Công nghệ nhiệt trong xử lý chất thải rắn

Chất thải rắn nếu không được quản lý tốt sẽ làm mất vệ sinh môi trường đô thị, gây ô nhiễm và chứa đựng nguy cơ tiềm ẩn gây nguy hại đối với sức khỏe con người cũng như các hệ sinh thái. Kinh nghiệm của các nước tiên tiến trên thế giới đã chứng tỏ quy trình công nghệ quản lý chất thải rắn phải bắt đầu được phân loại từ nguồn. Trên cơ sở đó áp dụng các biện pháp xử lý khác nhau nhằm đảm bảo tận dụng được các loại rác có thể tái chế, tái sử dụng, đồng thời xử lý triệt để các chất thải nguy hại. Rất nhiều nước đang tìm kiếm công nghệ mới trong xử lý rác thải do thiếu các khu chôn lấp như tăng cường các quy chế của quốc gia, đạt được mục tiêu giảm thiểu khí thải gây hiện tượng nóng lên toàn cầu, tăng cường nghĩa vụ của người phát thải. Xử lý rác thải bao hàm động cơ mang tính môi trường, kinh tế và chính trị, xã hội. Xử lý rác thải hiện nay đang sử dụng làm giảm đáng kể những hạn chế của thiếu khu chôn lấp và giảm chi phí xử lý đốt rác nhờ lò đốt, nhưng lại có hạn chế là gánh nặng về rất nhiều chi phí để tái xử lý rác thải như các chất có hại và tro phát sinh trong quá trình đốt. Ứng dụng công nghệ đốt để xử lý chất thải công nghiệp và chất thải nguy hại đang ngày càng được áp dụng rộng rãi trên thế giới. Tuy nhiên, ở nước ta công nghệ đốt vẫn còn khá mới mẻ. Trong những năm gần đây, nhiều đơn vị đã chế tạo lò đốt để xử lý chất thải công nghiệp và chất thải nguy hại nhưng do thiếu cơ sở khoa học khi tính toán nên hiệu quả đốt chưa cao, còn gây ô nhiễm thứ cấp. Vì vậy, đề tài đã tập trung nghiên cứu công nghệ đốt để xử lý một số chất thải công nghiệp và chất thải nguy hại phổ biến hiện nay. Kết quả là xây dựng được các công thức thực nghiệm để tính toán, thiết kế lò đốt đạt hiệu quả đốt cao đồng thời đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - môi trường

doc49 trang | Chia sẻ: ngtr9097 | Ngày: 08/06/2013 | Lượt xem: 2547 | Lượt tải: 26download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Công nghệ nhiệt trong xử lý chất thải rắn, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊNNHÂNH MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chất thải rắn nếu không được quản lý tốt sẽ làm mất vệ sinh môi trường đô thị, gây ô nhiễm và chứa đựng nguy cơ tiềm ẩn gây nguy hại đối với sức khỏe con người cũng như các hệ sinh thái. Kinh nghiệm của các nước tiên tiến trên thế giới đã chứng tỏ quy trình công nghệ quản lý chất thải rắn phải bắt đầu được phân loại từ nguồn. Trên cơ sở đó áp dụng các biện pháp xử lý khác nhau nhằm đảm bảo tận dụng được các loại rác có thể tái chế, tái sử dụng, đồng thời xử lý triệt để các chất thải nguy hại. Rất nhiều nước đang tìm kiếm công nghệ mới trong xử lý rác thải do thiếu các khu chôn lấp như tăng cường các quy chế của quốc gia, đạt được mục tiêu giảm thiểu khí thải gây hiện tượng nóng lên toàn cầu, tăng cường nghĩa vụ của người phát thải. Xử lý rác thải bao hàm động cơ mang tính môi trường, kinh tế và chính trị, xã hội. Xử lý rác thải hiện nay đang sử dụng làm giảm đáng kể những hạn chế của thiếu khu chôn lấp và giảm chi phí xử lý đốt rác nhờ lò đốt, nhưng lại có hạn chế là gánh nặng về rất nhiều chi phí để tái xử lý rác thải như các chất có hại và tro phát sinh trong quá trình đốt. Ứng dụng công nghệ đốt để xử lý chất thải công nghiệp và chất thải nguy hại đang ngày càng được áp dụng rộng rãi trên thế giới. Tuy nhiên, ở nước ta công nghệ đốt vẫn còn khá mới mẻ. Trong những năm gần đây, nhiều đơn vị đã chế tạo lò đốt để xử lý chất thải công nghiệp và chất thải nguy hại nhưng do thiếu cơ sở khoa học khi tính toán nên hiệu quả đốt chưa cao, còn gây ô nhiễm thứ cấp. Vì vậy, đề tài đã tập trung nghiên cứu công nghệ đốt để xử lý một số chất thải công nghiệp và chất thải nguy hại phổ biến hiện nay. Kết quả là xây dựng được các công thức thực nghiệm để tính toán, thiết kế lò đốt đạt hiệu quả đốt cao đồng thời đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - môi trường. PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 8: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ NHIỆT XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN 1. LÝ THUYẾT CHÁY: Quá trình cháy là một tổ hợp các quá trình vật lý và hóa học, trong đó có thể chia làm hai loại là cháy động học và cháy khuếch tán. Trong trường hợp thứ nhất quá trình cháy bị giới hạn bởi vận tốc phản ứng hóa học, còn trong trường hợp thứ hai bởi quá trình vật lý đảm bảo sự tiếp xúc của các thành phần nhiên liệu và oxy. Người ta phân biệt hai phương pháp đốt nhiên liệu khác nhau về nguyên lý: Đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu – không khí pha trộn trước ( cháy động học) Đốt cháy trong quá trình hỗn hợp nhiên liệu không khí ( cháy khuếch tán) Bản chất của sự cháy: Sự cháy là quá trình lý hóa phức tạp mà cơ sở của nó là phản ứng oxy hóa xảy ra một cách nhanh chóng có kèm theo sự tỏa nhiệt và phát ra tia sáng. Trong điều kiện bình thường, sự cháy xuất hiện và tiếp diễn trong tổ hợp gồm có chất cháy, không khí và lửa. trong đó chất cháy và không khí tiếp xúc với lửa tạo thành hệ thống cháy, còn nguồn gây lửa là xung lương gây ra hệ thống phản ứng cháy. Hệ thống chỉ có thể cháy được với một tỷ lệ nhất định giữa chát cháy và không khí Quá trình hóa học của sự cháy có kèm theo quá trình biến đổi lý học như chất rắn cháy thành chất lỏng, chất lỏng cháy bị bay hơi. Diễn biến quá trình cháy: Quá trình cháy của vật rắn, lỏng , khí đều gồm các giai đoạn sau:Oxy hóa, Tự bốc cháy, Cháy Điều kiện để phát sinh ra cháy: là phải có chất cháy, có oxy, có nhiệt độ cần thiết. 2. XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT 2.1. Định nghĩa xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt: Xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt là quá trình sử dụng nhiệt để chuyển hóa chất thải từ dạng rắn sang dạng khí, lỏng và tro... đồng thời giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt. 2.2. Phân loại hệ thống xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt: Các hệ thống xử lý CTR bằng nhiệt được phân loại dựa trên nhu cầu sử dụng không khí bao gồm: Quá trình đốt được thực hiện với một lượng oxy không khí cần thiết vừa đủ để đốt cháy hoàn toàn CTR gọi là quá trình đốt hoá học. Quá trình đốt được thực hiện với dư lượng không khí cần thiết được gọi là quá trình đốt dư khí. Quá trình đốt không hoàn toàn CTR dưới điều kiện thiếu không khí và tạo ra các khí cháy như cacbon monooxide (CO), hydrogen (H2) và các khí hydrocacbon gọi là quá trình khí hoá. Quá trình xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt trong điều kiện hoàn toàn không có oxy gọi là quá trình nhiệt phân. Quá trình đốt (đủ và dư khí) Đốt hỗn hợp Đốt thu hồi Đốt tầng sôi Khí hóa Lò đứng Lò ngang Đốt tầng sôi Nhiệt phân Đốt tầng sôi Các hệ thống xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt Như vậy, xử lý CTR và CTRNH (chất thải y tế, thuốc bảo vệ thực vật, chất thải nhiễm dầu) bằng phương pháp đốt là một phương pháp hiệu quả và hiện nay được sử dụng khá phổ biến. 2.3. Một số ưu điểm và nhược điểm của phương pháp xử lý CTR bằng nhiệt. Phương pháp xử lý CTR bằng nhiệt có những ưu điểm: Thể tích và khối lượng CTR giảm tới mức nhỏ nhất so với ban đầu, CTR được xử lý khá triệt để (giảm 80-90% trọng lượng thành phần hữu cơ trong CTR). Thu hồi năng lượng nhiệt của quá trình có thể tận dụng vào nhiều mục đích như chạy máy phát điện, sản xuất nước nóng. Là thành phần quan trọng trong chương trình quản lý tổng hợp CTR. CTR có thể được xử lý tại chỗ mà không cần phải vận chuyển đi xa, tránh được các rủi ro và chi phí vận chuyển. Hiệu quả xử lý cao đối với các loại chất thải hữu cơ chứa vi trùng lây nhiễm (chất thải y tế), cũng như các loại chất thải nguy hại khác (thuốc bảo vệ thực vật, dung môi hữu cơ, chất thải nhiễm dầu...). Tuy nhiên, phương pháp nhiệt không phải đã giải quyết được tất cả các vấn đề của CTR, phương pháp này vẫn còn một số bất lợi sau đây: Không phải tất cả các CTR đều có thể đốt được thuận lợi, ví dụ như chất thải có hàm lượng ẩm quá cao hay các thành phần không cháy cao (chất thải vô cơ). Vốn đầu tư ban đầu cao hơn so với các phương pháp xử lý khác bao gồm chi phí đầu tư xây dựng lò, chi phí vận hành và xử lý khí thải lớn. Việc thiết kế, vận hành lò đốt phức tạp, đòi hỏi năng lực kỹ thuật và tay nghề cao, chế độ tập huấn tốt. Yêu cầu nhiên liệu đốt bổ sung nhằm duy trì nhiệt độ trong buồng đốt. Những tiềm năng tác động đến con người và môi trường có thể xảy ra, nếu các biện pháp kiểm soát quá trình đốt, xử lý khí thải không đảm bảo. Việc kiểm soát các vấn đề ô nhiễm do kim loại nặng từ quá trình đốt có thể gặp khó khăn đối với chất thải có chứa kim loại như Pb, Cr, Cd, Hg, Ni, As.... Lò hoạt động sau một thời gian phải ngừng để bảo dưỡng, làm gián đoạn quá trình xử lý. 3. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ NHIỆT ĐỂ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN. Như ta được biết, hiện nay xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt đang rất được ưu chuộng, nhất là xử lý CTNH. Tuy nhiên, với rất nhiều công nghệ hiện hành khác nhau như hiện nay, việc lựa chọn một công nghệ xử lý hiệu quả đòi hỏi phải có sự xem xét , cân nhắc để quyết định một cách chính xác. Dưới đây là một số công nghệ xử lý bằng nhiệt phổ biến được đề cập đến như sau: 3.1. CÔNG NGHỆ ĐỐT CTR: Công nghệ đốt là một quá trình xử lý khá phức tạp. Trong quá trình cháy, các chất hữu cơ dạng rắn hoặc lỏng sẽ bị chuyển đổi sang pha khí. Các khí này qua các lưới đốt sẽ tiếp tục bị làm nóng lên, đến một nhiệt độ nào đó các hợp chất hữu cơ của chúng sẽ bị phân hủy thành các nguyên tử thành phần. Các nguyên tử này kết hợp với oxy và tạo nên các khí bền vững, các khí này sau khi qua các thiết bị kiểm soát ô nhiễm sẽ được thải vào bầu khí quyển. Quá trình đốt CTR là quá trình oxy hoá khử CTR bằng oxy không khí ở nhiệt độ cao. Lượng oxy sử dụng theo lý thuyết được xác định theo phương trình cháy: Chất thải rắn + O2g Sản phẩm cháy + Q (nhiệt) Với công nghệ này, ta có thể giảm thể tích của CTR đến 80 – 90%. Nhiệt độ buồng đốt phải cao hơn 8000C. Sản phẩm cuối cùng của quá trình đốt bao gồm: bụi, NOx, CO, CO2, SOx, THC, HCl, HF, Dioxin / Furan, hơi nước và tro. Năng lượng có thể được thu hồi nhờ quá trình trao đổi nhiệt từ khí sinh ra có nhiệt độ cao. 3.1.1.Các nguyên tắc cơ bản của quá trình cháy Để đạt được hiệu quả cao, quá trình cháy phải tuân thủ theo nguyên tắc 3T: nhiệt độ (Temperature) – độ xáo trộn (Turbulence) - thời gian lưu cháy (Time) Nhiệt độ (Temperature): phải bảo đảm đủ cao để phản ứng xảy ra nhanh và hoàn toàn, không tạo dioxin, đạt hiệu quả xử lý tối đa (nhiệt độ đốt đối với CTNH là trên 11000C, CTR sinh hoạt > 9000C). Nếu nhiệt độ quá cao, lưu lượng khí sinh ra quá lớn, ảnh hưởng đến thời gian lưu khí trong buồng thứ cấp có nghĩa là làm giảm sự tiếp xúc giữa không khí và khí gas, khói thải đen, nồng độ các chất ô nhiễm như CO, THC trong khí thải cao. Nếu nhiệt độ không đủ cao, phản ứng sẽ xảy ra không hoàn toàn và sản phẩm khí thải cũng có khói đen. Vì vậy, nếu nhiệt độ quá cao cũng như quá thấp thì sẽ làm giảm hiệu quả cháy. Độ xáo trộn (Turbulence): để tăng cường hiệu quả tiếp xúc giữa CTR cần đốt và chất oxy hoá, có thể đặt các tấm chắn trong buồng đốt hoặc tạo góc nghiêng thích hợp giữa dòng khí với béc phun để tăng khả năng xáo trộn. Độ xáo trộn có thể đánh giá thông qua yếu tố xáo trộn. F = 100%*[lượng không khí thực tế]/[lượng không khí lý thuyết] Trong đó: F là yếu tố xáo trộn. F càng lớn, hiệu quả xử lý càng cao. Thời gian (Time): thời gian lưu cháy đủ lâu để phản ứng cháy xảy ra hoàn toàn. Thời gian lưu cần thiết bảo đảm đốt cháy hoàn toàn của mỗi chất phụ thuộc vào bản chất của chất bị đốt và nhiệt độ đốt. Mối quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian khi hiệu quả phân huỷ đạt 99,99% các chất hữu cơ: Chất hữu cơ Nhiệt độ phân huỷ (0C) 0,5 giây 1,0 giây 2,0 giây Acetic anhydride 429 411 392 Aniline 782 761 741 Benzene 883 837 794 Butene 931 901 871 Carbon tetrachloride 1086 994 915 Chloroform 683 658 634 Dichlorobenzene 909 837 818 Ethane 872 845 819 Hexachlorobenzene 983 932 886 Hexachloroethane 781 731 685 Methane 994 950 908 Monochlorobenzene 1109 1003 913 Nitrobenzene 735 713 693 Pentachlorobiphenyl 762 742 722 Tetrachlorobenzene 1035 961 894 Toluene 748 – 1128 723 – 1218 700 – 1180 Trichlorobenzene 901 853 808 Vinyl chloride 768 745 724 Khi đốt CTNH, để hạn chế quá trình sinh ra Dioxin / Furan, thì nhiệt độ buồng đốt thứ cấp cần cao trên 11000C và thời gian lưu cháy tối thiểu là 2 giây. Các nguyên tắc trên liên hệ khắng khít với nhau, khi nhiệt độ phản ứng cao, xáo trộn tốt thì thời gian phản ứng giảm vẫn đảm bảo hiệu quả cháy cao. Ví dụ như xử lý những chất thải có thành phần xenllulô cao như giấy… khi đốt chỉ cần duy trì ở nhiệt độ 7600C, thời gian cháy tối thiểu là 0,5 giây. 3.1.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy Khi nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cháy, căn cứ trên phương trình cháy phân hủy: CxHyOzNtSu + mCH4 + aCO + bH2 + (x-a-m)CO2 + (H2O + tNO + uSO2 Các phản ứng tiếp theo để đốt cháy hoàn toàn sản phẩm cháy là: C + O2 " CO2 + nhiệt CH4 + O2" CO2 + H2O + nhiệt. CO + ½ O2 " CO2 + nhiệt. H2 + O2 " H2O + nhiệt. Một cách tổng quát, phản ứng đốt cháy CTR diễn ra như sau: CxHyOzNtSu + O2ª CO2 + H2O + NO + SO2 + nhiệt Từ phương trình phản ứng cho thấy nếu phản ứng đốt cháy chất hữu cơ xảy ra hoàn toàn thì sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O. Ngoài ra sự có mặt của các tạp chất như N, S sẽ phát sinh ra các khí axít như NOx, SOx. Ngoài các yếu tố nhiệt độ, thời gian lưu cháy, độ xáo trộn quyết định hiệu quả cháy, còn có các yếu tố khác cũng ảnh hưởng tới quá trình cháy như sau: a.Thành phần và tính chất của chất thải Thành phần hoá học của một số chất thải được cho trong bảng sau: Thành phần Thành phần hoá học (% khối lượng) Cacbon Hydro Oxy Nitơ Lưu huỳnh Khác Bệnh phẩm 50,8 9,35 39,85 Vết - Giấy 45,4 6,1 44,0 0,3 0,12 - Cacton 44,0 5,9 44,6 0,3 0,2 5,0 Nhựa 59,8 8,3 19,0 1,0 0,3 6,0 Vải 55,0 6,6 31,2 4,6 0,15 - Cao su 78,0 10,0 - 2,0 - 10,0 Thực phẩm 41,7 5,8 27,6 2,8 0,25 Rác vườn 49,2 6,5 36,1 2,9 0,35 - Chú thích: Bệnh phẩm khô, không tính tro Thành phần cơ bản của chất thải là: C + H + O + N + S + A + W = 100% Trong đó C, H, O, N, S, A, W là phần trăm theo trọng lượng của các nguyên tố cacbon, hydro, oxy, nitơ, lưu huỳnh , tro và độ ẩm trong chất thải. Thành phần hoá học của chất thải có ảnh hưởng tới quá trình nhiệt phân và đốt cháy. Dựa vào thành phần hoá học của chất thải để tính được nhiệt trị của chất thải và tính toán lượng oxy cần thiết để đốt cháy hoàn toàn chất thải cũng như lượng khí thải hình thành, yếu tố này liên quan tới việc tính toán thời gian lưu cháy hoặc thể tích lò khi đốt chất thải. Cacbon (C) là thành phần cháy chủ yếu trong chất thải. Nhiệt trị của cacbon là 8000 kcal/kg. Nhiên liệu rắn chứa nhiều cacbon hơn nhiên liệu lỏng và khí, nhưng thành phần chất trợ cháy ít hơn. Chất thải có thành phần cacbon càng cao thì sản phẩm cháy CO2 càng nhiều. Hydro (H) là thành phần thứ hai của chất thải. Nhiệt trị thấp của Hydro lớn gấp bốn lần than. Hàm lượng hydro càng nhiều chất thải càng dễ bắt lửa. Chất thải dạng lỏng và khí có nhiều hydro hơn chất thải rắn. Lưu huỳnh (S) cũng là thành phần cháy nhưng toả nhiệt ít. Sản phẩm cháy của lưu huỳnh tạo thành khí SOx, gặp hơi nước có khả năng tạo thành axít gây ăn mòn các thiết bị. Khí SOx là dạng khí độc, lưu huỳnh là nguyên tố không mong muốn trong quá trình đốt. Oxy và nitơ là chất vô ích. Nó làm giảm thành phần cháy của chất thải. Độ tro (A) là yếu tố tiêu cực cho đốt chất thải. Độ tro càng cao, thành phần chất cháy càng giảm, gây đông kết ở trung tâm buồng đốt và đáy lò. Tro dễ phủ lên bề mặt tiếp nhiệt của buồng đốt làm giảm hiệu quả đốt. Độ ẩm (W) thể hiện mức độ chứa nước trong chất thải. Độ ẩm lớn, thành phần chất cháy giảm, làm nhiệt trị của chất thải giảm. Khi đốt, nhiệt trị bị hao phí một phần để làm bay hơi nước. Một chất thải có độ ẩm trên 95% hoặc một loại bùn thải có ít hơn 15% thành phần rắn sẽ được xem là không có khả năng đốt. Muối vô cơ: trong một hệ thống đốt thông thường, nếu chất thải giàu muối vô cơ, muối kiềm sẽ gây khó khăn cho quá trình đốt. Từng lượng nhỏ muối sẽ thăng hoa, sau đó tập trung trên bề mặt lò tạo nên một lớp xỉ hoặc đóng bánh làm giảm khả năng đốt của lò. b. Ảnh hưởng của hệ số cấp khí Hệ số cấp khí () là tỉ số giữa lượng không khí thực tế và lượng không khí lý thuyết, hay còn gọi là hệ số dư không khí, ảnh hưởng đến hiệu quả cháy. Hệ số dư không khí là một thông số quan trọng trong quá trình đốt chất thải, đặc biệt là trong công nghệ nhiệt phân, đây là yếu tố quan trọng để kiểm soát chế độ phân huỷ chất thải rắn. Hệ số cấp khí được biểu hiện bằng công thức sau: Trong đó: Vtt là lượng không khí (oxy) được cấp vào buồng đốt. Vlt là lượng không khí lý thuyết (oxy) để oxy hoá hoàn toàn chất thải. Sự ảnh hưởng của không khí dư tới nhiệt độ của buồng đốt được biểu diễn như đồ thị sau: 1 Cháy không hoàn toàn Thiếu khí Dư khí Nhiệt độ a (hệ số cấp khí Cháy tốt Cháy yếu Biểu đồ mối quan hệ giữa hệ số cấp khí và nhiệt độ buồng đốt %khí dư Nhiệt độ (F) Ảnh hưởng của không khí dư tới nhiệt độ buồng đốt Giá trị tăng hay giảm có liên quan tới sự tăng hay giảm nhiệt độ của lò đốt. Khi hệ số cấp khí tăng (trong vùng<1, thiếu khí), sự có mặt của oxy đã gây ra phản ứng cháy, toả nhiệt và làm tăng nhiệt độ. Để đảm bảo đốt triệt để chất thải rắn thì cần cấp dư khí, vì oxy cấp vào cho sự cháy là oxy không khí, trong đó có lẫn thành phần nitơ, khi ở nhiệt độ cao sẽ xảy ra phản ứng giữa oxy và nitơ. Do đó, thường tiến hành đốt ở chế độ cấp dư khí, nhưng nếu đưa không khí lạnh vào trong lò nhiều sẽ làm nguội lò, nhiệt độ giảm, gây tổn thất nhiệt. Các lò đốt hiện nay thường cấp dư khí trong khoảng 1,05¸21,1. Từ biểu đồ cho thấy: khi đốt thiếu khí, nhiệt độ đốt cao nhưng quá trình cháy diễn ra không hoàn toàn, còn khi đốt dư khí thì quá trình đốt diễn ra hoàn toàn nhưng nhiệt độ buồng đốt thấp. Dựa vào đặc tính này nên công nghệ đốt nhiệt phân áp dụng đốt thiếu khí cho buồng sơ cấp và đốt dư khí cho buồng thứ cấp. Mỗi loại chất thải đem đốt có nhiệt trị khác nhau và lượng không khí lý thuyết cung cấp cho quá trình cháy cũng khác nhau. Hệ số dư không khí cho phép tính thể tích sản phẩm cháy và thể tích buồng đốt. Trong quá trình đốt, không phải lúc nào cũng có thể tính toán được lượng không khí cần cung cấp cho quá trình cháy vì thành phần của chất thải đầu vào luôn biến động, do đó cần phải kiểm soát quá trình đốt thông qua một số thông số khác để quá trình vận hành dễ dàng hơn như: nhiệt độ, hệ số dư không khí, nồng độ CO, CO2, Oxi, bụi Nhu cầu cấp khí của một số chất thải Chất thải Lượng không khí lý thuyết (m3 không khí / kg chất thải) Polyetylen 12,3 PET 4,2 Photoresist 5,7 Polystyren 10,0 Polyuretan 3,9 PVC 6,2 Giấy 3,1 Bệnh phẩm 3,1 Cacton 2,3 Nhựa 5,9 Vải 4,1 Cao su 9,2 Thực phẩm 3,6 Rác vườn 3,3 (Nguồn: Standard Handbook of Hazadous Waste Treatment and Disposal,Mc Graw-Hill) Trong các trường hợp cụ thể của quá trình đốt, ta có thể tính toán lượng không khí cần thiết cho quá trình đốt như sau: Đốt vừa đủ khí Lượng không khí cần thiết cho quá trình đốt CTR được tính toán dựa trên các phương trình phản ứng giữa thành phần cacbon, hydro và lưu huỳnh trong phần hữu cơ của CTR đô thị với oxy không khí như sau: C + O2 CO2 2H2 + O2 2H2O S + O2 SO2 12 32 4 32 32 32 Đốt dư khí Vì tính chất không đồng nhất của CTR nên khó đốt hoàn toàn CTR với một lượng vừa đủ không khí tính theo lý thuyết. Trong một số hệ thống đốt CTR, chế độ cấp dư khí được sử dụng nhằm đảm bảo sự xáo trộn tốt và mọi thành phần trong CTR tiếp xúc tốt với không khí. Lượng dư không khí cho quá trình đốt ảnh hưởng đến nhiệt độ và thành phần của khí đốt sinh ra. Khi phần trăm dư lượng không khí tăng, oxy trong khí lò tăng, nhiệt độ lò giảm. Do đó, điều chỉnh lượng không khí dư cung cấp là một phương pháp để kiểm soát nhiệt độ lò đốt. Nhiệt độ có ảnh hưởng đến sự xuất hiện của các khí gây mùi trong thành phần của khói lò. Khi t0lò 9820C (18000F ) thì sự phát sinh các khí gây mùi như dioxin, furan, các chất hữu cơ bay hơi (VOC) và các chất độc tiềm tàng khác là thấp nhất. c. Nhiệt trị Nhiệt trị của chất thải rắn là lượng nhiệt sinh ra khi đốt hoàn toàn một đơn vị khối lượng CTR (kcal/kg). Nhiệt trị của CTR cần được quan tâm khi ứng dụng công nghệ đốt chất thải nhằm tận dụng năng lượng hoặc đốt kèm với nhiên liệu trong các công nghệ khác như đốt nồi hơi, nung clinker… Nhiệt trị có liên quan đến quá trình sinh nhiệt khi cháy. Nhiệt trị thấp của nhiên liệu rắn, lỏng tính theo công thức của Mendeleep: Q (kcal/kg) = 81C + 300H – 26 (O- S) – 6(9A + W) (Vì thành phần của clo, flo và nitơ thấp nên được bỏ qua trong tính toán nhiệt trị) Trong đó: C, H, O, S, A, A, W là phần trăm trọng lượng của các nguyên tố cacbon, hydro, oxy, lưu huỳnh, tro, ẩm trong chất thải. Nếu CTR có nhiệt trị không đáng kể thì đốt không phải là giải pháp xử lý thích hợp. Nói chung, nếu CTR có nhiệt trị thấp hơn 556 kcal/kg thì không có khả năng đốt. Tuy nhiên, có những trường hợp ngoại lệ. Nhiệt trị một số thành phần của CTR được cho trong bảng sau: Thành phần Nhiệt trị trung bình (kcal/kg) Thực phẩm 1112 Rác làm vườn 1558 CTR sinh hoat 2501 Gỗ 4448 Giấy 4004 Carton 3894 Nhựa dẻo 7788 Cao su 5563 Vải 4194 Da 4194 (Nguồn: Standard Handbook of Hazadous Waste Treatment and Disposal, Mc Graw-Hill) Với công nghệ đốt nhiệt phân, thì nhiệt trị của CTR không phải là yếu tố quan trọng mà nhiệt hoá học có vai trò quan trọng hơn. Khi nhiệt phân chất thải, sinh ra khí gas, khí gas cháy sinh ra nhiệt. d. Năng lượng Năng lượng sinh ra từ quá trình đốt dưới 2 dạng bao gồm nhiệt năng của khí lò và một dạng nhiệt năng khác được chuyển hoá thành nhiệt của thành lò, nhiên liệu thêm vào, tro nhờ quá trình đối lưu, nhiệt, bức xạ... Việc tính toán để dự đoán nhiệt năng của quá trình đốt là rất cần thiết. Vì nhiệt lượng sinh ra trong quá trình đốt có thể được thu hồi nhờ quá trình trao đổi nhiệt từ khí sinh ra có nhiệt độ cao. Nhiệt lượng thu hồi này có thể tận dụng cho các thiết bị tiêu thụ nhiệt: lò hơi, lò luyện kim, lò nung, lò thủy tinh, máy phát điện... 3.1.3. Một số công nghệ đốt chất t
Luận văn liên quan