Hiện nay, công nghệ đốt chất thải phát điện đang được các quốc gia quan tâm vì nó thể hiện được những ưu điểm vượt bậc so với phương pháp chôn lấp và lò đốt chất thải truyền thống, như giảm được trên 90% thể tích và khối lượng chất thải; có thể tận dụng nhiệt; giảm phát thải khí nhà kính so với biện pháp chôn lấp; giảm thiểu ô nhiễm nước, mùi hôi... Có ba công nghệ lò đốt chất thải được sử dụng nhiều nhất trong các nhà máy đốt chất thải phát điện hiện nay, đó là: công nghệ lò đốt buồng lửa có ghi (stocker incinerators), công nghệ lò đốt thùng quay (Rotary Kiln incinerators) và công nghệ lò đốt tầng sôi (Fluidized Bed Incinerators). Một số đặc điểm công nghệ và các sáng chế điển hình của ba công nghệ này được trình bày dưới đây.
Công nghệ sử dụng lò đốt buồng đốt chất thải phát điện buồn lửa có ghi (Stoker incinerators)
Công nghệ đốt chất thải phát điện sử dụng buồng lửa có ghi có nguyên lý: chất thải rắn được đốt trong một buồng lửa với không khí được làm giàu oxy cung cấp từ bên dưới. Tại đó, chất thải rắn được sấy khô và đốt cháy thành tro, phần lớn sẽ lắng xuống đáy. Một phần nhỏ tro xỉ thoát ra khỏi lò theo dòng khí thải và được thu gom, xử lý trong thiết bị xử lý khí thải. Công nghệ này có ưu điểm là có thể xử lý nhiều loại chất thải và công suất lò đốt có thể nâng lên rất cao. Tuy nhiên công nghệ có nhược điểm không thể xử lý chất thải rắn có nhiệt trị quá cao (nhiệt trị thường nhỏ hơn 3000 kcal/kg) và không thể bị gián đoạn quá trình vận hành.
Một ví dụ cho công nghệ đốt chất thải phát điện sử dụng buồng lửa có ghi là Sáng chế JP2016057039A của công ty Mitsubishi Heavy Industries Environmental & Chemical Engineering Co Ltd công bố ngày 21/04/2016 tại Nhật Bản với tiêu đề “Stoker incinerator”
Công nghệ sử dụng lò đốt buồng đốt chất thải phát điện buồn lửa có ghi (Stoker incinerators)
Công nghệ đốt chất thải phát điện sử dụng buồng lửa có ghi có nguyên lý: chất thải rắn được đốt trong một buồng lửa với không khí được làm giàu oxy cung cấp từ bên dưới. Tại đó, chất thải rắn được sấy khô và đốt cháy thành tro, phần lớn sẽ lắng xuống đáy. Một phần nhỏ tro xỉ thoát ra khỏi lò theo dòng khí thải và được thu gom, xử lý trong thiết bị xử lý khí thải. Công nghệ này có ưu điểm là có thể xử lý nhiều loại chất thải và công suất lò đốt có thể nâng lên rất cao. Tuy nhiên công nghệ có nhược điểm không thể xử lý chất thải rắn có nhiệt trị quá cao (nhiệt trị thường nhỏ hơn 3000 kcal/kg) và không thể bị gián đoạn quá trình vận hành.
Một ví dụ cho công nghệ đốt chất thải phát điện sử dụng buồng lửa có ghi là Sáng chế JP2016057039A của công ty Mitsubishi Heavy Industries Environmental & Chemical Engineering Co Ltd công bố ngày 21/04/2016 tại Nhật Bản với tiêu đề “Stoker incinerator”
Hình 1: Lò đốt sử dụng công nghệ buồn lửa có ghi – Theo sáng chế JP2016057039A- Stoker incinerator
Trong lò đốt chất thải phát điện sử dụng buồng lửa có ghi, khí thải có khả năng không được đốt cháy hết do kích thước lò đốt ngày càng tăng lên. Do đó, một vấn đề xảy ra là hàm lượng khí có hại sinh ra trong quá trình cháy như nitơ oxit (NOx) hoặc cacbon monoxit (CO) còn nhiều trong khí thải của quá trình đốt. Mục tiêu của sáng chế này là đưa ra một lò đốt có quá trình đốt thứ cấp để đốt khí thải của quá trình đốt sơ cấp và một phần khí thải được tuần hoàn. Do vậy, lượng khí có hại sẽ giảm thiểu một cách đang kể.
Lò đốt buồng đốt chất thải phát điện kiểu buồn lửa có ghi theo sáng chế bao gồm: bộ phận cung cấp khí thải tuần hoàn cho phép khí thải thu được từ việc xử lý khí đốt hồi lưu đến kênh dẫn khí đốt (15) thông qua vòi phun khí thải tuần hoàn (36) được cung cấp trên kênh dẫn khí đốt (15) và cung cấp khí thải dưới dạng khí thải tuần hoàn (S3); và bộ cấp khí đốt thứ cấp cung cấp không khí đốt thứ cấp (S2) ở phía trên của vòi phun khí thải tuần hoàn (36) trên kênh dẫn khí đốt (15) thông qua vòi phun khí đốt thứ cấp (31) được cung cấp trên khí đốt kênh (15), trong đó vòi phun khí thải tuần hoàn (36) và vòi phun khí đốt thứ cấp (31) được bố trí ở các vị trí khác nhau theo mặt cắt của kênh dẫn khí đốt (15).
Chất thải (D) được đưa vào buồng đốt (9) từ phễu cung cấp (4) thông qua sự di chuyển tới lui của bộ nạp (7). Buồng đốt (9) được tạo thành bằng cách bố trí xen kẽ các ghi cố định (fixed fire grates) và các ghi di động (movable fire grates) chuyển động theo hướng dòng chảy của chất thải. Khí đốt sơ cấp (10) được cung cấp tới buồng đốt sơ cấp thông qua bộ cung cấp (S1). Buồng đốt (9) có ba phần: phần lò sấy (M1) để tiếp nhận chất thải (D), làm khô và đốt một phần; phần lò đốt (M2) là phần đốt chính chất thải; và phần lò đốt (M3) là phần đốt cuối cùng để đảm bảo chất thải được đốt hết trước khi tro đi qua cổng xả tro (13).
Quá trình đốt thứ cấp xảy ra trong kênh khí đốt (15). Khí đốt của quá trình đốt sơ cấp tại buồng đốt (9) và một phần khí thải (R’) được hồi lưu thông qua vòi phun khí thải tuần hoàn (36) tạo thành khí thải tuần hoàn (S3) vào buồng đốt thứ cấp (17). Không khí (29) đực đưa vào sử dụng cho quá trình đốt thứ cấp tại vòi phun (31) phía bên trên của vòi phun khí thải tuần hoàn (36). Quá trình đốt cháy thứ cấp này giúp giảm lượng khí thải có hại.
Công nghệ sử dụng lò đốt thùng quay (Rotary Kiln incinerators)
Công nghệ này có lò đốt dạng hình trụ rỗng và có cấu tạo đơn giản. Khi vận hành, lò quay chậm rãi, đưa chất thải bên trong lên, xuống theo từng vòng quay. Tro xỉ thoát ra ở phần cuối của khối trụ lò trong khi dòng khí thải lại được đốt liên tiếp đến khi cháy hoàn toàn. Một phần tro xỉ cũng được đốt tiếp chung với dòng khí và được xử lý trong thiết bị xử lý khí thải. Công nghệ này có ưu điểm là có thể xử lý nhiều loại chất thải nhưng thích hợp nhất là chất thải có nhiệt trị cao và có thể xử lý được chất thải kích thước lớn. Tuy nhiên công nghệ còn có nhược điểm là dễ thất thoát nhiệt và công suất bị giới hạn (thường xử lý ít hơn 300 tấn rác thải/ngày)
Một ví dụ cho công nghệ đốt chất thải phát điện sử dụng lò đốt thùng quay là đơn đăng ký quốc tế (PCT) WO 2010/114353 A1 của nhóm tác giả Nee Khoon Gideon Khoo, Tze Yin Priscilla Khoo, Nee Shien Caleb Khoo, và Frank Anthony Rubino công bố ngày 07/10/2010 tại Văn phòng quốc tế của WIPO với tiêu đề “Waste to energy combustion system” và được Cục Sở hữu trí tuệ Việt Nam cấp bằng độc quyền sáng chế số 1-0013982-000, ngày 13/04/2015 với tiêu đề “Hệ thống đốt rác thải thành năng lượng”.
Hình 2: Hệ thống đốt chất thải điện kết hợp lò đốt thùng quay – Theo sáng chế 1-0013982-000
- Hệ thống đốt rác thải thành năng lượng
- Hệ thống đốt rác thải thành năng lượng
Sáng chế đề cập đến hệ thống đốt rác thải thành năng lượng (100), hệ thống này bao gồm cơ cấu cấp liệu con trượt dạng thủy lực (104), hệ thống phun không khí riêng (106), buồng sơ cấp là lò đốt rác thải kiểu quay (108) và hệ thống điều khiển tro ở đáy (114). Hệ thống phun không khí riêng (106) bao gồm một số vòi phun không khí được hướng theo phương tiếp tuyến và theo hướng đối nhau với không khí đốt cháy cấp theo sự quay của lò nung vào lò đốt rác thải kiểu quay (108) trong khi tạo chuyển động xoáy lốc để tác động một cách hỗn loạn lên rác thải khi nó quay và bốc cháy và một số vòi nước được cấp qua ống dẫn nước trong ống dẫn không khí có phương tiện dập tắt nhằm làm giảm nhiệt độ của khí xả và làm giảm trị số nhiệt lượng của rác thải. Buồng thứ cấp (112) của rác thải để cấp năng lượng bao gồm hệ thống cấp không khí, van giảm áp, đầu đốt và cơ cấu dò. Buồng thứ cấp (112) bao gồm cơ cấu tiếp nhận khí ống lò có thời gian lưu lại dài hơn, đi ra từ lò đốt rác thải kiểu quay, cơ cấu để oxy hóa các khí ống lò dư nhờ sử dụng không khí và nhiệt và cơ cấu dò sự cần thiết tiếp tục phải đốt cháy qua cơ cấu dò.
Công nghệ sử dụng lò đốt tầng sôi (Fluidized Bed Incinerators):
Công nghệ đốt chất thải phát điện sử dụng lò đốt tầng sôi có nguyên lý như sau: sau khi nghiền, chất thải rắn sẽ được đưa vào trong lò đốt và được đốt cháy trong thời gian ngắn nhờ sự xáo trộn mạnh trong lò. Cho không khí đã làm giàu oxy và cát thạch anh nóng vào lò để tăng hiệu suất của quá trình cháy. Kim loại, đá và thủy tinh trong chất thải cùng với các tinh thể cát thạch anh được lấy ra ngoài theo đường đáy lò. Sau khi loại bỏ các chất khác, cát được tuần hoàn lại vào lò đốt. Hầu hết tro xỉ thoát ra khỏi lò theo dòng khí thải và được thu gom, xử lý trong thiết bị xử lý khí thải. Công nghệ này có ưu điểm là thích hợp để đốt bùn thải và có thể vận hành gián đoạn. Tuy nhiên công nghệ có nhược điểm là phải có công đoạn nghiền nhỏ chất thải rắn và công suất giới hạn.
Một ví dụ cho công nghệ đốt chất thải phát điện sử dụng lò đốt tầng sôi là sáng chế JP2004176959A của công ty Kurrimoto Ltd công bố ngày 24/06/2004 tại Nhật Bản với tiêu đề “Waste incinerator “
Hình 3: Thiết bị lò đốt tầng sôi – Theo Sáng chế JP2004176959A - Waste incinerator
Lò đốt tầng sôi theo sáng chế này cho phép thu hồi hiệu quả nhiệt năng của vật liệu thải ở nhiệt độ cao. Lò khí hóa tầng sôi (1) khí hóa vật liệu thải dễ cháy bằng cách tiếp xúc với vật liệu ở tầng sôi. Lò đốt thứ cấp (3) đốt khí phân hủy nhiệt của vật liệu chưa cháy được tạo ra trong lò khí hóa tầng sôi. Thiết bị trao đổi nhiệt loại trung bình hình hạt (4) thu hồi nhiệt của khí thải nhiệt độ cao được tạo ra trong lò đốt thứ cấp.
Trên đây là các thông tin về đặc điểm công nghệ, ưu nhược điểm và một số sáng chế mình họa cho ba công nghệ lò đốt chất thải phát điện được sử dụng phổ biến hiện nay. Tùy thuộc vào loại chất thải cần xử lý, công xuất và hiệu suất để lựa chọn công nghệ lò đốt chất thải phát điện phù hợp với nhu cầu thực tế của các địa phương, doanh nghiệp. Doanh nghiệp, tổ chức, cá nhân có nhu cầu về về sáng chế và công nghệ đốt chất thải phát điện xin vui lòng liên hệ với Trung tâm Thống kê dữ liệu và Phân tích sáng chế, Viện Nghiên cứu sáng chế và Khai thác công nghệ (số điện thoại: 024.3822.8875).
Nguồn: Trung tâm Thống kê dữ liệu và Phân tích sáng chế
