Hiện thực hoá giấc mơ
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ MÔI TRƯỜNG
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ RÁC THẢI
MỞ ĐẦU NGHIÊN CỨU
- Từ việc học hỏi rút kinh nghiệm của các công nghệ của các nước Châu Âu, cũng như trong nước ( ví dụ : nhà máy xử lý chất thải rắn thị xã Lagi tỉnh Bình Thuận, nhà máy xử lý chất thải rắn tỉnh Bình Phước…), căn cứ đặc thù rác, khí hậu, độ ẩm của thành phố Bảo Lộc chúng tôi đã sáng chế ra một công nghệ xử lý chất thải rắn phù hợp và hiệu quả là công nghệ lò đốt.
- Đây là công nghệ đặt biệt phân hủy và thiêu đốt chất thải bằng phương pháp nhiệt. Trong lò đốt diễn ra quá trình nhiệt phân hay khí hóa các rác thải (bao gồm cả chất thải rắn và lỏng) đồng thời với việc phân hủy các chất hữu cơ mạch đa vòng hay cao phân tử thành các hợp chất hữu cơ đơn giản hơn để sau đó oxy hóa hoàn toàn thành các dòng sản phẩm cháy mong muốn là CO2 và H2O. Đi cùng lò đốt là hệ thống xử lý khí thải nhằm loại tách bụi và xử lý các khí acid chứa trong thành phần khí thải của lò đốt như: SO2, HCl, HF hay khí ô nhiễm phát sinh từ công nghệ đốt cháy như NOx, CO, bồ hóng, … để khí thải sau ống khói đạt tiêu chuẩn môi trường cho phép.
- Dự án tạo ra các sản phẩm nông nghiệp không có chứa các chất độc hại.
Dự án mang lại hiệu quả kinh tế – xã hội cao, giải quyết việc làm, tăng thu nhập cho người lao động tại địa phương.
Dự án triển khai sẽ giảm sức ép đối với bãi rác của thành phố, góp phần ngăn chặn các thảm họa ô nhiễm môi trường do rác gây ra.
Cung cấp phân bón hữu cơ sinh học phục vụ cho nông nghiệp, góp phần bảo vệ môi trường.
Công nghệ được sắp xếp khoa học thành một dây chuyền khép kín giảm thiểu khói bụi, mùi hôi và nước rỉ của rác.
Đây là công nghệ trong nước và sử dụng thiết bị sản xuất trong nước nên chi phí đầu tư của dự án thấp hơn nhiều so với những công nghệ nhập từ nước ngoài, trong khi đó công nghệ và thiết bị nhập từ nước ngoài gây tốn kém lại không phù hợp với rác thải sinh hoạt phân loại của Việt Nam do đó hiệu quả không cao, diện tích đất sử dụng để chôn phần rác còn lại của công nghệ nhập ngoại cũng rất lớn.
- Công nghệ này đảm bảo tính đồng bộ, tiên tiến, xử lý triệt để chất thải, đảm bảo môi trường xung quanh.
Không gây ô nhiễm môi trường đáp ứng các quy định, quy chuẩn về môi trường.
Tỷ lệ chôn lấp ít, tiết kiệm quỹ đất.
Tái sử dụng được % hữu cơ sau tách lọc (phục vụ sản xuất phân vi sinh trong giai đoạn 2).
Chi phí đầu tư hợp lý, hiệu quả đầu tư cao.
Thời gian vận hành tối ưu.
Dây chuyền tự động hóa cao.
CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ QUY CÁCH KỸ THUẬT
Bảng 1: Quy cách Thông số kỹ thuật của lò đốt
| STT | Quy cách kỹ thuật | Giá trị | Đơn vị tính |
| 1 | Công suất đốt | 6.000 | kg/h |
| 2 | Thể tích buồng đốt sơ cấp | 115 | m3 |
| 3 | Thể tích buồng đốt thứ cấp | 60 | m3 |
| 4 | Độ ẩm ban đầu | 30 | % |
| 5 | Nhiệt trị của chất cháy hết | 1.700 | kcal/h |
| 6 | Tỷ lệ xỉ tạo thành trên chất đốt | 5 – 8 | % |
| 7 | Mật độ nhiệt thể tích vùng đốt | 110.000 | kcal/m3h |
| 8 | Hệ số dư không khí | 11.475 | m3/h |
| 9 | Lưu lượng quạt hút khí | 30.000 | m3/h |
| 10 | Mô tơ quạt hút | 45 | kW |
| 11 | Thời gian lưu cháy | ≥ 2 | s |
| 12 | Ống khói | 24 | m |
| 13 | Đường kính ống khói | 1 | m |
| 14 | Sàn thao tác lấy mẫu | 6,5 | m |
Bảng 2: Yêu cầu kỹ thuật lò đốt rác thải sinh hoạt
| STT | Thông số | Đơn vị | Giá trị lò đốt | Giá trị yêu cầu
(QCVN 61-MT:2016/BTNMT) |
| 1 | Công suất | kg/h | 6.000 | ≥ 300 |
| 2 | Nhiệt độ vùng sơ cấp | °C | 600 – 850 | ≥ 400 |
| 3 | Nhiệt độ vùng thứ cấp | °C | 1.100 | ≥ 950 |
| 4 | Thể tích vùng sơ cấp | m3 | 115 | – |
| 5 | Thể tích vùng thứ cấp | m3 | 70 | – |
| 6 | Thời gian lưu cháy | s | 4 – 6 | ≥ 2 |
| 7 | Nhiệt độ khí thải (tại điểm lấy mẫu) | °C | 65 – 75 | ≤ 180 |
| 8 | Lượng oxy dư | % | 13 | 6 – 15 |
| 9 | Nhiệt độ bên ngoài vỏ lò đốt | °C | ≤ 60 | |
| 10 | Khả năng hoạt động liên tục | h | 80 – 84 | ≥ 72 |
| 11 | Độ ẩm phù hợp | % | 25 – 40 | – |
Bảng 3: Nhiệt trị của các thành phần rác cơ sở
| STT | Thành phần | Nhiệt trị trung bình (kcal/Kg) |
| 1 | Thực phẩm | 1.112 |
| 2 | Giấy | 4.004 |
| 3 | Carton | 3.894 |
| 4 | Gỗ | 3.501 |
| 5 | Nhựa | 7.778 |
| 6 | Vải | 4.194 |
| 7 | Cao su | 5.563 |
Quá trình đốt rác, các thành phần cháy sẽ diễn ra theo các phản ứng thu gọn như sau:
[C] + O2 → CO2 [H] + 0,5 O2 → 0,5 H2O [S] + O2 → SO2 [N] + O2 → NO2Nếu đốt 100 kg rác thì thành phần cháy sẽ hình thành như sau:
Bảng 4: Thành phần khí cháy trong 100 kg rác
| Rác | Phản ứng | Khí cháy | ||
| Thành phần | Số kg | Thành phần | Số Kmol | |
| C | 34,64 | Cháy | CO2 | 2,8867 |
| H | 4,4 | Cháy | H2O | 2,2 |
| O | 21,43 | |||
| S | 0,49 | Cháy | SO2 | 0,0153 |
| N | 0,51 | Cháy | NO2 | 0,0364 |
| Tro | 13,53 | |||
| Ẩm | 25 | Bốc hơi | H2O | 1,3889 |
| Tổng | 100 | 6,5273 | ||
Bảng 5: Thành phần hóa học của dầu DO (0,25 S)
| C | H | O | N | S | Tro | Ẩm | Tổng |
| 87,5 | 10,5 | 0,92 | 0,8 | 0,25 | 0,01 | 0,02 | 100 |
| Chất thải | CO2 | H2O | NO2 | SO2 | |
| 87,5 | 10,5 | 0,92 | 0,8 | 0,25 | 12,6077 |
Khí thải khi đốt 100 kg rác và 10 kg dầu DO 0,25 S như sau:
| Chất thải | CO2 | H2O | NO2 | SO2 | HCl | Tổng |
| Số Kmol | 7,2917 | 5,2511 | 0,0571 | 0,0078 | 0 | 7,7881 |
Lượng oxy sử dụng đốt cháy 100 kg rác và 10 kg dầu DO 0,25S là 34,68 Kmol
Ghi chú: Tạm tính lượng sử dụng 10 kg dầu/ 100 kg rác là số liệu theo thông lệ ở mức tối đá có hiệu quả kinh tế, việc kiểm tra các thông số nhiệt sẽ trình bày phía dưới:
Lượng không khí sử dụng để đốt cháy 1000 kg rác (+ 10 kg dầu DO) là 165,74 kmol
Tổng lượng khí sử dụng để đốt cháy 6000 kg rác/giờ là: 990,84 kmol
Nếu nhiệt độ không khí bình quân ở 32°C thì lưu lượng khí sử dụng:
Qkk = (t + 273,15) / 273,15 x 22,4 x 990,84 = 24.794 (m3/h)
Bảng 6: Tính toán lượng khí thải
| Nhiệt độ | Số Kmol khí thải | Lưu lượng khí thải (m3/h) |
|
| Điều kiện bình thường | 32 | 990,84 | 24.794 |
| Trong buồng sơ cấp | 500 | 990,84 | 62.822 |
| Trong buồng thứ cấp | 1.100 | 990,84 | 111.575 |
| Thiết bị sau giải nhiệt | 300 | 990,84 | 46.571 |
Nhiệt cấp vào (Ev) bao gồm: nhiệt cháy nhiên liệu (Enl), nhiệt cháy rác (Er).
Nhiệt trị nguyên liệu tính theo công thức Mendelev:
Q = 81C + 246H – 26(O – S) – 6W
= 81*87,5 + 246*10,5 – 26 * (0,92 – 0,25) – 6 * 0,02
= 9.652,96 (kcal/kg)
Lượng nhiên liệu sử dụng là: tạm tính 1 tấn rác dùng 10 kg dầu:
10 * 2.500 / 1000 = 25 (kg/h)
Enl = 25 * 9.652,96 = 241.324 (kcal/h)
Er = 2.500 * 2.041,85 = 5.104.625 (kcal/h)
Ev = 241.324 + 5.104,625 = 5.345.949 (kcal/h)
Nhiệt cấp ra (Era): bao gồm nhiệt nóng của dòng khi thải, nhiệt nóng của dòng tro xỉ, nhiệt thất thoát do quá trình truyền nhiệt từ dòng khí nóng qua tường lò, ống dẫn, khe hở. Nhiệt của dòng khí (Ek) được tính bằng nhiệt đun nóng dòng khí từ nhiệt độ 32°C lên 1.100°C. Còn nhiệt theo dòng tro xỉ và nhiệt thất thoát được tính bằng 10 – 15% Ek. Chọn 15% → Era = Ek + 15% Ek
Nhiệt dung (Cp) của khí thải được tính theo công thức sau:
Cp = ∑Cpi * Xi
Trong đó: Cpi là nhiệt dung của chất i trong khi thải
Xi là nồng độ % của chất i
Cp của các chất được tính tho công thức sau:
Cp.10-3 = K [ a + b T – cT-2], J/kg.độ
Các hệ số a, b, c của từng chất khí được tra trong sổ tay Các quá trình thiết bị công nghệ Hóa học.
Từ phương pháp tính trên, nhiệt dung của khí thải lò đốt rác sinh hoạt trung bình trong khoảng nhiệt độ 32-1.100°C là Cp = 1,244 kJ/kg.K
Ek = 1,244 * (1.100 – 32) * 14.348 = 19.062.638 kJ/h
= 4.553.033 kcal/h
Trong đó, 14.348 là khối lượng dòng khí thải
Era = Ek + 15%Ek
= 4.553.033 + 15% * 4.553.033
= 5.235.988 kcal/h
So sánh: Ev / Era = 5.345.949 / 5.235.988 = 1,02. Giá trị này phù hợp với các tính toán nêu trên, với lượng sử dụng nhiên liệu 10Kg/1000 Kg rác là phù hợp. Tuy nhiên, phải bảo ôn lò rất tốt để tránh thất thoát nhiệt nhiều.
Khí thải trong quá trình đốt rác được xử lý bằng phương pháp hấp thụ hóa học với chất hấp thụ là NaOH loãng 0,25%
Hấp thụ hóa học xảy ra các phản ứng sau:
SO2 + 2 NaOH → NA2SO3 + H20
2NO2 + 2 NaOH → NA2NO3 + H2O
Căn cứ vào thành phần của khí thải và lưu lượng khí thải, hàm lượng khí cần xử lý tương ứng:Bảng 7: Tính toán lượng hóa chất sử dụng cho hấp thụ
| Khí | kmol/h | Lượng NaOH 95% kg/h |
| SO2 | 0,3825 | 32,21 |
| NO2 | 0,91 | 38,31 |
| Tổng | 70,52 |
Quá trình hấp thụ sử dụng NaOH dạng loãng 0,25%, sử dụng là 25m3/h
Tính toán tháp hấp thụ:
Vận tốc khí khi qua tháp: = 0,7 m/s
Đường kính tháp: 2,5 m
Thời gian lưu khí: 5 s
Chiều cao tháp: 4,5 m
Lượng NaOH sử dụng: 70,52 kg/h
QUY TRÌNH XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG CÔNG NGHỆ LÒ ĐỐT
QUY TRÌNH ĐẦU VÀO
- Chức năng : kiểm soát khối lượng rác nhập vào lò đốt, thống kê lượng rác xử lý được theo thời gian.
- Thông số kỹ thuật:
- Diện tích : 12 x 3 m
- Mức cân lớn nhất : 60 tấn
- Số lượng đầu đo : 06
- Giá trị độ chia : 10 kg
LÒ ĐỐT
- Chức năng : xử lý rác bằng công nghệ đốt triệt để rác.
- Thông số kỹ thuật:
- Kích thước : 17 x 4 x 93 m
- Quạt thổi (3 cấu kiện) :
- công suất : 7,5 Kw ( 2 cấu kiện )
- Công suất : 22 Kw (1 cấu kiện)
- Buồng đốt sơ cấp : DxRxC: 12.000mm x 4.000mm x 2.300mm
- Buồng đốt thứ cấp : DxRxC: 12.000mm x 4.000mm x 2.200mm
- Buồng lắng bụi: DxRxC: 2.000mm x 4.000mm x 5.300mm
- Hệ thống vít tải lấy xỉ: D=4.500mm, R=500mm
- Buồng lắng bụi: DxRxC: 2.000mm x 4.000mm x 5.300mm
SƠ ĐỒ BỐ TRÍ LÒ
BUỒNG ĐỐT SƠ CẤP
- Chức năng: là nơi để mồi lò, tiếp nhận chất thải sau khi tách lọc sơ bộ được cấp vào từ cửa lò nhằm chuyển các thành phần thể rắn và lỏng của chất thải thành thể khí sau đó khí nhiệt phân chuyển động lên buồng đốt thứ cấp dưới tác động của áp suất cơ học khí.
- Khu vực đốt sơ cấp được bố trí ở khu vực dưới của lò, với diện tích ghi lớn bao gồm ghi động và ghi tĩnh, tổng diện tích tiếp xúc là 42m2, không gian cháy có nhiệt thế cao
(>250.000kcal/m3.h).
- Tại khu vực đốt sơ cấp, lượng chất thải rắn được cấp khoảng 35% oxy so với nhu cầu lý thuyết, do đó sẽ xuất hiện một lượng khí cháy chưa hết sẽ được cháy kiệt ở tại khu vực đốt thứ cấp nhờ việc bổ sung thêm lượng oxy hợp lý
BUỒNG ĐỐT THỨ CẤP
- Chức năng : đốt cháy kiệt các khí cháy còn lại từ khu vực đốt sơ cấp dẫn sang với nhiệt độ đủ cao từ 9500 đến 12000°C, triệt tiêu hết mùi và các khí độc hại như Furans và Dioxin.
- Khu vực đốt sơ cấp và khu vực đốt thứ cấp được thiết kế đặc biệt làm tăng khả năng xáo trộn của dòng khói và oxy, làm quá trình cháy kiệt và ổn định hơn, thời gian lưu khói dài. Ghi cháy kiệt được bố trí tại vị trí thấp, tận dụng triệt để lượng nhiệt bức xạ của tường lò, tích và lưu khối lượng tro xỉ đủ lớn (~1m3) để có thời gian dài (hàng giờ) giúp xỉ được cháy kiệt trước khi thải xuống buồng thải tro xỉ.
BUỒNG ĐỐT KHÍ THẢI ỐNG ĐỐT PHỤ
Đây thực chất là sự nối dài của buồng thứ cấp nhằm tăng hiệu quả đốt của khí thải, tăng thời gian lưu khí trong buồng thứ cấp > 2s
GHI ĐẨY VÀ ĐẤM TẦNG
- Chức năng : được chạy bằng thủy lực có lập trình tự động để đưa CTR sau khi được xử lý theo các tầng xuống thành tro sỉ.
- Gồm 6 ghi đẩy tương ứng với 6 tầng của lò đốt, đầu ghi có hệ thống đấm tầng đẩy CTR sau khi xử lý xuống các tầng theo chu kỳ đốt và đưa tro sỉ xuống vị trí lưu trữ theo trục vít để đưa ra ngoài.
QUẠT CUNG CẤP OXI CHO LÒ ĐỐT
- Chức năng: hoạt động chủ chốt là cung cấp oxy (oxy dương) cưỡng bức cho hai buồng đốt, kích nhiệt cho công suất đốt của lò đạt hiệu quả, đốt triệt để CTR và triệt tiêu các khí độc hại.
- Gồm 3 cấu kiện :
- Công suất : 7,5 Kw (2 cấu kiện)
- Công suất : 22 Kw (1 cấu kiện)
HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI LÒ ĐỐT
Cụm làm lạnh đột ngột: khí thải sau khi ra khỏi lò sẽ được làm lạnh bằng môi chất không khí bằn đường dẫn khí kèm theo hai hệ quạt giải nhiệt. Qua bộ giải nhiệt khí thải được làm mát và hạ thấp nhiệt thích hợp cho quá trình hấp thụ.
Xử lý khô: dòng khí sau khi được làm nguội di chuyển đến hệ thống Cyclon tích nhiệt và giũ bụi, được thiết kế bằng thép chịu nhiệt và inox. Với trợ lực 110 mm H20, hiệu suất thu hồi tro, bụi lơ lửng, mụi đen của xử lý khô lên đến 95%.
Xử lý ướt: khí sau khi đi qua Cyclon đi vào tháp hấp thụ:
- Hệ thống kênh dẫn khói: được kết cấu theo nguyên lý zic zac, nhằm tăng cường quá trình phối trộn, gia tăng độ hòa tan của khí thải vào dung dịch hấp thụ NaOH nhằm hấp thụ triệt để khí SO2, CO2 và các khí khác còn lẫn trong dòng khí.
- Tháp hấp thụ: khí thải sau khi làm nguội và lắng bụi trong Cyclon sẽ được đưa sang tháp hấp thụ. Đây là loại tháp rửa có áp suất âm tạo bởi quạt hút. Tại đây, dung dịch hấp thụ tuần hoàn từ bể được bơm cấp và phun vào tháp hấp thụ với hệ số phun lớn. Các khí thải (SO2, CO2, NOx, … ) sẽ được dung dịch hấp thụ và trung hòa.
- Quá trình này đồng thời làm lắng bụi có kích thước nhỏ còn lại trong khí thải. Sau đó dòng khí sẽ đi vào lớp than hoạt tính dày dưới chân tháp để hấp thụ các loại khí còn sót lại trước khi qua ống khói ra môi trường.
Ống khói: khí sạch sau khi ra khỏi tháp hấp thụ đã được xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép có nhiệt độ dưới 180°C được đưa qua ống khói cao 24 m đường kính 1 m để thoát ra ngoài. Ngoài ra trên ống khói có 2 cửa lấy mẫu khí thải D = 100 mm có nắp đậy và sàn thao tác đảm bảo an toàn kỹ thuật chiều cao 6,5 m thuận lợi khi tiếp cận lấy mẫu.
HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÓI
- Chức năng: giảm nhiệt thải ra từ lò, loại bụi cho ra khói sạch.
- Thông số kỹ thuật:
- Diện tích: 13 x 22 x 2 m
- Motor quạt hút : 55 Kw
- Ống khói: Φ 1.000 mm, cao 24m
- Tháp giải nhiệt : 2,2 x 4,5 x 4,5 m
QUẠT HÚT OXI ÂM
- Chức năng : hút cưỡng bức khói từ đuôi lò đốt qua hệ thống tháp rửa khói và mương xử lý khói khử bụi, giảm nhiệt, cho ra khói sạch.
ĐƯỜNG ĐI CỦA KHÓI QUA XỬ LÝ
KẾT CẤU NGUYÊN LÝ GIẢI NHIỆT CỦA THÁP GIẢI NHIỆT
HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC
HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC
HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC
HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC
