trên lò tĩnh (quá trình nhiệt phân tĩnh)
Hiện nay việc xử lý chất thải bằng phương pháp nhiệt thường sử dụng các quá trình như: đốt (hở), khí hoá, nhiệt phân... Với nhiều loại thiết như các lò đốt hở 1 cấp, lò đốt thùng quay, lò đốt tầng sôi, lò đốt nhiệt phân tĩnh hai cấp... Ở Việt Nam qua khảo sát cho thấy phương pháp được áp dụng phổ biến hiện nay là đốt có ứng dụng nguyên lý nhiệt phân, với những ưu điểm như: nhiệt độ làm việc ở buồng sơ cấp vào khoảng 300 - 650oC đảm bảo cho thiết bị khoảng nhiệt độ làm việc tương đối thấp nên vật liệu chế tạo không đòi hỏi phải chịu nhiệt độ quá cao, lò hoạt động ổn định hơn. Độ xáo trộn thấp, vì lò hoạt động ở trạng thái tĩnh nên phát thải bụi trong khí thải tương đối thấp so với vác loại thiết bị khác.
Nhưng bên cạnh ưu điểm phương pháp này cũng có nhược điểm đó là độ xáo trộn thấp không thích hợp cho những loại chất thải có kích cỡ nhỏ mịm dạng bột, và công xuất xử lý không cao, thời gian xử lý dài và chỉ thích hợp cho những lò có công xuất nhỏ hơn 20 tấn/ngày đêm.
Giới thiệu tổng quan về lý thuyết đốt ứng dụng nguyên lý nhiệt phân trên lò tĩnh hai cấp như sau:
Quá trình nhiệt phân diễn ra theo phản ứng cơ bản sau: Chất thải T →( )oC
Các chất bay hơi hay khí gas + cặn rắn
Trong đó: Khí gas gồm: CxHy, H2, COx, NOx, SOx và hơi nước.
Cặn rắn: carbon cố định + tro
Nguyên lý cơ bản:
Đốt theo nguyên lý nhiệt phân có điểm cơ bản nhất đó là ở đây quá trình phân hủy nhiệt được diễn ra (ở buồng sơ cấp) trong trạng thái thiếu khí, lượng không
khí được duy trì cấp vào khoảng 20-70% V0 (lượng không khí lý thuyết cần thiết). Ở đây có cả hai quá trình cùng diễn ra đó là đốt và nhiệt phân. Quá trình đốt diễn ra phía bên ngoài khối CTR nơi có nhiệt độ cao và có mặt của O2 phản ứng sinh ra nhiệt lượng. Đồng thời quá trình nhiệt phân diễn ra khi không có mặt của O2. Trong quá trình nhiệt phân, dưới tác dụng của nhiệt độ sẽ diễn ra quá trình cắt mạch carbon trong cấu trúc chất thải tạo hỗn hợp “khí gas”. Hỗn hợp khí gas được tạo thành từ buồng sơ cấp tiếp tục được đốt trong buồng thứ cấp ở giai đoạn tiếp theo. Ở buồng thứ cấp lượng không khí cấp vào vượt 110 – 200% lượng không khí cần thiết với mục đích đốt triệt để các hợp chất hữu cơ bay hơi. Sau buồng thứ cấp khí thải được làm nguội (bằng nước, cooling tower) sau đó được đưa vào HTXL khí thải làm sạch (khử bụi, khí acid…) trước khi thải ra môi trường
Hình 2 - Đường biểu diễn liên quan giữa nhiệt độ và không khí dư
Quan hệ giữa lượng không khí được cấp cho quá trình nhiệt phân và nhiệt độ buồng đốt sơ cấp đã được nghiên cứu như ở hình 2. Người ta lợi dụng quy luật này để kiểm soát quá trình. Ở giai đoạn đầu của quá trình, nhu cầu oxy cho hỗn hợp khí nhiệt phân cháy lớn, đến cuối quá trình, nhu cầu oxy giảm dần.
Nhiệt độ
Cháy không
hoàn toàn Cháy tốt Cháy yếu
Dư khí Thiếu khí
Dựa trên những đặc tính cơ bản của quá trình nhiệt phân thì việc ứng dụng hiệu ứng này vào quá trình đốt chất thải trên lò tĩnh hai cấp được thực hiện như sau:
Kiểm soát quá trình đốt tại buồng sơ cấp:
Ở giai đoạn đầu của quá trình nhiệt phân, diễn ra quá trình sấy, phân hủy chất (tạo khí gas) và cháy một phần khí nhiệt phân, do đó tăng không khí nghĩa là tăng oxy cho quá trình cháy, nhiệt phản ứng toả ra dẫn đến làm tăng nhiệt độ.
• Khi nhiệt độ tăng, sẽ phải giảm lưu lượng cấp không khí.
• Khi nhiệt độ giảm đi thì phải tăng lưu lượng cấp không khí.
Như vậy đây là quá trình đốt thiếu khí có kiểm soát. Nhiệt độ ở buồng sơ cấp được kiểm soát thông thường từ 300 – 6500C, lượng khí cấp (tức là lượng oxy) sẽ tăng dần theo thời gian nhiệt phân, để tăng nhiệt độ giai đoạn đốt cuối lên tới 10000C (giai đoạn đốt cặn carbon).
Kiểm soát quá trình đốt tại buồng thứ cấp
• Vì ở buồng thứ cấp có nhiệm vụ đốt cháy hoàn toàn phần khí gas từ buồng sơ cấp, nhiệt độ cần duy trì trên 11000C khi đốt chất thải nguy hại.
• Người ta phải dùng máy dò nhiệt tự động được kiểm soát cùng với quạt cấp khí để kiểm soát quá trình đốt.
Các loại chất thải được đốt bằng lò nhiệt phân
Chất thải hữu cơ ở dạng rắn, lỏng, khí. Tuy nhiên, chất rắn phải nạp từ buồng sơ cấp. Chất lỏng và khí đốt thẳng ở buồng thứ cấp, lúc này buồng đốt có cải tiến, lắp thêm bộ đốt chất lỏng.
Những chất có phản ứng thu nhiệt sẽ không được đốt trong lò nhiệt phân. Quá trình xáo trộn chất thải phải hạn chế tối đa. Vì vậy, một số chất dạng bột, bột giấy cũng bị hạn chế đốt bằng lò nhiệt phân.
So sánh với phương pháp đốt khác thì đốt nhiệt phân trong buồng sơ cấp đòi hỏi lượng không khí cấp vào lò rất thấp, vận tốc dòng khí thấp và không cần xáo trộn nên hạn chế rất nhiều bụi phát sinh theo dòng thải. Buồng thứ cấp đốt triệt để các chất nên khí thải gần như là không bị ô nhiễm. Các chất hữu cơ và các chất độc hại như dioxins, furans, PCBs cháy hoàn toàn. Thường bụi trong khí thải < 200 mg/m3(Tiêu chuẩn môi trường Việt Nam).