Chương 1 Tổng Quan Tình Hình Đốt Chất Thải Phát Điện Trên Thế Giới 1. Xu hướng chung về tình hình đốt chất thải kết hợp phát điện trên thế giới Thiêu đốt là công nghệ được áp dụng rộng rãi để xử lý chất thải công nghiệp, đặc biệt là chất thải nguy hại (Brunner, 1994). Sự thiêu hủy rác thải đô thị được tồn tại ở Châu Âu từ những năm 1930 nhằm mục đích chính là để làm giảm đi khối lượng và thể tích rác thải. Hiện nay các nhà máy thiêu hủy rác hiện đại có thể giảm 90% khối lượng chất thải rắn, như vậy thời gian sử dụng của bãi chôn lấp chất thải sẽ tăng lên 10 lần.
Bảng dưới đây trình bày về tình hình thiêu hủy rác đô thị ở một số nước phát triển. Bảng 1 : Tình hình thiêu hủy rác đô thị ở một số nước phát triển Lượng rác thải Số lượng Dân số Số nhà máy Quốc gia được thiêu hủy (Triệu người) xử lý rác (Triệu tấn/năm) (%) Nhật Bản 72 123 1893 32.5 Tây Ban Nha 7 38 22 0.7 Bồ Đào Nha Không rõ 23 17 1.7 Nguồn: ENTEC tổng hợp từ tài liệu Tại nhiều nước Châu Âu do quỹ đất hạn hẹp, cần phải bảo vệ tầng nước ngầm nghiêm ngặt, nên lượng chất thải rắn được xử lý bằng phương pháp đốt chiếm ưu thế: ở Đức tới trên 60% chất thải rắn được đốt, ở Đan Mạch chất thải rắn được đốt gần 100% (đốt có thu hồi năng lượng). Trái ngược với các nước Châu Âu thì ở Mỹ lượng chất thải đem đốt chỉ chiếm khoảng 20% tổng lượng chất thải phát sinh, phần lớn còn lại chủ yếu được xử lý bằng phương pháp chôn lấp thông thường hoặc đưa xuống các giếng sâu. Tuy nhiên với tỉ lệ 20% (tương đương 4 triệu tấn/năm) tổng lượng chất thải rắn ở Mỹ được đem đốt thì cũng đã lớn hơn nhiều so với nhiều nước Châu Âu cộng lại.
Lượng chất thải nguy hại phát sinh trung bình hàng năm tại một số nước Châu Âu và Mỹ được trình bày trong bảng 2. Lượng chất thải nguy hại phát sinh trung bình hàng năm tại một số nước Châu Âu và Mỹ. -10- STT Nước Lượng chất thải (tấn/năm) Dân số (người) 1 Áo 300.000 Các công nghệ xử lý chất thải rắn được áp dụng tại một số nước trên thế giới được trình bày trong bảng sau. Mức độ áp dụng các phương pháp xử lý chất thải rắn tại một số nứớc trên thế giới.
Biện pháp xử lý (% khối lượng) Lượng rác Stt Tên nước Chế biến (ngàn tấn/năm) Đốt Chôn Tái chế phân rác 01 Áo 2.000 75 20 5 * -11- Biện pháp xử lý (% khối lượng) Lượng rác Stt Tên nước Chế biến (ngàn tấn/năm) Đốt Chôn Tái chế phân rác 12 Luxembure 180 75 22 1 2 13 Hà Lan 7.000 22 67 5 7 15 Bồ Đào Nha 2.300 6 65 17 13 Nha 17 Thụy Điển 3.500 16 67 2 15 Ghi chú: * Lượng rác đô thị tại Nhật Bản được tính sau khi loại trừ phần tái chế. Lò đốt chất thải nói chung có rất nhiều loại, mỗi loại lò đốt có một công nghệ đốt khác nhau, dựa vào đặc tính công nghệ đốt, nguyên lý hoạt động của từng loại lò đốt có thể phân thành các dạng lò đốt chất thải thông dụng như sau: - Lò đốt hở thủ công (Open Burning) - Lò đốt một cấp (Single-Chamber Incinerators) Hình 1. Lò đốt thủ công. -12- - Lò đốt nhiều cấp (Multiple-Chamber Incinerators) Hình 1.
Lò đốt nhiều cấp. - Lò đốt thùng quay (Rotary kiln incinerators) -13- - Lò đốt tầng sôi (Fluid Bed Incinerators) Hình 1. Lò đốt tầng sôi. -14- - Lò đốt nhiều tầng (Multiple Hearth Incinerators) - Lò đốt chất thải lỏng (Liquid – Waste Incinerators) -15- - Lò đốt nhiệt phân tĩnh có kiểm soát không khí (Pyrolysis And Controlled Air Incinerators) Hình 1.
Lò đốt nhiệt phân tĩnh có kiểm soát không khí -16- - Một số lò đốt khác. Nhiệt được sản xuất bởi một lò đốt có thể được sử dụng để tạo ra hơi nước mà sau đó có thể được sử dụng cho một tuabin để sản xuất điện. Số lượng điển hình của năng lượng ròng có thể được sản xuất từ mỗi tấn rác thải đô thị là khoảng 2/3 MWh điện và 2 MWh sưởi ấm. Như vậy, đốt khoảng 600 tấn chất thải mỗi ngày sẽ sản xuất khoảng 400 MWh điện năng mỗi ngày (17 MW năng lượng điện liên tục trong 24 giờ) và 1200 MWh năng lượng sưởi ấm mỗi ngày.
Tình hình đốt chất thải kết hợp phát điện tại một số quốc gia: 1. Đốt chất thải kết hợp phát điện tại Mỹ: Các lò đốt rác đầu tiên của Mỹ được xây dựng vào năm 1885 trên đảo Thống đốc New York, New York. Thuật ngữ “Waste-to-Energy” (WtE) (chuyển hóa chất thải thành năng lượng) chính thức được giới học giả quan tâm và công nhận khi Hội đồng Nghiên cứu và Công nghệ Chuyển hóa Chất thải thành Năng lượng (Waste-To-Energy Research and Technology Council WTERT) được thành lập tại Đại học Columbia, New York, Hoa Kỳ từ năm 2003. Năm 2006, giải thưởng Công nghiệp WTERT được trao tặng lần đầu tiên cho các công ty/tổ chức có đóng góp tích cực nhất cho công nghệ và giải pháp WtE.
Các tiêu chí được xem xét gồm: lượng năng lượng phục hồi được (kWh điện + kWh nhiệt/tấn chất thải); tỷ lệ bổ sung nhiên liệu “mồi” trên tổng lượng chất thải đầu vào và khả năng tái chế cũng như sự chấp nhận của cộng đồng đối với lượng tro, xỉ sinh ra cuối cùng. Đốt chất thải kết hợp phát điện tại Châu Âu Đan Mạch và Thụy Điển sử dụng năng lượng tạo ra từ việc tiêu huỷ chất thải trong hơn một thế kỷ, trong quá trình địa hóa, nhiệt và năng lượng hỗ trợ cho sưởi ấm. Năm 2005, tiêu huỷ chất thải sản xuất tạo ra 4,8% lượng tiêu thụ điện và 13,7% tổng tiêu thụ nội địa nhiệt ở Đan Mạch. Một số nước châu Âu khác chủ yếu dựa vào đốt để xử lý rác thải đô thị, đặc biệt là Luxembourg , Hà Lan, Đức và Pháp.
Các lò đốt rác đầu tiên cho xử lý chất thải đã được xây dựng ở Nottingham bởi Manlove, Alliott & Co Ltd vào năm 1874 với một thiết kế bằng sáng chế của Albert Fryer. Cơ sở đầu tiên ở Cộng hòa Séc được xây dựng vào năm 1905 tại Brno. Đốt chất thải kết hợp phát điện tại Nhật Bản Đốt chất thải đặc biệt phổ biến ở Nhật Bản, nơi đất đai là một nguồn tài nguyên khan hiếm. Nhật Bản là nước có tỷ lệ rác thải đượ ằng các phương pháp đốt cao nhất thế giới, khoảng 68 triệu tấn/năm với hơn 1200 nhà máy.
Riêng lĩnh vực WtE, tính đến năm 2009, nước Nhật có 304 nhà máy với tổng công suất phát điện 1673 MWh/năm. -17- Công nghệ WtE chính là công nghệ ố ữ) với khả năng tiếp nhận lượng rác đầu vào linh động, Tuy nhiên, một số ốt sử dụng các công nghệ mới và tiên tiến hơn, chẳng hạn công nghệ nấu chảy trực tiếp với nhà cung cấp JFE Engineering, Nippon Steel; công nghệ hóa lỏng của Ebara, chọn lọc nhiệt và khí hóa. Các công nghệ này ngoài việc phát thải bằng hoặc ít hơn so với các công nghệ WtE truyền thống, các “sản phẩm” tro xỉ nóng chảy có thể tận dụng làm vật liệu xây dựng. Một số công nghệ, chẳng hạn lò đốt tầng sôi có thể dùng để đốt bùn thải từ ớc thải sinh hoạt, tuy nhiên chi phí đầu tư rất đắt đỏ.
Đốt chất thải kết hợp phát điện tại Trung Quốc Đại học Zhejiang là nơi đầu tiên nghiên cứu về công nghệ WtE tại Trung Quốc. Giáo sư Cen Kefa và các cộng sự tạ ể ốt tầng sôi tuần hoàn (circulating fluidized bed CFB) được ứng dụng trong một số nhà máy WtE ở Trung Quốc. Tổng lượng rác thải được xử lý nhiệt ở Trung Quốc vào khoảng 4 triệu tấn/năm tại khoảng 50 nhà máy. Trong đó, 4100 tấn/ngày được bằng công nghệ trữ cung cấp bởi các nhà thầu Châu Âu (Martin, Alstom và Keppel Seghers), Nhật Bản (JFE Engineering), một số thiết kế và chế tạo trong nước.
Tổng công suất lắp đặt của lò đốt tầng sôi tuần hoàn do Đại học Zhejiang nghiên cứu khoảng 7000 tấn/ngày. Tuy nhiên, do nhiệt lượng rác thải ở Trung Quốc khá thấp, phải được mồi thêm than đá để đảm bảo. Đốt chất thải kết hợp phát điện tại Singapore Mỗi ngày Singapore thải ra khoảng 16. Rác ở Singapore được phân loại tại nguồn, vì vậy khoảng 56% khối lượng rác thải ra mỗi ngày (khoảng 9.000 tấn) được quay lại các nhà máy để tái chế.000 tấn) được đưa vào 04 nhà máy đốt rác thải phát điện đủ cung cấp 3% tổng nhu cầu điện của Singapore.
Cuối cùng, khoảng 1.500 tấn tro cùng với 500 tấn rác không thể đốt được vận chuyển bằng sà lan tới bãi chôn lấp Semakau Landfill. Đốt chất thải kết hợp phát điện tại Singapore -18- Mỗi ngày Singapore thải ra khoảng 16. Rác ở Singapore được phân loại tại nguồn, vì vậy khoảng 56% khối lượng rác thải ra mỗi ngày (khoảng 9.000 tấn) được quay lại các nhà máy để tái chế.000 tấn) được đưa vào 04 nhà máy đốt rác thải phát điện đủ cung cấp 3% tổng nhu cầu điện của Singapore. Cuối cùng, khoảng 1.500 tấn tro cùng với 500 tấn rác không thể đốt được vận chuyển bằng sà lan tới bãi chôn lấp Semakau Landfill.
Xu hướng công nghệ đốt chất thải kết hợp phát điện trên thế giới. Xử lý rác thải chủ yếu có 3 phương thức: chôn lấp, ủ phân và đốt phát điện. So sánh ba phương thức, nhận thấy phương pháp đốt thải phát điện vô hại, ưu thế về giảm ô nhiễm môi trường, do đó phương thức này trở thành lựa chọn hàng đầu của các nước có nguồn đất đai và năng lượng hạn hẹp. Tại Tây Âu và Nhật Bản, rác thải sinh hoạt đô thị cơ bản được xử lý bằng phương thức đốt.
Tại Trung Quốc, phương hướng chủ đạo trong phát triển ngành công nghiệp xử lý rác thải sinh hoạt là chuyển từ chôn lấp sang đốt phát điện. Ở Bắc Mỹ: Với sự gia tăng số lượng các bãi chôn lấp, giảm giá chôn lấp, giảm giá điện thì công nghệ đốt chất thải phát điện không thể cạnh tranh giá thành với công nghệ chôn lấp. Để khuyến khích công nghệ đốt chất thải phát điện các quốc gia đã áp dụng các chính sách thuế ưu đãi. Chính phủ Mỹ đã bãi bỏ các khoản thuế cho các nhà máy đốt chất thải phát điện từ năm 2004.
Ở Châu Âu: Ở châu Âu, với các lệnh cấm chôn lấp chất thải không qua xử lý, các lò đốt rác đã được xây dựng nhiều hơn trong thập kỷ qua. Gần đây, một số chính quyền thành phố đã bắt đầu quá trình ký kết hợp đồng cho việc xây dựng và hoạt động của lò đốt CTR.