Đồ án Kỹ thuật đốt bằng lò thùng quay

Kỹ thuật đốt bằng lò thùng quay 1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG Đồ án: KỸ THUẬT ĐỐT BẰNG LÒ THÙNG QUAY TP.Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2012 Kỹ thuật đốt bằng lò thùng quay 2 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................................. 5 Chương I: TỔNG QUAN ........................................................................................................ 6 1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................................... 6 2. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................. 6 3. Mục đích nghiên cứu .................................................................................................... 6 Chương II: PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN ................................................... 7 1. Định nghĩa về chất thải rắn ........................................................................................... 7 1.1. Phân loại chất thải rắn ............................................................................................ 7 2. Mục đích xử lý chất thải rắn ......................................................................................... 8 3. Xử lý chất thải rắn ......................................................................................................... 8 4. Các phương pháp chính xử lý chất thải rắn ................................................................. 9 4.1. Phương pháp vật lý và hóa học: ............................................................................ 9 4.2. Phương pháp sinh học: ........................................................................................ 10 4.3. Phương pháp đóng rắn và ổn định chất thải: ...................................................... 10 4.4. Phương pháp thải bỏ trong các giếng sâu: .......................................................... 11 4.5. Phương pháp chôn lấp an toàn: ........................................................................... 11 4.6. Phương pháp đốt: ................................................................................................. 12 4.7. Phương pháp nhiệt phân: ..................................................................................... 13 4.8. Sử dụng chất thải làm nhiên liệu: ........................................................................ 13 5. Xử lý chất thải bằng công nghệ lò đốt – Phân tích ưu và nhược điểm: ................... 13 Kỹ thuật đốt bằng lò thùng quay 3 5.1. Xử lý chất thải bằng công nghệ lò đốt ................................................................ 13 5.2. Ưu điểm: ............................................................................................................... 15 5.3. Nhược điểm: ......................................................................................................... 16 5.4. Phân loại lò đốt: ................................................................................................... 16 5.4.1. Phân loại theo quy mô đốt: .............................................................................. 16 5.4.2. Phân loại theo kiểu lò đốt chất thải cơ bản: .................................................... 16 Chương III: XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT ..................... 19 1. Khái niệm .................................................................................................................... 19 2. Quá trình đốt chất thải rắn .......................................................................................... 19 2.1. Các nguyên tắc cơ bản của quá trình cháy ......................................................... 20 2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đốt ............................................................. 20 Chương IV: LÒ ĐỐT THÙNG QUAY .............................................................................. 22 1. Lò đốt thùng quay công suất nhỏ ............................................................................... 24 1.1. Thông số hoạt động của lò đốt công suất nhỏ LQ 150: .................................... 24 1.1.1. Đặc điểm kỹ thuật của lò đốt LQ-150 ............................................................. 25 1.1.2. Nguyên tắc và đặc điểm vận hành lò đốt LQ-150 .......................................... 25 1.1.3. Các hạng mục cơ bản của hệ thống lò đốt LQ-150 ........................................ 27 1.1.3.2. Lò đốt thùng quay ......................................................................................... 28 2. Lò đốt thùng quay công suất lớn LQ 10 .................................................................... 30 3. Lò đốt chất thải y tế .................................................................................................... 31 3.1. Định nghĩa chất thải y tế ...................................................................................... 31 3.2. Lò đốt chất thải y tế ............................................................................................. 33 3.3. Làm sạch rác y tế theo công nghệ Nhật Bản tại Việt Nam ............................... 34 3.4. Lò đốt rác y tế hiện đại ở Việt Nam .................................................................... 36 Kỹ thuật đốt bằng lò thùng quay 4 4. Lò đốt di động ............................................................................................................. 37 Chương V: KẾT LUẬN ........................................................................................................ 39 1. Giải pháp công nghệ ................................................................................................... 39 2. Giải pháp quản lý ........................................................................................................ 39 3. Giải pháp kỹ thuật ....................................................................................................... 40 Kỹ thuật đốt bằng lò thùng quay 5 MỞ ĐẦU Hiện nay, cùng với tốc độ phát triển của các khu công nghiệp, vấn đề quản lý chất thải đang là vấn đề “nóng” cho toàn xã hội. Việc quy hoạch các khu sản xuất không đồng bộ với phương án xử lý chất thải gây ra các thiệt hại to lớn cho môi trường và toàn xã hội. Trong khoảng 2 năm trở lại đây, nhà nước đã có nhiều hành động đẩy mạnh công tác quản lý chất thải công nghiệp, đặc biệt là chất thải nguy hại phát sinh từ các nhà máy sản xuất,các bệnh viên,khu chung cư, vv.Ở nước ta áp dụng nhiều phương pháp xử lý chất thải rắn nhưng trong đó phương pháp nhiệt đươc sử dụng nhiều do hiệu quả của nó mang lại . Kỹ thuật đốt bằng lò thùng quay 6 Chương I: TỔNG QUAN 1. Đối tượng nghiên cứu • Chất thải công nghiệp: • Chất thải nguy hại: • Chất thải y tế: 2. Phương pháp nghiên cứu • Phương pháp luận • Phương pháp phân tích • Tìm hiểu sách báo, các trang web 3. Mục đích nghiên cứu Tìm hiểu phương pháp nhiệt và hệ thống đốt trong lò đốt thùng quay. Kỹ thuật đốt bằng lò thùng quay 7 Chương II: PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN 1. Định nghĩa về chất thải rắn Chất thải là loại vật liệu mà người ta thải đi như một thứ vô giá trị. Quan niệm về chất thải thường được xét theo nhận định về giá trị sử dụng đối với người sở hữu nó. Chất thải rắn bao gồm tất cả những chất thải không phải nước thải và khí thải. Vì vậy cái gọi là chất thải rắn có thể là một chất rắn, nửa đặc thậm chí là chất lỏng. 1.1. Phân loại chất thải rắn Có nhiều cách phân loại chất thải rắn như phân loại theo bản chất của chúng, chẳng hạn rác, tro than, xác súc vật chết, rác quét đường. Tuy vậy, cách phân loại phổ biến nhất là phân loại theo nguồn phát thải. Rác thải gia đình: ( rác sinh hoạt) bao gồm các loại chất thải phát sinh trong sinh hoạt gia đình. Chúng bao gồm: rác do chế biến thức ăn, quét dọn nhà cửa, tro bếp và rác dọn vườn, các vật dụng cũ, bao gói, giấy vệ sinh, phân người v.v. Tại các nước phát triển thì chủ yếu là giấy, bao bì, túi ni lông, kinh, kim loại, nhựa, vỏ lon. Chất thải thương mại: bao gồm rác của các cửa hàng, trạm xăng dầu, nhà hàng, khách sạn, kho tàng và chợ. Thành phần chủ yếu là các vật đựng, bao bì và thực phẩm thải bỏ. Tại các nước đang phát triển thì rác chợ chiếm một phần lớn của rác thương mại. Rác chợ có một tỷ lệ chất hữu cơ rất cao do hàng ăn và gánh bán rong vứt ra. Chất thải công sở: bao gồm rác trường học, cơ quan, chất thải bệnh viện, nhà thờ, doanh trại bộ đội, công an. Chất thải cơ quan, trường học thì chủ yếu là giấy. Chất thải của các doanh trại thì giống như rác sinh hoạt gia đình. Kỹ thuật đốt bằng lò thùng quay 8 Chất thải bệnh viện: chứa nhiều chất thải nguy hiểm cho sức khoẻ nhưng tại các nước nghèo vẫn được thu gom cùng với rác sinh hoạt. Rác quét đường: thường chứa nhiều đất bẩn, lá cây, vỏ lon, bao bì. Tuy vậy ở Việt Nam trong rác quét đường vẫn có nhiều rác sinh hoạt trong gia đình, phân người, phân súc vật, xác súc vật chết, bùn nạo vét cống. Chất thải xây dựng: bao gồm gạch ngói vỡ, cát, đất, vôi vữa. Loại chất thải này thường được đổ chất đống ven đường phố hay trong khu dân cư. Chất thải vệ sinh: đang là một vấn đề gay cấn của nước ta do sự yếu kém của hệ thống cống rãnh và nhà tiêu. Phân người tại các bể phốt của hố xí tự hoại, bán tự hoại, hố xí thùng, bùn nạo vét cống chưa được thu gom và vận chuyển đúng quy định. Việc thu dọn phân người vào ban đêm chưa được kiểm soát chặt chẽ do đó một số công nhân vệ sinh vẫn đổ phân lung tung vào những nơi không được phép. Chất thải công nghiệp: bao gồm nhiều chủng loại được phát sinh trong quá trình hoạt động sản xuất của nhà máy, xí nghiệp. Chúng có thể là bao bì, phế thải chế biến thực phẩm, kim loại, vải sợi, nhựa, tro than, dầu mỡ, hoá chất thải bỏ v.v. Các xí nghiệplớn thường có hợp đồng thu gom và vận chuyển riêng. Còn các xí nghiệp nhỏ nhiều khi đổ chất thải của mình vào chung với rác sinh hoạt. Việt Nam vẫn chưa có hệ thống xử lý rác độc hại riêng. 2. Mục đích xử lý chất thải rắn • Tái sử dụng và tái sinh chất thải. • Không làm phát tán các chất gây nguy hại vào môi trường. • Chuyển từ các chất đọc hại thành các chất ít độc hại hơn hay vô hại. • Giảm thề tích chất thải trước khi chôn lấp. 3. Xử lý chất thải rắn • Việc lựa chọn phương pháp, công nghệ xử lý dựa trên một số tiêu chí: • Khối lượng, thành phần, đặc tính của chất thải rắn. • Điều kiện kinh tế, hạ tầng của địa phương. Kỹ thuật đốt bằng lò thùng quay 9 • Hiệu quả của công nghệ xử lý (đầu tư, bảo hành, bảo dưỡng, sản phẩm). • Đặc điểm của nguồn tiếp nhận. • Tiêu chuẩn môi trường. 4. Các phương pháp chính xử lý chất thải rắn Sơ đồ: phương pháp chính xử lý chất thải rắn 4.1. Phương pháp vật lý và hóa học: Nhiệt Sinh học Thiêu đốt Hóa khí Kỵ khí Hiếu khí MBT Cơ học Tuyển theo kích thước Tuyển từ Tuyển với kỹ thuất cao Đập Rửa Băm/ nghiền Phân loại Tuyển trọng lực Các phương pháp xử lý chất thải rắn Chôn lấp Kỹ thuật đốt bằng lò thùng quay 10 Thành phần nguy hại được tách ra khỏi khối chất thải bằng phương pháp tách pha (phương pháp hóa học) hay thay đổi tính chất hóa học của chất thải để chuyển nó thành chất thải không nguy hại. Lọc: là phương pháp tách hạt rắn từ dòng lưu chất (khí, lỏng hay nhão) khi đi qua môi trường vật liệu lọc. Các hạt rắn sẽ được giữ lại vật liệu lọc. Quá trình lọc có thể được thực hiện nhờ chênh lệch áp suất gây bởi trọng lực, lực ly tâm, áp suất chân không, áp suất dư. Kết tủa: là quá trình chuyển chất hòa tan thành dạng chất không tan bằng các hóa học tạo tủa hay thay đổi thành phần hóa chất trong dung dịch, thay đổi điều kiện vật lý của môi trường (hạ nhiệt độ) để làm giảm độ hòa tan của hóa chất, phần không tan sẽ kết tinh. Phương pháp kết tủa thường dùng kết hợp với các quá trình tách chất rắn như lắng cặn, ly tâm và lọc. Oxy hóa khử: để thực hiện quá trình oxy hóa khử, người ta trộn chất thải với hóa chất xử lý (tác nhân oxy hóa hay khử) hay cho tiếp xúc các hóa chất ở dạng dung dịch với hóa chất ở thể khí. 4.2. Phương pháp sinh học: Chất thải cũng có thể xử lý bằng phương pháp sinh học ở điều kiện hiếu khí và yếm khí như chất thải thông thường. Tuy nhiên, chủng loại vi sinh bổ sung phải thích hợp và điều kiện tiến hành phải kiểm soát chặt chẽ. Quá trình hiếu khí: là quá trình hoạt động của vi sinh vật chuyển chất hữu cơ thành chất vô cơ trong điều kiện có oxy. Sản phẩm của quá trình là CO2 và H2O. Quá trình yếm khí: là quá trình khoáng hóa nhờ vi sinh vật ở điều kiện không có oxy. Sản phẩm từ quá trình này chủ yếu là CH4, CO2, H2, N2, H2S, NH3. 4.3. Phương pháp đóng rắn và ổn định chất thải: Kỹ thuật đốt bằng lò thùng quay 11 Đóng rắn là quá trình bổ sung vật liệu vào chất thải để tạo thành khối rắn. Trong đó có thể có các liên kết hoá học giữa chất độc hại và phụ gia làm cố định hoá học, triệt tiêu tính lưu động hay cô lập các thành phần ô nhiễm bằng lớp vỏ bền vững tạo thành một khối nguyên có tính toàn vẹn cấu trúc cao. Ổn định là quá trình chuyển chất thải thành dạng ổn định hoá học hơn. Thuật ngữ này cũng bao gồm cả đóng rắn nhưng cũng bao gồm cả sử dụng các phản ưng hoá học để biến đổi các thành phần chất độc hại thành chất mới không độc. Chất kết dính vô cơ thường dùng là ximăng, vôi, pozzolan, thạch cao, silicat. Chất kết dính hữu cơ thường dùng là epoxy, polyester, nhực asphalt, polyolefin, ure formaldehyde 4.4. Phương pháp thải bỏ trong các giếng sâu: Chất thải dạng lỏng được bơm qua các đường ống để xuống các địa tầng xốp và khô hoặc khe nứt của các vùng đá phía dưới cách xa tầng ngầm nước do bản chất không thấm của tầng đá. Phương pháp này không được ứng dụng rộng rãi do các hạn chế sau:  Chỉ áp dụng cho chất thải dạng lỏng  Chi phí khảo sát địa tầng khu vực dự định thải bỏ là rất lớn, đòi hỏi độ chính xác cao, phải áp dụng các phương pháp và công cụ khảo sát hiện đại mới có thể loại bỏ hết những khả năng gây ô nhiễm của chất thải nguy hại. 4.5. Phương pháp chôn lấp an toàn: Hiện nay, phương pháp thải bỏ thông dụng nhất là chôn lấp an toàn. Chôn lấp là biện pháp cô lập chất thải nhằm giảm thiểu khả năng phát tán chất thải vào môi trường. Trong quá trình thải bỏ chất nguy hại, người ta phải kiểm soát được các phản ứng xảy ra, các chất sinh ra trong khu vực thải và môi trường xung quanh; thực hiện giám sát môi trường; bảo trì cho bãi thải sau khi đóng cửa nhằm tránh tiếp xúc chất nguy hại với môi Kỹ thuật đốt bằng lò thùng quay 12 trường trong mọi tình huống kể cả khi có sự cố. Có một số nguyên tắc cần phải được tuân thủ trong khi chôn lấp chất thải, thiết kế và vận hành bãi chôn lấp như sau:  Lựa chọn vị trí bãi chôn lấp: xem xét đến các vấn đề về địa hình, thổ nhưỡng, thủy văn, các điều kiện khí hậu, môi trường của địa phương; bố trí mặt bằng của khu vực, đảm bảo khoảng cách đến các công trình liên quan, khoảng cách vận chuyển. Hạn chế đặt gần khu dân cư, sân bay, khu ruộng trồng lương thực, đất ướt, đất nứt, vùng có nguy cơ động đất và khu vực không ổn định, gần sông suối, các nguồn nước sử dụng trong sinh hoạt.  Nguyên tắc thiết kế bãi chôn lấp: Các chất thải độc hại khi tiếp xúc với nhau có thể sinh ra các chất có tính độc hại cao hơn hay có thể xảy ra phản ứng tạo thành các chất ô nhiễm, cho nên cần thiết kế các ngăn chôn lấp riêng biệt đối với từng chất để chúng không có cơ hội kết hợp với nhau.  Quy tắc vận hành bãi chôn lấp: Trong khi bãi đang hoạt động, cần có biện pháp kiểm soát các tác nhân gây bệnh, các khí sinh ra, nước rò rỉ, nước chảy qua, nước chảy tràn, nước thấm. Thực hiện chương trình giám sát môi trường: chất lượng nước ngầm xung quanh khu vực bãi chôn lấp, các loại khí độc và dễ cháy,… khi vận hành cũng như sau khi đóng cửa bãi chôn lấp và duy trì cho đến vài chục năm sau.  Xây dựng và thực hiện chương trình sửa chữa, hiệu chỉnh bãi chôn lấp: Phải có biện pháp hiệu chỉnh kịp thời nếu phát hiện có sự cố kỹ thuật.  Bảo hiểm bãi chôn lấp sau khi đóng cửa. 4.6. Phương pháp đốt: Quá trình đốt là một quá trình biến đổi chất thải rắn dưới tác dụng của nhiệt và quá trình oxy hóa hoá học. Bằng cách đốt chất thải ta có thể giảm thể tích của nó đến 80-90%. Nhiệt độ buồng đốt phải cao hơn 800oC. Sản phẩm sau cùng bao gồm khí có nhiệt độ cao bao gồm nitơ và cacbonic, hơi nước, và tro. Năng lượng có thể thu hồi được từ quá trình Kỹ thuật đốt bằng lò thùng quay 13 trao đổi nhiệt do khí sinh ra có nhiệt độ cao. Riêng chất thải nguy hại dạng lỏng được đốt trực tiếp trong lò đốt bằng cách phun vào vùng ngọn lửa hay vùng cháy của lò phụ thuộc vào nhiệt trị chất thải. Lò đốt được duy trì nhiệt độ khoảng trên 1000oC. Thời gian lưu của chất thải lỏng trong lò từ vài phần giây đến 2,5 giây. Ngoài ra, người ta còn sử dụng xúc tác cho vào lò đốt để tăng cường tốc độ oxy hoá chất thải ở nhiệt độ thấp hơn 4.7. Phương pháp nhiệt phân: Nhiệt phân là quá trình phân hủy hay biến đổi hoá học chất thải rắn xảy ra do nung nóng trong điều kiện không có sự tham gia của oxy và tạo ra sản phẩm cuối cùng của quá trình biến đổi chất thải rắn là các chất dưới dạng rắn, lỏng và khí. Quá trình nhiệt phân gồm hai giai đoạn. Giai đoạn một là quá trình khí hoá, trong đó chất thải được gia nhiệt để tách thành phần dễ bay hơi như khí cháy, hơi nước… ra khỏi thành phần cháy không hoá hơi và tro. Giai đoạn hai các thành phần bay hơi được đốt ở điều kiện phù hợp để tiêu hủy hết các cấu tử nguy hại. Nhiệt phân bằng hồ quang – plasma là thực hiện quá trình đốt ở nhiệt độ cao (có thể đến 10.000oC) để tiêu hủy chất thải có tính độc cực mạnh. Sản phẩm là khí H2 và CO, khí axit và tro. 4.8. Sử dụng chất thải làm nhiên liệu: Đây là phương pháp tiêu hủy chất thải bằng cách đốt cùng với các nhiên liệu thông thường khác để tận dụng nhiệt cho các thiết bị tiêu thụ nhiệt: nồi hơi, lò nung, lò luyện kim, lò nấu thủy tinh, lò nung clinker,…Lượng chất thải bổ sung vào lò đốt có thể chiếm 12-25% tổng lượng nhiên liệu. 5. Xử lý chất thải bằng công nghệ lò đốt – Phân tích ưu và nhược điểm. 5.1. Xử lý chất thải bằng công nghệ lò đốt Nếu đi theo thứ tự các phương pháp xử lý chất thải nguy hại liệt kê phía trên thì phương các phương pháp vật lý, hóa học hay sinh học khá khó thực hiện trong thực tế vì tính phức tạp trong vận hành và đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ. Ngoài ra chúng cần phương Kỹ thuật đốt bằng lò thùng quay 14 án tiếp tục xử lý cho các sản phẩm sau quá trình xử lý đó. Các phương án hóa rắn và chôn lấp an toàn cần có quỹ đất lớn (điều này hoàn toàn không khả thi trong tình trạng dân số tăng chóng mặt như hiện nay) và chi phí đầu tư lớn nếu thực sự làm đúng bài bản để không rò rỉ chất thải vào môi trường đất, nước. Thực tế là cho đến hiện nay, Việt Nam chưa có được bãi chôn lấp chất thải nào đạt tiêu chuẩn an toàn. Còn việc dùng chất thải làm nhiên liệu trong sản xuất thì đòi hỏi công nghệ sản xuất phải tiên tiến và các biện pháp vận hành, giám sát phải cực kỳ nghiêm túc. Bằng chứng là trong thực tế, xử lý chất thải trong lò nung ximăng chỉ mới thực hiện được tại nhà máy ximang Holcim Hòn Chông mặc dù một số nhà máy ximăng khác cũng đã có kế hoạch thực hiện dự án này khá lâu nhưng do giới hạn về công nghệ và kinh nghiệm quản lý nên chưa thể triển khai được. Như vậy, xét đến thời điểm hiện tại, lò đốt xử lý chất thải nguy hại vẫn là phương án khả thi và áp dụng rộng rãi nhất. Từ rất lâu, con người đã biết sử dụng nhiệt để tiêu hủy chất thải phát sinh do sinh hoạt và hoạt động sản xuất của mình gây ra. Đầu tiên chỉ là đổ đống rồi châm lửa đốt, sau đó kiểu lò đốt một cấp đơn giản được hình thành với bộ phận cấp khí từ phía dưới và khói được thải qua ống khói. Ng