Tính toán thiết kế thiết bị xử lý khí thải lò đốt rác nhiệt phân tĩnh 2 cấp

Nhiệt độ từ động cơ truyền cho nước làm mát có thể coi gần bằng số nhiệt lượng đưa qua bộ tản nhiệt truyền vào không khí, lượng nhiệt truyền cho hệ thống làm Nhiệt độ từ động cơ truyền cho nước làm mát có thể coi gần bằng số nhiệt lượng đưa qua bộ tản nhiệt truyền vào không khí, lượng nhiệt truyền cho hệ thống làm mát của động cơ xăng chiếm khoảng mát của động cơ xăng chiếm khoảng

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MƠI TRƯỜNG MƠN: THỰC HÀNH XỬ LÝ KHÍ THẢI ĐỒ ÁN MƠN HỌC ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ THẢI LỊ ĐỐT RÁC NHIỆT PHÂN TĨNH CẤP Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí MỤC LỤC PHÂN MỘT: TỔNG QUAN VỀ LÒ ĐỐT RÁC NHIỆT PHÂN TĨNH CẤP Ưu điểm lò đốt nhiệt phân tĩnh cấp Cơ sở lý thuyết trình nhiệt phân Các giai đoạn trình đốt chất thải lò nhiệt phân cấu tạo lò đốt rác nhiệt phân tĩnh PHẦN HAI: XỬ LÝ KHÍ THẢI LỊ ĐỐT RÁC Y TẾ NHIỆT PHÂN TĨNH HAI CẤP I THÀNH PHẦN, LƯU LƯỢNG VÀ NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT TRONG KHÓI THẢI .8 II LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ: .12 Phương pháp xử lý ướt 12 Phương pháp xử lý khô 12 III TÍNH TỐN .16 Khí (rác + dầu DO) 20 THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 23 THÁP PHUN RỖNG 28 HẤP PHỤ 31 TÍNH ỐNG KHĨI 45 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .46 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG Hình minh họa Khu xử lý rác thải y tế bệnh viên 175 Bảng 1: Thành phần, lưu lượng nồng độ chất khói thải cần phải xử lý Bảng 2: So sánh nồng độ chất ô nhiễm với nồng độ quy chuẩn 11 Sơ đồ cơng nghệ xử lý khí thải: .13 Bảng 3: Thành phần rác thải y tế: lò đốt rác chất thải y tế 16 Bảng 4: Thành phần cháy dầu DO .19 Biểu đồ: Đường hấp phụ đẳng nhiệt CO .35 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, tốc độ thị hố, cơng nghiệp hố thành phố khu đô thị Việt Nam gia tăng mạnh mẽ có xu hướng tiếp tục tăng mạnh mẽ năm tới Cùng với phát triển cơng nghiệp hố thị hố, nhiều loại chất thải khác sinh từ hoạt động người có xu hướng tăng lên số lượng, từ nước cống, rác sinh hoạt, phân, chất thải công nghiệp đến chất thải độc hại rác y tế Nếu ta khơng có phương pháp đắn để phân huỷ lượng chất thải gây nhiễm mơi trường vượt khả phân huỷ tự nhiên Chất thải rắn y tế (CTRYT) loại chất thải nguy hại Trong thành phần CTRYT có loại chất thải nguy hại như: chất thải lâm sàng nhóm A,B,C,D,E Các loại chất thải đặc biệt chất thải nhiễm khuẩn nhóm A, chất thải phẫu thuật nhóm E có chứa nhiều mầm bệnh, vi khuẩn gây bệnh thâm nhập vào thể người nhiều đường nhiều cách khác Các vật sắc nhọn kim tiêm… dễ làm trày xước da, gây nhiễm khuẩn Đồng thời, thành phần chất thải y tế có loại hố chất dược phẩm có tính độc hại như: độc tính di truyền, tính ăn mịn da, gây phản ứng, gây nổ Nguy hiểm loại chất thải phóng xạ phát sinh từ việc chuẩn bệnh hình ảnh như: chiếu chụp X-quang, trị liệu… Cho đến nay, chôn lấp biện pháp xử lý chất thải rắn phổ biến nhiều nước giới có Việt Nam Ưu điểm cơng nghệ chơn lấp tốn xử lý nhiều loại chất thải rắn khác so với công nghệ khác Tuy nhiên hình thức chơn lấp lại gây hình thức ô nhiễm khác ô nhiễm nước, mùi hôi, ruồi nhặng, côn trùng…Hơn nữa, công nghệ chôn lấp áp dụng để xử lý triệt để loại chất thải y tế, độc hại Ngoài trình thị hố hiên nay, quỹ đất ngày thu hẹp, dẫn đến khó khăn việc lựa chọn vị trí làm bãi chơn lấp rác Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Vì vậy, áp dụng số biện pháp xử lý rác khác song song với chôn lấp nhu cầu thiết thực Công nghệ đốt chất thải rắn, công nghệ thay thế, ngày trở nên phổ biến ứng dụng rộng rãi đặc biệt với loại hình chất thải rắn y tế độc hại Công nghệ đốt chất thải rắn tốn kèm với biện pháp khai thác tận dụng lượng phát sinh trình Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí PHÂN MỘT: TỔNG QUAN VỀ LỊ ĐỐT RÁC NHIỆT PHÂN TĨNH CẤP Hình minh họa Khu xử lý rác thải y tế bệnh viên 175 Ưu điểm lò đốt nhiệt phân tĩnh cấp - Các q trình sấy, hố khí, cháy, đốt cặn than (hắc in) xảy buồng sơ cấp, xáo trộn nên giảm bụi phát sinh đáng kể đốt ưu điểm hẳn công nghệ đốt khác Hiệu xử lý chất thải cao nhờ có q trình kiểm sốt chế độ nhiệt phân buồng sơ cấp trình cháy hồn tồn buồng thứ cấp - Q trình nhiệt phân buồng sơ cấp tiến hành nhiệt độ thấp tăng tuổi thọ lò đốt giảm chi phí bảo trì - So với cơng nghệ đốt lị quay đốt tầng sơi thời gian lò nhiệt phân tĩnh kéo dài hơn, việc chế tạo, vận hành, bảo trì lị đơn giản Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí -Chính nhờ ưu điểm bật nên ngày lò đốt ứng dụng nguyên lý nhiệt phân áp dụng rộng rãi giới để xử lý chất thải nguy hại Cơ sở lý thuyết trình nhiệt phân Phản ứng nhiệt phân chất thải rắn mô tả cách tổng quát sau: Chất thải Các chất bay (khí gas) + cặn rắn Trong đó: khí gas gồm: CHx, H2, COx, NOx, SOx nước cặn rắn: carbon cố định + tro Các giai đoạn trình đốt chất thải lò nhiệt phân Tại buồng sơ cấp: Các trình xảy gồm: Sấy (bốc nước) phân hủy nhiệt tạo khí gas cặn cácbon (trong điều kiện thiếu oxy) đốt cháy cặn cácbon thành tro Tại buồng thứ cấp: Q trình đốt cháy hồn tồn hỗn hợp khí gas điều kiện nhiệt độ cao dư ơxy cấu tạo lị đốt rác nhiệt phân tĩnh  Lò đốt chia làm buồng: Buồng đốt chính: Gồm giai đoạn + Giai đoạn 1: Chất thải sấy khô + Giai đoạn 2: Cháy khí hóa Buồng đốt sau: Gồm giai đoạn + Giai đoạn 3: Phối trộn + Giai đoạn 4: Cháy dạng khí + Giai đoạn 5: Ơxi hố hồn tồn  RTYT nguy hại đựng túi nhựa PP PE màu vàng (không dùng túi PVC để tránh khả tạo thành Dioxin q Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí trình đốt) theo qui định Bộ Y tế Trọng lượng 3-5kg/túi  Nạp RTYT theo mẻ 60 kg/lần, đốt Sau mở cửa nạp liệu tiếp tục cho rác vào đốt liên tục Tạo áp suất âm buồng đốt (0,1 at).Nhiệt trị rác khô: 1.422 KCal/kg Tỷ trọng RTYT nguy hại: 0,13 t/m3  Sau đốt khơng có tro hữu cơ, tro vơ đưa ngồi theo ca làm việc Nhiệt độ buồng đốt định trước tự ngừng nạp nhiên liệu đốt buồng đốt đạt nhiệt độ cần thiết Thời gian lưu khí buồng cấp II 2-3 giây Có hệ thống báo động cố điện, nước xảy Tận dụng nhiệt khí lị - hạ nhiệt độ khí lị để nâng cao hiệu xử lý khí Khí thải sau xử lý khơng màu, khơng mùi đạt tiêu chuẩn mơi trường Vận hành an tồn, vệ sinh đơn giản Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí PHẦN HAI: XỬ LÝ KHÍ THẢI LỊ ĐỐT RÁC Y TẾ NHIỆT PHÂN TĨNH HAI CẤP I THÀNH PHẦN, LƯU LƯỢNG VÀ NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT TRONG KHÓI THẢI Khói thải sản phẩm chất thải đưa vào lị đốt Khói thải lị đốt rác chứa khí thải đặc trưng: -CO: Lượng CO phụ thuộc vào điều chỉnh kiểm sốt lị đốt Lượng CO khống chế tối thiểu ( gần hồn tồn khơng có) lị đốt tiên tiến, có kiểm sốt tốt q trình cháy -Bụi: Do thành phần tro sinh từ trình cháy Nồng độ bụi phụ thuộc nhiều yếu tố nguyên liệu, chế độ cấp gió, cấu trúc, nhiệt độ lị…Đối với lị đốt hiệu cao lượng bụi khoảng 550 – 650 mg/m3 Có thể giảm lượng bụi thải môi trường phận lọc -SO2: Chất thải rắn sử lý thường chứa sulphur Lượng SO2 tạo ta chủ yếu phụ thuộc nhiên liệu đốt Hệ thống xử lý theo phương pháp phun ướt có khả loại bỏ SO2 cao -HCl: Lượng HCl phụ thuộc lượng chất thải đem đốt, chủ yếu lượng PVC chất thải Hệ thống phun ướt loại HCl Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí -NOx: Lượng NOx sinh phụ thuộc vào nhiệt độ cháy thời gian lưu cháy lò đốt Thiết bị loại bỏ NOx đắt tiền, thường lắp đặt lò đốt lớn Lượng NOx sinh từ rác thải y tế thường -Dioxin: Đây hợp chất hữu có tính độc cao.Những lò đốt với nhiệt độ 8500C đốt hợp chất Hiệu đốt Dioxin phụ thuộc vào thông số thời gian lưu cháy, lượng oxy Khi đạt đuợc thông số: nhiệt độ 8500C – 11000C, thời gian lưu cháy giây, lượng oxy khí cháy – 12% lượng Dioxin cịn lại khí thải thấp -Kim loại nặng: Hàm lượng kim loại nặng khói thải lò đốt rác y tế thấp, giới hạn cho phép không cần qua xử lý  Thành phần, lưu lượng nồng độ khí thải Bảng 1: Thành phần, lưu lượng nồng độ chất khói thải cần phải xử lý Thành phần Kmol/s n.m3/s Bụi mg/n.m3 660 CO2 9,72.10-4 0,0218 255331 H2 O 7,4675.10-4 0,0167 80248 SO2 1,052.10-5 2,252.10-3 4018 NOx 5,757.10-3 0,129 962364 10 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí a1*, kg/kg p1, mmHg a2*, kg/kg p2, mmHg 0,103 0,105 0,0916 7,4755 0,122 0,223 0,1085 10,4591 0,208 0,1851 20,4207 0,233 0,2073 33,3282 0,262 0,2331 51,6111 0,276 13 0,2456 64,0854 0,294 19 0,2616 75,9006 0,318 33 0,2829 97,0845 0,338 42 0,3007 108,1059 0,359 50 0,3194 116,8455 Dựa vào điểm tìm được, ta vẽ đường hấp phụ đẳng nhiệt CO: Hình : Đường hấp phụ đẳng nhiệt CO 36 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Theo TCVN 5940 – 1995: Chất lượng không khí Tiêu chuẩn khí thải công nghiệp chất hữu cơ, nồng độ cho phép CO: C c  260(mg / m ) Chọn η = 90% Theo QCVN 02:2008 / BTNMT chất lượng khơng khí Tiêu chuẩn khí thải cơng nghiệp chất hữu cơ, nồng độ cho phép CO, Cc=100(mg/m3), η = 90% nồng độ khối lượng ban đầu CO hỗn hợp: Cd  Cc 0,1.103   1.103 (kg/m3)    0,9  Tính cân vật chất: Trong hỗn hợp khí đầu vào thiết bị: Phần mol CO hỗn hợp khí đầu vào: yd  Cd RT  M M P 1.103 22, 1000 273  2,9.103 (kmolCO/kmol hỗn hợp) 28.1 Trong đó: MM: khối lượng phân tử CO P: áp suất khơng khí, P=1at Phần khối lượng có hỗn hợp khí đầu vào: yd  yd M M 2,9.103.28   2,8.103 (kgCO/kg hỗn hợp) 3 3 yd M M  (1  y ).M K 2,9.10  (1  2,9.10 ).29 Trong đó: MK: khối lượng khơng khí Khối lượng riêng hỗn hợp khí đầu vào:  d  M M yd  M K (1  yd ) To P 22, 4.T Po  28.2,9.103  29(1  2,9.103 ) 273.1  0, 43( kg / m ) 22, 4.1000.1 37 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Lưu lượng khối lượng hỗn hợp khí đầu vào: Gd  Vd d  144,846.0,43  62,28 (kg/h) = 0,0173 (kg/s) Lưu lượng khối lượng CO hỗn hợp khí đầu vào: GMd  Gd yd  Vd Cd  62,28.2,8.103  0,174 (kg/h) = 4,844.10-5 (kg/s) Lưu lượng khối lượng không khí hỗn hợp khí đầu vào: Gkd  Gd (1  yd )  Gd  GMd  62,28.(1  2,8  103 )  62,11( kg / h)  0,0172( kg / s)  Trong hỗn hợp khí đầu thiết bị Phần mol CO hỗn hợp khí đầu ra: yc  Cc RT  yd (1   )  2,9.103.(1  0,9)  2,9.104 (kmolCO/kmol hỗn hợp) MM p Phần khối lượng CO hỗn hợp khí đầu ra: yc   yc M M yc M M  (1  yc ).M K 2,9.104.28  2,8.104 4 4 2,9.10 28  (1  2,9.10 ).29 (kgCO/kg hỗn hợp) Khối lượng riêng hỗn hợp khí đầu ra:  c  ( M M yc  M K (1  yc )) To P 22, 4.T Po  (28.2,9.104  29(1  2,9.104 ) 273.1  0,361( kg / m ) 22, 4.1000.1 Khối lượng CO bị hấp thụ than hoạt tính: M  GMd   4,844.105.0,9  4,3596.105 (kg/s) Lưu lượng khối lượng CO hỗn hợp khí đầu ra: GMC  GMd  M  GMd (1   )  4,844.105  4,3596.105  4,844.105 (kg/s) 38 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Lưu lượng khối lượng hỗn hợp khí đầu ra: Gc  Gkd  GMC  0,0172  4,844.106  0,0172 (kg/s)  Tính đường kính tháp: - Tính đường kính tháp hấp phụ: Dt  Gtb 0, 785.vhh hh Với Gtb  hh  Gd  Gc 0,0173  0,0172   0,01725(kg / s) 2  d  c  0, 43  0,361  0,3955(kg / m3 ) Vhh= 0,5(m/s) Dt  Gtb 0, 01725   0,33(m) 0, 785.vhh hh 0, 785.0,5.0,3955 Để dễ gia công ta chọn Dt= 0,5(m) vhh  Vận tốc dịng khí qua tháp: Gtb 0, 01725   0,5(m / s) 0, 785. hh Dt 0, 785.0,3995.0,33  Tính hệ số truyền khối: Với điều kiện trình hấp phụ đẳng nhiệt biểu diễn phương trình Langmuir: Sh=1,6.Re0,54 (1) Trong đó: 39 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Sh  Re  k y d g D vhh d g  Từ (1), (2), (3)→ k y  1, (2) (3) D.vhh 0,54 (4)  0,54 d g1,46 Với: dg: đường kính trung bình hạt hấp phụ (m) dg=0,004(m) D: hệ số khuếch tán chất bị hấp phụ nhiệt độ q trình (m2/s) vhh: vận tốc dịng khói khí tính theo tiết diện ngang tự thiết bị (m/s)  : độ nhớt động học hỗn hợp khí (m2/s) ky: số truyền khối (m/s) - Đường kính trung bình hạt than dg=0,004 (m/s) - Độ nhớt động học hỗn hợp khí   ytb  hh  hh yd  yc 2,9.103  2,9.104   1,595.103 (kmolCO / kmolhh) 2 Mhh= 28.yb + 29 (1-ytb) =28.1,595.10-3+29(1-1,595.10-3)=28,998 (kg/kmol) M hh hh →  hh (1  ytb ).M k 1,595.103.28 (1  1.595.103 ).29   1613007, 0, 01.103 0, 018.103  ytb M M  29  1, 798.105 ( Pa.s) 1613007, M  k  Với: 40 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí M  0, 01.103 ( Pa.s) k  0, 018.103 ( Pa.s) Tra hình I.35 trang 117 (Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – tập 2) hh  0,3955(kg / m3 ) →  hh 1, 798.105   4,55.105 (m2 / s ) hh 0,3955 Hệ số khuếch tán CO 1400C: P T  D  Do o   P  To  Tra bảng 42 trang 428 ( sách trình thiết bị cơng nghệ hóa học_tập 2) Ta có hệ số khuếch tán CO khơng khí điều kiện tiêu chuẩn Do=13,3.10-6(m2/s) 3 Po  T  6  1000  5 D  D  13,3.10 →   o    9,32.10 (m / s) P  To   273  Thế vào (4) ta có: ky  1, 6.D.vhh 0,54 1, 6.9,32.105.0,50,54   71,89(m / s)  0,54 d g1,46 (4,55.105 )0,54 0, 0041,46  Tính thời gian hấp phụ chu kỳ Thời gian hấp phụ q trình tính theo cơng thức:   C x C x H  b () vhh C d k y Cd Trong đó: C  x  0, 0188.than 41 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Chọn : than  500(kg / m3 ) C  x  0,0188.500  9, 4(kg / m3 ) vhh=0,5 (m/s) Cd  1.103 (kg / m3 ) b=0,54 (hệ số xác định theo bảng 8.3 trang 337, sách q trình thiết bị cơng nghệ hóa học_tập 10) Cc 2, 6.104   0, 26 Với: 1.103 Cd Thế vào (*) ta có:  9, 9, H  0,94  137,1 H  10,75 3 0,5.1.10 71,89.1.103 Với H=1 (m) →   15964,3( s)  4, 435(h) H=1,1 (m) →   1779( s)  4,917(h) H=1,2 (m) →   31995( s)  8,888(h)  lớn chất bị hấp phụ bị hấp phụ nhiều Ta chọn  =8,888(h) Vậy chiều cao lớp than H=1,2 (m) Thời gian hấp phụ mẻ  =7 (h) → Khối lượng than ban đầu: Chọn than  500(kg / m3 ) M than   Dt H than   0,52 1, 2.500  117,8(kg )  118(kg ) 42 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí M than   Dt H  than   0,5 1,2.500  117,8(kg )  118(kg ) Nồng độ CO sau xử lý: Cbui ra= 477,6.(1-0,9)= 47,76(mg/m3) đạt tiêu chuẩn  Tái sinh than hoạt tính: - Hấp phụ có đặc tính quan trọng hiệu hấp phụ giảm tăng nhiệt độ dịng khí có khả hấp phụ bão hòa hoạt động chất hấp phụ đạt tới cực đại khơng cịn khả hấp phụ thêm, lúc pha khí pha rắn tồn cân động Trong xử lý nhiễm khơng khí, giai đoạn bất lợi cho trình người ta phải bỏ chất hấp phụ bão hòa thay chất hấp phụ có hoạt độ chất hấp phụ chưa bão hịa Khi muốn sử dụng lại chất hấp phụ phải tiến hành q trình hấp phụ để thu hồi hoạt tính chất hấp phụ - Tái sinh than hoạt tính nước bão hịa q nhiệt khí trơ nóng Nhiệt độ q nhiệt 200o-300o, cịn khí trơ 120o-140oC - Trong trường hợp chất thải khơng đánh giá người ta tiến hành phục hồi phân hủy tác chất hóa học (oxi hóa Clo, ozon, nhiệt…), tái sinh nhiệt tiến hành lị nhiệt độ 700o-800o dung mơi khơng có oxy  Tính khí Chiều cao lớp than hấp phụ H=1,2 (m) Vậy ta chọn chiều cao thân tháp Ht=1,5(m) Tháp hấp phụ có: đường kính Dt=0,5(m) Ht=1,5(m)  Chiều dày thân, đáy, nắp: - Chiều dày thân: Ta chọn CT3 vật liệu thân tháp - Áp suất thân thiết bị: P=Ptro=1(at) = 0,1(N/mm2) Theo bảng XIII.8 trang 362 (Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – tập 2) - Xác định hệ số bền mối hàn: tháp có thân trụ hàn giáp mối bên Dt>300(mm), h=0,95 43 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí - Chiều dày nhỏ thân tháp: Theo bảng 5.1 trang 128 (Sách thiết kế tính tốn chi tiết tiết bị hóa chất_ Hồ Lê Viên) Với Dt=500mm, chọn bề dày thân nhỏ Smin=4(mm) Bề dày thân thiết bị: St=Smin+C St=Smin+(Ca+Cb+Cc+Co) Trong đó: Ca: hệ số bổ sung ăn mòn Ca=1(mm) (Bảng XII.1 trang 305, sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – tập 2) Cb: hệ số bào mịn học Cb=0 Cc: hệ số bổ sung sai lệch kích thước chế tạo, với thép dày 4mm, Cc= -5mm (bảng XIII.9 trang 364, sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – tập 2) Co: hệ số làm tròn Co=0,5mm Vậy St=4+1+0-0,5+0,5=5(mm) - Kiểm tra bề dày áp suất làm việc thân thiết bị: St  Ca    0,02  0,1 (thỏa mãn) Dt 500 P  2.  h (S t  Ca )  2.146.0,95.(5  1)  2,2701 (thỏa mãn) Dt  ( S t  C a ) 500  (5  1) Vậy thân tháp có chiều dày St= 5(mm)  Chiều dày đáy, nắp: Ta chọn CT3 vật liệu làm đáy, nắp tháp đáy, nắp hình elip tiêu chuẩn - Bề dày đáy, nắp: 44 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí S dn  Dt P D t  C (*) 3,8. .k  h  P 2.ht Với k: hệ số không thứ nguyên Đối với đáy nắp có lỗ tăng cứng k=1 Xét   k. P h  146 1.0,95  1387  30  bỏ qua đại lượng P mẫu số 0,1 ht: chiều cao phần lồi đáy Tra bảng XIII, trang 382 (Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – tập 2) Với: Dt=500(mm), ht=200(mm) C: hệ số bổ sung C tính có tăng thêm 2mm Khi S-C