CHƯƠNG 5: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI
5.1. CÔNG NGHỆ LÒ ĐỐT CHẤT THẢI CÔNG NGHIỆP
5.1.1.1. Phân loại lò đốt
Trên thế giới có nhiều loại lò đốt chất thải, chúng được phân loại theo công suất lò hay phương pháp đốt.
Theo công suất lò: lò đốt công suất 100 kg/giờ, lò đốt công suất 150 kg/giờ, lò đốt công suất 200 kg/giờ, lò đốt công suất 500 kg/giờ, lò đốt công suất 1.000 kg/giờ,…
Theo phương pháp đốt:
+ Buồng đốt thủ công (Ghi tĩnh);
+ Buồng đốt bán thủ công (ghi tĩnh dạng nghiêng, bậc thang, ghi dồn cấp);
+ Buồng đốt ghi lật;
+ Buồng đốt tự động (ghi động/ xích);
+ Buồng đốt tang quay;
+ Buồng đốt tầng sôi;
+ …
Phân tích ưu, nhược điểm của các phương pháp đốt:
(1). Buồng đốt thủ công (lò đốt ghi tĩnh/ ghi cố định):
Loại buồng đốt ghi cố định, nguyên liệu đốt cấp vào lò dùng sức người hoặc bằng băng tải.
Ưu điểm:
+ Cấu tạo đơn giản, các chi tiết chủ yếu là cố định, dễ chế tạo, chi phí sản xuất thấp;
+ Ít tốn nhiên liệu đốt;
+ Vận hành đơn giản, dễ sửa chữa;
+ Ít bị hư hỏng ghi lò do trên mặt ghi luôn có một lớp tro ngăn cách với vật liệu đang cháy;
+ Đốt được các loại vật liệu với kích thước và thời gian cháy khác nhau;
+ Thời gian ngừng vận hành để sửa chữa lò ngắn (1-2 ngày);
Nhược điểm:
+ Công suất đốt nhỏ;
+ Tốn nhiều nhân công cấp liệu và tháo tro;
(2). Buồng đốt bán thủ công: ghi lò dạng bậc thang, ghi nghiêng, ghi trục lăn, ghi dồn cấp.
Ưu điểm:
+ Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, chi phí chế tạo không cao;
+ Công suất đốt lớn;
+ Tự đảo rác trong lò nhờ trọng lực của rác và độ nghiêng, chuyển động qua lại, chuyển động quay của ghi lò;
+ Tự động tải tro qua phễu chứa và vít tải dưới ghi;
+ Đốt được rác có nhiều thành phần và thời gian cháy khác nhau;
+ Ít hao nhiên liệu đốt;
+ Ít nhân công vận hành lò;
Nhược điểm:
+ Thiết kế phức tạp;
+ Chi phí chế tạo cao.
(3). Buồng đốt ghi động (ghi xích)
Loại buồng đốt này rác cháy trên ghi xích thuận chiều. Rác từ phễu rót lên bề mặt ghi với chiều dày được điều chỉnh theo chế độ vận hành sẽ cùng ghi chuyển động vào buồng đốt, tại đây rác nhận nhiệt bức xạ từ ngọn lửa chuyển động ngược chiều đồng thời bộ ghi xích được truyền động và điều chỉnh tốc độ thông qua bộ motơ giảm tốc lắp ở đầu lò.
Ưu điểm:
+ Công suất đốt khá lớn;
+ Tự động nạp rác và điều chỉnh quá trình cháy trong lò và thải tro xỉ;
+ Tự giải nhiệt ghi lò;
+ Đốt được rác có nhiều thành phần và thời gian cháy khác nhau;
+ Đốt được rác có kích thước nhỏ;
+ Ít tiêu hao nhiên liệu đốt;
+ Ít nhân công vận hành lò;
(4). Buồng đốt tang quay:
Thiết bị này thực chất dùng trong công nghệ sấy (phân bón, bã mía, cát, đá và các vật liệu rời).
Ưu điểm:
+ Tính tự động cao;
+ Thích hợp với các loại rác đồng đều, kích thước nhỏ;
Nhược điểm:
+ Tốn nhiều nhiên liệu đốt;
+ Ồn do có nhiều chi tiết có khống lượng lớn chuyển động;
+ Phát sinh mùi và bụi nhiều khi vận hành;
+ Không thích hợp với rác có kích thước và thời gian cháy khác nhau;
+ Khó chế tạo và sửa chữa khi có sự cố;
(5). Buồng đốt tầng sôi Ưu điểm:
+ Đốt được nhiều loại rác khác nhau;
+ Hiệu suất đốt cao;
Nhược điểm: Tốn nhiên liệu.
5.1.1.2. Lựa chọn công nghệ đốt chất thải của dự án (1). Hệ thống lò đốt chất thải nguy hại
Vào giai đoạn đầu (10 năm đầu) Công ty sẽ đầu tư 2 lò đốt công nghệ Đức (do Công ty Cổ phần lò, thiết bị đốt và xử lý môi trường Việt Nam - FBE) công suất 300kg/giờ (mỗi ngày hoạt động từ 10 giờ, công suất tối đa là 6 tấn/ngày). Sau đó, ở giai đoạn tiếp theo, Công ty sẽ tiếp tục đầu tư thêm 01 lò đốt có công suất 1.000 kg/giờ (mỗi ngày hoạt động từ 10 giờ, công suất tối đa là 10 tấn/ngày)
1/- Lò đốt chất thải nguy hại công suất 300kg/giờ a/. Nguyên tắc lựa chọn công nghệ đốt:
Hiện nay có 2 loại công nghệ lò đốt đã được được ứng dụng trong thực tế bao gồm:
+ Lò đốt tĩnh : lò đốt nằm, lò đốt đứng;
+ Lò đốt động : lò đốt tầng sôi, lò đốt thùng quay.
Lò đốt tĩnh có ưu thế là xây dựng và vận hành dễ dàng nhưng tốn nhiên liệu vận hành.
Lò đốt động có ưu thế ngược lại tức là tốn ít nhiên liệu nhưng đòi hỏi kỹ thuật chế tạo phức tạp và vận hành khó hơn.
Trong các loại lò đốt động thì lò đốt tầng sôi có hiệu suất đốt cao và tốn ít nhiên liệu nhất nhưng loại lò này chỉ ứng dụng đốt đối với các loại vật liệu có chất liệu và kích thước ổn định.
Chính vì vậy, chúng tôi lựa chọn đầu tư lò đốt thùng quay 1 ngăn động, 1 ngăn tĩnh để xử lý chất công nghiệp là phù hợp.
b/. Công nghệ xử lý của lò đốt
Quy trình công nghệ xử lý chất thải nguy hại bằng phương pháp đốt tiêu hủy và dòng thải của nhà máy được trình bày trong hình 5.1.
Hình 5.1. Quy trình công nghệ xử lý chất thải nguy hại bằng phương pháp đốt tiêu hủy và dòng thải.
Căn cứ theo nhu cầu lượng CTR cần thiêu đốt khoảng 16 tấn/ngày, nhà máy dự kiến sẽ chọn 02 lò đốt FSI – 300 có công suất 300 kg/giờ mỗi lò (giai đoạn 1) và 01 lò đốt FBE– 1000 có công suất 1.000 kg/giờ (giai đoạn 2). Thời gian hoạt động của lò là 10 giờ/ngày tùy theo nhu cầu thực tế và nhằm tạo điều kiện để bảo trì lò và nâng cao tuổi thọ của lò.
Hình 5.2. Sơ đồ qui trình công nghệ của hệ thống lò đốt rác FSI-300.
1
9
M1 M2
Không khí
8
Cấp khí R
Cặn 12
Không khí nóng
Dung dịch hấp thụ
2 3 4 5 6 7
11 10
CTNH phải tiêu hủy
Đốt cấp 1 (nhiệt độ 350 - 9000C)
Đốt cấp 2 (nhiệt độ 900 - 1.2000C) Khí thải
Hệ thống xử lý Khí thải
Ống khói Tro, xỉ
Thu gom
Phối trộn, đúc gạch, tấm đan
Chôn lấp an toàn
Ghi chú:
1. Máy nạp rác 7. Tháp hấp thụ
2. Buồng đốt sơ cấp 8. Quạt hút
3. Buồng đốt thứ cấp 9. Ống khói
4. Buồng đốt phụ 10. Bể xút tuần hoàn
5. Thiết bị trao đổi nhiệt 11. Bể nước tuần hoàn
6. Xiclon ướt 12.Bộ điều khiển tự động
Mô hình sơ đồ công nghệ lò đốt chất thải nguy hại thể hiện ở hình sau:
Hình 5.3. Mô hình hệ thống lò đốt rác công nghiệp FSI-300
Thuyết minh nguyên lý hoạt động a) Máy nạp rác (1)
Chất thải công nghiệp được thu gom về, được chuẩn bị trước qua các công đoạn phân loại và xử lý sơ bộ (phơi, đóng bánh, tách cặn), sau đó chất thải rắn được vô bao (giấy hay nilông) với kích thước phù hợp với miệng nạp liệu để thuận tiện cho việc cấp liệu qua cửa lò, tránh rơi vãi gây ô nhiễm.
Chất thải lỏng (dung dịch thải, hóa chất, dung môi) được chứa trong bồn kín, sau khi lọc và tách ẩm: phần lỏng được phun vào đốt trong lò, phần cặn bã được đốt dưới dạng chất thải rắn.
Cơ cấu nạp rác (1) làm nhiệm vụ cấp rác đã đóng bao vào lò theo khối lượng và chu kì mẻ cấp rác. Để đạt được chu kỳ nhiệt phân tối ưu trong lò, khoảng 15 phút cấp rác vào lò một lần với lượng rác khoảng 20 - 30kg đảm bảo phân phối đều lượng chất thải cấp vào lò đạt công suất 300 Kg/h.
Lò đốt rác công nghiệp FSI-300 gồm có 3 buồng đốt: buồng đốt sơ cấp, buồng đốt thứ cấp và buồng đốt bổ sung.
b) Buồng đốt sơ cấp (2)
Nhiệm vụ là nơi tiếp nhận rác, tiến hành quá trình nhiệt phân rác thành thể khí, đốt cháy kiệt cốc (carbon rắn) còn lại sau quá trình nhiệt phân và các chất hữu cơ còn sót lại trong tro.
Buồng đốt sơ cấp (2) được gia nhiệt bằng mỏ đốt dầu diesel (DO) M1 nhằm bổ sung và duy trì nhiệt độ nhiệt phân của rác trong buồng đốt sơ cấp từ 500 - 700oC.
Dưới tác dụng của nhiệt, diễn ra các quá trình phân hủy nhiệt các chất thải rắn và lỏng thành thể khí, trải qua các giai đoạn: bốc hơi nước – nhiệt phân – ôxy hóa một phần các chất cháy.
Không khí cấp cho quá trình cháy sơ cấp chủ yếu là đốt cháy nhiên liệu trong buồng đốt sơ cấp và hòa trộn một phần với khí nhiệt phân trước khi chuyển sang buồng đốt thứ cấp. Lượng không khí dư rất nhỏ bởi ở buồng đốt sơ cấp (2) chủ yếu là quá trình cháy tạo thành bán khí, nó được điều chỉnh nhằm đáp ứng chế độ nhiệt phân của mẻ rác đốt.
Mỏ đốt nhiên liệu được bố trí thuận lợi cho sự chuyển động của ngọn lửa và trao đổi nhiệt với rác thải, đồng thời đảm bảo đốt cháy kiệt phần tro còn lại sau chu kỳ đốt.
Kiểm soát quá trình đốt cháy và nhiệt độ trong buồng đốt sơ cấp 2 bằng cặp nhiệt điện XA (Cromen-Alumen) có nối với hệ thống điều chỉnh tự động nhiệt độ.
Khí H2 tạo thành do hơi nước cấp vào vùng cháy để khống chế nhiệt độ buồng đốt sơ cấp cùng với khí nhiệt phân dưới tác dụng của cơ học khí trong buồng lò được đưa sang buồng đốt thứ cấp (3) qua kênh dẫn khí nằm phía trên buồng đốt sơ cấp.
Chỉ còn một lượng nhỏ tro (3 - 5%), chủ yếu là các ôxit kim loại hay thủy tinh, gốm sành sứ trong rác nằm trên mặt ghi, sẽ được tháo ra ngoài qua khay tháo tro theo chu kỳ và có thể đem đi đóng rắn làm vật liệu xây dựng hay chôn lấp an toàn do đã đốt kiệt các chất hữu cơ.
c) Buồng đốt thứ cấp (3)
Khí nhiệt phân từ buồng đốt sơ cấp (2) chuyển lên buồng đốt thứ cấp (3) chứa các chất cháy có nhiệt năng cao (CO, H2, CnHm…), tại đây chúng được đốt cháy hoàn toàn tạo thành khí CO2 và H2O nhờ lượng ôxy trong không khí cấp và nhiệt độ cao.
Nhiệt độ của buồng đốt thứ cấp được duy trì từ 1.100 - 1.300oC bởi mỏ đốt nhiên liệu dầu diesel M2. Nhờ nhiệt độ cao và thời gian lưu khí trong buồng đốt đủ lâu (1-2 giây) đảm bảo thiêu hủy hoàn toàn các chất thải độc hại, đặc biệt là Dioxin, Furans và mùi.
Hiệu suất xử lý của lò đốt rác phụ thuộc chủ yếu vào hiệu quả thiêu đốt và phản ứng diễn ra trong buồng đốt thứ cấp (3), có tính quyết định đối với toàn bộ quá trình xử lý bằng phương pháp thiêu hủy. Vì vậy sự bố trí hợp lý của Mỏ đốt M2 tạo nên sự đồng đều nhiệt độ trong lò, tăng hiệu qủa thiêu đốt và tạo dòng khí chuyển động xoáy rất có lợi cho việc hòa trộn, tiếp xúc của các quá trình phản ứng.
Kiểm soát quá trình đốt cháy và nhiệt độ trong buồng đốt thứ cấp (3) bằng cặp nhiệt điện XA (Cromen-Alumen) vỏ bọc bằng Ceramic có nối với hệ thống điều chỉnh tự động nhiệt độ.
d) Buồng đốt bổ sung (4)
Đây là một trong những bí quyết công nghệ quan trọng để lò đốt rác của FBE Vietnam vừa đảm bảo đốt kiệt khí độc hại ở nhiệt độ cao mà vẫn đáp ứng yêu cầu tiết kiệm tối đa nhiên liệu sử dụng: khí thải sau khi ra khỏi buồng đốt thứ cấp (3) được đốt cháy tiếp một thời gian ở nhiệt độ cao trong buồng đốt bổ sung (4) nhằm đốt cháy triệt để thành phần khí và chất hữu cơ còn sót lại, tăng thời gian lưu khí ở nhiệt độ cao.
Ngoài ra, buồng đốt bổ sung (4) còn có tác dụng lắng tách theo nguyên lý trọng lực và quán tính đối với các hạt bụi trong dòng khí thải nhờ cấu tạo đặc biệt của thiết bị.
e) Buồng lọc bụi Xiclon (5)
Khí thải còn chứa nhiều bụi sau khi ra khỏi buồng xúc tác được đưa vào thiết bị Xiclon (5) nhằm lắng tách các hại bụi lớn (trên 10m) nhờ chuyển động xoáy của dòng khí tạo lực ly tâm cho các hạt bụi tách ra khỏi dòng khí và va đập với thành thiết bị sau đó rơi xuống thùng lắng.
Bụi lắng được định kỳ tháo ra và đem đi xử lý chung với tro thải của lò đốt.
f) Bộ giải nhiệt (6)
Thiết bị trao đổi nhiệt bằng không khí (6) có tác dụng làm mát và hạ thấp khí thải có nhiệt độ cao tới giá trị cho phép trước khi vào thiết bị xử lý bằng phương pháp hấp thụ.
Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt làm nguội bằng không khí và hơi nước cấp từ hệ thống quạt hướng trục có phun nước với lưu lượng không khí ẩm lớn trên 20.000m3/h.
g) Tháp hấp thụ (7)
Khí sau khi đã được lắng bụi sơ bộ và làm nguội trong thiết bị tháp phun (6), khí thải được đưa tiếp sang tháp rửa hấp thụ có ô đệm (7) nhờ áp suất hút của quạt gió Q.
Tại đây, dung dịch hấp thụ NaOH từ bể (10) được máy bơm cấp và phun vào buồng với hệ số phun lớn. Các khí thải (SO2, HF, HCl, …) sẽ bị dung dịch hấp thụ, đồng thời làm lắng phần bụi có kích thước nhỏ còn lại.
Bộ tách giọt nước trong tháp hấp thụ sẽ thu hồi lại các giọt nước nhỏ bị dòng khí chuyển động kéo theo.
h) Quạt hút (8)
Quạt hút có tác dụng khắc phục trở lực của khí thải trên đường dẫn khói từ lò đến ống khói và tạo áp suất âm ở buồng đốt sơ cấp.
i) Ống khói (9)
Khí sạch sau khi ra khỏi tháp hấp thụ có nhiệt độ dưới 150oC sẽ được quạt hút đưa vào ống khói thải (9) cao trên 14m để phát tán ra ngoài môi trường. Có van điều tiết để điều khiển chế độ áp suất của hệ thống lò.
j) Bể dung dịch tuần hoàn (10)
Nước thải ra từ tháp hấp thụ được đưa qua bể chứa dung dịch tuần hoàn (10) để tách cặn, bổ sung hóa chất và làm nguội trước khi được tái tuần hoàn sử dụng lại trong tháp hấp thụ.
Dung dịch đã qua sử dụng nhiều lần định kỳ được tháo qua bể xử lý nước chung của hệ thống xử lý nước thải của nhà máy.
Cặn xả ra từ bể dung dịch được đốt lại trong lò ở dạng lỏng hay rắn hoặc đem đi xử lý như ổn định-hóa rắn hay chôn lấp an toàn.
k) Bộ điều khiển tự động (12)
Trên tủ điện điều khiển, thông qua bộ cài đặt của đồng hồ đo nhiệt độ người vận hành có thể điều khiển nhiệt độ buồng đốt sơ cấp và thứ cấp theo yêu cầu công nghệ của quá trình thiêu đốt.
Công dụng của bộ điều khiển tự động đối với lò đốt rác:
- Điều khiển tự động quá trình đốt cháy nhiên liệu của các đầu đốt M1 và M2 theo qui trình công nghệ đề ra;
- Điều khiển tự động các thông số kỹ thuật cơ bản của lò đốt: nhiệt độ buồng đốt sơ cấp và thứ cấp;
- Tiến hành các thao tác điều khiển quá trình chạy lò, đảm bảo an toàn cho hệ thống khi làm việc.
Điều khiển tự động theo vị trí với các bước cơ bản sau: nhận tín hiệu đo tức thời của thông số cần điều khiển nhờ bằng các cảm biến. Bộ phận điều khiển so sánh với giá trị đặt trước của đại lượng cần điều khiển với giá trị tức thời. Sau đó tác động lên cơ quan điều chỉnh để đưa đại lượng cần điều khiển về giá trị đặt trước.
l) Xử lý tro bùn và nước thải sau xử lý
- Tro của lò đốt xả ra từ buồng đốt sơ cấp chiếm khoảng 5% tổng lượng rác thiêu đốt, sau khi được xử lý ở nhiệt độ cao đã hoàn toàn triệt tiêu các chất hữu cơ, vi trùng và vi khuẩn nguy hại, sẽ tiếp tục được đưa đi xử lý bằng biện pháp đóng rắn;
- Váng bọt bẩn trong bể dung dịch tuần hoàn (10) được hớt lên cùng với nước được cho vào các bao chứa rác khô có thể đem đi đốt lại nhằm tăng độ ẩm nhằm giảm tốc độ nhiệt phân ban đầu.
Sơ đồ công nghệ xử lý tro bụi từ xe tháo tro và cặn lắng từ bể dung dịch tuần hoàn (10) được trình bày hình 1.4 của báo cáo.
Hình 5.4. Sơ đồ quy trình xử lý tro và cặn bùn của Lò đốt rác FSI-300 2/- Lò đốt chất thải nguy hại công suất 1.000kg/giờ
Lò đốt rác công nghiệp FBE-1000 được thiết kế nhằm mục đích xử lý cả chất thải rắn và chất thải lỏng với nguyên lý cơ bản như sau:
Công nghệ xử lý chất thải rắn công nghiệp áp dụng trong lò đốt rác FBE-1000 được thực hiện theo nguyên lý nhiệt phân và thiêu đốt ở nhiệt độ cao nhằm phân hủy hoàn toàn các chất thải nguy hại:
- Quá trình nhiệt phân được tiến hành trong buồng đốt sơ cấp của lò nhằm chuyển các thành phần ở thể rắn và lỏng của chất thải thành thể khí (HC, CO, H2…) nhờ nhiệt cung cấp từ mỏ đốt nhiên liệu. Quá trình nhiệt phân được thực hiện trong điều kiện thiếu ôxy và ở nhiệt độ 500-700oC.
- Sau đó, khí nhiệt phân chuyển động lên buồng đốt thứ cấp dưới tác động của áp suất cơ học khí. Tại đây nhờ nhiệt độ cao trên 1000oC và lượng không khí cấp bổ sung, những chất cháy thể khí từ buồng sơ cấp sang, kể cả các chất ô nhiễm hữu cơ mạch vòng như Dioxin và Furans sẽ bị đốt cháy hoàn toàn tạo thành CO2 và H2O.
a. Sơ đồ quy trình công nghệ
Hệ thống lò đốt rác công nghiệp FBE-1000 bao gồm các bộ phận chức năng chính được trình bày trong hình 5.5.
TRO
(5 - 10%KL RÁC ĐỐT ) PHỐI TRỘN ĐÚC TẤM ĐAN
PHƠI KHÔ
XI MĂNG PHỤ GIA CÁT
BỂ LẮNG TRUNG GIAN
XỬ LÝ KHÓI BỤI NƯỚC SANG
HỆ THỐNG XỬ LÝ CHUNG LÒ
ĐỐT RÁC KHÓI BỤI
Cặn, bùn
KHÍ SẠCH
CHÔN LẤP AN TOÀN