Đơn vị xử lý khói thải cho nhà máy sản xuất giấy và bao bì tại Bắc Ninh ? Bắc Ninh hiện là một trong những thủ phủ công nghiệp lớn nhất cả nước, quy tụ số lượng lớn các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực sản xuất giấy và bao bì.
Quy trình công nghệ của ngành này đòi hỏi nguồn năng lượng nhiệt (hơi nước bão hòa) khổng lồ và liên tục để vận hành các dây chuyền xeo giấy, ép sóng và sấy hoàn thiện sản phẩm. Tuy nhiên, việc vận hành trạm lò hơi công suất lớn luôn đi kèm thách thức về tối ưu hóa chi phí chất đốt và kiểm soát ô nhiễm môi trường theo quy định pháp luật.
Bài viết này phân tích sâu về nhu cầu phụ tải nhiệt, các công nghệ lò hơi phù hợp và giải pháp xử lý khói thải đạt chuẩn cho các nhà máy sản xuất giấy và bao bì tại khu vực Bắc Ninh.
1/ Nhu cầu năng lượng nhiệt tại các nhà máy sản xuất giấy và bao bì tại Bắc Ninh
Quy trình sản xuất giấy từ bột giấy nguyên thủy hoặc giấy phế liệu tái chế (OCC) là một chuỗi các công đoạn tiêu thụ năng lượng nhiệt nghiêm ngặt. Hơi nước bão hòa từ lò hơi được sử dụng làm nguồn nhiệt chính cho các cụm thiết bị công nghệ:
-
Công đoạn thủy phân và đánh tơi bột giấy: Sử dụng hơi nước để gia nhiệt, hỗ trợ quá trình phân rã cơ học và hóa học của nguyên liệu thô trong bể đánh tơi.
-
Công đoạn sấy giấy trên lô sấy (Drying cylinders): Màng giấy sau khi được ép định hình vẫn chứa tỷ lệ nước cao. Dòng màng giấy này sẽ chạy liên tục qua hệ thống hàng chục lô sấy hình trụ bằng gang được cấp hơi nước nóng bên trong lòng ống. Nhiệt lượng truyền qua vách sấy sẽ làm bay hơi nước trong giấy, quyết định trực tiếp đến độ khô, độ bền và độ mịn của bề mặt sản phẩm.
-
Dây chuyền sản xuất bo bì carton (Corrugator): Hơi nước dùng để gia nhiệt các lô tạo sóng, làm chín keo tinh bột nhằm dán liên kết các lớp giấy mặt và giấy sóng lại với nhau thành tấm carton 3 lớp, 5 lớp hoặc 7 lớp.
Đặc thù của ngành giấy và bao bì là yêu cầu phụ tải hơi cực kỳ ổn định. Mọi sự dao động về áp suất hoặc sụt giảm nhiệt độ hơi đột ngột trên lô sấy đều dẫn đến hiện tượng giấy bị rách, phồng rộp, keo dán không bám dính, tạo ra tỷ lệ phế phẩm cao và làm gián đoạn toàn bộ tiến độ của nhà máy.
2/ Công nghệ lò hơi tối ưu cho ngành sản xuất giấy và bao bì
Với nhu cầu sản lượng hơi lớn (thường dao động từ 10 tấn/giờ đến hơn 50 tấn/giờ tùy quy mô nhà máy), các doanh nghiệp tại Bắc Ninh cần lựa chọn công nghệ lò hơi có hiệu suất nhiệt cao và khả năng sử dụng nguồn nhiên liệu rẻ tiền để cắt giảm chi phí hoạt động (OpEx). Hai dòng công nghệ đốt nhiên liệu rắn đáp ứng tốt nhất yêu cầu này bao gồm:
Lò hơi tầng sôi (Fluidized bed boiler)
Đây là công nghệ sinh hơi tiên tiến và phù hợp nhất cho các nhà máy giấy quy mô lớn. Lò hơi tầng sôi vận hành dựa trên cơ chế đốt nhiên liệu lơ lửng trong một lớp cát hoặc xỉ thạch anh được thổi sôi bằng dòng khí áp suất cao.
Ưu điểm: Thiết bị có khả năng đốt đa nhiên liệu, tiêu thụ hiệu quả các nguồn sinh khối (biomass) giá rẻ có sẵn tại khu vực phía Bắc như trấu rời, mùn cưa, dăm gỗ, vỏ hạt điều hoặc than cám phẩm cấp thấp. Hiệu suất nhiệt của lò đạt từ 85% – 90%, quá trình cháy diễn ra triệt để giúp tiết kiệm từ 30% – 40% chi phí chất đốt so với các dòng lò đốt than cục truyền thống.
Lò hơi ghi xích (Chain grate boiler)
Đối với các nhà máy sản xuất bao bì carton có nhu cầu sản lượng hơi tầm trung (từ 6 tấn/giờ đến 25 tấn/giờ) và phụ tải biến đổi theo ca sản xuất, lò hơi ghi xích là một cấu hình cơ khí đáng tin cậy. Nhiên liệu (than đá, viên nén mùn cưa) được cấp tự động từ phễu chứa xuống băng tải ghi xích bằng kim loại và di chuyển chậm qua buồng đốt.
Ưu điểm: Hệ thống vận hành cơ học đơn giản, tính tự động hóa cao ở khâu cấp liệu và thải tro xỉ dưới gầm ghi. Cơ chế làm mát ghi bằng dòng không khí cấp 1 đi từ dưới lên giúp hệ thống hoạt động liên tục 24/7 một cách bền bỉ, chi phí bảo trì cơ khí thấp.
3/ Hệ thống xử lý khói thải lò hơi ngành giấy
Trong quy trình sản xuất giấy và bao bì, lò hơi công suất lớn phải tiêu thụ liên tục khối lượng khổng lồ nhiên liệu rắn (than đá hoặc sinh khối biomass). Quá trình đốt cháy ở nhiệt độ cao này kéo theo sự phát sinh của một luồng khí thải phức tạp, mang theo các thành phần ô nhiễm đặc biệt nghiêm trọng.
Phân tích đặc tính dòng khói thải phát sinh
Luồng khói xả từ lò hơi ngành giấy không chỉ đơn thuần là khí nóng mà chứa hỗn hợp các chất ô nhiễm tồn tại ở cả dạng rắn và dạng khí:
-
Ô nhiễm dạng hạt (Bụi cơ học): Bao gồm tro bay, xỉ nhẹ, muội than chưa cháy hết và các hạt bụi siêu mịn PM10, PM2.5. Mật độ bụi trong lò hơi đốt sinh khối (nhất là trấu rời) thường rất lớn, dễ gây tắc nghẽn đường ống xả.
-
Ô nhiễm dạng khí (Khí vô cơ độc hại): Tùy thuộc vào thành phần hóa học của chất đốt, quá trình oxy hóa sẽ tạo ra các khí lưu huỳnh đioxit (SO₂), oxit nitơ (NOx) và carbon monoxit (CO). Đặc biệt khi sử dụng than đá có hàm lượng lưu huỳnh cao, nồng độ SO₂ phát sinh sẽ vượt ngưỡng an toàn rất nhiều lần.
Nếu xả thải trực tiếp, khí SO₂ và NOx khi tiếp xúc với độ ẩm trong không khí sẽ tạo ra phản ứng axit hóa (tạo thành H₂SO₃, HNO₃).
Hiện tượng này không chỉ gây ô nhiễm môi trường, vi phạm Quy chuẩn QCVN 19:2009/BTNMT dẫn đến việc bị cơ quan chức năng phạt nặng, mà còn trực tiếp gây ăn mòn, làm mục rỉ hệ thống mái tôn nhà xưởng và các cấu kiện kim loại xung quanh nhà máy giấy.
Cấu hình thiết bị xử lý khói thải đạt chuẩn
Để bóc tách và trung hòa hoàn toàn tổ hợp chất ô nhiễm trên, nhà máy giấy cần thiết lập một trạm xử lý khói thải nhiều cấp bậc, vận hành theo quy trình lý – hóa khép kín:
Thiết bị xử lý bụi thô (Cyclone ly tâm)
Dòng khí mang theo tro bụi từ buồng đốt sẽ được quạt hút dẫn vào thiết bị Cyclone. Tại đây, khí được định hướng di chuyển theo đường xoắn ốc với tốc độ cao.
Lực ly tâm sẽ văng các hạt bụi có khối lượng lớn va đập vào thành thiết bị và rơi xuống phễu thu hồi đáy. Cyclone đóng vai trò là thiết bị tiền xử lý, giúp giảm tải từ 70% – 80% lượng bụi thô trước khi đưa khí vào các hệ thống tinh lọc.
Hệ thống lọc bụi tinh (Lọc bụi túi vải – Bag filter)
Khí thải chứa bụi mịn tiếp tục được đẩy qua buồng kín chứa hàng trăm ống lọc bằng vải sợi thủy tinh hoặc màng bọc PTFE chịu nhiệt.
Dòng khí đi xuyên qua lớp màng lọc, toàn bộ hạt bụi mịn kích thước siêu nhỏ (PM2.5) sẽ bị giữ lại trên bề mặt túi. Hệ thống tích hợp các van điện từ (pulse-jet) xịt khí nén áp lực cao theo chu kỳ để giũ lớp bụi bám trên túi rơi xuống van xoay xả đáy, giúp quá trình lọc diễn ra liên tục.
Tháp hấp thụ xử lý khí độc (Wet scrubber)
Đây là công đoạn cốt lõi để loại bỏ SO₂ và NOx. Dòng khí sau khi sạch bụi sẽ được dẫn từ dưới lên vào không gian tháp. Ở phía trên, hệ thống béc phun sẽ phun sương liên tục các dung dịch hóa chất có tính kiềm (thường là sữa vôi Ca(OH)₂ hoặc dung dịch xút NaOH) theo chiều ngược lại.
Phản ứng hóa học trung hòa sẽ chuyển hóa gốc axit thành dạng muối kết tủa hoặc dung dịch lỏng rơi xuống bể lắng tuần hoàn. Vách tháp hấp thụ được gia công bằng thép không gỉ (Inox 316) hoặc bọc nhựa composite (FRP) để chống lại sự ăn mòn trực tiếp của môi trường axit sinh ra trong tháp.
Luồng khí thoát ra khỏi đỉnh tháp hấp thụ là không khí sạch, nhiệt độ đã được giảm đáng kể và hoàn toàn đáp ứng các tiêu chuẩn quan trắc môi trường trước khi xả ra ống khói phát tán.
