1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Thiết kế công nghệ và thiết kế chi tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE- 80KG/H docx

51 819 1
Tài liệu được quét OCR, nội dung có thể không chính xác

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 51
Dung lượng 1,45 MB

Nội dung

Trang 1

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

LIÊN HIỆP KHOA HỌC SẢN XUẤT CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ce SN LIEN HIEP “ ŠÍ._ KHOA HOC A SAN WUAT CONG NGHE | Š 2 HOA HOC 43 TT Z BAO CAO

THIET KE CONG NGHE VA THIET KE CHI TIET LO DOT

CHAT THAI CONG NGHIEP UCE - 80KG/H

.Chủ nhiệm đề tài: PGS.TSKH Nguyễn Xuân Nguyên

HÀ NỘI - 2006

Trang 2

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết lò đốt chất thai công nghiêp UCE công suất 80kg/h

MỤC LỤC

Tiêu đề

Các ký tự viết tát Lời nói đầu

PHẦN 1 NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ ĐỐT CTNH

1 Cơ sở lựa chọn phương pháp đốt CTNH

2 Một số lò đốt chất thải ran đang sử dụng tại Việt Nam

3 Mục tiêu chỉ tiêu kính tế — kỹ thuật chế tạo lò đốt KC03.DA02 3.1 Mục tiêu của Dự án KC03.DA02

3.2 Các chỉ tiêu Kinh tế - Kỹ thuật

4, Các kết quả nghiên cứu

4.1 Cơ sở quá trình cháy và dự báo sản phẩm cháy

4.2 Tính toán thiết kế lò đốt chất thải công nghiệp nguy hại

PHAN IL KET QUA THIET KE — CHE TAO BO PHAN LO DOT CHAT THAI UCE 80KG/H

1 Thông số kỹ thuật của lò đốt UCE 80kg/h

2 Mô tả kỹ thuật lò đốt UCE

3 Vận hành lò đốt

4 Cấu tạo các bộ phận khác

5 Tính toán tối ưu quá trình đốt - kiểm soát khói thải

6 Tự động hoá khâu thiết kế đáp ứng nhu cầu thiết kế chế tạo lò đốt chất

thải công nghiệp và y tế công suất lớn

7 Kết quả thu được từ dự án KC03.DA02

Trang 3

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chỉ tiết lò đốt chat thai công nghiệp UCE công suất 80kg/h

CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT

CTNH: Chất thải nguy hại

CEETIA: Trung tâm kỹ thuật môi trường đô thị và công nghiệp-Đại học xây dựng HN CTYTNH: Chất thải y tế nguy hại

KC03: Chương trình tự động hóa cấp nhà nước KCN: Khu công nghiệp

UŒE: Liên hiệp Khoa học sản xuất Công nghệ hóa học URENCO: Công ty môi trường đô thị Hà Nội

QLCTNH: Quản lý chất thải nguy hại

Trang 4

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết lò đốt chat thai cong nghiép UCE công suất 80kg/h

LOI NOL DAU

Theo dự báo Việt Nam sẽ là nước có tốc độ phát triển công nghiệp nhanh nhất trên thế giới với tốc độ tăng trưởng dự báo 7% trong các thập kỷ tới Tuy nhiên công nghiệp hóa và phát triển công nghiệp nhanh sẽ tạo ra áp lực về chất thải rắn đặc biệt là chất thải công nghiệp là vấn đề đang nổi cộm ở Việt Nam với tỷ trọng chiếm tới 17% hay | 2,6 triệu tấn trong tổng số hơn 15 triệu tấn chất thải ran phát sinh hàng năm, trong số đó phải kể đến trên 160.000 tấn/năm chất thải nguy hại nếu không được quản lý tốt thì tính độc hại, gây bệnh, nguy hại sẽ ảnh hưởng sức khỏe, người đân và môi trường [1]

Các hệ thống xử lý chất thải công nghiệp và nguy hại chưa đầy đủ, thiếu nhiều cơ sở xử lý ở góc độ cho các Khu công nghiệp và Khu xử lý tập trung Các cơ sở xử lý chất thải

- nguy hại nhỏ lẻ hoạt động kinh doanh là chính nên đầu tư trang thiết bị, xử lý khói thải, tro xi có khả năng gây rủi ro môi trường do áp dụng phương phát đốt tại nhiệt độ thấp, công nghệ đốt chưa hòan chỉnh, không có các trang thiết bị giảm thiểu ô nhiễm, xử lý khói thải hay các thiết bị kiểm sóat ô nhiễm môi trường, hay kỹ năng thực hành của các cán bộ vận hành Vậy, cải tiến công nghệ đốt, kỹ năng vận hành, kiểm sóat ô nhiễm khí qua giảm thiểu và xử lý khói thải lò đốt an tòan là một định hướng quan trọng mà Liên hiệp KHSX Công nghệ hóa học tập trung trong nhiều năm

Dự án KC03.DA02 "Nghiên cứu thiết kế chế tạo lò đốt phục vụ các thành phố và khu công nghiệp” thuộc Chương trình tự động hóa cấp nhà nước KCO3, Liên hiệp KHSX Công nghệ hóa học (UCE) đã tiến hành thực hiện từ 10/2002 Các kết quả chính đã đạt

được

- _ Nghiên cứu về đặc thù rác thải công nghiệp tại các khu công nghiệp và thành

phố lớn

- _ Nghiên cứu công nghệ đốt nhiệt phân

- _ Nghiên cứu tính tóan thiết kế chế tạo lò đốt UCE-80kg/h

- Vận hành thử nghiệm và đưa vào sản xuất chính thức tại Công ty Môi trường đô thị Hà Nội

Trang 5

Báo cáo thiết kế công nghé va thiét kế chủ tiết lò đốt chất thai công nghiệp UCE céng sudt 80ke/h

PHAN I: NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ ĐỐT CHẤT THÁI NGUY HAI

1 Cơ sở lựa chọn phương pháp đốt chất thải nguy hại

Hiện nay, đốt rác là công đoạn xử lý cuối cùng được áp dụng cho một số loại rác nhất định chủ yếu là rác thải nguy hại như rác thải y tế, rác công nghiệp nguy hại, rác thải thú y, hoặc hoá chất bảo vệ thực vật Đây là quá trình oxy hoá nhiệt độ cao với sự có mặt của oxy không khí, trong đó chất độc hại được phân huỷ triệt để thành khí cháy và và tro xỉ không cháy Chất thải có tính chất độc hại và lượng phát thải lớn thì phương pháp đốt là một giải pháp ưu việt nhất Vì các lý do sau:

- Lượng rác và nhiệt trị phà hợp cho phương pháp đốt: Rác thải phát sinh tại các KCN

có thể tính toán được trước khi thiết kế lò đốt rác cho lò đốt có năng suất phù hợp và

các phương án tận dụng nhiệt Theo kinh nghiệm, năng suất toả nhiệt của các rác công

nghiệp nguy hại, cặn sơn, bông amiäng, cặn đầu, chất thải y tế có nhiệt trị trên 3500 — 7000 kI/kg

- Các tiêu chuẩn môi trường đã được quy định: Đốt rác sẽ tạo ra khí thải vào không khí,

và được xử lý theo tiêu chuẩn môi trường Các kỹ thuật xử lý khí hiện đại (đốt phân huỷ khí ở nhiệt độ cao, hấp phụ xúc tác, hấp thụ ướt, hấp thụ khô, tách bụi) đáp ứng được việc xử lý khí đạt tiêu chuẩn khí thải đặt ra: TƯVN 5939-1995 đối với khí thải lò đốt công nghiệp và TCVN 6560-1999 đối với khói thải lò đốt rác y tế

- Công nghệ đối rác nhiệt phân hay đốt quay có xử lý khí thải hiện đang được phổ cập áp dụng: Đốt cháy chất thải rắn công nghiệp nguy hại về nguyên tắc thường sử dụng buồng đốt ghi, khơng ghi, buồng đốt xốy lốc, buồng đốt thùng quay hoặc hệ thống đốt cháy tổ hợp (vừa đốt cháy trên ghi và buồng đốt thùng quay đặt sau) và hệ thống đốt khí thứ cấp và xử lý khí thải Đây là công nghệ phù hợp với điều kiện kinh phí đầu tư,

vận hành, trình độ kỹ thuật, công nghệ có tính đến các biện pháp giảm và kiểm sóat ô

nhiễm môi trường sẽ phù hợp với mọi hòan cảnh

Xử lý chất thải rắn công nghiệp bằng phương pháp đốt hiện là giải pháp được quan tâm và xử lý chủ đạo tại các nước công nghiệp phát triển và các quốc gia trong khu vực

2 Một số lò đốt chất thải rắn đang được sử dụng ở Việt Nam

Cho đến nay, số lượng lò đốt được sử dụng ở Việt Nam rất đa dạng về nguồn gốc, công suất đốt và về khả năng xử lý khói thải Tuy vậy, cho đến nay vẫn chưa có số liệu thống kê đầy đủ về số lượng, nơi sử dụng, đặc tính kỹ thuật

Dưới đây là bảng một số lò đốt chất thải rắn điển hình đang sử dụng ở Việt Nam Bảng 1: Các thông số cơ bản của một số lò đốt đang sử dụng ở Việt Nam LÒ LỚN

Hãng sản suất Del Monego 200 Hoval GG42 CEETIA-CN150

(Italia) (Thuy Sỹ) (Việt Nam)

| Nơi sử dụng Tay M6, Bink Hung Hoa, |Khu xử lý chat |_

Trang 6

Báo cáo thiết kế công nghề và thiết kế chỉ tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

Hà Nội TP.HCM thaiNam Son

Loai 1d Khong ghi, phan tang Khong ghi Có ghi, phân tầng Công suất lò 4.8 tấn/ ngày 7.2 tấn/ ngày 3,6 tấn/ngày (200 kg/h) (300 kg/h) (150 kg/h) Nhiệt độ buồng đốt 1, °C 1000 - 800 - 850 Nhiệt độ buồng đốt 2, °C 1100 - 1050 ~ 1100 Lượng dầu đốt 30 — 60 kg/h - 40 — 60 kg/h Lưu lượng không - khí cấp, mìh 2000 2000 Tỷ trọng rác, kg/h 120 - 150 - 125 ~ 350 Nhiệt trị rác, kcal/h 2100 — 3300 - 2500 - 3500

Hệ thống xử lý khói ˆ ¬ , | 2 cấp xyclon ướt,

thải Không Lọc bụi túi + lọc khí 1 cấp HP điôxin

Vốn đầu tư 420,000 USD - 200,000 USD

7 ` Fi

LO NHO

Hãng sản suất Hoval MZ2/ MZ4 400/ 200 CA HS-S0 CEETIA- YT30

(Thuy Sỹ) (Mỹ) (Han Quoc) | (viet Nam)

isu di BV Lao HN BV Bach mai | BY Quan Y ˆ

Nơi sử dụng ao I Y ach mai Quan BV Da Khoa

BVC Da Nang BV 19/8 109

Ha Giang

BY Ba Ria-VT - Ha Noi Phú Thọ

Trang 7

nghệ và thiết kế chị tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

3 Mục tiêu, chỉ tiêu kinh tế -kỹ thuật lò đốt dự án KCO3.DA02

3.1 Mục tiêu dự án KC03.DA02

Với các tiếp cận trên mục tiêu của dự án KC03:1-) Nghiên cứu hòan thiện công nghệ

đốt nhiệt phân hai buồng đốt, lồng ghép biện pháp kiểm soát - xử lý các chất ô nhiễm trong khói thải lò đốt 2-) Tính tóan thiết kế lò đốt rác tự động nhằm đáp ứng các yêu cầu tính tóan thiết kế lò đốt cho các đối tượng rác thải khác nhau: rác sinh hoạt, rắc y tế, rác công nghiệp độc hại khác nhau, công suất xử lý thay đổi phù hợp với cơ sở xử lý, các địa phương 3-) Chế tạo lò đốt rác công suất phù hợp với quy mô đầu tư và quản lý vận hành của các khu công nghiệp, các địa phương Lập phương án vận hành tiết kiệm chi phí nhiên liệu :

Bên cạnh đó, việc tính tóan thiết kế lò đốt tự động hóa phải được tự động hóa nhằm đặt

cơ sở khoa học nền móng cho việc chế tạo các lò đốt công suất công suất khác nhau và lò đốt công suất lớn, từng bước tiếp cận với tính tóan thiết kế chế tạo lò đốt phức tạp

như lò đốt quay đáp ứng nhu cầu xử lý CTNH 3.2 Các chỉ tiêu kinh tế — Kỹ thuật

+ Lò đốt UCE80 hoàn thiện phần tự động nạp liệu nhằm đắm bảo nhiệt 16 đốt ở cả hai buồng đốt

+ Kiểm soát qui trình đốt qua các thông số được kiểm soát tại các đồng hồ do tự động

+ Giảm thiểu và xử lý khí - phân tích khí - kiểm soát nồng độ khí thải ra môi trường

thuận tiện

+ La đốt được thiết kế, vận hành, bảo dưỡng thuận tiện, dễ dàng thay đổi chế độ đốt theo loại rác nhiệt trị, độ ẩm khác nhau

+ Công suất sử dụng lò đốt cao, tự động điều khiển

+ Tiết kiệm chi phí vận hành (nhiêu liệu, điện, nước, nhân công)

+ Thiết bị phụ tuổi thọ cao Công suất thiết kế: 80-100 kg/h, công suất vận hành 70- 80kg/h, vận hành liền tục trong ngày

+ Chuyển giao công nghệ - hướng dẫn vận hành theo chương trình kín: lý thuyết - vận hành - duy tu bảo đưỡng - nhật ký - quản lý

4 Các kết quả nghiên cứu

4.1 Nghiên cứu quá trình cháy - dự báo khí cháy

4.1.1 Cơ sở lý thuyết cháy chung

* Thành phần chất thải rắn nguy hại, nhiệt trị

Thanh phần rác thải được chia 3 thành phần chính: thành phần cháy, tro, ẩm CẢ ba

thành phần trên đều thay đổi rất khác nhau đối với các loại rác khác nhau và đòi hỏi _

Trang 8

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chỉ tết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

các nghiên cứu khảo sát thích hợp Thành phần hóa học của các chất chấy trong nhiên liệu lỏngrắn gồm có cacbon (C,); hydro (Hp), nito (Np), oxy (Op), luu huynh (S,), do

tro (Ap) và độ ấm (W;) (1) Tỷ lệ giữa độ ẩm: thành phần cháy: độ tro là thông số quan

trọng với nhiêu liệu và chất thải đốt Ta có:

Cp + Hp + Np + Op + Sp + Ap + Wp = 100% ()

CTNH có thêm nhiều hợp chất như chất hữu cơ, các chất dung môi, các loại mỡ, các

PCB, hợp chất chứa Clo vv với các tỷ lệ khác nhau

Xử lý chất thải rắn công nghiệp nguy hại bằng phương pháp đốt hiện nay là một nhu cầu cấp thiết Chất thải rắn công nghiệp nguy hại có nhiệt trị tính theo trọng lượng khá cao nhưng tỷ trọng của chất thải rắn lại thấp (tỷ trọng trung bình là 0,3 tấn/m`) và khi đốt quá trình cháy diễn biến rất phức tạp Một số loại chất thải rắn công nghiệp khác như dầu cặn trong kho chứa dầu và sửa chữa tầu chở dầu có nhiệt trị cũng khá cao nhưng lại chứa nhiều chất trơ, cặn, sơn chống gi, cát, nên khi đốt là rất khó và tạo ra nhiều muội Một số loại chất thải rắn công nghiệp ngành hoá chất khi đốt lại tạo ra nhiều chất độc hại

Thành phần chất thải rắn công nghiệp nguy hại rất đa dạng tuỳ theo loại chất thải rắn công nghiệp của từng ngành Tuy vậy, về thành phần hoá học các chất trong chất thải rắn công nghiệp nguy hại các ngành cũng gần nhau Dựa theo thành phần các chất trong chất thải rắn nguy hại của một số ngành công nghiệp, trong tính toán lò đốt ta có thể ước lượng thành phần hoá học các chất như sau:

Trang 9

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h H 10 a | 0,04 O 9,43 Ww (4m) 11,6 N 6 A (tro) 124 S 0,5 * Nhiên liệu sử dụng để đốt

Nhiên liệu sử dụng trong đốt chất thải rắn có thể sử dụng các loại nhiên liệu như là: than, dầu hoặc khí đốt thiên nhiên Đánh giá theo hiệu quả kinh tế và hiệu suất đốt của

lò đốt cũng như về mặt môi trường, thì nhiên liệu dùng để đốt trong lò đốt chất thải rắn

nguy hại chọn là đầu đốt

Dầu đốt trong các lò công nghiệp chủ yếu là dầu DO và dau diezel, dé sit dung mot cách có hiệu quả nhất về hiệu suất đốt, kinh tế và đặc biệt về mặt môi trường ta chọn

dầu DO loại chứa ít lưu huỳnh để đốt trong lò đốt chất thải rắn công nghiệp nguy hại Dầu DO loại chứa ít lưu huỳnh khi đốt tạo ra ít khí độc hại và giá thành rẻ hơn Về

thành phần dầu DO thường chứa các chất cho ở bảng sau đây: Bảng 4: Thành phần các chất trong dầu DO [12] Thành phân Cc H O N Hàm lượng (%) | 86,5 | 12,5 0,2 0,4 0,4 Thiết kế lò đốt than, dầu thì thành phần nhiên liệu đốt phải được nghiên cứu tương tự * Nhiệt trị của chất đốt rắn/lỏng Nhiệt trị của nhiên liệu rắn/lỏng có thể được xác định theo công thức thực nghiệm sau: q° = 81.C" + 300 H" ~ 26.( 0” - S”) - 6.99 HY + Wy kcal/kgNL (2) 4.1.2 Tính toán sản phẩm cháy * Tính công nghệ đốt

Dựa trên các phản ứng cháy, ta xác định được: L) lượng oxy cần cho quá trình cháy, 2)

lượng không khí cần cung cấp và 3) lượng sản phẩm cháy (SPC) do 1 kg nhiên liệu -

ran/long thai ra, 4) tính nộng độ các chất trong SPC và nhu cầu kiểm sóat: SO2, NOx,

CO, CO2 và tro xỉ, bụi

* Lý thuyết quá trình đốt cháy

Đốt CTNH và đốt nhiên liệu là q trình ơxy hố nhiệt độ cao, có mặt của oxy không khí Phản ứng hoá học xảy ra giữa thành phần cháy được có trong nhiên liệu rắn/lỏng một lượng nhiệt, phát sáng và làm thay đối vẻ vật lý và hoá học phức tạp của các thành

phần đưa vào đốt Quá trình chia thành 4 giai đoạn chính sau: a) sấy nóng, khô nhiên liệu, chất thải rắn; b) thoát chất bốc, tạo cốc; c) cháy chất bốc/cháy cốc; d) Tao tro, xi

8

Trang 10

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết |ò đốt chất thai công nghiệp UCE công suất 80kg/h

Các giai đoạn của quá trình cháy tiến hành liên tục và xen kế nhau, thời gian phụ thuộc

yếu tố: đặc tính nhiên liệu rắn/lỏng, cấu tạo buồng đốt và phương thức vận hành Đối

với nhiên liệu lỏng không có giai đoạn tạo cốc và tạo xi nhưng có quá trình tạo bồ

hóng Các phương trình cháy và sản phẩm cháy được mô tả ở phần trên

1 Giai đoạn sấy nóng — sấy khô chất thải rắn và nhiên liệu

CTNH và nhiên liệu đưa vào buồng đốt đang vận hành nhận nhiệt từ không khí nóng,

các SPC theo phương thức đối lưu/bức xạ; từ lớp CỮNH đang cháy theo phương thức dẫn nhiệt và bức xạ; từ tường của buồng đốt theo phương thức chủ yếu là bức xạ

CTNH/nhiên liệu nhận nhiệt, hàm ẩm giảm dần; nhiệt độ tăng đến 100°C lượng ẩm sẽ

bốc hơi với cường độ mạnh, nhiên liệu và chat thai ran được sấy nóng và sấy khô 2 Giai đoạn thoát chất bốc và tạo cốc:

Sau khi được sấy khô, nếu cung cấp nhiệt thì nhiệt độ của CTNH và nhiên liệu sẽ tăng lên rất nhanh Khi nhiệt độ lớn hơn 250°C, ẩm còn sót lại, chất bốc (chất cháy được: như khí Hạ, CO .) thoát dần ra và có thể bất đầu bát cháy Tốc độ, điểm bắt đầu thoát chất bốc tuỳ thuộc từng loại chất thải rấn và nhiên liệu; hợp chất hữu cơ nhiều hyđrơ dễ thốt chất bốc, phân huỷ và dễ cháy nhưng sinh nhiệt không cao, ngọn lửa không sáng

3 Giai đoạn cháy: Giai đoạn này xảy ra: a) cháy kiệt CTNH ở cuối mỗi mẻ đốt, nhiệt lượng tiêu thụ cho nung xỉ của lò đốt nhỏ hơn 0,5% b) cháy khí: quá trình đốt các khí được oxy hoá, một phần nhỏ quá trình cháy các khí xảy ra ỏ trên bề mặt CTNH

còn lại các khí sẽ oxy hoá trong buồng đốt thứ cấp ở nhiệt độ đạt tới 1050°C c) Quá

trình cháy sau để đốt cháy kiệt chất chưa cháy ở buồng đốt thứ cấp, tại đây cấp thêm không khí đốt cháy hết khí CO chứa trong khói thải Thời gian lưu lại của dòng khí

tại đây khoảng 1 - 2 giây ở nhiệt độ thấp nhất là 950°C và cao nhất là 1100°C Tốc độ

cháy phụ thuộc: Nhiệt độ, nồng độ chất cháy trong nhiên liệu rắn/lỏng Ở một nhiệt độ nhất định, tốc độ cháy phụ thuộc chủ yếu vào nồng độ chất cháy được trong hỗn hợp

nhiên liệu rắn/lỏng và không khí Nồng độ thấp tốc độ cháy chậm, khi nồng độ cao tốc độ cháy nhanh hơn Ở nồng độ nhất định, tốc độ cháy phụ thuộc nhiều vào: Nhiệt độ, ảnh hưởng nhiệt độ tới quá trình cháy lớn hơn rất nhiều so với ảnh hưởng của nồng độ Khi chất thải rắn và nhiên liệu được sấy nóng đến nhiệt độ bắt lửa thì quá trình cháy Xây ra os :

e©_ Phản ứng cháy của chất thải rắn và nhiên liệu:

Trong chất thai ran và nhiên liệu chứa chủ yếu các thành phần C, H, N, S, ở nhiệt độ

cháy sẽ xaỷ ra phản ứng cháy với oxy trong không khí, nếu giả thiết chất thải rắn và nhiên liệu là C.H,N,S,P,Cl„ thì có thể biểu diễn phản ứng chung như sau:

C.HYN,SP,Cly + O2 ~» CO + CO, + H,0 + NOx + SO, + P,O; + HCl +Q

4 Giai doan tao tro, xi

Chất không cháy trong CTNH sẽ tạo thành tro và xỉ Tác động nhiệt, nhiên liệu và chất thai ran sẽ thay đổi nhiều về mặt tính chất vật lý và hoá học Nước trong một số chất _ như thạch cao (CaSO,.2H,O) hoặc Al;O;.25iO;.2H;O sẽ bốc hơi ở nhiệt độ khoảng 500-

Trang 11

Bao cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chí tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

°%C Khi nhiệt độ tiếp tục nâng cao một số muối khoáng phân huỷ thành các oxit và CO; tự do thốt ra ngồi Ở nhiệt độ khoảng 500°C phản ứng phân huỷ có đạng:

MpgCO; > MgO + CO; †?

Ở nhiệt độ khoảng 800 — 950 lại xảy ra các phản ứng phân huỷ sau: FeCO, > FeO + CO, t CaCO, > Cad + CO, T

Nhiệt độ tiếp tục nâng cao, thành phần trong tro lần lượt nóng chảy, đầu tiên là các kim loại kiểm và các hợp chất của chúng (K;O, Na;O nóng) nóng chảy ở 800—1000°C và các clorua, sulfua sắt (EeS;) có thể nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 800 ~ 1070°C Khi

trong môi trường oxy hoá sẽ chuyển thành Fe;O: 4.1.3 Cơ sở quá trình cháy chất thải rắn

CTNH đưa vào buồng đốt đang vận hành có sắn không khí, SPC sẽ nhận nhiệt từ không khí nóng, lớp chất thải đang cháy, tường lò nhiệt độ cao, làm lượng ẩm trong chất thải

sẽ bốc hơi, chất thải được sấy khô Nếu được cung cấp tiếp nhiệt độ, chất bốc sẽ thoát dân ra Hơi nước, chất bốc bao bọc lấy cục chất thải rấn làm cản trở sự tiếp xúc giữa

trung tâm hoạt động với oxy Một mặt các phản ứng cháy tạo SPC, sự khuyếch tán theo

xu thế đồng đều nồng độ các khí nên hình thành sự phân bố các chất khí xung quanh bề mặt cục chất thải rắn theo mô hình sau:

Trang 12

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị Hết lò đốt chất thải cộng nghiệp UCE công suất 80kg/h

- Khí oxit cacbon: Nằm sát chất thải rấn, có nồng độ lớn nhất, càng ra xa thì

lượng khí CO càng giảm vì cốc có nhiệt độ cao khi gặp oxy xảy ra đồng thời 2 phản

ứng cháy:

C+1/20, > CO va C+0, > CO,

Khí CO và CO; tạo thành có tỷ lệ phụ thuộc vào nhiệt độ trong buồng đốt là chủ yếu, nhiệt độ càng cao tý lệ khí CO càng lớn Khi cacbon ở trên mặt cốc có nhiệt độ cao,

nếu thiếu oxy mà gặp CO; , xảy ra phản ứng hoàn nguyên thu nhiệt: C + CO; — 2 CO Bên cạnh đó, nếu có hơi nước tiếp xúc với mặt cốc có nhiệt độ cao sẽ có phản ứng khí

hoá theo phản ứng: C + HO > CO+H,

Ở càng xa mặt cốc nồng độ khí CO càng giảm do có sự khuyếch tán khí CO và do khí O; tiếp xúc với CO gây nên phản ứng: CO + 1/2 O; > CO,

- Khí cácbonic: quá trình oxy hoá mặt cốc sẽ tạo thành đồng thời khí CO; và

CO Khí CO khuyếch tán ra ngoài gặp oxy sẽ cháy tạo thành khí CO;, càng ra ngoài bể

mặt cốc do khuyếch tán nên nồng độ khí CO; giảm dân

- Khí oxy: Oxy khuyếch tán từ ngoài vào mặt cốc, phản ứng với khí CO bên

ngoài nên càng vào nồng độ khí O; giảm, nồng độ khí O; sát bể mặt cốc có nồng độ nhỏ nhất

Vậy, CTNH cháy triệt để cần có các điều kiện: a) Nhiệt độ phải đủ cao b) Hệ số không

khí thừa thích hợp, nếu nhỏ quá thì không đủ oxy cho quá trình cháy, nếu lớn quá sẽ làm giảm nhiệt độ trong buồng đốt c) Thời gian lưu khí ở buồng đốt đử dài

4.2 Tính toán thiết kế lò đốt chất thải công nghiệp nguy hại 4.2.1 Tính toán cân bằng vật chất * Sơ đô cân bằng vật chất vào ra khỏi buông đốt Chất thải rắn CNNH +——» Khoi thai BUONG DOT ———> Tro, xi Nhiên liệu Ƒ——* Không khí F

Theo định luật bảo toàn khối lượng thì tổng lượng vật chất vào buông đốt sẽ bằng tổng

Trang 13

Báo cáo thiết kế công nghề và thiết kế chị tiết lò đốt chất thai cong nghiép UCE công suất 80kg/h

- Luong vat chat vao Gy,, = Gop + Gp + Gy (kg/h)

trong đó: Ger, Gp , Gy: 14 lượng CTNH, dầu DO, không khí đưa vào buồng đốt để dét trong | gid (kg/h)

- Lượng vật chất mang ra khỏi buồng đốt Gạ, (kg/h), bao gồm lượng khói thai và tro, xi mang ra khỏi buồng đốt

1 Lượng chất thải rắn công nghiệp đưa vào buồng đốt G„r (kg/h)

Chất thải công nghiệp nguy hại đem đốt có thành phần rất khác nhau, thành phần chất thải phụ thuộc vào từng loại chất thải công nghiệp tức phụ thuộc vào từng loại hình sản suất Khi thiết kế lò đốt cần phải phân tích cụ thể thành phần từng loại chất thải sẽ đem

đốt

Trong việc phân tích thành phần chất thải công nghiệp của từng loại hình sản suất là rất

phức tạp, thông thường chỉ phân tích thành phần chất thải của một số loại hình sản suất

điển hình

Thành phần chất thải bao gồm thành phần vật lý và thành phần hoá học, khi biết được các thành phần này ta sẽ tính được trọng lượng mỗi thành phần trong Gey

Theo các kết quả phân tích thành phần vật lý và hoá học chất thải rắn công nghiệp nguy hại của một số ngành công nghiệp, thì có thể ước lượng về phần trăm các thành phần chủ yếu của CTNH đã nghiên cứu

2 Lượng nhiên liệu vào để đốt Gp (kgth)

Lò đốt chất thải rắn công nghiệp nguy hại thường dùng nhiên liệu là dầu DO chứa ít lưu huỳnh, có thành phần các chất tuỳ theo từng loại đầu DO

Giả sử trong 1 giờ lượng dầu DO cần bổ xung để đốt lượng chất thải rắn trong buồng

đốt là Gp (kg/h) Trong Gp kg dâu DO có các thành phần hoá học và ứng với khối lượng trung bình theo phân tích của từng nguyên tố ở bảng sau: Từ khối lượng các

thành phần trong chất thải rắn công nghiệp và trong dầu DO ta có khối lượng tổng các thành phần tham gia quá trình cháy

Bảng 5: Khoi luong các nguyên tố tham gia quá trình cháy TT Nguyên tố Khối lượng (kg/h) Nguyên tố Khối lượng (kg/h) Cc C,.Ger + Cp.Gp P P Ger H H,.Ger + Hp.Gp N N,.Ger + Np.Gp S — S„Ger+Sp.Gp cl Cl.Ger

3 Luong khong khi vao buéng dét Gy, (kg/h) - sản phẩm cháy (SPC)

Tính lượng O; cần thiết để đốt cháy hết các thành phần trong chất thải và trong nhiên

Trang 14

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị Hết lò đốt chất thai công nghiệp UCE công suất 80kg/h

cháy hòan tòan các chất cháy Bảng công thức 2.5 và bảng 2.6 và chương trình tính

tóan (Phụ lục)

Lượng O; cần dùng cho quá trình cháy được cung cấp từ bên ngoài vào phải bằng tổng lượng Ò; cần dùng cho các phản ứng cháy trừ đi lượng O; sinh ra ở các phản ứng và

lượng O; có sẵn trong chất thải rân cũng như có trong đầu đốt - _ Lượng O¿ cần dùng cho các phản ứng cháy được tính như sau:

Từ phản ứng (1), ta thấy:

Cứ 1 kmolC+ Ikmol O, > 1 kmoi CO,

12kgC + 32kgO; — 44kg CO;

hay I2kgC + 22,4 mÏc O; -> 22,4 mïtc CO;

hay được tính theo thể tích m° tiêu chuẩn/kg NL, bảng 2.5, 2.6

- Đốt cháy hết lượng c cần lượng O; là:

Sy = = Ge = 2.67 (C Gey + 0,865.Gp) (kg/h)

- Luong O¿ cần đốt hydrô là :Gfo; = ° G, = 8 (H,.Ge, + 0,105.Gp) (kg/h)

Từ phản ứng (5), lượng O; cần để đốt chay S Ia:

s 32

Gq) = 3 Gs = (S,.Ger + 0,004.Gp) (kg/h)

~ O; cần để đốt cháy N để tạo NO là :

GN = H Gy = 1,143 (N,.Gep + 0,004.Gp) (kg/h)

- Lượng O; cân để đốt cháy Plà: G?„„= = Gp=1,29.P.Ger (kg/h)

Luong O; sinh ra trong các phản ứng cháy và có trong chất thải rắn cũng như có trong

dầu DO:

- O, sinh ra do trong chất thải rắn có Clo là :

Trang 15

Báo cáo thiết kế công nghề và thiết kế chỉ tiết lò đốt chất thai cong nghiép UCE cong suat 80kg/h

- QO, có trong chất thải rắn công nghiệp nguy hại là: G°œ; = O„œy (kg/h)

- Lượng O¿ có trong dầu DO là: G!% = 0,002.Gp (kg/h)

Bang 6 Luong O; cần cung cấp và sinh ra

Luong O, sử dụng trong các phản ứng cháy (kg/h) Lương O; phát sinh (kg/h)

Go, 2,67 (C,.Gep + 0,865.Gp) Go) 0,225 Cl.Ger

G*, 8 (H,.Gey + 0,125.Gy) Œ% One Ger Go S,Ger + 0,004.G, G° 0,002.Gp Con 1,29 P.Ge G 1,143 (N,„Gợ; + 0,004.G,) Sơ? Gn Từ bảng tổng hợp trên ta có lượng O¿ theo lý thuyết cần thiết cho quá trình cháy trong buồng đốt là: G =5 G5 G0 (kg/h) Go) = 3,316.Gp + Gcy.(2,67C, + 8H, + 8, + 1,143N, + 1,29Pr - 0,225CI, - One) (kg/h) G12 = ø G1, = 1,4.G14, (ø là hệ số dư không khí)

Không khí để cấp cho quá trình đốt chất thải công nghiệp nguy hại thường sử dụng không khí tự nhiên, thành phần không khí tự nhiên bao gồm:

- O; : chiếm 21% thể tích

- Nạ : chiếm 79% thể tích

- Dung ẩm d : thường chọn d = 10 (g/kg không khí)

_- Khối lượng riêng của O, : ø„„ = 1,4289 (kg/m”)

Trang 16

Báo cáo thiết kế công nghê và thiết kế chị Hết lò đốt chất thai cong nghiép UCE cong suat 80kg/h q (kj/kg hỗn hợp) a | aaa i th Le La Lư Hệ số không khí thừa œ

Hình 2: Tương quan giữa hệ số dư không khí và nhiệt trị buồng đốt

Hệ số thừa không khí @ trong thực tế áp dụng với các lò đốt thường chọn từ I,1 — 1,25 Do chất thải rắn công nghiệp nguy hại có độ ẩm mức độ cổng kểnh thay đổi tuỳ theo loại chất thải công nghiệp, nên để cho quá trình cháy xảy ra một cách có hiệu quả thì theo kinh nghiệm thường chọn hệ số thừa không khí là a@ = 1.25 hay 1,4

Gi, =14xGZ =6xG5, (kg/h)

G"y, = 6.[3,316.Gp + Ger.(2,67C, + 8H, + S, + 1,143N, + 1,29Pr - 0,225Cl, - O,,,)]

* Tính lượng vật chất ra khỏi lò đốt Gụạ

Xét ở trạng thái lý thuyết khi cháy hoàn toàn nhiên liệu và chất thải rắn công nghiệp nguy hại (œ = 1) thì trong khói thải gồm có CO;, SO;, N;, H;O, NO, O; và một lượng

rất nhỏ khí Cl,, HCI, P;O;, Dioxin, Furan Ngoài ra trong khói thải còn có một lượng tro, bụi bị cuốn theo

Ta có: Gyg = Guy + Cục + Gự + Quy

1 Khối lượng tro, bụi bị cuốn theo khói thải được tinh theo: Gy, = đ 8a

Guoxi + Gurobay = Aat-Gp + G.”= Aer.Ger + 0,003.Gp

Trong đó hàm lượng tro bụi bay theo khói thường chiếm 20 - 30% tổng hàm lượng có

trong tro và nhiên liệu Chọn a = 0,25

Quay = 0,25-Agr = 0,25-Acr Ger Gw¿ = 0,75.Axr = 0,75.Acp.Get

2 Khối lượng khói thải mang ra khỏi buồng đốt

Gai = Gco; + Gso2 + Gyo + Gpros + Gop + Guo + Gua + Gen (kg/h)

Trang 17

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chỉ tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

- Lượng khí CO; sinh ra khi đốt cháy cacbon: c 44 G sọ = T2 Qc = 3,67.(C,Gẹr + 0,865.Gp) ~- Lượng khí SO¿ sinh ra khi đốt cháy S: § 64 GŸsoạ= 3 Gs = 2 (S,.Ger + 0,004.Gp) - Luong khí NO sinh ra khi đốt cháy N: x30 ˆ GỀNo = Tả CN = 2,143 (N,Gẹr + 0,004.Gn) - Lượng khí P;O; sinh ra khi đốt cháy P : 142 GPraos = Ge = 2,29 P Ger

- Luong khi HCl tao thành theo phản ứng: GC ae = 1 ,Cl Gcr - Lượng khí N; có trong không khí cấp vào buồng đốt:G¿;¿ = 0,7574.G

- Lượng khí O; không tham gia phản ứng: Gọ; = G1ọ; ~ GQ;

- Lượng khí Cl; có trong khói thải ra là rất ít (coi Gẹ; ~ 0), vì trong thực tế với quá trình đốt chấy trong buồng đốt thì khí Clo phần ứng hết Khi phân tích khói thải thì có

mội lượng rất nhỏ khí Clo và có thể coi là khí vết

Trang 18

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

- G„.„ : là lượng hơi nước sinh ra từ ẩm có trong chất thải rắn công nghiệp nguy hại acl * Gyo = W,-Ger (kg/h) - G„„ : là lượng hơi nước sinh ra từ ấm có trong không khí cấp vào buồng đốt Gus = 0,01 Giy = 0,06.[3,316.Gp + Go,.(2,67C, + 8H, + S, + 1,143N, + 1,29Pr - 0,225Cl, - O,,.)] - GfL.o : lượng hơi nước sinh ra do phản ứng cháy hyđrô trong chất thải rắn và dầu DO: G20 =9(H,„Ger + 0,125.Gp)

- G2 : là lượng hơi nước mất đi do phản ứng với clo:G°„o = = DI

Vậy, khối lượng hơi nước có trong khói thải mang ra là: G„=1,32G,+G.-(0,L6C, + 9,48H, + 0,068N, + 0,077P, -0,252CI, - 0,06.(O,„ - S) + W,) Bảng 8 Cân bằng vật chất cho lò đốt Lượng vật chất vào buồng đốt Lượng vật chất ra khỏi buồng đốt

Chất Khối lượng (kg/h) Chất Khối lượng (kg/h)

Chất thải Gop Tro, xi 0,75 Aœ

Trang 19

Báo cáo thiết kế công nghê và thiết kế chỉ tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

4.2.2 Tính toán cân bằng nhiệt lượng

* Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng trong buồng đốt Nhiệt đưa vào Nhiệt mang ra buồng đốt khỏi buồng đốt Qer 7 fo Oe Qp Buôn 8 Quái Qe F—— we ——' Qhn Quix rc đốt F———**‡ Qướn, Cor F—') F——> Qn Q% Q

Theo định luật bảo tồn và chuyển hố năng lượng ta có tổng lượng nhiệt đưa vào

buồng đốt bằng tổng lượng nhiệt mang ra khỏi buồng đốt: Quà = Qạu

Nhiệt lượng mang vào buồng đốt bao gồm có: Nhiệt lượng do chất thải rắn mang vào , Qcr Nhiệt lượng do dầu DO mang vào , Qp Nhiệt lượng do không khí mang vao , Qy

Nhiệt lượng do ẩm có trong không khí mang vào , Quix Nhiệt lượng do đốt cháy chất thải ran sinh ra , Q“„+ Nhiệt lượng do đốt cháy dầu DO sinh ra , Q°o

Nhiệt lượng ra khỏi buồng đốt bao gồm :

Nhiệt lượng do tro, xỉ mang ra, Nhiệt lượng do khói thải ra khỏi buồng đốt

_ Nhiệt lượng do hơi nước mang ra, Nhiệt lượng tổn thất qua tường lò

Nhiệt lượng tổn thất do mở cửa lò buồng đốt (khi cấp chất thải)

Các lượng nhiệt khác chưa tính đến

* Lượng nhiệt vào buồng đốt Quy:

bao gồm có: Qv¿¿ = Qẹt + Qp + Qúy + Quá, + QTcy + QCp

Lượng nhiệt do chất thải rắn công nghiệp nguy hại mang vào Qcr:

Với :

Qer = Ger Cer - tcr

+ Gey 1a luong cht thai ran công nghiệp nguy hại đưa vào buồng đốt (kg/h)

+ Cc+ là nhiệt dụng riêng của chất thải ran cong nghiép (kcal/kg °C)

+ tcr là nhiệt độ của chất thải rắn được lấy theo nhiệt độ trung bình của môi

trường nơi dự kiến lắp đặt lò đốt (°C), giá trị nhiệt độ này thường ở khoảng 25 —

30 °C, ở đây ta chọn giá trị tcy = 25°C

Trang 20

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

Do trong chất thải rắn và nhiên liệu có những thành phần cháy được (Ge+,), thành phần

tro không cháy được (Gc;) và lượng ẩm chứa (Ger„) trong đó nên ta có:

Qer = Qeri + Qe + Qerw (kcal/h)

Tra các bảng nhiệt dung riêng của các chất trong sổ tay ta có các giá trị về nhiệt dung

riêng của các chất ở 25 °C được xác định như sau:

s _ Nhiệt dung của các thành phần cháy được có trong chất thải, xác định theo công thức [7]: Cp =837+3,7t+625x (J/kgđộ)

Với t=25°C, x: là % chất bốc trong các chất cháy được, x = 100%

Vậy Cor, = 0,371 kcal/kg.độ

e Nhiệt dung của thành phần không cháy được (phần tro chứa trong chất thải) Co = 753,5 + 0,25.(9/5 t + 32) [7] = 753,5 + 0,25(9.25/5 + 32) = 772,75 (I/kgđô) = 0,184 (kcal/kgd6) e Nhiét dung ctla thanh phan dm cé trong chất thải: Corw = | kcal/kg.độ

e Nhiệt dung của không khí, hơi nước tra ở sổ tay

Như vậy ta có nhiệt dung của các chất cho trong bảng sau:

Bảng 9: Nhiệt dụng riêng của các thành phần vật chất đưa vào buồng đốt

B Chất Cet Corn Conw Cw Cun Co

Nhiét dung riéng ; 0,371 184 ,0 0,24 0,478 0,44

(kcal/kg) °, 1,00 |9

Ta có nhiệt dung của chất thải được tính theo công thức:

Cor = 0,76 Copy + 0,124 Com + 0,116 Copy

= 0,76*0,371 + 0,124*0,184 + 0,116*1 = 0,42 (kcal/kgdô)

Lượng nhiệt đo rác thải mang vào lò:

Qer = 0,42*25*Gez = 10,5*Gcr (kcal)

Lượng nhiệt do dâu DO mang vào Qọ: Qọ = Gọ Cọ -ty (kcal/h)

Chọn nhiệt độ của đầu vào lò đốt t = 25°C Qp= 0,44 * 25*Gp =1J*GŒp

Lượng nhiệt của không khí và của độ ẩm có trong không khí Qv\ + Q ¿được tính

tổng cộng theo: ˆ

Qe + Quik = Ga (Cee + Con) bạ + Gig ed

Trong đó : d là độ chứa ẩm của không khí, chọn d = 0,01 kg/kg kk

r là nhiệt ẩn hoá hơi của nước , r = 540,5 kcal/kg

Qa t+ Qwix = Ge (Cy + 0,01 Cự) ty + 0,01 r G"y - + = Gy, (0,24 + 0,01 0,478) 25 + 0,01 540,5 G1

Trang 21

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết lò đốt chất thai công nghiệp UCE công suất 80kg/h

= 69,147.[3,316.Gp + Gep(2,67C, + 8H, + S, + 1,143N, + 1,29Pr - 0,225CI, - O„.)]

Lượng nhiệt sinh ra do cháy chất thải rắn Q°e+: Q°cr = q°cr Get

Với : q er là nhiệt trị của chất thải được tính theo công thức thực nghiệm sau

ocr = 81.0%, +300 H™,, ~ 26.( 0", - $4) - 6.9 H™, + W",) Q°c; =[(8100.C, + 24600 H, - 2600 O,„„ - S) - 600.W,].Gạy

Lượng nhiệt sinh ra do cháy dầu DO: Qp: Qfo =qfp Gẹt = dfp X

Với : qfo là nhiệt trị của dầu DO và được tính theo công thức thực nghiệm:

gp = 81.C%, + 300 H”, - 26.0", - 8%.) — 6.9 H®, + W")

= 81,86,5 + 300 12,5 ~ 26 (0,2 -0,4)- 6 (9 12,5 + 1,8)

=9584 (kcal/kg)

Vay: Q%) = 9584 Gp (kcal/h)

Từ các thành phần nhiệt lượng trên ta tính được tổng nhiệt lượng vào buồng đốt: Qụu = Ger(2284,6.C, + 25151,1.H, — 2669,1.O„¿ + 2669,1.S, + 89,15.P, - 15,55CI - 600W, + 10,5) + 8924,23.G;

* Luong nhiệt mang ra khỏi buông đốt Quạ

bao gồm: Qạ,= Qu¿ + Quua + Qua + Qưng + Qua

Áp dụng công thức tính nhiệt lượng sau để tính các nhiệt lượng mang ra khỏi buồng

đốt: Q=G C Tụ; (kcal/h)

Trong quá trình tính toán ở đây lựa chọn khống chế nhiệt độ ở buồng đốt sơ cấp trong khoảng 800 — 950 °C và nhiệt độ của buồng đốt thứ cấp vào khoảng nhiệt độ 1000 ~

1100 °C, khói ra khỏi buồng đốt có nhiệt độ cao (khoảng 900 — 1000 °C)

Khi tính toán nhiệt lượng do khói thải mang ra khỏi buồng đốt ta lấy giá tri tye’ 1a

1000 °C.' Tro, xỉ được thải ra ở đáy buồng đốt sơ cấp với nhiệt độ tro, xỈ ra ở khoảng

700 — 800 °C Chọntuo„u„y = 800°C

1 Nhiệt do tro, xỉ mang ra khỏi buồng đốt: Q„„„ị = Queoxiday + Qiroxibay

Quoxidiy= Grroxiasy “Crroxigiy -Leoxiaay

Qheobay= Guay -Chohay “Ứuebay

Trang 22

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chỉ tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

Quy = 77,41AGen

Qưới = 288,46A,„Gẹr

2 Nhiệt do khói thải mang ra khỏi buông đốt Qua :

Quái = Qco¿ + Qso; + Quo + Qua + Qọa + Qọy + Qui + Qpr0s

Tra các bảng nhiệt dung riêng của các khí ở nhiệt độ 1000 °C trong sổ tay, ta có bảng : Bảng 10: Nhiệt dụng riêng của các khí trong khói thải của lò đốt CTNH Chất CO, | SO, | NO No O, | HƠI | P,O; Nhiệt dung riêng (kcal/kg °C) 0,3092 | 0,205 | 0,28 | 0,2903 | 0,2682 | 0,21 0,31

Nhiệt do khí CO;, SO,, NO ra khỏi buông đốt:

~- Nhiệt do khí CO; mang ra khỏi buồng đốt Qcọ;: Qco2 = Geo2 -Ccor -traz

= 3,67 (C,.Ger + 0,865 Gp) 0,3092 1000

= 1134,76C,.Gq, + 981,57 Gp (kcal/h)

- Nhiệt do khí SO; mang ra khỏi buồng đốt Qạọ; : Qso2 = Gso2 -Cso2 -trae

=2.(S,.Ger + 0,004.Gp ) 0,205 1000

= 410.8,.Ger + 1,64 Gp (kcal/h)

- Nhiét do khí NO mang ra khỏi buồng đốt Quo :

Qno = Ông CNo -đ; = 2,143 (N,.Ge; + 0,004 Gp) 0,28 1000 = 600N,.Ger + 2,4.Gp (kcal/h) - Nhiệt lượng do khí Đ¿ có trong khơng khí mang ra: Qụ = 0;7574 6 [3,316.G; + Ge.(2,67C, + 8H, + S, + 1,143N, + L29Pr - 0;225C|, - O„„)] 0,2903 1000 = Ge/(3522,36C, + 10553,9H, + 1319,25, + 1507,98N, + 1701,8P, - 296,8CI, — 1319,2O,„.) + 4374,59.G; (kcal/h)

- Nhiét do khi O, khong phản ứng mang ra khỏi buồng đốt Qọ; :

Qor = Goz -Con «tra

= 0,4.[3,316.Gp + Geq(2,67C, + 8H, + S, + 1,143N, + 1,29Pr 0,225CI, - O,„.)].0,2682 1000

= Gor(286,43C, + 858,24H, + 107,88, + 122,6N, + 138,2P, ~ 24,13Cl, - 107,28.O,.)+ 355,74.Gp (kcal/h)

- Nhiệt do khí HCI mang ra khỏi buồng đốt Qua :

Qua = Gates (Cha -thaa - 7

Trang 23

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chỉ tiết lò đết chất thai cong nghiép UCE công suất 80kg/h = 1,028.CI,.Gey.0,21 1000 =215,88.Cl,Gạ (kcal/h) - Nhiệt do khí PzO; mang ra khỏi buồng đốt Q;¿o; : Qr20s = G p20s -C p25 «toa = 2,29 P,.Ger.0,31 1000 = 709,9 P.Ger (kcal/h) Nhiệt do khói mang ra: Qui = Gcr(4943,55C, + 1141,2H, + 18375, + 2210,58N, + 2549,4P, — 105,05C1, — 1624,6Ó,„.) + 5715,94Gp Nhiệt lượng do hơi nước mang ra theo khói thải: Qụ = Gra “Can bw Gra = 1,32Gp + Gạ;(0,L6C, + 9,48H, + 0,068N, + 0,077P, - 0,252Cl, - 0,06.(O, — S)) Coa = 0,59 kcal/kgdo ty = 1000°C Qna = 590.[1,32Gp+Ge,(0,16C, + 9,48H, +0,068N, + 0,077P, - 0,252C], - 0,06.(O,„„ -S,)] = G«(94,4C, + 5593,2H, + 40,12N, + 35,45, + 45,43P, — 148,6CI, — 35,4O,) + 778,8Gp Nhiệt lượng tổn thất qua tường lò buồng đốt: Quang =>K,F.(Ti -Tạ) (kW) Trong đó:

K, - Hệ số truyền nhiệt của từng phần thành lò, kW/ m?.°C F, - Diện tích tương ứng của từng phần thành lò, m? Tạ - Nhiệt độ mặt trong thành lò, °C Tạ - Nhiệt độ mặt ngoài thành lò, %C Hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức: K = (l/o, + 4/2 + 1/œ; ) -I Trong đó:

Trang 24

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chỉ tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

Trong đó:

œax - hệ số truyền nhiệt bằng bức xạ, kW/m”.°C œạ„ - hệ số truyền nhiệt bằng đối lưu, kW/m?.“C Gạx = q- (t, - tur) 1/4 q -hệ số ~ 2/2 t wr - nhiệt độ môi trường, °C œp¡ = €.{[Œ; + 273)/100]14 - [(tur + 273)/10034]} /Cb - tưy) Trong đó:

C - hệ số bức xạ toàn phần của thành lò, kW/m?.°C4 Hệ số bức xạ toàn phần của

vật đen tuyệt đối là 5,76.10” kW/m”."C4, đối với thành lò người ta thường lấy hệ số này

bằng 4,5.10” kW/m?.°C 4

R=d/A = difAi gọi là nhiệt trở của thành lò

Hệ số dẫn nhiệt của các loại vật liệu là một hàm số của nhiệt độ: hey = 0,21.107 + 32,96.10°[(T, + T,)/2] Ago = 0,065.10 + 24,83.10°[(T, + T,)/2] Để kiểm tra nhiệt độ giữa các lớp, chúng ta dùng công thức: T=T, - K.Rsu(T - Tụn) Sau khi thực hiện tính toán, chúng ta tìm được nhiệt độ mặt ngoài thường là <50%C Như vậy: Àu = 0,383.103 Rgy = 295 hag = 0,124.10 Rag = 802,6 Opx = 4,65.10° Op, = 5,53.10% K = 8,36.10% (kw/m?°C) Diện tích thành lò được tính theo công thức: Fn= L2 (FLF¿) Trong đó: PF, - Diện tích trong F; - Diện tích ngoài

Để thuận tiện cho quá trình tính toán, kết hợp kinh nghiệm thực tế, tiên lượng

tổn thất nhiệt qua tường lò <=0,5% lượng nhiệt do đầu và chất thải rắn cháy sinh ra, vì

vậy có: Quy = 0,005 (Q cr+ Qp)

= 0,005([(8100.Cr + 24600 Hr - 2600.( Orac - Sr) - 600.Wr].G«+ + 9584.Gp] = Ge(405C, + 1230H, — 130O,„„ + 1308, — 30W,) + 479,2Gp

Nhiệt lượng tổn thất do mở cửa lò buông đốt:

Tổn thất nhiệt lượng do mở cửa lò buồng đốt được ước tính nhỏ hơn hoặc bằng

10% lượng nhiệt tổn thất qua tường lò, vì vậy: Q„„ =0, Quay -

Trang 25

23-Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết lò đết chất thải công nghiệp UCE cộng suất 80kg/h

Qu¿ = Ger(40,5C, + 123H, - 13O,„ + 138, ~ 3W,) + 47,92Gp

Bảng 11 Bảng phân tích khối lượng và nhiệt lượng do khí thải mang ra —

Thành cọ Lưu lượng G, Dòng nhiệt mang theo

phan | (cal/kg.dé) (kg/h) Q, = G,.C,.1000 (keal/h)

CO; 0,3092 3,67(C Gep + 0,865.Gp) 1134,7(C Gep + 0,865.Gp)

SO, 0,205 2 (S,.Ge + 0,004.G,) 410(S,.Ge, + 0,004.G,)

NO 0,28 2,143 (N,.Ge + 0,004.G,) 600(N,.Gey + 0,004.Gy)

P,O, 0,31 2,29 P.Ge 709,9 P Ger HCl 0,21 1,028.Cl,.Gey 215,88 Cl Ge, 0,7574 6 [3,316.G, + 1331,4.[3,316.Gp + N 0.3903 Ger-(2,67C, + 8H, + 8, + Ger-(2,67C, + 8H, +S, + a , 1,143N, + 1,29Pr - 0,225C1,- | 1,143N, + 1,29Pr - 0,225CI, - Orne) Orne) ] 0,4.[3,316.Gy + Gep.(2,67C, + | 107,28.[3,316.Gp + O 0.2682 8H, +S, + L.143N, + 1,29Pr- | Ge;.(2,67C, + 8H, + S, + 2 , 0,225Cl, - O,,.)] 1,143N, + 1,29Pr - 0,225Cl, - O„)] 5756,2Gy + Ger(4975,76C, + Tổ 11508H, + 1848,6S, + ong 2244,1N, + 1861,78P, ~ | 107,8Cl, - 1438,6O,„) Các tổn thất khác chưa tính đến:

Ngoài các thành phần nhiệt chỉ trên thì có thể tính thêm các thành phần nhiệt mất đi do cháy khơng hồn tồn hố học, cháy khơng hồn tồn cơ học

Tổng lượng nhiệt thoát ra khỏi buồng đốt:

Trang 26

Báo cáo thiết kế công nghe và thiết kế chí tiết lò đốt chất thai công nghiệp UCE công suất 80kg/h Gạ.(184,6C + 551,17H,+ Ger(3922,36C, + 10553,9H, + 69,1475, + 79,03N, + 89,15Pr— Q 1319/25, + 1507,98N, + Qu + Quit | 15,55Cl, - 69,1470,,.) Na 1701,8P, ~ 296,8Cl, ~ +229,29G,, 1319,20,,.) + 4374,59.G, [(8100.C, + 24600H, - 2600.(0,, LH an N Tp + c - §) - 600.W,].G 8S, + 122,6N, + 138,2P, - Qer lu Quoa 24,13Cl, ~ 107,28.0,,,) + 355,74.G, Q% 9584 Gy Qas - Ques 215,88.Cl,.Gey Quu 709,9 P„Gey Ger(94,4C, + 5593,2H, + Qh 40,12N, + 35,48, + 45,43P, — - 148,6Cl, — 35,40,) + 778,8G, 6 Ì Ge(405C, + 1230H, - 1300,„ + ông 1308, - 30W,) + 479,2G, 0, Gc(40,5C, + 123H, — 130, + mở 13S, - 3W,) + 47,92G, Ger.(2284,6.C, +.25151,.H, — Ger(5483,45.C, + 18247.H + , r 2320,535, + 2270,7N, + 2669, 1.0,,, + 2669,1.S, + r Que 79,03N, +89,15.P, -15,55CI, - Qụ 2595,13P, - 223,65Cl, — 159LãO,._ 32W, + 288,46A) 600W, + 10,5) + 9824,23.G„ +7018, Giải phương trình nhiệt trên ra tính được lượng dâu DO cần cung cấp để đốt chất thải: 2802,7Gp= Gcr(3198,85C, — 6904,LH, - 348,575, +191,67N, + 2505,98P, — 208,1CI, + 1077,3O,„„+ 567W, + 288,46A, -10,5)

- Lượng đầu đốt tại buống sơ cấp/thứ cấp còn có thể tính bằng hàm kinh nghiệm thông qua nhiệt năng thể tích của buồng đốt được tính bằng lượng nhiệt thực tế cần bổ sung thêm cho lượng nhiệt hiện có trong buồng đốt để đạt nhiệt thế thể tích cần thiết cho lò

đốt CTNH ký hiệu qu¡c „¿=350.000kcal/m3.h Tổn thất nhiệt kinh nghiệm của khí cháy

bốc từ buồng sơ cấp-sang buồng thứ cấp Nhiệt lượng bổ sung bù đắp tổn thất nhiệt và

duy trì nhiệt độ buồng thứ cấp sẽ là cơ sở để tính lượng dầu đốt ở buồng thứ cấp

Trong thực tế lượng đầu bổ xung vào buồng đốt lớn hơn lượng dầu theo lý thuyết tính

toán, lượng dầu thực tế được xác định như sau:

Q"b = 1,25 Q"5

4.2.3 Đánh giá chỉ tiêu kỹ thuật của lò đốt

Đánh giá chất lượng làm việc thông qua những thông số kỹ thuật và kinh tế đặc trưng nhất Vẻ chỉ tiêu kỹ thuật của lò đốt chất thải công nghiệp nguy hại có các đặc trưng cơ bản sau: Chế độ nhiệt của buồng đốt Chế độ nhiệt của lò đốt Công suất nhiệt của - buồng đốt Năng suất đốt Các hiệu suất sử dụng nhiệt và hiệu suất sử dụng nhiên liệu của buồng đốt Suất tiêu hao nhiên liệu chuẩn của lò đốt , -

Trang 27

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết lò đốt chất thải cong nghiép UCE cong suat 80kg/h

* Hiệu suất sử dụng nhiệt của buông đốt

Hiệu suất sử dụng nhiệt của buồng đết là tỷ số giữa lượng nhiệt có ích để gia nhiệt cho

chất thải, nhiên liệu, không khí đưa vào buồng đốt với toàn bộ lượng nhiệt cấp vào

buồng đốt Tổn thất nhiệt của buồng đốt ra môi trường xung quanh phụ thuộc vào chất lượng cách nhiệt của buồng đốt, phụ thuộc vào cấu trúc của buồng đốt, vào phương pháp cấp chất thải vào lò và phương pháp lấy tro, xỉ ra khỏi lò Hiệu suất sử dụng nhiệt là đặc trưng cho khả năng sử dụng nhiệt của buồng đốt và cấu trúc của buồng đốt

Hiệu suất sử dụng nhiệt được tính theo công thức sau: [9]

an = Qự ~ đực: = Qi 100%

Ony

trong dé: Quy : Tổng lượng nhiệt cấp vào buồng đốt, (kcal/h)

Qspe : Lượng nhiệt do sản phẩm cháy theo khói thải mang ra Qspe = Qeoz + Qso2 + Quo + Qe + Quer + Qrros

Qrr: Lượng nhiệt tổn thất do cháy khơng hồn tồn hố học, cơ học, tồn thất qua tường

lò, do mở cửa lò: — Qrr= Quan + Quy + Quán + Qua

Như vậy ta thấy hiệu suất sử dụng nhiệt của buồng đốt là tương đối cao, lượng nhiệt do

chất thải cháy và dầu đốt bổ xung phần lớn chuyển thành nhiệt lượng có ích để gia

nhiệt và đốt cháy chất thải rắn, dầu và không khí trong buồng đốt * Suất tiêu hao nhiệt của buồng đốt

Suất tiêu hao nhiệt của buồng đốt là tỷ số giữa lượng nhiệt do chất thải và dầu cháy sinh ra so với tổng lượng chất thải và đầu đốt được đốt cháy trong | giờ Suất tiêu hao nhiệt của buồng đốt tính theo công thức sau:

_ Ty tỚc

q= Ga ?Gy (kcal/kg), 7] * Hiệu suất sử dụng nhiên liệu của buồng đốt

Hiệu suất sử dụng nhiên liệu của buồng đốt là tỷ số giữa lượng nhiệt do sử dụng nhiên

liệu so với tổng lượng nhiệt được đưa vào buồng đốt

= 24 199%

ny

al

trong đó: Qự; là lượng nhiệt sinh ra do sử dụng nhiên liệu là dầu mazút

Ø„„: là tổng lượng nhiệt đưa vào buồng đốt

Trang 28

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chỉ tết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

Lò đốt chất thải rắn công nghiệp nguy hại sử dụng nhiệt để đốt cháy chất thai ran khoảng 40-50% là lượng nhiệt do dầu đốt bổ xung mang vào, còn phần lớn nhiệt lượng trong buồng đốt là do chất thải cháy sinh ra và một phần từ chất thải, không khí mang vào Điều này do chất thải rắn công nghiệp nguy hại có nhiệt trị riêng tương đối lớn và lượng không khí cấp vào lò lớn

* Hiệu suất tiêu hao nhiên liệu chuẩn của lò đốt

Suất tiêu hao nhiên liệu chuẩn là chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá và so sánh chung về phương diện sử dụng nhiệt của các công nghệ đốt khác nhau Suất tiêu hao nhiên liệu chuẩn là lượng nhiên liệu chuẩn cần thiết để đốt cháy một đơn vị khối lượng chất thải

công nghiệp nguy hại khi quy ước nhiệt trị của nó bằng b kg nhiên liệu chuẩn / kg chất

thái, với B : Lượng tiêu hao nhiên liệu trong I giờ; Giá trị các hiệu suất nhiên liệu và hiệu suất tiêu hao nhiên liệu chuẩn được tính toán cụ thể cho mỗi loại chất thải đem đốt

và ứng với mỗi loại cấu trúc của lò đốt chất thải công nghiệp nguy hại Đối với lò đốt là lò dạng lò buồng và sử dụng nhiên liệu đốt là dầu DO thì suất tiêu hao nhiên liệu chuẩn

nằm trong giới hạn chuẩn của lò công nghiệp (giới han trong khoảng 0,10 ~ 0,50) [8]

4.2.4 Tính thể tích sản phẩm cháy và nồng độ khí thải khói lò

- _ Lượng bụi kéo theo cùng với các khí và hơi:

Qua các phân tích thành phần chất thải rắn công nghiệp nguy hại thì thấy phần lớn các thành phần ở dạng cháy được, ngoài ra còn có một số chất vô cơ, kim loại Khi cháy

các chất này tạo thành tro, cặn bay theo khói được gọi là tro bay Lượng tro bay trong khói thải thường chiếm <20 — 30% tổng lượng tro, xỉ tạo thành Như vậy lượng tro, xỉ

tạo thành được chia thành 2 phần đó là:

+ Phần tro bay theo khói: G„„ = (0,2— 0,3).gu, + Phần tro, xỉ giữ lại: G,,, = (0,7 — 0,8).g,

Giả sử lượng tro bay chiếm 25% tổng lượng tro bụi tạo thành, ta có lượng bụi kéo theo

Trang 29

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

Các lò công nghiệp nói chung, lò đốt chất thải rắn công nghiệp nguy hại nói riêng, khi có sự chuẩn bị nguyên liệu và phối trộn nguyên liệu ở thành phần hợp lý thuận lợi cho

quá trình cháy mà không mất cân đối với tỷ lệ các chất có trong khí thải là cách thức duy nhất để duy trì công suất cực đại của lò mà đảm bảo tuân thủ tiêu chuẩn khí thải

Bài toán tối ưu hoá phối trộn thành phần nguyên liệu chất thải đưa vào đốt giúp duy trì

được tốc độ khí trong lò

Sản phẩm khí cháy, khí bốc lên và tốc độ của khí quá lớn thì chất thải và tro xỉ trong lò sẽ không còn ở trạng thái bền vững nữa, trong lớp chất thải hay tro xỈ sẽ suất hiện các

kênh và dòng khí lôi các phần tro, xỉ nhỏ ra theo khói lò, khi đó khói thải sẽ chứa nhiều

bụi, CO; sẽ ít hơn, CO sẽ nhiều hơn, nhiệt độ của khí ra cao Vì vậy cần phối trộn hợp lý liệu vào nhằm giảm tốc độ của dòng khí trong lò nhưng để đảm bảo lượng không khí cấp vào cho lò đầy đủ

Tuy nhiên, với lò đốt chất thải rắn công nghiệp nguy hại theo nguyên lý đốt nghiệt phân phải bố trí thiết kế hệ thống thông gió cho buồng đốt sao cho áp suất trong buồng

đốt luôn âm khi hoạt động đặt biệt lúc nạp liệu để tránh khí nóng lọt ra, khí lạnh ở ngoài lọt vào lò

Khói thải trong lò đốt chất thải rắn công nghiệp nguy hại ở nhiệt độ trung bình khoảng 300 0C, chọn áp suất 3 at (300 KN/m’) Vay ta tính được thể tích của khói thải:

h 831.107 (+273) |

V=

¿.101 nx f() (m/s)

Lập bảng thành phần khói thải sinh ra trong | giay:

Bảng 13: Thành phần các khí sinh ra trong buồng đốt trong thời gian ] giây

Chất l Khối lượng (kg/h) Số mol (mol/s) Thé tich (m’/s)

co, [3 67(C,.Gor + 0,865.G,) 23.10°(C Go, + 0,865.G,) f(Đ.Teo;

Trang 30

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết lò đết chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

4.2.5 Tính thể tích buồng đốt và phụ kiện

* Thể tích buồng đốt sơ cấp

Quá trình đốt chất thải và dau trong buồng đốt đã sinh ra một lượng nhiệt rất lớn, tổng lượng nhiệt sinh ra được phân bố cho 2 buồng đốt Do ở buồng đốt sơ cấp thực hiện quá

trình đốt chủ yếu để chuyển những thành phần chất thải rắn và gia nhiệt cho ẩm trong

chất thải để chuyển sang dạng chất khí nên lượng nhiệt cần sử dụng nhiều hơn, trong

tính toán thường chọn lượng nhiệt ở buồng đốt sơ cấp chiếm từ 75 - 80% tổng lượng nhiệt

Thể tích buồng đốt sơ cấp được tính theo công thức:

Var = 2 y (m?)

trong đó: Vig : là thể tích của buồng đốt sơ cấp, (m”)

Q¡: Lượng nhiệt sinh ra trong Ì giờ ở buồng đốt sơ cấp, (kcal/h) ạ, : là nhiệt thế thể tích , (w/m?)

Tổng lượng nhiệt sinh ra trong buồng đốt sơ cấp là tổng lượng nhiệt đưa vào buồng đốt, giả sử lượng nhiệt sinh ra trong 1 giờ ở buồng đốt thứ cấp bằng 80% tổng lượng nhiệt sinh ra trong buồng đốt Vậy ta có: 9, = 0,75.Qm:

Tra bảng nhiệt thé thé tích của các lò công nghiệp, ta có với lò đốt chất thải rắn công

nghiệp nguy hại là loại lò thông sử dụng nhiên liệu đốt là dầu DO, vì vậy chọn nhiệt thế thể tích của lò là: = 350.10” kcal/m°h, [8]

Ngoài ra, cần phải tính đến thể tích chất thải rấn công nghiệp nguy hại chiếm chỗ, hệ số ảnh hưởng công suất và hệ số ảnh hưởng thời gian

- Thể tích chất thải rắn chiếm chỗ được tính theo: Vi= Ga et (m)

MDa

Trọng lượng riêng chất thải rắn công nghiệp nguy hại có giá trị trung bình là 0,3 tấn/m”

(từ 125 — 350 kg/m”), theo điều tra và phân tích thì dự báo trọng lượng riêng của chất

thải rắn công nghiệp nguy hại có xu hướng giảm Giá trị trung bình: ø„ =300 kg/m' n: Là số lần nạp chất thai ran trong | gid, chon n = 2 (lần)

- Khi có tính đến hệ số ảnh hưởng công suất và hệ số ảnh hưởng thời gian thì thể tích

Van + V, (m)

thực của buồng đốt sơ cấp là: Vi = LE

p2

Trang 31

nghệ và thiết kế chỉ tiết lò đốt chất thái công nghiệp UCE công suất 80kg/h

- Thông thường khi thiết kế lò đốt rác công nghiệp thì thể tích của lò có thể tính toán

dựa vào các hệ số kinh nghiệm:

Vscctp = Gor*TSkn/NSkn

TSkn: Là hệ số thiết kế kinh nghiệm Chọn TSkn = 1,15

NSkn: Là năng suất thiết kế kinh nghiệm: chon NSkn = 90

* Thể tích buồng đốt thứ cấp

Thể tích của buồng đốt hit cap tinh theo công thức sau: J„„ =rJ„„ (m”)

trong đó: z: là thời gian lưu của dòng khói ở trong buồng đốt thứ cấp, giả sử thời

gian lưu của khói thải là I giây

Vụ: là lưu lượng của đồng khói, (m'⁄s)

Khi có kể đến ảnh hưởng của công suất và ảnh hưởng của thời gian (chọn giá trị k; =

0,9 và k; = 0,95) thì ta có thể tích thực của buồng đốt thứ cấp là:

Vu 2

Vig = bd2 k, ky (m’)

Có thể tính theo kinh nghiệm thực tế: Vu„„ø = 0,4*V sua, 2 Tính diện tích đáy buồng đốt sơ cấp: Chọn

3 Tính chiều cao buồng đốt sơ cấp huy = = (m)

hdl

trong đó: — WV%„,: Là thể tích thực của buồng đốt sơ cap, m*;

Sma i La điện tích mặt đáy thực của buồng đốt, mỶ * Cấu tạo tường buồng đốt

Từờng buồng đốt chất thải rắn công nghiệp nguy hại phải đảm bảo sự cách nhiệt tốt

giảm sự mất mát nhiệt ra mơi trường bên ngồi phải được kết cấu bằng vật liệu chịu được nhiệt độ cao

Tính toán chiều đày tường buồng đốt theo phương thức truyền nhiệt, nhiệt lượng trong buồng đốt truyền ra ngoài qua nhiều lớp tường theo phương thức dẫn nhiệt và đốt lưu Các kích thước lựa chọn của các lớp vật liệu như sau:

e® Lớp bê tông chịu lửa đ, = 0.25 m;

© Lớp bông thủy tinh cách nhiệt 5, =0.05 m; se Lớp cách nhiệt ổ, = 0.05 m;

Trang 32

Báo cáo thiết kế cộng nghệ và thiết kế chỉ Hết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

tuC ! À he As ha

Hình 3: Cấu tạo tường lò đốt

Như vậy ta có tổng bề dày của tường buồng đốt là : ð =ỗ +ổ; tổ; +ổ,

Nhiệt độ bên trong lò đốt: t, = 800°C

Nhiệt độ bên ngoài lớp cách nhiệt: t, = 70°C

Nhiệt độ môi trường lò 30°C * Tính quạt Quạt cấp không khí Lượng khí đủ để đốt 1kg dầu DO tính bằng công thức Rosin Vụ"= 0.8(g°p/1000)+2 mÌtc/kg Lượng khơng khí thực tế (lấy hệ số dư ơ =1.I-1.4 hay chọn =1.25) Vick = Vụ *Gp

Luong không khí để đốt hòan toàn | kg rac được tính theo công thức thực nghiệm:

Vix? a(Quie + Qin)/1000 , a: hé s6=1.1

Lượng không khí thực tế với hệ số ơ = I.L-1.4 hay chọn = 1.4 Vự"=g* Vựự9

Lượng không khí thực tế cháy hòan tòan NS„ kg rác/h Vụ =G«r* Vụ"

Tổng thể tích khí cần cấp để cháy hòan tòan rác và dầu DO h Tàn

Vụ quạt = Vint Vix! (m*/h)

Tinh quạt đẩy tăng cường - hay quạt hút khí cháy :

Được tính qua các công thức tính sản phẩm cháy dầu DO và Rác

Trang 33

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết lò đốt chat thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

4.2.6 Tháp hấp thụ

Nguyên lý hoạt động: Hỗn hợp khí từ lò đốt ra được quạt thổi vào tháp dang xyclon theo phương tiếp tuyến với thân hình trụ của thiết bị nên sẽ chuyển động xoáy ốc bên trong thiết bị Do chuyển động xoáy, các hạt bụi chịu tác dụng của lực ly tâm làm cho chúng văng về phía thành hình trụ của cyclon rồi chạm vào đó và được tách ra khỏi dòng khí Dưới tác dụng của trọng lực, các hạt bụi này sẽ rơi xuống đáy Khí vào phân xyclon của tháp có nhiệt độ khoảng 450°C-500°C, tháp được chế tạo có vỏ nước làm

lạnh bên ngoài cho phép làm nguội khí xuống tiếp xuống khoảng 360°C Dòng khí có

nhiét d6 360°C được tiếp tục đưa vào phần trên tháp hấp thụ rỗng phun, nước/hoặc

dung dịch xút loãng được phưn từ trên xuống qua các mỏ phun Nước tiếp xúc với dòng khí đi từ dưới lên Khi đó, khí SO; sẽ được hấp thụ vào nước hoặc tạo phản ứng với Na(OH) tạo NaSO; Một phần bụi cũng được tách ra khỏi dòng khí Phần khí còn lại đi

lên phía trên, qua phần tách giọt rồi ra khỏi tháp Như vậy, thành phần dòng khí đi ra

khỏi đỉnh tháp chủ yếu là CO;, CO và NO,, hàm lượng bụi và SO; hầu như là còn rất

nhỏ, không đáng kể Nước thải và cặn ở đấy tháp hấp thụ được dẫn về bể lắng tập

trung Lượng cặn của bể định kỳ 2-3 năm sẽ được hút sang sân phơi bùn Tính toán tháp hấp thụ - đường kính tháp: 47, D = Ka O.,n hay D= Mea 0,785.0,

Trong d6, Vx, : thé tich khi & diéu kién thuc té ra khdi thép

@, : van t6c khi di trong thap

Thường đối với tháp rỗng : œ = 0,6 — 1,2 m/s Chon w, = 1 m/s

Nhiệt độ khí vào tháp: '„ = 1000°C Nhiệt độ khí ra khỏi tháp: t”x = tao,

Trang 34

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chỉ tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

Chiều cao của tháp được tính theo số đơn vị chuyển khối - Luong chat di chuyén qua | phan to bé mat dF là: dG = K,.dF (y—y’) Với K„: hệ số chuyển khối Ky = ——— m ll 4 B, EB, Trong hệ thống có hấp thụ theo phản ứng hoá học nên E rất lớn m > << I/ By > có thé bd qua —"— > K, =, Mặt khác, dG có thể được tính theo công thức: dG = - G,.dy = - G.dy —> - G.dy = B,.dF( y - y’) B dy > +dF= 5 y-y Tich phan 2 vé: F (fear = mm a G yor -¥ Với y`=0 Py pap Xo G y

- Bé mặt tiếp xúc pha F = a.V = a.H.S

Trong đó, a: bề mặt tiếp xúc pha riêng ( m'/ m”)

H: chiều cao của tháp , m

S: tiết diện ngang của tháp, S=0,785.Dˆ (m?)

> & a.H.S = In “

Trong đó, G: lưu lượng khí vào, G=L„ (m3⁄s)

: a: d6i voi thap réng phun a = 100 m?/ mỶ

B, = (1- 3).10? m/s

—> a.B, = (1-3) s”

Chọn a.B,= 1s”

G Ine = Sy 0,785xD* 300 =————xiIn L, cSO, (m)

Trang 35

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

PHAN Il KET QUA THIET KẾ - CHẾ TẠO LÒ ĐỐT CHẤT THAI

UCE 80KG/H 1 Thông số kỹ thuật của lò đốt UCE80kg/h

Thiết kế lò đốt rác thải công nghiệp công suất 70-80kgih :

Tuân thủ tính toán cân bằng vật chất - năng lượng (Xem phụ lục chương trình tính)

Bảng 2.13 Thông số kỹ thuật lò đốt UCE 80 | Lưu lượng gió điều chỉnh qua van điều khiển Ký hiệu lò đốt UCE-80 | Công suất: Công suất thiết kế: 80-100 kg/h Công suất vận hành: 70-80 kg/h CINH Công nghệ đốt: Đốt đa vùng, gồm buồng đốt sơ cấp: nhiệt phân, đốt CÍNH đa

vùng ở 800 - 850°C; buồng thứ cấp đốt khói 1000 - 1050°C Thời gian lưu khói >Ì.5s

Đầu đốt - Ý `] Loại Riello Press (2 cấp điều chỉnh ở cả sơ cấp và thứ cấp)

Nhiên liệu đốt: Dau diezen (DO)

Hệ thống cấp gió: | Cấp khí cho buồng đốt sơ cấp và buồng đốt thứ cấp Đẩy gió tăng cường Hồi lưu khí thải, tận dụng nhiệt Vật liệu chịu nhiệt: Bê tông chịu nhiệt 250mm Bông cách nhiệt, đệm 100mm Xử lý khói thải: Hai cấp: lưu nhiệt - lắng bụi xyclon và hấp thụ dung dịch kiểm Mức độ tự động

hoá - Điều khiển chế độ đốt tự động Kiểm sóat các thông số:

Nhiệt độ buồng đốt sơ và thứ cấp, nhiệt độ ống khói Đo khí thải

và chế độ đốt bằng máy IMR-2800P:

+ Nồng độ oxy, Mức độ đốt cháy hoàn toàn, Độ tổn thất nhiệt

+ Nồng độ khí thải CO, CO;, NO;, NO,, H;S, nồng độ CH

- Các thông số điều khiển quá trình được hiển thị lên màn mình và

in ra giấy, Bộ phận kiểm tra nhiên liệu đốt Bộ phận dập lửa bằng

Trang 36

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chỉ tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg /h

[ các thiết bị phụ trợ | Tháp, bồn nhiên liệu, hệ cứu hoả, xịt nước rửa, thoát nước thải

Chế độ vận hành Tự động và bán tự động Nạp liệu tự động: 50kg/h, 2 lan/h Tro xi

trượt ra cửa mở của thoát tro 1-2 lần/ngày Cấp nhiên liệu tự động qua bơm đầu

4

Bản vẽ Thiết kế kỹ thuật lò đốt UCE 80 (Xem phụ lục)

2 Mô tả kỹ thuật lò đốt UCE

Lò đốt chất thải UCE cơng suất §0 kg/h gồm các bộ phận chính như sau: Bộ phận nạp rác tự động Buông đốt sơ cấp Buông đốt thứ cấp Buông lưu nhiệt Hệ thống xử lý khí thải và Ống khói Hệ thống cấp khí Tủ điều khiển NRW WN mm

Buéng dét so cấp có dung tích trong 1.6 m’, kích thước trong 1.1m x L.imx 1.3m được lót lớp bê tông chịu nhiệt dày 250 mm, chịu được 1450°C Tiếp theo là lớp bông

thuỷ tỉnh dày 50mm.Vỏ ngoài làm bằng thép CT3, phủ sơn cách nhiệt Vòi đốt hai cấp 15/30 kg/h Bung đốt sơ cấp có tác dung dé khí hoá các chất nguy hại, được duy trì ở nhiệt độ 550-850”C Khi nhiệt độ lò đạt 550°C voi đốt chỉ hoạt động một cấp Khi nhiệt độ vượt quá 850 °C cả hai cấp tự động ngừng hoạt động, rác tự cháy Khi nhiệt độ hạ xuống dưới 850, vòi đốt tự động khởi động lại

Buông đốt thứ cấp có dung tích trong 0.66 mỉ, kích thước trong 0.8m x 0.7m x

1.1m được lót lớp bê tông chịu nhiệt dày 250 mm, chịu duge 1 600°C, tiếp theo là lớp bông thuỷ tỉnh dày 50mm Vỏ ngoài làm bằng thép CT3, phủ sơn cách nhiệt Vòi đốt hai cap 15/30 kg/h Buông đốt thứ cấp có tác dụng đốt cháy khí thải đi từ buông so cấp sang Buông đốt thứ cap dugc duy tri nhiét độ từ 1050-1150%C

ˆ Buồng lưu nhiệt có đường kính trong 0.5m, dài 3.0m, được lót lớp bê tông chịu

nhiệt day 150mm V6 ngoài bằng inox Khí thải đi từ buồng thứ cắp được đi vào buồng

lưu nhiệt và do được bảo ôn nên khí thải tiếp tục được đốt cháy Một quạt cấp khí được

bổ sung không khí vào buồng để sự cháy tiếp tục xây ra hoàn toàn Sau khi đi ra khôi

buồng lưu nhiệt, nhiệt độ đã được giảm bớt trước khi đi vào tháp xử lý khí

Tháp xử lý khí được thiết kế tổ hợp được hai công năng là xyclon tách bụi và tháp

xử lý ướt Tháp làm băng inox gồm hai lớp vỏ Khí thải từ tháp xử lý đi lên ông khói làm băng inox đường kính 400mm, cao 15m

Hệ thống cấp khí gồm các quạt đây để đưa khí: a vào 2 buồng đốt, b vào buồng lưư

nhiệt và tang tốc khí thải sau khi xử lý ướt Lưu lượng các quạt được điều chỉnh cung

cấp đủ oxy dé quá trình đốt cháy xây ra hoàn toàn : -

Trang 37

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chỉ tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

3 Vận hành

Khởi động vòi đốt thử cấp và hệ thống cấp khí để nâng nhiệt độ buồng đốt thứ cấp Khi nhiệt độ lớn đến 800°C thì khởi động buồng sơ cấp Khi nhiệt độ buông thứ cấp đạt đến

1000°C tiến hành nạp rác vào lò

Đây thùng chứa rác vào cơ cau nang rac Co cau nâng rác nhận được tín hiệu sẽ khởi động hệ thông nạp rác: Bơm thuỷ lực hoạt động vả thực hiện chu trình nạp rác theo thứ tự như sau; - Liico cau day rác về vị trí xuất phát - Nang thùng chứa rác - Nghiêng thùng chứa rác -_ Chờ cho rác đỗ xuống, thời gian chờ là 20s -_ Nâng cửa lò - Diy rac vào lò -_ Lùi nạp rác về vị trí xuất phát - _ Đóng cửa lò - Ha thing nạp rác về vị trí xuất phát 4 Cấu tạo Các bộ phận khác

4.1 Cấu tạo bộ phận nạp liệu

Lò đốt chất thải rắn công nghiệp nguy hại là loại 16 đốt có công suất trung bình, nhưng

việc cấp chất thải yêu cầu phải đảm bảo thời gian và khối lượng chất thải cấp vào Vì vậy cần thiết kế hệ thống cấp chất thải tự động, nhằm đảm bảo sự hoạt động tốt nhất đối với lò đốt và giảm nhẹ công việc cho công nhân vận hành Hệ thống cấp chất thải là

hệ thống thuỷ lực, các đặc tính cơ bản của hệ thống cấp chất thải như sau:

- _ Công suất nâng chất thải cực đại : 50 kg

- Dung cu nâng: thùng nhựa cứng đựng chất thải loại 240 lít

-_ Thời gian nâng đổ chất thải : 2 phút

- _ Chế độ vận hành : điều khiển tự động hoàn toàn - Hành trình đẩy cực đại: 1,4m

- _ Thời gian đẩy chất thải vào - lùi ra: 2 phút 4.2 Hệ thống đóng mở cửa buồng đốt

Hệ thống đóng mở cửa buồng đốt là hệ thống thuỷ lực có khả năng mở của buồng đốt ` để đưa chất thải vào trong buồng đốt, đảm bảo đúng chu kỳ cấp chất thải

Các đặc tính cơ bản của hệ thống đóng và mở cửa buồng đốt như sau:

Trang 38

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chí tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE cong suat 80ke/h

- _ Thời gian nâng lên để mở cửa: 2 giây

- _ Chế độ vận hành: Tự động

- Kích thước cửa nạp liệu:700mm x800mm xI00mm

4.3 Bộ phan thai tro, xi

Sau khi CTNH cháy kiệt sẽ hình thành một lượng tro xi, phần lớn lượng tro xỉ này tập trung ở đáy buồng đốt, còn một phần tro bay theo khói Quy trình thải tro xỉ có thể chia

thành các giai đoạn sau:

- Khi chất thải đã cháy hết ở buồng đốt sơ cấp, tro xi trượt xuống cuối buồng đốt sơ cấp để chất thải thực hiện giai đoạn cháy kiệt

- _ Sau khi chất thải đã cháy kiệt, chất thải dồn vào phần cuối buồng đốt qua máng nghiêng và tháo ra ngoài khi mở cửa xả xỉ Tro xỉ được đem đi chôn lấp đặc biệt theo quy định quản lý CTNH

4.4 Bộ phận cấp không khí

Lò đốt CTCN - UCE 80kg/h lắp đặt 4 quạt gió Có nhánh hồi lưu khí thải từ buồng khói về buồng đốt sơ cấp Các ống cấp nhánh có van điều khiển lưu lượng bằng tay, không khí được cấp vào buồng đốt sơ cấp và hai đường ống nhánh cũng có van điều

chỉnh cấp gió cấp 2 cho hai đầu đốt ở buồng đốt thứ cấp Ngoài ra còn có quạt vào buồng lưu nhiệt, quạt tăng cường sau xử lý khí thải

Chế độ cấp không khí điều chỉnh tự động lưu lượng cấp không khí trên đường ống chính theo chương trình đã được cài đặt trong bộ điều khiển trung tâm và chế độ điều chỉnh bằng tay của công nhân vận hành Chế độ cấp không khí trong cấc đầu đốt được

điều chỉnh tự động tương ứng với lượng dầu cấp vào 4.5 Bộ điều khiển kiểm tra - điều khiển tự động

+ Can nhiệt cho buồng đốt sơ cấp và thứ cấp + Bộ phận kiểm tra nhiên liệu

+ Hệ thống điều khiển dừng - khởi động lò đốt

+ Hệ thống điều khiển nạp rác tự động

+ Bộ phận báo đèn làm việc bình thường và sự cố

Sơ đồ khối lập trình điều khiển quá trình đốt (Phụ lục 2)

4.6 Bộ phận cấp nhiên liệu

Nhiên liệu được sử dụng trong lò đốt chất thải rắn công nghiệp nguy hại là loại dầu DO

ít lưu huỳnh Lượng dầu đốt trung bình là 25 — 30 kg/h 4.7 Đâu đốt

Trang 39

37-Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chỉ tiết là đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kpg/h

nhiệm vụ cấp dầu vào buồng đốt dưới dạng các hạt mù để tạo điều kiện thuận lợi cho

quá trình cháy, tác nhân gây mù là không khí Trên cơ sở tính toán lượng dầu đốt bổ

sung cho quá trình cháy từ khỏang 30 kg/h nhiệt độ cao nhất phải duy trì từ 1050 — 1100 °C, ta lua chọn đầu đốt đốt điều khiển 2 cấp, lắp đặt tại buồng đốt sơ cấp;

4.8 Buồng lưu nhiệt

Sau buồng thứ cấp khí được vào buồng lưu nhiệt để cháy tiếp Sau buồng lưu nhiệt, một

lượng khí được cấp để tảng cường oxy cho quá trình đốt kiệt khí cháy và làm nguội đòng khí thải

Thể tích buồng lưu nhiệt là 8.5 m3, L=3000 mm D=600 mm

4.9 Tháp hấp thụ - ống khói

- Chiều cao thực của tháp: 1500mm, Đường kính: 800mm

- Lớp vô: Hai lớp, lớp ngoài áo nước Vật liệu: Inox

- Ong khoi: D=400mm, H=15000mm, cé bd phan chống sét

5 Tính toán tối ưu nạp liệu đốt chất thải — kiểm soát khí thai

$.1 Cơ sở lý thuyết

Mỗi loại chất thải mang đốt đều chứa thành phần các nguyên tố C, H, O,N,S§,N, P

chất tro, độ ẩm và các nguyên tố khác với tổng thành phần là 100% Vì vậy khi chất thải cháy cùng nhiên liệu đốt rắn/lông với nhiệt trị Q(kcal/kg) long/ran tính được qua ty

lệ của thành phần nhiên liệu -Q được xác định theo công thức thực nghiệm Mendeleev:

Q=81.C; + 246H; - 26(O;— S,)— 6W; (keal/kgNL)

công thức Mendeleev tại nhiệt độ nhất định sản phẩm của quá trình cháy là các khí thải gồm: CO;, CO, H;O, SO2, NO, có nồng độ [Nồng độ khí CO;]= f, (C, H, O, N, P, S

các chất khác, độ tro, độ ẩm) là hàm của thành phần rác thải đưa vào

Hàm kinh nghiệm f; với ¡ = 1 — m loại khí, được xác định trên cơ sở các số liệu thực nghiệm đốt các rác thải có thành phần khác nhau và đo nồng độ khí thải tương ứng của nó Số liệu nghiên cứu thực nghiệm (n = 11 — I5 thí nghiệm) về nồng độ khí thải CO;,

CO, HO, SO;, NOx ( I- m loại khí thải) đốt các rác khác nhau: bông thủy tinh, gang

tay cao su, cặn sơn, dầu thải, vải nhựa thải, da giầy thải và thành phần tương ứng của

chúng trong nghiên liệu được tổng kết tại bang 4.1

$.2 Tìm mô tả tóan học hàm kinh nghiêm:

f, = [nồng độ khí thải] = f, (C, H, O, N, P, S các chất khác, độ tro, độ ẩm)

Đánh giá mức độ phù hợp của mô tả tóan học đạt được trên các tiêu chí về tương quan

có ý nghĩa thống kê giữa dãy số liệu đo đạc thực nghiệm và tính tóan lý thuyết theo mô

Trang 40

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chỉ tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

hình hàm kinh nghiệm (tính tóan lý thuyết) Mô tả tóan học về nồng độ khí thải và thành phần nguyên liệu ở dạng tổng quát là

#,(nongdo) = Á, C* Hs o* N* S (yto#)” tro® Am® J; (nongdo) : Là hàm số nông độ cia chat khi i

C,H,O,N,S, : Là thành phần của các nguyên tố trong rác thải mang đốt Ay, Ag, ., Ay: Là hệ số thực nghiệm tương ứng với các thành phần của rác Xác định được các hệ số thực nghiệm A,, A¿, , A, khi đốt các rác khác nhau, với với thành phần rác thải bất kỳ sẽ xác định được nồng độ của các chất khí tương ứng thông qua hàm số /, (nongdo)

Vậy từ thành phần nguyên liệu rác thải khi nạp liệu tính được nồng độ khí thải và

ngược lại qua bộ các hệ số thực nghiệm thực nghiệm ta có thể thiết lập hai bài tóan tối

ưu có ý nghĩa ứng dụng thực tế cho các cơ sở xử lý chất thải công nghiệp và chất thải

nguy hại

5.3 Thiết lập bài toán tối ưu

Trên cơ sở biết các hàm f, ( C, H, O,N, S, P khác, tro, ẩm) ¡ = 1-m loại khí hình thành

Và giải hai bài tóan:

1 Xác định thành phần cháy của hồn hợp chấy tối ưu với nhiệt trị riêng Q

(kcal/kg) trong khoang nhiét trị yêu cầu = 3500 — 8000 kcal /kg, khí thải CO¿,

SO;, NO, đạt Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) cho phép

2 Xác định thành phần phối trộn các chất thải rấn công nghiệp hiện có để đạt - thành phần cháy tối ưu đã tim ở bài I (theo các mức nhiệt trị khác nhau

Q=3500-8000kcal/kg) sao cho khi thai dat TCVN -c Sơ đồ tính tóan

Nhập bảng số liệu: rác - thành phần, kết quả đo khí

Xác định hàm kinh nghiệm A; ( = 1 — 9) là các hệ số trong phương trình nồng độ

khí: [nồng độ khí] = f7, H, O, N, § tro, ẩm)

Giải hệ phương trình theo phương pháp bình phương tối thiểu, hàm mục tiêu: tổng

chênh lệch giữa giá trị tính lý thuyết và thực nghiệm là nhỏ nhất

Ngày đăng: 24/03/2014, 04:21

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w