Lò hơi đốt rác thải hiện đại hoạt động như thế nào?

Giới thiệu: Động cơ của quá trình biến chất thải thành năng lượng

Xã hội hiện đại tạo ra một lượng lớn chất thải rắn đô thị (MSW) và việc quản lý nó là một thách thức nghiêm trọng về môi trường và hậu cần. Chôn lấp, phương pháp truyền thống, chiếm diện tích đất có giá trị và tạo ra khí mê-tan, một loại khí nhà kính mạnh. Quá trình biến chất thải thành năng lượng (EfW) đưa ra một giải pháp thay thế phức tạp, biến chất thải không thể tái chế thành nguồn tài nguyên có giá trị: điện và nhiệt. Trọng tâm của quá trình này nằm ở Lò hơi đốt chất thải , một phần kỹ thuật nhiệt phức tạp và mạnh mẽ đóng vai trò là nhà máy điện của nhà máy. Nó không chỉ là một lò đốt rác đơn giản; nó là một hệ thống được kiểm soát chặt chẽ được thiết kế để tiêu hủy chất thải một cách an toàn, thu hồi năng lượng tối đa có thể và bảo vệ các thiết bị hạ nguồn khỏi môi trường đốt cháy có tính ăn mòn cao. Chức năng chính của nồi hơi là thu nhiệt lượng cao tỏa ra từ việc đốt chất thải—thường ở nhiệt độ từ 850°C đến 1200°C để đảm bảo đốt cháy hoàn toàn và tiêu diệt các chất ô nhiễm—và truyền nhiệt vào nước, tạo ra hơi nước ở nhiệt độ cao, áp suất cao. Sau đó, hơi nước này làm quay tua-bin để tạo ra điện, có thể cung cấp năng lượng cho hàng nghìn ngôi nhà hoặc cung cấp hệ thống sưởi cho khu vực. Hiệu quả, độ tin cậy và hiệu suất môi trường của toàn bộ cơ sở EfW phụ thuộc vào thiết kế và vận hành tối ưu của thành phần trung tâm này, khiến nó trở thành một kiệt tác của nhiệt động lực học thực tế và khoa học vật liệu.

• Chức năng cốt lõi: Để đốt chất thải một cách an toàn và truyền năng lượng nhiệt được giải phóng một cách hiệu quả sang chất lỏng hoạt động (nước/hơi nước) để sản xuất năng lượng.
• Vai trò môi trường: Giảm khối lượng chất thải khoảng 90%, phá hủy các hợp chất hữu cơ có hại và bù đắp việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch để phát điện.
• Trình điều khiển kinh tế: Chuyển đổi chi phí xử lý thành dòng doanh thu thông qua việc bán điện, hơi nước hoặc kim loại thu hồi từ tro đáy.

Nguyên tắc thiết kế và kỹ thuật cốt lõi

Thiết kế của một Lò hơi đốt chất thải là một phản ứng có chủ ý trước những thách thức đặc biệt do nguồn nhiên liệu đặt ra: chất thải rắn đô thị không đồng nhất, độ ẩm thay đổi và phức tạp về mặt hóa học. Hiệu quả Thiết kế lò hơi xử lý chất thải rắn sinh hoạt thành năng lượng phải ưu tiên đốt cháy hoàn toàn, thu hồi nhiệt tối đa và bảo vệ chống lại khí thải ăn mòn sinh ra. Quá trình này bắt đầu trên một hệ thống ghi chuyển động trong buồng đốt, vận chuyển và khuấy trộn chất thải từ từ để đảm bảo đốt cháy đều và đốt cháy hoàn toàn tro đáy. Khí đốt nóng chứa đầy các hạt vật chất và hợp chất ăn mòn sau đó đi vào khu vực bức xạ của nồi hơi, nơi nhiệt bức xạ mạnh được hấp thụ bởi các vách màng làm mát bằng nước. Sau đó, khí đi qua nhiều đường đối lưu—các dãy bó ống—nơi tiếp tục thoát nhiệt. Toàn bộ hệ thống thu hồi nhiệt này về cơ bản là một máy tạo hơi thu hồi nhiệt hiệu suất cao để đốt , được thiết kế tỉ mỉ để làm mát khí thải đến nhiệt độ tối ưu cho các hệ thống kiểm soát ô nhiễm không khí ở hạ lưu đồng thời làm nóng hơi nước đến các thông số khả thi cao nhất (thường trên 400°C và 40 bar) nhằm tối đa hóa hiệu suất nhiệt động lực học cho phát điện. Mấu chốt của vấn đề này là tạo ra đủ thời gian lưu trú của khí ở nhiệt độ cao để phân hủy dioxin và furan, đồng thời thiết kế các đường dẫn khí để giảm thiểu sự lắng đọng tro có thể cách nhiệt các ống và giảm sự truyền nhiệt.

Chống lại thách thức lớn nhất: Ăn mòn và xói mòn

Thách thức rõ ràng nhất trong việc vận hành một Lò hơi đốt chất thải là bản chất cực kỳ tích cực của khí thải. Đốt MSW sẽ giải phóng clo (từ nhựa như PVC), lưu huỳnh, kiềm (natri, kali) và kim loại nặng, tạo thành các hợp chất ăn mòn như hydro clorua (HCl) và clorua kiềm. Khi các hợp chất này ngưng tụ trên bề mặt ống nồi hơi, đặc biệt là ở vùng nhiệt độ thấp hơn của bộ quá nhiệt và bộ tiết kiệm, chúng tạo ra một lớp dính thúc đẩy sự ăn mòn clo ở nhiệt độ cao, tấn công nghiêm trọng lớp oxit bảo vệ trên các ống thép tiêu chuẩn. Điều này làm cho việc lựa chọn vật liệu chống ăn mòn cho nồi hơi đốt chất thải một quyết định quan trọng về vốn và hoạt động. Để chống lại điều này, các khu vực chính dễ bị ăn mòn, chẳng hạn như ống quá nhiệt trong đường đối lưu đầu tiên, thường được chế tạo từ hợp kim có hàm lượng niken cao như Hợp kim 625 (Inconel) hoặc thép không gỉ austenit (ví dụ: 310S). Ngoài ra, lớp phủ tiên tiến và lớp phủ hàn được áp dụng để bảo vệ bề mặt ống. Bản thân thiết kế này cũng là một vũ khí chống ăn mòn: duy trì nhiệt độ chính xác của thành kim loại trên điểm sương axit nhưng dưới ngưỡng tấn công clorua tăng tốc và sử dụng máy thổi bồ hóng để thường xuyên loại bỏ cặn trước khi chúng có thể trở thành môi trường ăn mòn.

• Cơ chế ăn mòn: Ăn mòn clo ở nhiệt độ cao, ăn mòn điểm sương axit ở nhiệt độ thấp và sunfua hóa là những mối đe dọa chính đối với tuổi thọ của nồi hơi.
• Chiến lược vật chất: Một cách tiếp cận được phân loại được sử dụng: thép carbon ở các khu vực có rủi ro thấp hơn (lò thấp hơn, ống bay hơi), chuyển sang các hợp kim ngày càng tiên tiến (TP91, Hợp kim 625) trong các phần quá nhiệt có rủi ro cao.
• Phòng thủ tác chiến: Kiểm soát cẩn thận quá trình đốt cháy để giảm thiểu sự hình thành HCl, duy trì nhiệt độ khí thải tối ưu và kiểm soát cặn lắng nghiêm ngặt thông qua việc thổi bồ hóng.
• Đổi mới: Nghiên cứu liên tục về lớp phủ gốm, tấm chắn ống và kỹ thuật ốp tiên tiến để kéo dài tuổi thọ của ống và giảm chi phí bảo trì.

Vận hành, tuổi thọ và tính linh hoạt của nhiên liệu

Hoạt động bền vững, hiệu quả của một Lò hơi đốt chất thải đòi hỏi một chế độ nghiêm ngặt bảo trì và vệ sinh nồi hơi đốt rác thải . Không giống như nồi hơi đốt nhiên liệu, tro và các hạt vật chất (tro bay) từ quá trình đốt chất thải có tính mài mòn cao và dễ hình thành cặn bám trên bề mặt trao đổi nhiệt. Một chương trình bảo trì toàn diện bao gồm thổi bồ hóng hàng ngày đến hàng tuần bằng cách sử dụng tia hơi nước hoặc không khí để loại bỏ tro khỏi các dãy ống, kiểm tra và loại bỏ xỉ thường xuyên khỏi thành lò cũng như vệ sinh tỉ mỉ phễu chứa tro và băng tải. Thời gian ngừng hoạt động theo lịch trình để kiểm tra bên trong, đo độ dày ống (thử nghiệm siêu âm) và thay thế các bộ phận dễ bị tổn thương là điều cần thiết để ngăn ngừa sự cố ngừng hoạt động ngoài kế hoạch và hỏng hóc ống nghiêm trọng. Hơn nữa, để tăng cường an ninh nhiên liệu, khả năng kinh tế và tính trung hòa carbon, nhiều nhà máy đang áp dụng Công nghệ nồi hơi đồng đốt sinh khối và chất thải . Đồng đốt sinh khối đã qua xử lý (như dăm gỗ hoặc nhiên liệu có nguồn gốc từ rác) với MSW có thể cải thiện chất lượng nhiên liệu tổng thể, giảm lượng khí thải nhà kính ròng và làm loãng nồng độ các nguyên tố ăn mòn như clo trong khí thải. Tuy nhiên, điều này đòi hỏi phải điều chỉnh cẩn thận nồi hơi, vì sinh khối có thể có các đặc tính tổng hợp tro khác nhau và có thể gây ra các mối lo ngại mới về bám bẩn hoặc ăn mòn, đòi hỏi phải điều chỉnh các thông số đốt và có thể bổ sung thêm khả năng thổi bồ hóng.

Câu hỏi thường gặp

Sự khác biệt chính giữa nồi hơi đốt chất thải và nồi hơi đốt than là gì?

Nguyên lý nhiệt động cốt lõi là giống hệt nhau, nhưng những thách thức rất khác nhau. A Lò hơi đốt chất thải được thiết kế cho loại nhiên liệu không đồng nhất, ẩm và có tính ăn mòn hóa học hơn rất nhiều. Sự khác biệt chính bao gồm: 1) Xử lý nhiên liệu: MSW yêu cầu hệ thống cấp liệu và ghi lưới chắc chắn, không giống như than nghiền thành bột. 2) Buồng đốt: Được thiết kế để có giá trị tỏa nhiệt thấp hơn và thay đổi nhiều hơn, thường có thể tích lò lớn hơn để đốt cháy hoàn toàn. 3) Quản lý ăn mòn: Yêu cầu sử dụng rộng rãi vật liệu chống ăn mòn cho nồi hơi đốt chất thải như hợp kim cao cấp, ít phổ biến hơn trong nồi hơi đốt than. 4) Đặc điểm tro: Tro thải có tính mài mòn cao hơn, dính hơn và chứa muối hòa tan, đòi hỏi các hệ thống xử lý và loại bỏ tro khác nhau. 5) Kiểm soát khí thải: Khí thải từ chất thải có nồng độ HCl, dioxin và kim loại nặng cao hơn, đòi hỏi các hệ thống kiểm soát ô nhiễm không khí ở hạ lưu phức tạp và nghiêm ngặt hơn.

Hiệu suất được đo như thế nào trong lò hơi chuyển rác thải thành năng lượng và tỷ lệ thông thường là bao nhiêu?

Hiệu quả trong một máy tạo hơi thu hồi nhiệt hiệu suất cao để đốt bối cảnh thường được định nghĩa là hiệu suất điện ròng: năng lượng điện xuất vào lưới chia cho năng lượng nhiệt đầu vào từ chất thải (Giá trị gia nhiệt thấp hơn - LHV). Do độ ẩm vốn có và hàm lượng trơ ​​trong MSW, nhu cầu duy trì nhiệt độ khí thải đủ cao để kiểm soát ô nhiễm và tải lượng ký sinh đáng kể của hệ thống riêng của nhà máy (quạt, máy bơm, xử lý), hiệu suất điện ròng thấp hơn so với các nhà máy sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Các nhà máy hiện đại thường đạt được hiệu suất điện ròng từ 20-27%. Một số cơ sở tiên tiến có thông số hơi cao, ngưng tụ khí thải rộng rãi để thu hồi nhiệt (để sưởi ấm khu vực) và các quy trình được tối ưu hóa có thể đẩy mức thu hồi năng lượng tổng thể (nhiệt và điện kết hợp) lên hơn 90%.

Tại sao việc đồng đốt sinh khối với chất thải ngày càng phổ biến?

Việc áp dụng Công nghệ nồi hơi đồng đốt sinh khối và chất thải được thúc đẩy bởi một số yếu tố. Đầu tiên, nó cải thiện lượng khí thải carbon của nhà máy, vì sinh khối được coi là trung hòa carbon, giúp giảm hiệu quả lượng khí thải trung bình của hỗn hợp nhiên liệu. Thứ hai, nó có thể cải thiện độ ổn định và hiệu quả đốt cháy khi trộn với dòng chất thải có nhiệt độ thấp hoặc độ ẩm cao. Thứ ba, nó có thể pha loãng các yếu tố có hại trong nhiên liệu, chẳng hạn như clo và kim loại nặng từ chất thải, có khả năng làm giảm tốc độ ăn mòn và giúp quản lý tro dễ dàng hơn. Cuối cùng, nó mang lại sự linh hoạt và an toàn về nhiên liệu, cho phép các nhà máy tối ưu hóa chi phí nguyên liệu và tính sẵn có. Tuy nhiên, nó đòi hỏi phải điều chỉnh hoạt động cẩn thận để quản lý các trạng thái tro khác nhau và các vấn đề tắc nghẽn mới tiềm ẩn.

Các nhiệm vụ bảo trì hàng ngày quan trọng nhất là gì?

Hiệu quả bảo trì và vệ sinh nồi hơi đốt rác thải dựa vào các giao thức nhất quán hàng ngày. Các nhiệm vụ quan trọng nhất là: 1) Thực hiện trình tự thổi bồ hóng: Vận hành các máy thổi bồ hóng khác nhau theo lịch trình chính xác để ngăn chặn sự tích tụ tro, điều này rất cần thiết để duy trì hiệu quả và ngăn ngừa ăn mòn. 2) Giám sát hệ thống tro: Đảm bảo việc hút tro đáy từ ghi và loại bỏ tro bay khỏi phễu hoạt động liên tục để tránh tắc nghẽn có thể buộc phải ngừng hoạt động. 3) Giám sát và điều chỉnh quá trình đốt cháy: Liên tục theo dõi mức O2, CO và nhiệt độ để tối ưu hóa độ hoàn thiện và độ ổn định của quá trình đốt cháy, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe và khí thải của lò hơi. 4) Kiểm tra trực quan: Kiểm tra xem có bất kỳ rò rỉ nào có thể nhìn thấy, cặn lắng bất thường hoặc trục trặc của thiết bị trong các vòng đấu hay không.

Làm thế nào để vật liệu tiên tiến kéo dài tuổi thọ của ống nồi hơi?

Nâng cao vật liệu chống ăn mòn cho nồi hơi đốt chất thải kéo dài tuổi thọ của ống bằng cách hình thành lớp oxit bảo vệ, ổn định, chống lại sự tấn công từ các hợp chất clo, lưu huỳnh và kiềm trong khí thải. Các hợp kim như Hợp kim 625 gốc niken có hàm lượng crom cao, thúc đẩy sự hình thành lớp oxit crom (Cr2O3) bền bỉ. Chúng cũng giữ được độ bền cơ học ở nhiệt độ cao, chống lại sự rão. Khi được sử dụng làm lớp phủ mối hàn trên mặt lửa của các ống nhạy cảm, chúng cung cấp một rào cản chống ăn mòn hy sinh, cho phép ống carbon hoặc thép hợp kim thấp chịu áp lực bên dưới vẫn còn nguyên vẹn trong nhiều thập kỷ, do đó tránh được việc thay thế toàn bộ ống tốn kém và kéo dài khoảng thời gian giữa các lần ngừng bảo trì lớn.

Kết luận: Công nghệ quan trọng cho nền kinh tế tuần hoàn và an ninh năng lượng

hiện đại Lò hơi đốt chất thải là minh chứng cho sự khéo léo trong kỹ thuật, biến thách thức dai dẳng của chất thải không thể tái chế thành trụ cột của cơ sở hạ tầng năng lượng bền vững. Không chỉ là một lò đốt rác, nó còn là một công cụ phức tạp máy tạo hơi thu hồi nhiệt hiệu suất cao để đốt , một hệ thống được thiết kế tỉ mỉ để xử lý loại nhiên liệu khó, chống ăn mòn cực độ bằng vật liệu tiên tiến và sản xuất điện đáng tin cậy hàng ngày. Từ chuyên ngành Thiết kế lò hơi xử lý chất thải rắn sinh hoạt thành năng lượng đảm bảo quá trình đốt cháy hoàn toàn theo các quy trình nghiêm ngặt của bảo trì và vệ sinh nồi hơi đốt rác thải đảm bảo tuổi thọ, mọi khía cạnh đều được tối ưu hóa về hiệu suất và bảo vệ môi trường. Sự hội nhập liên tục của Công nghệ nồi hơi đồng đốt sinh khối và chất thải nâng cao hơn nữa vai trò của mình trong quá trình chuyển đổi sang nền kinh tế tuần hoàn. Là một nút quan trọng trong cơ sở hạ tầng đô thị, nồi hơi đốt rác thải cung cấp giải pháp rác thải hợp vệ sinh, giảm sự phụ thuộc vào bãi chôn lấp, bù đắp nhiên liệu hóa thạch và góp phần đảm bảo an ninh năng lượng — biến nó trở thành công nghệ không thể thiếu cho các thành phố hiện đại bền vững.