Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật môi trường: Nghiên cứu đề xuất công nghệ đốt phù hợp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong việc sử dụng vỏ hạt điều làm nhiên liệu đốt trên địa bàn tỉnh Tây Ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

PHAN CÔNG HỢI

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ ĐỐT PHÙ

HỢP NHẰM GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

TRONG VIỆC SỬ DỤNG VỎ HẠT ĐIỀU LÀM NHIÊN

LIỆU ĐỐT TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TÂY NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường

Mã số ngành: 60520320

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

PHAN CÔNG HỢI

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ ĐỐT PHÙ

HỢP NHẰM GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

TRONG VIỆC SỬ DỤNG VỎ HẠT ĐIỀU LÀM NHIÊN

LIỆU ĐỐT TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TÂY NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường

Mã số ngành: 60520320

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2017

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ ANH KIÊN

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Lê Anh Kiên

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP.

HCM ngày 21 tháng 4 năm 2017.

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

STT Họ và tên Chức danh Hội đồng

01 GS.TS Hoàng Hưng Chủ tịch

02 TS. Nguyễn Xuân Trường Phản biện 1

03 PGS.TS Phạm Hồng Nhật Phản biện 2

04 TS Trịnh Hồng Ngạn Ủy viên

05 TS Nguyễn Thị Phương Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá sau khi Luận văn đã được sửa chữa./.

Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TP. HCM, ngày 15 tháng 03 năm 2017

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Phan Công Hợi Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 24/8/1984 Nơi sinh: Tây Ninh.

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường MSHV: 1541810009

I- Tên đề tài:

“Nghiên cứu đề xuất công nghệ đốt phù hợp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong việc sử dụng vỏ hạt điều làm nhiên liệu đốt trên địa bàn tỉnh Tây Ninh”.

II- Nhiệm vụ và nội dung:

A. Nhiệm vụ

Đề tài tập trung vào nhiệm vụ cụ thể sau:

- Đánh giá được hiện trạng phát sinh vỏ hạt điều.

- Đánh giá được thực trạng công nghệ đốt vỏ hạt điều trên địa bàn tỉnh Tây Ninh.

- Đánh giá tình trạng ô nhiễm phát sinh từ quá trình đốt vỏ hạt điều.

- Đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường phù hợp, có tính khả

thi nhằm triển khai vào thực tiễn.

B. Nội dung:

 Khảo sát, đánh giá cập nhật hiện trạng phát sinh vỏ hạt điều và tình

hình sử dụng vỏ hạt điều trong thực tế hiện nay trên địa bàn tỉnh Tây Ninh.

 Đánh giá mức độ ô nhiễm từ việc đốt vỏ hạt điều không kiểm soát và từ

việc sử dụng vỏ hạt điều làm nhiên liệu trên cơ sở công nghệ đốt hiện tại.

 Khảo sát hiện trạng công nghệ đốt vỏ hạt điều trên địa bàn tỉnh Tây Ninh.

 Đề xuất công nghệ đốt sử dụng vỏ hạt điều phù hợp, dễ dàng áp dụng

tại các cơ sở chế biến hạt điều của tỉnh Tây Ninh.

III- Ngày giao nhiệm vụ: 30/8/2016

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/03/2017

V- Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Anh Kiên.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

Lê Anh Kiên

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,

kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất

kỳ công trình nào khác.

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã

được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn

gốc./.

HỌC VIÊN

LỜI CÁM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện luận văn tôi đã nhận đươc rất nhiều sự giúp

đỡ của Thầy Cô, Gia đình và Bạn bè.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành của mình đến Thầy Lê Anh Kiên,

Thầy đã rất tận tâm hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này và

tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành tốt luận văn.

Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Quý Thầy Cô Phòng Quản lý khoa học

– Đào tạo sau đại học, Trường Đại học Công nghệ Tp. HCM đã tận tình giúp đỡ

và truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu.

Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các anh chị tại Chi cục Bảo vệ môi trường

– Sở Tài nguyên và Môi trường, các Sở, ban ngành; các cơ sở chế biến hạt điều trên

địa bàn tỉnh Tây Ninh đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành tốt luận

văn.

Cuối cùng tôi cũng muốn cảm ơn bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ tôi. Tôi cũng

cảm ơn gia đình đã ủng hộ về mặt tinh thần giúp tôi học tập và làm việc tốt.

Tp. HCM, ngày 12 tháng 05 năm 2017

Học viên

iii

TÓM TẮT

Tỉnh Tây Ninh là một trong những tỉnh đứng đầu cả nước về diện tích

trồng cây điều và xuất khẩu hạt điều. Toàn tỉnh hiện có trên 40 doanh nghiệp gia

công, chế biến hạt điều nhân xuất khẩu trong đó có 09 cơ sở chế biến hạt điều có

công suất lớn từ 5.000 tấn sản phẩm/năm đến 9.000 tấn sản phẩm/năm, các

doanh nghiệp gia công, chế biến hạt điều trên địa bàn tỉnh Tây Ninh đã xuất

khẩu sang thị trường Mỹ, EU và Trung Quốc với tổng công suất khoảng 6.000

tấn/năm.

Ngoài việc đạt được các lợi nhuận lớn từ việc xuất khẩu nhân hạt điều,

các doanh nghiệp còn thu được lợi nhuận cao từ dầu điều được ép từ vỏ hạt điều

và nhiên liệu dồi dào là vỏ hạt điều. Hàng năm, vỏ hạt điều được ép tách dầu hạt

điều với công suất chế biến khoảng 750 tấn dầu năm và là nguồn nhiên liệu đốt

cho một số cơ sở chế biến hạt điều, sản xuất gạch.

Tuy nhiên, việc sử dụng vỏ hạt điều làm nhiên liệu và đốt bỏ là nguồn gây

ô nhiễm môi trường rất đáng quan ngại; các chất ô nhiễm như phenols, CO,

CO2, NOx, VOCs,… khó xử lý, gây ảnh hưởng tới sức khỏe cho cộng đồng. Do

đó, nếu như không có biện pháp quản lý hợp lý và kịp thời thì việc sử dụng vỏ

hạt điều làm nhiên liệu và đốt bỏ là nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm

trọng. Nhưng nếu thải bỏ vỏ hạt điều mà không tận dụng làm chất đốt là sự phí

phạm nguồn nhiên liệu dồi dào, đặc biệt là trong giai đoạn hiện nay khi nguồn

nhiên liệu từ thiên nhiên đang dần cạn kiệt.

Do đó, việc hoàn thành các nội dung nghiên cứu đề ra, luận văn đã đánh giá

hiện trạng ô nhiễm môi trường của ngành chế biến hạt điều trên địa bàn tỉnh Tây

Ninh. Từ đó, đề xuất công nghệ đốt phù hợp góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi

trường trong việc sử dụng vỏ hạt điều làm nhiên liệu đốt trên địa bàn tỉnh Tây

Ninh.

ABSTRACT

TayNinh province is one of the leading province in terms of area planted

and exporters of cashew nut in Vietnam. Province has 7 producing businesses;

processed cashew exports and exported around 6,000 tons/year of cashew kernel

to the US, EU and China.

Besides achieving large profits from the export of cashew, the businesses

also profit from cashew nut shell oil andabundant fuel is cashew nut shell.

Annually, TayNinh has to produce 750 Tons/year and a source of fuel for a

number of cashew processing facilities, brick production.

However, the use of cashew nut shells as fuel, whicha source of

environmental pollution is very worrying. Pollutants such as phenols, CO, CO2,

NOx, VOCs,… hard to handle, affect the health of the community. So, if you

don’t manage and use cashew nut shells as fuel, it will become a source of

environmental pollution.

Therefore by the completion of the proposed research content, the thesis

has evaluated the current state of environmental pollution of cashew processing

industry in the province of TayNinh and propose suitable combustion

technologies contribute to reducing environmental pollution.

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i

LỜI CÁM ƠN ....................................................................................................... ii

TÓM TẮT ............................................................................................................ iii

ABSTRACT ......................................................................................................... iv

MỤC LỤC ............................................................................................................. v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................... vii

DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................. viii

DANH MỤC HÌNH ............................................................................................. ix

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU ......................................................................................... 1

1.1 Sự cần thiết: ............................................................................................... 1

1.2. Mục tiêu của đề tài: .................................................................................. 6

1.3. Nội dung nghiên cứu: ............................................................................... 7

1.4. Phương pháp nghiên cứu: ........................................................................ 7

1.5. Tính mới của đề tài .................................................................................. 8

1.6. Bố cục của luận văn ................................................................................. 8

CHƯƠNG 2 HIỆN TRẠNG PHÁT SINH VÀ XỬ LÝ VỎ HẠT ĐIỀU TRÊN

ĐỊA BÀN TỈNH TÂY NINH ............................................................................. 11

2.1. Giới thiệu về công nghệ chế biến hạt điều: ............................................ 12

2.2. Thành phần chính của vỏ hạt điều: ........................................................ 16

2.3. Hiện trạng phát sinh và xử lý vỏ hạt điều: ............................................. 20

2.3.1. Hiện trạng phát sinh và xử lý vỏ hạt điều trên cả nước: ................. 20

2.3.2. Hiện trạng phát sinh và xử lý vỏ hạt điều trên địa bàn tỉnh Tây

Ninh: ............................................................................................................ 20

2.3.2.1. Hiện trạng phát sinh: .................................................................... 20

CHƯƠNG 3HIỆN TRẠNG CÔNG NGHỆ ĐỐT ĐANG SỬ DỤNG TRÊN ĐỊA

BÀN TỈNH TÂY NINH VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM VỚI HIỆN

TRẠNG CÔNG NGHỆ ĐỐT HIỆN TẠI ........................................................... 25

3.1. Hiện trạng công nghệ đốt đang sử dụng trên địa bàn tỉnh Tây Ninh: .... 25

3.2. Các phương án xử lý bụi, khí thải khi sử dụng vỏ hạt điều làm chất đốt:27

3.3. Phương án xử lý bụi, khí thải khi đốt vỏ hạt điều phổ biến trên địa bàn

tỉnh Tây Ninh: ............................................................................................... 33

3.4. Đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường khi đốt vỏ hạt điều: ................... 37

3.4.1. Thành phần và tác hại của chất ô nhiễm trong khí thải đốt vỏ hạt điều37

3.4.2. Đánh giá mức độ ô nhiễm với hiện trạng công nghệ đốt hiện tại: .. 42

CHƯƠNG 4:NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ ĐỐT PHÙ HỢP ........ 49

4.1. Đánh giá những hạn chế của công nghệ lò đốt thủ công và bán thủ công

đang sử dụng hiện nay: ................................................................................. 49

4.2. Đề xuất công nghệ đốt vỏ hạt điều phù hợp: ......................................... 50

4.2.1 Mục đích đề xuất: ............................................................................. 50

4.2.2. Các thông số cơ bản dùng để đánh giá quá trình đốt ...................... 50

4.2.2. Đề xuất công nghệ đốt vỏ hạt điều phù hợp có khả năng ứng dụng vào

thực tế: ........................................................................................................... 51

4.3. Hệ thống lò đốt vỏ hạt điều công suất nhiệt 1.000 kWh ........................ 77

4.3.1. Thiết kế lò đốt ................................................................................. 77

4.3.2. Thiết kế vít tải cấp liệu:................................................................... 79

4.3.2. Thiết kế van: .................................................................................... 80

4.4. Đánh giá hiệu quả đối với việc nghiên cứu đề xuất công nghệ đốt phù

hợp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong việc sử dụng vỏ hạt điều

làm nhiên liệu đốt: ......................................................................................... 82

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................... 85

5.1 Kết luận: .................................................................................................. 85

5.2 Kiến nghị: ................................................................................................ 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 87

vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BVMT : Bảo vệ môi trường;

BTNMT : Bộ Tài nguyên và Môi trường;

: Khí mêthane; CH4

CO : Carbon monoxit;

: Carbon dioxit; CO2

HTXL : Hệ thống xử lý;

HTXLKT : Hệ thống xử lý khí thải;

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam;

VINACAS : Hiệp hội Điều Việt Nam;

: Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi. VOCS

viii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1. Thành phần hóa học chính của vỏ hạt điều ........................................ 16

Bảng 2.2. Khối lượng vỏ hạt điều phát sinh từ các cơ cở ................................... 22

Bảng 3.1. Triệu chứng nhiễm độc của người khi tiếp xúc với CO ở các nồng

độ khác nhau. ....................................................................................................... 38

Bảng 3.2. Ảnh hường nồng độ CO2 trong môi trường không khí lên sức khỏe

con người. ............................................................................................................ 39

Bảng 3.3. Kết quả đo đạc, phân tích mẫu khí thải từ các ống khói .................... 47

Bảng 4.1. Các thông số cháy đặc trưng ở điều kiện phản ứng cháy hoàn toàn .. 56

Bảng 4.2. Bảng tính cân bằng vật chất (Mass Balance) ...................................... 62

Bảng 4.3. Bảng tính cân bằng nhiệt (Heat Balance) ........................................... 67

Bảng 4.4. Hệ số tổn thất nhiệt do bức xạ ............................................................ 69

Bảng 4.5. Bảng tính phép thử-sai ........................................................................ 71

Bảng 4.6. Bảng tính toán khí thải (Flue Gas Discharge) ................................... 73

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Phân loại hạt điều tại Công ty TNHH Hoàng Phúc .............................. 6

Hình 2.1. Sơ đồ công nghệ chế biến hạt điều bằng phương pháp chao hạt ........ 14

Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ chế biến hạt điều bằng phương pháp hấp ................ 15

Hình 2.3. Công thức cấu tạo của các hợp chất hóa học của vỏ hạt điều ............. 19

Hình 2.4. Vỏ hạt điều chưa ép dầu ...................................................................... 21

Hình 3.1. Kiểu lò đốt thủ công ............................................................................ 25

Hình 3.2. Lò đốt bán thủ công ............................................................................. 26

Hình 3.3. Tháp hấp phụ. ...................................................................................... 29

Hình 3.4. Tháp hấp thụ ........................................................................................ 31

Hình 3.5. Công nghệ sử dụng cyclone tách bụi .................................................. 35

Hình 3.6. Bể chứa nước thải từ tháp hấp thụ ...................................................... 36

Hình 3.7. Khí phát sinh từ buồng sấy nhân hạt điều không được thu gom triệt để37

Hình 3.8. Nhiệt độ tại các cơ sở chế biến hạt điều .............................................. 42

Hình 3.9. Kết quả phân tích NOx tại các cơ sở ................................................... 43

Hình 3.10. Kết quả phân tích CO tại các cơ sở ................................................... 44

Hình 3.11 Kết quả phân tích SO2 tại các cơ sở ................................................... 44

Hình 3.12. Kết quả phân tích Phenol tại các cơ sở ............................................. 44

Hình 3.13 Kết quả phân tích Bụi tổng tại các cơ sở ........................................... 45

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU

1.1 Sự cần thiết:

Ðiều Anacardium occidentale L thuộc họ thực vật Anacardiaceae, bộ

Rutales. Cây điều sinh trưởng và phát triển tốt ở những quốc gia thuộc khu vực

cận xích đạo, nơi có nhiệt độ và độ ẩm cao. Hiện có 32 quốc gia trồng điều trên

thế giới. Ấn Độ là nước có diện tích cây điều lớn nhất thế giới, dẫn đầu về sản

lượng điều thô và nhân điều chế biến. Tổng sản lượng điều thô toàn thế giới từ

1.575 – 1.600 ngàn tấn, bao gồm Ấn Độ 400 - 500 ngàn tấn, chiếm 25 đến 30%.

Tiếp theo là Braxin, Việt Nam, các nước châu Phi như Bờ Biển Ngà, Tanzania,

Guinea Bissau, Benin, Nigeria, Mozambique, Senegal và Kenya; mỗi năm các

nước châu Phi cũng đóng góp khoảng 500 ngàn tấn điều thô vào tổng sản lượng

điều thế giới. Cây điều có thể sinh trưởng phát triển từ vĩ độ 250 độ Bắc đến 250

độ Nam nhưng vùng sản xuất chủ yếu từ vĩ độ 150 độ Bắc đến 150 độ Nam. Độ

cao so với mặt nước biển của vùng đất trồng phụ thuộc vào vĩ độ, địa hình và

tiểu vùng khí hậu. Độ cao thích hợp nhất là dưới 600m so với mặt nước biển. Độ

dài ngày và thời gian chiếu sáng không ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển

cây điều.

Cây điều có thể sống từ 500C – 4500C nhưng nhiệt độ trung bình thích hợp nhất là khoảng 270C. Điều có thể thích nghi với lượng mưa hàng năm biến động

từ 400 mm – 5.000 mm, thích hợp nhất là từ 1.000 mm – 2.000 mm. Đối với cây

điều, sự phân bố lượng mưa (theo mùa) quan trọng hơn lượng mưa. Do cây điều

cần ít nhất 02 tháng khô hạn hoàn toàn để phân hóa mầm hoa. Do đó khí hậu hai

mùa mưa và khô hạn riêng biệt, trong đó mùa khô kéo dài ít nhất khoảng 04

tháng là thích hợp cho sự ra hoa đậu quả của cây điều. Ẩm độ tương đối ít ảnh

hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của cây điều, tuy nhiên ẩm độ tương đối

cao trong thời kỳ ra hoa có thể làm cho bệnh thán thư và bọ xít, muỗi gia tăng

trong khi đó ẩm độ tương đối thấp kết hợp với gió nóng sẽ gây khô bông và rụng

quả non. Đất trồng điều thích hợp nhất là các loại đất giàu chất hữu cơ, pH từ

6,3 – 7,3 và thoát nước tốt. Cây điều không thích hợp với các loại đất ngập úng,

nhiễm phèn, mặn, hay đất có tầng canh tác mỏng.

Điều là cây công nghiệp quan trọng ở nước ta; Diện tích điều năm 2011

khoảng 362,6 ngàn ha, diện tích thu hoạch là 340,3 ha với tổng sản lượng 289,9

ngàn tấn hạt tươi (Niên giám thống kê 2012). Kim ngạch xuất khẩu nhân điều

năm 2011 của Việt Nam ước đạt trên 1,5 tỷ USD, cao nhất từ trước tới nay

(Vinacas, 2012), trong đó có khoảng 50% sản lượng xuất khẩu và nguồn điều

thô nhập nội từ các nước châu Phi, Lào và Campuchia. Năng suất điều bình

quân của nước ta từ 1,07 tấn/ha (năm 2007) nay đã giảm xuống 0,91 tấn/ha. Cây

điều được trồng từ Quảng Trị trở vào các tỉnh phía Nam có thể chia ra ba vùng

trồng điều chính với điều kiện sinh thái và sản xuất tương đối khác nhau:

 Vùng Ðông Nam Bộ được coi có điều kiện sinh thái và sản xuất ổn định

và phù hợp nhất với cây điều.

 Vùng Tây Nguyên thường có nhiệt độ thấp vào thời kỳ cây điều ra hoa

đậu quả, hay bị hạn hán.

 Vùng Duyên Hải Nam Trung Bộ thường có mưa rét vào thời kỳ ra hoa

đậu quả, hạn hán bất thường và đất xấu.

Mặc dù hiện nay Việt Nam đã trở thành nước xuất khẩu nhân điều đứng đầu

trên thế giới tuy nhiên chất lượng hạt điều nước ta vẫn chưa cao. Kích cỡ hạt

nhỏ, bình quân 200 hạt/kg do đó tốn công chế biến và nhân thu được nhỏ, có giá

thấp. Bên cạnh đó, tỷ lệ nhân thu hồi thấp, cần 4,0 - 4,2 kg hạt nguyên liệu cho

01 kg nhân. Hạt không đồng đều về kích cỡ và hình dạng nên khó áp dụng cơ

giới hóa vào quá trình chế biến hạt điều trong khi nhu cầu lao động cao là một

nhược điểm lớn của việc phát triển sản xuất chế biến điều hiện nay. Trong các

dòng điều có triển vọng đã được chọn lọc trong thời gian qua có một số giống có

chất lượng hạt vượt trội tỷ lệ nhân thu hồi cao 30 - 33% và kích cỡ hạt lớn 120-

140 hạt/kg (Đỗ Trung Bình và ctv, 2011). Đây là nguồn vật liệu di truyền quan

trọng làm cơ sở cho việc nghiên cứu nâng cao chất lượng hạt điều. Tuy nhiên

hiện nay diện tích trồng điều đang giảm dần với nhiều nguyên nhân như sau:

• Giống điều cũ thoái hoá, nông dân trồng điều thường là ở vùng sâu, vùng

xa, vùng khó khăn, chưa hoặc chậm được tiếp cận với giống điều mới và quy

trình kỹ thuật thâm canh điều.

• Giá hạt điều thường thấp và không ổn định trong khi đó giá mặt hàng

khác như: phân bón, thuốc bảo vệ thực vật và chi phí lao động cao nên cây điều

không có lợi thế canh tranh với một số cây trồng khác.

• Cây điều trồng ở nơi điều kiện sinh thái không thích hợp, ảnh hưởng của

sự biến đổi khí hậu (mưa trái mùa trong mùa khô là nguyên nhân chính đưa đến

sâu bệnh gây hại, cây không đậu quả dẫn đến mất mùa).

• Đất trồng điều được quy hoạch chuyển mục đích sử dụng sang xây dựng

khu công nghiệp, đất ở, đất chuyên dùng.

Năng suất điều 1995 – 2011 luôn biến động, thấp nhất là 1998: 0,39 tấn/ha

và cao nhất là 2005 : 1,07 tấn/ha, từ năm 2006 trở lại đây, năng suất điều giảm

dần cho đến năm 2017, năng suất điều toàn quốc chỉ còn 0,91 tấn/ha (đây là một

dấu hiệu xấu mà Ngành điều Việt Nam cần phải phấn đấu để khắc phục).

Nguyên nhân dẫn đến năng suất thấp là do ảnh hưởng khí hậu – thời tiết, tính

chất đất và đầu tư chăm sóc chưa đúng quy định kỹ thuật; còn các tỉnh đạt năng

suất cao trước hết là nơi trồng điều có điều kiện sinh thái thích hợp, giống được

chọn lọc, đặc biệt là đã áp dụng các biện pháp kỹ thuật thâm canh điều tổng hợp:

tỉa cành tạo tán, bón phân, phòng trừ sâu bệnh được số đông các hộ trồng điều

tiến hành như ở Bình Phước và Đồng Nai. Năm 2011, Trung tâm Nghiên cứu và

Phát triển cây Điều thuộc Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam đã

thành công trong việc xây dựng mô hình thâm canh điều cao sản đạt năng suất

cao theo hướng bền vững tại xã nông thôn mới Tân Lập, Đồng Phú, Bình Phước

và một số nông hộ tại Trảng Bom, Đồng Nai.

Hiện nay một trong những biện pháp thâm canh tăng năng suất cho cây lâu

năm là hạn chế kích thước cây và tăng mật độ trồng nhằm gia tăng hiệu quả sử

dụng ánh sáng của cây trồng. Các giống điều hiện nay đều có kích thước cây

lớn, sinh trưởng mạnh và cành vươn dài rất nhanh giao tán trong khi điều là cây

ra hoa đầu cành nên năng suất tương quan thuận với diện tích tán được chiếu

sáng nên rất tốn công tỉa cành tạo tán hàng năm và gây khó khăn trong việc

phun thuốc (Phạm văn Biên, 2006). Do đó việc nghiên cứu chọn tạo các giống

điều có tán dày và thấp hay các dòng điều làm gốc ghép làm giảm kích thước

cây có thể đưa lại một bước đột phá mới trong sản xuất.

Theo đánh giá của các nhà khoa học cây điều có tính thích nghi rộng, sức

chịu hạn và sâu bệnh khá cao; song trên thực tế đây là 02 vấn đề ảnh hưởng đến

năng suất, chất lượng hạt điều, thậm chí là gây mất mùa điều (Đỗ Trung Bình và

Nguyễn Tăng Tôn, 2011), sâu bệnh hại điều (bọ xít muỗi, thán thư và bệnh sinh

lý là thiếu dinh dưỡng ở điều đã đến phải mức báo động, rất cần có giải pháp

phòng trừ hữu hiệu. Đánh giá sức cạnh tranh của trồng điều với một số cây khác

Qua điều tra khảo sát thực tế và thảo luận trực tiếp với nông hộ, chủ trang trại,

cán bộ kỹ thuật và lãnh đạo Ngành nông nghiệp của một số tỉnh có trồng điều

chính như: Bình Phước, Bình Dương và Đồng Nai ở Đông Nam bộ đã đi đến

nhận định chung: Trên tất cả các loại đất nếu có tưới cây điều không thể cạnh

tranh với cây cà phê, hồ tiêu, cây ăn quả, v.v... Đối với đất không tưới đã và dự

kiến mở rộng diện tích điều thuộc các dự án của địa phương thì cây điều vẫn

luôn chịu áp lực cạnh tranh với các cây nông – lâm nghiệp khác để tồn tại.

Tỉnh Tây Ninh là một trong những tỉnh đứng đầu cả nước về diện tích trồng

cây điều và xuất khẩu hạt điều. Theo Niên giám thống kê năm 2015, diện tích

trồng điều của tỉnh Tây Ninh là 1.045 ha, chủ yếu tập trung tại 2 huyện Tân Biên

328 ha, Tân Châu 357 ha. Sản lượng hạt điều thô của Tây Ninh năm 2015 là

1850 tấn, trong đó huyện Tân Biên chiếm 684 tấn, huyện Tân Châu 531 tấn.

Tổng công suất chế biến hạt điều của Tây Ninh đạt khoảng 60.000 – 70.000 tấn

sản phẩm/năm (tương đương 290.000- 330.000 tấn hạt điều nguyên liệu thô).

Toàn tỉnh hiện có trên 40 doanh nghiệp gia công, chế biến hạt điều nhân xuất

khẩu trong đó có khoảng 10 cơ sở chế biến hạt điều có công suất lớn từ 5000 tấn

sản phẩm/ năm đến 9.000 tấn sản phẩm/năm; các doanh nghiệp gia công, chế

biến hạt điều trên địa bàn tỉnh Tây Ninh đã xuất khẩu sang thị trường Mỹ, EU và

Trung Quốc với tổng công suất khoảng 6.000 tấn/năm.

Ngoài đạt được các lợi nhuận lớn thu được từ việc xuất khẩu nhân hạt điều,

các doanh nghiệp còn thu được lợi nhuận cao từ dầu điều được ép từ vỏ hạt điều

và nhiên liệu dồi dào là vỏ hạt điều. Hàng năm, vỏ hạt điều được ép tách dầu hạt

điều với công suất chế biến khoảng 750 tấn dầu năm và là nguồn nhiên liệu đốt

cho một số cơ sở chế biến hạt điều, sản xuất gạch. Tuy nhiên, việc sử dụng vỏ

hạt điều làm nhiên liệu và đốt bỏ là nguồn gây ô nhiễm môi trường rất đáng

quan ngại; các chất ô nhiễm như phenols, CO, CO2, NOx, VOCs,… khó xử lý,

gây ảnh hưởng tới sức khỏe cho cộng đồng. Do đó, nếu như không có biện pháp

quản lý hợp lý và kịp thời thì việc sử dụng vỏ hạt điều làm nhiên liệu và đốt bỏ

là nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Nhưng nếu thải bỏ vỏ hạt điều

mà không tận dụng làm chất đốt là sự phí phạm nguồn nhiên liệu dồi dào, đặc

biệt là trong giai đoạn hiện nay khi nguồn nhiên liệu từ thiên nhiên đang dần cạn

kiệt. Đến nay đã có một số nghiên cứu nhằm cải thiện quá trình đốt từ việc đốt

vỏ hạt điều nhưng kết quả các cải tiến về công nghệ đốt hiện vẫn chưa mang lại

hiệu quả cao cho quá trình cháy nên các chất ô nhiễm vẫn chưa được giảm thiểu

đáng kể.

Hình 1.1: Phân loại hạt điều tại Công ty TNHH Hoàng Phúc

Do đó, việc xây dựng đề tài “Nghiên cứu đề xuất công nghệ đốt phù

hợp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong việc sử dụng vỏ hạt điều

làm nhiên liệu đốt trên địa bàn tỉnh Tây Ninh” là vấn đề cấp thiết nhằm bảo

vệ tốt môi trường và tận dụng được nguồn nhiên liệu dồi dào; giúp các doanh

nghiệp chấp hành nghiêm các quy định của pháp luật về bảo vệ môi trường; tận

dụng được nguồn phế phẩm phát sinh từ hoạt động sản xuất nhằm tiết kiệm

được kinh phí cho việc mua nguồn nhiên liệu bên ngoài.

1.2. Mục tiêu của đề tài:

Mục tiêu dài hạn:

Mục tiêu của đề tài nhằm hạn chế tình trạng ô nhiễm môi trường phát sinh

từ việc đốt vỏ hạt điều khi không có phương án xử lý khí thải phù hợp. Việc

kiểm soát ô nhiễm từ đầu vào của quá trình đốt đem lại hiệu quả cao hơn trong

việc kiểm soát cũng như xử lý khí thải phát sinh từ các nhà máy chế biến hạt

điểu. Dựa trên các nghiên cứu, đề xuất giải pháp giảm thiểu thích hợp có tính

khả thi cao và dễ dàng áp dụng vào thực tiễn. Từ đó góp phần giảm thiểu ô

nhiễm môi trường từ quá trình đốt vỏ hạt điều và có thể tận dụng nguồn nhiên

liệu này nhưng không gây ô nhiễm môi trường.

Mục tiêu ngắn hạn:

- Đánh giá được hiện trạng phát sinh vỏ hạt điều.

- Đánh giá được thực trạng công nghệ đốt vỏ hạt điều trên địa bàn tỉnh Tây Ninh.

- Đánh giá tình trạng ô nhiễm phát sinh từ quá trình đốt vỏ hạt điều.

- Đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường phù hợp, có tính khả thi

nhằm triển khai vào thực tiễn.

1.3. Nội dung nghiên cứu:

 Khảo sát, đánh giá cập nhật hiện trạng phát sinh vỏ hạt điều và tình

hình sử dụng vỏ hạt điều trong thực tế hiện nay trên địa bàn tỉnh Tây Ninh.

 Đánh giá mức độ ô nhiễm từ việc đốt vỏ hạt điều không kiểm soát

và từ việc sử dụng vỏ hạt điều làm nhiên liệu trên cơ sở công nghệ đốt hiện tại.

 Khảo sát hiện trạng công nghệ đốt vỏ hạt điều trên địa bàn tỉnh.

 Đề xuất công nghệ đốt sử dụng vỏ hạt điều phù hợp, có tính khả thi

nhằm triển khai vào thực tiễn dễ dàng.

1.4. Phương pháp nghiên cứu:

 Phương pháp thống kê, điều tra, khảo sát

Tổ chức điều tra, khảo sát, thu thập thông tin và đo đạc trực tiếp tại các cơ

sở điển hình có liên quan đến việc phát sinh, sử dụng vỏ hạt điều làm nhiên liệu

trên địa bàn tỉnh Tây Ninh.

 Phương pháp phân tích, tính toán

Qua việc thu mẫu tại các cơ sở, được tiến hành phân tích trong phòng thí

nghiệm. Qua số liệu được xử lý bằng phép toán thống kê, đồng thời tính toán

được tải lượng ô nhiễm làm cơ sở cho tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải.

 Phương pháp ứng dụng:

Trên cơ sở số liệu đã phân tích, tính toán, thiết kế, đề xuất công nghệ đốt

phù hợp, có tính khả thi để triển khai vào thực tế.

1.5. Tính mới của đề tài

Ở Việt Nam có rất nhiều các công trình nghiên cứu về công nghệ đốt vỏ

hạt điều nhưng hầu hết các nghiên cứu là về thiết bị cấp liệu tự động vỏ hạt điều

cho lò đốt hay các phương pháp cấp liệu liên tục từ quá trình đốt vỏ hạt điều.

Một số nghiên cứu nhằm cải thiện quá trình đốt vỏ hạt điều nhưng kết quả các

cải tiến về công nghệ đốt hiện vẫn chưa mang lại hiệu quả cao cho quá trình

cháy nên các chất ô nhiễm vẫn chưa được giảm thiểu đáng kể. Chính vì vậy,

việc đề xuất công nghệ đốt vỏ hạt điều phù hợp là vấn đề cấp thiết nhằm bảo vệ

tốt môi trường và tận dụng được nguồn nhiên liệu dồi dào là vỏ hạt điều trong

ngành chế biến hạt điều; giúp các doanh nghiệp nâng cao hơn nữa trách nhiệm

bảo vệ môi trường; tinh thần chấp hành nghiêm các quy định của pháp luật về

bảo vệ môi trường; tận dụng được nguồn phế phẩm phát sinh từ hoạt động sản

xuất nhằm tiết kiệm được kinh phí cho việc mua nguồn nhiên liệu bên ngoài.

1.6. Bố cục của luận văn

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1. Sự cần thiết:

1.2. Mục tiêu của đề tài:

1.3. Nội dung nghiên cứu:

1.4. Phương pháp nghiên cứu:

1.5. Tính mới của đề tài

1.6. Bố cục của luận văn

CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG PHÁT SINH VÀ XỬ LÝ VỎ HẠT ĐIỀU

TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TÂY NINH

2.1. Giới thiệu về công nghệ chế biến hạt điều:

2.2. Thành phần chính của vỏ hạt điều:

2.3. Hiện trạng phát sinh và xử lý vỏ hạt điều.

2.3.1. Hiện trạng phát sinh và xử lý vỏ hạt điều trên cả nước.

2.3.2. Hiện trạng phát sinh và xử lý vỏ hạt điều trên địa bàn tỉnh Tây Ninh.

2.3.2.1. Hiện trạng phát sinh

2.3.2.2. Phương án xử lý vỏ hạt điều trên địa bản tỉnh Tây Ninh qua các giai đoạn.

CHƯƠNG 3 HIỆN TRẠNG CÔNG NGHỆ ĐỐT ĐANG SỬ DỤNG TRÊN

ĐỊA BÀN TỈNH TÂY NINH VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM VỚI HIỆN

TRẠNG CÔNG NGHỆ ĐỐT HIỆN TẠI

3.1. Hiện trạng công nghệ đốt đang sử dụng trên địa bàn tỉnh Tây Ninh:

3.2. Các phương án xử lý bụi, khí thải khi sử dụng vỏ hạt điều làm chất đốt:

3.3. Phương án xử lý bụi, khí thải khi đốt vỏ hạt điều phổ biến trên địa bàn tỉnh

Tây Ninh:

3.4. Đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường khi đốt vỏ hạt điều:

3.4.1. Thành phần và tác hại của chất ô nhiễm trong khí thải đốt vỏ hạt điều

3.4.2. Đánh giá mức độ ô nhiễm với hiện trạng công nghệ đốt hiện tại.

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ ĐỐT PHÙ HỢP

4.1. Đánh giá những hạn chế của công nghệ lò đốt thủ công và bán thủ công

đang sử dụng hiện nay.

4.2. Đề xuất công nghệ đốt vỏ hạt điều phù hợp:

4.2.1. Mục đích đề xuất:

4.2.2. Các thông số cơ bản dùng để đánh giá quá trình đốt

4.2.2. Đề xuất công nghệ đốt vỏ hạt điều phù hợp có khả năng ứng dụng vào thực tế

4.3. Hệ thống lò đốt vỏ hạt điều công suất nhiệt 1.000 KWh

4.3.1. Thiết kế lò đốt

4.3.2. Thiết kế vít tải cấp liệu:

4.3.2. Thiết kế van quả khể:

4.4. Đánh giá hiệu quả đối với việc nghiên cứu đề xuất công nghệ đốt phù hợp nhằm

giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong việc sử dụng vỏ hạt điều làm nhiên liệu đốt

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

5.1. Kết luận:

5.2. Kiến nghị:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG 2

HIỆN TRẠNG PHÁT SINH VÀ XỬ LÝ VỎ HẠT ĐIỀU

TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TÂY NINH

Thành phần hạt điều gồm có:

 Vỏ hạt điều trong đó có chứa 01 chất lỏng nhớt có tên là dầu vỏ hạt điều,

là một chất độc hại không ăn được, làm phồng rộp da, gây dị ứng cho người khi

tiếp xúc nhưng lại là một nguyên liệu đa năng cho ngành công nghiệp hóa chất.

 Vỏ lụa bao bọc nhân điều có chứa nhiều tanin thực vật có thể dùng để

sản xuất tanin thực vật sử dụng trong kỹ nghệ thuộc da,...

 Nhân điều là một loại thực phẩm rất bỗ dưỡng có chứa hàm lượng đạm

cao, có hầu hết các loại axit amin quan trọng không thay thế, chứa nhiều axít

béo chưa bão hòa, giàu muối khoáng và các sinh tố.

Tất cả các thành phần của hạt điều đều có giá trị kinh tế trong đó nhân điều

là thành phần có giá trị kinh tế cao nhất. Về cấu tạo phần nhân nằm trong cùng

được bảo vệ bởi một lớp vỏ có chứa 01 chất lỏng (dầu vỏ) độc hại được bao bọc

chung quanh. Ngay từ đầu thập niên 20 của thế kỷ 20, Ấn Độ đã chế biến hạt

điều (hầu hết thực hiện bằng tay) và đã xuất khẩu những lượng nhỏ nhân điều

nhưng phải từ năm 1925 khi lượng nhân xuất khẩu đạt 50 tấn thì Ấn Độ mới

được công nhận là nước có chế biến hạt điều và xuất khẩu nhân điều. Những

nghiên cứu khoa học kỹ thuật, đặc biệt là về các thiết bị chế biến sử dụng trong

dây chuyền sản xuất. Hiện nay nếu xét về mặt công nghệ sử dụng trong quá trình

chế biến hạt điều có thể phân ra thành chế biến theo công nghệ dùng nhiệt và

chế biến theo công nghệ xử lý hạt điều bằng hơi nước. Xét về mức độ cơ giới

hóa và các trang thiết bị sử dụng trong dây chuyền sản xuất có thể phân chia ra:

chế biến hạt điều theo hệ thống cơ giới kết hợp thủ công và chế biến hạt điều

toàn cơ giới hóa, tự động hóa.

Công nghệ chế biến hạt điều tỉnh Tây Ninh đang từng bước cơ giới hóa, tự

động hóa. Theo kết quả điều tra khảo sát tại các cơ sở chế biến hạt điều trên địa

bàn tỉnh thì công nghệ chế biến hạt điều được áp dụng chủ yếu là công nghệ chế

biến nhân hạt điều bằng phương pháp chao hạt và công nghệ chế biến nhân hạt

điều bằng phương pháp hấp, quy trình cụ thể như sau:

2.1. Giới thiệu về công nghệ chế biến hạt điều:

 Công nghệ chế biến nhân hạt điều bằng phương pháp chao hạt:

Có nhiều công nghệ chế biến hạt điều khác nhau. Một số quy trình sản

xuất củ lạc hậu dẫn dến chất lượng hạt điều không đạt ưu điểm tuyệt đối, phát

sinh ô nhiễm môi trường cao. Công nghệ này chủ yếu ứng dụng ở Việt Nam và

các nước trên Thế Giới như: Braxin, Indonexia, Ấn Độ. Phương pháp xử lý nhiệt gián tiếp là phương pháp hạt điều được chao ở nhiệt độ khoảng 180-2000C với

quy trình chế biến như sau:

Hạt điều thô thu mua từ các nơi khác về có độ ẩm cao, cần loại bỏ những

hạt có độ ẩm quá cao không thể để lâu được. Do vậy, phải phơi nắng trong 2 - 3

ngày sau đó chứa trong bao để trong nhà kho, khô, sạch tránh ẩm thấp và các

loại gặm nhấm, kho chứa được được vệ sinh thường xuyên. Hạt điều từ kho

được phân loại, cho vào hồ ngâm nước từ 4-7 giờ tùy theo loại sau đó cho vào lò chao hạt ở nhiệt độ 1800C - 2000C. Sau đó hạt điều được đưa qua máy ly tâm để

tách dầu vỏ.

Hạt sau khi được xử lý theo phương pháp trên được bóc tách nhân hạt và

vỏ bằng máy bán thủ công và dùng dao cắt được lắp trên bàn, thao tác này được

điều khiển bằng tay và chân để cắt vỏ hạt. Nhân điều và vỏ điều được tách rời

nhau ra, đưa ra một cái máng để đưa vào thùng chứa. Với tỷ lệ vỏ cứng là 70-

75%. Để tách vỏ lụa ra khỏi nhân thì hạt điều cần phải được sấy khô. Nguyên tắc sấy khô là quá trình chậm, nhiệt độ không quá 100-1050C. Nhân điều được

trải qua khay bằng nhôm có đục lỗ sao cho không bị rơi xuống phía dưới. Những

khay này được xếp trong xe đẩy và đưa vào lò sấy và được sấy trong khoảng

thời gian từ 10 - 15 giờ tùy thuộc vào độ ẩm trong nhân điều.

Nhân lấy ra từ buồng sấy được đặt trong phòng thoáng mát có trang bị

máy giữ nhiệt độ ẩm không khí. Sau đó nhân điều được đưa cho công nhân cạo

sạch vỏ lụa bằng thủ công và tách ra khỏi nhân một cách dễ dàng. Đồng thời hạt

điều được phân chia thành các loại khác nhau như: Hạt nguyên trắng, hạt

nguyên cháy xém… tỷ lệ hạt đạt 90-95%. Sau khi được bóc vỏ lụa, nhân hạt

điều được phân thành 18 -20 loại. Những mãnh vỡ trong giai đoạn tách vỏ lụa

cũng được phân thành nhiều loại khác nhau: miếng lớn, miếng nhỏ.

Nhân điều sau khi phân loại và đóng gói sẽ được kiểm tra chất lượng. Tuy

nhiên, để tránh nhân hạt điều vỡ khi vận chuyển trên đường, nhân được đặt một

lần nữa trong phòng thoáng, có máy giữ độ ẩm không khí. Trong giai đoạn này

hạt nguyên chứa 4,5 -5% độ ẩm và hạt bể chứa 4% độ ẩm. Hạt điều nhân đã

được phân loại, được đóng trong các loại thùng chứa mỗi thùng đựng 11,34 kg

hạt điều nhân. Nhân hạt điều từ bộ phận kiểm tra chất lượng được đổ vào thùng

thiếc qua máy rung và các phểu. Thùng thiếc đầy được cân chính xác và được

hàn kín sau khi bơm khí CO2 (bằng cách đặt các thùng thiếc vào trong một bình

rỗng hút hết không khí ra trước khi bơm CO2) và được đóng gói theo tiêu chuẩn

quy định và được buộc bằng dây nhựa tổng hợp.

Hạt điều thô

Phơi khô

Loại tạp chất

Ngâm (làm ẩm)

Chao

Ly tâm

Phân cỡ hạt

Tách vỏ cứng

Sấy

Bóc vỏ lụa

Thành phẩm

Hình 2.1. Sơ đồ công nghệ chế biến hạt điều bằng phương pháp chao hạt

 Công nghệ chế biến nhân hạt điều bằng phương pháp hấp:

Hạt điều

Phân loại

Hấp

Để nguội

Tách vỏ cứng

Sấy

Bóc vỏ lụa

Làm sạch và cân định lượng

Đóng gói

Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ chế biến hạt điều bằng phương pháp hấp

Hạt điều sau khi thu gom từ các nguồn cung cấp về tập trung tại một khu

vực trong kho, trước khi chế biến hạt điều thô được máy sàng dể phân loại cỡ

hạt, với mục đích loại các hạt lép không đủ kích cỡ, đất cát,…Hạt điều sau phân

loại được vận chuyển lên cao đổ vào bồn chứa nguyên liệu, sau đó mở bồn hấp

cho nguyên liệu từ bồn chứa nguyên liệu vào, bồn được quay liên tục; hơi nước

quá nhiệt từ lò hơi vào bồn hấp, sau một thời gian hạt điều chín sẽ tiến hành mở

bồn xả nguội, sau đó chuyển đi cắt tách vỏ. Quá trình cắt tách vỏ phần lớn được

cơ giới hóa; dao cắt được sử dụng như một hệ thống đòn bẩy, cắt lớp vỏ bên

ngoài hạt điều và không làm ảnh hưởng đến nhân hạt điều.

Nhân hạt điều sau khi bóc vỏ sẽ được sàng phân loại tinh, sấy khô rồi qua

công đoạn bóc vỏ lụa. Nhân hạt điều được cho vào mâm sấy được xếp trên các

xe đẩy vào phòng sấy, mở hơi nước quá nhiệt cấp vào dàn trao đổi nhiệt được

lắp trong phòng sấy, nhiệt độ sấy có thể điều chỉnh theo yêu cầu bằng cách tăng

giảm áp suất hơi quá nhiệt cấp vào. Quá trình sấy khô hạt điều cũng đã góp phần

làm giảm nấm mốc. Hạt điều nhân sau khi được bóc vỏ lụa sẽ được phân loại lần

cuối đưa qua quá trình làm sạch, cân định lượng và đóng gói thành phẩm.

2.2. Thành phần chính của vỏ hạt điều:

Vỏ hạt điều chiếm 65 - 75% hạt. Vỏ hạt gồm ba lớp, lớp vỏ giữa xốp như

tổ ong chứa dầu vỏ hạt chiếm khoảng 30-37%, vỏ bao gồm các thành phần hóa

học chính như sau:

Bảng 2.1. Thành phần hóa học chính của vỏ hạt điều

STT Các chất chính Tỷ lệ (% khối lượng)

1 Độ ẩm 13,17

Tro 2 6,74

3 Cellulose và gỗ 17,15

4 Chất chứa Nitrogen (Protein) 4,06

35,10 5 Chất hòa tan trong Ete (Acide Anacardic)

Nguồn: Phạm Văn Nguyên

Hạt điều thô (nguyên liệu điều thô) gồm có vỏ cứng (nut shell), vỏ lụa

(testa skin), nhân điều (kernel). Tỷ lệ các thành phần trong hạt điều thô như sau:

- Nhân điều chiếm từ 25 - 30% tổng khối lượng hạt điều thô;

- Vỏ điều chiếm từ 68 – 70 % tổng khối lượng hạt điều thô;

- Dầu điều chiếm từ 18 - 23% tổng khối lượng vỏ hạt điều;

- Tạp chất chiếm khoảng 5% tổng khối lượng hạt điều thô nhập về; - Tỷ trọng vỏ hạt diều chưa ép: 300kg/m3; - Tỷ trọng vỏ hạt điều đã ép dầu: 350kg/m3.

Vỏ hạt điều chưa ép dầu:

Nhiệt trị: 5.500 ± 200 kcal/kg

Bã vỏ hạt điều đã ép dầu:

Nhiệt trị: 4.400 ± 200 kcal/kg

Độ ẩm: < 12%

Tạp chất: < 5%

Dầu vỏ hạt điều:

Nhiệt trị: 9.600 kcal/kg Tỷ trọng ở 250C: 0,97 kg/l Độ nhớt cơ học ở 250C: 200 mm2/s

Hàm lượng tro: 0,1 %

Hàm lượng tạp chất cơ học: 1 %

Thành phần chính:

Axít Anacardic RC6H3OH(COOH): 70%, Cardanol RC6H4(OH): 18%.

Cardol (2-Metyl Cardol) RC6H3(OH)2: 5%.

Trong thiên nhiên, dầu vỏ hạt điều có tác dụng bảo vệ nhân không bị sâu

hại. Dầu vỏ hạt diều có tính làm bỏng da nhưng khi khử nhóm carbocyl đi thì

tính chất này không còn nữa.

Thành phần chính của dầu vỏ là Acide Anacardic có công thức hóa học là

C22H32O3, công thức cấu tạo là C6H3(C15H27).COOH.OH. Ngoài ra dầu vỏ còn

có một lượng nhỏ Cardol (C21H35O2) và 2- metyl Cardol (C22H35O2). Acid

Anacardic có nhóm carboxyl không bền dễ bị decarbocyl (khử nhóm carbocyl) ở nhiệt độ >1200C tạo ra Cardanol và giải phóng Carbonic (CO2). Cardanol

(C21H32O) cũng là một thành phần quan trọng của dầu vỏ. Tính chất của các hợp

chất này có thể tóm tắt như sau:

Là một thứ bột nhuyễn, màu xanh lơ, trong suốt có vị nồng và thơm, tan trong rượu, cồn, ete, nóng chảy ở 260C trong đó có 76,66% Carbon, 9,3 %

Hydro và 13.94 % Oxy, dễ gây phồng rộp da.

Cardanol có điểm nóng chảy ở 53 – 550 0C là chất lỏng màu vàng nhạt và

sẫm màu theo thời gian, đây là một Alkyl Phenol.

Cardol là chất lỏng màu vàng, không bay hơi, dễ bị oxy hóa thành màu

nâu thẫm (khi gặp không khí), có tính ăn da.

2– metyl Cardol là một dẫn xuất của Cardol nên có tính chất tương tự như

Cardol. Các hợp chất này đều là dẫn xuất của Phenol đơn chức hoặc đa chức;

công thức cấu tạo của các hợp chất như sau:

C15H27

COOH

C15H28

C15H27

Acide anacardic

Cardanol HO HO

C15H27

CH3

2- metyl Cardanol

Cardanol

Cardol

Hình 2.3. Công thức cấu tạo của các hợp chất hóa học của vỏ hạt điều

Dầu thu được bằng phương pháp chao dầu chứa nhiều Carnadol, còn

trong phương pháp trích ly dầu thu chủ yếu chứa Acide Anacardic vì ở nhiệt độ

cao hầu hết Acide Anacardic chuyển thành Cardanol do bị khử nhóm Carbocyl.

Tuy nhiên, trong bất kỳ dầu nào thì lượng Acide Anacardic tổng số cũng chiếm

một tỷ lệ đa lượng (từ 76-82%).

2.3. Hiện trạng phát sinh và xử lý vỏ hạt điều:

2.3.1. Hiện trạng phát sinh và xử lý vỏ hạt điều trên cả nước:

Theo Hiệp hội Điều Việt Nam (Vinacas), 05 tháng đầu năm 2016, Việt

Nam xuất khẩu 128 ngàn tấn nhân điều, tương đương với việc phát sinh khoảng

320 ngàn tấn vỏ hạt điều trong cả nước. Đây là nguồn nhiên liệu dồi dào cho các

ngành công nghiệp chế biến hạt điều cũng như các ngành công nghiệp khác.

Cũng từ việc gia công chế biến hạt điều xuất khẩu đã phát sinh ra một lượng lớn

rác thải từ vỏ hạt điều sau chế biến. Đây là một thứ phế thải mà hầu hết các nhà

sản xuất đều phải đốt bỏ, gây ô nhiễm môi trường.

Trên thực tế, cứ mỗi kg hạt điều sau khi bóc tách nhân thì lượng vỏ chiếm

khoảng 60%. Một vài doanh nghiệp trên cả nước sử dụng vỏ điều phế thải này

đem đi đốt, cũng có doanh nghiệp ép vỏ điều thành khối sử dụng đốt lò, việc này

liên quan đến ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, việc xử lý vỏ hạt điều không đơn

giản do công nghệ phức tạp lại đầu tư lớn nên ít có doanh nghiệp thực hiện mà

chủ yếu đốt để tiêu hủy. Bên cạnh đó một số doanh nghiệp bắt đầu sản xuất dầu

tinh luyện từ vỏ hạt điều, hoặc sử dụng cho các hoạt động công nghiệp như sản

xuất than, hoặc sản xuất được sơn chống rỉ dùng trong công nghiệp tàu biển, keo

dẫn đặc biệt trong linh kiện điện tử.

2.3.2. Hiện trạng phát sinh và xử lý vỏ hạt điều trên địa bàn tỉnh Tây Ninh:

2.3.2.1. Hiện trạng phát sinh:

Tây Ninh hiện có trên 40 doanh nghiệp gia công và chế biến hạt điều

trong đó có 10 doanh nghiệp, cơ sở chế biến hạt điều có quy mô lớn từ 5.000 tấn

sản phẩm/năm đến 9.000 tấn sản phẩm/năm;nhiều nhất là ở khu vực thành phố

Tây Ninh (9 doanh nghiệp, cơ sở). Theo số liệu thống kê của Hiệp hội Điều Tây

Ninh, số lượng hạt điều chế biến hiện tại khoảng 60.000 – 70.000 tấn/năm, trong

đó nhập khẩu hơn 70%. Vỏ hạt điều chưa ép dầu chiếm từ 68-70% khối lượng

hạt điều thô. Theo đó, tổng khối lượng vỏ hạt điều chưa ép dầu phát sinh từ

42.000 – 49.000 tấn/năm và vỏ hạt điều đã ép dầu đem sử dụng khoảng 33.600 –

39.200 tấn/năm. Đây là nguồn ô nhiễm khá lớn nếu việc đốt vỏ hạt điều không

được kiểm soát.

Hình 2.4. Vỏ hạt điều chưa ép dầu

Theo số liệu thống kê từ 09 cơ sở có quy mô lớn, tổng khối lượng vỏ sử dụng

làm nhiên liệu là 1.505 tấn/tháng, tương đương 18.060 tấn/năm. Vỏ được đem ép

dầu sau đó sử dụng cấp nhiệt cho lò chao và lò sấy hạt điều. Trong số cơ sở được

khảo sát thì tình hình sử dụng vỏ hạt điều tại các cơ sở như sau:

Qua kết quả khảo sát tại 09 cơ sở chế biến hạt điều tại Tây Ninh cho thấy việc

sử dụng vỏ hạt điều làm nhiên liệu cung cấp nhiệt cho lò chao và lò sấy là phổ

biến, chiếm 80% tổng số cơ sở. Số 20% còn lại sử dụng củi làm nhiên liệu đốt lò.

Cụ thể tình hình sử dụng vỏ hạt điều tại các cơ sở như sau:

TT

TÊN CƠ SỞ

Hiện trạng sử dụng

Khối lượng vỏ phát sinh tấn/tháng

Công ty TNHH Hưng Phú

Bán cho các cơ sở khác để ép dầu

390

Ép dầu

2. Công ty TNHH BIMICO

Dùng làm nhiên liệu đốt

3. DNTN Tuấn Tài

Ép dầu (60 tấn/tháng)

273

4. Công ty TNHH MTV Hoàng Phúc

Dùng làm nhiên liệu đốt

150

5. Công ty TNHH Long Thái Hòa

Dùng làm nhiên liệu đốt

140

6. Công ty TNHH Tân Việt Thắng

Bán cho các cơ sở khác

7. DNTN Nhật Hào

Bán cho các cơ sở khác

8. Công ty TNHH MTV Như Anh

280

Bán cho các cơ sở khác

9. Công ty TNHH RALS Quốc tế

TC:

1.505 Bảng 2.2. Khối lượng vỏ hạt điều phát sinh từ các cơ cở

2.3.2.2. Phương án xử lý vỏ hạt điều trên địa bản tỉnh Tây Ninh qua các giai

đoạn:

Phương án xử lý vỏ hạt điều trên địa bản tỉnh Tây Ninh qua các giai đoạn được

xử lý như sau:

 Giai đoạn trước năm 1993 (trước khi có Luật Bảo vệ môi trường 1993):

+ 30% vỏ hạt điều phát sinh được cơ sở sử dụng làm chất đốt để cung cấp

nhiệt cho chế biến hạt điều.

+ 70 % vỏ hạt điều phát sinh còn lại, chủ cơ sở tự xử lý bằng cách đốt bỏ.

Giai đoạn trước năm 1993, kinh tế của đất nước nói chung và của tỉnh Tây

Ninh nói riêng chưa phát triển, nhu cầu sử dụng các loại chất đốt để cung cấp

nhiệt phục vụ trong sản xuất không nhiều. Vỏ hạt điều phát sinh ra được chính

cơ sở chế biến hạt điều đó sử dụng lại một phần nhỏ để làm nhiên liệu đốt cung

cấp nhiệt cho hoạt động sản xuất tại các khâu như sấy, chao,... Khối lượng vỏ

hạt điều phát sinh ra còn lại tồn đọng tại cơ sở, chủ cơ sở thải bỏ ra ngoài khuôn

viên đất của cơ sở rồi đốt bỏ.

Vào thời điểm này đa số các cơ sở đều không đầu tư phương án xử lý khí

thải trước khi sử dụng vỏ hạt điều dùng chất đốt, khí thải được xả thải trực tiếp

ra môi trường. Ở giai đoạn này công tác bảo vệ môi trường chưa được nhà nước,

cộng đồng quan tâm; ý thức bảo vệ môi trường của các chủ cơ sở chưa cao.

 Giai đoạn từ năm 1993 đến năm 2005:

Giai đoạn này chia làm 02 thời điểm trước năm 2000 và sau năm 2000:

Trước năm 2000, kinh tế đất nước bắt đầu phát triển, nhu cầu sử dụng chất

đốt tăng lên, ngoài các nhiên liệu đốt chính là hoá thạch như dầu DO, than, các

cơ sở có bổ sung thêm một số chất đốt phụ khác nhưng hầu hết các cơ sở đều

chú trọng sử dụng các loại chất đốt phụ có giá thành rẻ nhưng nhiệt trị đốt cao

như củi, trấu và vỏ điều. Trong giai đoạn này, Luật Bảo vệ môi trường 1993

được ban hành song song đó là hoạt động tuyên truyền bảo vệ môi trường được

thực hiện. Trong giai đoạn này vỏ hạt điều phát sinh tại các cơ sở được xử lý

như sau:

+ 30% vỏ hạt điều phát sinh được sử dụng lại làm chất đốt để cung cấp

nhiệt cho chế biến hạt điều.

+ 20% vỏ hạt điều phát sinh được bán hoặc cho các cơ sở, nhà máy có nhu

cầu sử dụng làm chất đốt.

+ 50 % vỏ hạt điều phát sinh còn lại được ký hợp đồng với Công ty đô thị

đến thu gom về bãi chôn lấp. Tuy nhiên do sợ tốn kém về chí phí vận chuyển,

chôn lấp, các cơ sở này chỉ giao xử lý một phần, phần còn lại thì vẫn đốt bỏ hoặc

thải bỏ ra các khu đất trống không có người dân sinh sống.

Sau năm 2000, nhu cầu sử dụng dầu vỏ hạt điều cho các ngành công nghiệp

khác bắt đầu, nhưng không nhiều, khoảng 50% lượng vỏ hạt điều phát sinh được

thải bỏ hoặc ký hợp đồng với công ty đô thị thu gom về bãi chôn lấp. Trong giai

đoạn này vỏ hạt điều được sử dụng để ép dầu vỏ hạt điều (bán cho cơ sở ép dầu

vỏ hạt điều hoặc tự các cơ sở đó đầu tư dây chuyền ép dầu vỏ hạt điều).Vỏ hạt

điều sau khi ép lấy dầu chuyển cho Công ty đô thị của tỉnh đến thu gom về bãi

chôn lấp và một phần vẫn còn trường hợp đốt bỏ hoặc thải bỏ ra các khu đất

trống không có người dân.

Nhìn chung giai đoạn này do có hoạt động bảo vệ môi trường của Nhà

nước, một số cơ sở chế biến hạt điều có thực hiện việc xử lý vỏ hạt điều phát

sinh thông qua việc ký hợp đồng cho Công ty đô thị của tỉnh đến thu gom về bãi

chôn lấp rác, tuy nhiên số cơ sở thực hiện việc này chưa cao vẫn còn trường hợp

tự đốt hoặc thải bỏ ra ngoài môi trường. Một số cơ sở, nhà máy có sử dụng vỏ

hạt điều làm chất đốt chủ yếu là đốt phụ hoặc mồi.

 Giai đoạn từ 2005 đến nay:

Sự phát triển kinh tế - xã hội, cùng với những tác động mới đối với môi

trường làm nâng cao những nhận thức mới về vấn đề ô nhiễm môi trường. Do đó

sau 12 năm Luật Bảo vệ môi trường 2005 ra đời và để hoàn thành hệ thống bảo

vệ môi trường của đất nước đến 09 năm sau Luật Bảo vệ môi trường 2014 hình

thành. Qua đó thấy được từ 2005 trở lại đây, công tác bảo vệ môi trường của đất

nước rất được quan tâm. Trong những năm đầu (năm 2005, 2006, 2007) khi có

Luật Bảo vệ môi trường 2005, thì cũng khoảng 30% vỏ hạt điều phát sinh được

cơ sở sử dụng lại làm chất đốt để cung cấp nhiệt cho chế biến hạt điều, 20% vỏ

hạt điều phát sinh được bán hoặc cho các cơ sở, nhà máy có nhu cầu sử dụng lại

làm chất đốt. 50 % vỏ hạt điều phát sinh còn lại thì giao lại cho các cơ sở ép dầu

vỏ hạt điều hoặc chính cơ sở đầu tư dây chuyền ép dầu vỏ hạt điều. Vỏ hạt điều

sau khi ép ký hợp đồng với Công ty đô thị của tỉnh đến thu gom về bãi chôn lấp.

Từ năm 2008, đã có nhiều nguyên cứu và thông báo về tác hại của khí thải

khi đốt vỏ hạt điều. Người dân đã nhận thức về sự ảnh hưởng từ khí thải của các

nhà máy có sử dụng vỏ hạt điều làm chất đốt. Một số cơ sở đã tiến hành đầu tư

hệ thống xử lý khí thải để được tiếp tục sử dụng vỏ hạt điều làm nhiên liệu đốt

cho cơ sở mình, hệ thống xử lý khí thải khi đốt vỏ hạt điều khá đơn giản chủ yếu

là cylon lọc bụi hoặc cho khí thải qua tháp/bể nước.

CHƯƠNG 3

HIỆN TRẠNG CÔNG NGHỆ ĐỐT ĐANG SỬ DỤNG

TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TÂY NINH VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM

VỚI HIỆN TRẠNG CÔNG NGHỆ ĐỐT HIỆN TẠI

3.1. Hiện trạng công nghệ đốt đang sử dụng trên địa bàn tỉnh Tây Ninh:

Hầu hết các cơ sở trên địa bàn tỉnh Tây Ninh đều sử dụng chung cùng công

nghệ đốt một cấp, không kiểm soát không khí đầu vào với các kiểu lò đốt cụ thể

như sau:

 Kiểu lò đốt thủ công:

Vỏ hạt điều được cấp từng mẻ vào buồng đốt do công nhân thực hiện. Lò

đốt gồm 01 buồng đốt có hình ảnh như sau:

Hình 3.1. Kiểu lò đốt thủ công

Ưu điểm của lò đốt này là dễ vận hành, chi phí đầu tư ban đầu thấp.

Khuyết điểm: Lò đốt thủ công có các khuyết điểm sau:

- Công nhân trực liên tục để bỏ vỏ hạt điều vào lò.

- Ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của công nhân vận hành.

- Vỏ hạt điều đốt chất không triệt để.

- Không kiểm soát được khí đầu vào và không kiểm soát được khí cháy ở

buồng đốt.

- Các khí thải phát sinh từ quá trình đốt như bụi, SOx, NOx, CO, các dẫn

xuất nhân benzen như phenols, các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi xả thải ra môi

trường với nồng độ ô nhiễm cao.

 Kiểu lò bán thủ công.

Vỏ hạt điều được bắn liên tục vào buồng đốt bằng động cơ quay, khi vỏ

hạt điều được công nhân cho vào phểu. Lò đốt gồm 01 buồng với hình ảnh như

Hình 3.2. Lò đốt bán thủ công

Với quy trình vận hành lò đốt dễ dàng, chi phí đầu tư ban đầu thấp nên

được áp dụng ở nhiều cơ sở chế biến hạt điều trên địa bàn; lò đốt có sự cải tiến

tại khâu cấp liệu bằng việc sử dụng công nghệ bắn vỏ hạt điều để cấp liệu vào lò

thay thế công nhân.

Tuy nhiên đốt với kiểu lò đốt này các khí thải phát sinh từ quá trình đốt như

bụi, SOx, NOx, CO, các dẫn xuất nhân benzen như phenols, các hợp chất hữu cơ

dễ bay hơi xả thải ra môi trường với nồng độ ô nhiễm cao.

3.2. Các phương án xử lý bụi, khí thải khi sử dụng vỏ hạt điều làm chất đốt:

Có nhiều phương án xử lý bụi, khí thải phát sinh khi sử dụng vỏ hạt điều

làm chất đốt cụ thể như:

 Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ:

Trong phương pháp hấp phụ, chất khí phản ứng với chất thải rắn hấp

phụ. Phản ứng xảy ra khi các phân tử, nguyên tử tiếp xúc với bề mặt chất

rắn, bố trí trong thiết bị. Quá trình hấp phụ có thể là quá trình vật lý hoặc

hóa học. Hiệu quả hấp phụ tùy thuộc vào nhiều yếu tố: Sự hấp phụ lý tính sẽ

xảy ra dưới nhiệt độ thích hợp và trong một điều kiện áp suất nhất định;

Hoặc sự hấp phụ hóa học chỉ xảy ra nếu hơi khí có khả năng tạo thành sự

liên kết hóa học với bề mặt.

Hiệu quả của phương pháp hấp phụ phụ thuộc nhiều vào diện tích bề

mặt của pha rắn và khả năng hấp phụ của chất hấp phụ được chọn. Chất hấp

phụ phải đáp ứng những yêu cầu sau:

+ Có khả năng hấp phụ lớn;

+ Không tác dụng hóa học với các thành phần khí riêng biệt có trong

khí thải;

+ Không tác dụng hóa học với các thành phần khí riêng biệt có trong

khí thải;

+ Có tính lựa chọn cao;

+ Độ bền cơ học cao, đặc biệt khi sử dụng những thiết bị hoạt động liên tục;

+ Có khả năng hoàn nguyên và giá thành thấp.

Việc tách một phân tử được hấp phụ về mặt vật lý có thể thực hiện

được khi giảm áp suất và giữ nhiệt độ giống như nhiệt độ lúc hấp phụ. Còn

việc tách chất hấp phụ hóa học thì khó khăn hơn nhiều. Thiết bị hấp phụ lớp

mỏng, loại này dùng làm chất hấp phụ với một lớp có chiều dày khoảng 1,3

cm. Với bề dày như vậy sẽ tiết kiệm diện tích vì trở lực nhỏ. Loại này

thường dùng để lọc tinh không khí sạch cho hệ thống cấp không khí. Thiết

bị hấp thụ lớp dày, loại này sử dụng lớp than hoạt tính có bề dày > 1,3 cm để

làm lớp hấp phụ

Phạm vi sử dụng thiết bị hấp phụ: thiết bị hấp thụ được sử dụng trong

nhiều trường hợp như tái sinh methy chloroform từ thiết bị làm màng thuộc

phim ảnh, tái sinh hơi cồn từ kho chứa rượu, lọc sạch khí thải lò đốt...

Hình 3.3 Tháp hấp phụ.

 Xử lý bằng phương pháp hấp thụ:

Cho khí thải tiếp xúc với chất lỏng, các khí này hoặc được hòa tan trong

chất lỏng hoặc được biến đổi thành phần. Hiệu quả của phương pháp này phụ

thuộc vào diện tích bề mặt tiếp xúc giữa khí với chất lỏng, thời gian tiếp xúc,

nồng độ môi trường hấp thụ và tốc độ phản ứng giữa chất hấp thụ và khí.

Chất hấp thụ dạng lỏng được phân thành 2 loại:

+ Chất hấp thụ hóa học: Nếu chất hấp thụ sử dụng sự biến đổi hóa học để

loại bỏ chất ô nhiễm. Ví dụ: SO2 khi qua nước và đá vôi thì kết hợp với Ca(OH)2

để tạo thành CaSO4, muối này được tách khỏi dòng khí bằng nước.

+ Chất hấp thụ vật lý: Nếu khí qua chất hấp thụ được loại bỏ bằng cách

hòa tan đơn giản và không có thay đổi hóa học. Nước và dầu là những chất hấp

thụ thuộc dạng này.

Nếu chất hấp thụ không thể tái sinh để dùng lại thì được gọi là chất hấp

thụ không tái sinh. Chất hấp thụ có thể giải phóng chất ô nhiễm ra khỏi nó bằng

các biện pháp như dùng nhiệt, hơi nước hay thay đổi áp suất thì gọi là chất hấp

thụ tái sinh. Chất hấp thụ: CaCO3, MgO, ZnO, Na2CO3, NH4OH, Na2CO3...

Thiết bị hấp thụ là thiết bị chứa dung dịch hấp thụ, mà dòng khí sẽ di qua. Thiết

bị được thiết kế, chế tạo sao cho hiệu suất khử khí là cao nhất.

Hình 3.4. Tháp hấp thụ

 Xử lý khí thải bằng phương pháp đốt:

Xử lý ô nhiễm bằng quá trình thiêu đốt hoặc còn gọi là đốt cháy sau được

áp dụng khá phổ biến trong trường hợp lượng khí thải lớn mà nồng độ chất ô

nhiễm cháy được lại rất bé đặc biệt là những chất ô nhiễm có mùi khó chịu.

Quá trình thiêu đốt rất thích hợp cho những trường hợp sau:

 Phần lớn các chất ô nhiễm có mùi khó chịu đều cháy được hoặc thay

đổi được về mặt hóa học để biến thành chất ít có mùi hơn khi phản ứng với

oxy ở nhiệt độ thích hợp.

 Các loại sol khí hữu cơ có khói nhìn thấy được ví dụ như khói từ lò

rang cà phê, lò nung men sứ...

 Một số các hơi, khí hữu cơ nếu thải trực tiếp vào khí quyển sẽ có

phản ứng với sương mù và gây tác hại cho môi trường.

Một số loại công nghệ như công nghệ khai thác và lọc dầu thải ra rất

nhiều khí cháy được kể cả những chất hữu cơ rất độc hại. Phương pháp xử

lý hiệu quả và an toàn nhất cho trường hợp này là thiêu dốt bằng ngọn lửa

trực tiếp, thiêu đốt ngay bên trong ống khói hoặc buồng đốt riêng biệt.

Phương án này dùng khi quá trình sản xuất không thể tái sinh hoặc thu

hồi khí thải. Phương pháp thiêu đốt có 2 dạng:

• Bao gồm một giá theo phương thẳng đứng chứa vật liệu đệm. Vật liệu

đệm có thể là polytylen, sứ, gỗ...với các hình dạng khác. Chất lỏng độc hại

cao (vượt quá giới hạn đốt cháy).

• Thiêu có chất xúc tác: Trong phương pháp này sử dụng các bề mặt kim loại như bạch kim, đồng... làm chất xúc tác. Nhiệt độ thiêu đốt thấp từ 2500C – 3000C. Phương pháp này thích hợp cho các khí độc hại có nồng độ thấp gần với

giới hạn bắt lửa. Phương án này rẻ tiền hơn so với phương pháp trên.

 Xử lý khí thải bằng phương pháp ngưng tụ:

• Các chất dung môi hữu cơ bay hơi thải vào không khí như xăng, dầu,

axeton, toluene, xylen,...có thể thu hồi bằng phương pháp ngưng tụ. Phương

pháp ngưng tụ phổ biến nhất là phương pháp làm giảm nhiệt độ (làm lạnh).

Các chất hữu cơ bay hơi được làm sạch đến điểm sương, bị ngưng tụ và tách

khỏi dòng khí thải. Có thể làm lạnh trực tiếp hay làm lạnh gián tiếp.

• Phương pháp trực tiếp là dùng tác nhân lạnh trực tiếp tiếp xúc với khí

thải, gây hiệu ứng ngưng tụ các chất ô nhiễm độc hại, sau đó tách khí độc

hại đã ngưng tụ ra khỏi tác nhân làm lạnh.

• Phương pháp gián tiếp là dùng phương tiện trao đổi nhiệt (gián tiếp),

chất thải độc hại ngưng tụ được thu hồi dễ dàng, không cần phải có thiết bị

xử lý phân tách.

 Phương pháp lọc:

Để thu gom và lọc bụi trước khi thải khí ra ngoài, có thể dùng các

thiết bị lọc theo nguyên lý cơ học, hạt bụi chuyển động trong không khí, có

khối lượng và vận tốc nào đó, bằng cách thay đổi vận tốc chuyển động của

dòng để tách các hạt bụi ra khỏi hỗn hợp khí và bụi. Theo nguyên lý này,

các buồng lắng được chế tạo theo kiểu quán tính, các thiết bị lọc kiểu li tâm,

với nhiều cỡ to nhỏ và các loại khác nhau, không hoặc có tưới nước, phun

nước để tách bụi và lọc bụi ra khỏi không khí.

3.3. Phương án xử lý bụi, khí thải khi đốt vỏ hạt điều phổ biến trên địa bàn

tỉnh Tây Ninh:

Phương án xử lý bụi, khí thải khi đốt vỏ hạt điều phổ biến trên địa bàn tỉnh

Tây Ninh chủ yếu hiện tại có phương án chính là: Tách bụi bằng cyclone hoặc

Khói thải từ lò đốt

Chụp hút

Thiết bị lọc Cyclon

Ống khói

Xả thải ra môi trường

cho qua bể/tháp hấp thụ bằng nước. Quy trình cụ thể như sau:

Hoặc:

Khói thải từ lò đốt

Chụp hút

Bể/tháp hấp thụ bằng nước

Ống khói

Xả thải ra môi trường

Với 02 phương án nêu trên: Khói thải sau khi ra khỏi buồng đốt được hút

qua Cyclon hoặc qua bể/tháp hấp thụ bằng nước trước khi qua ống khói xả

thải ra môi trường chủ yếu là để loại tro bụi là chính, các khí thải như SOx,

NOx, CO, các dẫn xuất nhân benzen như phenols, các hợp chất hữu cơ dễ bay

hơi không thể xử lý với 02 phương án đơn giản như trên. Ngoài ra, qua khảo sát

cũng ghi nhận việc thu gom khí thải cũng không triệt để.

Tuy nhiên, đối với các cơ sở có sử dụng vỏ hạt điều làm nhiên liệu đốt thì

với phương án nêu trên là khả thi với các lý do như sau: Chi phí đầu tư thấp, dễ

xây dựng hoặc lắp đặt, không tốn chi phí để công nhân vận hành. Nhưng về mặt

môi trường và mặt xã hội thì không đảm bảo do chi có xử lý bụi, các khí thải

khác không thể xử lý được, do đó môi trường một ngày ô nhiễm ảnh hưởng tới

sức khỏe của người dân xung quanh.

Lý do không đầu tư các phương án xử lý đã đề cập nêu trên: Qua khảo sát

ghi nhận ý kiến của các Doanh nghiệp như sau:

Các Doanh nghiệp có thực hiện việc tham quan, hỏi ý kiến một số Cơ sở chế

biến hạt điều tương tự ở ngoài tỉnh như ở Bình Dương, Bình Phước và một số

đối tác ở nước ngoài có sản xuất trong lĩnh vực chế biến hạt điều có lắp đặt hệ

thống xử lý khí thải với các phương pháp như: Hấp thụ, hấp phụ, đốt, lọc thì các

phương án xử lý này có chi phí đầu tư khá cao, phải thuê người có chuyên môn

để vận hành, phải bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên thì hệ thống xử lý mới hoạt

động hiệu quả, ngoài ra khó xử lý dứt điểm đối khí thải CO.

Một số hình ảnh về hệ thống xử lý khí thải khi đốt vỏ hạt điều phổ biến trên

địa bàn tỉnh Tây Ninh như sau:

Hình 3.5. Công nghệ sử dụng cyclone tách bụi

Hình 3.6. Bể chứa nước thải từ tháp hấp thụ

Hình 3.7. Khí phát sinh từ buồng sấy nhân hạt điều không được thu gom triệt để

3.4. Đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường khi đốt vỏ hạt điều:

3.4.1. Thành phần và tác hại của chất ô nhiễm trong khí thải đốt vỏ hạt điều

Việc sử dụng vỏ hạt điều làm nhiên liệu và đốt bỏ là nguồn gây ô nhiễm

môi trường với các dẫn xuất nhân benzen như: Phenols, các hợp chất hữu cơ dễ

bay hơi và gây ô nhiễm trực tiếp tới sức khoẻ con người: CO, CO2, NOx,

VOCs,… rất đáng quan ngại, khó xử lý, gây ảnh hưởng tới an toàn sinh mạng

cho cộng đồng. Công nghệ đốt hiện hữu chưa được đầu tư đúng mức, trình độ

công nghệ còn đơn sơ, sử dụng không đồng nhất.

- Tác hại của khí CO:

Oxyt carbon có trong thành phần khí thải khi đốt nhiên liệu (vỏ hạt điều,

dầu điều chẳng hạn). Khi CO xâm nhập vào huyết cầu tố sẽ cản trở máu tải Oxy

do tạo phức liên kết với Hemoglobin trong máu. Với liều lượng CO thấp sẽ gây

nên đau đầu, chóng mặt, rối loạn cảm giác, có thể khiến mỡ tích tụ lại trong máu

làm tắc động mạch. Liều lượng CO cao sẽ gây ngạt có khi dẫn đến tử vong.

Oxyt carbon là khí không mùi vị, có độc tính cao với sức khỏe con người và cực

kỳ nguy hiểm, do việc hít thở phải một lượng quá lớn CO sẽ dẫn tới thương tổn

do giảm oxy trong máu hay tổn thương hệ thần kinh cũng như có thể gây tử

vong. Nồng độ khoảng 0,1% CO trong không khí cũng có thể là nguy hiểm đến

tính mạng. Carbon monoxit là chất khí không màu, không mùi và không gây

kích ứng nên rất nguy hiểm vì con người không cảm nhận được sự hiện diện của

CO trong không khí. CO có ái lực với Hemoglobin (Hb) trong hồng cầu mạnh

gấp 230-270 lần so với oxy nên khi được hít vào phổi CO sẽ gắn chặt với Hb

thành COHb do đó máu không thể chuyên chở ôxy đến tế bào.

Khi có từ 10 tới 30% COHb trong máu, con người sẽ gặp các triệu chứng

như: đau đầu, buồn nôn, mỏi mệt và choáng váng. Khi mức độ COHb đạt tới 50-

60%, con người có thể bị ngất, co giật và có thể dẫn đến hôn mê và chết. Như

vậy với nồng độ trên 10000 ppm CO (1%CO) có trong không khí thở thì con

người sẽ bị chết trong vòng vài phút.

Trên thế giới mỗi năm có hàng ngàn người bị chết ngạt do hít phải CO,

trong đó chủ yếu là công nhân làm việc trong các điều kiện khắc nghiệt thiếu

không khí sạch và có nguy cơ cháy nổ cao như công nhân hầm mỏ, lính cứu hoả

kể các nhà du hành vũ trụ, các thợ lặn … Bảng 3.1 dưới đây chỉ ra các triệu

chứng nhiễm độc của người khi tiếp xúc với CO ở các nồng độ khác nhau.

Bảng 3.1. Triệu chứng nhiễm độc của người khi tiếp xúc với CO ở các nồng

độ khác nhau.

Nồng độ (ppm) Thời gian tiếp xúc Triệu chứng và tác hại

200 2-3 giờ Đau đầu nhẹ, mỏi mệt, buồn nôn và choáng váng

400 1-2 giờ Đau nặng đầu

>3 giờ Khó thở

Choáng váng, buồn nôn và co giật 45 phút 800 trong vòng 2-3 giờ Chết

Đau đầu, choáng váng và buồn nôn. 20 phút 1600 trong vòng 1 giờ Chết

3200 trong vòng 5-10 phút Đau đầu, choáng váng và buồn nôn

trong vòng 1giờ Chết

6400 1-2 phút Đau đầu, choáng váng và buồn nôn

12800 25-30 phút Chết

Mức độ nhiễm độc CO nặng hay nhẹ, phụ thuộc vào nồng độ chất độc

trong không khí cũng như thời gian tiếp xúc và liên quan tới đặc tính cơ thể,

hoàn cảnh nơi làm việc. Khi nơi làm việc có nhiệt độ, độ ẩm cao, không khí có

lẫn khí SO2, NO2, CNH, benzen, cường độ lao động nặng nhọc...

- Tác hại của khí CO2:

Khí CO2 cũng là sản phẩm cháy khi đốt nhiên liệu. CO2 có mức độ ảnh

hưởng đối với con người và hệ sinh thái không cao, có thể tới nồng độ hàng

ngàn ppm. Tuy nhiên, với tầng khí quyển CO2 là một tác nhân gây hiệu ứng nhà

kính đáng quan tâm và hiện đang ở nồng độ trung bình 379ppm. Tỷ suất gây

hiệu ứng nhà kính CO2 chiếm tới 50%. Đối với con người: Nếu nồng độ CO2 lên tới 50-60 ml/m3 sẽ làm nhừng hô hấp sau 30-60 phút.

Bảng 3.2. Ảnh hường nồng độ CO2 trong môi trường không khí lên sức khỏe

con người.

Nồng độ Triệu chứng và tác hại

0,5 Khó chịu về hô hấp

1,5 Không thể làm việc được

3-6 Có thể nguy hiểm đến tính mạng

Nhức đầu, rối loạn thị giác, mất tri 8-10 giác, ngạt thở

10 - 30 Ngạt thở ngay, thở chậm, tim đập yếu

35 Chết người

+ Đối với thực vật: Gây độc hại cho cây, làm tăng trưởng quá trình đồng

hóa dẫn đến tăng sinh trưởng; Sự gia tăng khí CO2 làm giảm sự tổng hợp protein

(được cấu tạo từ C, H, N, O).

+ Đối với động vật:

• Côn trùng ăn Protein thực vật có nguy cơ bị thiếu dinh dưỡng, côn

trùng sẽ có tỉ lệ chết tăng lên, kéo theo sự sụp đổ của 1 số hệ sinh thái.

• Loài rệp hại cây có xu hướng sinh sản nhanh hơn từ 10-16% trong

môi trường giàu khí CO2 và sự lan truyền của loài rệp có thể đe dọa thực vật, tới

mức gây ra tai họa cho mùa màng thu hoạch.

• Loài động vật có vú, ăn cỏ cũng bị ảnh hưởng do sự giảm hàm lượng

protein thực vật; sự tiêu hóa chậm hơn, con vật biếng ăn và tăng trọng chậm.

- Tác hại của khí NOx:

Khí NOx là sản phẩm cháy của quá trình đốt nhiên liệu. Khí NOx đi vào

đường hô hấp sẽ gây hại cho sức khỏe con người do chúng là nhóm oxit axit nên

khi gặp nước/ẩm sẽ tạo thành axit tương ứng phá hủy các bề mặt tiếp xúc. Trong

khí quyển, khí này chuyển đổi thành các acid, tạo nên mưa acid gây thiệt hại cho

cây cối, mùa màng, nguồn nước và các bề mặt công trình,…

Trong điều kiện không khí nóng ẩm như nước ta, sự có mặt của các acid

này sẽ làm tăng cường quá trình ăn mòn kim loại, phá hủy vật liệu, hậu quả là

làm cho các công trình, máy móc, xe cộ… bị hư hại, xuống cấp, làm giảm vẻ mỹ

quan và tăng chi phí bảo dưỡng, tu sửa. Oxit nitơ có nhiều dạng, do nitơ có 5

hoá trị từ 1 đến 5. Do ôxy hoá không hoàn toàn nên nhiều dạng oxit nitơ có hoá

trị khác nhau hay đi cùng nhau, được gọi chung là NOx. Có độc tính cao nhất là

NO2 , khi chỉ tiếp xúc trong vài phút với nồng độ NO2 trong không khí 5 phần

triệu đã có thể gây ảnh hưởng xấu đến phổi, tiếp xúc vài giờ với không khí có

nồng độ NO2 khoảng 15-20 phần triệu có thể gây nguy hiểm cho phổi, tim, gan;

nồng độ NO2 trong không khí 1% có thể gây tử vong trong vài phút. NOx bị ôxy

hoá dưới ánh sáng mặt trời có thể tạo khí Ôzôn gây chảy nước mắt và mẩn ngứa

da, NOx cũng góp phần gây bệnh hen, thậm chí ung thư phổi, làm hỏng khí quản.

Khí NOx xuất hiện trong quá trình đốt cháy nguyên liệu trong các động cơ

đốt trong (khí xả của phương tiện giao thông...), trong công nghiệp sản xuất axít

HNO3, quá trình hàn điện và quá trình phân huỷ nhựa celluloid.

- Tác hại của VOCs và các dẫn xuất benzen:

Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) phát sinh trong khí thải đốt nhiên

liệu do việc đốt cháy không triệt để (chưa cháy hết), gây tác hại cho sức khoẻ

con người (nhiễm độc, kích thích, gây ung thư hay đột biến). Dưới ánh sáng mặt

trời, các VOCs cùng với NOx tạo thành Ozon hoặc những chất oxy hoá mạnh

khác. Các chất này làm rối loạn hô hấp, đau đầu, nhức mắt gây tác hại cho sức

khỏe con người và sự phát triển của cả hệ sinh thái. Trong đó, các hợp chất hữu

cơ chứa vòng thơm (nhân benzen) sẽ kích thích mạnh mẽ thực quản và dạ dày,

và gây ra nôn mửa, cũng có thể gây viêm phổi xuất huyết, ở nồng độ cao có tác

dụng gây mê trên các hệ thống thần kinh trung ương và gan, gây tắc nghẽn kết

mạc họng, chóng mặt, nhức đầu, buồn nôn, chóng mặt, suy nhược, rối loạn…

Benzen là một chất lỏng dễ bay hơi, khi hỗn hợp với không khí có thể gây

nổ. Benzen xâm nhập vào cơ thể người qua da (tiếp xúc trực tiếp) và qua phổi.

Khi xâm nhập, chừng 75-90% được cơ thể thải ra trong vòng nửa giờ; phần còn

lại tích luỹ trong mỡ, tuỷ xương, não, sau đó được bài tiết rất chậm ra ngoài.

Phần Benzen tích luỹ sau này có thể gây các biểu hiện sinh lý: gây ra sự tăng

tạm thời của bạch cầu; gây rối loạn ôxy hoá - khử của tế bào dẫn đến tình trạng

xuất huyết bên trong cơ thể; nếu hấp thụ nhiều Benzen trong cơ thể sẽ bị nhiễm

độc cấp với các hội chứng khó chịu, đau đầu, nôn, có thể tử vong vì suy hô hấp.

Nếu thường xuyên tiếp xúc với Benzen có thể gây độc mãn tính; lúc đầu là

rối loạn tiêu hoá, ăn kém, xung huyết niêm mạc miệng, rối loạn thần kinh, đau

đầu, chuột rút, cảm giác kiến bò, thiếu máu nhẹ, xuất huyết trong, khó thở do

thiếu máu; tiếp theo là xuất huyết trong nặng, thiếu máu nặng, giảm bạch cầu và

cả hồng cầu. Đây là bệnh nguy hiểm vì benzen có thể tích luỹ lâu dài trong tuỷ

xương có thể sau hai năm mới phát bệnh kể từ khi nhiễm benzen.

Việc sử dụng vỏ hạt điều làm nhiên liệu và đốt bỏ là nguồn gây ô nhiễm

môi trường với các dẫn xuất nhân benzen như: phenols, các hợp chất hữu cơ dễ

bay hơi và gây ô nhiễm trực tiếp tới sức khoẻ con người: CO, CO2, NOx,

VOCs,… rất đáng quan ngại, khó xử lý, gây ảnh hưởng tới an toàn sinh mạng

cho cộng đồng. Công nghệ đốt hiện hữu chưa được đầu tư đúng mức, trình độ

công nghệ còn đơn sơ, sử dụng không đồng nhất.

3.4.2. Đánh giá mức độ ô nhiễm với hiện trạng công nghệ đốt hiện tại:

Qua kết quả khảo sát tại 09 cơ sở chế biến hạt điều tại Tây Ninh cho thấy

việc sử sụng vỏ hạt điều làm nhiên liệu cung cấp nhiệt cho lò chao và lò sấy là

phổ biến, chiếm 80% tổng số cơ sở. Số 20% còn lại sử dụng củi làm nhiên liệu

đốt lò. Các cơ sở sử dụng chung cùng công nghệ đốt không kiểm soát không khí

đầu vào do đó trong phạm vi đồ án tiến hành khảo sát và lấy mẫu khí thải từ các

ống khói, nhận xét như sau:

 Nhiệt độ:

Hình 3.8. Nhiệt độ tại các cơ sở chế biến hạt điều

Nhiệt độ từ quá trình đốt vỏ hạt điều tại các cơ sở chế biến hạt điều dao động

từ 80 – 1800C.

 Chỉ tiêu NOx:

Hình 3.9. Kết quả phân tích NOx tại các cơ sở

Giá trị NOx thấp nhất là 220 mg/Nm3 cao nhất là 980 mg/Nm3. Có thể

thấy rằng, nồng độ NOx tại các nhà máy đều đạt quy chuẩn QCVN

19:2009/BTNMT. Tuy nhiên, tại Công ty TNHH Rals Quốc tế, nồng độ NOx

vượt 1,15 lần.

 Chỉ tiêu CO:

Hình 3.10. Kết quả phân tích CO tại các cơ sở

Giá trị CO tại các cơ sở đều vượt quy chuẩn QCVN 19:2009/BTNMT tại các

cơ sở chế biến hạt điều trêu địa bàn tỉnh. Điều này cho thấy công nghệ đốt đang được

sử dụng tại các cơ sở đều cháy không hoàn toàn và gây ô nhiễm môi trường.

 Chỉ tiêu SO2

Hình 3.11 Kết quả phân tích SO2 tại các cơ sở

 Chỉ tiêu Phenol:

Hình 3.12. Kết quả phân tích Phenol tại các cơ sở

Nhận xét: Phenol tại các nhà máy đều đạt quy chuẩn QCVN 19:2009/BTNMT

 Chỉ tiêu Bụi tổng:

Hình 3.13 Kết quả phân tích Bụi tổng tại các cơ sở

Bụi tổng tại các cơ sở đều vượt quy chuẩn cho phép từ 0,6 lần – 1,6 lần

riêng tại Công ty TNHH Bitraco hàm lượng bụi tổng đạt quy chuẩn quy định.

Qua kết quả đo đạc, phân tích tại 09 cơ sở (trong đó có 03/09 cơ sở đang

ngưng hoạt động), các cơ sở sử dụng vỏ hạt điều hoặc củi làm nhiên liệu đều bị

vượt thông số CO và bụi. Tổng thể tóm tắt như sau:

STT Thông số Nhận xét QCVN

19:2009/BTNMT (So sánh với QCVN 19:2009/BTNMT)

Số mẫu vượt Tỷ lệ vượt

1 01/06 mẫu 1,15 850 NOx

2 CO 06/06 mẫu 1,43 – 10,46 1000

3 Bụi tổng 06/06 mẫu 1,07 – 1,62 200

4 Phenol Không vượt 19

5 Lượng Oxy dư trên tất cả 06/06 mẫu đều rất cao từ

19,3% v đến 20,1% v, tương đương nồng độ không khí

tự nhiên (có thể tự pha loãng tối đa)

Như vậy qua kết quả phân tích khí thải sau hệ thống xử lý tại các cơ sở chế

biến hạt điều, có thể đánh giá các lò đốt hiện có hiệu quả cháy chưa cao nên

nồng độ CO trong khí thải vượt quy định cho phép xả thải hiện hành Quy chuẩn

kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ QCVN

19:2009/BTNMT và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối

với một số chất hữu cơ - QCVN 20:2009/BTNMT. Hệ thống xử lý tuy có hoạt

động nhưng hiệu quả xử lý bụi thấp và còn phát tán nồng độ phenols.

Bảng 3.3. Kết quả đo đạc, phân tích mẫu khí thải từ các ống khói

Kết quả thử nghiệm, mg/Nm3 (quy về oxy tham chiếu 11%v)

Tên cơ sở TT CO Phenols O2 NOx SO2

Bụi tổng Nhiệt độ, 0C Llượng, m3/h CO2, %v

Công ty TNHH BIMICO 1.

120 2.860 <0,5 20,1 480 10,7 25 10.460 214,1 Lò sấy

60 1.280 <0,5 20,0 210 131,4 8,6 32 2.880 Lò chao

Công ty TNHH MTV Hoàng Phúc 2.

101 4.830 <0,5 20,0 370 20 4,40 1.430 247,5 Lò sấy

- - - - - - - 12,3 -

95 3.640 <0,5 20,1 560 660 27 11,13 238,6 Lò chao

- - - - - - - 18,2 -

Công ty TNHH Bitraco (SX Gạch) 3.

100 21.120 0,85 19,3 220 26 121,6 4,1 1.430 4. Đo lần 1

78 14.840 <0,5 20,1 370 35 181,5 5,2 2.414 Đo lần 2

Công ty TNHH Tân Việt Thắng 5.

130 2.681 1,10 19,41 231 13,14 21 6.875 224,4 6. Lò sấy lần 1

150 2.920 2,56 18,72 231 197,8 7,25 32 5.730 Lò sấy lần 2

36 - 108 3.440 1,20 18.50 532 298,3 2.160 7. Cty TNHH MTV Như Anh

25 - 158 3.860 1,09 19,01 324,6 980 6.520 8.

Công ty TNHH RALS Quốc tế Việt Nam

- - - - 850 1.000 500 200 19

QCVN 19:2009/BTNMT và 20:2009/BTNMT

CHƯƠNG 4:

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ ĐỐT PHÙ HỢP

4.1. Đánh giá những hạn chế của công nghệ lò đốt thủ công và bán thủ

công đang sử dụng hiện nay:

 Đánh giá hiệu quả về mặt kỹ thuật:

Việc cấp liệu của công nghệ đốt hiện tại khá thô sơ chủ yếu là thuê công

nhân đưa vỏ hạt điều bằng thủ công vào buồng đốt. Vỏ hạt điều được cấp

từng mẻ vào buồng đốt, điều này gây khó khăn cho việc kiểm soát việc cấp

khí và điều chỉnh nhiệt độ của buồng đốt. Một số cơ sở có cải tiến với thiết bị

cấp liệu tự động vỏ hạt điều vào buồng đốt. Vỏ hạt điều được cấp liên tục vào

buồng lò bằng không khí đã giảm đáng kể ô nhiễm do khói bụi từ quá trình

đốt vỏ hạt điều. Tuy nhiên, việc cấp khí trên bề mặt làm cho quá trình cháy

không hoàn toàn.

Với lò đốt thủ công và bán thủ công đang sử dụng hiện nay có ghi lò

tĩnh mức độ xáo trộn nhiên liệu không có. Từ đó làm cho hiệu quả cháy thấp,

không kiểm soát sự xáo trộn được nên vỏ hạt điều cháy không hoàn toàn và

khí thải vẫn còn vượt tiêu chuẩn cho phép.

 Đánh giá hiệu quả về mặt môi trường:

Với lò đốt thủ công và bán thủ công đang áp dụng hiện nay, bụi và các

khí thải như SOx, NOx, CO, các dẫn xuất nhân benzen như phenols, các hợp

chất hữu cơ dễ bay hơi đã thải ra môi trường góp phần gây ô nhiễm môi

trường không khí nói riêng, gây biến đổi khí hậu của Việt Nam nói chung.

 Đánh giá hiệu quả kinh tế:

Với lò đốt thủ công và bán thủ công mà các cơ sỏ hiện nay đang áp

dụng mang lại hiệu quả kinh tế cho cơ sở là chính. Nhưng đánh giá về mặt

hiệu quả kinh tế xã hội là ngược lại vì việc gây ô nhiễm môi trường không khí

đã mang đến các bệnh tật chính cho người công nhân vận hành và sau đó là

người dân sinh sống lân cận các cơ sở đó.

4.2. Đề xuất công nghệ đốt vỏ hạt điều phù hợp:

4.2.1 Mục đích đề xuất:

Với công nghệ đốt vỏ hạt điều đề xuất giúp tận dụng việc sử dụng vỏ hạt

điều chưa qua ép lấy dầu hoặc đã qua ép lấy dầu làm nhiên liệu đốt tránh trường

hợp thải bỏ ra môi trường gây ô nhiễm vừa giúp khuyến khích các cơ sở sử dụng

vỏ hạt điều làm nhiên liệu đốt nhưng không gây ô nhiễm môi trường, đảm bảo

việc đốt triệt để.

4.2.2. Các thông số cơ bản dùng để đánh giá quá trình đốt

 Hiệu quả cháy CE (Combuttion Efficiency):

Để đánh giá hiệu quả cháy cần tiến hành đo đạc một trong hai thông số

là CO hoặc THC. Trong thực tế thường sử dụng CO vì việc đo đạc THC phức

tạp hơn. Hiệu quả cháy được tính theo công thức (1-2) trong đó CO và CO2 là

nồng độ phần trăm theo thể tích khí thải khô ở điều kiện ô xy dư 7% hoặc 9%.

(1) CE = [(CO2 – CO)/CO2] x100

Để đảm bảo quy chuẩn cho phép về khí thải, hiệu quả đốt CE phải đạt

trên 99,9%.

 Hiệu chỉnh nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải:

Để đánh giá một cách đồng nhất và chính xác hiệu quả đốt của các lò

đốt, thường tiến hành đo đạc các chất ô nhiễm trong khí thải sau đó đưa về

cùng một điều kiện chuẩn theo 7%; 11% O2 hoặc 12% CO2 khí khô để tránh

trường hợp pha loãng.

(1-1) - Nồng độ chuẩn theo ô xy: Pn = Pm.(21-n)/(21-Y)

Trong đó: Pn: Nồng độ đã hiệu chỉnh theo n% ô xy (n=7 hoặc 11)

Pm: Nồng độ đo được ở điều kiện lấy mẫu.

Y: Nồng độ ô xy đo được trong khí thải.

(1-2) - Nồng độ chuẩn theo 12% CO2: P12 = Pm.12/[CO2]m

Trong đó: P12: Nồng độ ô nhiễm ở 12% CO2

Pm: Nồng độ đo được ở điều kiện lấy mẫu

[(CO2)]m: Nồng độ CO2 đo được ở điều kiện lấy mẫu

 Quy chuẩn khí thải của lò đốt:

Quy chuẩn khí thải về nguồn thải của các cơ sở công nghiệp được quy

định bởi QCVN 30:2012/BTNMT

4.2.2. Đề xuất công nghệ đốt vỏ hạt điều phù hợp có khả năng ứng dụng

vào thực tế:

Từ việc phân tích các ưu, nhược điểm của lò đốt vỏ hạt điều hiện tại và

trên cơ sở các thông số dùng để đánh giá quá trình đốt, đề xuất kiểu lò đốt với

các đặc điểm sau:

- Cấp liệu liên tục có kiểm soát;

- Lò đốt với hai vùng đốt: vùng nhiệt phân và vùng đốt thứ cấp có kiểm

soát việc cấp không khí để đảm bảo đốt cháy hoàn toàn nhờ đó các

thông số về khí thải thỏa mãn quy chuẩn cho phép;

- Kết cấu nhỏ gọn, dễ dàng di chuyển và ứng dụng cho nhiều mục đích

khác nhau: lò chao, lò sấy, lò hơi,…

Sơ đồ công nghệ:

 Thuyết minh công nghệ:

Lò đốt gồm các bộ phận chính:

1) Bộ phận cấp liệu, gồm: Phễu, vít tải, van xoay;

2) Bộ phận cấp khí: Quạt cấp khí, đường ống dẫn khí, van điều chỉnh

gió;

3) Bộ phận đốt: Buồng đốt sơ cấp, ghi lò, vùng đốt thứ cấp, buồng

chứa tro;

4) Chân đế, vỏ thiết bị.

Vật liệu đốt là vỏ hạt điều được chứa trong phễu; dưới đáy phễu lắp đặt

một vít tải gọi là vít tải trên để cấp liệu liệu xuống vít tải dưới. Trước khi

xuống vít tải dưới, vật liệu đi qua một van xoay. Vít tải dưới cấp liệu vào

buồng đốt. Tốc độ các vít tải và van xoay có thể điều chỉnh được để điều

chỉnh lượng vật liệu đem đốt.

Trong buồng đốt, vật liệu đầu tiên được đốt trong vùng đốt sơ cấp. Tại

đây, vật liệu được đốt trên ghi lò, khí cấp vào từ phía dưới ghi. Lượng khí này

điều chỉnh được nhờ van khí. Vùng đốt được đốt theo nguyên lý nhiệt phân,

thiếu khí vì vậy sản phẩm cháy chứa nhiều chất cháy như CO, H2, CH4. Sau

đó khí gas đi vào vùng đốt thứ cấp cũng được cấp khí từ quạt thổi. Không khí

tại vùng này được cấp dư để đốt cháy hoàn toàn khí gas nhờ đó khí thải sau

khi đốt thỏa mãn quy chuẩn khí thải cho phép.

Lò được chế tạo với vỏ bằng thép, sơn chịu nhiệt, buồng lò xây bằng

vật liệu chịu nhiệt và cách nhiệt. Toàn bộ lò có thể được lắp đặt trên bánh xe

để di chuyển hoặc đặt cố định tại chỗ.

 Các yêu cầu về thiết kế lò đốt

Yêu cầu chung của nhiệm vụ là thiết kế, chế tạo lò đốt vỏ hạt điều với

các thông số sau:

- Công suất lò đốt: 1.000 kWh;

- Loại lò đốt: lò nhiệt phân đốt hai cấp (sơ cấp và thứ cấp) có hiệu quả

cháy cao;

- Nhiên liệu sử dụng: vỏ hạt điều (có thể áp dụng cho các loại nhiên liệu

khác như viên nén mùn cưa, gỗ vụn);

- Khí thải lò đốt đảm bảo nồng độ cacbon monoxit (CO) thấp hơn quy

chuẩn cho phép;

 Yêu cầu đối với khí thải lò đốt

Khí thải lò đốt vỏ hạt điều thường có 03 thông số ô nhiễm đặc trưng đó

là: CO, bụi và Phenol. Trong đó thông số CO thường vượt tiêu chuẩn nhiều

lần và rất khó xử lý bằng các phương pháp hóa lý thông thường mà phải cải

tiến công nghệ đốt để giảm thiểu chỉ tiêu CO trong khí thải. Vì vậy, việc đề

xuất một công nghệ đốt vỏ hạt điều đảm bảo chỉ tiêu CO trong khí thải thấp là

mục tiêu cần phải đạt được.

Theo QCVN 19:2009/BTNMT và QCVN 20:2009/BTNMT giá trị tối đa

cho phép của các thông số ô nhiễm chính trong khí thải lò đốt vỏ hạt điều là:

- CO: ≤ 1.000 mg/m3;

- Bụi: ≤ 200 mg/m3;

- Phenol: ≤ 19 mg/m3

 Tính toán thiết kế lò đốt

Việc tính toán thiết kế lò đốt phụ thuộc vào nhiều thông số trong đó có

02 thông số quan trọng nhất là năng suất đốt và nhiệt trị của chất thải.

Năng suất đốt thể hiện quy mô của hệ thống lò đốt. Còn nhiệt trị của

chất thải liên quan đến quá trình tính toán cân bằng nhiệt cho hệ thống và các

chế độ động học của lò đốt. Quá trình đốt phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt trị của

nhiên liệu rắn đem đốt. Với những kỹ thuật đốt hiện đại, buồng sơ cấp thường

là buồng đốt thiếu khí, nên sản phẩm phân hủy chứa nhiều chất cháy như CO,

H2, CH4. Nhiệt trị của nhiên liệu rắn càng cao thì thành phần các chất cháy

càng nhiều. Vì vậy, tính toán hệ thống đốt phải bắt đầu với việc xác định nhiệt

trị của chất thải.

Trong các tài liệu kỹ thuật đã thiết lập danh mục các hợp chất hữu cơ

với đầy đủ các đặc tính, như: nhiệt trị thấp/cao; khối lượng riêng; thể tích

riêng; nhu cầu không khí để đốt cháy hoàn toàn và sản phẩm cháy của nó.

Để xác định nhiệt trị của nhiên liệu đem đốt, thường áp dụng công thức

gần đúng của Menđêlêép:

Q = 81C + 300H -26(O-S) – 6(9A+W) (kcal/kg) (2-1)

Nguồn: [2]

(Ở đây, các thành phần Cl, F, và N2 có hàm lượng rất thấp nên bỏ qua).

Hoặc tính theo công thức gần đúng của Dulong:

Q = 14544C + 62028(H - 0.125O) + 4050S (Btu/lb) (2-2)

Nguồn: [5]

Trong công thức (2-2), các nguyên tố C, H, O và S là tỷ lệ phần trăm

khối lượng của cacbon, hydro, ôxy và lưu huỳnh. Tổng tỷ lệ phần trăm của

các chất trên bằng 100% đã trừ đi thành phần trơ, chẳng hạn như ni tơ. Nói

cách khác tổng C, H, O, S là 100% đã trừ đi sự hiện diện của ni tơ.

Dùng công thức gần đúng của Dulong để ước tính các đặc tính của

nhiên liệu khi không có đủ các dữ liệu cần thiết. Bảng 4.1 thống kê các thông

số cháy của một hợp chất hữu cơ với cac bon, hydro và oxy. Với một nhiệt trị

đã biết, bảng tính có thể sử dụng để xác định lượng không khí yêu cầu cho

quá trình cháy và sản phẩm cháy phát sinh.

Bảng 4.1. Các thông số cháy đặc trưng ở điều kiện phản ứng cháy hoàn toàn

a) Theo hệ đơn vị Anh-Mỹ:

Q

Thành phần chất thải

Nhu cầu

Sản phẩm cháy

Btu/lb

C

H2

O2

K.khí (lb)

CO2 (lb)

N2 (lb)

Khí khô (lb/10KB)

H2O (lb)

(%)

(lb)

H2O (lb/10K B)

2.000

0,092 0,110 0,798 0,32

1,37

0,34

1,05

6,95

0,98

4,90

4.000

0,159 0,118 0,723 0,63

2,74

0,58

2,11

6,73

1,05

2,63

6.000

0,225 0,125 0,650 0,94

4,05

0,82

3,11

6,55

1,12

1,87

8.000

0,292 0,132 0,576 1,25

5,38

1,07

4,13

6,50

1,18

1,48

10.000 0,359 0,140 0,501 1,56

6,75

1,31

5,19

6,50

1,25

12.000 0,425 0,147 0,428 1,87

8,06

1,56

6,19

6,46

1,31

1,09

14.000 0,492 0,155 0,353 2,18

9,43

1,80

7,25

6,46

1,38

0,99

16.000 0,558 0,162 0,280 2,49 10,74 2,04

8,25

6,43

1,45

0,91

18.000 0,625 0,169 0,206 2,79 12,07 2,29

9,28

6,43

1,51

0,84

20.000 0,691 0,177 0,132 3,11 13,43 2,53 10,32

6,43

1,58

0,79

22.000 0,758 0,184 0,058 3,42 14,75 2,77 11,34

6,41

1,64

0,75

Nguồn: tài liệu tham khảo từ website: www.dongnai.gov.vn/.../glp-dauvohatdieu–nganh-glpclip-293-glpsite-/

b) Theo hệ đơn vị quốc tế:

Q

Nhu cầu

Sản phẩm cháy

Thành phần chất thải

kJ/kg

K.khí (kg)

CO2 (kg)

N2 (kg)

Khí khô (kg/MJ)

H2O (kg)

(%)

(kg)

H2O (kg/M J)

4.652

0,092 0,110 0,798

0,145 0,614 0,154

0,476

0,2988

0,445

0,2107

9.304

0,159 0,118 0,723

0,286 1,243 0,263

0,957

0,2893

0,476

0,1131

13.956 0,225 0,125 0,650

0,426 1,837 0,372

1,411

0,2816

0,508

0,0804

18.608 0,292 0,132 0,576

0,567 2,440 0,485

1,873

0,2794

0,535

0,0636

23.260 0,359 0,140 0,501

0,708 3,062 0,594

2,354

0,2794

0.567

0,0537

27.913 0,425 0,147 0,428

0,848 3,656 0,708

2,808

0,2777

0,594

0,0469

32.565 0,492 0,155 0,353

0,989 4,277 0,816

3,288

0,2777

0,626

0,0426

37.217 0,558 0,162 0,280

1,129 4,872 0,925

3,742

0,2764

0,658

0,0391

41.869 0,625 0,169 0,206

1,266 5,475 1,039

4,209

0,2764

0,685

0,0361

46.521 0,691 0,177 0,132

1,411 6,092 1,148

4,681

0,2764

0,717

0,0340

51.173 0,758 0,184 0,058

1,551 6,690 1,256

5,144

0,2756

0,744

0,0322

Nguồn: Quy đổi từ bảng a.

 Phương pháp tính toán

Việc tính toán, thiết kế lò đốt bao gồm các nhiệm vụ sau:

- Tính toán cân bằng vật chất;

- Tính toán cân bằng nhiệt;

- Tính toán kích thước các buồng đốt trên cơ sở nhiệt lượng phát sinh và

tốc độ phân hủy của nhiên liệu.

Mục đích của việc tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt là xác

định đầu vào và đầu ra của một hệ thống. Quá trình tính toán sẽ đưa ra

phương pháp xác định các thông số của lò đốt như lượng không khí cần cho

quá trình đốt, lượng khí thải phát sinh, nhiệt độ bên trong của hệ thống, nhiệt

độ của khí thải,v.v…

Để tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt trong hệ thống, c áp

dụng định luật thứ nhất của động lực học: ở trạng thái ổn định, giá trị đầu vào

của hệ thống là trị số đầu ra của hệ thống đó, có nghĩa là vật chất và năng

lượng được bảo toàn.

Khái niệm hệ thống và ranh giới của hệ thống có ý nghĩa rất lớn trong

việc tính toán cân bằng vật chất và năng lượng. Ranh giới của một hệ thống

được định nghĩa như sau: Ranh giới của một hệ thống là đường biên xác định

giới hạn của toàn bộ một hệ thống và được kiểm soát chặt chẽ.

Quy định: dòng đi vào mang dấu dương (+), dòng đi ra mang dấu âm (-).

Vì vậy, đối với dòng vật chất thì:

(2-3) Mvào – Mra = 0

Tương tự, dòng năng lượng cũng được bảo toàn:

(2-4) Qvào – Qra = 0

Dòng nhiệt hoặc dòng vật chất đi ra khỏi hệ thống không phụ thuộc vào

quá trình tự sinh bên trong hệ thống mà chỉ phụ thuộc vào các dòng đi qua

ranh giới (hay đường biên) của hệ thống đó mà thôi. Thông qua việc đánh giá

dòng khí thải đi ra khỏi hệ thống có thể xác định được lượng nhiên liệu cần

phải đốt để nhiệt độ buồng đốt đạt yêu cầu.

 Các bước tính toán cân bằng vật chất và năng lượng:

Đây là một phương pháp đã được chuẩn hóa ở Mỹ và Châu Âu. Một

bảng tính được thiết lập từng bước để tính toán cân bằng vật chất, năng lượng

và tính toán hệ thống khí thải. Các tính toán sẽ cung cấp các thông số về lò

đốt một cách chính xác. Phương pháp tính dựa vào việc phân tích 02 thành

phần của khí thải là hàm lượng ẩm (moister) và sản phẩm cháy khô (dry gas).

Sản phẩm cháy khô được coi như là không khí khô nên các đặc tính về

enthanpy và độ ẩm bão hòa tương tự như không khí khô.

Sau khi xác định được thành phần khí khô và hơi ẩm trong khí thải, dựa

vào đó xác định được các thông số của lò đốt.

Tiếp theo, phải tính toán trạng thái hoạt động tự nhiên của lò đốt. Thực

tế, để đảm bảo đủ không khí cho quá trình đốt cháy nhiên liệu, phải cung cấp

một lượng không khí dư (lượng không khí ngoài nhu cầu của phản ứng cháy).

Hệ số không khí dư thay đổi trong khoảng 10-200% tùy thuộc vào kiểu lò đốt.

Lượng không khí dư không tham gia vào phản ứng cháy và nó tự đi ra khỏi lò

đốt trong dòng khí thải. Lượng không khí dư càng lớn thì càng làm giảm nhiệt

độ của lò.

Các phép tính dựa vào mốc nhiệt độ ban đầu là 25oC. Tất cả các dòng

đi vào hệ thống như dòng chất thải, không khí xung quanh và nhiên liệu phụ trợ đều được coi là ở nhiệt độ 25oC. Việc thiết lập điểm nhiệt độ mốc nhằm

loại bỏ các phức tạp không cần thiết khi tính toán dòng nhiệt đi vào hệ thống.

 Tính toán thiết kế lò đốt

Vỏ hạt điều chưa ép dầu có các thông số sau:

Nhiệt trị: 5.500 ± 200 Kcal/kg

Lượng chứa dầu: 18 - 23% (Nhiệt trị dầu: 9.600 kcal/kg)

Độ ẩm: < 15%

Tạp chất: < 5%

Bã vỏ hạt điều đã ép dầu:

Nhiệt trị: 4400 ± 200 Kcal/kg

Độ ẩm: < 12%

Tạp chất: < 5%

Phương án 1: Tính toán thiết kế lò đốt vỏ hạt điều chưa ép dầu

Thông số tính toán:

- Nhiệt trị trung bình: 5.500 kcal/kg ~ 23.030 kJ/kg;

- Khối lượng riêng: 350 kg/m3;

- Độ ẩm: 15% KL;

- Hàm lượng tro (theo khối lượng khô): 5%;

- Công suất đốt yêu cầu (theo nhiệt lượng): Q = 800 – 1.200 kWh

(trung bình 1.000 kWh)

Tính toán:

1) Tính nhiệt trị của thành phần cháy:

Nhiệt trị của rác được tạo ra bởi thành phần cháy, hàm lượng ẩm và tro

của chất thải không tạo ra nhiệt trị. Một kg rác chứa 15% ẩm và 5% tro theo

khối lượng khô. Như vậy, 1 kg rác chứa 15% + (5%*85) = 19,25% thành

phần không tạo ra nhiệt trị cho rác. Thành phần tạo ra nhiệt trị chiếm 80,75%

trong 1 kg rác.

Nhiệt trị của thành phần cháy là:

H =5.500 / 0,8075 = 6.810 kcal/kg ~ 28.510 kJ/kg

2) Tính công suất đốt theo khối lượng:

Lấy giá trị công suất nhiệt trung bình để tính toán: N = 1.000kWh ≈

860.000kcal .

m = N/Q (kg/giờ)

Trong đó:

m – Công suất đốt, kg/giờ;

Q – Nhiệt trị của chất đốt, kcal/kg;

m = 860.000/5.500 ≈ 156 kg/giờ.

(Trong thực tế, các lò chao hiện đang tiêu thụ khoảng 800 – 1.500 kg/ca

(8 h) tương đương với 100 – 187,5 kg/h).

3) Tính cân bằng vật chất:

Việc tính toán cân bằng vật chất và năng lượng dựa vào một phương

pháp đã được chuẩn hóa ở Châu Âu và Mỹ. Đó là một bảng tính được lập ra

để làm sao đảm bảo cân bằng lượng vật chất đi vào và đi ra khỏi lò đốt. Ở đây

lượng vật chất đi vào lò là lượng nhiên liệu rắn (vỏ hạt điều) và lượng không

khí cấp vào, lượng vật chất đi ra khỏi lò là lượng tro và lượng sản phẩm cháy

(khói).

Một số thông số đầu vào như sau:

- Lượng nhiên liệu đi vào: 156 kg/giờ

- Hàm lượng ẩm: 15%

- Hàm lượng tro (theo thành phần khô): 5%

- Nhiệt trị của thành phần cháy: 26.000 kJ/kg = 26,00 MJ/kg.

Bảng 4.2. Bảng tính cân bằng vật chất (Mass Balance)

Bước Mô tả quá trình Đơn vị Số lượng Cách tính

M1 Lượng nhiên liệu nạp vào kg/giờ 156 ,00 Đã biết

M2 Hàm lượng ẩm vào % 15 Đã biết

M3 Tính ra khối lượng ẩm kg/giờ 23 ,40 M1 * M2/100

M4 Khối lượng thành phần khô kg/giờ 132 ,60 M1 – M3

vào

M5 Hàm lượng tro theo KL khô % 5 Đã biết

M6 Khối lượng tro kg/giờ 6 ,63 M4 * M5/100

M7 Khối lượng thành phần chất kg/giờ 125 ,97 M4 – M6

cháy

M8 Nhiệt trị của thành phần cháy MJ/kg 28 ,51 Đã biết

M9 Tổng nhiệt lượng phát sinh MJ/giờ 3.591 ,40 M7*M8

kg/MJ 0 ,297 Tra bảng 4-1

M10 Hàm lượng sản phẩm cháy khô (dry gas) do đốt thành phần cháy

M11 Tổng sản phẩm cháy khô kg/giờ 1.066 ,65 M10*M9

M12 Hàm lượng ẩm phát sinh khi kg/MJ 0 ,045 Tra bảng 4-1

đốt thành phần cháy

M13 Tổng lượng ẩm phát sinh khi kg/giờ 161 ,61 M12*M9

đốt thành phần cháy

M14 Tổng sản phẩm cháy kg/giờ 1.228 ,26 M11 + M13

M15 100% không khí (cần cho phản kg/giờ 1.102 ,29 M14 – M7

ứng hóa học)

M16 Hệ số sử dụng không khí % 200 Tùy chọn

M17 Tổng khối lượng không khí sử kg/giờ 2.204 ,58 M16 *

M15/100 dụng

1.708 ,98 M17/1,29

M18 Thể tích không khí ở điều kiện chuẩn (với ρ = 1,29 kg/m3) (n.m3/giờ)

M19 Lượng không khí dư kg/giờ 1.102 ,29 M17 – M15

kg/kg khí khô

0 ,016 Tra từ ẩm đồ (đồ thị t-d của không khí ẩm)

M20 Hàm lượng ẩm của không khí ở nhiệt độ môi trường 25oC và độ ẩm bão hòa trong không khí là 80%

M21 Lượng ẩm từ không khí 35 ,27 M17 * M20 kg/giờ

M22 Lượng không khí khô dư 1084 ,65 M19- Kg/hr

(M19*M20)

M23 Tổng lượng ẩm trong sản phẩm kg/giờ

cháy 220 ,29 M3 + M13 + M21

M24 Tổng sản phẩm cháy khô kg/giờ 2.168 ,94 M11 + M19

Giải thích các bước tính trong cân bằng vật chất:

Bảng tính cân bằng dòng vật chất theo các bước như sau:

M1 Tổng dòng chất đốt đi vào là 156 kg/giờ (đã cho trước)

M2 Tỷ lệ phần trăm ẩm là 15% (đã cho trước)

M3 Tính ra khối lượng ẩm của dòng chất thải là: 15% * 156 kg/giờ = 23,4

kg/giờ

M4 Thành phần chất khô đi vào buồng đốt bằng tổng lượng chất đốt trừ đi

tổng lượng ẩm: 156 kg/giờ - 23,4 kg/giờ = 132,6 kg/giờ.

M5 Hàm lượng tro là 5% lượng chất khô (đã cho trước)

M6 Tính ra khối lượng tro là: 5% * 132,6 kg/giờ = 6,63 kg/giờ

M7 Lượng chất cháy bằng tổng lượng chất khô trừ đi lượng tro: 132,6

kg/giờ - 6,63 kg/giờ = 125,97 kg/giờ

M8 Nhiệt trị của chất cháy: 28,51 MJ/kg (đã cho trước)

M9 Nhiệt lượng phát sinh khi đốt nhiên liệu rắn là: 125,97 kg/giờ * 28,51

MJ/kg = 3.591,04 MJ/giờ

M10 Xác định lượng sản phẩm cháy khô phát sinh do đốt chất nhiên liệu

rắn. Lượng phát sinh có thể xác định được từ công thức hóa học của

chất thải (ví dụ: 1 kg cacbon phát sinh 3,66 kg CO2 và 8,77 kg N2; 1 kg

H2 phát sinh 8,92 kg H2O và 26,08 kg N2). Khi cấu tạo hóa học của

chất thải chưa được xác định thì tải lượng sản phẩm cháy khô phát sinh

có thể ước lượng bằng cách tra bảng 2-1, ứng với chất thải có nhiệt trị

28,51 MJ/kg thì tải lượng sản phẩm cháy khô phát sinh là 0,297 kg/MJ.

M11 Tổng lượng sản phẩm cháy khô phát sinh bằng tải lượng sản phẩm

cháy khô phát sinh nhân với tổng nhiệt lượng của chất đốt: 0,297

kg/MJ * 3.591,04 MJ/giờ = 1.066,65 kg/giờ.

M12 Tải lượng hơi nước phát sinh từ quá trình đốt được xác định bằng cách

tương tự ở bước M10. Bằng cách tra bảng 4.1, xác định được tải lượng

phát sinh hơi nước của chất đốt có nhiệt trị 28,51 MJ/kg là 0,045

kg/MJ.

M13 Tổng lượng hơi nước phát sinh bằng tải lượng hơi nước phát sinh nhân

với tổng nhiệt lượng chất đốt: 0,045 kg/MJ * 3.591,04 MJ/giờ = 161,61

kg/giờ.

M14 Tổng sản phẩm cháy bằng tổng sản phẩm cháy khô cộng với tổng hơi

nước phát sinh từ quá trình đốt: 1.066,65 kg/giờ + 161,61 kg/giờ =

1.228,26 kg/giờ.

M15 Không khí cần thiết cho quá trình cháy bằng tổng sản phẩm cháy trừ đi

lượng chất cháy nạp vào. Nói cách khác, lượng không khí cộng với

lượng chất cháy là tổng sản phẩm cháy. Vì vậy, không khí cần thiết cho

phản ứng cháy bằng tổng sản phẩm cháy (M14) trừ đi lượng chất cháy

(M7): 1.228,26 kg/giờ - 125,97 kg/giờ = 1.102,29 kg/giờ. Đây là nhu

cầu không khí cho phản ứng cháy của dòng chất thải (nhu cầu hóa học

lượng pháp).

M16 Tổng nhu cầu không khí bằng lượng không khí dư cộng với lượng

không khí hóa học lượng pháp. Từ số liệu cho trước của đề bài này, lò

đốt có hệ số không khí dư là 75% – 200%. Chọn hệ số không khí dư là

100%. Vì vậy, với đề bài này, tổng nhu cầu không khí cấp cho quá

trình đốt dòng chất thải có hệ số sử dụng không khí là 2,0 (hay 200%).

M17 Tính ra lượng không khí cấp vào lò: 2,0 * 1.102,29 kg/giờ = 2.204,58

kg/giờ.

M18 Tính thể tích không khí ở điều kiện chuẩn, biết rằng khối lượng riêng của không khí là ρ = 1,29 kg/n.m3: 2.204,58 kg/giờ / 1,29 kg/m3 = 1.708,98 n.m3/giờ.

M19 Lượng không khí dư cần thiết để phản ứng cháy xảy ra hoàn toàn

nhưng không tham gia vào quá trình cháy, nó chỉ đi vào quá trình và đi

ra trong dòng khí thải. Lượng không khí dư bằng tổng lượng không khí

cấp vào lò (M17) trừ đi nhu cầu không khí tham gia vào phản ứng hóa

học (M15): 2.204,58 kg/giờ - 1.102,29 kg/giờ = 1.102,29 kg/giờ.

M20 Độ ẩm trong không khí phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Có thể tra

độ ẩm trong không khí từ ẩm đồ (hay còn gọi là đồ thị t-d) của không khí ẩm. Ở điều kiện khí hậu Việt Nam, nhiệt độ môi trường 25oC và độ

ẩm bão hòa là 80% thì từ ẩm đồ tra được lượng chứa ẩm là 0,016 kg/kg

không khí khô.

M21 Lượng ẩm phát sinh từ lượng không khí cấp vào lò là tích số của hàm

lượng ẩm trong không khí với tổng lượng không khí sử dụng (M17):

0,016 kg/kg không khí khô * 2.204,58 kg/giờ = 35,27 kg/giờ.

M22 Lượng không khí khô dư bằng lượng không khí dư trừ đi hàm lượng

ẩm: M19-(M19*M20): 1.102,29 kg/hr – (1.102,29*0,016) = 1.084,65

kg/hr

M23 Tổng lượng ẩm từ quá trình đốt chất thải là giá trị tổng của 03 thành

phần: Lượng ẩm từ chất thải (M3), lượng ẩm phát sinh từ quá trình đốt

cháy chất thải (M13) và lượng ẩm từ không khí (M21): 23,4 kg/giờ +

161,61 kg/giờ + 35,27 kg/giờ = 220,28 kg/giờ.

M24 Tổng lượng khí thải khô là tổng của 02 thành phần: sản phẩm cháy khô

do đốt chất thải (M11) và lượng không khí khô dư (M22): 1.066,65

kg/giờ + 1.084,65 kg/giờ = 2.151,30 kg/giờ.

Đến đây, sản phẩm cháy từ quá trình đốt chất nhiên liệu rắn (vỏ hạt điều)

đã được xác định. Bước tiếp theo là tính toán cân bằng nhiệt.

4) Tính toán cân bằng nhiệt:

Tương tự, tính toán cân bằng nhiệt cũng được lập thành bảng tính. Việc

tính toán cân bằng nhiệt phải dựa vào kết quả tính toán của một số bước trong

cân bằng vật chất.

Bảng tính cân bằng nhiệt nhằm xác định nhiệt độ của buồng đốt và lượng

khí thải phát sinh qua ống khói. Nếu nhiệt độ của buồng đốt không thỏa mãn

yêu cầu phải quay trở lại bước tính cân bằng vật chất, giảm lượng không khí

dư để làm tăng nhiệt độ của sản phẩm cháy

Dựa vào các kết quả tính toán cân bằng vật chất, tính toán cân bằng nhiệt

được tiến hành với các giả thiết sau đây:

- Nhiệt độ tro thải 500oC

- Nhiệt độ yêu cầu trong buồng đốt thứ cấp là 1.000oC.

Bảng 4.3. Bảng tính cân bằng nhiệt (Heat Balance)

Bước Mô tả quá trình Đơn vị Số lượng Cách tính

M4*M5/100

6,63 M6 Khối lượng tro kg/giờ

3.591,04 M9 MJ/giờ M7*M8

Tổng nhiệt lượng của chất đốt

M17*M20

35,27 M21 Lượng ẩm từ không kg/giờ

khí

M3+M13+ M21

220,28 kg/giờ

M23 Tổng lượng ẩm trong sản phẩm cháy

2151,30 M24 Tổng sản phẩm cháy kg/giờ M11+M22

khô

500 H1 Nhiệt độ của tro Đã biết

337,25 H2 Hàm lượng nhiệt của kJ/kg 0,71 * (H1 – 25)

tro thải (biết nhiệt lượng của tro khoảng 0,71kJ/kg-oC và nhiệt độ môi trường là 25oC

M6*H2/1.000

2,24 H3 Nhiệt lượng do tro MJ/giờ

mang ra

2,25 H4 % Tra bảng 4.4

Tỷ lệ tổn thất do nhiệt bức xạ

M9*H4/100

80,81 H5 MJ/giờ

Tổn thất do nhiệt bức xạ

-79,58 H6 MJ/giờ

(-) 2.256 * M21 /1.000

Tổn thất nhiệt do hơi nước trong không khí, biết rằng nhiệt hóa hơi của nước ở 1 at là 2.256 kJ/kg

3,47 H7 Tổng tổn thất nhiệt MJ/giờ H3 + H5 + H6

M9 – H7

3.587,94 H8 Nhiệt lượng khí thải MJ/giờ

mang ra

1.072 H9 Nhiệt độ khí thải

Phụ lục J [12]; phép thử sai và phương pháp nội suy

1000 H10 Nhiệt độ yêu cầu Đã cho trước

1095,69 H11 Enthalpy của sản phẩm Phụ lục J [12] kJ/kg

cháy khô ở 1.000oC

H12 Nhiệt lượng của sản MJ/giờ 2.357,16 M23*H11/1.000

phẩm cháy khô ở 1.000oC

4.415,10 H13 Enthalpy của hơi ẩm ở kJ/kg Phụ lục J [12]

1000oC

972,59 M22*H13/1.000 MJ/giờ

H14 Nhiệt lượng của hơi ẩm ở 1.000oC

3.329,75 H15 Tổng nhiệt lượng của MJ/giờ H12 + H14

sản phẩm cháy ở 1.000oC

-258,19 H16 Nhiệt lượng thiếu hụt MJ/giờ H15 – H8

3.587,94 H17 Nhiệt lượng thoát ra MJ/giờ H8

ống khói

2.151,30 H18 Tổng lượng sản phẩm kg/giờ M23

cháy khô phát sinh

220,29 kg/giờ M22

H19 Tổng lượng hơi ẩm phát sinh

Giải thích các bước tính trong cân bằng nhiệt:

Bảng tính cân bằng nhiệt theo thứ tự các bước như sau:

H1 Tro là đối tượng lấy nhiệt từ hệ thống. Nhiệt độ của tro thải khoảng 500oC

H2 Hàm lượng nhiệt của tro thải. Thông thường, tro chứa nhiệt lượng tương ứng với nhiệt độ của nó. Công suất nhiệt của tro khoảng 0,71 kJ/(kg-oC) hay 0,17BTu/(lb-oF) và trị số này được sử dụng để tính toán trong phép tính này.

Có thể xác định tổn thất nhiệt do tro thải mang ra nếu biết được công thức

hóa học của nó. Trong ví dụ này, nhiệt lượng của tro được xác định là: 0,71 kJ/(kg-oC)*(500oC – 25oC) = 337,25 kJ/kg.

H3 Tổng tổn thất nhiệt của hệ thống do tro thải mang ra là tích của nhiệt lượng

tro nhân với số lượng tro phát sinh: 337,25 kJ/kg * 6,63 kg/giờ = 2.240

kJ/giờ = 2,24 MJ/giờ.

H4 Tổn thất nhiệt bức xạ là sự mất mát từ lò do bức xạ từ bề mặt của nó. Nó có

thể được tính gần đúng trên cơ sở lượng nhiệt giải phóng bên trong lò đốt

như trên bảng 2-4, hoặc nó có thể được tính toán trên cơ sở diện tích bề mặt

bên ngoài lò đốt. Trong ví dụ này, từ bảng 2-4 ứng với chất thải có nhiệt

lượng tỏa ra trong lò đốt là 3.591,40 MJ/giờ (M9), thì tổn thất do bức xạ

nhiệt là 3 %.

Bảng 4.4. Hệ số tổn thất nhiệt do bức xạ

Nhiệt lượng bên trong lò

Tổn thất nhiệt do bức xạ (%) MBTu/giờ MJ/giờ

<15 <15.826 3,00

20 21.101 2,75

25 26.376 2,50

30 31.652 2,00

40 42.202 1,75

>50 52.753 1,50

Nguồn: [12]

H5 Từ hệ số tổn thất do bức xạ nhiệt ở bảng 4.4, tính được tổng tổn thất nhiệt do

bức xạ là: 0,03 * 3.591,40 MJ/giờ = 107,74 MJ/giờ (nếu tổn thất nhiệt do

bức xạ được tính theo tổn thất nhiệt bề mặt thì phép tính phải dựa vào diện

tích bề mặt của lò chứ không phải hệ số tổn thất nhiệt).

H6 Độ ẩm đi vào quá trình từ không khí ở dạng hơi chứ không phải dạng chất

lỏng. Enthanpy cao hơn nếu đi vào quá trình ở dạng chất lỏng, bởi vì khi đó

cần hấp thụ nhiệt để hóa thành hơi. Điều đó có nghĩa là, nếu đưa vào phép

tính như một chất lỏng thì cần phải có sự điều chỉnh để mô tả mức năng

lượng tăng lên này. Hay nói cách khác, nếu được đưa vào quá trình ở dạng

lỏng sau đó mới được hóa thành hơi thì phải cần một nhiệt lượng để hóa hơi.

Đối với nước, ở 1 at, nhiệt hóa hơi của nó là 2.256 kJ/kg. Nhiệt lượng này

không phải cung cấp để hóa hơi nước từ không khí nên khi đưa vào phép

tính nó phải mang dầu trừ (-). Trong ví dụ này, hiệu chỉnh nhiệt lượng do độ

ẩm từ không khí là: (-)*(35,27 kg/giờ * 2,256 kJ/kg) /1.000 = - 79,58

MJ/giờ.

H7 Tính tổng tổn thất nhiệt của hệ thống. Tổn thất nhiệt của hệ thống là nhiệt

lượng phát sinh từ quá trình nhưng không thoát ra ngoài theo khí thải.

Những tổn thất này bao gồm: tổn thất do tro thải (H3), tổn thất do bức xạ

(H5) trừ đi lượng hiệu chỉnh do độ ẩm từ không khí (H6): 2,24 MJ/giờ (tro

thải) + 107,74 MJ/giờ (bức xạ nhiệt) – 79,58 MJ/giờ (hiệu chỉnh độ ẩm do

hơi nước từ không khí) = 30,40 MJ/giờ.

H8 Tính nhiệt lượng do khí thải mang ra. Nhiệt lượng do khí thải mang ra là

nhiệt lượng phát sinh (M9) trừ đi tổn thất (H7): 3.591,40 MJ/giờ - 30,40

MJ/giờ = 3.561 MJ/giờ.

H9 Nhiệt độ bên trong buồng đốt: Nhiệt độ bên trong buồng đốt không đồng

đều. Nhiệt độ cao ở trung tâm vùng cháy và biểu đồ nhiệt độ bên trong

buồng đốt thay đổi tùy thuộc vào lượng không khí cấp vào lò, vào loại nhiên

liệu rắn đem đốt và hình dạng buồng đốt. Nhiệt độ tính toán ở đây là nhiệt

độ ngay cửa thoát của buồng lò, nơi mà các sản phẩm cháy có sự xáo trộn

tốt. Đây không phải là nhiệt độ cao nhất bên trong quá trình.

Nhiệt độ khói thải được tính toán như sau:

Xác định nhiệt độ T mà tại đó enthanpy của sản phẩm cháy có giá trị tương

ứng với nhiệt lượng của khí thải. Nhiệt lượng khí thải, từ bước tính H8, là

3.561 MJ/giờ. Enthanpy của khí thải được tính toán với số liệu tra từ Phụ lục

J [12] được xác định bằng phương pháp thử - sai.

Bảng 4.5. Bảng tính phép thử-sai

Nhiệt độ 2.151,3*hair 220,29*hm Tổng số hm hair

(oC) (MJ/kg) (MJ/giờ) (MJ/kg) (MJ/giờ) (MJ/giờ)

1.100 1,21466 2.613,10 4,82699 1.063,32 3.676,42

T 3.561,00

1.050 1,155 2.484,75 4,68711 1.035,51 3.517,26

Ghi chú:

(a): T- nhiệt độ cần xác định

(b): hair - enthanpy của không khí tra được từ Phụ lục J [12].

(c): tổng sản phẩm cháy khô là 2.151,3 kg/giờ (từ bước M23).

(d): hm – enthanpy của hơi nước tra được từ Phụ lục J [12]

(e): tổng lượng hơi nước phát sinh là 220,29 kg/giờ (từ bước M22)

Bằng phương pháp nội suy, tính được:

T = 1.050+(1.100–1.050)*(3.561–3.517,26)/(3.676,42–3.561)= 1.064oC

Chú ý rằng, tổng nhiệt lượng trong dòng khí thải ở nhiệt độ 1.050oC nhỏ hơn

3.561 MJ/giờ, còn ở nhiệt độ 1.100oC thì cao hơn. Nhiệt độ thực của khí thải

nằm ở giữa 02 nhiệt độ này. Từ phép nội suy, tính được nhiệt độ khí thải là 1.064oC.

H10 Theo giả thiết, nhiệt độ yêu cầu trong lò đốt là 1000oC. Nhiệt độ của khí thải tính được là 1.064oC, cao hơn nhiệt độ yêu cầu. Như vậy, quá trình tính toán

ở bước cân bằng vật chất đã hợp lý, không cần phải điều chỉnh tỷ lệ không

khí dư để điều chỉnh nhiệt độ ra của khí thải. Quá trình đốt này không cần

nhiên liệu bổ sung, vì vậy gọi là quá trình đốt tự sinh.

H11 Eenthalpy của sản phẩm cháy khô ở nhiệt độ 1.000oC là 1.095,69 kJ/kg (Phụ

lục J [12]).

H12 Nhiệt lượng của sản phẩm cháy khô là tích của tổng sản phẩm cháy khô với

enthanpy của nó: (2.151,3 kg/giờ * 1.095,69 kJ/kg)/1.000 = 2.357,16

MJ/giờ.

H13 Enthalpy của thành phần hơi ẩm trong khí thải ở nhiệt độ 1000oC là 4.415,10

kJ/kg (Phụ lục J [12]).

H14 Nhiệt lượng của hơi ẩm trong khí thải là tích của tổng hơi ẩm với enthanpy

của nó: (220,29 kg/giờ * 4.415,10 kJ/kg)/1.000 = 972,59 MJ/giờ.

H15 Tổng nhiệt lượng của dòng khí thải là nhiệt lượng của khí khô (H12) và hơi

ẩm (H14): 2.357,16 MJ/giờ + 972,59 MJ/giờ = 3.329,75 MJ/giờ.

H16 Nhiệt lượng thiếu hụt là lượng nhiệt cần bổ sung khi nhiệt độ buồng lò

không đạt yêu cầu. Ở đây, nhiệt lượng thiếu hụt là hiệu của nhiệt lượng yêu

cầu (H15) và nhiệt phát sinh do đốt chất thải (H8): 3.329,76 MJ/giờ - 3.361

MJ/giờ = - 231,26 MJ/giờ. Điều đó thể hiện nhiệt đã dư so với yêu cầu (thể hiện ở bước tính nhiệt độ buồng đốt là 1.064oC > 1.000oC

H17 Nhiệt lượng thoát ra ống khói chính là nhiệt lượng trong dòng khí thải (H8):

3.561,00 MJ/giờ.

H18 Tổng lượng sản phẩm cháy khô thoát ra ống khói là tổng số của sản phẩm

cháy khô do đốt nhiên liệu rắn (M23) và sản phẩm cháy do đốt nhiên liệu bổ

sung (nếu có): 2.151,30 kg/giờ + 0 = 2.151,30 kg/giờ.

H19 Tổng lượng hơi ẩm thoát ra ống khói là tổng số của hơi ẩm phát sinh do đốt

nhiên liệu rắn (M22) và hơi ẩm do đốt nhiên liệu bổ sung (nếu có): 220,29

kg/giờ + 0 = 220,29 kg/giờ.

Các thông số của quá trình đốt cơ bản đã được xác định. Sau đây tiếp tục

thiết lập các điều kiện và yêu cầu để tính toán quạt hút khí thải.

5) Tính toán khí thải:

Tính toán quạt hút khí thải với các điều kiện như sau:

- Nhiệt độ khí thải sau khi ra khỏi buồng đốt được dẫn vào thiết bị sử

dụng nhiệt (như lò chao, lò sấy), sau đó được quạt hút hút vào hệ thống

xử lý khí thải và vào khí quyển. Giả sử rằng, nhiệt độ khí thải trước khi vào hệ thống xử lý khí thải là 90oC.

- Tổn thất áp suất trong hệ thống là 350 mmH2O

Bảng 4.6. Bảng tính toán khí thải (Flue Gas Discharge)

Bước Mô tả quá trình Đơn vị Số lượng Cách tính

H17 3.561,00 MJ/giờ H8

Nhiệt lượng thoát ra ống khói

H18 2151,30 kg/giờ M23

Tổng lượng sản phẩm cháy khô phát sinh

H19 220,29 M22 lượng hơi kg/giờ

Tổng ẩm phát sinh

90 Đã cho trước F1

Nhiệt độ khí thải sau khí tận dụng nhiệt (chao, sấy,…)

F2 m3/kg K.K 3,34 Phụ lục L [12]

Thể tích riêng của khí thải ở 90oC

F3 Cột áp của quạt 350 Đã cho trước mmH2O

F4 1,035

Hệ số hiệu chỉnh quạt 10.332,3 / (10.332,3 -350)

F5 m3/giờ 7.185,35 H18 * F2

Lưu lượng khí thải ở 90oC

F6 lượng thực m3/giờ 7.500,00 F5 * F4

Lưu của quạt

Giải thích các bước tính toán khí thải:

Tiếp tục quá trình đã phát triển thông qua tính toán cân bằng vật chất và

cân bằng nhiệt, tính toán khí được giải thích như sau:

F1 Nhiệt độ khí thải là nhiệt độ của dòng khí sau khi ra khỏi các thiết bị tận

dụng nhiệt (lò chao, lò sấy,…). Ở ví dụ này, nhiệt độ khí thải yêu cầu là 90oC.

F2 Xác định thể tích của khí thải để xác định kích thước quạt hút khí. Từ Phụ lục L [12] , xác định được thể tích riêng của khí ở 90oC là: 3,34 m3/kg khí

khô.

F3 Cột áp của quạt để thắng các trở lực phía trước quạt gồm trở lực đường ống,

trở lực của thiết bị, thiết bị xử lý, làm mát,… Cột áp của quạt là 350 mmH2O

(Đã cho trước)

F4 Cửa vào quạt có cột áp nhỏ hơn áp suất khí quyển. Sự giảm áp suất này làm

giãn nở thể tích khí đi vào quạt tương ứng với sự giảm lưu lượng của quạt.

Áp suất khí quyển ở 1 at tương đương với 10.332,3 mmH2O. Hệ số hiệu

chỉnh để bù giãn nở thể tích ở cửa vào của quạt là: 10.332,3 / (10.332,3 –

350) = 1,035.

Lưu lượng của khí thải ở 90oC là: (3,34 m3/kg khí khô * 2.151,30 kg khí khô/giờ) = 7.185,35 m3/giờ.

F6 Lưu lượng thực của quạt là 7.185,35 m3/giờ * 1,035 ≈ 7.500 m3/giờ.

Phương án 2: Tính toán thiết kế lò đốt vỏ hạt điều đã ép dầu

Thông số tính toán:

- Nhiệt trị trung bình: 4.400 kcal/kg ~ 18.420 kJ/kg;

- Khối lượng riêng: 450 kg/m3;

- Độ ẩm: 12% KL;

- Hàm lượng tro (theo khối lượng khô): 5%;

- Công suất đốt yêu cầu (theo nhiệt lượng): Q = 800 – 1.200 kWh

(trung bình 1.000 kWh)

Tính toán:

1) Tính nhiệt trị của thành phần cháy:

Nhiệt trị của rác được tạo ra bởi thành phần cháy, hàm lượng ẩm và tro

của chất thải không tạo ra nhiệt trị. Một kg rác chứa 15% ẩm và 5% tro theo

khối lượng khô. Như vậy, 1 kg rác chứa 12% + (5%*85) = 16,25% thành

phần không tạo ra nhiệt trị cho rác. Thành phần tạo ra nhiệt trị chiếm 83,75%

trong 1 kg rác.

Nhiệt trị của thành phần cháy là:

H = 4.400 / 0,8375 = 5.254 kcal/kg ~ 22.000 kJ/kg

2) Tính công suất đốt theo khối lượng:

Lấy giá trị công suất nhiệt trung bình để tính toán: N = 1.000kWh ≈

860.000kcal .

m = N/Q (kg/giờ)

Trong đó:

m – Công suất đốt, kg/giờ;

Q – Nhiệt trị của chất đốt, kcal/kg;

m = 860.000/4.400 ≈ 195 kg/giờ.

3) Tính cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt và tính toán quạt hút:

Việc tính toán cân bằng vật chất và năng lượng cũng tương tự như

Phương án 1. Lập các bảng tính với các thông số đầu vào như sau:

- Lượng nhiên liệu đi vào: 191 kg/giờ

- Hàm lượng ẩm: 12%

- Hàm lượng tro (theo thành phần khô): 5%

- Nhiệt trị của thành phần cháy: 22.000 kJ/kg = 22,00 MJ/kg.

Kết quả tính toán là:

200%; Lưu lượng: 1.650 m3/h - Hệ số cấp khí:

- Nhiệt độ buồng đốt: 1.078oC

- Nhiệt độ khí thải sau khi tận dụng nhiệt (chao, sấy,...): 90oC.

- Quạt hút khí thải: Qquạt = 7.400 m3/giờ; cột áp H=350 mmH2O

4.3. Hệ thống lò đốt vỏ hạt điều công suất nhiệt 1.000 kWh

Từ kết quả tính toán của 2 phương án nêu trên, cho thấy cả 2 phương án

lò đốt đều có công suất nhiệt giống nhau nhưng do nhiệt trị của chất đốt khác

nhau nên lượng chất đốt khác nhau. Vì có công suất nhiệt giống nhau nên

kích thước buồng đốt là tương tự.

4.3.1. Thiết kế lò đốt

Thiết kế lò đốt gồm các nội dung sau:

- Thiết kế buồng đốt;

- Thiết kế hệ thống nạp liệu.

a) Buồng đốt được thiết kế trên cơ sở các điều kiện kỹ thuật sau:

- Vỏ lò bằng thép, nhiệt độ bên ngoài vỏ lò ≤ 50oC;

- Vật liệu chịu nhiệt, cách nhiệt: Vật liệu chịu nhiệt là gạch samota và

bê tông chịu nhiệt; vật liệu cách nhiệt là gạch diatomic và sợi khoáng

(bông ceramic).

Kích thước buồng lò: Buồng lò là nơi xảy ra quá trình nhiệt phân. Thể

tích buồng lò nhiệt phân có thể được tính theo công thức sau:

V = (Q * Ctk)/q

Trong đó:

V – Thể tích buồng đốt nhiệt phân, m3;

Q – Nhiệt trị của chất đốt, kcal/kg;

Ctk – Công suất thiết kế, kg/h;

q – mật độ nhiệt thể tích vùng đốt, kcal/m3h ( q = 500.000 –

800.000 kcal/m3h; Lấy q = 780.000 kcal/m3h

==> V = (5500 kcal/kg* 156 kg/h) / 780.000 kcal/m3h = 1,1 m3

Phân bổ kích thước V = D x R x C.

Chọn R = C =0,9 m thì kích thước chiều dai buồng đốt là:

D = V / (R x C) = 1,1 / (0,9 x 0,9) = 1,36 m

Thể xây gạch cách nhiệt gồm 01 lớp cách nhiệt dày 65mm và 02 lớp chịu

nhiệt dày 230 mm. Tổng chiều dày thể xây bao gồm mạch vữa là 300mm.

Kích thước vỏ lò là: D x R x C = 1,96 x 1,5 x 1,5 (m)

b) Hệ thống nạp liệu:

Hệ thống nạp liệu kiểu vít tải gồm các bộ phận chính:

- Phễu chứa liệu;

- Vít tải;

- Van quả khế.

Thiết kế phiễu chứa liệu:

Dung tích phiễu chứa có khả năng chứa lượng chất đốt trong 01 giờ. Vì

vậy, thể tích khay chứa là:

Vkhay = (Ctk / ρ) * k

Trong đó:

Vkhay – Thể tích khay chứa, m3;

Ctk – Công suất thiết kế, kg/h;

ρ - Khối lượng riêng của chất đốt, kg/m3;

k – hệ số, lấy k = 1,2

 Vkhay = (156 / 350) * 1,2 = 0,54 m3;

Phiễu chứa liệu được làm bằng thép tấm CT3, dày 2mm, sơn 01 lớp lót

và 02 lớp phủ bằng sơn màu hệ alkid.

4.3.2. Thiết kế vít tải cấp liệu:

Năng suất của vít tải cấp liệu phụ thuộc vào công suất đốt của lò. Ở

đây, năng suất của vít tải phải đạt được tối thiểu từ 156 kg/h (khi đốt vỏ hạt

điều chưa ép dầu) và 191 kg/h khi đốt vỏ hạt điều đã ép dầu.

Năng suất vít tải được tính theo công thức:

Q = 60.(πD2/4).nSρψCl, kg/h

Trong đó:

Q – Năng suất của vít tải, kg/h; Q = 156 kg/h

D – Đường kính ngoài của cánh vít, m;

n – Số vòng quay của trục trong 1 phút;

S – Bước vít, m. Đối với vít tải nằm ngang, có thể lấy S = (0,8 –

1,0)D

ρ – Khối lượng riêng của chất đốt, kg/m3; ρ = 350 kg/m3

ψ – Hệ số đầy. Đối với vật liệu rời dạng hạt chọn ψ = 0,35 –

0,45; lấy ψ = 0,4;

Cl – Hệ số xét tới độ dốc của vít tải, vít nằm ngang lấy Cl = 1.

Để tính toán Q cần xác định một số thông số chưa biết.

n = Q / [60.(πD2/4).SρψCl] = 156 / [60*(π.0,12/4)*0,1*350*0,4*1]

Chọn: D = 0,1mm; S = D = 0,1m

n ≈ 24 v/ph

Các thông số cơ khí của vít tải là cố định. Vì vậy, để vít tải có thể đáp

ứng được với các năng suất tải khác nhau, tốc độ của vít tải phải điều chỉnh

được. Để đảm bảo điều đó, động cơ của vít tải được điều khiển bằng biến tần.

Trong tủ điều khiển, 01 biến tần được lắp đặt để điều chỉnh tốc độ của vít tải.

Như vậy, lò đốt không những đốt được vỏ hạt điều mà có thể đốt được

các loại nhiên liệu rắn khác (như viên nén mùn cưa, gỗ vụn) có nhiệt trị thấp

hơn mà vận đảm bảo công suất nhiệt yêu cầu.

4.3.2. Thiết kế van:

Van lắp phía sau phiễu và phía trước vít tải, van có nhiệm vụ điều tiết

lượng nhiên liệu cung cấp vào vít tải và làm kín buồng đốt với môi trường bên

ngoài.

Năng suất của van theo năng suất vít tải. Vì vậy, van được điều khiển

chung một động cơ với vít tải.

Thiết kế van có 06 cánh với các thông số kỹ thuật như sau:

Đường kính ngoài của cánh: D = 0,1 m;

Đường kính trục: d = 0,045m;

Chiều dài cánh van: L = 0,158m;

Chiều rộng cánh: B = 0,0565m

Chiều dày cánh: t = 3.10-3 m;

Thể tích 06 khoang chứa là:

v = L.[(πD2/4) – (πd2/4) – 6.B.t]

v = 0,158*[(π0,12/4) – (π0,0452/4) – 6*0,0565*3.10-3]

v = 8,28.10-4 m3

Lấy hệ số điền đầy trong van quả khế bằng hệ số điền đầy của vít tải, ψ

= 0,4. Năng suất của van là:

Q = 60.v.nρψ

Hay:

n = Q / 60.v.ρψ = 156 / 60 * 8,28.10-4 * 350 * 0,4

n = 22,4 v/ph

Như vậy, vì sử dụng chung một động cơ truyền động nên tỷ số truyền

động giữa trục vít tải và trục van là:

i = 24 / 22,4 = 1,071

4.4. Đánh giá hiệu quả đối với việc nghiên cứu đề xuất công nghệ đốt phù

hợp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong việc sử dụng vỏ hạt điều

làm nhiên liệu đốt:

Phương án đề xuất đầu tư hệ thống xử lý khí thải hoặc ký hợp đồng với đơn vị có chức năng đến thu gom, xử lý

Phương án đề xuất công nghệ đốt phù hợp Đầu tư hệ thống xử lý khí thải

Ký hợp đồng với đơn vị có chức năng đến thu gom, xử lý

Xử lý đơn giản. - Việc cấp liệu phù hợp hơn.

Ưu điểm - Năng suất cháy cao hơn. - Máy móc, thiết bị sẵn có dẫn đến giảm chi phí đầu tư.

- Kiểm soát không khí đầu vào để có thể chủ động điều chỉnh chế độ đốt tốt.

- Công nghệ đốt hiện hữu chưa được đầu tư đúng mức, trình độ công nghệ còn đơn sơ, sử dụng không đồng nhất.

- Nhiên liệu/vỏ hạt điều được cháy triệt để sẽ giảm thiểu ô nhiễm CO, bụi và nhựa (phenols – hợp chất vòng thơm).

- Tận dụng được nguồn nhiên liệu đốt sẵn có tại địa phương (vỏ hạt điều) dẫn đến giảm chi phí thu mua các loại nhiên liệu đốt khác, giảm chi phí thuê xử lý chất thải rắn là vỏ hạt điều.

- Hạn chế sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch.

- Chi phí đầu tư ban đầu cao.

Hạn chế - Đào tạo công nhân vận hành.

- Tốn chi phí thuê đơn vị có chức năng đến thu gom, vận chuyển vỏ hạt điều đi chôn lấp.

- Xử lý bụi, khí thải phát sinh không triệt để, khi thải ra môi trường không khí gây ô nhiễm, ảnh hưởng đến sức khỏe của công - Tốn diện tích đất

chôn lấp.

nhân viên làm việc và người dân xung quanh gây ra bệnh tật.

- Tốn diện tích lắp đặt.

- Tốn thời gian trông coi, vận hành lò đốt.

- Việc cấp nhiệt không ổn định ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất của Cơ sở.

- Ghi lò tĩnh mức độ xáo liệu trộn nhiên không có, khí cấp từ bề mặt dẫn đến hiệu quả cháy thấp, không kiểm soát sự xáo trộn được nên vỏ hạt điều cháy không hoàn toàn.

Từ việc phân tích các ưu, nhược điểm của lò đốt vỏ hạt điều hiện tại và

trên cơ sở các thông số dùng để đánh giá quá trình đốt, đề xuất kiểu lò đốt với

các đặc điểm sau:

- Cấp liệu liên tục có kiểm soát;

- Lò đốt với hai vùng đốt: Vùng nhiệt phân và vùng đốt thứ cấp có kiểm

soát việc cấp không khí để đảm bảo đốt cháy hoàn toàn nhờ đó các thông số

về khí thải thỏa mãn quy chuẩn cho phép;

- Kết cấu nhỏ gọn, dễ dàng di chuyển và ứng dụng cho nhiều mục đích

khác nhau: lò chao, lò sấy, lò hơi,…

Việc nghiên cứu lò đốt vỏ hạt điều là cần thiết trong thực tế hiện nay, các lò

đốt sử dụng nhiên liệu vỏ hạt điều không chỉ được sử dụng ở các cơ sở chế biến

hạt điều mà còn được sử dụng ở các cơ sở vừa và nhỏ như các lò bánh, lò gạch…

Lò đốt đề xuất được làm bằng sắt hoặc thép, vật liệu này chống thấm được

phenol, giúp tăng tuổi thọ máy và ít bảo trì hơn lò đốt làm bằng gạch. Bên cạnh đó, khi nhiệt độ trung bình của buồng đốt dưới 900oC, không phát sinh

NOx, một trong những chất gây mưa axit. Trong điều kiện không khí nóng ẩm

như nước ta, sự có mặt của các acid này sẽ làm tăng cường quá trình ăn mòn

kim loại, phá hủy vật liệu, hậu quả là làm cho các công trình, máy móc, xe

cộ…bị hư hại, xuống cấp, làm mất vẻ mỹ quan và tăng chi phí bảo dưỡng, tu

sửa. Vì vậy, một trong những mục đích cần đạt được của nghiên cứu là một lò

đốt thân thiện với môi trường.

Bên cạnh việc tiết kiệm năng lượng, lò đốt cung cấp một nguồn năng

lượng dồi dào, ít tốn kém và không gây ô nhiễm; việc tiết kiệm này sẽ giúp

thu hút đầu tư, kích thích các ngành công nghiệp vừa và nhỏ mở rộng kinh

doanh. Các phép đo cho thấy rằng công nghệ mới sẽ cải thiện hiệu quả đốt

cháy hoàn toàn trên 85% so với các lò đốt trước đây.

CHƯƠNG 5

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

5.1 Kết luận:

Việc sử dụng vỏ hạt điều (chưa qua ép lấy dầu hoặc đã qua ép lấy dầu)

làm nhiên liệu đốt cấp nhiệt là hợp lý, tiết kiệm được tài nguyên, năng lượng

và chi phí. Tuy nhiên, các lò đốt hiện sử dụng công nghệ chưa phù hợp,

không kiểm soát được khí đầu vào nên chế độ cháy kém từ đó phát sinh nồng

độ CO cao, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng góp phần làm ô nhiễm môi

trường sống của nhân dân xung quanh cũng như ảnh hưởng biến đổi khí hậu

của Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung. Các hệ thống xử lý khí thải đã

lắp đặt và vận hành chủ yếu xử lý bụi là chính nhưng hiệu quả xử lý bụi và

phenols rất thấp.

Việc nghiên cứu điều chỉnh chế độ đốt trên cơ sở công nghệ đốt vỏ hạt

điều tại các cơ sở đã tìm được nguyên nhân cần cải tiến để giảm thiểu mức độ

ô nhiễm của các chất ô nhiễm CO, bụi và các hợp chất phát sinh thứ cấp của

Phenols/vòng thơm như: Axít Anacardic RC6H3OH(COOH), Cardanol

RC6H4(OH), Cardol (2-Metyl Cardol) RC6H3(OH)2,..., do khả năng cháy tốt.

Như vậy, công nghệ đốt vỏ hạt điều cần cải tiến đảm bảo kiểm soát được việc

cấp liệu phù hợp, khả năng xáo trộn nhiên liệu vỏ hạt điều tốt và chủ động

kiểm soát được việc cấp khí cho buồng đốt.

Công nghệ đốt vỏ hạt điều đã lựa chọn là công nghệ đốt có kiểm soát

không khí đầu vào. Việc này sẽ điều chỉnh được chế độ cháy làm tăng hiệu

quả đốt, tăng năng suất tận dụng nhiệt và giảm thiểu được lượng phát sinh

CO, đồng thời, làm giảm được nồng độ các chất độc hại thứ cấp phát sinh từ

các hợp chất đa vòng thơm trong dầu còn sót lại ở vỏ hạt điều sau ép dầu.

Có thể khẳng định, công nghệ đốt vỏ hạt điều đã lựa chọn là công nghệ

phù hợp, giảm thiểu ô nhiễm, tăng hiệu năng tận dụng nhiệt, dễ triển khai

trong thực tế và điều quan trọng là giá thành rẻ.

5.2 Kiến nghị:

Cần nghiên cứu triển khai, áp dụng nhân rộng mô hình này cho các cơ sở

đang sử dụng vỏ hạt điều làm nhiên liệu đốt cấp nhiệt cho lò chao, lò sấy.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

A. Tài liệu:

[1] Bùi Song Cầu và cộng sự (1999), tự động hóa thiết bị xử lý nhiệt trong

dây chuyền chế biến hạt điều xuất khẩu, Báo cáo dự án KHCN.04/DA-03,

ĐHBK TP.HCM;

[2] Báo cáo “Rà soát quy hoạch phát triển ngành điều Việt Nam đến năm

2010 và định hướng đến năm 2020” của Viện Quy hoạch Thiết kế nông

nghiệp.

[3] Đinh Xuân Thắng (2000), nghiên cứu xử lý khí thải công nghệ chế biến

hạt điều bằng phương pháp đốt, báo cáo đề tài sở Khoa học công nghệ và môi

trường TP.HCM;

[4]

Phan Minh Tân (2000), nghiên cứu công nghệ thu hồi, xử lý và sản

xuất một số sản phẩm từ dầu và vỏ hạt điều, báo cáo nghiệm thu đề tài nghiên

cứu khoa học, Đại học Kỹ thuật TP.HCM;

[5]

Phạm Lê Dần, Đặng Quốc Phú, Cơ sở kỹ thuật nhiệt, , NXB Đại Học;

[6] Nguyễn Bốn, Hoàng Ngọc Dòng, Nhiệt kỹ thuật, , NXB Giáo dục, 1999;

[7] Niên giám thống kê tỉnh Tây Ninh năm 2015.

[8] Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về lò đốt chất thải công nghiệp - QCVN

30:2012/BTNMT

[9]

Trần Hồng Côn - Giáo trình xử lý khí thải

[10] Trần Ngọc Chấn – Giáo trình ô nhiễm không khí và xử lý khí thải

[11] WHO, Assessment of Sources of Air, Water, anh Land Pollution, Part

1: Rapid Inventory Techniques in Environmental Pollution, 1993;

[12] WHO, Assessment of Sources of Air, Water, anh Land Pollution, Part

2: Approaches for Consideration in formulating Environmental Control

Strategies, 1993.

[13] Us Epa, Exposure And Use Data For Cashew Nut Shell Liquid Cas No.

8007-24-7, 2009;

[14] US EPA, screening-level hazard characterization Cashew, Nutshell

Liquid, 2009

[15] Mallikappa, Performance and Emission Characteristics of Stationary CI

Engine with Cardnol Bio Fuel Blends, International Journal of Scientific &

Engineering Research Volume 2, Issue 4, April-2011

[16] Shobha S. Borhade, Replacement of Furnace oil and light diesel oil

(LDO) by Cashew nut Shells oil, Archives of Applied Science Research,

2011, 3 (2):520-524

[17]

JYN Philip et al, Cashew nut shell liquid as an alternative corrosion

inhibitor for carbon steel, Tanz. J. Sci, vol 27, 2001

[18] US EPA, heavy fuel oils category Analysis and hazard characterization, 2011

[19] Francis Njuku Waitara, Agriculture and Technology, Evaluation of

Cashew Nut Shell Liquid based Products as Reactive, 2015

[20] Marcionília Fernandes Pimentel, Ecotoxicological analysis of cashew

nut industry effluents, specifically two of its major phenolic components,

cardol and cardanol, Pan-American Journal of Aquatic Sciences (2009), 4(3):

363-368.