Xây dựng mô hình trình diễn lò gạch kiểu đứng sản xuất liên tục hiệu suất cao

1. Tình hình sản xuất gạch nung ở Việt Nam

Gạch nung là vật liệu xây dựng truyền thống chiếm vị trí quan trọng trong 8 loại vật liệu xây dựng cơ bản ở nước ta (*). Kinh tế nước ta đang tăng trưởng với tốc độ cao khiến cho nhu cầu về gạch nung cũng tăng nhanh. Đặc biệt các chương trình kiên cố hóa kênh mương cho sản xuất nông nghiệp cũng cần một khối lượng gạch nung rất lớn. Năm 1995 nước ta sản xuất được gần 7 tỷ viên gạch nung thì đến năm 2000 dự kiến sản xuất được khoảng 12 tỷ viên.

Trong tổng số gạch sản xuất nêu trên thì lò gạch thủ công của các hộ dân địa phương chiếm tới 63% với công nghệ sản xuất lạc hậu, tốn nhiều than, do đó đã gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Theo các báo cáo gần đây, khi sản xuất 12 tỷ viên gạch nung, đã thải ra môi trường trên 1 triệu tấn khí nhà kính (trên 36.000 tấn SO ₂, gần 1,3 triệu tấn CO ₂) ảnh hưởng xấu tới mùa màng và sức khỏe của người dân gần khu vực xung quanh.

2. Tình hình sản xuất gạch nung tại xã Xuân Quan, huyện Văn Giang thuộc tỉnh Hưng Yên

Hưng Yên là một tỉnh công nghiệp kém phát triển, chủ yếu là các cơ sở sản xuất nhỏ dưới dạng các làng nghề sản xuất gạch ngói, gốm sứ, đúc đồng nhôm... Mỗi năm Hưng Yên sản xuất trên 300 triệu viên gạch nung, trong đó có 2 lò tuynel công suất khoảng 30 triệu viên, còn lại 90% sản lượng gạch là do các lò thủ công sản xuất. Các lò gạch thủ công ở đây thuộc loại lò kiểu đứng công suất từ 30.000 đến 100.000 viên gạch cho 1 mẻ, đốt từ 20 đến 30 ngày. Với lượng than tiêu thụ cho sản xuất gạch ở Hưng Yên hàng năm khoảng 60.000 tấn, đã phát thải ra môi trường khoảng 138.000 tấn CO ₂và 480 tấn SO ₂. Đặc biệt trong giai đoạn cháy mãnh liệt, khói của các lò gạch thủ công có lưu lượng lớn và nhiệt độ cao gây cháy táp cây trồng, gây xích mích không những giữa các hộ trồng hoa mầu và các hộ sản xuất gạch trong tỉnh, mà còn gây bất bình cho cư dân thuộc tỉnh Thái Bình ở gần vùng sản xuất gạch.

Riêng tại xã Xuân Quan thuộc huyên Văn Giang có 26 lò gạch, hàng năm đóng góp cho ngân sách của xã 182 triệu đồng song do khói lò gạch thải ra đã ảnh hưởng nặng nề đến năng suất cây trồng. UBND xã đã phải bồi thường cho 91 mẫu lúa và hoa mầu với số tiền 60,5 triệu đồng, đồng thời xã phải ra quyết định ngừng hoạt động 10 lò gạch.

Sau khi khảo sát tình hình chung và tranh thủ ý kiến của lãnh đạo địa phương, Hội Khoa học ỹ thuật Nhiệt Việt Nam đã chọn xã Xuân Quan để triển khai dự án khi được Quỹ môi trường toàn cầu tài trợ.

3. Cơ sở kỹ thuật của dự án

a) Sơ lược về các quá trình xảy ra trong lò gạch - ưu nhược điểm của một số loại lò gạch

Thông thường trong quá trình nung gạch phải trải qua 4 giai đoạn:

- Giai đoạn sấy: là quá trình bốc hơi nước trong viên gạch; gạch được gia nhiệt ở nhiệt độ thấp.

- Giai đoạn trước khi nung: nhiệt độ viên gạch tăng dần đến nhiệt độ nung, các chất hữu cơ trong viên gạch bị đốt cháy, gạch chuyển dần sang trạng thái kết khối.

- Giai đoạn nung: nhiệt độ nung đạt cao nhất (800 đến 1000 độ C) để tạo điều kiện cho quá trình kết khối diễn ra hoàn toàn trong viên gạch.

- Giai đoạn làm nguội: Viên gạch được làm nguội từ từ đến nhiệt độ môi trường.

Với các lò gạch gián đoạn theo kiểu đốt truyền thống (lò đứng đốt từ dưới lên), các giai đoạn này diễn ra một cách độc lập trong mỗi mẻ đốt khiến cho quá trình nung kéo dài, không tận dụng được nhiệt thừa của khói thải và của gạch đã nung trong giai đoạn làm nguội khiến cho tiêu hao năng lượng lớn và gây ô nhiễm môi trường. Đồng thời trong quá trình sản xuất gạch phải mất rất nhiều thời gian cho giai đoạn làm nguội và giai đoạn sấy nên thời gian cho mỗi mẻ thường kéo dài.

Để tránh nhược điểm này người ta đã đưa ra các phương án đốt gạch theo kiểu lò liên tục. Ở đó các giai đoạn sấy, trước khi nung, nung và làm nguội diễn ra một cách liên tục và có sự tận dụng nhiệt một cách tối đa giữa các giai đoạn: khói thải ra của giai đoạn nung có thể gia nhiệt cho gạch ở giai đoạn trước khi nung và giai đọan sấy. Gạch ở giai đoạn làm nguội có thể gia nhiệt không khí cấp vào cho quá trình cháy. Việc tận dụng nhiệt triệt để như vậy khiến cho năng lượng tiêu hao sẽ ít đi, đồng thời nhiệt độ và lượng khói thải ra môi trường cũng giảm. Quá trình diễn ra liên tục như vậy có thể tăng công suất sản xuất gạch, quá trình nung diễn ra đều đặn liên tục nên chất lượng gạch được đảm bảo hơn so với lò gạch gián đoạn. Các loại lò gạch Hoffman, lò gạch 4 buồng, lò gạch Tuynel đều là lò sản xuất liên tục có công suất lớn.

b. Lò gạch tuynel

Lò gạch tuynel gồm có một đường hầm dài, trong đó gạch được xếp vào các xe goòng di chuyển dọc trong lò. Lò được đốt ở khoảng giữa của hầm với nhiên liệu có thể là than, dầu hoặc khí thiên nhiên. Các xe goòng xếp nối tiếp nhau trong đường hầm. Không khi được cấp vào theo chiều ngược với chiều xe đi theo chiều ngang. Khi đó xe goòng nào ở trước vùng đốt sẽ nằm trong giai đoạn nung. Các xe đã đi qua vùng đốt sẽ chuyển sang vùng làm nguội và được làm nguội bởi không khí cấp vào ngược với chiều xe đi. Các xe ở trước vùng nung sẽ nằm trong giai đoạn sấy.

Hiện nay hầu hết các cơ sở sản xuất gạch lớn ở Việt Nam đều sử dụng lò tuynel. Cả nước có 140 lò với công suất mỗi lò gạch từ 18 triệu đến 70 triệu viên/năm. Một số lò gạch tuynel cỡ nhỏ công suất 6 – 7 triệu viên/năm cũng đã được giới thiệu, nhưng vốn đầu tư để xây dựng lò vẫn rất lớn (khoảng 3 tỷ đồng/lò).

Mặt khác, lò gạch tuynel thường sản xuất gạch ống có chất lượng cao (và giá thành cũng cao), chỉ phù hợp với các công trình xây dựng lớn mà không phù hợp với thị trường nông thôn là gạch đặc với chất lượng không cần cao lắm nhưng giá thành phải rẻ, đặc biệt là gạch phục vụ cho việc kiên cố hóa kênh mương. Vì thế lò gạch tuynel không thể là giải pháp toàn bộ để giải quyết các vấn đề khó khăn trong công nghiệp gạch ngói ở Việt Nam . Cần có mô hình lò gạch với vốn đầu tư vừa phải, tiêu thụ ít năng lượng và có khả năng linh hoạt trong sản xuất để phù hợp với các cơ sở sản xuất gạch cỡ nhỏ ở các vùng nông thôn.

c. Lò gạch liên tục kiểu đứng

Lò gạch liên tục kiểu đứng ra đời và phát triển tại Trung Quốc vào khoảng cuối những năm 1960 khi mà nhu cầu về gạch là rất lớn tại các vùng nông thôn. Vào khoảng những năm 1990, được sự tài trợ của các tổ chức quốc tế như GTZ của Đức, SDC của Thụy Điển, Viện nghiên cứu năng lượng thuộc Học viện khoa học Hà Nam Trung Quốc đã giúp đỡ phát triển loại hình lò gạch này tại Ấn Độ, Nepal, Pakistan, Bangladesh, Sudan. Hiện nay một số nước thuộc châu Mỹ la tinh như Colombia, Ecuado, Peru đang xin tài trợ của cộng đồng châu Âu để thực hiện dự án phát triển loại hình lò gạch này tại nước họ.

Nguyên lý làm việc của lò gạch này như sau:

Lò gạch có cấu tạo 2 lớp, ở giữa có lớp cách nhiệt dày 0,75m. Kích thước tường ngoài 3 x 4 x 8,5m, lòng trong chứa gạch có kích thước 1 x 1,5 x 6m. Gạch được xếp theo 14 tầng, mỗi tầng có 4 lớp theo chiều đứng bên trong lò gọi là chồng gạch. Than cám được đổ vào các khe hở giữa các viên gạch. Khi khởi động lò ta châm lửa ở đáy lò và mồi lửa bằng gỗ vụn cho đến khi ngọn lửa lên đến giữa lò. Bằng việc bố trí cho chồng gạch chuyển động liên tục từ trên xuống, gạch cấp vào liên tục ở đỉnh lò, ta có thể duy trì vùng cháy chính ở khoảng giữa lò. Như vậy ta có thể tận dụng được lượng nhiệt thừa theo cách khói thải ra ở vùng cháy chính sẽ cung cấp nhiệt cho vùng trước khi cháy và của vùng sấy khi gạch mới đưa vào từ phía trên. Gạch sau khi nung được chuyển xuống dưới và được làm nguội bởi không khí cấp vào từ đáy lò, đồng thời cũng sấy nóng lượng không khí này trước khi vào vùng cháy chính để nâng cao hiệu quả đốt. Người ta có thể chế tạo lò với sự thay đổi về kích thước hoặc có thể ghép 2 hoặc nhiều lò cạnh nhau để tạo thành lò kép hoặc dãy lò tùy theo công suất, yêu cầu về lò dự phòng và vốn đầu tư (lò đơn công suất một ngày được 7680 viên).

Các ưu điểm chính của lò gạch kiểu đứng sản xuất liên tục:

- Giảm lượng nhiên liệu cần thiết để sản xuất cùng một khối lượng gạch so với lò gạch thủ công. Hiện nay, với lò gạch thủ công truyền thống, suất tiêu hao khoảng 0,08 kg than/1 kg gạch (than cám 5). Suất tiêu hao than để sản xuất gạch ở lò liên tục kiểu đứng có thể hạ xuống còn 0,047 kg than/1 kg sạch.

- Lượng khí nhà kính thải ra môi trường do sản xuất gạch tỷ lệ thuận với lượng nhiên liệu tiêu hao. Bằng việc giảm lượng nhiên liệu tiêu hao để sản xuất cùng khối lượng gạch, khí nhà kính thải ra môi trường cũng giảm một lượng tương ứng.

- Khói ra khỏi lò có lưu lượng nhỏ, nhiệt độ thấp không gây ảnh hưởng nhiều tới năng suất cây trồng. Nhiệt độ khói thải đối với lò gạch đứng truyền thống vào giai đoạn cháy mãnh liệt nhất khoảng 600 – 800 độ C. Đối với lò gạch liên tục kiểu đứng, nhiệt độ khói thải luôn ổn định ở mức khoảng 198 – 250 độ C.

- Vốn đầu tư thấp phù hợp với khả năng của đa số các hộ sản xuất. Vốn đầu tư cho 1 lò đơn công suất 7680 viên/ngày khoảng 30 triệu đồng. Tuy có cao hơn lo gạch thủ công hiện nay, nhưng diện tích chiếm đất nhỏ hơn nhiều và phần lớn (40%) vốn đầu tư nằm trong các thiết bị cơ khí có thể tái sử dụng nhiều lần hoặc bán lại khi mô hình lò được nhân rộng. Theo điều tra đối với 15 hộ sản xuất gạch thì vốn đầu tư này là chấp nhận được.

Tỷ lệ gạch hỏng của lò gạch liên tục kiểu đứng khoảng 2,5%. Với lò gạch đứng truyền thống hiện nay, tỷ lệ gạch phế phẩm khoảng 10%.

Kết luận:Dự án xây dựng mô hình trình diễn lò gạch kiểu đứng sản xuất liên tục có hiệu suất cao lần đầu tiên được thí nghiệm ở nước ta sẽ không tránh khỏi những trục trặc ban đầu. Tuy nhiên, được sự hỗ trợ của Quỹ Môi trường toàn cầu và sự ủng hộ của lãnh đạo các cấp ở tỉnh Hưng Yên, nhất là sự giúp đỡ của cộng đồng tại địa phương, chắc chắn dự án sẽ thành công và được nhân rộng, đem lại lợi ích kinh tế - xã hội thiết thực.