Đề tài Nghiên cứu đề xuất quy trình vận hành lò đốt đa năng các loại chất thải công nghiệp nguy hại trên lò nhiệt phân tĩnh

tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM - Buồng sơ cấp hay còn gọi là buồng nhiệt phân có thể tích: 0.054m3, nhiệt độ làm việc được điều khiển tự động. Buồng thứ cấp có thể tích 0.072m3. Với lượng chất thải mỗi mẻ đốt thử nghiệm là 2.5kg rác thì năng suất đốt của mô hình tương đương 20kg/m3 tổng buồng lò đốt/giờ và 35kg/m3 buồng lò thứ cấp/giờ. - Cấp nhiệt cho buồng sơ cấp là béc đốt sử dụng nhiên liệu khí hoá lỏng, còn buồng thứ cấp là béc đốt dầu DO. Cả hai buồng đều có thiết bị điều khiển nhiệt độ tự động, quạt Q1, Q2 dùng để cấp khí cho buồng sơ cấp và thứ cấp, có van điều khiển lưu lượng gió. Tấm ghi lò của buồng sơ cấp được khoan các lỗ nhỏ, đưa rác vào nhiệt phân để lên mặt trên ghi, còn không khí được cấp từ phía dưới đáy ghi lò đi lên phân phối qua lỗ ghi lò. Sau buồng thứ cấp có thiết bị giải nhiệt bằng không khí, nhằm làm giảm nhiệt độ khí thải, trước khi qua ống khói, hoặc trước lúc vào hệ thống xử lý khí thải. Từ các kết quả nghiên cứu thực nghiệm sẽ xác định năng suất đốt thực cho mỗi loại rác trong các điều kiện thực nghiệm cụ thể. 4.2.1.3 Cách đo mẫu 1. Tại vị trí sau buồng nhiệt phân: đo các chỉ tiêu trong thành phần khí gas trong buồng nhiệt phân như: O2, CH4 (CxHy), CO, CO2, nhiệt độ buồng nhiệt phân, để theo dõi diễn biến của quá trình nhiệt phân có liên quan như thế nào tới chất lượng khí gas, nhiệt độ nhiệt phân ở các chế độ thí nghiệm thay đổi. 2. Tại vị trí sau buồng đốt thứ cấp: đo lưu lượng khí thải và các chỉ tiêu CO, CO2, O2, SO2, NOx để đánh giá hiệu quả cháy và hiệu quả xử lý bằng phương pháp đốt. Đo 5 giai đoạn kể từ sau khi nạp rác, mỗi giai đoạn đo 5 phút, lấy kết quả trung bình 5 lần đo trong mỗi giai đoạn (TBi), mỗi giai đoạn đo cách nhau 2 phút. 4.2.1.4 Phương pháp tiến hành thí nghiệm Tiến hành nghiên cứu trên mô hình lò đốt (hình 4.11) như sau: sau khi đã chuẩn bị xong mẫu chất thải, tiến hành khởi động để sấy các buồng đốt sơ cấp và thứ cấp của lò đốt. Khi nhiệt độ buồng đốt thứ cấp đạt 1100  500C (buồng thứ cấp được duy trì ở nhiệt độ này theo chế độ cài đặt tự động), và nhiệt độ của buồng sơ cấp đạt được nhiệt độ cần thiết theo chế độ thí nghiệm thì ngưng cấp nhiệt cho buồng thứ sơ cấp, tiến Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 60 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM hành nạp rác vào buồng nhiệt phân, mở van cấp khí cho buồng sơ cấp. Quá trình nhiệt phân và đốt đã xảy ra, đồng thời tiến hành nhiệm vụ đo các chỉ tiêu cần thiết tại buồng sơ cấp và thứ cấp như đã nêu ở mục 4.2.1.3. Tiến hành thí nghiệm ở các chế độ nhiệt phân như sau: Chế độ 1: 3500C; Chế độ 2: 4500C; Chế độ 3: 5500C; Mỗi chế độ nhiệt độ lại được thực hiện ở các chế độ cấp khí thay đổi,  = 0.2; 0.4 tương đương với 20; 40% O2 4.2.2 Nguyên liệu Rác hỗn hợp. 4.2.3 Kết quả nghiên cứu 4.2.3.1 Nghiên cứu tại buồng sơ cấp Kết quả nhiệt phân rác hỗn hợp rác hỗn hợp được đưa ra từ bảng 4.1 – 4.6 Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 61 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM Bảng 4.1 Chế độ nhiệt phân: 3500C – 20%Ôxy Thời gian Nhiệt độ CH4 CO CO2 O2 (phút) ( 0 C) (%) 0,11 350,00 0,49 1,19 1,00 4.8 5,09 317,52 6,76 5,75 0,79 2.4 10,08 332,15 7,69 2,08 0,91 1.5 15,06 310,30 9,02 1,31 0,87 1.2 20,04 310,09 8,43 1,63 0,83 1.7 25,03 334,94 7,55 2,18 0,80 1.8 30,01 378,56 6,13 3,27 0,79 1.5 35,10 408,55 4,12 5,02 0,88 1.6 40,08 425,24 1,76 5,70 0,69 2.5 45,07 400,72 1,18 5,20 0,30 2.1 50,05 405,45 0,74 4,66 0,12 3.5 55,03 393,72 0,74 4,12 0,78 3.3 56,44 368,23 0,59 3,99 0,28 5.2 Trung bình 353,05 4,91 3,47 0,68 2.55 Bảng 4.2 Chế độ nhiệt phân: 3500C – 40%Ôxy Thời gian Nhiệt độ CH4 CO CO2 O2 (phút) ( 0 C) (%) 0,10 350,00 0,24 0,31 1,49 5.5 4,70 294,06 5,69 0,96 1,47 2.8 9,30 295,84 6,76 1,01 1,49 1.0 13,90 346,76 2,01 3,57 1,48 1.4 18,50 372,19 1,96 3,63 1,48 2.0 23,10 431,34 1,29 4,39 1,47 1.9 27,70 428,24 2,03 3,54 1,47 1,9 32,40 414,47 1,94 3,66 1,49 2,1 37,00 449,49 0,86 4,76 1,46 3.2 41,60 442,34 0,57 4,61 1,36 2.7 46,20 438,92 0,36 4,54 1,27 5.8 Trung bình 386,54 2,23 3,36 1,40 3.57 Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 62 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM Bảng 4.3 Chế độ nhiệt phân: 4500C – 20%Ôxy Thời gian Nhiệt độ CxHy CO CO2 O2 (phút) ( 0 C) (%) 0,09 452,15 0,07 0,96 0,27 5.8 4,11 418,23 6,98 9,57 2,17 1.8 8,14 397,67 8,72 9,74 2,54 2.0 12,16 443,48 11,18 8,50 2,12 0.6 16,19 497,73 10,13 9,30 2,21 1.0 20,21 522,00 8,55 9,89 2,28 0.9 24,24 538,07 6,05 9,34 2,13 1.2 28,35 492,80 3,17 6,66 1,69 2.6 32,38 497,52 1,88 5,03 1,06 3.2 36,40 473,68 1,37 3,80 0,83 3.3 40,43 451,07 1,03 2,89 0,81 3.8 Trung bình 462,93 5,43 7,01 1,64 2.38 Bảng 4.4 Chế độ nhiệt phân: 4500C – 40%Ôxy Thời gian Nhiệt độ CxHy CO CO2 O2 (phút) ( 0 C) (%) 0,08 450,00 0,12 0,67 2,98 5.9 3,72 401,39 2,64 4,07 3,33 4.5 7,36 408,00 6,93 1,83 3,57 4.3 11,00 506,02 2,05 5,82 3,31 4.1 14,65 518,68 3,55 1,98 3,39 5.2 18,29 520,38 3,43 2,20 3,38 4.7 21,93 534,48 2,44 4,64 3,31 3.8 25,65 548,15 1,42 7,72 3,26 4.6 29,29 522,55 0,92 4,03 3,22 4.6 32,93 492,21 1,22 2,06 3,27 5.7 36,58 500,33 0,17 2,49 3,03 5.6 Trung bình 492,29 1,98 4,05 3,23 4.8 Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 63 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM Bảng 4.5 Chế độ nhiệt phân: 5500C – 20%Ôxy Thời gian Nhiệt độ CxHy CO CO2 O2 (phút) ( 0 C) (%) 0,07 550,00 0,73 0,24 1,00 5.0 3,25 462,05 4,91 8,76 0,79 2.0 6,43 500,83 7,27 12,82 0,91 1.0 9,61 529,18 7,23 12,83 0,87 1.3 12,80 568,59 7,51 12,78 0,83 1.0 15,98 600,59 6,05 13,53 0,80 0.9 19,16 607,12 4,43 14,05 0,79 1.2 22,41 601,62 2,48 10,44 0,88 2.0 25,59 592,81 0,57 10,26 0,73 1.9 28,77 589,73 0,57 10,78 0,68 1.4 31,96 572,50 0,49 10,45 0,75 3.0 Trung bình 556,29 3,89 11,45 0,76 1.88 Bảng 4.6 Chế độ nhiệt phân: 5500C – 40%Ôxy Thời gian Nhiệt độ CxHy CO CO2 O2 (phút) ( 0 C) (%) 0,06 550,00 0,36 0,49 4,68 6.3 2,94 432,51 0,44 9,76 4,61 3.4 5,81 514,65 4,18 7,65 4,66 1.7 8,69 593,40 1,68 8,78 4,65 2.8 11,56 604,35 1,42 9,72 4,63 1.6 14,44 614,94 1,18 10,50 3,31 2.8 17,31 610,63 0,86 10,08 4,62 2.5 20,25 607,11 1,22 8,10 4,65 2.9 23,13 602,42 0,52 8,51 4,59 3.6 26,00 605,91 0,30 7,97 4,56 4.8 28,88 582,55 0,28 7,39 4,59 4.4 Trung bình 568,93 1,17 8,44 4,52 3.35 Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 64 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM Các chế độ thí nghiệm Chế độ 1: nhiệt phân bắt đầu ở 3500C, thí nghiệm 1, 2:  = 0.2 – 0.4 Kết quả như trong bảng 4.1 và 4.2, biểu diễn trên đồ thị hình 4.12 – 4.16 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 56 Thời gian (phút) Nồ ng độ O 2 , C O, C O 2 , C xH y (% ) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Nh iệt độ , 0 C O2 CO2 CO CH4 nhiệt độ Hình 4.12 Diễn biến nhiệt độ, CO, CO2, CxHy, O2 trong quá trình nhiệt phân ở 350 0 C,  = 20% 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 5 9 14 19 23 28 32 37 42 46 Thời gian (phút) Nồ ng đ ộ O 2 , C O, C O 2 , C xH y (% ) 0 50 100 150 200 250 300 350 40 45 50 Nh iệt đ ộ, 0 C O2 CO2 CO CH4 nhiệt độ Hình 4.13 Diễn biến nhiệt độ, CO, CO2, CxHy, O2 trong quá trình nhiệt phân ở 350 0 C,  = 40% Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 65 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM 200 250 300 350 400 450 500 0 10 20 30 40 50 60 Thời gian, phút Nh iệ t đ ộ, 0 C 20% 40% Hình 4.14 Diễn biến nhiệt độ tại buồng sơ cấp trong quá trình nhiệt phân ở 350 0 C,  = 20, 40% 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 10 20 30 40 50 60 Thời gian, phút O 2, % 20% 40% Hình 4.15 Diễn biến nồng độ oxy tại buồng sơ cấp trong quá trình nhiệt phân ở 350 0 C,  = 20, 40% Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 66 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 O2 (%) C x H y (% ) 20% 40% Poly. (20%) Poly. (40%) Hình 4.16 Diễn biến nồng độ khí gas theo oxy tự do tại buồng sơ cấp trong quá trình nhiệt phân ở 350 0 C,  = 20, 40% Nhận xét: Ở nhiệt độ 3500C, diễn biến nhiệt độ tại buồng sơ cấp như trong hình 4.14 và nhiệt độ trung bình  3550C ( = 0.2) và 3850C ( = 0.4), điều này là do khi cấp khí vào, xảy ra quá trình tự cháy, một phần sinh ra nhiệt làm tăng nhiệt độ; khi  tăng thì độ chênh lệch nhiệt độ tăng nhiều hơn. Ở cùng nhiệt độ tiến hành nhiệt phân 3500C nhận thấy, khi cấp khí tăng ( tăng) thì thời gian kết thúc một mẻ đốt giảm (bảng 4.1 – 4.2) 56 phút khi  = 0.2 và 46 phút khi  = 0.4. Khi  tăng còn làm cho nồng độ CH4 sinh ra giảm một cách đáng kể (hình 4.16), hàm lượng trung bình của CH4 trong khí gas được đưa lên buồng thứ cấp tương ứng với  = 0.2 – 0.4, là 4.91 – 2.23% (thể tích). Biến thiên nồng độ oxy theo thời gian trong buồng nhiệt phân như hình 4.15, nồng độ oxy bắt đầu giảm dần sau khi đốt, sau một thời gian khi gần hết một mẻ đốt nồng độ oxy lại tăng lên gần bằng giá trị ban đầu. Nhận thấy thành phần khí gas sinh ra giàu chất cháy CH4 tập trung nhiều trong khoảng oxy dao động từ 1 – 3% (đúng cho Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 67 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM cả 2 trường hợp  = 0.2 – 0.4). Nồng độ CH4 lớn nhất là 9.02% ( = 0.2) với nồng độ oxy bằng 1.2% và CH4 lớn nhất là 6.76% ( = 0.4) với oxy bằng 1.0%. Chế độ 2: nhiệt phân bắt đầu ở 4500C, thí nghiệm 1, 2:  = 0.2 – 0.4 Kết quả như trong bảng 4.3 và 4.4, biểu diễn trên đồ thị hình 4.17 – 4.21 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 Thời gian (phút) Nồ ng độ O 2 , C O, C O 2 , C xH y (% ) 0 100 200 300 400 500 600 Nh iệt độ , 0 C O2 CO2 CO CH4 nhiệt độ Hình 4.17 Diễn biến nhiệt độ, CO, CO2, CxHy, O2 trong quá trình nhiệt phân ở 450 0 C,  = 20% Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 68 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 4 7 11 15 18 22 26 29 33 37 Thời gian (phút) Nồ ng đ ộ O 2 , C O, C O 2 , C xH y (% ) 0 100 200 300 400 500 600 Nh iệt đ ộ, 0 C O2 CO2 CO CH4 nhiệt độ Hình 4.18 Diễn biến nhiệt độ, CO, CO2, CxHy, O2 trong quá trình nhiệt phân ở 450 0 C,  = 40% 200 250 300 350 400 450 500 550 600 0 10 20 30 40 50 Thời gian, phút Nh iệ t đ ộ, 0 C 20% 40% Hình 4.19 Diễn biến nhiệt độ tại buồng sơ cấp trong quá trình nhiệt phân ở 450 0 C,  = 20, 40% Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 69 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 10 20 30 40 50 Thời gian, phút O 2, % 20% 40% Hình 4.20 Diễn biến nồng độ oxy tại buồng sơ cấp trong quá trình nhiệt phân ở 450 0 C,  = 20, 40% 0 4 6 8 10 12 0 1 2 3 4 5 6 7 O2 (%) C x H y (% ) 20% 40% Poly. (20%) Poly. (40%) Hình 4.21 Diễn biến nồng độ khí gas theo oxy tự do tại buồng sơ cấp trong quá trình nhiệt phân ở 4500C,  = 20, 40% Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 70 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM Nhận xét: Ở nhiệt độ 4500C, diễn biến nhiệt độ tại buồng sơ cấp như trong hình 4.19 và sự gia tăng nhiệt độ trung bình  462.930C ( = 0.2) và 492.290C ( = 0.4), tương tự như ở nhiệt độ 3500C, sự chênh lệch nhiệt độ này là do quá trình cấp khí ban đầu, khi  tăng thì độ chênh lệch nhiệt độ tăng nhiều hơn. Khi nhiệt độ tăng (từ 3500C - 4500C) thì chênh lệch nhiệt độ cũng tăng theo. Giống với điều kiện nhiệt phân 3500C, ở cùng nhiệt độ tiến hành nhiệt phân 450 0C nhận thấy, khi cấp khí tăng ( tăng) thì thời gian kết thúc một mẻ đốt giảm (bảng 4.3 – 4.4) 41 phút khi  = 0.2 và 37 phút khi  = 0.4. Nhiệt độ tăng còn làm cho thời gian kết thúc một mẻ nhiệt phân giảm, do nhiệt độ càng cao thì sự bẽ gãy mạch càng sâu. Khi  tăng nồng độ CH4 sinh ra giảm mạnh (hình 4.21), hàm lượng trung bình của CH4 trong khí gas được đưa lên buồng thứ cấp tương ứng với  = 0.2 – 0.4, là 5.43 – 1.98% (thể tích). Biến thiên nồng độ oxy theo thời gian trong buồng nhiệt phân như hình 4.20. Nhận thấy nồng độ CH4 tập trung nhiều trong khoảng oxy dao động từ 1 – 3% đối với  = 0.2 và 4 – 5% đối với  = 0.4; Nồng độ CH4 lớn nhất là 11.18% ( = 0.2) với nồng độ oxy bằng 0.6% và CH4 lớn nhất là 6.93% ( = 0.4) với oxy bằng 4.3%. Chế độ 3: nhiệt phân bắt đầu ở 5500C, thí nghiệm 1, 2:  = 0.2 – 0.4 Kết quả như trong bảng 4.5 và 4.6, biểu diễn trên đồ thị hình 4.22 – 4.26 Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 71 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 3 6 10 13 16 19 22 26 29 32 Thời gian (phút) Nồ ng độ O 2 , C O, C O 2 , C xH y (% ) 0 100 200 300 400 500 600 700 Nh iệt độ , 0 C O2 CO2 CO CH4 nhiệt độ Hình 4.22 Diễn biến nhiệt độ, CO, CO2, CxHy, O2 trong quá trình nhiệt phân ở 550 0 C,  = 20% 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 3 6 9 12 14 17 20 23 26 29 Thời gian (phút) Nồ ng đ ộ O 2 , C O, C O 2 , C xH y (% ) 0 100 200 300 400 500 600 700 Nh iệt đ ộ, 0 C O2 CO2 CO CH4 nhiệt độ Hình 4.23 Diễn biến nhiệt độ, CO, CO2, CxHy, O2 trong quá trình nhiệt phân ở 550 0 C,  = 40% Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 72 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 0 10 20 30 40 Thời gian, phút Nh iệ t đ ộ, 0 C 20% 40% Hình 4.24 Diễn biến nhiệt độ tại buồng sơ cấp trong quá trình nhiệt phân ở 550 0 C,  = 20, 40% 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 10 20 30 40 Thời gian, phút O 2, % 20% 40% Hình 4.25 Diễn biến nồng độ oxy tại buồng sơ cấp trong quá trình nhiệt phân ở 550 0 C,  = 20, 40% Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 73 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 O2 (%) C x H y (% ) 20% 40% Poly. (20%) Poly. (40%) Hình 4.26 Diễn biến nồng độ khí gas theo oxy tự do tại buồng sơ cấp trong quá trình nhiệt phân ở 5500C,  = 20, 40% Nhận xét: Tương tự với 2 chế độ thí nghiệm trên: ở nhiệt độ 5500C, diễn biến nhiệt độ tại buồng sơ cấp như trong hình 4.22 và sự gia tăng nhiệt độ trung bình  556.290C ( = 0.2) và 568.93 0 C ( = 0.4), tương tự như ở nhiệt độ 3500C, sự chênh lệch nhiệt độ này là do quá trình cấp khí ban đầu, khi  tăng thì độ chênh lệch nhiệt độ tăng nhiều hơn. Ở cùng nhiệt độ tiến hành nhiệt phân 5500C nhận thấy, khi cấp khí tăng ( tăng) thì thời gian kết thúc một mẻ đốt giảm (bảng 4.5 – 4.6) 32 phút khi  = 0.2 và 29 phút khi  = 0.4 Khi  tăng nồng độ CH4 sinh ra giảm mạnh (hình 4.26), hàm lượng trung bình của CH4 trong khí gas được đưa lên buồng thứ cấp tương ứng với  = 0.2 – 0.4, là 3.89 – 1.17% (thể tích). Biến thiên nồng độ oxy theo thời gian trong buồng nhiệt phân như hình 4.25. Nhận thấy nồng độ CH4 tập trung nhiều trong khoảng oxy dao động từ 1 – 3% đối với Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 74 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM  = 0.2 – 0.4; Nồng độ CH4 lớn nhất là 7.51% ( = 0.2) với nồng độ oxy bằng 1.0% và CH4 lớn nhất là 4.18% ( = 0.4) với oxy bằng 1.7%  Nhận xét chung:  Biến thiên nhiệt độ: từ các kết quả nghiên cứu ta ghi nhận được diễn biến nhiệt độ theo thời gian có dạng như sau: - Giai đoạn 1: ngay sau khi nạp rác nhiệt độ buồng nhiệt phân giảm xuống khoảng 10 – 15% so với nhiệt độ ban đầu do lượng nhiệt buồng lò bị tiêu hao một phần để sấy rác và một phần bị mất do mở cửa buồng lò, đường biểu diễn nhiệt độ đi xuống. - Giai đoạn 2: nhiệt độ của buồng nhiệt phân bắt đầu tăng lên (tốc độ gia tăng nhiệt độ phụ thuộc vào nhiệt độ ban đầu cấp cho buồng đốt và lượng cấp khí). Đây là giai đoạn khí gas tăng mạnh nhất - Giai đoạn 3: sau một thời gian nhiệt độ buồng nhiệt phân giảm mạnh vì quá trình nhiệt phân rác giảm dần và bắt đầu chuyển sang giai đoạn đốt cặn carbon. Cụ thể: khi ở chế độ thí nghiệm 1: 3500C – 20% không khí, nhiệt độ giảm từ 350 0C xuống còn 3100C trong thời gian 20 phút đầu kể từ khi nạp rác. Sau đó nhiệt độ tăng dần lên đến 4250C. Quá trình biến đổi nhiệt độ ở giai đoạn 2 – 3 được giải thích như sau: hệ số cấp khí được duy trì không đổi theo thời gian nhiệt phân nhưng lượng rác thì giảm dần do quá trình khí hoá, như vậy  đã tăng dần lên, làm nhiệt độ buồng nhiệt phân tăng dần lên (do đang ở trong vùng hiếu khí), tới thời điểm nhất định ( = 1), nhiệt độ nhiệt phân giảm, chất hữu cơ khí hoá hết,  > 1 (vùng dư khí). Ngoài ra ta còn nhận thấy, ở cùng một chế độ cấp khí , khi nhiệt độ tiến hành nhiệt phân tăng thì thời gian kết thúc nhiệt phân giảm. Tất cả những diễn biến trên của nhiệt độ nhiệt phân thì phù hợp trong các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trước đây. Do đó ta có thể dùng nhiệt độ nhiệt phân như là một yếu tố để kiểm soát quá trình nhiệt phân và đốt chất thải. Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 75 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM  Diễn biến oxy tự do và chế độ cấp khí tại buồng sơ cấp: từ các kết quả nghiên cứu và đồ thị (hình 4.15 – 4.20 – 4.25) ta ghi nhận được diễn biến oxy theo thời gian có dạng như sau: - Giai đoạn 1: ngay sau khi nạp rác nồng độ oxy trong buồng nhiệt phân giảm xuống do lượng oxy bị tiêu hao để đốt rác, khi hoá gas. Sau đó nồng độ oxy luôn dao động trong một khoảng nhất định. - Giai đoạn 2: sau một thời gian nồng độ oxy bắt đầu tăng trở lại vì quá trình nhiệt phân rác giảm dần và bắt đầu chuyển sang giai đoạn đốt cặn carbon. Kết quả nghiên cứu ở 3 chế độ thí nghiệm cho thấy: ở cùng một nhiệt độ tiến hành nhiệt phân, khi cấp khí tăng ( tăng) thì thời gian kết thúc của một mẻ đốt giảm, hàm lượng trung bình của CH4 trong khí gas được đưa lên buồng thứ cấp giảm. Ở điều kiện cùng chế độ cấp khí , nhiệt độ thay đổi. Ví dụ: chế độ cấp khí  = 0.2, nhiệt độ nhiệt phân tăng 350 – 450 – 5500C, hàm lượng trung bình của CH4 trong khí gas được đưa lên buồng thứ cấp có khuynh hướng giảm 4.91 – 5.43 – 3.89%;  = 0.4, nhiệt độ 350 – 450 – 5500C, hàm lượng CH4 là 2.23 – 1.98 – 1.17%. Nguyên nhân: khi nhiệt phân rác trong điều kiện nghèo oxy, đã có hai quá trình xảy ra đồng thời: nhiệt phân và đốt. Khi  tăng (oxy tăng) có nghĩa là đã tăng cường cho phản ứng cháy giữa khí gas và oxy tạo thành nhiệt cấp cho phản ứng, làm tăng tốc độ nhiệt phân, tăng quá trình cháy, lúc này bản chất của quá trình nhiệt phân rác sẽ bị chuyển sang đốt không hoàn toàn, làm cho chất lượng khí gas bị giảm mạnh. Khi nhiệt độ buồng nhiệt phân tăng mà nồng độ CxHy giảm có nghĩa là trong buồng nhiệt phân đang xảy ra 2 quá trình nhiệt phân và đốt, thời điểm này lượng CxHy bị cháy, phản ứng cháy của CxHy sinh ra nhiệt làm nhiệt độ buồng nhiệt phân tăng. Sau một thời gian nhiệt độ sẽ giảm mạnh, nồng độ CxHy lúc này cũng giảm mạnh và xảy ra quá trình đốt cặn carbon. Đồng thời  tăng đã làm tăng độ xáo trộn rác vì vậy nồng độ bụi trong khí thải tăng theo, do đó với công nghệ đốt nhiệt phân phù hợp sẽ làm giảm được lượng bụi trong khí thải. Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 76 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM Với các kết quả nghiên cứu trên ta nhận thấy với nồng độ O2 dao động trong khoảng 1 – 3% (thể tích) thì hàm lượng khí gas có nồng độ CxHy cao, đạt giá trị lớn nhất (hình 4.16 – 4.21 – 4.26), đặc biệt là trong khoảng 10 – 20 phút đầu của quá trình nhiệt phân (hình 4.12– 4.17 – 4.22). Tóm lại vấn đề nhiệt phân về thực chất vẫn còn là vấn đề phức tạp. Tuy nhiên, về nguyên tắc, cùng một chế độ 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 oxy tăng thì các hydrocarbon đơn giản đó lại bị cháy mất, làm cho chất lượng khí gas đưa lên buồng thứ cấp bị ảnh hưởng; nhiệt ở dưới buồng sơ cấp còn nhiều thì thành phần khí gas đưa lên sẽ giảm chất lượng. Do đó ta nên chọn điều kiện nhiệt độ tiến hành nhiệt phân 450 – 6000C, chế độ cấp khí ban đầu cho buồng sơ cấp là  = 20%, và khống chế nồng độ oxy trong buồng sơ cấp luôn dao động trong khoảng từ 1 – 3% để đảm bảo cho lượng CH4 sinh ra là nhiều nhất. 4.2.3.2 Nghiên cứu quan hệ giữa oxy tự do với hiệu quả cháy (thông qua CO, CO2) tại buồng thứ cấp Để đánh giá nghiên cứu thực nghiệm liên quan đến oxy tự do trong buồng thứ cấp, tiến hành các mẻ thí nghiệm với kết quả từ bảng 4.7 – 4.12 Bảng 4.7 Thí nghiệm 1 Thông Số Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 TB O2 (%) 4 4,5 4,1 4,8 4,4 4,4 CO2 (%) 6,4 6,6 6,8 6,3 6,9 6,6 CO (mg/m 3 ) 891 742 556 1008 970 833,4 NOx (mg/m 3 ) 176 135 108 91 90 120,0 SO2 (mg/m 3 ) 608 853 758 804 89 622,4 CE (%) 98,80 99,03 99,29 98,62 98,79 98,91 Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 77 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM Bảng 4.8 Thí nghiệm 2 Thông Số Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 TB O2 (%) 5,3 4,8 5,5 5,6 5 5,2 CO2 (%) 6,8 7,1 8 7,1 7,4 7,3 CO (mg/m 3 ) 463 342 403 342 425 395,0 NOx (mg/m 3 ) 164 150 152 155 156 155,4 SO2 (mg/m 3 ) 129 129 120 118 148 128,8 CE (%) 99,41 99,58 99,56 99,58 99,50 99,53 Bảng 4.9 Thí nghiệm 3 Thông Số Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 TB O2 (%) 7 7,2 8,4 8,8 7,8 7,8 CO2 (%) 8,8 9,2 9,7 8,6 9,9 9,2 CO (mg/m 3 ) 100 86 83 33 70 74,4 NOx (mg/m 3 ) 150 177 166 173 157 164,6 SO2 (mg/m 3 ) 148 87 53 58 64 82,0 CE (%) 99,90 99,92 99,93 99,97 99,94 99,93 Bảng 4.10 Thí nghiệm 4 Thông Số Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 TB O2 (%) 8 8,6 9,2 8,4 9 8,6 CO2 (%) 10,1 9,9 11,2 11,9 11,6 10,9 CO (mg/m 3 ) 37 15 20 30 25 25,4 NOx (mg/m 3 ) 365 345 360 455 350 375,0 SO2 (mg/m 3 ) 440 366 460 403 360 405,8 CE (%) 99,97 99,99 99,98 99,98 99,98 99,98 Bảng 4.11 Thí nghiệm 5 Thông Số Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 TB O2 (%) 9,8 12,1 10,8 8,9 9,5 10,2 CO2 (%) 10,8 11,1 11,8 11,9 10,6 11,2 CO (mg/m 3 ) 37 33 25 17 22 26,8 NOx (mg/m 3 ) 366 380 344 361 350 360,2 SO2 (mg/m 3 ) 390 384 365 342 367 369,6 CE (%) 99,97 99,97 99,98 99,99 99,98 99,98 Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 78 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM Bảng 4.12 Thí nghiệm 6 Thông Số Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 TB O2 (%) 13 12,4 11,8 12,3 13,7 12,6 CO2 (%) 9,6 9,9 10,3 11,4 9,5 10,1 CO (mg/m 3 ) 115 93 109 74 72 92,6 NOx (mg/m 3 ) 357 330 346 383 358 354,8 SO2 (mg/m 3 ) 420 385 327 402 430 392,8 CE (%) 99,90 99,92 99,91 99,94 99,93 99,92 Bảng 4.13 Thí nghiệm 7 Thông Số Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 TB O2 (%) 14,5 14 15 14,4 13 14,2 CO2 (%) 9,7 10 9,1 10 9,5 9,7 CO (mg/m 3 ) 352 178 84 145 129 177,6 NOx (mg/m 3 ) 359 376 353 410 385 376,6 SO2 (mg/m 3 ) 400 408 335 354 331 365,6 CE (%) 99,68 99,84 99,92 99,87 99,88 99,84 Bảng 4.14 Thí nghiệm 8 Thông Số Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 TB O2 (%) 14,5 15,7 16 15,6 15,3 15,4 CO2 (%) 8,9 9,8 9,7 9,3 9,5 9,4 CO (mg/m 3 ) 1643 1538 1364 935 723 1240,6 NOx (mg/m 3 ) 336 390 374 364 355 363,8 SO2 (mg/m 3 ) 480 458 433 430 380 436,2 CE (%) 98,41 98,65 98,79 99,13 99,34 98,86 Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 79 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 4 4,1 4,4 4,5 4,8 4,8 5 5,3 5,5 5,6 7 7,2 7,8 8 8,4 8,4 8,6 8,8 8,9 9 9,2 9,5 9,8 10,8 11,8 12,1 12,3 12,4 13 13 13,7 14 14,4 14,5 14,5 15 15,3 15,6 15,7 16 O2 (%) CO (m g/ m 3 ) CO TCVN Poly. (CO) Hình 4.27 Biến thiên nồng độ CO theo Oxy trong buồng thứ cấp Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 80 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM 98,0 98,2 98,4 98,6 98,8 99,0 99,2 99,4 99,6 99,8 100,0 4 4,1 4,4 4,5 4,8 4,8 5 5,3 5,5 5,6 7 7,2 7,8 8 8,4 8,4 8,6 8,8 8,9 9 9,2 9,5 9,8 10,8 11,8 12,1 12,3 12,4 13 13 13,7 14 14,4 14,5 14,5 15 15,3 15,6 15,7 16 O2 (%) CE (% ) Hình 4. 28 Diễn biến của hiệu quả đốt CE theo nồng độ oxy trong buồng thứ cấp Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 81 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM 0 20 40 60 80 100 120 140 7 7,2 7,8 8 8,4 8,4 8,6 8,8 8,9 9 9,2 9,5 9,8 10,8 11,8 12,1 12,3 12,4 13 13 13,7 O2 (%) C O (m g/m 3 ) CO = 50 CO = 100 Hình 4.29 Biến thiên nồng độ CO trong khoảng dao động của oxy từ 7 – 14% Nhận xét: Từ hình 4.27 và hình 4.29 rút ra nhận xét: khi nồng độ oxy dao động trong khoảng từ 7 – 11% thì nồng độ CO sinh ra trong khí thải thấp, đạt TCVN 6560 – 1999 (CO = 100mg/m 3), khi oxy dao động trong khoảng từ 8.5 – 10% thì nồng độ CO trong khí thải < 50mg/m3. Khi hàm lượng oxy tự do < 7%, có hiệu ứng làm tăng CO gọi là hiệu ứng CO nóng; hàm lượng oxy > 11%, CO tăng người ta gọi là hiệu ứng CO lạnh. Khi nồng độ oxy tự do trong khoảng 7 – 11% thì hiệu quả đốt CE cũng sẽ cao hơn (> 99.9%) (hình 4.28). Ví dụ tương tứng với nồng độ oxy tự do trung bình trong buồng thứ cấp là 7.8 – 8.6 – 10.2 thì nồng độ CO và hiệu quả đốt (CE) trung bình lần lượt là: CO – 74.4 – 25.4 – 26.8 mg/m3, CE – 99.93 – 99.98 – 99.98% (bảng 4.9 – 4.10 – 4.11). Trong thực tế, do các lò hiện nay đa số là lò hở, không hoàn toàn kín (chưa đạt yêu cầu nhiệt phân tĩnh) nên nồng độ oxy thực sự tiêu tốn cho buồng thứ cấp là cao hơn so với nghiên cứu trong mô hình. Do đó tùy theo cấu tạo của mỗi lò mà ta điều chỉnh cho phù hợp với thực tế. Nồng độ oxy trong buồng thứ cấp theo nghiên cứu trên Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 82 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM mô hình là 7 – 11%, trên lò thực tế có thể lên đến 13% - 14% nhưng nồng độ khí CO sinh ra vẫn đạt TCVN; lúc đó sẽ phải tốn nhiên liệu nhiều hơn vì càng cấp dư oxy thì càng làm nguội lò. Vì vậy nên khống chế nồng độ oxy trong buồng thứ cấp khoảng 7 – 9% là tốt nhất. Cùng một mẻ đốt, hiệu quả đốt (CE) tăng dần theo thời gian (bảng 4.9 – 4.12). Các kết quả nghiên cứu cho thấy: giai đoạn 1 – 2 của các mẻ đốt (tức là từ 5 -15 phút đầu sau khi nạp rác) giá trị CE thấp, nồng độ CO trong khí thải cao. Sau đó sang giai đoạn 3, điều kiện đốt đã ổn định, lượng chất bị khí hoá đã giảm dần, hiệu quả đốt đạt cao, nồng độ CO giảm mạnh. Cụ thể ở chế độ thí nghiệm 3 (bảng 4.9), giai đoạn đầu nồng độ CO là 100 mg/m3, sang giai đoạn 2 nồng độ CO là 83 mg/m3; ở chế độ thí nghiệm 4 (bảng 4.10), giai đoạn đầu nồng độ CO là 37 mg/m3, sang giai đoạn 2 nồng độ CO là 20 mg/m3; ở chế độ thí nghiệm 5 (bảng 4.11), giai đoạn đầu nồng độ CO là 37 mg/m 3, sang giai đoạn 2 nồng độ CO là 25 mg/m3; ở chế độ thí nghiệm 6 (bảng 4.12), giai đoạn đầu nồng độ CO là 115 mg/m3, sang giai đoạn 2 nồng độ CO là 74 mg/m 3 Sự dao động của CO giữa các giai đoạn đo trong một mẻ đốt thí nghiệm sẽ càng tăng lên khi nhiệt phân ở nhiệt độ càng cao và chế độ cấp khí càng lớn. Vì các điều kiện này đã làm tốc độ phản ứng nhiệt phân tăng nhanh, gây ra sự biến động mạnh về lưu lượng, và làm giảm thời gian lưu cháy, vì vậy CE giảm, nồng độ CO càng tăng cao. Tóm lại diễn biến của oxy tự do trong buồng sơ cấp và thứ cấp chính là yếu tố quan trọng có thể sử dụng để kiểm soát điều kiện nhiệt phân khi đốt các chất thải khác nhau mà ta không có điều kiện xác định thành phần hoá học của chúng, vì thực tế không phải lúc nào cũng có điều kiện phân tích. Như vậy, tương tự như việc theo dõi nhiệt độ nhiệt phân, cũng có thể dựa vào biến đổi hàm lượng oxy tự do trong buồng sơ cấp và thứ cấp để kiểm soát quá trình đốt đạt hiệu quả yêu cầu. Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 83 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM 4.2.3.3 Kết luận Từ các kết quả nghiên cứu thực nghiệm cùng với một số kết quả nghiên cứu khác [1], [3], [4], có thể rút ra một số nhận xét, điều kiện để đốt chất thải nói chung như sau: - Điều kiện cấp khí ban đầu ở buồng sơ cấp nên ở chế độ  20%O2. Trong trường hợp đốt mà không xác định được thành phần của chất thải thì có thể theo dõi gián tiếp như sau: 1) Kiểm soát thông qua nồng độ oxy tự do trong buồng sơ cấp: Với các kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên các lò đốt đồng dạng như mô hình lò đốt đã nêu ở hình 4.11. Tương ứng với điều kiện cấp khí  20%O2 thì oxy tự do trong buồng sơ cấp dao động trong khoảng 1 – 3% (V). Với điều kiện này thì cho thấy hàm lượng khí gas có CxHy cao. 2) Thông qua việc theo dõi độ gia tăng nhiệt độ để kiểm soát chế độ cấp khí. 3) Kiểm soát lượng oxy tự do trong buồng thứ cấp từ 7 – 11% (V) vì trong điều kiện như vậy các kết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ CO trong khí thải thường thấp nhất, và hiệu quả đốt CE là cao nhất. Khi hàm lượng oxy tự do < 7%, có hiệu ứng làm CO tăng người ta gọi là hiệu ứng “CO nóng”, khi hàm lượng oxy tự do >11%, CO tăng người ta gọi là hiệu ứng “CO lạnh”. - Chất thải được đem đốt nên có độ ẩm W  30%. Trong một số trường hợp chất thải có độ ẩm cao hơn cũng cần phải khống chế độ ẩm của rác  50%. Thực tế khi độ ẩm cao trên 30% thì nhiệt độ buồng nhiệt phân ban đầu cần để ở điều kiện làm việc cao hơn. Thực tế nghiên cứu [4] cho thấy với rác có độ ẩm:  Ẩm < 20% thì nhiệt độ buồng nhiệt phân đặt là: nhiệt độ rác khô bắt đầu nhiệt phân mạnh + 500C.  Ẩm từ 20 – 35% thì nhiệt độ buồng nhiệt phân đặt là: nhiệt độ rác khô bắt đầu nhiệt phân mạnh + 750C.  Ẩm từ 35 – 50% thì nhiệt độ buồng nhiệt phân đặt là: nhiệt độ rác khô bắt đầu nhiệt phân mạnh + 1000C. Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 84 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM Khi độ ẩm rác cao thì thời gian nhiệt phân thường kéo dài, năng suất đốt sẽ giảm. 4.3 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VẬN HÀNH LÒ ĐỐT CHẤT THẢI NGUY HẠI THEO CÔNG NGHỆ ĐỐT TRÊN LÒ NHIỆT PHÂN TĨNH 4.3.1 Căn cứ đề xuất Từ các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về công nghệ đốt rác hỗn hợp, xây dựng nên quy trình công nghệ vận hành trên cơ sở sau:  Nhiệt độ nhiệt phân  Chế độ cấp khí  Nồng độ oxy tự do 4.3.2 Đề xuất quy trình vận hành lò đốt Quy trình công nghệ vận hành lò đốt rác dựa trên nồng độ oxy tự do được đề xuất như sau: Sấy buồng thứ cấp tới nhiệt độ 11000C, nhiệt độ buồng sơ cấp từ 450 – 5500C, tắt công tắc điều khiển để ngừng hoạt động của béc đốt ở buồng sơ cấp, tiến hành nạp rác vào buồng sơ cấp, sau đó mở van cấp khí vào buồng sơ cấp (0 – 20%), chế độ cấp khí được kiểm soát dựa vào diễn biến nhiệt độ buồng sơ cấp và nhiệt độ bắt đầu tiến hành nhiệt phân rác. Thực tế trong buồng sơ cấp lúc này đã có quá trình tự cung cấp nhiệt nhờ phản ứng cháy. Thông qua chế độ kiểm soát không khí vào buồng sơ cấp thích hợp sẽ không cần tới hoạt động của béc đốt ở buồng sơ cấp. Vận hành lò đốt theo kiểm soát nồng độ oxy tự do buồng sơ cấp và thứ cấp; khi quan sát thấy nồng độ oxy buồng sơ cấp càng lúc càng tăng (gần đạt giá trị ban đầu, có nghĩa là đã kết thúc giai đoạn nhiệt phân, khi nồng độ oxy tăng tới giới hạn cần nạp mẻ rác tiếp theo vào để nhiệt phân và đốt. Luôn kiểm soát cho nồng độ oxy trong buồng sơ cấp dao động trong khoảng 1 – 3% để đảm bảo lượng khí gas (CxHy) cung cấp cho buồng thứ cấp là nhiều nhất. Trong quá trình đốt chất thải liên tục thì dựa vào quy luật biến đổi nhiệt độ mà oxy tự do trong buồng sơ cấp trở nên phức tạp hơn nhiều. Vì lúc này trong quá trình Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 85 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM nhiệt phân chất thải lại có quá trình đốt cặn carbon của các mẻ đốt trước đấy, vì vậy nhiệt độ buồng nhiệt phân cũng có chiều hướng ngày càng tăng dần (nếu không kiểm soát nhiệt độ buồng thứ cấp sau mẻ đốt thứ 3,4 lên tới 800 – 9000C dễ dàng), oxy tự do cũng bị rối loạn hơn do các quy trình vận hành lò đốt gây ảnh hưởng. Điều này làm quá trình vận hành lò đốt trở nên phức tạp hơn. Để khắc phục nhược điểm trên nên đưa thêm các điều kiện sau để bổ sung trong quá trình vận hành lò đốt được dễ dàng hơn:  Kiểm soát nhiệt độ nhiệt phân trong quá trình đốt chất thải: luôn trong khoảng nhiệt độ nhiệt phân nhất định (có thể 450 – 5500C, hoặc 500 – 6000C, tuỳ theo loại rác. Nếu thấy rác có thành phần cao su, nhựa hoặc giẻ có thành phần polyeste cao, điều chỉnh nhiệt độ vận hành thấp hơn) bằng việc lắp thêm thiết bị phun nước để kiểm soát nhiệt độ mong muốn. Ở mẻ đốt cuối của ngày làm việc hoặc trước khi lấy tro, sau khi hết giai đoạn nhiệt phân cần tăng hệ số cấp khí thích hợp để nhiệt độ buồng đốt tăng cao, lúc này cặn carbon sẽ bị đốt triệt để.  Thời gian nạp mẻ rác mới căn cứ theo năng suất đốt và dựa vào kết quả vận hành mẻ đốt rác đầu tiên. Với công nghệ vận hành thích hợp cho thấy tăng được năng suất lò đốt và đặc biệt là tiết kiệm được nhiên liệu rất đáng kể. Nên có đầu dò theo dõi oxy dư trong khói thải để điều chỉnh chế độ cấp khí cho buồng thứ cấp, để khống chế nồng độ oxy trong buồng thứ cấp trong khoảng từ 7 – 11%, khi đó lượng khí CO sinh ra sẽ không nhiều và đạt được TCVN 6560 – 1999, hiệu quả đốt sẽ cao và ổn định hơn. 4.4 ĐỐT THỬ NGHIỆM TRÊN LÒ ĐỐT TRONG THỰC TẾ Mục đích: kiểm chứng quy trình công nghệ vận hành lò đốt chất thải đã nghiên cứu trong mô hình. 4.4.1 Nguyên liệu 1. Tại lò đốt rác của Công ty Sông Xanh (Bà Rịa – Vũng Tàu): đốt rác hỗn hợp (rác hữu cơ trơ được loại từ nhà máy sản xuất phân hữu cơ tỉnh BR-VT), rác thải của nhà máy sản xuất thuốc sát trùng Thanh Sơn (VIPESCO) Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 86 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM 2. Tại lò đốt rác y tế tập trung LRY – 500 (Xí nghiệp xử lý chất thải – Công ty Môi trường Đô thị): rác y tế. - Thiết bị đo khí thải: như đã nêu ở mục 4.2.1.1, để đánh giá hiệu quả đốt so sánh với tiêu chuẩn TCVN 6560 - 1999 - Thời gian đo: đo 5 giai đoạn kể từ sau khi nạp rác, mỗi giai đoạn đo 5 phút, lấy kết quả trung bình 5 lần đo trong mỗi giai đoạn (TBi), mỗi giai đoạn đo cách nhau 2 phút. - Các phương pháp lấy mẫu, phân tích đo đạc: Phương pháp thu mẫu và phân tích theo TCVN và của EPA. 4.4.2 Lò đốt chất thải Chất thải được đốt nghiên cứu trên lò nhiệt phân tĩnh, sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động như mô hình nghiên cứu có hình dạng cơ bản như hình 4.11. Thiết bị khống chế nhiệt độ buồng sơ cấp được sử dụng ở đây là bơm nước, hệ thống thiết bị xử lý khí thải đặt sau buồng thứ cấp. Cơ cấu nạp rác bằng thuỷ lực, nhiên liệu sử dụng là dầu DO. 4.4.3 Tiến hành đốt rác Trước hết khởi động sấy lò đốt, khi nhiệt độ buồng thứ cấp đạt 1100  500C, nhiệt độ tại buồng sơ cấp đạt 450 – 5500C, tắt béc đốt buồng sơ cấp, tiến hành nạp rác vào buồng sơ cấp để nhiệt phân và đốt. Sau khi nạp rác xong mở van cấp khí vào buồng nhiệt phân theo chế độ yêu cầu (cấp khí ban đầu  < 20%; kiểm soát ôxy dư trong buồng sơ cấp trong 15 phút đầu < 3% (V), ôxy dư trong khí thải 7 – 11% (V)). Cứ trung bình 45 - 50 phút nạp một mẻ rác mới. Tiến hành đo đạc các chỉ tiêu khí thải sau buồng thứ cấp. 4.4.4 Kết quả đo kiểm nghiệm 4.4.4.1 Kết quả đo tại Lò đốt rác LRY – 500  Khối lượng rác 30kg  Nhiệt độ buồng nhiệt phân: 450 – 5500C Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 87 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM  Sau khi nạp rác được 5 phút mới cấp khí, cấp khí ban đầu: cấp1 ( < 20%)  Thời gian kết thúc nhiệt phân: 44 phút 0 100 200 300 400 500 600 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 thời gian (giây) nh iệt độ (0 C) Hình 4.30 Diễn biến nhiệt độ buồng nhiệt phân trong lò đốt rác LRY - 500 (kết quả đo trong phụ lục 2)  Tại buồng thứ cấp: Các kết quả đo chỉ tiêu khí thải được đưa ra từ bảng 4.15 – 4.18 Bảng 4.15 Nồng độ khí thải sau khi đốt đƣợc 5 phút Thông Số Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 TB O2 (%) 11,3 7,1 7,9 11,4 8,3 9,2 CO2 (%) 9,2 10,2 10 7 7,4 8,8 CO (mg/m 3 ) 40 17 15 12 8 18,4 NOx (mg/m 3 ) 94 63 65 93 92 81,4 CE (%) 99,96 99,99 99,99 99,99 99,99 99,98 Bảng 4.16 Nồng độ khí thải sau khi đốt đƣợc 10 phút Thông Số Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 TB O2 (%) 11,5 6,8 7,5 7 7,7 8,1 CO2 (%) 6,9 10,6 10,4 10,5 10,2 9,7 CO (mg/m 3 ) 10 8 12 15 7 9,0 NOx (mg/m 3 ) 79 73 73 74 98 79,4 CE (%) 99,90 99,94 99,94 99,94 99,92 99,93 Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 88 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM Bảng 4.17 Nồng độ khí thải sau khi đốt đƣợc 15 phút (giai đoạn nhiệt phân) Thông Số Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 TB O2 (%) 8,9 6,8 6,3 10,1 8,8 8,2 CO2 (%) 8,6 10,5 11,1 8,2 10,5 9,8 CO (mg/m 3 ) 9 5 10 12 15 10,2 NOx (mg/m 3 ) 97 88 100 116 122 104,6 CE (%) 99,99 100,00 99,99 99,99 99,99 99,99 Bảng 4.18 Nồng độ khí thải giai đoạn gần cuối mẻ đốt Thông Số Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 TB O2 (%) 9,2 8,2 7 7,3 5,4 7,4 CO2 (%) 8,7 9,7 10 9,9 11,8 10,0 CO (mg/m 3 ) 5 7 13 12 8 9,0 NOx (mg/m 3 ) 171 128 120 113 130 132,4 CE (%) 99,99 99,99 99,99 99,99 99,99 99,99 0 10 2 30 40 50 4,9 5,4 5,8 6,3 6,8 6,8 7 7 7,1 7,3 7,0 7,5 7,7 7,9 7,9 7,6 7,7 8,2 7,9 8,3 8,8 8,9 8,9 8,6 9,2 10,1 11,3 11,4 11,5 14 O2(%) CO (m g/m 3 ) CO Poly. (CO) Hình 4.31 Biến thiên nồng độ CO theo oxy trong buồng thứ cấp của lò LRY - 500 Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 89 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM Nhận xét:  Biến thiên nhiệt độ (hình 4.30) trong buồng sơ cấp phù hợp với nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ nhiệt độ trên mô hình và cũng phù hợp với các kết quả nghiên cứu trước đó [1].  Khi khống chế nồng độ oxy dư trong buồng nhiệt phân từ 1 – 3% (sau khoảng 10 – 20 phút nhiệt phân), thì hầu hết các mẻ đốt có nồng độ CO tương ứng đo ở sau buồng thứ cấp có giá trị nhỏ (< 50mg/m3), đạt TCVN, (bảng 4.15 – 4.18).  Nồng độ CO thấp trong điều kiện oxy dư trong khí thải đo được thường từ 5 – 11% (V). Hiệu quả đốt CE cao (> 99,99%), hầu như trong quá trình đốt nồng độ khí CO sinh ra luôn đạt tiêu chuẩn cho phép. Rõ ràng khi lò đốt rác y tế LRY – 500 có được công nghệ vận hành phù hợp thì lò hoạt động đạt được hiệu quả như mong muốn. 4.4.4.2 Kết quả đo tại lò đốt rác công ty Sông Xanh (Bà Rịa – Vũng Tàu)  Tại buồng sơ cấp: 0 5 10 15 20 25 30 00:00 07:12 14:24 21:36 28:48 36:00 thời gian (phút : giây) O 2 ( % ) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 C x H y ( % ) O2 CxHy Poly. (CxHy) Poly. (O2) Hình 4.32 Diễn biến của nồng độ CxHy, O2 (%) theo thời gian trong buồng nhiệt phân ở nhiệt độ 4500C, chế độ cấp khí  = 20% (kết quả đo trong phụ lục 3) Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 90 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM  Tại buồng thứ cấp: Bảng 4.19 Nồng độ các chất trong khí thải (rác từ nhà máy VIPESCO) Thông Số TB1 TB2 TB3 TB4 TB5 TB TCVN 6560- 1999 CO2 (%) 10,3 10,4 9,9 9,9 9,7 10,04 - CO (mg/m 3 ) 56 33 29 14 22 30,8 100 NOx (mg/m 3 ) 239 242 251 274 265 254,2 350 SO2 (mg/m 3 ) 263 254 261 202 212 238,4 300 CE (%) 99,95 99,97 99,97 99,99 99,98 99,97 - Bảng 4.20 Nồng độ các chất trong khí thải (rác hữu cơ trơ thải ra từ nhà máy sản xuất phân vi sinh tỉnh BR – VT) Thông Số TB1 TB2 TB3 TB4 TB5 TB TCVN 6560- 1999 CO2 (%) 10,1 10,5 9,8 10,4 9,9 10,14 - CO (mg/m 3 ) 81 60 25 14 7 37,4 100 NOx (mg/m 3 ) 226 243 220 302 300 258,2 350 SO2 (mg/m 3 ) 422 420 350 290 280 352,4 300 CE (%) 99,93 99,95 99,98 99,99 99,99 99,97 - Nhận xét: Với thí nghiệm được tiến hành tại lò đốt rác Công ty Sông Xanh nhận thấy:  Nồng độ oxy tự do trong buồng nhiệt phân biến đổi mạnh (hình 4.32), tăng giảm đột ngột, vì trong quá trình tiến hành thí nghiệm lò bị mở nhiều lần do một số lý do chủ quan, nên lượng khí cấp vào cho lò nhiều. Nhưng nhìn chung có thể nhận thấy nồng độ CH4 cao khi oxy động trong khoảng 2 – 5 hay 6%.  Khi đến giai đoạn cuối của quá trình nhiệt phân, thường là quá trình đốt cặn carbon, nhiệt độ buồng nhiệt phân có chiều hướng tăng dần, do đó nồng độ oxy tự do trong buồng sơ cấp cũng bị rối loạn hơn do quy trình vận hành lò đốt gây ảnh hưởng (hình 4.32), lúc này nồng độ oxy tăng cao, do đó phải tìm cách kiểm soát để vẫn đảm bảo được hiệu quả cháy tốt. Vì vậy, khi nồng độ oxy trong buồng sơ cấp dao động trong khoảng 3 – 6% thì nên tiến hành cấp mẻ rác mới, dùng thiết bị phun nước đạt Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ đốt chất thải rắn theo nguyên lý nhiệt phân 91 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM đựơc hiệu quả mong muốn. Điều này cũng phù hợp với nhận xét kết quả thực nghiệm trong mục 4.3.2.  Khi khống chế nồng oxy dư trong buồng thứ cấp từ 7 – 11% thì các mẻ đốt có nồng độ CO tương ứng đo ở sau buồng thứ cấp có giá trị nhỏ (< 50mg/m3), đạt TCVN, (bảng 4.19 – 4.20); hiệu quả đốt CE có thể nói là đạt yêu cầu. 4.4.4.3 Kết luận Từ kết quả nghiên cứu trên mô hình thí nghiệm và lò thực tế, có thể kết luận:  Quy trình lò đốt các loại chất thải đã xây dựng là phù hợp, có hiệu quả cao, vận hành khá đơn giản. Trong thực tế, do các lò hiện nay đa số là lò hở, không kín hoàn toàn (chưa đạt yêu cầu nhiệt phân tĩnh) nên nồng độ oxy thực sự tiêu tốn cho buồng thứ cấp là cao hơn so với nghiên cứu trong mô hình. Do đó tùy theo cấu tạo của mỗi lò mà ta điều chỉnh cho phù hợp với thực tế. Nồng độ oxy trong buồng thứ cấp theo nghiên cứu trên mô hình là 7 – 11%, trên lò thực tế có thể lên đến 13% nhưng nồng độ khí CO sinh ra vẫn đạt TCVN; lúc đó sẽ phải tốn nhiên liệu nhiều hơn vì càng cấp dư oxy thì càng làm nguội lò; nên khống chế nồng độ oxy trong khoảng 7 – 9% là tốt nhất. Nồng độ oxy trong buồng nhiệt phân kiểm soát trong khoảng từ 1 – 3% và khi oxy tăng đến khoảng 6% thì nên tiến hành cấp mẻ rác mới.  Nhiệt độ tiến hành nhiệt phân thích hợp là 450 – 6500C (tuỳ vào từng loại rác khác nhau mà có nhiệt độ nhiệt phân thích hợp), cấp khí ban đầu  < 0,2 (chế độ cấp khí ở buồng nhiệt phân ảnh hưởng tới hiệu quả cháy rất rõ, khi tăng lượng oxy trong buồng sơ cấp, CO tăng mạnh và có khói đen xuất hiện sau buồng thứ cấp).  Kết quả thống kê [4] cho thấy nhiên liệu tiêu tốn để đốt chất thải từ 0,2 – 0,3 kg dầu DO/kg chất thải (hiện nay tại Công Ty Sông Xanh đang đốt RDK với lượng nhiên liệu tiêu tốn trung bình 0,5kg dầu DO/kg rác mà hiệu quả đốt kém, vẫn gây ô nhiễm môi trường, các lò đốt rác y tế khu vực phía Nam trung bình tiêu tốn từ 0,4 – 0,6kg dầu DO/kg rác). Nếu đốt liên tục thì nhiên liệu còn tiết kiệm hơn nhờ tận dụng nhiệt tự đốt. Kết luận - Kiến nghị 92 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Hiện nay hầu hết các loại lò chỉ thiết kế đốt cho một loại rác nhất định, do đó khi hướng dẫn vận hành cũng chỉ cho một loại rác; nhưng tại các cơ sở, dịch vụ xử lý chất thải, nguồn rác đầu vào luôn thay đổi nên thành phần cũng thay đổi theo, do đó quy trình cũng phải thay đổi cho phù hợp với từng thành phần đó. Do không đáp ứng được yêu cầu này cho nên trong quá trình khảo sát thực tế thấy tình trạng gây ô nhiễm môi trường tại các công ty xử lý chất thải vẫn còn xảy ra (một số chỉ tiêu vượt TCVN, có khói đen xuất hiện (đó là kết quả của sự vận hành không hợp lý)). Xuất phát từ điều đó tiến hành nghiên cứu để xây dựng một quy trình vận hành lò đốt theo nguyên lý nhiệt phân để đốt được nhiều loại chất thải mà thường gọi là đốt đa năng chất thải. Kết quả nghiên cứu của đề tài đã khẳng định muốn đốt chất thải đạt hiệu quả cao, đạt TCVN thì cần có một quy trình vận hành thích hợp, phải xác định được thông số, chỉ tiêu theo dõi kiểm soát nhằm đốt đạt hiệu quả. Nhu cầu cấp khí sẽ khác nhau cho mỗi loại chất thải khác nhau, do đó không phải lúc nào cũng có thể tính toán được một cách chính xác lượng không khí cần thiết; có một cách có thể giúp theo dõi gián tiếp quá trình đốt mà vẫn đạt được hiệu quả cao đó là kiểm soát thông qua nồng độ oxy tự do. Ngoài ra kiểm soát nồng độ oxy tự do trong lò đốt thì đơn giản, dễ hiểu dễ vận hành, và giá thành có thể chấp nhận được.  Tại buồng sơ cấp: khi bắt đầu quá trình nhiệt phân khống chế nồng độ oxy dao động trong khoảng từ 1 – 3% (thể tích), sau giai đoạn đốt khi nồng độ oxy tăng 5 – 6% tiến hành cấp mẻ rác mới.  Tại buồng thứ cấp: kiểm soát nồng độ oxy 7 – 11% (thể tích), khi đó lượng khí CO sinh ra sẽ nhỏ nhất và đạt TCVN. Kết luận - Kiến nghị 93 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM Trong thực tế do các lò không kín hoàn toàn nên nồng độ oxy tăng nhiều hơn so với kết quả nghiên cứu, do đó tuỳ theo cấu tạo, tính chất của mỗi lò mà ta phải điều chỉnh sao cho phù hợp. Việc nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ vận hành lò đốt đa năng chất thải theo công nghệ nhiệt phân tĩnh là cần thiết, giải quyết được một phần vấn đề cấp bách trong việc xử lý chất thải bảo vệ môi trường, tạo sự phát triển bền vững. (do lượng rác thải công nghiệp, chất thải nguy hại không thể tái sử dụng được, cần xử lý ngày càng gia tăng (riêng Tp.HCM vào khoảng 600 tấn/ngày). Các loại chất này không được phân loại tới nơi tới chốn cũng không có biện pháp quản lý thích hợp, do vậy khó mà lường được hậu quả tai hại của chúng tới môi trường). KIẾN NGHỊ 1. Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện để triển khai rộng rãi trong thực tế, phù hợp cho điều kiện của từng lò. 2. Nghiên cứu giảm thiểu NOx thông qua mối quan hệ chế độ cấp khí giữa buồng sơ cấp và thứ cấp. 3. Nhà nước cần sớm tiến hành triển khai thu gom phân loại rác tại nguồn, lúc đó quá trình đốt sẽ tiến hành dễ dàng hơn. Tài liệu tham khảo 94 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Quốc Bình, Nghiên cứu công nghệ thích hợp xử lý chất thải rắn do khai thác và vận chuyển dầu mỏ Việt Nam. Luận án Tiến sĩ, Trường Đại học Quốc gia Tp.HCM. 2002. [2] Sở Khoa học Công nghệ Môi trường Tp.HCM. Nghiên cứu một số biện pháp thích hợp nhằm quản lý chất thải công nghiệp và chất thải nguy hại Tp.HCM. 2002. [3] Đào Văn Lượng và những người khác. Khảo sát đánh giá hiệu quả các lò đốt chất thải y tế khu vực phía Nam. Tp.HCM, 03/2003. [4] Nguyễn Quốc Bình và những người khác. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đốt nhiệt phân để xử lý chất thải rắn nguy hại tại Tp.HCM. 12/2003. [5] Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM. Thiết kế kỹ thuật lò đốt chất thải rắn y tế công suất 30kg/h. Tp.HCM, 2002. [6] Bộ Khoa học Công nghệ Môi trường. Báo cáo tổng hợp “Nghiên cứu các giải pháp đảm bảo môi trường tại một số khu đô thị và khu công nghiệp trọng điểm ở Tp.HCM và các vùng lân cận”. Tp.HCM 03/1999. [7] Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Quốc Bình và nnk. Nghiên cứu công nghệ xử lý một số chất thải rắn công nghiệp điển hình. Sở Khoa học Công nghệ Môi trường Tp.HCM. năm 2002. [8] Sở Khoa học Công nghệ Môi trường Tp.HCM. Quy chế quản lý chất thải nguy hại. 1999. [9] Sở Khoa học Công nghệ Môi trường Tp.HCM. Sổ tay hướng dẫn: Những vấn đề chung về chất thải nguy hại. Tp.HCM, 2002. [10] Canvin R. Bruner. Hazadous Waste Incineration. Second edition, Mc Graw-Hill International Editions. 1994. Tài liệu tham khảo 95 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM [11] Michael D. Lagrega. Hazadous waste mangement. Mc Graw-Hill International Editions. 1994. [12] Frank Kreith. Handbook of solid waste management. Mc Graw-Hill International Editions. 1994. [13] Brunner. C and S. Schwarz. Energy and Recovery from waste noyes. Park sidge. N.J, 1983. [14] Incinerator Emissions Committee. Lower mainland refuse project – air pollution control requirements for refuse incinerator. Bristish Columbia, Canada. 1984.