Quá trình thiêu đốt chất thải

Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................... 6
CHƯƠNG I: TÔNG QUAN ............................................................................... 7
1.1.

Đối tượng nghiên cứu ......................................................................... 7

1.2.

Phương pháp nghiên cứu..................................................................... 7

1.3.

Mục đích nghiên cứu........................................................................... 7

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ ......................... 8
2.1.

Lý thuyết cháy .................................................................................... 8

2.2.

Xử lý chất thải bằng phương pháp nhiệt .............................................. 9

2.2.1.

Định nghĩa xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt ............................ 9

2.2.2.

Phân loại hệ thống xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt ................ 9

2.2.3.

Một số ưu nhược và điểm của phương pháp xử lý CTR bằng nhiệt
10

2.3.

Xử lý chất thải rắn bằng phương pháp thiêu đốt ................................ 11

2.3.1.

Các nguyên tắc cơ bản của quá trình cháy................................... 11

2.3.2.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy.................................... 14

2.4.

Một số công nghệ đốt chất thải điển hình .......................................... 22

2.4.1.

Các hệ thống lò đốt ..................................................................... 22

2.4.2.

Đốt hở thủ công .......................................................................... 23

2.4.3.

Đốt bằng các thiết bị chuyên dụng .............................................. 24

CHƯƠNG III: LÒ ĐỐT THÙNG QUAY ........................................................ 34
3.1.

Lò đốt thùng quay công suất nhỏ ...................................................... 36

3.1.1.

Thông số hoạt động của lò đốt công suất nhỏ LQ-150 ................ 36

Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 1


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

3.1.2.

Đặc điểm kỹ thuật của lò đốt LQ-150 ......................................... 37

3.1.3.

Nguyên tắc và đặc điểm vận hành lò đốt LQ-150........................ 37

3.1.4.

Các hạng mục cơ bản của lò đốt LQ-150 .................................... 39

3.2.

Lò đốt thùng xoay công suất lơn ...................................................... 42

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 44

Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 2


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

Danh mục bảng
Bảng 1: Mối quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian khi hiệu quả phân huỷ đạt
99,99% các chất hữu cơ.................................................................................... 12
Bảng 2: Thành phần và tính chất một số chất thải ............................................ 14
Bảng 3: Nhu cầu cấp khí của một số chất thải .................................................. 19
Bảng 4: Nhiệt trị của một số thành phần của CTR ............................................ 21

Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 3


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

Danh mục hình
Hình 1: Biểu đồ mối quan hệ giữa hệ số cấp khí và nhiệt độ buồng đốt ............ 17
Hình 2: Ảnh hưởng của không khí dư đến nhiệt độ buồng đốt.......................... 18
Hình 3: Hệ thống lò đốt RDF ........................................................................... 23
Hình 4: Sơ đồ cấu tạo của lò một cấp ............................................................... 26
Hình 5: Sơ đồ cấu tạo lò đốt nhiều cấp ............................................................. 27
Hình 6: Mô hình lò đốt thùng quay................................................................... 30
Hình 7: Quy trình hệ thống lò đốt tầng sôi........................................................ 32
Hình 8: Hệ thống lò thùng quay ....................................................................... 35
Hình 9: Hình ảnh thực tế lò đốt thùng quay ...................................................... 39
Hình 10: Nạp liệu chất thải vào lò .................................................................... 40
Hình 11: Sơ đồ công nghệ lò đốt thùng xoay công suất lơn công suất 500kg/h .43

Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 4


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

Danh mục từ viết tắt
CTR …………Chất thải rắn
RDF ………….Refuse Derived Fuel
CTNH………...Chất thải nguy hại

Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 5


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

LỜI MỞ ĐẦU
Chất thải rắn nếu không 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 được bắt đầu
phan 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, và 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 nghệ 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 tập trung nghiên cứu công nghệ đốt để xử lý một số chất thải
công nghệ 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 tiêu chí về kinh tế - môi trường.

Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 6


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải
CHƯƠNG I: TÔNG QUAN

1.1.

Đối tượng nghiên cứu

 Chất thải công nghiệp
 Chất thải nguy hại
 Chất thải y tế
1.2.

Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp luận
 Phương pháp phân tích
 Tìm hiểu sách báo, các trang web
1.3.

Mục đích nghiên cứu

Tìm hiểu phương pháp nhiệt và hệ thống đốt trong lò đốt thùng quay.

Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 7


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ
2.1.

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 lýđảm bảo sự tiếpxúccủa các thành phần nhiên
liệuvà oxy.

Người ta phân biệt hai phương pháp đốt nhiên liệu khác nhau về nguyên
lý:
 Đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu – không khí pha trộn trước (cháy động học)
 Đốt cháy trongquá trình hỗn hợp nhiên liệu không khí (cháy khuếch tán)
 Bản chất của sự cháy
Sự cháy là quá trình lý hóa phức tạp mà cơ sở của nó là phản ứng oxy hóa
xảy ra một cách nhanh chóng có kèm theo sự tỏa nhiệt và phát ra tia sáng.
Trong điều kiện bình thường, sự cháy xuất hiện và tiếp diễn trong tổ hợp
gồm có cháy, không khí và lửa. trong đó chất cháy và không khí tiếp xúc với lửa
tạo thành hệ thống cháy, còn nguồn gây lửa là xung lương gây ra hệ thống phản
ứng cháy. Hệ thống chỉ có thể cháy được với một tỷ lệ nhất định giữa chát cháy
và không khí.
Quá trình hóa học của sự cháy có kèm theo quá trình biến đổi lý học như
chất rắn cháy thành chất lỏng, chất lỏng cháy bị bay hơi.
 Diễn biến quá trình cháy
Quá trình cháy của vật rắn, lỏng , khí đều gồm các giai đoạn sau:Oxy hóa, Tự
bốc cháy, Cháy
 Điều kiện để phát sinh ra cháy: là phải có chất cháy, có oxy, có nhiệt độ
cần

Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 8


Đồ án thực tập kỹ sư
2.2.

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

Xử lý chất thải bằng phương pháp nhiệt

2.2.1. 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... đồngthời giải phóng năng
lượng dưới dạng nhiệt
2.2.2. Phân loại hệ thống xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt
Các hệ thống xử lý CTR bằng nhiệt được phân loại dựa trên nhu cầu sử
dụng không khí bao gồm:
 Quá trình đốt được thực hiện với một lượng oxy không khí cần thiết vừa
đủ để đốt cháy hoàn toàn CTR gọi là quá trình đốt hoá học.
 Quá trình đốt được thực hiện với dư lượng không khí cần thiết được gọi là
quá trình đốt dư khí.
 Quá trình đốt không hoàn toàn CTR dưới điều kiện thiếu không khí và tạo
ra các khí cháy như cacbon monooxide (CO), hydrogen (H2) và các khí
hydrocacbon gọi là quá trình khí hoá.
 Quá trình xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt trong điều kiện hoàn toàn
không có oxy gọi là quá trình nhiệt phân.

Các hệ thống xử lý CTR bằng phương pháp nhiệt

Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 9


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

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.
2.2.3. Một số ưu nhược và điểm của phương pháp xử lý CTR bằng nhiệt
❖ Phương pháp xử lý CTR bằng nhiệt có những ưu điểm:
 Thể tích và khối lượng CTR giảm tới mức nhỏ nhất so với ban đầu, CTR
được xử lý khá triệt để (giảm 80-90% trọng lượng thành phần hữu cơ
trong CTR).
 Thu hồi năng lượng nhiệt của quá trình có thể tận dụng vào nhiều mục
đích như chạy máy phát điện, sản xuất nước nóng.
 Là thành phần quan trọng trong chương trình quản lý tổng hợp CTR.
 CTR có thể được xử lý tại chỗ mà không cần phải vận chuyển đi xa, tránh
được các rủi ro và chi phí vận chuyển.
 Hiệu quả xử lý cao đối với các loại chất thải hữu cơ chứa vi trùng lây
nhiễm (chất thải y tế), cũng như các loại chất thải nguy hại khác (thuốc
bảo vệ thực vật, dung môi hữu cơ, chất thải nhiễm dầu...).
❖ Tuy nhiên, phương pháp nhiệt không phải đã giải quyết được tất cả các vấn
đề của CTR, phương pháp này vẫn còn một số bất lợi sau đây:
 Không phải tất cả các CTR đều có thể đốt được thuận lợi, ví dụ như chất
thải có hàm lượng ẩm quá cao hay các thành phần không cháy cao (chất
thải vô cơ).
 Vốn đầu tư ban đầu cao hơn so với các phương pháp xử lý khác bao gồm
chi phí đầu tư xây dựng lò, chi phí vận hành và xử lý khí thải lớn.
 Việc thiết kế, vận hành lò đốt phức tạp, đòi hỏi năng lực kỹ thuật và tay
nghề cao, chế độ tập huấn tốt.
 Yêu cầu nhiên liệu đốt bổ sung nhằm duy trì nhiệt độ trong buồng đốt.
 Những tiềm năng tác động đến con người và môi trường có thể xảy ra,
nếu các biện pháp kiểm soát quá trình đốt, xử lý khí thải không đảm bảo.
Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 10


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

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.
2.3.

Xử lý chất thải rắn bằng phương pháp thiêu đốt
Công nghệ đốt là một quá trình xử lý khá phức tạp. Trong quá trình cháy,

các chất hữu cơ dạng rắn hoặc lỏng sẽ bị chuyển đổi sang pha khí. Các khí này
qua các lưới đốt sẽ tiếp tục bị làm nóng lên, đến một nhiệt độ nào đó các hợp
chất hữu cơ của chúng sẽ bị phân hủy thành các nguyên tử thành phần. Các
nguyên tử này kết hợp với oxy và tạo nên các khí bền vững, các khí này sau khi
qua các thiết bị kiểm soát ô nhiễm sẽ được thải vào bầu khí quyển.
Quá trình đốt CTR là quá trình oxy hoá khử CTR bằng oxy không khí ở
nhiệt độ cao. Lượng oxy sử dụng theo lý thuyết được xác định theo phương trình
cháy:
Chất thải rắn + O2→ 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, NOx, CO, CO2, SOx, THC, HCl, HF, Dioxin / Furan, hơi nước và
tro. Năng lượng có thể được thu hồi nhờ quá trình traođổi nhiệt từ khí sinh ra có

nhiệt độ cao.
2.3.1. 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 º C, CTR sinh hoạt > 900 º C).
Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 11


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

✓ Nếu nhiệt độ quá cao, lưu lượng khí sinh ra quá lớn, ảnh hưởng đến thời gian
lưu khí trong buồng thứ cấp có nghĩa là làm giảm sự tiếp xúc giữa không khí và
khí gas, khói thải đen, nồng độ các chất ô nhiễm như CO, THC trong khí
thải cao.
✓ Nếu nhiệt độ không đủ cao, phản ứng sẽ xảy ra không hoàn toàn và sản phẩm
khí thải cũng có khói đen.
Vì vậy, nếu nhiệt độ quá cao cũng như quá thấp thì sẽ làm giảm hiệu quả cháy.



Độ xáo trộn (Turbulence): để tăng cường hiệu quả tiếp xúc giữa CTR cần

đốt và chất oxy hoá, có thể đặt các tấm chắn trong buồng đốt hoặc tạo góc
nghiêng thích hợp giữa dòng khí với béc phun để tăng khả năng xáo trộn. Độ
xáo trộn có thể đánh giá thông qua yếu tố xáo trộn.
F = 100%*[lượng không khí thực tế]/[lượng không khí lý thuyết]
Trong đó: F là yếu tố xáo trộn.F càng lớn, hiệu quả xử lý càng cao.


Thời gian (Time): thời gian lưu cháy đủ lâu để phản ứng cháy xảy ra

hoàn toàn. Thời gian lưu cần thiết bảo đảm đốt cháy hoàn toàn của mỗi chất
phụ thuộc vào bản chất của chất bị đốt và nhiệt độ đốt.
Bảng 1: Mối quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian khi hiệu quả phân huỷ đạt
99,99% các chất hữu cơ

Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 12


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

Khi đốt CTNH, để hạn chế quá trình sinh ra Dioxin / Furan, thì nhiệt độ
buồng đốt thứ cấp cần cao trên 1100 ºC và thời gian lưu cháy tối thiểu là 2 giây.
Các nguyên tắc trên liên hệ khắng khít với nhau, khi nhiệt độ phản ứng
cao, xáo trộn tốt thì thời gian phản ứng giảm vẫn đảm bảo hiệu quả cháy cao.
Ví dụ như xử lý những chất thải có thành phần xenllulô cao như giấy… khi đốt

chỉ cần duy trì ở nhiệt độ 760 ºC, thời gian cháy tối thiểu là 0,5 giây.

Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 13


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

2.3.2. 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:

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 CO2 và H2O. Ngoài ra sự có mặt của các
tạp chất như N, S sẽ phát sinh ra các khí axít như NOx, SOx.
Ngoài các yếu tố nhiệt độ, thời gian lưu cháy, độ xáo trộn quyết định hiệu
quả cháy, còn có các yếu tố khác cũngảnh hưởng tới quá trình cháy như sau:
a. Thành phần và tính chất của chất thải
Thành phần hoá học của một số chất thải được cho trong bảng sau:
Bảng 2: Thành phần và tính chất một số chất thải

Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 14


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

Thành phần cơ bản của chất thải là: C + H + O + N + S + A + W = 100%
Trong đó C, H, O, N, S, A, W là phần trăm theo trọng lượng của các
nguyên tố cacbon, hydro, oxy, nitơ, lưu huỳnh , tro và độ ẩm trong chất thải.
Thành phần hoá học của chất thải có ảnh hưởng tới quá trình nhiệt phân và
đốt cháy.
Dựa vào thành phần hoá học của chất thải để tính được nhiệt trị của chất
thải và tính toán lượng oxy cần thiết để đốt cháy hoàn toàn chất thải cũng như
lượng khí thải hình thành, yếu tố này liên quan tới việc tính toán thời gian lưu
cháy hoặc thể tích lò khi đốt chất thải.
 Cacbon (C) là thành phần cháy chủ yếu trong chất thải. Nhiệt trị của
cacbon là 8000 kcal/kg. Nhiên liệu rắn chứa nhiều cacbon hơn nhiên liệu
lỏng và khí, nhưng thành phần chất trợ cháy ít hơn. Chất thải có thành
phần cacbon càng cao thì sản phẩm cháy CO2 càng nhiều.

Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 15


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

 Hydro (H) là thành phần thứ hai của chất thải. Nhiệt trị thấp của Hydro
lớn gấp bốn lần than. Hàm lượng hydro càng nhiều chất thải càng dễ bắt
lửa. Chất thải dạng lỏng và khí có nhiều hydro hơn chất thải rắn.
 Lưu huỳnh (S) cũng là thành phần cháy nhưng toả nhiệt ít. Sản phẩm cháy
của lưu huỳnh tạo thành khí SOx, gặp hơi nước có khả năng tạo thành axít
gây ăn mòn các thiết bị. Khí SOx là dạng khí độc, lưu huỳnh là nguyên tố
không mong muốn trong quá trình đốt.
 Oxy và nitơ là chất vô ích. Nó làm giảm thành phần cháy của chất thải.
 Độ tro (A) là yếu tố tiêu cực cho đốt chất thải. Độ tro càng cao, thành
phần chất cháy càng giảm, gây đông kết ở trung tâm buồng đốt và đáy lò.
Tro dễ phủ lên bề mặt tiếp nhiệt của buồng đốt làm giảm hiệu quả đốt.
 Độ ẩm (W) thể hiện mức độ chứa nước trong chất thải. Độ ẩm lớn, thành
phần chất cháy giảm, làm nhiệt trị của chất thải giảm. Khi đốt, nhiệt trị bị
hao phí một phần để làm bay hơi nước. Một chất thải có độ ẩm trên 95%
hoặc một loại bùn thải có ít hơn 15% thành phần rắn sẽ được xem là
không có khả năng đốt.
 Muối vô cơ: trong một hệ thống đốt thông thường, nếu chất thải giàu
muối vô cơ, muối kiềm sẽ gây khó khăn cho quá trình đốt. Từng lượng
nhỏ muối sẽ thăng hoa, sau đó tập trung trên bề mặt lò tạo nên một lớp xỉ
hoặc đóng bánh làm giảm khả năng đốt của lò.
b. Ảnh hưởng của hệ số cấp khí
Hệ số cấp khí (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.

Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 16

Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

Hệ số cấp khí được biểu hiện bằng công thức sau:

Trong đó: Vtt là lượng không khí (oxy) được cấp vào buồngđốt.
Vlt là lượng không khí lý thuyết (oxy) để oxy hoá hoàn toàn chất thải.
Sự ảnh hưởng của không khí dư tới nhiệt độ của buồng đốt được biểu diễn như
đồ thị sau:

Hình 1: Biểu đồ mối quan hệ giữa hệ số cấp khí và nhiệt độ buồng đốt

Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 17


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

Hình 2: Ảnh hưởng của không khí dư đến 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.
Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 18


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

Mỗi loại chất thải đem đốt có nhiệt trị khác nhau và lượng không khí lý
thuyết cung cấp cho quá trình cháy cũng khác nhau. Hệ số dư không khí cho
phép tính thể tích sản phẩm cháy và thể tích buồng đốt.
Trong quá trình đốt, không phải lúc nào cũng có thể tính toán được lượng
không khí cần cung cấp cho quá trình cháy vì thành phần của chất thải đầu vào
luôn biến động, do đó cần phải kiểm soát quá trình đốt thông qua một số thông
số khác để quá trình vận hành dễ dàng hơn như: nhiệt độ, hệ số dư không khí,
nồng độ CO, CO2, Oxi, bụi..
Bảng 3: Nhu cầu cấp khí của một số chất thải
Chất thải

Lượng không khí lý thuyết (m3 không khí/kg chất thải)

12.3
Polyetylen
4.2
PET
5.7
Photoresist
10.0
Polystyren
3.9
Polyuretan
6.2
PVC
3.1
Giáy
5.1
Bệnh phẩm
Cacton
2.3
5.9
Nhựa
4.1
Vải
9.2
Cao su
3.6
Thực phẩm
3.3
Rác vườn
(Nguồn: Standard Handbook of Hazadous Waste Treatment and Disposal,Mc

Graw- Hill)
Trong các trường hợp cụ thể của quá trình đốt, ta có thể tính toán lượng
không khí cần thiết cho quá trình đốt như sau:
 Đốt vừa đủ khí
Lượng không khí cần thiết cho quá trình đốt CTR được tính toán dựa trên
các phương trình phản ứng giữa thành phần cacbon, hydro và lưu huỳnh trong
phần hữu cơ của CTR đô thị với oxy không khí như sau:
Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 19


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

 Đốt khí dư
Vì tính chất không đồng nhất của CTR nên khó đốt hoàn toàn CTR với
một lượng vừa đủ không khí tính theo lý thuyết. Trong một số hệ thống đốt
CTR, chế độ cấp dư khí được sử dụng nhằm đảm bảo sự xáo trộn tốt và mọi
thành phần trong CTR tiếp xúc tốt với không khí. Lượng dư không khí cho quá
trình đốt ảnh hưởng đến nhiệt độ và thành phần của khí đốt sinh ra. Khi phần
trăm dư lượng không khí tăng, oxy trong khí lò tăng, nhiệt độ lò giảm. Do đó,
điều chỉnh lượng không khí dư cung cấp là một phương pháp để kiểm soát nhiệt
độ lò đốt.
Nhiệt độ có ảnh hưởng đến sự xuất hiện của các khí gây mùi trong thành
phần của khói lò. Khi t º lò< 787 º C, các khí gây mùi có trong thành phần của
khói lò, nhưng khi t ºlò> 982 ºC (1800 ºF ) thì sự phát sinh các khí gây mùi như
dioxin, furan, các chất hữu cơ bay hơi (VOC) và các chất độc tiềm tàng khác là
thấp nhất.

c. Nhiệt trị
Nhiệt trị của chất thải rắn là lượng nhiệt sinh ra khi đốt hoàn toàn một đơn vị
khối lượng CTR (kcal/kg). Nhiệt trị của CTR cần được quan tâm khi ứng dụng
công nghệ đốt chất thải nhằm tận dụng năng lượng hoặc đốt kèm với nhiên liệu
trong các công nghệ khác như đốt nồi hơi, nung clinker… Nhiệt trị có liên quan
đến quá trình sinh nhiệt khi cháy.
Nhiệt trị thấp của nhiên liệu rắn, lỏng tính theo công thức của Mendeleep:
Q (kcal/kg) = 81C + 300H – 26 (O-S) – 6(9A + W)
Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 20


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

(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 nhữngtrường hợp ngoại lệ.
Nhiệt trị một số thành phần của CTR được cho trong bảng sau:
Bảng 4: Nhiệt trị của một số thành phần của CTR
Thành phần
Nhiệt trị trung bình (kcal/kg)
1112
Thực phẩm

1558
Rác làm vườn
2501
CTR sinh hoạt
4448
Gỗ
4004
Giấy
3894
Carton
7788
Nhựa dẻo
5563
Cao su
4194
Vải
4194
Da
(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

Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 21


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

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 …
2.4.

Một số công nghệ đốt chất thải điển hình

2.4.1. 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).
2.4.1.1. Hệ thống lò đôt 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 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.
2.4.1.2. 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.

Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 22


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

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.

Hình 3: Hệ thống lò đốt RDF
Đặc điểm của hệ 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.
2.4.2. 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 hỗ trợ.
Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 23


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

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.
2.4.3. 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 nhằmlàm 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.
 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 hút để hút 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.

Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 24


Đồ án thực tập kỹ sư

Đề tài: Quá trình thiêu đốt chất thải

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.
2.4.3.1. 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 hỗn 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 hỗ 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 gỗ, mùn cưa ...
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.

Nguyễn Quang Hùng - 510303018

Trang 25