ĐÓT BÙN TRONG NỒI HƠI TẦNG SÔI TUẦN HOÀN

TÓM TẮT

Nhà máy Rumford, Maine của Boise Cascade là một nhà máy giấy và bột giấy tích hợp sản xuất hơn 1600 tấn/ngày các loại giấy in và tạp chí có tráng và không tráng phấn. Nhà máy sản xuất khoảng 100 tấn/ngày bùn sơ cấp và thứ cấp từ nhà máy xử lý nước thải của nhà máy. Sau khi khởi động vào năm 1990 hai nồi hơi tầng sôi tuần hoàn mới 188,241 tấn/h, nhà máy bắt đầu cân nhắc khả năng đốt bùn trong các nồi hơi này để giảm chi phí đưa ra bãi chôn lấp, yêu cầu về không gian bãi chôn lấp và để thu hồi bất kỳ giá trị nhiệt nào trong bùn. Các máy ép vít mới được lắp đặt để tăng cường khủ nước khỏi bùn vào năm 1992. Sau khi khởi động máy ép vít đầu tiên vào tháng 11 năm 1992, việc thử nghiệm đốt bùn đã được bắt đầu.

Báo cáo này trình bày thử nghiệm của Boise Cascade với việc đốt bùn trong lò hơi tầng sôi, đánh giá lượng phát thải của các chất gây ô nhiễm không khí theo tiêu chí có và không có quá trình đốt bùn, và xem xét một số vấn đề đã gặp phải trong dự án này. Các đồ thị được trình bày minh họa sự giảm đáng kể khối lượng vật liệu được chôn lấp sau khi khởi động máy ép vít và chuyển đổi sang đốt bùn. Chương trình cho đến nay chỉ ra rằng dự án đốt bùn phù hợp với các kế hoạch của nhà máy liên quan đến giảm thiểu chất thải, ngăn ngừa ô nhiễm và cải thiện việc sử dụng nguyên liệu thô.

BỐI CẢNH

Năm 1990, hai lò hơi đa nhiên liệu mới bắt đầu hoạt động tại nhà máy giấy và bột giấy ở Rumford, Maine của Boise Cascade. Các nồi hơi này đã được Cục Bảo vệ Môi trường Maine cấp phép đốt lên tới 572 MMBTU/giờ (1 Triệu BTU [MMBtu] = 251 995.76 Kilôca-lo [kcal]). cho bất kỳ sự kết hợp nào giữa than và sinh khối, và lên đến 400 MMBTU/giờ. nếu chỉ dùng sinh khối (23,137 tấn bùn/giờ). Sau khi khởi động lò hơi, ban quản lý nhà máy bắt đầu xem xét tính khả thi của việc đốt bùn của nhà máy trong các lò hơi này như một loại nhiên liệu sinh khối

Kể từ khi khởi động xưởng xử lý nước thải của nhà máy vào năm 1976, nhà máy đã xử lý bùn của mình ở bãi chôn lấp Farrington Moun¬tain nằm cách nhà máy ba dặm. Tuy nhiên, với tốc độ mà bãi rác bị lấp đầy, không gian xử lý được cấp phép năm 1990 ước tính chỉ kéo dài thêm bảy năm nữa. Bùn sơ cấp và thứ cấp được trộn trong bể lắng sơ cấp của nhà máy, và hỗn hợp 100 tấn/ngày được khử nước trên các bộ lọc chân không hiện có. Các bộ lọc chân không này đã hoạt động từ năm 1976, và đôi khi, không đủ để coa thể duy trì mức bùn ở bể lắng sơ cấp ở mức yêu cầu (4 feet hoặc ít bùn hơn). Ngoài ra, các bộ lọc chân không chỉ có thể khử nước đến mức bùn còn 18 - 20% chất rắn. Bùn ướt và lỏng đến mức thường không thể chất đủ tải trọng vật liệu lên xe tải, làm tăng chi phí vận tải đường bộ đến bãi chôn lấp. Để quản lý chi phí chôn lấp, kéo dài tuổi thọ bãi chôn lấp, giảm thiểu phát sinh nước rỉ rác, và là điều kiện tiên quyết để đốt bùn, nhà máy cần cải tiến mạnh mẽ việc khử nước khỏi bùn.

Để phát triển một kế hoạch biến việc đốt bùn thành hiện thực, một nhóm đã được tập hợp bao gồm người vận hành, người quản lý, người giám sát và kỹ thuật viên. Nhóm nghiên cứu đồng ý rằng để đốt bùn, hàm lượng chất rắn phải được tăng lên đáng kể. Nhóm nghiên cứu quyết định cần lắp đặt máy ép vít để dự án tiếp tục. Một số nhà sản xuất đã được tư vấn để xác định các tính năng có lợi của máy ép vít của họ. Người ta xác định rằng sẽ cần ba máy ép vít để đủ khả năng loại bỏ nước cho các hoạt động của nhà máy hiện tại và trong tương lai. Sau các thử nghiệm và tham vấn chung vào năm 1990 và 1991, một dự án vốn đã được bắt đầu để lắp đặt ba máy ép vít mới trong tòa nhà đặt thiết bị lọc hiện có. Dự án được phê duyệt vào đầu năm 1992, và ba máy ép vít đã được đặt mua.

SỬA ĐỔI GIẤY PHÉP VỀ KHÍ THẢI

Một yếu tố quan trọng khác đối với quá trình đốt bùn là một sửa đổi trong Giấy phép về khí thải, sửa đổi nêu rõ bùn của nhà máy sẽ được coi là một phần của nguồn sinh khối cung cấp cho nồi hơi Cogen. Kế hoạch đốt bùn đã được Phòng Không khí của Cục Bảo vệ môi trường bang Maine xem xét trước. Hệ thống lò hơi được đánh giá về (a) khả năng của nồi hơi trong việc giữ lượng khí thải của các chất ô nhiễm tiêu chuẩn ở mức hiện có khi bổ sung bùn vào hỗn hợp nhiên liệu, và (b) khả năng của lò hơi trong việc tiêu hủy dioxin trong quá trình đốt cháy. Việc đánh giá các hệ thống lò hơi đã xác định rằng các thiết bị kết tủa và phễu chứa tro có đủ năng lực để xử lý sự gia tăng khả nghi trong sự lưu thông của tro, và một tài liệu Keview đã cung cấp bằng chứng rằng nhiệt độ vùng đốt 871^oC – 888^oC trong mồi hơi Cogen sẽ đủ để phá hủy điôxin có trong bùn. Sau khi trình bày những phát hiện này cho Phòng Không khí, việc sửa đổi đã được Phòng chấp thuận vào tháng 4 năm 1992.

DỰ ÁN MÁY ÉP VÍT

Sau khi dự án máy ép vít được phê duyệt, công tác kỹ thuật bắt đầu thiết kế chi tiết việc lắp đặt máy ép vít. Nhiệm vụ hơi tẻ nhạt của việc lắp đặt một máy ép vít bên ngoài xưởng khử nước của bùn và vận hành máy ép này trong khi thiết bị lọc chân không hiện có đang được tháo ra và thay thế bằng máy ép vít, đã được đơn giản hóa bằng cách thiết kế lại xưởng lọc để bao gồm hai cấp bổ sung. Điều này sẽ cho phép các thiết bị lọc chân không hiện có vẫn hoạt động trong khi các bàn khử nước bằng trọng lực mới đang được lắp đặt ở tầng 3 và các máy ép vít mới được lắp đặt ở tầng 2.

Việc lắp đặt máy ép vít tiếp tục diễn ra trong suốt mùa hè năm 1992. Đầu vào của người vận hành trong suốt quá trình thiết kế và lắp đặt là chìa khóa để hoàn thành suôn sẻ máy ép vít đầu tiên vào mùa thu năm 1992.

THỬ NGHIỆM ĐỐT BÙN

Máy ép vít đầu tiên được khởi động vào tháng 11 năm 1992. Sau thời gian khởi động, máy ép này đã sớm tạo ra bùn khô 40%+. Tại thời điểm này, một nhóm đốt bùn được tập hợp để thực hiện thử nghiệm đốt bùn trong các nồi hơi đa nhiên liệu tầng sôi tuần hoàn. Vì phương pháp duy nhất để cung cấp sinh khối cho các nồi hơi là thông qua băng tải sinh khối, máng và hệ thống thổi tại phòng chứa gỗ, các kế hoạch đã được thực hiện để vận chuyển bùn từ trạm xử lý nước thải đến đống thu hồi vỏ cây. Tại đống thu hồi, bùn có thể được trộn bằng máy xúc gầu thành hỗn hợp bùn và gỗ phế thải  theo tỷ lệ 1: 4, và được đưa lên băng tải thu hồi và đưa vào máng và hệ thống thổi. Cuối cùng, toàn bộ dăm từ cây gỗ được xác định là vật liệu thích hợp để trộn với bùn tại hệ thống thu hồi, và được thực hiện như một biện pháp tăng cường cho giai đoạn trộn bùn của dự án.

Sau giai đoạn lập kế hoạch, trong đó công tác hậu cần vận chuyển và trộn bùn đã được hoàn thiện, một thử nghiệm kéo dài 48 giờ đã được thực hiện vào cuối tuần Lễ Tạ ơn năm 1992. Thử nghiệm diễn ra một cách mỹ mãn. Sau thử nghiệm, nhóm đã triệu tập lại để xem xét một số vấn đề liên quan đến thử nghiệm, bao gồm:

• Các vấn đề về áp suất tuyến thổi liên quan đến bùn

• Tỷ trọng và độ ẩm của bùn

• Vấn đề trộn bùn

• Ăn mòn nồi hơi

• Sản xuất hơi nước

• Khí thải nồi hơi

Dựa trên các cuộc thảo luận giữa các thành viên trong nhóm và việc xem xét dữ liệu thử nghiệm, chúng tôi quyết định rằng nên tiếp tục các thử nghiệm đốt bùn. Một cuộc thừ nghiệm kéo dài một tuần đã được lên kế hoạch vào tuần của ngày 14 tháng 12. Thử nghiệm đó đã dẫn đến một thử nghiệm kéo dài một tháng vào tháng 2 năm 1993. Trong thử nghiệm tháng 2, hệ thống Cogen đã đốt cháy 46% lượng bùn do nhà máy tạo ra. Trước khi thử nghiệm, một mẫu thử bằng kim loại được đặt trong nồi hơi để đánh giá xem có sự gia tăng xói mòn nồi hơi xảy ra trong khi đốt bùn hay không. Không có sự gia tăng mức độ ăn mòn nào được quan sát thấy trên mẫu thử. Lượng khí thải của nồi hơi hầu như không tăng trong quá trình thử nghiệm đốt bùn. Trong giai đoạn này, khi máy ép vít thứ hai và thứ ba đi vào hoạt động, người vận hành có thể tăng hàm lượng chất rắn trong bùn từ máy ép vít lên 50% và cao hơn.

Sau quá trình thử nghiệm kéo dài một tháng và sau khi đánh giá, kết quả cho thấy việc đốt bùn tương thích với các mục tiêu chung của hệ thống nồi hơi xử lý sinh khối và đồng phát, cụ thể là:

1. Hệ thống xử lý sinh khối có đủ khả năng để xử lý tất cả gỗ và vỏ cây được tạo ra tại chỗ, và một số sinh khối đã mua, cũng như bùn thải của xưởng xử lý nước thải.

2. Khả năng tạo hơi của nồi hơi không bị ảnh hưởng.

3. Bùn là một chất đóng góp thực sự của nhiệt cho hệ thống lò hơi.

4. Không có sự gia tăng hao mòn nồi hơi do đốt bùn.

5. Dioxin đã bị phá hủy trong quá trình đốt cháy dựa trên một đánh giá tài liệu.

6. Phát thải của nồi hơi đối với các chất ô nhiễm tiêu chuẩn không tăng do đốt bùn.

Sau cuộc thử nghiệm vào tháng Hai, các kế hoạch đã được thực hiện để bắt đầu đốt bùn thường xuyên vào tháng Năm.

Kết quả đốt bùn: tháng 5 - tháng 11 năm 1993

Biểu đồ đính kèm cho thấy lượng bùn được đốt theo tỷ lệ phần trăm của lượng bùn được tạo ra kể từ tháng Năm. Trong khoảng thời gian từ tháng 5 đến tháng 12, phần trăm tổng lượng bùn được đốt đã tăng từ 26% trong tháng 5 lên 100% vào tháng 10. Trong thời gian thử nghiệm kéo dài này, các mục tiêu của hệ thống sinh khối và Cogen tiếp tục được đáp ứng. Tuy nhiên, rõ ràng là cần cải thiện việc trộn bùn và gỗ / vỏ cây để làm cho dự án này khả thi trong thời gian dài. Nhóm nhà máy hiện đang làm việc để tối ưu hóa việc đốt bùn thông qua việc cải thiện việc trộn bùn / gỗ / vỏ cây.

KẾT LUẬN

1. Bùn của nhà máy giấy có thể được đốt với số lượng lên đến 200 tấn/ngày  ở 50% hàm lượng chất rắn trong hệ thống lò hơi đồng phát đa nhiên liệu của Boise Cascade.

2. Thiết bị kiểm soát ô nhiễm của hệ thống nồi hơi kiểm soát hiệu quả sự phát thải của các chất ô nhiễm tiêu chuẩn trong khi bùn được đốt như một thành phần của nhiên liệu nồi hơi.

3. Việc lắp đặt máy ép vít cho phép tiến hành dự án đốt bùn và cũng giảm đáng kể chi phí xử lý chất thải rắn tại nhà máy Rumford.

4. Đo lường lượng bùn cấp vào sẽ là phương tiện hiệu quả nhất để cải thiện hiệu suất hệ thống tại thời điểm này dựa trên phản hồi của người vận hành.

5. Đốt bùn là một chiến lược ngăn ngừa ô nhiễm hiệu quả và đã kéo dài đáng kể tuổi thọ của bãi chôn lấp, giảm chi phí / hoạt động vận tải đường bộ và giảm phát sinh nước rỉ rác.

James Peterson, Glenn Poulin, and
Steven Hudson
Boise Cascade Corporation
Rumford, Maine