Công nghệ Lò hơi tầng sôi giảm phát thải độc hại thân thiện với môi trường.

Lò hơi hay còn có tên gọi khác là "nồi hơi”, là một thiết bị sản xuất hơi nước hoặc nước nóng, sử dụng nhiều nguồn nhiên liệu khác nhau như: than, dầu, khí gas, củi, gỗ, sinh khối thậm chí là sử dụng điện tại các nồi hơi điện trở và chất thải rắn không nguy hại (rác sinh hoạt, rác công nghiệp thông thường). Nguyên lý hoạt động của lò hơi chủ yếu dựa vào nhiệt lượng sinh ra của nhiên liệu, biến thành nhiệt năng của hơi nước.

Hiện đa số các lò hơi trong các xí nghiệp là lò hơi nhỏ, có sản lượng hơi thường không quá 25 tấn/giờ, ấp suất thấp thường <1,6 MPa, một số ít lò hơi có công suất tới 30-40 tấn/giờ áp suất > 2,5 MPa. Tại các xí nghiệp lớn như các xí nghiệp giấy, thực phẩm, hóa dầu,… công suất lò hơi có thể đạt đến hàng trăm tấn/giờ áp suất hơi > 10 MPa, khi đó các lò hơi thường kết hợp cấp nhiệt và sản xuất điện. Hiện trên thị trường có thể phân loại lò hơi theo cách đốt nhiên liệu thành 4 loại chính như: lò hơi đốt ghi, lò hơi tầng sôi, lò hơi đốt dầu gas, lò hơi điện.

Nhờ quá trình tổ chức khí động có tính chất đặc thù, lò đốt tầng sôi có khả năng cháy kiệt nhiên liệu từ đó tiết kiệm chi phí nhiên liệu cho doanh nghiệp, nhiệt độ được duy trì tại lớp sôi từ 800oC-950oC cũng hạn chế sự hình thành NOx từ đó tiết kiệm chi phí đầu tư các thiết bị khử NOx đắt tiền. Lò hơi tầng sôi sử dụng công nghệ đốt cháy nhiên liệu trong lớp sôi, được tạo bởi các nguyên liệu đốt. Nó được coi là công nghệ giảm phát thải độc hại và thân thiện với môi trường.

Lò tầng sôi được chia làm 3 loại dựa trên sự khác nhau của trạng thái khí động: AFBC Boiler: Lò hơi tầng sôi ở áp suất khí quyển, là loại lò tầng sôi phổ biến nhất (còn được gọi với tên khác là lò hơi tầng sôi bọt BFB Boiler); CFBC Boiler: Lò hơi tầng sôi tuần hoàn là biến thể tốc độ sôi cao của lò tầng sôi với vận tốc khói trong buồng đốt lên tới 4 – 6 m/s, các hạt rắn trong khói bao gồm chất nền trơ và nhiên liệu sẽ được giữ lại nhờ xyclone tách các hạt rắn kích thước lớn và tuần hoàn trở lại buồng đốt. Loại lò tầng sôi này có hiệu quả đốt cháy nhiên liệu rất cao, tuy nhiên giá thành đầu tư ban đầu cũng cao tương ứng.

Lò hơi tầng sôi tuần hoàn được sử dụng trong nhà máy nhiệt điện, có công suất lớn, tận thu than có chất lượng xấu, nhiệt trị thấp, hàm lượng tro cao, tỷ lệ lưu huỳnh cao, nhằm giảm nồng độ phát thải khí NOx, kết hợp sử dụng đá vôi đưa vào cùng đốt với than trong buồng đốt để xử lý SOx. Công nghệ này có thể tiết giảm thiết bị xử lý NOx, không lắp thiết bị xử lý SOx. Với quy mô công suất lớn, sử dụng nhiên liệu hóa thạch than đá, nhà máy điện thường chỉ lắp đặt thiết bị lọc bụi tĩnh điện là có thể đáp ứng các quy định về môi trường.

Với lò hơi tầng sôi trong công nghiệp được kế thừa từ các ưu điểm nêu trên và cho phép nó đốt được nhiều loại nhiên liệu như: vỏ điều, vỏ trấu, vỏ cà phê, vỏ lạc, dăm gỗ, vỏ băm, than cám, … nên thích hợp với các quy định về môi trường QCVN 19:2009/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ.

Tuy nhiên để đáp ứng chế độ cháy tầng sôi, có hiệu suất cháy cao, nhiên liệu cần được chuẩn bị, tiền xử lý, đảm bảo kích thước đồng đều, duy trì được chế độ: sôi bọt, lớp sôi hoặc sôi tuần hoàn, tùy theo loại lò hơi được thiết kế… Hiện việc giám sát nồng độ oxy dư O2, khí CO trong khói thải ở đây đã được tự động hóa bởi các sensor và thiết bị kiểm soát quá trình cháy hiện đại. Nồng độ bụi cuốn theo khói được xử lý bởi thiết bị lọc bụi xyclon và lọc bụi túi vải.

Các khí có tính chất axit như NOx, SOx, HCl, …được xử lý bởi việc đưa thêm đá vôi vào trong buồng đốt cùng nhiên liệu và được xử lý triệt để bởi thiết bị hấp thụ kiểu ướt đặt tại đầu đẩy của quạt hút khói. Với ưu thế về hiệu suất chuyển đổi năng lượng từ nhiệt sang hơi vượt trội, khả năng sử dụng đa dạng nhiên liệu, nồng độ các chất ô nhiễm phát thải thấp, lò hơi tầng sôi hoặc sôi bọt ngày càng được nhiều doanh nghiệp sử dụng.

Ngoài ra theo tính toán nghiên cứu, chi phí vận hành để sản xuất một tấn hơi nước, công nghệ lò hơi tầng sôi hiện nay được xem là thấp nhất so với các công nghệ lò hơi khác. Trong ngành công nghiệp sản xuất giấy tái chế, hoặc dệt may, da giầy…chất thải rắn phát sinh từ trong các công đoạn sản xuất là các chất thải công nghiệp thông thường.

Sau khi được tái chế, tái sử dụng tối đa, phần còn lại được quy định xử lý bằng phương pháp đốt (được thực hiện bởi các đơn vị độc lập, có đủ cơ sở pháp lý, do các cơ quan quản lý nhà nước quy định và cấp phép).

Việc vận chuyển các loại chất thải công nghiệp này đến một địa điểm khác, xa chủ nguồn thải, xử lý bằng biện pháp đốt không thu hồi năng lượng, làm lãng phí tài nguyên, làm tăng tải lượng các khí nhà kính nhiều hơn so với giải pháp đốt các chất thải công nghiệp thông thường này ngay tại nguồn thải và thu hồi nhiệt để sản xuất hơi nước.

Hiệu quả kinh tế và môi trường từ đồng đốt thu hồi năng lượng

Theo khoản 1, khoản 2, khoản 4, Điều 82, Luật Bảo vệ môi trường năm 2020, quy định cơ sở sản xuất, kinh doanh, dịch vụ, khu sản xuất, kinh doanh, dịch vụ tập trung, cụm công nghiệp, cơ quan, tổ chức có phát sinh chất thải rắn công nghiệp thông thường phải xử lý được tự tái sử dụng, tái chế, xử lý, đồng xử lý chất thải rắn công nghiệp thông thường thu hồi năng lượng (còn gọi là đồng đốt)…

Nghiên cứu cho thấy chất thải rắn công nghiệp thông thường có nhiệt trị cao, thường tương đương với nhiệt trị của than cám, tỷ lệ tro thấp dưới 5%, phát sinh từ quá trình sản xuất của nhà máy, có thể thấy rằng khi áp dụng phương pháp đồng đốt, chủ nguồn thải sẽ không phải đốt các nhiên liệu khác trong lò hơi, tiết kiệm được chi phí mua nhiên liệu; cũng không phải thuê đơn vị xử lý chất thải rắn tiết kiệm được chi phí. Với việc thu hồi nhiệt trong lò hơi, lượng khí thải, lượng nhiệt cũng được giảm đi tương ứng, hạn chế các tác động tiêu cực đối với môi trường tại các cơ sở xử lý môi trường.

Trong các buồng đốt tầng sôi, với điều kiện cháy của nhiên liệu được xáo trộn mạnh, nhiên liệu được chia thành các hạt có kích thước nhỏ, khả năng nhiên liệu tiếp xúc với oxy rất tốt, nhiệt độ vùng tầng sôi cháy nhiên liệu rắn thường dao động từ 800 đến 950 độ C, nhiệt độ vùng cháy khí chính dao động từ 1000 đến 1100 độ C, thời gian lưu khí ở nhiệt độ cao hàng chục giây, do buồng đốt lò hơi được thiết kế rất rộng, nên các khí khó phân hủy đều được xử lý và phân hủy nhiệt triệt để.

Các hợp chất của hydrocacbon, dioxin/furan sẽ được phân hủy nhiệt để trở thành các hợp chất hoặc đơn chất ít độc hại. Nồng độ NOx thấp dưới 300 mg/Nm3, việc trộn thêm đá vôi vào trong buồng đốt lớp sôi có thể xử lý nồng độ SOx về dưới ngưỡng 250 mg/Nm3, nồng độ CO thấp dưới 100 mg/Nm3. Qua các thiết bị xử lý khói như xyclon, lọc bụi túi vải, nồng độ bụi giảm xuống dưới 100 mg/Nm3. Vậy với việc áp dụng các biện pháp xử lý khói thải đối với lò hơi tầng sôi, nồng độ các chất ô nhiễm khi quan trắc tại ống khói đều thấp hơn QCVN 30:2012/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật về lò đốt chất thải công nghiệp.

Tại Việt Nam đã có hàng nghìn lò hơi tầng sôi được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, đốt đa nhiên liệu. Trong các nhà máy giấy tái chế, dệt may, giầy da, công nghệ lò hơi tầng sôi rất thích hợp để thực hiện giải pháp đồng đốt, sử dụng phương pháp pha trộn than cám với bùn thải hoặc cặn bột hoặc các chất thải rắn công nghiệp thông thường khác làm nhiên liệu đốt cháy. Công nghệ lò hơi tầng sôi có thể xử lý tại chỗ lượng bùn thải phát sinh trong quá trình xử lý nước thải của chính nhà máy hoặc khu công nghiệp.

Những năm gần đây, các doanh nghiệp trong ngành sản xuất giấy tái chế, ngành mía đường, ngành dệt nhuộm, … đã đầu tư những công nghệ lò đốt tiên tiến, đắt tiền điển hình như lò đốt tầng sôi tuần hoàn để tiết kiệm chi phí sản xuất, cũng như đảm bảo được các quy chuẩn phát thải khí. Điển hình như Nhà máy đường KCP Phú Yên, Nhà máy đường SK An Khê, Nhà máy đường Bourbon, Nhà máy giấy Bãi Bằng, nhà máy giấy Vạn Điểm,…

Những vấn đề vướng mắc cần tháo gỡ

Thực tế các quy định về việc đồng đốt chất thải rắn công nghiệp thông thường trong các lò hơi tầng sôi hiện nay chưa có thông tư hoặc các hướng dẫn cụ thể. Các quy định về lò đốt chất thải rắn công nghiệp thường được tham khảo theo QCVN 30:2012/BTNMT. Nên cần thiết cho phép đồng đốt chất thải công nghiệp trong lò hơi tầng sôi tuân thủ quy định về nồng độ các chất ô nhiễm trong khói thải đảm bảo theo QCVN 30:2012/BTNMT thay vì quy định nhiệt độ cụ thể trong các vùng đốt của lò hơi tầng sôi.

Nghị định số 08/2022/NĐ-CP của Chính phủ Quy định chi tiết một số điều của Luật Bảo vệ môi trường; Thông tư 02/2022/TT-BTNMT quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Bảo vệ môi trường có tác động trực tiếp đến các cơ sở khi muốn chuyển đổi sang phương án đồng đốt chất thải rắn công nghiệp trong lò hơi tầng sối với các nhiên liệu khác. Quy định phải lập lại báo cáo đánh giá tác động môi trường cho toàn nhà máy, trong khi chỉ thay thế hay cải tạo lò hơi, là hạng mục thiết bị của dây chuyền công nghệ. Quy định này làm phát sinh nhiều hoạt động quản lý, thời gian có thể kéo dài, tác động đến tâm lý không muốn cải tạo nhiều nhà máy…

Việc phải báo cáo các giải pháp kỹ thuật được cải tạo, hoặc được điều chỉnh tại nhà máy liên quan đến công nghệ đồng đốt chất thải rắn công nghiệp, bùn thải là quy định bắt buộc đã làm mất nhiều thời gian, tăng chi phí quản lý và gây ra tâm lý không muốn thay đổi trên các lò hơi có công suất nhỏ dưới 10 tấn/giờ. Tuy nhiên, lượng lò hơi nhỏ lại chiếm tỷ lệ trên 90% trong toàn quốc, trên tổng số hàng chục nghìn lò hơi hiện có của Việt Nam. Do đó, việc tháo gỡ các thủ tục pháp lý, rút ngắn thời gian chờ cấp phép và phê duyệt các giải pháp, thực hiện các cải tiến kỹ thuật chưa thực sự hấp dẫn, chưa được áp dụng rộng rãi trong các doanh nghiệp…

Nguyễn Đức Quyền, Viện KHCN Nhiệt lạnh, Phan Vinh

Nguồn Tạp chí Công Thương