7 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI
4.3XUẤT QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ VẬN HÀNH LỊ ĐỐT CHẤT
NGUY HẠI THEO CƠNG NGHỆ ĐỐT TRÊN LỊ NHIỆT PHÂN TĨNH 4.3.1 Căn cứ đề xuất
Từ các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về cơng nghệ đốt rác hỗn hợp, xây dựng nên quy trình cơng nghệ vận hành trên cơ sở sau:
Nhiệt độ nhiệt phân
Chế độ cấp khí
Nồng độ oxy tự do
4.3.2Đề xuất quy trình vận hành lị đốt
Quy trình cơng nghệ vận hành lị đốt rác dựa trên nồng độ oxy tự do được đề xuất như sau:
Sấy buồng thứ cấp tới nhiệt độ 11000C, nhiệt độ buồng sơ cấp từ 450 – 5500C, tắt cơng tắc điều khiển để ngừng hoạt động của béc đốt ở buồng sơ cấp, tiến hành nạp rác vào buồng sơ cấp, sau đĩ mở van cấp khí vào buồng sơ cấp (0 – 20%), chế độ cấp khí được kiểm sốt dựa vào diễn biến nhiệt độ buồng sơ cấp và nhiệt độ bắt đầu tiến hành nhiệt phân rác. Thực tế trong buồng sơ cấp lúc này đã cĩ quá trình tự cung cấp nhiệt nhờ phản ứng cháy. Thơng qua chế độ kiểm sốt khơng khí vào buồng sơ cấp thích hợp sẽ khơng cần tới hoạt động của béc đốt ở buồng sơ cấp.
Vận hành lị đốt theo kiểm sốt nồng độ oxy tự do buồng sơ cấp và thứ cấp; khi quan sát thấy nồng độ oxy buồng sơ cấp càng lúc càng tăng (gần đạt giá trị ban đầu, cĩ nghĩa là đã kết thúc giai đoạn nhiệt phân, khi nồng độ oxy tăng tới giới hạn cần nạp mẻ rác tiếp theo vào để nhiệt phân và đốt. Luơn kiểm sốt cho nồng độ oxy trong buồng sơ cấp dao động trong khoảng 1 – 3% để đảm bảo lượng khí gas (CxHy) cung cấp cho buồng thứ cấp là nhiều nhất.
Trong quá trình đốt chất thải liên tục thì dựa vào quy luật biến đổi nhiệt độ mà oxy tự do trong buồng sơ cấp trở nên phức tạp hơn nhiều. Vì lúc này trong quá trình
nhiệt phân chất thải lại cĩ quá trình đốt cặn carbon của các mẻ đốt trước đấy, vì vậy nhiệt độ buồng nhiệt phân cũng cĩ chiều hướng ngày càng tăng dần (nếu khơng kiểm sốt nhiệt độ buồng thứ cấp sau mẻ đốt thứ 3,4 lên tới 800 – 9000C dễ dàng), oxy tự do cũng bị rối loạn hơn do các quy trình vận hành lị đốt gây ảnh hưởng. Điều này làm quá trình vận hành lị đốt trở nên phức tạp hơn. Để khắc phục nhược điểm trên nên đưa thêm các điều kiện sau để bổ sung trong quá trình vận hành lị đốt được dễ dàng hơn:
Kiểm sốt nhiệt độ nhiệt phân trong quá trình đốt chất thải: luơn trong khoảng nhiệt độ nhiệt phân nhất định (cĩ thể 450 – 5500C, hoặc 500 – 6000C, tuỳ theo loại rác. Nếu thấy rác cĩ thành phần cao su, nhựa hoặc giẻ cĩ thành phần polyeste cao, điều chỉnh nhiệt độ vận hành thấp hơn) bằng việc lắp thêm thiết bị phun nước để kiểm sốt nhiệt độ mong muốn. Ở mẻ đốt cuối của ngày làm việc hoặc trước khi lấy tro, sau khi hết giai đoạn nhiệt phân cần tăng hệ số cấp khí thích hợp để nhiệt độ buồng đốt tăng cao, lúc này cặn carbon sẽ bị đốt triệt để.
Thời gian nạp mẻ rác mới căn cứ theo năng suất đốt và dựa vào kết quả vận hành mẻ đốt rác đầu tiên. Với cơng nghệ vận hành thích hợp cho thấy tăng được năng suất lị đốt và đặc biệt là tiết kiệm được nhiên liệu rất đáng kể.
Nên cĩ đầu dị theo dõi oxy dư trong khĩi thải để điều chỉnh chế độ cấp khí cho buồng thứ cấp, để khống chế nồng độ oxy trong buồng thứ cấp trong khoảng từ 7 – 11%, khi đĩ lượng khí CO sinh ra sẽ khơng nhiều và đạt được TCVN 6560 – 1999, hiệu quả đốt sẽ cao và ổn định hơn.
4.4 ĐỐT THỬ NGHIỆM TRÊN LỊ ĐỐT TRONG THỰC TẾ
Mục đích: kiểm chứng quy trình cơng nghệ vận hành lị đốt chất thải đã nghiên cứu trong mơ hình.
4.4.1 Nguyên liệu
1. Tại lị đốt rác của Cơng ty Sơng Xanh (Bà Rịa – Vũng Tàu): đốt rác hỗn hợp (rác hữu cơ trơ được loại từ nhà máy sản xuất phân hữu cơ tỉnh BR-VT), rác thải của nhà máy sản xuất thuốc sát trùng Thanh Sơn (VIPESCO)
2. Tại lị đốt rác y tế tập trung LRY – 500 (Xí nghiệp xử lý chất thải – Cơng ty Mơi trường Đơ thị): rác y tế.
- Thiết bị đo khí thải: như đã nêu ở mục 4.2.1.1, để đánh giá hiệu quả đốt so sánh với tiêu chuẩn TCVN 6560 - 1999
- Thời gian đo: đo 5 giai đoạn kể từ sau khi nạp rác, mỗi giai đoạn đo 5 phút, lấy kết quả trung bình 5 lần đo trong mỗi giai đoạn (TBi), mỗi giai đoạn đo cách nhau 2 phút.
- Các phương pháp lấy mẫu, phân tích đo đạc: Phương pháp thu mẫu và phân tích theo TCVN và của EPA.
4.4.2Lị đốt chất thải
Chất thải được đốt nghiên cứu trên lị nhiệt phân tĩnh, sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động như mơ hình nghiên cứu cĩ hình dạng cơ bản như hình 4.11. Thiết bị khống chế nhiệt độ buồng sơ cấp được sử dụng ở đây là bơm nước, hệ thống thiết bị xử lý khí thải đặt sau buồng thứ cấp. Cơ cấu nạp rác bằng thuỷ lực, nhiên liệu sử dụng là dầu DO.
4.4.3Tiến hành đốt rác
Trước hết khởi động sấy lị đốt, khi nhiệt độ buồng thứ cấp đạt 1100 500C, nhiệt độ tại buồng sơ cấp đạt 450 – 5500C, tắt béc đốt buồng sơ cấp, tiến hành nạp rác vào buồng sơ cấp để nhiệt phân và đốt. Sau khi nạp rác xong mở van cấp khí vào buồng nhiệt phân theo chế độ yêu cầu (cấp khí ban đầu < 20%; kiểm sốt ơxy dư trong buồng sơ cấp trong 15 phút đầu < 3% (V), ơxy dư trong khí thải 7 – 11% (V)). Cứ trung bình 45 - 50 phút nạp một mẻ rác mới. Tiến hành đo đạc các chỉ tiêu khí thải sau buồng thứ cấp.
4.4.4Kết quả đo kiểm nghiệm
4.4.4.1 Kết quả đo tại Lị đốt rác LRY – 500
Khối lượng rác 30kg
Nhiệt độ buồng nhiệt phân: 450 – 5500 C
Sau khi nạp rác được 5 phút mới cấp khí, cấp khí ban đầu: cấp1 ( < 20%) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thời gian kết thúc nhiệt phân: 44 phút
0 100 200 300 400 500 600 0 500 1000 1500 2000 2500 3000
thời gian (giây)
nhi
ệt
đ
ộ (
0 C)
Hình 4.30 Diễn biến nhiệt độ buồng nhiệt phân trong lị đốt rác LRY - 500
(kết quả đo trong phụ lục 2)
Tại buồng thứ cấp:
Các kết quả đo chỉ tiêu khí thải được đưa ra từ bảng 4.15 – 4.18
Bảng 4.15 Nồng độ khí thải sau khi đốt đƣợc 5 phút
Thơng Số Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 TB O2 (%) 11,3 7,1 7,9 11,4 8,3 9,2 CO2 (%) 9,2 10,2 10 7 7,4 8,8 CO (mg/m3) 40 17 15 12 8 18,4 NOx (mg/m3) 94 63 65 93 92 81,4 CE (%) 99,96 99,99 99,99 99,99 99,99 99,98
Bảng 4.16 Nồng độ khí thải sau khi đốt đƣợc 10 phút
Thơng Số Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 TB O2 (%) 11,5 6,8 7,5 7 7,7 8,1 CO2 (%) 6,9 10,6 10,4 10,5 10,2 9,7 CO (mg/m3) 10 8 12 15 7 9,0 NOx (mg/m3) 79 73 73 74 98 79,4 CE (%) 99,90 99,94 99,94 99,94 99,92 99,93
Bảng 4.17 Nồng độ khí thải sau khi đốt đƣợc 15 phút (giai đoạn nhiệt phân) Thơng Số Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 TB O2 (%) 8,9 6,8 6,3 10,1 8,8 8,2 CO2 (%) 8,6 10,5 11,1 8,2 10,5 9,8 CO (mg/m3) 9 5 10 12 15 10,2 NOx (mg/m3) 97 88 100 116 122 104,6 CE (%) 99,99 100,00 99,99 99,99 99,99 99,99
Bảng 4.18 Nồng độ khí thải giai đoạn gần cuối mẻ đốt
Thơng Số Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 TB O2 (%) 9,2 8,2 7 7,3 5,4 7,4 CO2 (%) 8,7 9,7 10 9,9 11,8 10,0 CO (mg/m3) 5 7 13 12 8 9,0 NOx (mg/m3) 171 128 120 113 130 132,4 CE (%) 99,99 99,99 99,99 99,99 99,99 99,99 0 10 20 30 40 50 4,9 5,4 5,8 6,3 6,8 6,8 7 7 7,1 7,3 7,0 7,5 7,7 7,9 7,9 7,6 7,7 8,2 7,9 8,3 8,8 8,9 8,9 8,6 9,2 10,1 11,3 11,4 11,5 14 O2(%) C O ( m g/ m 3 ) CO Poly. (CO)
Nhận xét:
Biến thiên nhiệt độ (hình 4.30) trong buồng sơ cấp phù hợp với nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ nhiệt độ trên mơ hình và cũng phù hợp với các kết quả nghiên cứu trước đĩ [1].
Khi khống chế nồng độ oxy dư trong buồng nhiệt phân từ 1 – 3% (sau khoảng 10 – 20 phút nhiệt phân), thì hầu hết các mẻ đốt cĩ nồng độ CO tương ứng đo ở sau buồng thứ cấp cĩ giá trị nhỏ (< 50mg/m3), đạt TCVN, (bảng 4.15 – 4.18).
Nồng độ CO thấp trong điều kiện oxy dư trong khí thải đo được thường từ 5 – 11% (V). Hiệu quả đốt CE cao (> 99,99%), hầu như trong quá trình đốt nồng độ khí CO sinh ra luơn đạt tiêu chuẩn cho phép.
Rõ ràng khi lị đốt rác y tế LRY – 500 cĩ được cơng nghệ vận hành phù hợp thì lị hoạt động đạt được hiệu quả như mong muốn.
4.4.4.2 Kết quả đo tại lị đốt rác cơng ty Sơng Xanh (Bà Rịa – Vũng Tàu)
Tại buồng sơ cấp:
0 5 10 15 20 25 30 00:00 07:12 14:24 21:36 28:48 36:00
thời gian (phút : giây)
O2 ( %) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Cx Hy ( %)
O2 CxHy Poly. (CxHy) Poly. (O2) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4.32 Diễn biến của nồng độ CxHy, O2 (%) theo thời gian trong buồng nhiệt phân ở nhiệt độ 4500C, chế độ cấp khí = 20%
Tại buồng thứ cấp:
Bảng 4.19 Nồng độ các chất trong khí thải (rác từ nhà máy VIPESCO)
Thơng Số TB1 TB2 TB3 TB4 TB5 TB TCVN 6560- 1999 CO2 (%) 10,3 10,4 9,9 9,9 9,7 10,04 - CO (mg/m3) 56 33 29 14 22 30,8 100 NOx (mg/m3) 239 242 251 274 265 254,2 350 SO2 (mg/m3) 263 254 261 202 212 238,4 300 CE (%) 99,95 99,97 99,97 99,99 99,98 99,97 -
Bảng 4.20 Nồng độ các chất trong khí thải (rác hữu cơ trơ thải ra từ nhà máy sản xuất phân vi sinh tỉnh BR – VT)
Thơng Số TB1 TB2 TB3 TB4 TB5 TB TCVN 6560- 1999 CO2 (%) 10,1 10,5 9,8 10,4 9,9 10,14 - CO (mg/m3) 81 60 25 14 7 37,4 100 NOx (mg/m3) 226 243 220 302 300 258,2 350 SO2 (mg/m3) 422 420 350 290 280 352,4 300 CE (%) 99,93 99,95 99,98 99,99 99,99 99,97 - Nhận xét:
Với thí nghiệm được tiến hành tại lị đốt rác Cơng ty Sơng Xanh nhận thấy:
Nồng độ oxy tự do trong buồng nhiệt phân biến đổi mạnh (hình 4.32), tăng giảm đột ngột, vì trong quá trình tiến hành thí nghiệm lị bị mở nhiều lần do một số lý do chủ quan, nên lượng khí cấp vào cho lị nhiều. Nhưng nhìn chung cĩ thể nhận thấy nồng độ CH4 cao khi oxy động trong khoảng 2 – 5 hay 6%.
Khi đến giai đoạn cuối của quá trình nhiệt phân, thường là quá trình đốt cặn carbon, nhiệt độ buồng nhiệt phân cĩ chiều hướng tăng dần, do đĩ nồng độ oxy tự do trong buồng sơ cấp cũng bị rối loạn hơn do quy trình vận hành lị đốt gây ảnh hưởng
(hình 4.32), lúc này nồng độ oxy tăng cao, do đĩ phải tìm cách kiểm sốt để vẫn đảm
bảo được hiệu quả cháy tốt. Vì vậy, khi nồng độ oxy trong buồng sơ cấp dao động trong khoảng 3 – 6% thì nên tiến hành cấp mẻ rác mới, dùng thiết bị phun nước đạt
đựơc hiệu quả mong muốn. Điều này cũng phù hợp với nhận xét kết quả thực nghiệm trong mục 4.3.2.
Khi khống chế nồng oxy dư trong buồng thứ cấp từ 7 – 11% thì các mẻ đốt cĩ nồng độ CO tương ứng đo ở sau buồng thứ cấp cĩ giá trị nhỏ (< 50mg/m3), đạt TCVN, (bảng 4.19 – 4.20); hiệu quả đốt CE cĩ thể nĩi là đạt yêu cầu.
4.4.4.3 Kết luận
Từ kết quả nghiên cứu trên mơ hình thí nghiệm và lị thực tế, cĩ thể kết luận:
Quy trình lị đốt các loại chất thải đã xây dựng là phù hợp, cĩ hiệu quả cao, vận hành khá đơn giản. Trong thực tế, do các lị hiện nay đa số là lị hở, khơng kín hồn tồn (chưa đạt yêu cầu nhiệt phân tĩnh) nên nồng độ oxy thực sự tiêu tốn cho buồng thứ cấp là cao hơn so với nghiên cứu trong mơ hình. Do đĩ tùy theo cấu tạo của mỗi lị mà ta điều chỉnh cho phù hợp với thực tế. Nồng độ oxy trong buồng thứ cấp theo nghiên cứu trên mơ hình là 7 – 11%, trên lị thực tế cĩ thể lên đến 13% nhưng nồng độ khí CO sinh ra vẫn đạt TCVN; lúc đĩ sẽ phải tốn nhiên liệu nhiều hơn vì càng cấp dư oxy thì càng làm nguội lị; nên khống chế nồng độ oxy trong khoảng 7 – 9% là tốt nhất. Nồng độ oxy trong buồng nhiệt phân kiểm sốt trong khoảng từ 1 – 3% và khi oxy tăng đến khoảng 6% thì nên tiến hành cấp mẻ rác mới.
Nhiệt độ tiến hành nhiệt phân thích hợp là 450 – 6500C (tuỳ vào từng loại rác khác nhau mà cĩ nhiệt độ nhiệt phân thích hợp), cấp khí ban đầu < 0,2 (chế độ cấp khí ở buồng nhiệt phân ảnh hưởng tới hiệu quả cháy rất rõ, khi tăng lượng oxy trong buồng sơ cấp, CO tăng mạnh và cĩ khĩi đen xuất hiện sau buồng thứ cấp).
Kết quả thống kê [4] cho thấy nhiên liệu tiêu tốn để đốt chất thải từ 0,2 – 0,3 kg dầu DO/kg chất thải (hiện nay tại Cơng Ty Sơng Xanh đang đốt RDK với lượng nhiên liệu tiêu tốn trung bình 0,5kg dầu DO/kg rác mà hiệu quả đốt kém, vẫn gây ơ nhiễm mơi trường, các lị đốt rác y tế khu vực phía Nam trung bình tiêu tốn từ 0,4 – 0,6kg dầu DO/kg rác). Nếu đốt liên tục thì nhiên liệu cịn tiết kiệm hơn nhờ tận dụng nhiệt tự đốt.
KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
Hiện nay hầu hết các loại lị chỉ thiết kế đốt cho một loại rác nhất định, do đĩ khi hướng dẫn vận hành cũng chỉ cho một loại rác; nhưng tại các cơ sở, dịch vụ xử lý chất thải, nguồn rác đầu vào luơn thay đổi nên thành phần cũng thay đổi theo, do đĩ quy trình cũng phải thay đổi cho phù hợp với từng thành phần đĩ. Do khơng đáp ứng được yêu cầu này cho nên trong quá trình khảo sát thực tế thấy tình trạng gây ơ nhiễm mơi trường tại các cơng ty xử lý chất thải vẫn cịn xảy ra (một số chỉ tiêu vượt TCVN, cĩ khĩi đen xuất hiện (đĩ là kết quả của sự vận hành khơng hợp lý)).
Xuất phát từ điều đĩ tiến hành nghiên cứu để xây dựng một quy trình vận hành lị đốt theo nguyên lý nhiệt phân để đốt được nhiều loại chất thải mà thường gọi là đốt đa năng chất thải. Kết quả nghiên cứu của đề tài đã khẳng định muốn đốt chất thải đạt hiệu quả cao, đạt TCVN thì cần cĩ một quy trình vận hành thích hợp, phải xác định được thơng số, chỉ tiêu theo dõi kiểm sốt nhằm đốt đạt hiệu quả. Nhu cầu cấp khí sẽ khác nhau cho mỗi loại chất thải khác nhau, do đĩ khơng phải lúc nào cũng cĩ thể tính tốn được một cách chính xác lượng khơng khí cần thiết; cĩ một cách cĩ thể giúp theo dõi gián tiếp quá trình đốt mà vẫn đạt được hiệu quả cao đĩ là kiểm sốt thơng qua nồng độ oxy tự do. Ngồi ra kiểm sốt nồng độ oxy tự do trong lị đốt thì đơn giản, dễ hiểu dễ vận hành, và giá thành cĩ thể chấp nhận được.
Tại buồng sơ cấp: khi bắt đầu quá trình nhiệt phân khống chế nồng độ oxy dao động trong khoảng từ 1 – 3% (thể tích), sau giai đoạn đốt khi nồng độ oxy tăng 5 – 6% tiến hành cấp mẻ rác mới.
Tại buồng thứ cấp: kiểm sốt nồng độ oxy 7 – 11% (thể tích), khi đĩ lượng khí CO sinh ra sẽ nhỏ nhất và đạt TCVN.
Trong thực tế do các lị khơng kín hồn tồn nên nồng độ oxy tăng nhiều hơn so với kết quả nghiên cứu, do đĩ tuỳ theo cấu tạo, tính chất của mỗi lị mà ta phải điều chỉnh sao cho phù hợp.
Việc nghiên cứu xây dựng quy trình cơng nghệ vận hành lị đốt đa năng chất thải theo cơng nghệ nhiệt phân tĩnh là cần thiết, giải quyết được một phần vấn đề cấp bách trong việc xử lý chất thải bảo vệ mơi trường, tạo sự phát triển bền vững. (do lượng rác thải cơng nghiệp, chất thải nguy hại khơng thể tái sử dụng được, cần xử lý ngày càng gia tăng (riêng Tp.HCM vào khoảng 600 tấn/ngày). Các loại chất này khơng được