Công nghệ cho điện rác

Bài viết liên quan

1.Sử dụng khí bãi rác

Sự hình thành khí bãi rác: phần trăm theo thể tích của các loại khí được sinh ra theo thời gian

Phương pháp chôn lấp thường áp dụng cho đối tượng chất thải rắn là rác thải đô thị không được sử dụng để tái chế, tro xỉ của các lò đốt, chất thải công nghiệp. Phương pháp chôn lấp cũng thường áp dụng để chôn lấp chất thải nguy hại, chất thải phóng xạ ở các bãi chôn lấp có thiết kế đặc biệt cho rác thải nguy hại.

Chôn lấp hợp vệ sinh là một phương pháp kiểm soát sự phân huỷ của các chất rắn khi chúng được chôn nén và phủ lấp bề mặt. Chất thải rắn trong bãi chôn lấp sẽ bị tan rữa nhờ quá trình phân huỷ sinh học bên trong để tạo ra sản phẩm cuối cùng là các chất giàu dinh dưỡng như axit hữu cơ, nitơ, các hợp chất amon và một số khí như CO2, CH4.

1.1 Thành phần điển hình của khí bãi rác

Metan (CH4): 46 – 55 %
Oxy (O2): 0 – 0,5%
N2: 2 – 14 %
Carbon Monoxide (CO): < 25 %
Nhiệt độ khí miệng giếng: 52 – 60 oC

Nguy cơ từ khí bãi rác:

Khí bãi rác chủ yếu bao gồm carbon dioxide và metan (khí nhà kính)
Khí bãi rác có khả năng dễ cháy
Khí bãi rác có khả năng gây nổ
Khí bãi rác chứa các thành phần độc hại, gây ung thư và có mùi hôi
Khí bãi rác có thể phát tán từ bãi rác
Nó có thể ảnh hưởng đến thực vật và động vật sống

Khí bãi rác là một nguồn cung cấp năng lượng
Việc thu hồi khí là thiết kế bãi chôn lấp sao cho khí di chuyển bên trong có thể được kiểm soát và thu gom. Khí được thu gom hoặc có thể được sử dụng trực tiếp như là nhiên liệu có giá trị nhiệt lượng thấp hoặc có thể được xử lý (tinh lọc) để tạo thành nhiên liệu có giá trị nhiệt lượng cao. Việc thu gom khí có thể được thực hiện bằng cách thiết kế kết hợp những giếng thu khí được đặt ở những khoảng cách đã được tính toán và những vùng có tính thấm cao cho phép khí di chuyển vào các điểm thu gom. Điều này được thực hiện bằng cách lắp đặt những ống thoát khí (được đục lỗ) bên trong bãi chôn lấp và bên ngoài vỏ bọc của ống thu khí được bọc sỏi, hoặc sử dụng mương thu khí đổ đầy sỏi. Khí được dẫn thoát ra khỏi bãi chôn lấp bằng hệ thống ống dẫn hoặc đầu thu để vận chuyển khí và những quạt gió (bơm tạo lực hút chân không) để hút khí từ bãi chôn lấp lên đầu thu.

Ở bãi chôn lấp hợp vệ sinh người ta có thể bố trí hệ thống thu khí chủ động và tận dụng để phát điện.

1.2 Thu khí bãi rác

Các thành phần của một hệ thống thu khí
Giếng khoan thẳng đứng
Rãnh thu khí nằm ngang
Ống thu khí
Bộ phận thu khí ngưng tụ
Máy thổi/nén
Máy lọc
Ống khói và bộ chống lửa
Bộ động cơ khí (tốt nhất là có bộ phận thu hồi nhiệt)

Sơ đồ thu khí bãi rác

Động cơ khí nghèo

Giếng khoan thẳng đứng

Vật liệu: HDPE hoặc PVC
Độ sâu = 3-5m trên mặt đáy lớp rác
Lỗ khoan giếng: 20 – 90 cm (30 cm)
Chu vi ống: 5 – 15 cm (10 cm)

Chiều rộng rãnh: 70 - 100cm
Chu vi ống: 10 – 20 cm
Khoảng cách : 30 – 40 m

Tính toán lượng thu khí bãi rác

Thành phần rác thải
Mức độ nén chặt
Hàm lượng nước
Khí hậu
Sự hiện diện của chất ức chế

Các vấn đề về thu khí bãi rác

Hàm lượng nước cao trong khí (ngưng tụ)
Tắc ống nằm ngang do nước (ví dụ mưa)
Không khí xâm nhập
Khí metan bay ra
Thay đổi hàm lượng khí metan (tuổi thọ rác thải)
Ăn mòn
Xử lý rác thải

2. Sử dụng các quy trình nhiệt

2.1 Đốt

Đốt có ô-xy: Nhiên liệu + O2 --> CO2 + H2O

Lý do sử dụng phương pháp đốt
Giảm khối lượng (lên đến 90%)
Giảm trọng lượng (lên đến 75%)
Loại bỏ chất độc
Xử lý việc chôn lấp rác
Giảm thiểu tác động môi trường
Sản xuất năng lượng

Các hệ thống đốt

Lò đốt vỉ động (Stoker) --> Rác thải đô thị
Lò đốt quay --> Rác thải công nghiệp
Lò đốt tầng sôi --> Rác thải không độc hại
Khí hóa/nhiệt phân

Lò đốt rác thải rắn đô thị

Làm sạch khói thải

Khí thải từ lò đốt rác thải rắn đô thị

Chất thải từ quá trình đốt

Các chất gây ô nhiễm trong tro bay (so sánh với một nhà máy nhiệt điện đốt than)

Nhà máy MHKW Würzburg, Đức:

-Tổng công suất: khoảng 220.000 t/a
-3 dây chuyền:
Dây chuyền 1 + 2: (1984) 8 t/h
Dây chuyền 3: (1998) 15 t/h

Công suất hầm chất thải: 5000 t
Công suất phát điện lắp đặt : 25 MW
Công suất lắp đặt cung cấp nhiệt khu vực: 28MW
Lượng điện sản xuất (2011): 87,7 Mio kWh
Lượng nhiệt sản xuất cung cấp cho khu vực: 43,3 Mio kWh
Tự tiêu thụ điện: ~ 23%
Tiêu thụ vôi: 26 kg/t MSW
Tiêu thụ carbon hoạt tính: 1,7 kg/t MSW

So sánh khối lượng và năng lượng năm 2011, từ rác thải chuyển hóa thành điện năng

Khí thải ở nhà máy MHKW Würzburg

Khí thải ở nhà máy MHKW Würzburg

Tóm tắt về đốt rác thải rắn đô thị

2.2 Nhiệt phân
Các hình thức nhiệt phân:
+) Nhiệt phân chậm
Nhiệt độ tương đối thấp (< 450 oC), tỷ lệ nhiệt thấp, thời gian lưu dài
Sản lượng than hoạt tính tối đa (35wt%)
+) Nhiệt phân trung bình
Nhiệt độ 450-500oC, lên hơi nóng RT trong vài giây, RT rắn thay đổi
Khí nhiệt phân (15-25%), than (20-30%), dầu nhiệt phân (45-65%)
+) Nhiệt phân nhanh
Tỷ lệ nhiệt rất cao (> 1000oC/s), lên hơi nóng RT rất nhanh, làm mát nhanh
Nhiệt độ <550 oC : tối đa dầu nhiệt phân (~ 70%)
Nhiệt độ >600 oC: tối đa khí nhiệt phân (> 80%)

Nhiệt trị của dầu nhiệt phân
Dầu nhiệt phân:
Từ lốp xe cũ: 42 MJ/kg
Từ rác thải đô thị: 25 MJ/kg
Dầu có được từ dầu mỏ: 46 MJ/kg
Khí tổng hợp
Từ gỗ: 16MJ/m3
Từ rác thải đô thị: 18 MJ/m3
Từ lốp xe: 40 MJ/m3
Khí tự nhiên: 37 MJ/m3

Sơ đồ Nhiệt phân:

So sánh sản xuất khí hóa và nhiệt phân

2.3 Khí hóa

Đốt với ô-xy bán hợp thức: Nhiên liệu + O2 --> H2 + CO + CO2 + H2
Các phương pháp:

Khí hóa theo kiểu dòng ngược
Khí hóa theo kiểu dòng xuôi
Khí hóa tầng sôi
Khí hóa với sự trợ giúp của plasma

Tóm tắt về khí hóa dòng xuôi
Rất thành công trong lĩnh vực khí hóa sinh khối

Tóm tắt về khí hóa dòng xuôi :

Lượng khí thải nhỏ hơn - Ít phải làm sạch khói thải hơn
Không cần khu vực chứa lớn
Có thể sử dụng nhà máy nhỏ hơn
Hoạt động tương đối đơn giản
Cần phải có nhiên liệu tái chế từ rác thải (RDF) với độ ẩm thấp
Không thể vận hành với RDF tinh khiết
Có vấn đề khi thay đổi thành phần chất thải
Khó khăn mở rộng
Cần làm sạch khí tổng hợp
Hàm lượng năng lượng của khí tổng hợp thấp

Tổng quan về khí hóa plasma
Mức đầu tư: ~ 1300-2000 US$/t năm
Chi phí vận hành: ~ 120 – 180 US$/t
2 nhà máy ở Nhật
Các nhà máy ở châu Âu (Thermoselect và Siemens) đã thất bại
Các nhà máy ở Mỹ và Canađa (quy mô nhỏ) với vấn đề kỹ thuật

Tóm tắt về khí hóa với sự trợ giúp của plasma

Lượng khí thải nhỏ hơn - Ít phải làm sạch khói thải hơn (so với phương pháp đốt)
Không cần khu vực chứa lớn
Có thể sử dụng rác thải rắn đô thị hỗn hợp
Không cần lò hơi
Chi phí đầu tư rất cao
Chi phí bảo trì cao
Tiêu thụ nhiều năng lượng nội bộ
Đòi hỏi cán bộ vận hành phải có trình độ cao
Khoảng thời gian chết diễn ra thường xuyên
Hầu hết các hệ thống đòi hỏi chi phí thu gom rác cao

So sánh các phương pháp đã nêu ở trên

So sánh các quy trình

3. Xử lý theo phương pháp cơ sinh học

Xử lý theo phương pháp cơ sinh học (MBT)
+) Tiền xử lý cơ học (kiểm tra, phân loại, nghiền/băm)
+) Bước xử lý sinh học
Xử lý yếm khí phần hữu cơ
Sấy khô hiếu khí phần nhiều năng lượng
+) Hậu xử lý cơ học: Tách chất trơ, kim loại, v.v.

Sản phẩm của quá trình xử lý theo phương pháp cơ sinh học

Xử lý yếm khí: Khí sinh học Biogas
Xử lý hiếu khí: viên sinh khối (RDF)

RDF đã qua xử lý

Lý do xử lý theo phương pháp cơ sinh học

Sử dụng sinh khối để sản xuất khí sinh học
Tăng nhiệt trị phần nhiều năng lượng (từ 4 đến 18 MJ/kg ở châu Á)
RDF có thể được lưu trữ và vận chuyển một cách an toàn
Cho phép sử dụng RDF bằng nhiều cách khác nhau: Đốt, Khí hóa, Lò xi măng, Nhà máy điện tầng sôi

Quy trình ướt và khô