goũng và nối thẳng với cửa hỳt của tường phớa sau của ống khúi. Với thiết kế này, thời gian lưu của sản phẩm chỏy trong lũ ngắn nờn hiệu quả
trao đổi nhiệt thấp.
Muốn tăng thời gian trao đổi nhiệt giữa sản phẩm chỏy với sản phẩm nung và nền goũng để cú thể tận dụng tối đa lượng nhiệt năng của sản phẩm chỏy thỡ phải kộo dài đường đi của sản phẩm chỏy ở trong lũ bằng cỏch chuyển kờnh dón khúi thẳng thành kờnh dẫn khúi zớc zắc. Đồng thời, để tạo sức hỳt đồng đều tại cỏc vị trớ khỏc nhau của lũ cần thiết kế kờnh dẫn khúi thải hẹp hơn như với số lượng nhiều hơn.
Luận văn thạc sỹ khoa học Viện Khoa học và Cụng nghệ mụi trường
Hỡnh 2.5 Mụ phỏng kờnh dẫn khúi thải của lũ gas
- Giải phỏp tận dụng nhiệt khúi thải của lũ nung
Sản phẩm mộc trước khi đưa vào lũ nung cần phải sấy đến cũn độ ẩm 1 ữ 2%. Hiện tại, làng nghề Bỏt Tràng tồn tại hai hệ lũ sấy. Đú là lũ sấy truyền thống sử
dụng than cỏm 5, củi nhúm lũ và lũ sấy tận dụng nhiệt khúi thải của lũ nung. Với hệ
lũ sấy tận dụng nhiệt của khúi thải khụng những mang lại hiệu quả cao mà cũn mang ý nghĩa mụi trường rất lớn.
Buồng sấy được kết nối với lũ nung con thoi (lũ gas tiết kiệm năng lượng) bằng đường ống dẫn khúi và quạt hỳt, phớa cuối của đường ống, ở chõn ống khúi cú gắn cửa tiết lưu để điều chỉnh lượng khúi cần lấy và đảm bảo an toàn cho buồng nung khi lấy khúi trong lỳc đang vận hành nung. Mụ hỡnh kết nối buồng sấy với ống khúi của lũ nung như hỡnh 2.6.
Hỡnh 2.6 Sơđồ cụng nghệ cặp lũ gas nung gốmTKNL và buồng sấy
Kờnh khúi thẳng của lũ gas Kờnh khúi zớc zắc của lũ gas TKNL
Hỡnh 2.5 Mụ phỏng kờnh dẫn khúi thải của lũ gas Lò con thoi Buồng sấy Lò con thoi Buồng sấy Auto mat Hỡnh 2.6 Sơđồ cụng nghệ cặp lũ gas nung gốmTKNL và buồng sấy Ống khúi Buồng sấy Lũ nung Quạt hỳt
Luận văn thạc sỹ khoa học Viện Khoa học và Cụng nghệ mụi trường
Khớ thải từ lũ nung sẽ được quạt hỳt đưa sang buồng sấy và hoà trộn với khụng khớ lạnh nếu cần để tạo ra tỏc nhõn sấy hợp lý về nhiệt độ và độ ẩm, sau đú dẫn vào cỏc kờnh phõn phối khớ trong buồng sấy, khớ thải mang hơi ẩm sẽđược thải ra ngoài qua cỏc ống hỳt ở trần buồng sấy.
* Nguyờn tắc hoạt động:
Lũ gas tiết kiệm năng lượng được thiết lập với nhiều quy trỡnh nung khỏc nhau tuỳ thuộc vào đặc tớnh của từng chủng loại sản phẩm. Trong lũ gas thụng thường, cỏc sản phẩm mộc được nung theo quy trỡnh gồm 7 giai đoạn như đó nờu trong phần cơ sở lý thuyết. Tuy nhiờn, cỏc nhúm sản phẩm khỏc nhau về kớch thước,
độ dày, màu sắc… nờn được tỏch thành cỏc nhúm và nung thành cỏc mẻ riờng biệt
để ỏp dụng quy trỡnh nung một cỏch hợp lý về tốc độ nõng hạ nhiệt ở cỏc giai đoạn, về thời gian lưu sản phẩm khi đạt nhiệt độ đỉnh, về mụi trường nung oxi húa hay mụi trường khử. Cụ thể như sau:
- Với cỏc sản phẩm cú kớch thước nhỏ, thành mỏng thỡ cú thể nung nhanh với tốc độ nõng nhiệt nhanh ở cỏc giai đoạn, thời gian lưu ở nhiệt độ cao nhất khụng cần nhiều.
- Với cỏc sản phẩm kớch thước lớn hay sản phẩm cú thành dày thỡ cần nung chậm, đặc biệt là ở giai đoạn sấy và cỏc giai đoạn lưu nhiệt.
- Khi nung cỏc sản phẩm gốm sứ với chất màu hệ kẽm (Zn) thỡ cần được tiến hành trong mụi trường oxy hoỏ, cũn đối với hệ màu crom (Cr) cần được thực hiện trong mụi trường khửđểđạt được cỏc tụng màu tươi sỏng hơn. Khi sản phẩm muốn thể hiện được màu xanh coban thỡ sản phẩm mộc cần nung đến nhiệt độ 1300 ữ 13200C, nếu nung ở nhiệt độ thấp hơn thỡ chất màu sẽ khụng cú tụng màu xanh thuần khiết. Cỏc chất màu vàng, vàng tươi, được tổng hợp ở nhiệt độ thấp hơn.
Luận văn thạc sỹ khoa học Viện Khoa học và Cụng nghệ mụi trường
Hỡnh 2.7 Đường cong nung với mụi trường khử
Hỡnh 2.8 Đường cong nung với mụi trường oxi hoỏ hoàn toàn
Nhiệt độ Thời gian (1) (2) (3) (4) (5) (6) 25 300 (7) 750 950 1050 tmax 100 – 2000C
Hỡnh 2.7 Đường cong nung với mụi trường khử
Nhiệt độ Thời gian (1) (2) (3) (4) (5) 25 300 (6) 750 1050 tmax 100 – 2000C
Luận văn thạc sỹ khoa học Viện Khoa học và Cụng nghệ mụi trường
2.2.3.2 Cõn bằng vật liệu cho lũ gas tiết kiệm năng lượng
Số liệu để tớnh toỏn cõn bằng vật liệu cho lũ gas tiết kiệm năng lượng được chọn tại cơ sở sản xuất gốm sứ Huỳnh Hường (Xúm 3, Bỏt Tràng, Gia Lõm, Hà nội). Quỏ trỡnh tớnh toỏn tương tự như lũ gas thụng thường với cỏc số liệu đầu vào như sau:
Bảng 2.8 Cỏc thụng sốđầu vào của lũ gas TKNL dung tớch 9m3
TT Đại lượng Ký hiệu Trị số Đơn vị
1 Khối lượng trung bỡnh của một sản phẩm
mộc vào lũ (bỏt cơm) M 0,3 Kg
2 Độẩm của sản phẩm mộc vào lũ WMộc 1 %kl 3 Số lượng sản phẩm nung trong 1 mẻ lũ Q 3600 sp/mẻ lũ 4 Lượng mất khi nung của sản phẩm nung MKN 5 %KL 5 Lượng phế phẩm trung bỡnh mỗi mẻ nung PP 5 %KL 6 Khối lượng trung bỡnh của một tấm kờ MTK 9 Kg 7 Số lượng tấm kờ trong 1 mẻ lũ QTK 162 tấm/mẻ lũ 6 Khối lượng trung bỡnh của một trụđỡ MTĐ 1 Kg 7 Số lượng trụđỡ trong 1 mẻ lũ QTĐ 412 tấm/mẻ lũ 8 Phần trăm tấm kờ bị hỏng sau 1 mẻ nung yTK 1 %KL 9 Phần trăm trụđỡ bị hỏng sau 1 mẻ nung yTĐ 0,5 %KL 10 Khối lượng LPG đốt trong một mẻ lũ GLPG 310 kg/mẻ lũ (Nguồn: cơ sở sản xuất gốm sứ Huỳnh Hường – 4/2009)
Kết quả tớnh toỏn cõn bằng vật chất của lũ gas TNNL được tổng hợp trong bảng 2.9 và bảng 2.10 như sau:
Luận văn thạc sỹ khoa học Viện Khoa học và Cụng nghệ mụi trường
Bảng 2.9 Thống kờ cỏc kết quảđầu vào của lũ gas TKNL dung tớch 9m3
TT Đại lượng đầu vào Ký hiệu Trị số Đơn vị
1 Tổng khối lượng của sản phẩm mộc khụ vào lũ Ggốm V 1.069,20 kg/mẻ lũ 2 Tổng lượng ẩm của sản phẩm mộc vào lũ GWgốm 10,8 kg/mẻ lũ 3 Tổng khối lượng của tấm kờ vào lũ GTấmkờV 1.458 kg/mẻ lũ 4 Tổng khối lượng của trụđỡ vào lũ GTrụđỡV 412 kg/mẻ lũ 5 Khối lượng LPG đốt trong một mẻ lũ GLPG 310 kg/mẻ lũ 6 Lượng khụng khớ khụ tiờu tốn thực tế cho
một mẻ lũ GKK 5.787,78
kg kkk/mẻ
lũ 7 Lượng ẩm do khụng khớ mang vào 1 mẻ lũ GWKK 69,45 kg ẩm/ mẻ lũ
Tổng khối lượng đầu vào GVào 9.117,24
Bảng 2.10 Thống kờ cỏc kết quảđầu ra của lũ gas TKNL dung tớch 9m3
TT Đại lượng đầu ra Ký hiệu Trị số Đơn vị
1 Khối lượng của chớnh phẩm sau nung GgốmR 964,95 kg/mẻ lũ 2 Khối lượng của tấm kờ tỏi sử dụng GTấmkờR 1443,42 kg/mẻ lũ 3 Khối lượng của trụđỡ tỏi sử dụng GTrụđỡR 409,94 kg/mẻ lũ 4 Khối lượng phế phẩm mỗi mẻ nung GPP 50,79 kg/mẻ lũ 5 Khối lượng tấm kờ bị hỏng GTấmkờ hỏng 14,58 kg/mẻ lũ 6 Khối lượng trụđỡ bị hỏng GTrụđỡ hỏng 2,06 kg/mẻ lũ 7 Lượng khớ CO2 trong khúi lũ GCO2 978,14 kg/mẻ lũ 8 Hơi nước trong khúi lũ GH2O 585,02 kg/mẻ lũ 9 Lượng N2đi vào khúi lũ GN2 4.444,44 kg/mẻ lũ 10 Lượng O2 dưđi vào khúi lũ GO2 223,89 kg/mẻ lũ
Tổng khối lượng đầu ra: GRa 9.117,24 kg/mẻ lũ
Luận văn thạc sỹ khoa học Viện Khoa học và Cụng nghệ mụi trường
2.2.3.3 Ưu, nhược điểm của lũ gas tiết kiệm năng lượng
* Ưu điểm
- Thời gian nung rỳt ngắn xuống cũn 12 ữ 14 giờ/mẻ.
- Chất lượng và giỏ trị của sản phẩm cao hơn lũ gas nung gốm
- Lượng phế phẩm giảm xuống chỉ cũn khoảng 3 ữ 6% nờn giảm được thất thoỏt tài chớnh và giảm tải lượng chất thải rắn.
- Lượng nhiờn liệu sử dụng thấp hơn 20 ữ 30% so với lũ gas thường. - Cú khả năng tận dụng nhiệt khúi lũ để sấy sản phẩm mộc và khuụn.
* Nhược điểm
- Chi phớ suất đầu tư lớn hơn lũ gas nung gốm do sử dụng vũi đốt tốt hơn và cú thờm chi phớ chuyển giao cụng nghệ
- Do sử dụng gas nờn vấn đề an toàn khi vận hành lũ phải kiểm soỏt chặt chẽ.
2.3 Bước 2: Xỏc định cỏc tỏc động mụi trường
2.3.1 Khớ thải
Khớ thải phỏt sinh trong quỏ trỡnh nung gốm sứ gõy ụ nhiễm mụi trường khụng khớ của làng nghề.
Đối với cụng nghệ lũ hộp nung gốm do sử dụng nhiờn liệu chớnh là than cỏm 5 cú chứa cỏc nguyờn tố C, S, N, O, H nờn khi chỏy sẽ tỏc dụng với oxy trong khụng khớ, sinh ra một lượng khỏ lớn cỏc khớ thải độc hại như CO, CO2, SO2 và một số cấu tử khỏc NOx, muội than. Cỏc cấu tử này cú nồng độ rất nhỏ nờn trong quỏ trỡnh đỏnh giỏ cú thể bỏ qua.
Đối với cụng nghệ lũ gas nung gốm, do nhiờn liệu là khớ húa lỏng (LPG) cú thành phần chủ yếu là propan và butan nờn khi đốt chỏy sẽ tỏc dụng với oxy tạo ra chất ụ nhiễm cú trong khúi thải chủ yếu là CO2. Tải lượng và nồng độ cỏc chất ụ nhiễm khỏc nhau tựy vào hệ lũ và sản phẩm gốm sứđược nung.
Với mật độ lũ tập trung của làng nghề cao và khớ thải tạo ra tồn tại ngang tầm sinh hoạt của con người nờn ảnh hưởng rất nghiờm trọng đến sức khỏe của người dõn nơi đõy, đặc biệt cỏc bệnh về viờm đường hụ hấp, cỏc bệnh về mắt, tim mạch...
Luận văn thạc sỹ khoa học Viện Khoa học và Cụng nghệ mụi trường
- CO: Tỏc dụng với Hymoglobin (Hb) trong mỏu tạo thành hợp chất bền vững: HbO2 + CO HbCO + O2
Như vậy, CO làm giảm Hb từđú giảm lượng oxy kết hợp với Hb dẫn tới giảm khả năng vận chuyển của oxy trong mỏu, cụ thể như sau:
+ Ở nồng độ 5 ppm – gõy đau đầu, chúng mặt ở người
+ Ở nồng độ 10 ữ 250 ppm gõy tổn hại đến hệ thống tim mạch, thậm chớ gõy tử vong.
+ Ở nồng độ 100 ữ10.000 ppm cú thể làm lỏ cõy rụng, quăn, cõy non bị chết.
- CO2: Mặc dự khụng gõy ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người nhưng nú là một trong những thành phần chớnh gõy hiệu ứng nhà kớnh và là một trong cỏc tỏc nhõn gõy lờn sự biến đổi khớ hậu.
- Khớ SO2: Là khớ khụng màu, mựi hăng, nặng hơn khụng khớ, tồn tại ngang tầm với tầm sinh hoạt của con người nờn khi tồn tại trong khụng khớ gõy nờn viờm đường hụ hấp, viờm họng. Khớ SO2 nhiễm vào mỏu gõy rối loạn quỏ trỡnh chuyển húa protein và đường làm cơ thể thiếu vitamin B, vitamin C. SO2 cú thể nhiễm độc qua da gõy sự chuyển húa, làm giảm dự trữ kiềm trong mỏu, đào thải amoniac ra nước tiểu và
đào thải kiềm ra nước bọt. SO2 khi kết hợp với bụi tạo nờn cỏc hạt bụi axit cú kớch thước nhỏ, dễ dàng đi vào cỏc phế nang, từ đú gõy tỏc hại tới cỏc tổ chức tế bào. Ngoài ra, SO2 cũn là nguyờn nhõn gõy ra mưa axit, gõy ăn mũn cỏc cụng trỡnh, mỏy múc thiết bị và phỏ hủy cõy trồng.
2.3.2 Bụi
Bụi phỏt sinh chủ yếu do cụng nghệ nung gốm sứ bằng lũ hộp. Đú là cụng
đoạn vận chuyển than, đúng bỏnh than, xếp lũ và ra lũ. Bụi cú kớch thước khỏc nhau và thành phần chủ yếu là bụi xỉ than nờn nú cú tỏc động đến mụi trường và con người cụ thể như sau:
Bụi than cú chứa cỏc chất hydrocacbon đa vũng tạo thành trong quỏ trỡnh đốt khụng triệt để nhiờn liệu cú tớnh độc cao và cú khả năng gõy ung thư.
Bụi dễ dàng thõm nhập vào cơ thể qua đường hụ hấp, qua da và niờm mạc mắt, miệng. Cỏc hạt bụi nhỏ, đường kớnh ≤ 2,5 àm cú thể xõm nhập vào mỏu.
Luận văn thạc sỹ khoa học Viện Khoa học và Cụng nghệ mụi trường
Bụi đi vào nguồn nước làm tăng hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước và gõy ụ nhiễm nước.
Bụi cũng cú thểđi vào đất làm thay đổi thành phần và tớnh chất của đất, thay
đổi độ phỡ nhiờu của đất, làm đất bị trai húa nờn ảnh hưởng tới quỏ trỡnh sinh trưởng của cõy.
2.3.3 Chất thải rắn
Lượng chất thải rắn sinh ra từ quỏ trỡnh nung gốm. Ngoài tro xỉ (chiếm 25 ữ 30%) nú cũn tạo ra một lượng khỏ lớn chất thải rắn khỏc bao gồm phế phẩm, bao nung hỏng, tấm kờ, trụđỡ. Trong đú, cỏc chất thải này cú giỏ trị sử dụng khụng cao nờn nú gõy ảnh hưởng rất lớn đến mỹ quan của làng nghề.
2.3.4 Nước thải
Quỏ trỡnh nung gốm sứ tạo ra nước thải chủ yếu do nước vệ sinh của những người thợ ra vào lũ, thành phần chủ yếu là cỏc cặn lơ lửng. Đối với cụng nghệ nung gốm sứ bằng lũ hộp thỡ nước thải cũn tạo ra do quỏ trỡnh vệ sinh cỏ nhõn từ khõu nhào trộn và đúng than. Nước thải loại này cú màu bị nhiễm thành phần của than và
đặc biệt cú màu đen gõy ảnh hưởng đến chất lượng nước. Đối với cụng nghệ nung gốm sứ bằng lũ gas thỡ nguồn nước hầu như bị tỏc động trực tiếp.
2.3.5 ễ nhiễm nhiệt
Đối với cỏc lũ nung nung gốm sứ cần đạt nhiệt độ tương đối cao, cú thể lờn
đến 13200C. Vỡ vậy, nhiệt thải ra mụi trường cũng tương đối lớn thụng qua tường lũ, khúi lũ, cửa lũ... Điều này ảnh hưởng đến năng suất lao động cũng như sức khoẻ