Đồng xử lý rác thải làm nhiên liệu thay thế trong xi măng

Đồng xử lý rác thải bắt đầu từ chất lượng nhiên liệu

Công nghệ đồng xử lý rác thải làm nhiên liệu thay thế trong sản xuất xi măng không đơn thuần là đưa chất thải vào máy băm rồi cấp thẳng vào lò.

Nguồn chất thải có thể gồm rác sinh hoạt, nhựa, gỗ, phế thải dệt may, giấy, lốp xe, chất thải công nghiệp và rác xây dựng. Các loại vật liệu này có sự khác biệt lớn về độ ẩm, nhiệt trị, hàm lượng tro, clo, kim loại và kích thước.

Nếu RDF không đồng đều, nhà máy có thể gặp các vấn đề như:

Tắc hệ thống vận chuyển và cấp liệu.
Dao động nhiệt độ lò.
Nhiên liệu không cháy kiệt.
Đóng bám tại đuôi lò và preheater.
Tăng CO và NOₓ.
Giảm chất lượng clinker.
Mài mòn nhanh thiết bị phía sau.

Vì vậy, nội dung Harden muốn truyền đạt là chất lượng nhiên liệu đầu vào quyết định trực tiếp khả năng nâng tỷ lệ thay thế than.

RDF và SRF cần được kiểm soát bằng nhiều chỉ tiêu

Tài liệu Harden dẫn tiêu chuẩn EN 15359 để phân loại nhiên liệu thu hồi dựa trên ba nhóm chính:

Nhiệt trị thuần.
Hàm lượng clo.
Hàm lượng thủy ngân.

Ngoài ba chỉ tiêu trên, nhà máy còn phải kiểm soát độ đồng đều, hình dạng vật liệu, kích thước hạt, độ ẩm, tro và các nguyên tố có hại khác.

Than có nhiệt trị và kích thước tương đối ổn định sau quá trình nghiền. Trong khi đó, RDF có thể dao động rất lớn nếu nguồn chất thải và dây chuyền tiền xử lý không được quản lý chặt chẽ.

Mỗi vị trí cấp liệu yêu cầu một loại RDF khác nhau

RDF cấp vào đầu đốt chính phải cháy trong thời gian rất ngắn nên cần kích thước nhỏ và chất lượng đồng đều hơn.

Theo thông số tham khảo trong bài thuyết trình:

RDF cấp vào đầu đốt chính cần kích thước nhỏ hơn khoảng 30 mm.
RDF cấp vào calciner có thể sử dụng kích thước đến khoảng 50 mm.
Nhiệt trị mục tiêu được tài liệu đưa ra khoảng 4.500 kcal/kg.

Đây là thông số định hướng của nhà cung cấp. Yêu cầu thực tế phải được xác định theo loại lò, thời gian lưu, tỷ lệ thay thế nhiệt và đặc tính cháy của nhiên liệu.

Hai hướng thiết kế dây chuyền RDF

Máy băm một bước cho nhiên liệu cấp calciner

Với nhiên liệu được cấp vào calciner và không yêu cầu kích thước quá nhỏ, Harden đề xuất sử dụng máy băm một bước kết hợp tách kim loại và vận chuyển.

Theo số liệu do nhà cung cấp công bố, cấu hình một bước có thể:

Giảm diện tích lắp đặt khoảng 82%, xuống khoảng 105 m² trong phương án so sánh.
Giảm khoảng 30% điện năng trên một đơn vị xử lý.
Kéo dài tuổi thọ dao khoảng 20%.
Đạt hệ số hoạt động tổng hợp trên 92%.
Giảm khoảng 50% nhu cầu nhân công.
Giảm khoảng 30% tổng chi phí sở hữu.

Đây là số liệu so sánh của Harden, cần được kiểm tra lại theo công suất và nguồn chất thải thực tế của từng dự án.

Dây chuyền nhiều công đoạn để tạo RDF chất lượng cao

Khi nhiên liệu được dùng cho cả calciner và đầu đốt chính, yêu cầu chất lượng cao hơn. Harden đề xuất dây chuyền gồm:

Băm thô.
Sàng phân loại kích thước.
Tách vật liệu nhẹ và nặng bằng khí.
Tách kim loại.
Băm tinh.
Lưu trữ, định lượng và cấp liệu.

Sàng lọc giúp loại phần tro trơ, đất đá và rác thực phẩm chứa muối, qua đó nâng nhiệt trị và giảm tác động đến chất lượng clinker.

Tách gió loại bỏ các vật liệu nặng, giúp bảo vệ máy băm tinh, hạn chế tắc liệu và giảm mài mòn. Công đoạn băm tinh đưa RDF về kích thước đồng đều hơn, hỗ trợ tăng tỷ lệ cháy kiệt.

Kích thước RDF ảnh hưởng trực tiếp đến lò nung

Khi vật liệu quá lớn, quá trình cháy có thể không hoàn tất trong thời gian lưu cho phép. Phần carbon chưa cháy hết làm giảm hiệu quả nhiệt và có thể tiếp tục cháy tại các khu vực không mong muốn.

Tài liệu Harden cảnh báo nhiên liệu không cháy đầy đủ có thể gây:

Dao động vùng nhiệt độ cao.
Tăng lượng carbon chưa cháy.
Tăng đóng bám tại đuôi lò.
Gia tăng nguy cơ tắc preheater.
Tăng mài mòn vật liệu chịu lửa.
Tăng phát sinh NOₓ và CO.
Tăng chi phí nhiên liệu và vận hành.

Do đó, máy băm không chỉ có nhiệm vụ giảm kích thước. Dây chuyền phải tạo được một dòng RDF ổn định về nhiệt trị, độ ẩm, kích thước và thành phần.

Kết quả tại một dự án cần được hiểu đúng

Harden đưa ra một dự án tham khảo tại Trùng Khánh, Trung Quốc, sử dụng lò công suất 2.500 tấn clinker/ngày và chuẩn bị khoảng 300–400 tấn RDF/ngày.

Theo số liệu của nhà cung cấp, dự án đạt tỷ lệ thay thế khoảng 95% tại calciner và 25% tại đầu lò. RDF dùng tại calciner có kích thước đến 80 mm, trong khi nhiên liệu tại đầu lò nhỏ hơn 30 mm.

Đây là kết quả của một dây chuyền cụ thể, không nên coi là mức có thể đạt ngay tại mọi nhà máy. Tỷ lệ thay thế thực tế còn phụ thuộc nguồn rác, calciner, thời gian lưu, hệ thống cấp liệu, kiểm soát clo và khả năng vận hành liên tục.

Đồng xử lý phải là một chuỗi công nghệ hoàn chỉnh

Thông điệp chính của Harden tại Hội thảo ACT.2025 là dự án đồng xử lý rác thải không bắt đầu từ máy băm mà bắt đầu từ việc hiểu nguồn chất thải.

Nhà máy cần khảo sát, lấy mẫu và thử nghiệm trước khi thiết kế. Dây chuyền phải được đồng bộ từ tiếp nhận, phân loại, băm, lưu trữ, định lượng đến cấp vào lò.

Khi chất lượng RDF ổn định, nhà máy mới có thể nâng tỷ lệ nhiên liệu thay thế mà không đánh đổi sự ổn định của lò nung, chất lượng clinker và nồng độ phát thải.