Cảnh báo nạn ô nhiễm môi trường và nguy cơ cháy nổ từ lò khí hoá than

Cảnh báo nạn ô nhiễm môi trường và nguy cơ cháy nổ từ lò khí hoá than
Hiện nay vấn đề sử dụng lò khí than cho các mục đích công nghệ khác nhau có xu hướng tăng lên do giá khí hoá lỏng LPG ngày một tăng. Tuy nhiên các khía cạnh an toàn cháy nổ và độc hại do ô nhiễm môi trường là vấn đề cần được hết sức chú ý, nhất là các lò nung đốt gốm sứ vì ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

Khí hoá (gazéification) là quá trình biến nhiên liệu rắn hay lỏng thành nhiên liệu khí, nhưng phổ biến hơn cả là khí hoá nhiên liệu rắn. Lò khí hoá than (gazogène) là lò biến nhiên liệu than thành nhiên liệu khí dưới tác dụng của không khí và hơi nước ở nhiệt độ cao. Nhiên liệu khí thu được từ lò khí hoá than gọi là khí than. Lò khí hoá than đã được phát triển từ lâu và rất mạnh ở Châu Âu sau chiến tranh thế giới II. Tuy nhiên các lò này hầu như đóng cửa vào thập niên 60 của thế kỷ trước do nhiều nguyên nhân song nguyên nhân chính là vấn đề độc hại của khí than gây ra.

Các nước đang phát triển đặc biệt là Trung Quốc đã xây rất nhiều lò khí hoá than với nhiều kích cỡ khác nhau phục vụ cho nhiều ngành công nghiệp. Nước ta cũng đã được Trung Quốc xây một số lò khí hoá than tại nhà máy sứ Hải Dương vào đầu thập niên 60, phân đạm Bắc Giang vào thập niên 70. Tại thời điểm đó lò khí hoá than đã góp phần đáng kể vào sự phát triển công nghiệp của chúng ta.

Hơn 10 năm nay công nghiệp gốm sứ nước ta phát triển rất mạnh với công suất gạch ốp lát khoảng 180 triệu m2/ năm và hàng trăm lò nung gốm sứ tại các làng nghề như Bát Tràng Hà Nội, Bình Dương, Đồng Nai v.v... Hầu hết những doanh nghiệp này đều dùng nhiên liệu lỏng DO hay ga lỏng LPG cho các lò nung của mình. Mấy năm gần đây giá nhiên liệu ngày càng tăng nên một số công ty đã nhập lò khí hoá than của Trung Quốc để giảm giá thành sản phẩm. Đặc biệt các doanh nghiệp vừa và nhỏ sản xuất gốm sứ đang có chiều hướng muốn nhập lò khí hoá than mi ni cho sản xuất.

Về vấn đề này khiến chúng ta cảm thấy rất lo ngại vấn đề ô nhiễm môi trường và nguy cơ cháy nổ tại các cơ sở dùng lò khí hoá than.

Khí than chứa khoảng 27% CO, 0,5% H2S và rất nhiều khí độc hại nguy hiểm khác đối với con người và sinh vật. Các lò khí hoá than thuộc loại hiện đại nhất của Châu Âu cũng không đảm bảo kín hoàn toàn mà vẫn rò rỉ khí độc hại ra ngoài. Mặt khác không khí có nồng độ 40 - 80% khí than nó trở thành hỗn hợp nổ rất nguy hiểm. Điều này có nghĩa là chỉ lọt vào đường dẫn khí than 20% không khí là có thể nổ. Vì vậy việc nổ trên đường ống dẫn khí than hay xảy ra và nếu có thiết bị an toàn chống nổ thì đường ống sẽ không bị phá. Tuy nhiên trên thế giới đã từng có lò khí hoá than bị nổ và khi đó nhà máy bị phá huỷ hoàn toàn. Như vậy lò khí hoá than cần được coi là thiết bị gây nguy hiểm đến sức khoẻ và tính mạng của cộng đồng. Chính vì thế các nước công nghiệp châu Âu thường đặt lò khí hoá than phải xa khu dân cư ít nhất là 1 km và xa khu đô thị 5 km. Ngay Trung Quốc hiện nay cũng đang lo ngại vấn đề ô nhiễm môi trường do các lò khí hoá than xây dựng khắp nơi và cũng đang tìm giải pháp cho vấn đề này. 

Hiện nay chúng ta chưa có luật quy định đặt lò khí hoá than, luật kiểm tra an toàn cháy nổ đối với lò khí hoá than và cũng chưa có quy định kiểm tra độ an toàn đối với nồi hơi gắn liền với vỏ lò khí hoá. Đây là điều đáng lo ngại khi việc nhập các lò khí hoá than mi ni tương đối dễ dàng và khi đã hoàn thành lắp đặt chạy lò xong, nhận tiền xong là các “ chuyên gia “ nước ngoài về nước và hậu quả về sau chúng ta phải chịu. Trong thực tế gần đây ở nước ta đã xảy ra một số vụ xì ga mạnh và nổ tại một vài công ty và đã gây nên hậu quả tương đối nghiêm trọng đối với con người. Cũng đã có lò khí hoá than phải ngừng hoạt động do nhân dân xung quanh không đồng tình vì quá ô nhiễm.

Để đảm bảo an toàn cho cộng đồng xin đề nghị:

1. Phải có khung pháp lý quy định việc lắp đặt lò khí hoá than trên cơ sở luật về môi trường.

2. Đảm bảo môi trường không ô nhiễm trên mặt lò khí hoá do khí than rò rỉ qua phễu tiếp than, cửa đánh xỉ và đối trọng điều chỉnh than vào lò.

3. Cơ quan có thẩm quyền cần kiểm định bản thiết kế về mặt an toàn chống cháy nổ cho lò và đường ống dẫn.

4. Cơ quan chuyên kiểm định nồi hơi cần kiểm tra nồi hơi liền với vỏ lò khí hoá than vì áp lực hơi nước ở đây tương đối cao khoảng 1- 2 atm hay 0,1 – 0,2 MPa. Nói cách khác đã là nồi hơi thì phải được đăng kiểm.

5. Các lò khí hoá than đã trót nhập và đang hoạt động cần được các cơ quan chức năng thanh sát cũng như tư vấn đầy đủ để tránh những đáng tiếc có thể xảy ra.

Những trình bày trên không có nghĩa là phản đối việc dùng khí than cho các lò nung gốm sứ. Tuy nhiên việc xây lắp lò khí hoá than cần có tổ chức, cần tuân thủ những quy tắc nhất định và chỉ nên đặt tại khu công nghiệp. Không thể để xây lò khí hoá than tràn lan tại các hộ gia đình hay gần khu dân cư. Có thể xây hẳn một trạm khí hoá than đủ công suất để cung cấp khí than cho cả làng nghề và trạm này cần đặt xa khu dân cư với đầy đủ thiết bị kiểm tra cũng như an toàn cho cả hệ. Đã đến lúc nhà nước cần có quy định về việc nhập và xây các lò khí hoá than.

Các doanh nghiệp gốm sứ cũng nên thận trọng và cân nhắc kỹ giữa kinh tế và công nghệ đối với lò khí hoá than vì khí than có chứa những chất bất lợi cho quá trình nung đốt sản phẩm sứ nói chung đặc biệt là sứ cao cấp.

Hiện nay đang có hai loại khí than được sử dụng đó là ga nóng và ga lạnh. Ga nóng là khí than ra khỏi lò khí hoá có nhiệt độ khoảng 300 - 4000C, sau khi lọc bụi sơ bộ tại cyclôn khí được đốt ngay trong lò. Khí này chứa nhiều hắc ín, H2S, bụi và một số khí độc khác nên không thể mong chờ sản phẩm sứ chất lượng cao cũng như tỷ lệ sản phẩm loại A (tương đối) cao được. Tuy nhiên dùng ga nóng có thể lợi dụng được hàm nhiệt của chúng vì nhiệt độ của khí tương đối cao. Ga lạnh là khí than đã qua lọc bụi sơ bộ như trên nhưng sau đó được làm nguội khí trong hệ ống chùm bằng không khí hoặc nước bên ngoài. Tiếp theo đó là qua lọc bụi tĩnh điện, tháp rửa khí bằng nước rồi lại qua lọc tĩnh điện lần nữa để loại trừ các giọt nước bay theo. Ga lạnh có nhiệt độ khoảng 30 - 400C, nhiệt trị dao động 1500 – 1700 kcal/m3, còn chứa H2S, một số khí khác và còn bụi. Nếu nung gốm sứ mà dùng khí có nhiệt trị thấp thì chắc chắn phải tiêu tốn nhiều khí hơn, khó nâng được nhiệt độ trong lò hay phải kéo dài thời gian nung. Mặt khác trong khí than này vẫn còn khí H2S và một số khí khác nên vẫn ảnh hưởng đến chất lượng gốm sứ đặc biệt là gốm mỹ nghệ với nhiều mầu sắc khác nhau. Nói cách khác là nếu dùng khí than thì khó có thể nung được sản phẩm gốm sứ cao cấp, nhiều trở ngại khi nung gốm mỹ nghệ. Ngược lại nếu dùng LPG có nhiệt trị rất cao 11000 kcal/kg thì việc nâng nhiệt độ rất nhanh chóng, thời gian nung rút ngắn, quay vòng nhanh. Mặt khác LPG rất sạch không có khí gây tác hại đến sản phẩm nung. Ngoài ra việc sử dụng LPG để đốt lò sẽ giảm lượng khí CO2 gây hiệu ứng nhà kính đi rất nhiều so với lượng than tiêu tốn để khí hoá và đốt cùng một mẻ lò. Hiện nay giá ga lỏng LPG tương đối cao nên một số hộ sản xuất gốm sứ muốn dùng lò khí hoá than nhằm giảm chi phí nhiên liệu cho lò nung. Song các nhà sản xuất cũng nên cân nhắc cẩn thận vấn đề chất lượng sản phẩm, an toàn về môi trường và cháy nổ không những cho dân cư xung quanh mà còn cho cả công nhân làm việc tại công ty. Tốt nhất hiện nay là cải tiến kĩ thuật, nâng cao chất lượng sản phẩm, sử dụng lò tiết kiệm năng lượng ga LPG vừa giảm chi phí năng lượng vừa nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng tỷ lệ thu hồi sản phẩm loại A vừa góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Một vài số liệu tham khảo:

Khí Công thức Khối lượng riêng kg/N m3 Nhiệt trị kcal/ Nm3

Oxit cacbon CO 1,25 3 016

Hydro H2 0,0898 2 576

Mêtan CH4 0,717 8 555

Propan C3H8 1,997 21 795

Butan C4H10 2,703 28 338

Pentan C5H12 3,457 34 890

Ga lỏng LPG có tỷ lệ khối lượng Propan/Butan là 50/50.

1 kg ga lỏng ứng với 0,5 kg Propan và 0,5 kg Butan hay:

Propan có 0,5 : 1,997 = 0,250 Nm3 ( mét khối ở điều kiện chuẩn )

Butan có 0,5 : 2,703 = 0,18497 = 0,185 Nm3

Thể tích khí ứng với 1kg LPG là: 0,250 + 0,185 = 0,435 Nm3 kh

Lượng nhiệt cháy 1kg ga lỏng LPG lấy tròn 11 000 kcal nên nhiệt trị của 1 Nm3 hỗn hợp Propan và Butan với tỷ lệ khối lượng 50/50 :

11 000 : 0,435 = 25 287 kcal/Nm3 hỗn hợp khí 

Nếu so với khÝ than với nhiệt trị gần 1200 kcal/ Nm3 thì nhiệt trị của hỗn hợp khí Propan và Butan gấp: 25 287 : 1200 = 21,1 lần. Do đó sử dụng ga lỏng LPG dễ nâng nhiệt trong lò, ống dẫn ga và vòi đốt cũng gọn nhỏ hơn. ( Hết).

PGS.TS. Nguyễn Đăng Hùng

Công nghệ Vật liệu Silicát

Đại học Bách khoa Hà Nội