Xử lý khí thải lò nung gạch kiểu Hoffman đốt trấu vấn đề cần nghiên cứu
Một trong những lò nung phổ biến nhất dùng để nung gạch, gốm thay thế các lò công nghệ cũ là loại lò Hoffman. Lò Hoffman có cấu tạo là một chuỗi các lò nung gián đoạn được ông Friedrich Hoffman, người Đức sáng chế và đăng ký bản quyền năm 1858, sau đó nó được dùng để nung vôi, và được biết đến như là lò nung liên tục.
Lò Hoffman được sử dụng nhiều ở các nước kém phát triển và đang phát triển như Nam Mỹ, Châu Phi, Châu Á. Ở những quốc gia phát triển, lò Hoffman chỉ còn với số lượng rất ít, ví dụ như tại Anh Quốc, hiện tại chỉ còn 4 lò Hoffma còn tồn tại một phần ở các vùng Armadale, Tây Lothian và Carluke, Lanarkshire, và Llanymynech, ở công ty Craven Lime Works tại Langcliffe ở khu vực Yorkshire Dales.
Hiện nay, ở các nước phát triển công nghệ lò Hoffman không còn được sử dụng do 2 nguyên nhân: khả năng cơ giới hóa và tự động hóa áp dụng cho lò Hoffman rất thấp và gặp nhiều khó khăn; khí thải của các lò Hoffman chứa chủ yếu bụi, hợp chất Fluor và CO thường cao hơn tiêu chuẩn thải cho phép, trong đó chỉ tiêu CO rất khó đưa ra giải pháp xử lý có tính thực tiễn (hiệu quả, chi phí hợp lý, tuổi thọ của thiết bị cao).
Song, ở những nước có trình độ công nghệ kỹ thuật thấp, những nước đang phát triển, việc sử dụng là Hoffman trở thành công cụ rất quan trọng trong việc phát triển ngành công nghiệp gạch gốm. Ngoài việc tận dụng được nguồn nhân công rẻ, công nghệ này còn tận dụng được một lượng lớn phế thải nông nghiệp làm nhiên liệu đốt. So với kiểu lò gạch truyền thống, kiểu lò Hoffman đã có những tiến bộ vượt bậc. Nhờ hiệu suất nhiệt cao nên đã giảm đáng kể lượng nhiên liệu tiêu thụ so với kiểu lò truyền thống nhờ đó giảm được tải lượng các chất ô nhiễm. Chẳng hạn như tại Bangladesh , hệ thống lò nung gạch Hoffman ra đời đã làm giảm lượng khí phát thải nhà kính ở toàn quốc là 3,0 triệu tấn CO 2/năm. Khí cháy sau khi ra khỏi lò Hoffman tuy không được xử lý nhưng với việc điều khiển chế độ cháy của nhiên liệu hợp lý, đồng thời có nồng độ bụi và các khí ô nhiễm khác nằm trong giới hạn cho phép của quốc gia này nên được phép thải trực tiếp vào không khí xung quanh.
Trên thế giới, ở các nước đang sử dụng công nghệ lò Hoffman cũng đã có một số nghiên cứu về công nghệ xử lý khí thải. Tại Brazil , việc giảm hàm lượng Cl, F trong khói thải của lò nung gạch kiểu Hoffman được thực hiện bằng phương pháp kiểm soát nhiệt độ lò trong khoảng 850 0C. Bản chất của việc kiểm soát nhiệt độ này là giảm tốc độ truyền vật chất trong nguyên liệu vào trong dòng khí cháy, từ đó dẫn đến kết quả là nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải tại từng thời điểm tức thời đều nằm trong giới hạn cho phép.
Tuy nhiên, như đã phân tích ở trên, vấn đề ô nhiễm khí thải do bụi, HF và CO của lò Hoffman vẫn là vấn đề chính và chưa có quốc gia nào đề xuất được công nghệ phù hợp. Năm 2008, Trung tâm Sản xuất Sạch Việt Nam đã phối hợp với trường Đại học Bách Khoa TP.HCM tiến hành nghiên cứu cải tiến công nghệ, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, giảm tiêu hao lượng trấu nhiên liệu đốt tại cơ sở Gạch Nam Hùng tỉnh An Giang với công suất 9 triệu viên gạch/năm.
Ngoài ra, một số cơ sở sản xuất gạch gốm khác cũng đã áp dụng biện pháp nghiên cứu cải tiến công nghệ để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu và cũng thu được những thành quả đáng kể.
Trên địa bàn tỉnh Tây Ninh hiện có hơn 40 cơ sở sản xuất gạch theo công nghệ nung kiểu Hoffman đốt trấu đã được cải tiến. Sơ đồ mặt cắt ngang lò Hoffman cải tiến như trên (hình vẽ). Lò có cấu tạo hình chữ nhật gồm 2 dãy buồng đốt đối xứng qua kênh thoát khí tập trung ở giữa.
Về nguyên tắc, hoạt động của lò Hoffman cải tiến không khác với lò Hoffman cổ điển. Nguyên tắc đó là: Đốt xoay vòng từ khoang đầu tiên cho đến khoang cuối cùng và sau đó lặp lại. Cũng giống như lò Hoffman cổ điển, khói lò nóng từ khoang đang đốt (ví dụ khoang số n) được dẫn qua các khoang kế tiếp (thường là 4 khoang) để tận dụng nhiệt phục vụ mục đích gia nhiệt và sấy gạch mộc. Khoang kế tiếp khoang đang đốt - khoang số (n+1), là khoang gia nhiệt còn các khoang từ (n+2) đến (n+4) là khoang sấy. Sự khác biệt giữa lò Hoffman cổ điển và lò Hoffman cải tiến là phương pháp thoát khói thải. Lò Hoffman cổ điển hình tròn, khí thải thoát tự nhiên về ống khói nằm ở trung tâm. Lò Hoffman cải tiến, khí thải vào kênh dẫn nằm giữa hai dãy lò và được hút cưỡng bức về ống khói nằm ở một phía cuối của lò.
Việc tận dụng nhiệt của khói lò phục vụ các quá trình sấy và gia nhiệt xảy ra như sau:
-Giai đoạn sấy: Gạch mộc trong khoang số (n+4) sẽ bắt đầu quá trình sấy khi van dẫn khói của nó được mở ra (tất cả các van còn lại đều đóng) và buồng số (n) bắt đầu quá trình đốt. Trước đó buồng số (n+3) cũng đã trải qua quá trình sấy khi buồng số (n-1) đốt. Quá trình được dịch chuyển liên tục khi di chuyển cửa đốt từ khoang này sang một khoang kế tiếp. Trong giai đoạn này với tác dụng của nhiệt độ khói lò, hơi nước trong viên gạch mộc tiếp tục được bốc hơi. Viên gạch được gia nhiệt ở nhiệt độ vừa phải, với tốc độ vừa phải để có thể loại bỏ phần ẩm còn lại nên không bị nứt nẻ. Nhiệt độ viên gạch tăng dần từ nhiệt độ môi trường lên đến 120 0C. Mặt khác, do sự truyền nhiệt nên nhiệt độ của khói giảm từ 850-950 0C xuống còn khoảng 130-160 0C.
-Giai đoạn gia nhiệt trước khi nung: Khoang nằm kế cận khoang đốt là khoang gia nhiệt trước khi nung. Trước đó nó đã trải qua 3 giai đoạn sấy nên không còn độ ẩm. Vì nằm cạnh khoang đốt nên nhiệt độ viên gạch tăng dần gần đến nhiệt độ nung (khoảng 600 0C). Trong giai đoạn này, các chất hữu cơ trong gạch mộc bị đốt cháy, diễn ra sự chuyển đổi về chất từ trạng thái của đất sang trạng thái gốm. Gạch sau đó chuyển dần sang trạng thái kết khối.
-Giai đoạn nung: Trong giai đoạn này nhiệt độ vùng nung đạt tới 850 – 950 0C. Quá trình kết khối của viên gạch diễn ra với đặc trưng là bề mặt các thành phần nóng chảy điền đầy vào các khoảng trống tạo thành mối liên kết vững chắc giữa các hạt. Viên gạch trở nên vững chắc hơn.
Sau khi kết thúc giai đoạn nung, sản phẩm tiếp tục được chuyển qua giai đoạn được làm nguội. Giai đoạn này làm cho viên gạch nguội từ từ đến nhiệt độ môi trường tránh gây nứt nẻ viên gạch do đột ngột tiếp xúc với không khí lạnh.
 |
Công nghệ lò Hoffman nhờ tận dụng triệt để nguồn nhiệt cho quá trình sấy và gia nhiệt nên tiêu hao ít nhiên liệu nhờ đó cũng giảm được đáng kể tải lượng khí thải và các chất gây ô nhiễm so với kiểu lò truyền thống. Ngoài ra, quá trình khói lò đi qua nhiều khoang kế tiếp, bụi va đập với các lớp gạch và rơi xuống nên cũng ít phát sinh bụi hơn.
Mô hình lò nung này tuy có tiến bộ so với các loại lò nung cũ kiểu đứng của Trung Quốc nhưng nồng độ khí thải vẫn vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần. Hoạt động của các lò sản xuất gạch này tuy góp phần cung cấp ổn định vật liệu xây dựng, tạo công ăn việc làm cho địa phương, đóng góp nghĩa vụ thuế cho tỉnh, nhưng các lò gạch này cũng đang góp phần làm ô nhiễm môi trường sống của nhân dân xung quanh, góp phần ảnh hưởng biến đổi khí hậu của Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung.
Các cơ sở sản xuất gạch trên địa bàn tỉnh Tây Ninh cũng như nhiều địa phương khác trên cả nước và khu vực miền Đông Nam Bộ nói riêng đa số đều không có hệ thống xử lý khí thải hiệu quả. Một trong những nguyên nhân chủ yếu là do chi phí chế tạo, lắp đặt hệ thống xử lý khí thải còn khá cao so với giới hạn tài chính cho phép của doanh nghiệp sản xuất gạch.
Mặt khác, khi Nghị định 117/2009/NĐ-CP bắt đầu có hiệu lực, Điều 11, Mục 1, Chương 2 của Nghị định quy định:
Đối với hành vi thải khí, bụi vượt tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật về chất thải từ 5 lần trở lên thì bị xử phạt như sau:
a) Phạt tiền từ 20.000.000 đồng đến 30.000.000 đồng trong trường hợp lưu lượng khí thải nhỏ hơn 500m 3/giờ.
b)Phạt tiền từ 30.000.000 đồng đến 60.000.000 đồng trong trường hợp lưu lượng khí thải từ 500m 3/giờ đến dưới 2.000m 3/giờ.
c)Phạt tiền từ 60.000.000 đồng đến 120.000.000 đồng trong trường hợp lưu lượng khí thải từ 2.000m 3/giờ đến dưới 8.000m 3/giờ.
d) Phạt tiền từ 120.000.000 đồng đến 150.000.000 đồng trong trường hợp lưu lượng khí thải từ 8.000m 3/giờ đến dưới 20.000m 3/giờ.
đ) Phạt tiền từ 150.000.000 đồng đến 200.000.000 đồng trong trường hợp lưu lượng khí thải từ 20.000m 3/giờ đến dưới 60.000m 3/giờ.
e)Phạt tiền từ 200.000.000 đồng đến 250.000.000 đồng trong trường hợp lưu lượng khí thải từ 60.000m 3/giờ đến dưới 100.000m 3/giờ.
g) Phạt tiền từ 250.000.000 đồng đến 300.000.000 đồng trong trường hợp lưu lượng khí thải từ 100.000m 3/giờ trở lên.
Xuất phát từ những nguyên nhân nêu trên, nhằm tìm một giải pháp công nghệ tổng hợp giảm thiểu các chất ô nhiễm trong khí thải hiệu quả và kinh tế hơn so với các công nghệ hiện đang áp dụng góp phần bảo vệ môi trường, đồng thời hỗ trợ các doanh nghiệp tìm giải pháp và công nghệ xử lý khí thải lò gạch phù hợp với chi phí thấp, đạt tiêu chuẩn, quy chuẩn về môi trường theo quy định của Bộ tài nguyên và Môi trường, Sở khoa học và Công nghệ Tây Ninh đã đề xuất UBND tỉnh xin phê duyệt đề tài: “Nghiên cứu xây dựng mô hình xử lý khí thải của các lò nung gạch kiểu Hoffman, đốt trấu trên địa bàn tỉnh Tây Ninh” trong kế hoạch năm 2010.
Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng quy trình đốt tối ưu tiết kiệm nhiên liệu trấu và giảm thiểu các chất ô nhiễm đặc trưng (CO, HF) trong khói thải của lò nung gạch kiểu Hoffman. Xây dựng mô hình thiết bị điển hình xử lý bụi và các chất gây ô nhiễm khác trong khói thải của lò nung gạch đốt trấu kiểu Hoffman công suất bình quân 10 triệu viên/năm.
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ mang lại một số hiệu quả ứng dụng: Tạo ra một phương pháp, công nghệ xử lý khí thải lò nung gạch theo con đường : Tiếp cận hệ thống kết hợp sản xuất sạch hơn; tiết kiệm hơn nữa chi phí năng lượng trong sản xuất; nâng cao thương hiệu đối với các đối tác; thực hiện được chủ trương của Tỉnh ủy, UBND tỉnh về việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường do hoạt động của các lò gạch; tạo điều kiện cho môi trường dân cư xung quanh được tốt hơn; có thể triển khai chuyển giao công nghệ cho các đơn vị khác trong và ngoài tỉnh, góp phần phát triển kinh tế xã hội của tỉnh.
