Dựa vào những kết quả thí nghiệm từ bảng 4.5 – 4.10 ta nhận thấy điều kiện nhiệt phân ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng ‘khí gas’, ở mỗi chế độ nhiệt phân khác nhau thì chất lượng ‘khí gas’ thu được khác nhau.
4.3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ
Ở cùng một chế độ cấp khí, nhưng khi nhiệt độ tiến hành nhiệt phân tăng thì chất lượng ‘khí gas’ đưa lên buồng đốt thứ cấp giảm. Cụ thể là ở chế độ cấp khí α = 0,4, khi nhiệt độ nhiệt phân tăng từ 350 – 450 - 5500C thì hàm lượng ‘khí gas’ trung bình đưa lên buồng thứ cấp giảm tương ứng là 2,23 – 1,98 – 1,17 %V. Đồng thời, khi nhiệt độ tăng thì tốc độ nhiệt phân rác tăng, do đó thời gian kết thúc nhiệt phân sẽ giảm được thể hiện trong Bảng 4.11.
Bảng 4.11 Anh hưởng của nhiệt độ và chế độ cấp khí tới quá trình nhiệt phân
Nhiệt độ Chế độ cấp khí α = 0,2 α = 0,4 Nhiệt độ Max (0C) Thời gian (phút) Thời gian kết thúc (phút) Nhiệt độ Max (0C) Thời gian (phút) Thời gian kết thúc (phút) 3500C 425 40 58 450 40 48 4500C 538 24 40 548 22 37 5500C 607 19 32 615 15 30
Dựa vào Bảng 4.11 ta thấy ở chế độ nhiệt phân có chế độ cấp khí α = 0,2khi nhiệt độ nhiệt phân thay đổi từ 350 – 450 - 5500C, thì thời gian để nhiệt độ tăng đến giá trị cực đại giảm tương ứng là 40 -24 -19 phút. Và thời gian kết thúc nhiệt phân cũng nhanh hơn cụ thể là 56 – 40 – 32 phút. Quy luật này cũng đúng khi xét ở điều kiện cấp khí α = 0,4.
4.3.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cấp khí
Qua các thí nghiệm ở các chế độ cho thấy trong cùng một nhiệt độ tiến hành nhiệt phân, khi chế độ cấp khí tăng, nghĩa là lượng oxy đưa vào buồng nhiệt phân càng nhiều, làm cho quá trình nhiệt phân xảy ra mạnh hơn sẽ dẫn đến nhiệt độ nhiệt phân tăng. Khi đó nồng độ CH4, CO tăng lên, có nghĩa là nồng độ ‘khí gas’ tăng làm cho quá trình đốt cháy xảy ra tại buồng nhiệt phân tăng. Điển hình là nhiệt độ buồng nhiệt phân tăng mạnh có khi lên đến hơn (100 - 1500C) so với nhiệt độ thí nghiệm đặt ra ban đầu. Do đó, làm cho hàm lượng trung bình của ‘khí gas’ đưa lên buồng thứ cấp giảm vì một phần ‘khí gas’ đã bị đốt cháy tại buồng nhiệt phân.
Ví dụ: ở chế độ nhiệt phân có cùng nhiệt độ 3500C, tương ứng với chế độ cấp khí α = 0,2, α = 0,4 thì hàm lượng trung bình tương ứng của CH4 là 4,24%V – 2,16%V, hàm lượng trung bình tương ứng của CO là 3,55%V – 3,1%V. Kết quả tương tự đối với chế độ nhiệt phân ở 4500C thì hàm lượng trung bình của CH4 là 5,38%V – 2,26%V, hàm lượng trung bình của CO là 6,8%V – 3,41%V. Chế độ nhiệt phân 5500C thì hàm lượng trung bình của CH4 là 3,84%V – 1,13%V, hàm lượng trung bình của CO là 10,5%V – 8,04%V.
Như vậy, đối với công nghệ đốt nhiệt phân, chế độ cấp khí có ảnh hưởng rõ ràng tới tốc độ sinh ‘khí gas’ và hiệu quả cháy của lò đốt. Khi chế độ cấp khí tăng cao, có nghĩa là đã tăng cường phản ứng cháy giữa ‘khí gas’ và oxy tại buồng nhiệt phân tạo thành nhiệt, nhiệt lượng sinh ra này sẽ tiếp tục cấp thêm cho phản ứng nhiệt phân làm tăng tốc độ nhiệt phân. Lúc này bản chất của quá trình nhiệt phân rác tại buồng sơ cấp sẽ bị chuyển sang đốt, nhiệt độ buồng nhiệt phân tăng cao do đó có một phần ‘khí gas’ bị đốt cháy nên chất lượng ‘khí gas’ cấp cho buồng thứ cấp bị giảm mạnh làm ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý chất thải.
Khi chế độ cấp khí tăng thì lượng ‘khí gas’ sinh ra thấp hơn khoảng 50% so với chế độ cấp khí ban đầu nên phần năng lượng tái sinh được bị giảm đáng kể qua đó thì lượng nhiên liệu dùng để cấp nhiệt cho quá trình xử lý chất thải ở chế độ cấp khí cao sẽ nhiều hơn lượng nhiên liệu sử dụng ở chế độ cấp khí thấp.
Bảng 4.12 Mức năng lượng tái sinh thu được ở các chế độ thí nghiệm Chế độ thí nghiệm Lượng ‘khí gas’
sinh ra (m3)
Lượng Năng lượng tái sinh (kcal)
Lượng nhiên liệu tiết kiệm (kg dầu DO)
3500C; α = 0,2 1,86 15.083 1,6 3500C; α = 0,4 0,98 7.497 0,85 4500C; α = 0,2 2,72 22.056 2,36 4500C; α = 0,4 1,2 9.731 1,04 5500C; α = 0,2 2,2 17.840 1,9 5500C; α = 0,4 0,66 5.352 0,57
4.3.3.3 Xem xét điều kiện nhiệt phân thích hợp để thu được lượng ‘khí gas’
nhiều nhất
Như vậy, đối với công nghệ đốt nhiệt phân, chế độ cấp khí và nhiệt độ tiến hành nhiệt phân ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân và hiệu quả xử lý chất thải. Đối với công nghệ đốt nhiệt phân thì buồng nhiệt phân (buồng đốt sơ cấp) có nhiệm vụ rất quan trọng là nhiệt phân chất thải để sinh ra nhiên liệu ‘khí gas’ có giàu mêtan nhất. Nhờ vào quá trình nhiệt phân và với điều kiện nhiệt độ ban đầu thích hợp thì ta không cần phải cấp nhiệt thêm cho phản ứng nhiệt phân mà chỉ cần điều chỉnh chế độ cấp khí sao cho phù hợp để đảm bảo nhiệt độ nhiệt phân thích hợp và thu được lượng ‘khí gas’ cấp cho buồng đốt thứ cấp là lớn nhất. Qua đó giảm được mức tiêu hao nhiên liệu sử dụng cho quá trình xử lý chất thải. Do đó giảm được giá thành xử lý và giảm thiểu các khí ô nhiễm phát thải vào môi trường. Để xác định được điều kiện nhiệt phân thích hợp nhằm thu được lượng ‘khí gas’ có chất lượng tốt ta xem xét kết quả được trình bày trong bảng 4.12 và diễn biến nồng độ khí CH4 ở cùng một nhiệt độ thí nghiệm nhưng với 2 chế độ cấp khí khác nhau.
Đối với chất thải là các thành phần hữu cơ trơ trong CTRSH thì theo kết quả thí nghiệm ta thấy ở chế độ cấp khí α = 0,2của tất cả các thí nghiệm thì nhiệt độ sinh ra trong buồng nhiệt phân luôn cao hơn nhiệt độ cấp ban đầu đảm bảo duy trì được quá
trình nhiệt phân, đồng thời lượng ‘khí gas’ cấp cho buồng thứ cấp cũng cao hơn nhiều so với chế độ cấp khí α = 0,4. Do đó, đối với việc xử lý chất thải hữu cơ trơ trong RTSH thì khi tiến hành xử lý nên vận hành lò đốt ở chế độ cấp khí không vượt quá 0,2. Nhiệt độ nhiệt phân thích hợp đối với chất thải hữu cơ trơ là từ 350±1000C.
Với các kết quả nghiên cứu từ Bảng 4.5 đến Bảng 4.10 và dựa trên diễn biến nồng độ khí CH4 theo thời gian (Hình 4.4 – 4.9) ta thấy nồng độ CH4 cao nhất thường đạt được trong khoảng biến thiên nhiệt độ từ 10 – 20 phút đầu của quá trình nhiệt phân. Và theo nhiều kết quả đã được nghiên cứu thì với nồng độ O2 tự do tại buồng nhiệt phân dao động trong khoảng 1 – 3% (thể tích) thì hàm lượng ‘khí gas’ có nồng độ CH4 là cao nhất, lượng ‘khí gas’ thu được đạt giá trị tương đối lớn khoảng 3 – 10% (thể tích), khi nồng độ O2 tự do lớn hơn 3% thể tích thì nồng độ CH4 thấp < 2%V.
Tóm lại, với những nhận xét như trên ta thấy ở cùng một chế độ cấp khí thì khi nhiệt độ càng cao, sự bẻ gãy mạch carbon càng sâu tạo ra càng nhiều hydrocarbon đơn giản. Nếu nhiệt độ tăng mà chế độ cấp khí cũng tăng có nghĩa là oxy tăng thì các hydrocarbon đơn giản đó bị cháy, làm cho chất lượng ‘khí gas’ đưa lên buồng thứ cấp bị giảm. Nhiệt ở dưới buồng sơ cấp càng lớn thì thành phần ‘khí gas’ đưa lên càng ít. Do đó, ta nên chọn điều kiện nhiệt độ tiến hành nhiệt phân thích hợp nhất là 350 – 4500C, chế độ cấp khí ban đầu cho buồng sơ cấp là α = 0,2, và khống chế nồng độ oxy trong buồng sơ cấp luôn dao động trong khoảng từ 1 – 3% thể tích, để đảm bảo cho lượng ‘khí gas’ sinh ra cấp cho buồng thứ cấp là lớn nhất.
4.4 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ĐỐT CÁC THÀNH PHẦN HỮU CƠ TRƠ TRONG CTRSH CÓ TÁI SINH NĂNG LƯỢNG
4.4.1 Mục đích nghiên cứu
Đánh giá hiệu quả đốt của chất thải trong các điều kiện đã được lựa chọn theo nhiệt độ và chế độ cấp khí thích hợp.
4.4.2 Thiết bị nghiên cứu