Mã số N2110: Giải pháp Tận dụng phế - phụ phẩm của công – nông nghiệp và thực phẩm trong hệ thống kinh tế tuần hoàn — Sở Khoa học và Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh

Công nghệ và thiết bị đốt lò áp lực không khói sử dụng dầu ăn phế phẩm, dầu thải/nhớt thải trong công, nông nghiệp, giúp chuyển hóa chất thải thành nhiên liệu và năng lượng hữu ích; góp phần giảm khí thải nhà kính, hạn chế ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe con người, cũng như đem lại những tiện ích và hiệu quả cho nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội.

Nguyên nhân khí thải trong công nghệ đốt

Hiện nay, khí thải phát sinh trong công nghệ đốt không riêng trong ngành luyện kim mà tất cả các ngành nghề khác có dùng đến nhiệt (lửa), và nguyên nhân chính là các thiết bị đốt hiện có không giải quyết được khí thải phát sinh.

*Hiện trạng gây ô nhiễm khói và khí thải.*

Nguyên nhân tạo khói có trong quá trình đốt là do hiện tượng:

- Dư gió tạo ra khói trắng.

- Dư chất đốt tạo ra khói đen.

Vì vậy để giảm khói trong quá trình đốt ta cần phải có sự cân bằng giữa chất đốt và gió phải để đạt được điều kiện “Cháy hoàn toàn“ ở mọi thời điểm cần nhiệt (lửa) cao hay thấp.

Chất đốt và hiện trạng:

Trong công nghệ đốt chúng ta có thể dùng :

- Dùng Gas hay Điện tốt cho môi trường nhưng giá thành cao.

- Dùng Dầu DO ít ô nhiễm hơn nhưng tiêu hao chất đốt nhiều – Thiết bị đắt tiền – Bảo hành, bảo trí khó khan và cũng không hết khói.

- Các loại Dầu khác như: FO – Dầu Điều… nhiều khói và khí thải độc hại

- Dùng Than đá nhiệt cao (hiện còn dùng cho nấu Gang) nhưng khí thải rất độc hại.

- Dùng Than cũi – Gổ - Trấu…ành hưởng đến phá rừng và phát thải nhiều khí CO – CO2 làm tăng hiệu ứng nhà kính.

- Dầu thải, nhớt thải: giá thành rẻ, giảm ô nhiễm mỗi trường.

Trước đây, các loại béc đốt được các cơ sở đúc – luyện kim thường dùng trong các lò đốt là loại thiết bị quạt gió ly tâm (hoặc có thể tách riêng quạt và béc đốt), sử dụng dầu FO, dầu điều, dầu cao su… sinh ra rất nhiều khói, bụi, và khí thải. Còn các thiết bị ngoại nhập thì dùng dầu DO nhưng lượng tiêu hao nhiều và cũng không khắc phục được khói. Vì thế mà các cơ sở nấu nhôm – gang nhỏ hoạt động chủ yếu là cầm chừng, khó khăn. Bên cạnh đó lượng dầu thải - nhớt thải độc hại do xe máy, tàu thuyền cũng như trong công nghiệp thải ra môi trường là rất lớn. Do đó, nhà nước phải tốn rất nhiều kinh phí để xử lý chúng. Vì vậy nếu tận dụng được nguồn dầu thải, chất thải làm chất đốt thì đây là nguồn nguyên liệu rất lớn và lâu dài mang đến sự hiệu quả, tiết kiệm và thân thiện môi trường.

Giải pháp:

Tôi đã thiết kế và chế tạo thiết bị đốt lò theo hình thức phân tán dầu 2 cấp thay cho nguyên lý hòa khí. Tách rời hệ thống tạo gió, phân chia đường ống dẫn chất đốt và đường ống dẫn gió nén, dùng lực gió nén ở ống trung tâm lôi cuốn dầu thải và phân tán chất đốt lần 1, rồi tiếp tục đẩy ra ở đầu béc để phân tán tiếp lần 2, tạo ra hiện tượng tăng áp để phun sương theo cấp số nhân, khiến dầu dễ cháy và cháy hoàn toàn.

Ta thấy các thiết bị hiện có áp dụng nguyên lý: Hòa khí (theo phương pháp đốt trong cùa động cơ) mà lò đốt nói là (lò kín) nhưng có hệ thống hút khí thải thì cũng trở thành (lò hở).

Các thiết bị này kết hợp Béc đốt và Quạt gió chung trong một cơ cấu để Hòa khí nên khi nâng công suất thì phải nâng cả 2 và phải có hệ thống Bơm dầu (phải lược nếu không dễ bị nghẹt Béc).

Nguyên lý hoạt động của thiết bị là cung cấp nhớt vào trung tâm ống dẫn có gió thổi bao quanh dưới áp lực cao. Nhớt được gió cuốn theo và phân tán nhuyễn theo cấp số nhân sau đó đốt cháy hoàn toàn với hiệu suất rất cao: chỉ cần 1 lít nhớt thải để đốt lò nung và sấy trong vòng 1 giờ đồng hồ với mức nhiệt lên tới 1.000ºC.

Giải pháp này đã được hiện thực hóa bằng thiết đốt lò áp lực không khói, đã sử dụng thử nghiệm cho lò đứng ở xưởng sản xuất lò hơi ở Tân An Hội và lò nằm ở Phú Hòa Đông (Củ Chi). Theo đó, thiết bị có thể đáp ứng đưa vào dùng cho các lò công suất lớn hơn, miễn là được trang bị quạt cấp gió turbo công suất phù hợp.

Theo kết quả phân tích của Viện Khoa học An toàn Vệ sinh Lao động TPHCM ngày 2/5/2019, khí thải tại ống thoát khí sau hệ thống xử lý của thiết bị đốt lò áp lực sử dụng nhớt thải đạt yêu cầu theo quy định tại QCVN 19:2009/BTNMT. Quá trình sau đốt không sản sinh tro bụi.

Đối với béc đốt dầu FO nhiều khói và khí thải, tôi đề xuất cải tiến bằng cách tạo hệ thống cánh gió turbo trong ống dẫn nhằm tăng thêm áp lực gió, giúp phân tán nhuyễn dầu thải. Theo đó, các lò đứng sẽ phù hợp với béc mới, còn các lò nằm hoặc lò lớn có kết cấu 3 pass thì béc mới cần lắp đặt ở pass thứ 2. Riêng đối với kiểu thiết kế lò lớn, thì chỉ cần 2 pass là đủ, hoặc sử dụng 2 béc để đốt. Không chỉ thế, thiết bị còn có thể đáp ứng lắp ráp vào các lò hơi, lò sấy dùng trong chế biến nông sản để thay thế những loại nguyên liệu khác như than đá, than tổ ong, trấu, củi gỗ…

Trên cơ sở này, thiết bị đốt lò áp lực không khói được xem là “cứu cánh” cho ngành đúc – luyện kim vốn đang mắc kẹt với các tiêu chuẩn bảo vệ môi trường, không còn đào tạo trong các trường nghề.

Điều quan trọng là thiết bị còn tận dụng nguồn nhớt thải, dầu thải đã qua sử dụng (mà không cần bước tái chế) với khối lượng ước tính trên 400.000 tấn/năm, hoặc cũng có thể đốt bằng loại dầu ăn đã qua sử dụng (nhưng hiệu quả kinh tế không bằng nhớt thải hay dầu thải, vì giá cao và khó tìm mua số lượng lớn, do có thể được thu gom để tái chế thành bio diesel).

Hệ thống tách bộ phận cấp gió và Béc đốt riêng biệt nên :

- An toàn về điện, dễ sử dụng, dễ bảo hành, bảo trì.

- Chỉ cân chỉnh dầu và gió lúc khởi động mà thôi.

- Không cần hệ thống hút khói.

- Không cần hệ thống Bơm hay Lược dầu đốt.

- Không khói: giảm lượng khí thải, chống ô nhiễm môi trường và biến đổỉ khí hậu.

Hướng tiếp theo tôi đang nghiên cứu, phát triển thiết bị với công suất lớn ứng dụng cho các lò lớn hơn và ứng dụng cho các lò đốt rác hay xử lý nhựa phế liệu bằng phương pháp chưng cất.