Hiệu suất năng lượng (HSNL - energy yield / energy amplification factor) được tính toán sơ bộ theo công thức :
in sp E E HSNL Trong đó :
∑Esp : tổng năng lượng chứa trong sản phẩm
∑Ein : tổng năng lượng cần để sản xuất ra sản phẩm, bao gồm cả năng lượng sẵn có trong nguyên liệu vỏ trấu và chất thải plastic
Chúng tôi đã tiến hành tính toán HSNL cho quá trình đùn ép các mẫu sản phẩm T60- 220; T70-220 và T80-220. Số liệu thực nghiệm trong 1h đùn ép và kết quả tính toán được trình bày trong Bảng 3.5 dưới đây.
Có thể thấy rằng, với quy trình và thiết bị đùn ép sử dụng trong khuôn khổ đề tài, khối lượng nguyên liệu đùn ép được và hiệu suất thu sản phẩm giảm theo thứ tự T60-220 > T70-220 > T80-220; và HSNL của sản phẩm T60-220 và T70-220 là tương đương và đều cao hơn T80-220. Sự biến đổi của khối lượng nguyên liệu đùn ép được, hiệu suất thu sản phẩm và HSNL đều chịu ảnh hưởng của tỷ lệ vỏ trấu và nhiệt độ đùn ép, và đã được giải thích ở những phần trên. HSNL của quá trình đùn ép các mẫu sản phẩm nêu trên tương đương với HSNL của sản phẩm dầu DO (0,83) và cao hơn HSNL của xăng (0,74) [18].
Một điểm đáng quan tâm khác là tiêu thụ điện năng cho 1 kg sản phẩm tăng rõ rệt theo tỷ lệ vỏ trấu (0,17 – 0,26 kWh). Với thiệt bị đùn ép có năng suất lớn hơn và với các thiết kế tối ưu của vít đùn, đầu tạo hình, và với nhiệt độ cài đặt cho quá trình đùn ép
45
thấp hơn, mức tiêu thụ điện năng có thể được giảm xuống đáng kể, tăng tính cạnh tranh cho quá trình đùn ép.
Bảng 3. 5 Số liệu và kết quả tính toán HSNL của quy trình đùn ép
Mẫu T60-220 T70-220 T80-220
Khối lượng nguyên liệu - kg 12 10,5 8,5
Hiệu suất thu sản phẩm - % 89,6 87,5 82,6
Khối lượng sản phẩm - kg 10,8 9,2 7,0
Nhiệt trị sản phẩm - kcal/kg 6.100 5.730 5.380
Tổng năng lượng của sản phẩm -
kcal 65.587 52.644 37.773
Nhiệt trị sẵn có của nguyên liệu -
kcal/kg 6.000 5.360 4.730
Tổng năng lượng sẵn có trong
nguyên liệu - kcal 72.000 56.280 40.205 Điện năng tiêu thụ - kWh
(đọc từ đồng hồ điện) 1,8 1,8 1,8
Điện năng tiêu thụ quy than/dầu – kcal (lấy hiệu suất của nhà máy phát
điện là 33%)
4.644 4.644 4.644
Tổng năng lượng cần - kcal 76.644 60.924 44.849
HSNL 0.86 0.86 0.84
Điện năng cần để sản xuất 1kg sản
phẩm - kWh/kg 0.17 0.20 0.26
3.6 Quá trình cháy của sản phẩm và hàm lƣợng khí thải:
Đánh giá về khả năng cháy và mức độ ô nhiễm môi trường khi đốt cháy sản phẩm nhiên liệu rắn của đề tài đã được chúng tôi thực hiện thông qua việc đốt sản phẩm nhiên liệu rắn, chủ yếu là các mẫu T70 và T80, và đồng thời đo hàm lượng phát thải các khí CO, NOx, SOx, cũng như xác định hàm lượng THC trong khí thải. Hai lò đốt bao gồm một là lò đốt tự chế, đặt tại Trung tâm Nghiên cứu Lọc – Hoá dầu – ĐHBK Tp. HCM, và một lò gia nhiệt dầu tải nhiệt tại Xưởng sấy vải trực thuộc Công ty TNHH Phước Đạt, Huyện Hóc Môn được sử dụng cho công việc này. Kết quả đánh giá khả năng cháy và xác định hàm lượng khí thải được trình bày trong các Mục dưới đây. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.6.1 Đốt thử nghiệm sản phẩm tại lò đốt tự chế:
Với lò đốt tự chế, quy trình đốt có thể được mô tả tóm tắt như sau : một lượng nhỏ nhiên liệu được đưa vào lò, sau đó được mồi bằng quẹt ga từ phía cửa lấy tro. Khi ngọn lửa mồi cháy ổn định, nhiên liệu rắn được đưa từ từ vào đến khoảng 60% thể tích
46
lò (tương đương 1,2 – 1,4 kg nhiên liệu) và bắt đầu bật quạt để cấp khí cho lò đốt. Tiến hành đo mẫu khí thải khi nhiên liệu trong lò sự cháy của đã ổn định.
Nhìn chung sản phẩm nhiên liệu rắn rất dễ mồi lửa, khi cháy ngọn lửa sáng màu, mỗi khi cung cấp thêm nhiên liệu vào lò đốt thì ngọn lửa bùng lên rất mạnh. Ngoài ra, sản phẩm nhiên liệu không tạo nhựa sau khi cháy, mà chỉ tạo một lớp tro thông thường. Đây là ưu điểm của sản phẩm nhiên liệu so với đốt trực tiếp chất thải plastic. Lượng khói sinh ra cũng ít khi quá trình cháy ổn định, trong điều kiện cháy cưỡng bức. Ý nghĩa của việc trộn vỏ trấu với chất thải plastic có thể được tóm tắt như sau : Chỉ riêng plastic cháy rất nhanh và không hoàn toàn, tạo nên một lớp muội keo dính lên ghi và thành ống dẫn lưu chất có khả năng gây nghẹt lò và làm giảm hiệu quả truyền nhiệt. Vỏ trấu với cấu trúc hình dạng bán cầu, khi được trộn vào chất thải plastic trong máy đùn, sẽ tạo thành những khoang xốp chứa khí Ngoài ra do trấu có hàm lượng vô cơ cao (khoảng 20%) sẽ cháy chậm hơn. Hai tính chất này sẽ tạo nên hiệu ứng cộng hưởng làm cho sản phẩm nhiên liệu rắn cháy được hoàn toàn hơn. Một số hình ảnh minh hoạ quá trình đốt nhiên liệu rắn được trình bày trong Hình 3.11.
Hàm lượng khí thải khi đốt mẫu nhiên liệu rắn được 2 đơn vị kiểm tra : Trung tâm Kỹ thuật Nhiệt đới & Môi trường và Viện Môi trường – Tài nguyên, ĐHQG Tp. HCM. Kết quả đo hàm lượng khí thải được trình bày trong Bảng 3.6 dưới đây.
Hình 3. 11 Hình ảnh minh hoạc quá trình cháy của sản phẩm trong lò đốt tự chế : (a) T60; (b) T70 và (c) T80
Bảng 3. 6 Thành phần khí thải khi đốt sản phẩm trong lò đốt tự chế
Chỉ tiêu TT Kỹ thuật nhiệt đới & Môi trường Viện Môi trường –
Tài nguyên TCVN 5939:2005
CO, mg/Nm3 ~ 200 ~ 430 1.000
NOx, mg/Nm3 260 – 330 49 850
SOx, mg/Nm3 < 5 Không phát hiện 550
THC, mg/Nm3
Mặc dù có những sự khác biệt trong kết quả đo của hai đơn vị, nhưng về cơ bản có thể kết luận rằng khi đốt cháy sản phẩm nhiên liệu rắn, phát thải khí ô nhiễm không vượt quá giới hạn cho phép quy định trong tiêu chuẩn hiện hành của nhà nước; và như vậy sản phẩm nhiên liệu rắn được kỳ vọng là không gây ra những vấn đề ô nhiễm môi
47
trường không khí, một khi được triển khai sử dụng trong thực tế, ở những quy mô lớn hơn.
Để có cơ sở vững chắc hơn cho kết luận nêu trên, chúng tôi tiến hành đốt thử nghiệm sản phẩm của đề tài trong một lò đốt công nghiệp. Quá trình đốt thử và các kết quả thu được được trình bày dưới đây.
3.6.2 Đốt thử nghiệm sản phẩm tại lò đốt công nghiệp:
Địa điểm đốt thử nghiệm : Lò gia nhiệt dầu tải nhiệt, tại xưởng sấy vải thuộc Công ty TNHH Phước Đạt, Huyện Hóc Môn
Mẫu nhiên liệu : Mẫu nhiên liệu rắn T70, khoảng 300 kg Mô tả quá trình đốt thử nghiệm :
Xưởng sấy vải của Công ty Phước Đạt thực hiện công việc sấy vải sau khi vải đã được qua khâu nhuộm. Quá trình sấy được mô tả khái quát như sau : dầu tải nhiệt được lò đốt cung cấp năng lượng để làm nóng, sau đó được dẫn đi tuần hoàn trong cả xưởng. Không khí trao đổi nhiệt với dầu tải nhiệt thông qua một số thiết bị trao đổi nhiệt, và được làm nóng lên, trở thành tác nhân sấy vải.
Lò đốt trước đây sử dụng than đá, sau đó chuyển qua sử dụng sản phẩm củi trấu (xem Hình 3.12). Theo thông tin từ Quản đốc xưởng, lò đốt cần khoảng 100 ~ 150 kg củi trấu trong mỗi giờ làm việc, tuỳ theo loại vải cần sấy. Củi trấu được một đơn vị tại Nông trường Cờ Đỏ (Cần Thơ) cung cấp với giá thành dao động trong khoảng 1200 – 1400 đ. Củi trấu được cung cấp trong bao tải, mỗi bao khoảng 30 kg. Hiện tại, trung bình lò đốt sử dụng khoảng 120 -150 tấn củi trấu mỗi tháng.
Theo quy trình công nghệ của xưởng, tuỳ theo loại vải cần sấy mà dầu tải nhiệt được gia nhiệt đến 240oC hoặc 250oC. Lò đốt có trang bị các thiết bị đo nhiệt độ và quát trình điều khiển nhiệt độ được thực hiện thông qua quạt thổi và hút không khí. Quạt hút luôn được bật để cấp khí cho lò, còn quạt thổi được sử dụng khi nhiệt độ giảm sâu, mà trong lò vẫn còn nhiên liệu, hoặc khi cần tăng nhanh nhiệt độ của lò. Khi nhiệt độ của dầu tải nhiệt vượt quá nhiệt độ cài đặt, các quạt hút sẽ tắt, ngừng cung cấp khí cho lò để hạn chế sự cháy của nhiên liệu trong lò. Khói thải lò đốt được dẫn qua một cyclone tách tro, và một bể nước để giảm nhiệt độ trước khi thải ra ống khói.
Công việc đốt lò được thực hiện như sau:
- Cứ mỗi 25 - 30 phút, công nhân phụ trách lò mở cửa lò và đưa vào lò khoảng 2 bao củi trấu (khoảng 60kg). Thao tác mở / đóng cửa lò kéo dài trong khoảng 1-2 phút làm nhiệt độ dầu tải nhiệt giảm xuống khoảng 3-5o
C. Sau đó khoảng 5-8 phút thì nhiệt độ dầu tải nhiệt đạt được đến nhiệt độ cài đặt.
- Do sản phẩm củi trấu khó cháy, những miếng củi trấu nằm phía dưới - bị lớp phía trên nằm đè lên - không cháy được, gây ra hiện tượng giảm nhiệt độ lò, mặc dù trong lò vẫn còn củi trấu. Vì vậy, cứ mỗi 10 – 15 phút, công nhân phụ trách lò mở cửa lò và thực hiện việc đảo lò. Ngoài ra việc đảo lò còn giúp tro trên ghi lò rơi xuống khoang đựng tro nằm phía dưới. Công đoạn đảo lò cũng kéo dài khoảng 1-2 phút, làm nhiệt độ dầu tải nhiệt giảm xuống khoảng 3-5oC
48
- Cứ mỗi 60-90 phút, công nhân phải lấy tro ra khỏi lò đốt từ cửa lấy tro nằm bên dưới. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Nhiệt độ dầu tải nhiệt được cài đặt và điều khiển như mô tả ở trên.
Một số hình ảnh lò đốt, và vận hành lò đốt tại Công ty Phước Đạt được trình bày trong Hình 3.12.
Ghi nhận và kết quả đốt thử nghiệm:
Nhiệt trị của củi trấu và của nhiên liệu rắn, đã được Trung Tâm kỹ thuật đo lường 3 kiểm định, tương ứng là 16.79 MJ/kg (4.020 kcal/kg) và 25.25 MJ/kg (6.040 kcal/kg). Vì nhiệt trị của nhiên liệu rắn lớn gấp khoảng 1,5 lần nhiệt trị của củi trấu, nên trong lần đầu tiên, khoảng 20 kg nhiên liệu rắn được đưa vào lò đốt, lửa trong lò bùng lên rất mạnh, trong ít hơn 2 phút, nhiệt độ dầu tải nhiệt đã đạt nhiệt độ cài đặt và tiếp tục được duy trì trong khoảng 15 – 20 phút. Quan sát ống khói có thể thấy ban đầu có khói xám nhạt thoát ra ngay khi cấp nhiên liệu vào lò, khói này chuyển nhanh sang màu trắng và sau đó thì hầu như không thấy khói thoát ra khỏi ống khói lò đốt. Một vài hình ảnh của quá trình đốt thử nghiệm được trình bày ở Hình 3.13.
49
Hình 3. 13 Quá trình cháy của nhiên liệu và khí thải sinh ra trong quá trình đốt
Tiêu hao nhiên liệu rắn, được ghi nhận trong quá trình đốt thử nghiệm và so sánh giữa củi trấu và sản phẩm nhiên liệu rắn tính trung bình trong 1 giờ, được trình bày trong Bảng 3.7 dưới đây.
Bảng 3. 7 So sánh tiêu hao nhiên liệu giữa củi trấu và sản phẩm của đề tài
Loại nhiên liệu Tiêu hao nhiên liệu (kg/h)
Tdầu tải nhiệt, cài đặt = 250oC Tdầu tải nhiệt, cài đặt = 240oC
Củi trấu 150 110
Sản phẩm của đề tài 110 75
Như đã nói ở trên, sản phẩm nhiên liệu rắn có nhiệt trị cao hơn gấp 1,5 lần củi trấu, để cung cấp cùng một nhiệt lượng cho lò đốt, tiêu hao nhiên liệu khi sử dụng sản phẩm củi trấu, theo tính toán, sẽ giảm (1 – 1/1,5) × 100% = 33,3%. Kết quả từ Bảng 3.7 cho thấy khi nhiệt độ cài đặt dầu tải nhiệt là 250o
C, sử dụng sản phẩm nhiên liệu rắn tiết kiệm được 26,7% nhiên liệu; trong khi ở chế độ cài đặt nhiệt độ dầu tải nhiệt thấp có thể tiết kiệm được 31,8% nhiên liệu. Đây là những kết quả khá tương đồng với kết quả mong đợi thu được từ tính toán. Việc tiết kiệm được nhiên liệu sẽ là một sức hút đáng kể của sản phẩm nhiên liệu rắn đối với những đơn vị có nhu cầu.
Hàm lượng khí thải lò gia nhiệt dầu tải nhiệt được đo tại vị trí ngay sau khi khí thải được làm nguội trong bể nước, thông qua một lỗ nhỏ đường kính khoảng 8mm (Hình 3.14). Kết quả đo phát thải các khí ô nhiễm trong khí thải lò gia nhiệt khi sử dụng củi trấu và nhiên liệu rắn được trình bày trong Bảng 3.8 dưới đây.
50
Bảng 3. 8 Thành phần khí thải lò đốt Công ty Phước Đạt
Chỉ tiêu Củi trấu Sản phẩm của đề tài TCVN 5939:2005
CO, mg/Nm3 518 382 1.000
NOx, mg/Nm3 110 95 850
SOx, mg/Nm3 31 85 550
Về cơ bản, củi trấu và sản phẩm nhiên liệu rắn đều đáp ứng các chỉ tiêu phát thải khí ô nhiễm. Nồng độ CO phát thải khi sử dụng nhiên liệu rắn rõ ràng có giảm so với củi trấu, qua đó xác nhận thêm khả năng cháy hoàn toàn hơn của sản phẩm nhiên liệu rắn, cũng có nghĩa là ưu điểm của việc sử dụng chất thải plastic phối trộ với trấu khi đùn ép sản phẩm, so với củi trấu trong điều kiện của lò đốt. Đây cũng là một cơ sở có thể thuyết phục các đơn vị có nhu cầu sử dụng sản phẩm của đề tài.
51
3.7 Mức độ gây ô nhiễm của quá trình đùn ép
Chúng tôi đã tiến hành khảo sát mức độ gây ô nhiễm của quá trình đùn ép. Một vài hình ảnh của quá trình đùn ép được trình bày trong Hình 3.15.
Thực tế khi đùn ép tạo sản phẩm, tại đầu đùn và phễu nạp liệu của thiết bị, có xuất hiện khói trắng. Kết quả đo thành phần khói không phát hiện khí gây ô nhiễm, hàm lượng CO trong khói này rất thấp (12 mg/Nm3) và không phát hiện được NOx và SOx. Có thể phán đoán rằng, khói trắng sinh ra chủ yếu là do nước trong vỏ trấu bốc hơi dưới điều kiện nhiệt độ cao trong thiết bị đùn ép.
Hàm lượng bụi, NO2, SO2, CO, và THC của môi trường không khí bên trong xưởng và bên ngoài xưởng, trước và trong khi vận hành thiết bị đùn ép với chế độ cài đặt 180 – 200 – 220oC được đo bởi Phòng thí nghiệm Chất lượng môi trường (VILAS 159) của Viện Môi trường và Tài nguyên. Kết quả khảo sát chất lượng không khí xung quanh được trình bày trong Bảng 3.9 dưới đây.
Bảng 3. 9 Kết quả đo đạc chất lượng không khi trong và ngoài xưởng, trước và trong khi vận hành thiết bị đùn ép
Vị trí lấy mẫu Bụi SO2 NO2 CO THC
Trong xưởng, trước khi vận hành thiết bị (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
(mg/m3) 0,3 0,01 0,11 1,7 - Trong xưởng, trong khi vận hành thiết bị
(mg/m3) 0,54 0,01 0,12 1,0 -
Tiêu chuẩn cho phép theo 3733/2002/QĐ-BYT (mg/m3
) 8 10 10 40
Ngoài xưởng, trước khi vận hành thiết bị
(ug/m3) 120 9 140 1.300 - Ngoài xưởng, trong khi vận hành thiết bị
(ug/m3) 110 8 150 1.000 -
Tiêu chuẩn cho phép theo
TCVN 5937:2005 (ug/m3) 300 350 200 30.000 Phương pháp phân tích TCVN 5067:1995 AWMA 704A TCVN 6137:1996 Bộ Y Tế 52TCN 352-89 -
Từ kết quả tại Bảng 3.9, có thể kết luận rằng nồng độ các thông số bụi, NO2, SO2, CO đạt tiêu chuẩn cho phép. Quy trình công nghệ đùn ép tại điều kiện này không ảnh hưởng đến chất lượng không khí xung quanh.
Những vấn đề khác liên quan đến an toàn và bảo hộ lao động trong quá trình đùn ép có thể được tóm tắt như sau :
52
Thiết bị đùn ép sử dụng mô tơ điện 3 pha, vì vậy vấn đề an toàn lao động phải được chú ý như khi sử dụng các thiết bị cần điện thế 3 pha khác để không xảy ra những sự cố, tai nạn như chập điện, điện giật, …