Ứng dụng nhiệt xử lý chất thải

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 3
PHẦN NỘI DUNG 4
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ NHIỆT XỬ LÝ 4
CHẤT THẢI RẮN 4
1. LÝ THUYẾT CHÁY: 4
2. XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT 5
2.1. Định nghĩa xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt: 5
2.2. Phân loại hệ thống xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt: 5
2.3. Một số ưu điểm và nhược điểm của phương pháp xử lý CTR bằng nhiệt 6
3. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ NHIỆT ĐỂ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN 7
3.1. CÔNG NGHỆ ĐỐT CTR: 7
3.1.1.Các nguyên tắc cơ bản của quá trình cháy 8
3.1.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy 10
3.1.3. Một số công nghệ đốt chất thải điển hình 18
3.2. CÔNG NGHỆ PLASMA: 30
3.3. CÔNG NGHỆ KHÍ HOÁ 31
3.3.1.Khí hoá là gì? 31
3.3.3. Các phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình khí hoá: 36
3.3.4. Một số ứng dụng của công nghệ khí hóa 37
3.4.1. Các giai đoạn cơ bản của quá trình đốt chất thải trong lò nhiệt phân 39
3.4.2. Kiểm soát các quá trình đốt 42
3.4.3. Một số ưu điểm và nhược điểm của hệ thống nhiệt phân 43
4. CÁC HỆ THỐNG KIỂM SOÁT Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG CHO CÁC QUÁ
TRÌNH NHIỆT 44
4.1. Kiểm soát ô nhiễm không khí 44
4.2. Thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí: 47
4.3. Hệ thống kiểm soát dioxin/furan 48
4.4. Hệ thống kiểm soát CTR còn lại 48
Page 1
PHẦN KẾT LUẬN 50

Page 2
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.
Page 3
PHẦN NỘI DUNG
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 xŒc 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 h•n hợp nhiên liệu – không khí pha trộn trước ( cháy động học)
- Đốt cháy trong quá trình h•n 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 xŒc 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.
Page 4
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 (H
2
) 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.
Page 5
Quá trình đốt (đủ và dư khí)
Đốt h•n 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 ch• 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.
Page 6
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 chŒng 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 + O
2
 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 800
0
C. Sản phẩm cuối cùng của quá trình đốt bao gồm: bụi, NO
x
, CO,
CO
2
, SO
x
, 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.
Page 7
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
1100
0
C, CTR sinh hoạt > 900

0
C).
 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 xŒc 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 xŒc 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 m•i 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:
Page 8
Chất hữu cơ
Nhiệt độ phân huỷ (
0
C)
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 1100
0
C và thời gian lưu cháy tối thiểu là 2 giây.
Page 9
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 760
0
C, 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:
Các phản ứng tiếp theo để đốt cháy hoàn toàn sản phẩm cháy là:
C + O

2
 CO
2
+ nhiệt
CH
4
+ O
2
 CO
2
+ H
2
O + nhiệt.
CO + ½ O
2
 CO
2
+ nhiệt.
H
2
+ O
2
 H
2
O + nhiệt.
Một cách tổng quát, phản ứng đốt cháy CTR diễn ra như sau:
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 CO
2
và H

2
O. Ngoài ra sự có mặt của các tạp chất như N,
S sẽ phát sinh ra các khí axít như NO
x
, SO
x
.
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
Page 10
C
x
H
y
O
z
N
t
S
u
+
mCH
4
+ aCO + bH
2
+ (x-a-m)CO
2
+ (H
2

O + tNO + uSO
2
C
x
H
y
O
z
N
t
S
u
+ O
2
 CO
2
+ H
2
O + NO + SO
2
+ nhiệt
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 CO
2
càng nhiều.
Page 11
 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 SO
x
, gặp hơi nước có khả năng tạo thành axít gây ăn mòn các

thiết bị. Khí SO
x
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 (
α
) 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:
Page 12
Cháy không hoàn
toàn
Thiếu khí Dư khí
lt

tt
V
V
=
α
Trong đó: V
tt
là lượng không khí (oxy) được cấp vào buồng đốt.
V
lt
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:
Biểu đồ mối quan hệ giữa hệ số cấp khí và nhiệt độ buồng đốt
Page 13
Nhiệt độ
α
(
h
ệ
s
ố
c
ấ
p
k
hí
Cháy tốt Cháy yếu
1
Ảnh hưởng của không khí dư tới nhiệt độ buồng đốt

Giá trị
α
tăng hay giảm có liên quan tới sự tăng hay giảm nhiệt độ của lò đốt. Khi hệ
số cấp khí tăng (trong vùng
α
<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.
M•i 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 lŒc 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
Page 14
Nhiệt độ (F)
%khí dư
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, CO
2,
Oxi, bụi
Nhu cầu cấp khí của một số chất thải
Chất thải

Lượng không khí lý thuyết (m
3
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:
Page 15
• 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:
• 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 xŒc
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 t
0
lò
< 787
0
C, các khí gây mùi có trong thành phần của khói lò, nhưng khi
t
0
lò
> 982
0
C (1800
0
F ) 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
Page 16
C + O
2
CO
2
2H
2
+ O

2
2H
2
O
S + O
2
SO
2
12 32
4 32
32 32
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
G• 4448

Giấy 4004
Carton 3894
Nhựa dẻo 7788
Cao su 5563
Page 17
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 thải điển hình
a. Các hệ thống lò đốt
Các hệ thống lò đốt có thể được thiết kể để vận hành với 2 loại CTR: CTR chưa phân
loại và CTR đã phân loại (phần còn lại sau khi đã tách phần có khả năng tái sinh được
đem đi đốt).
 Hệ thống lò đốt CTR chưa phân loại
Trong hệ thống này, CTR phải được xử lý sơ bộ trước khi đưa vào phễu lò đốt.
Trước khi chuyển CTR vào phễu lò đốt, người điều khiển cần trục phải loại bỏ bằng
phương pháp thủ công - những vật không thích hợp với lò đốt. Tuy nhiên, giả định rằng
Page 18

toàn bộ CTR đều có thể cho vào hệ thống bao gồm chất không cháy có kích thước lớn
(như tủ lạnh ) và thậm chí là những chất nguy hại tiềm tàng. Do đó, hệ thống lò đốt
phải được thiết kế sao cho có thể vận hành với những chất thải như thế mà không làm
hỏng thiết bị hay làm bị thương người vận hành.
Giá trị nhiệt trị tạo ra bởi CTR chưa phân loại này thay đổi rất lớn, phụ thuộc nhiều
vào thời tiết, mùa trong năm, và nguồn gốc phát sinh. Mặc dù còn nhiều điểm hạn chế,
hệ thống này vẫn được ưu tiên sử dụng và phổ biến.
Một trong những thành phần quan trọng nhất của hệ thống lò đốt này là hệ thống ghi
lò. Nó gồm nhiều chức năng: vận chuyển CTR trong lò, trộn đều CTR, phân phối không
khí vào lò. Có nhiều loại ghi lò khác nhau phụ thuộc vào kiểu chuyển động, kiểu rung
và quay.
 Hệ thống lò đốt CTR đã phân loại (RDF)
Hệ thống lò đốt đã phân loại tại nguồn là cải tiến của hệ thống lò đốt chưa phân loại
tại nguồn.
Trong lò đốt, RDF được đốt trên một ghi lò di động. Hệ thống lò đốt phải được thiết
kế đặc biệt cho RDF, đôi khi lò hơi sử dụng than đá cũng có trang bị thêm bộ phận đốt
RDF hay phối trộn than đá và RDF, hiệu quả cao.
Page 19
Đặc điểm củahệ thống lò đốt RDF có hiệu quả cao về năng lượng, độ ẩm và tro. RDF
có thể ở dạng sợi nhỏ, viên tròn hay hình khối. Chi phí lò cao nhưng thuận lợi trong
việc vận chuyển và lưu trữ. Các dạng RDF đều có thể đốt cháy riêng hay trộn với than
đá.
So với CTR chưa phân loại tại nguồn, RDF có nhiệt trị cao, hệ thống lò đốt RDF nhỏ
gọn và hiệu quả hơn nhiều lần do bởi tính đồng nhất của RDF nên hệ thống được kiểm
soát tốt hơn và thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí cũng hoạt động hiệu quả hơn. Bên
cạnh đó, hệ thống ngoại vi được thiết kế thích hợp nên có thể xử lý tốt kim loại, nhựa
và những thành phần tạo khí nguy hại khác.
b.Đốt hở thủ công
Đây là kỹ thuật đốt chất thải đã có từ rất lâu. CTR được đổ hoặc vun thành đống trên
mặt đất rồi đốt, không có thiết bị h• trợ.

Với phương pháp này, quá trình đốt không triệt để, không có hệ thống kiểm soát khí
thải nên gây ô nhiễm môi trường không khí và vì cháy hở nên dễ gây sự cố nguy
hiểm.Phương pháp đốt hở thủ công tiện lợi để đốt các chất nổ như thuốc nổ TNT,
Dynamite.
Để đốt các loại chất thải có khả năng cháy nổ cao người ta đốt trong các lò hở, nhưng
lò được xây hoặc đào sâu xuống đất, hoặc lò có thêm các thiết bị phụ trợ để quá trình
đốt được an toàn.
c. Đốt bằng các thiết bị chuyên dụng
Với các tác hại nghiêm trọng về mặt môi trường khi đốt hở thủ công, các hệ thống
đốt CTR đã ra đời với rất nhiều mẫu thiết kế khác nhau và ngày càng được cải tiến
nhằm làm tăng tính hiệu quả cho quá trình đốt.
Cấu tạo của các thiết bị đốt chuyên dụng đốt chất thải thường có những thành phần
sau:
 Bộ phận nhận chất thải và bảo quản chất thải.
Page 20
 Bộ phận nghiền và phối trộn chất thải.
 Bộ phận cấp chất thải
 Buồng đốt sơ cấp.
 Buồng đốt thứ cấp.
 Thiết bị làm nguội khí hay nồi hơi chạy bằng nhiệt dư để giảm nhiệt độ.
 Hệ thống rửa khí.
 Quạt hŒt để hŒt không khí vào lò khi duy trì áp suất âm.
 Ống khói
Tuy nhiên, một trong những thành phần quan trọng nhất của hệ thống lò đốt là hệ
thống ghi lò. Nó gồm nhiều chức năng: vận chuyển CTR trong lò, trộn đều CTR, bơm
không khí vào lò. Có nhiều loại ghi lò khác nhau phụ thuộc vào kiểu chuyển động, kiểu
rung và quay.
Những lò đốt khác nhau thì chủ yếu khác nhau về buồng đốt sơ cấp.
Dưới đây là một số hệ thống đốt CTR với các ưu nhược điểm riêng thích hợp cho
từng loại chất thải cũng như thành phần chất thải và điều kiện kinh tế của đơn vị đầu tư.

 Lò đốt một cấp
Là một trong những kỹ thuật đốt ra đời sớm, sử dụng trước những năm 1960, chưa
đạt tiêu chuẩn qui định đối với khí thải sinh ra do đốt.
Cấu tạo của lò tương đối đơn giản, chủ yếu gồm buồng đốt để đốt h•n hợp CTR và
vật liệu cháy. Buồng đốt được chia làm 2 ngăn nhờ ghi lò: ngăn trên chứa CTR cần
thiêu huỷ, ngăn dưới để đốt vật liệu nhằm cung cấp nhiệt và duy trì nhiệt độ đốt. Trong
buồng đốt, CTR được đốt trên ghi lò (không có béc đốt hoặc có bộ phận đốt h• trợ với
béc đốt).
Vật liệu lò thường là gạch đất nung nên tuổi thọ không cao. Nguồn nguyên liệu cung
cấp nhiệt cho lò chủ yếu là củi g•, mùn cưa
Page 21
Mặc dù lò một cấp cũng là một thiết bị đốt chuyên dụng nhưng nếu xét toàn bộ quá
trình thì cũng có thể xem đây là quy trình thủ công hở bởi nhiệt độ, bụi, khí thải không
được kiểm soát mà đưa trực tiếp vào không khí. Các công việc như đưa CTR vào lò,
cung cấp nguyên liệu cháy, điều khiển quá trình cháy, thu hồi tro thải đều do công nhân
lò đốt thực hiện theo phương thức thủ công.
Sơ đồ cấu tạo của lò một cấp
Một số ưu điểm và nhược điểm của lò đốt một cấp là:
• Nhược điểm
 Không giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do khí thải
 Năng suất thấp.
 Phụ thuộc nhiều vào thời tiết
 Cần nhiều công nhân cho một ca làm việc, điều kiện làm việc của công nhân
rất nặng nhọc, độc hại, dễ bị các bệnh nghề nghiệp.
 Lò vận hành không liên tục, thời gian nghỉ giữa hai mẻ đốt lớn.
 Hiệu quả đốt của lò thấp.
• Ưu điểm:
 Thiết kế và xây dựng lò khá đơn giản,
Page 22
 Chi phí xây dựng lò thấp.

 Sử dụng lò đốt thủ công để xử lý CTR không cần diện tích đất và thời gian
nhiều như các phương pháp phân huỷ CTR nhờ chôn lấp.
 Lò đốt nhiều cấp
Là loại lò đốt chất thải dạng bùn đặc từ các nhà máy xử lý nước thải, có thể đốt triệt
để chất thải, khí thải ra môi trường đạt tiêu chuẩn quy định. Cấu tạo của lò đốt nhiều
cấp được thể hiện như sau:
Lò đốt nhiều cấp được thiết kế gồm những đơn nguyên liên tiếp vòng quanh, cái này
ở trên cái kia. Thường có từ 5 - 9 đơn nguyên cho một kiểu lò điển hình. Với một trục
thẳng đứng ở trung tâm của hệ thống, m•i đơn nguyên có một cánh khuấy được gắn vào
trục trung tâm, tạo ra các khoang r•ng hình vanh khuyênh ở bên trong lò đốt. CTR sau
khi đưa vào lò sẽ được lưu trữ lại các khoang r•ng này.
Răng của các cánh khuấy sẽ cào bùn vào trong các l• hình vành khuyên và hướng về
phía tâm của buồng lò, nơi bùn sẽ rơi xuống các cạnh của lớp chịu nhiệt và đi xuống
đơn nguyên tiếp theo.
Page 23
Hệ thống cấp khí được thiết kế ở phía dưới của hệ thống. Nhiệt độ tối thiểu của lò
760
0
F và thời gian lưu ít nhất là 0,5 s để có thể phân huỷ phần lớn các hợp chất hữu cơ.
 Lò đốt chất lỏng
Lò đốt chất lỏng gồm một thùng sắt chịu nhiệt hình trụ, một lớp vật liệu nền như cát
sillic, đá vôi và các vật liệu gốm…, một đĩa đỡ dạng lưới sắt và một miệng cấp khí. Lớp
vật liệu nền sẽ được "lỏng hoá" nhờ khí nén ở áp suất cao.
CTR đô thị, than,… được đưa vào lò đốt ở vị trí trên mặt hoặc dưới đáy lớp vật liệu
nền đã được lỏng hoá ở nhiệt độ cao. Chất thải nguy hại 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 của
CTR.
Chất lỏng sôi trong lò có nhiệm vụ xáo trộn đều và truyền nhiệt cho CTR, có thể bổ
sung thêm gas hoặc dầu nhằm tăng nhiệt độ của chất lỏng trong lò.
Lò được duy trì ở nhiệt độ khoảng 1000

0
C. Thời gian lưu của chất thải lỏng trong lò
từ vài phần giây đến 2,5 giây. Sau khi nhiệt độ đã tăng đến nhiệt độ yêu cầu thì không
cần bổ sung thêm gas / dầu vì lớp chất lỏng có khả năng duy trì nhiệt độ đến 24 giờ.
Loại, hình dáng, kích cỡ của lò đốt chất lỏng phụ thuộc vào tính chất của CTR, thiết
kế béc phun, tường lò và điều kiện cấp khí.
Lò đốt chất lỏng được ứng dụng để xử lý nhiều loại chất thải khác nhau như: CTR đô
thị, bùn, than và nhiều loại hoá chất khác, kể cả hoá chất nguy hại. Khi sử dụng lò đốt
chất lỏng với vật liệu nền là đá vôi cho phép xử lý CTR có hàm lượng lưu huỳnh cao
với sự phát sinh khí SO
2
là ít nhất.
• Ưu điểm
Đốt được chất thải lỏng nguy hại.
Không yêu cầu lấy tro thường xuyên.
Thay đổi nhiệt độ nhanh chóng theo tốc độ nhập liệu.
Chi phí bảo trì thấp.
Page 24
• Nhược điểm
Chỉ áp dụng được đối với các chất lỏng có thể nguyên tử hoá.
Cần cung cấp khí, nhiên liệu phụ như gas/dầu để quá trình cháy triệt để hơn,
tránh ngọn lửa tác động lên gạch chịu lửa.
Dễ bị nghẹt béc phun khi chất thải lỏng có cặn.
 Lò đốt thùng quay
Đây là loại lò đốt chất thải có nhiều ưu điểm bởi quá trình xáo trộn CTR tốt, đạt
hiệu quả cao và hiện nay, được sử dụng khá phổ biến ở các nước tiên tiến. Lò đốt thùng
quay được sử dụng để xử lý các loại chất thải nguy hại dạng rắn, bùn, cặn và cả dạng
lỏng. Ở Mỹ, lò đốt thùng quay chiếm tới 75% số lò đốt chất thải nguy hại, lò đốt tầng
sôi chiếm 10%, còn lại 15% là các loại lò khác.
Thùng quay hoạt động ở nhiệt độ khoảng 1100

0
C, sử dụng chất thải nguy hại làm
nguyên liệu. Đây là phương pháp tiêu hủy chất thải bằng cách đốt cùng với nhiên liệu
thông thường khác để tận dụng nhiệt cho các thiết bị tiêu thụ nhiệt như: nồi hơi, lò
nung, lò luyện kim, lò nấu thủy tinh, lò nung xi măng Lượng chất thải bổ sung vào lò
đốt có thể chiếm 12 - 25% tổng lượng nhiên liệu.
Page 25