ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ THẢI LÒ ĐỐT RÁC NHIỆT PHÂN TĨNH 2 CẤP
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG MÔN: THỰC HÀNH XỬ LÝ KHÍ THẢI ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ THẢI LÒ ĐỐT RÁC NHIỆT PHÂN TĨNH 2 CẤP Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền 2 MỤC LỤC PHÂN MỘT: TỔNG QUAN VỀ LÒ ĐỐT RÁC NHIỆT PHÂN TĨNH 2 CẤP 1. Ưu điểm của lò đốt nhiệt phân tĩnh 2 cấp. 5 2. Cơ sở lý thuyết của quá trình nhiệt phân 6 3. Các giai đoạn của quá trình đốt chất thải trong lò nhiệt phân 6 4. cấu tạo lò đốt rác nhiệt phân tĩnh 6 PHẦN HAI: XỬ LÝ KHÍ THẢI LÒ 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 1. Phương pháp xử lý ướt 12 2. Phương pháp xử lý khô 12 III. TÍNH TOÁN 16 Khí (rác + dầu DO) 20 THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 23 THÁP PHUN RỖNG 28 HẤP PHỤ 31 TÍNH ỐNG KHÓI 45 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền 3 DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG Hình minh họa về Khu xử lý rác thải y tế bệnh viên 175 5 Bảng 1: Thành phần, lưu lượng và nồng độ các chất trong khói thải cần phải xử lý. 9 Bảng 2: So sánh nồng độ chất ơ nhiễm với nồng độ quy chuẩn 11 Sơ đồ cơng nghệ xử lý khí thải: 13 Bảng 3: Thành phần của rác thải y tế: lò đốt rác chất thải y tế. 16 Bảng 4: Thành phần cháy của dầu DO 19 Biểu đồ: Đường hấp phụ đẳng nhiệt của CO 35 Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền 4 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, tốc độ đô thị hoá, công nghiệp hoá tại các thành phố và các khu đô thị Việt Nam đã gia tăng mạnh mẽ và đang có xu hướng tiếp tục tăng mạnh mẽ trong những năm tới. Cùng với sự phát triển của công nghiệp hoá và đô thị hoá, nhiều loại chất thải khác nhau sinh từ các hoạt động của con người có xu hướng tăng lên về số lượng, từ nước cống, rác sinh hoạt, phân, chất thải công nghiệp đến các chất thải độc hại như rác y tế. Nếu ta không có phương pháp đúng đắn để phân huỷ lượng chất thải này thì sẽ gây ô nhiễm môi trường do vượt quá khả năng phân huỷ của tự nhiên. Chất thải rắn y tế (CTRYT) là loại chất thải nguy hại. Trong thành phần CTRYT có các loại chất thải nguy hại như: chất thải lâm sàng nhóm A,B,C,D,E. Các loại chất thải này đặc biệt là chất thải nhiễm khuẩn nhóm A, chất thải phẫu thuật nhóm E có chứa nhiều mầm bệnh, vi khuẩn gây bệnh có thể thâm nhập vào cơ thể con người bằng nhiều con đường và nhiều cách khác nhau. Các vật sắc nhọn như kim tiêm… dễ làm trày xước da, gây nhiễm khuẩn. Đồng thời, trong thành phần chất thải y tế còn có các loại hoá chất và dược phẩm có tính độc hại như: độc tính di truyền, tính ăn mòn da, gây phản ứng, gây nổ. Nguy hiểm hơn các loại trên là chất thải phóng xạ phát sinh từ việc chuẩn bệnh bằng hình ảnh như: chiếu chụp X-quang, trị liệu… Cho đến nay, chôn lấp vẫn là biện pháp xử lý chất thải rắn phổ biến nhất đối với nhiều nước trên thế giới trong đó có Việt Nam. Ưu điểm chính của công nghệ chôn lấp ít tốn kém và có thể xử lý nhiều loại chất thải rắn khác nhau so với công nghệ khác. Tuy nhiên hình thức chôn lấp lại gây ra những hình thức ô nhiễm khác như ô nhiễm nước, mùi hôi, ruồi nhặng, côn trùng…Hơn nữa, công nghệ chôn lấp không thể áp dụng để xử lý triệt để các loại chất thải y tế, độc hại. Ngoài ra trong quá trình đô thị hoá như hiên nay, quỹ đất ngày càng thu hẹp, dẫn đến khó khăn trong việc lựa chọn vị trí làm bãi chôn lấp rác. Vì vậy, áp dụng một số biện pháp xử lý rác khác song song với chôn lấp là một nhu cầu Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền 5 rất thiết thực. Công nghệ đốt chất thải rắn, một trong những công nghệ thay thế, ngày càng trở nên phổ biến và được ứng dụng rộng rãi đặc biệt với loại hình chất thải rắn y tế và độc hại. Công nghệ đốt chất thải rắn sẽ ít tốn kém hơn nếu đi kèm với biện pháp khai thác tận dụng năng lượng phát sinh trong quá trình. 6 Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền PHÂN MỘT: TỔNG QUAN VỀ LÒ ĐỐT RÁC NHIỆT PHÂN TĨNH 2 CẤP Hình minh họa về Khu xử lý rác thải y tế bệnh viên 175 1. Ưu điểm của lò đốt nhiệt phân tĩnh 2 cấp. - Các quá trình sấy, hoá khí, cháy, đốt cặn than (hắc in) xảy ra ở trong buồng sơ cấp, ít xáo trộn nên giảm được bụi phát sinh rất đáng kể trong khi đốt vì thế ưu điểm hơn hẳn các công nghệ đốt khác. Hiệu quả xử lý chất thải cao nhờ có quá trình kiểm soát được chế độ nhiệt phân tại buồng sơ cấp và quá trình cháy hoàn toàn ở buồng thứ cấp. - Quá trình nhiệt phân trong buồng sơ cấp tiến hành ở nhiệt độ thấp do vậy tăng tuổi thọ của lò đốt do giảm chi phí bảo trì. - So với công nghệ đốt lò quay và đốt tầng sôi thì thời gian của lò nhiệt phân tĩnh kéo dài hơn, nhưng việc chế tạo, vận hành, bảo trì lò đơn giản hơn. 7 Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền -Chính nhờ những ưu điểm nổi bật đó nên ngày nay lò đốt ứng dụng nguyên lý nhiệt phân đang được áp dụng khá rộng rãi trên thế giới để xử lý chất thải nguy hại. 2. Cơ sở lý thuyết của quá trình nhiệt phân. Phản ứng nhiệt phân chất thải rắn được mô tả một cách tổng quát như sau: Chất thải Các chất bay hơi (khí gas) + cặn rắn Trong đó: khí gas gồm: CHx, H2, COx, NOx, SOx và hơi nước cặn rắn: carbon cố định + tro 3. Các giai đoạn của quá trình đốt chất thải trong lò nhiệt phân. Tại buồng sơ cấp: Các quá trình xảy ra gồm: Sấy (bốc hơi nước) phân hủy nhiệt tạo khí gas và cặn cácbon (trong điều kiện thiếu oxy) đốt cháy cặn cácbon thành tro. Tại buồng thứ cấp: Quá trình đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp khí gas trong điều kiện nhiệt độ cao và dư ôxy. 4. cấu tạo lò đốt rác nhiệt phân tĩnh. Lò đốt được chia làm 2 buồng: Buồng đốt chính: Gồm 2 giai đoạn + Giai đoạn 1: Chất thải được sấy khô. + Giai đoạn 2: Cháy và khí hóa. Buồng đốt sau: Gồm 3 giai đoạn + Giai đoạn 3: Phối trộn. + Giai đoạn 4: Cháy ở dạng khí. + Giai đoạn 5: Ôxi hoá hoàn toàn. RTYT nguy hại được đựng trong những túi nhựa PP hoặc PE màu vàng (không được dùng túi PVC để tránh khả năng tạo thành Dioxin trong quá trình đốt) theo qui định của Bộ Y tế. Trọng lượng 3-5kg/túi. 8 Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền Nạp RTYT theo mẻ 60 kg/lần, đốt trong 3 giờ. Sau đó có thể mở cửa nạp liệu và tiếp tục cho rác vào đốt liên tục. Tạo áp suất âm trong các buồng đốt (0,1 at).Nhiệt trị của rác khô: 1.422 KCal/kg. Tỷ trọng RTYT nguy hại: 0,13 t/m3. Sau khi đốt không có tro hữu cơ, tro vô cơ được đưa ra ngoài theo ca làm việc. Nhiệt độ các buồng đốt được định trước và tự ngừng nạp nhiên liệu đốt khi buồng đốt đạt được nhiệt độ cần thiết. Thời gian lưu khí trong buồng cấp II là 2-3 giây. Có hệ thống báo động khi sự cố mất điện, mất nước xảy ra. Tận dụng nhiệt của khí lò - hạ nhiệt độ của khí lò để nâng cao hiệu quả xử lý khí. Khí thải sau xử lý không màu, không mùi đạt tiêu chuẩn môi trường. Vận hành an toàn, vệ sinh và đơn giản. 9 Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền PHẦN HAI: XỬ LÝ KHÍ THẢI LÒ ĐỐT RÁC Y TẾ NHIỆT PHÂN TĨNH HAI CẤP I. THÀNH PHẦN, LƯU LƯỢNG VÀ NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT TRONG KHÓI THẢI Khói thải là sản phẩm của chất thải đưa vào lò đốt. Khói thải lò đốt rác chứa những khí thải đặc trưng: -CO: Lượng CO phụ thuộc vào sự điều chỉnh và kiểm soát lò đốt. Lượng CO này có thể khống chế tối thiểu ( gần như hoàn toàn không có) đối với những lò đốt tiên tiến, có sự kiểm soát tốt quá trình cháy. -Bụi: Do các thành phần tro sinh ra từ các quá trình cháy. Nồng độ bụi phụ thuộc nhiều yếu tố như nguyên liệu, chế độ cấp gió, cấu trúc, nhiệt độ lò…Đối với lò đốt hiệu quả cao thì lượng bụi khoảng 550 – 650 mg/m 3 . Có thể giảm lượng bụi thải ra môi trường bằng bộ phận lọc. -SO 2 : Chất thải rắn được sử lý thường chứa ít sulphur. Lượng SO 2 tạo ta chủ yếu phụ thuộc nhiên liệu đốt. Hệ thống xử lý theo phương pháp phun ướt có khả năng loại bỏ SO 2 cao. -HCl: Lượng HCl phụ thuộc lượng chất thải đem đốt, chủ yếu là lượng PVC trong chất thải. Hệ thống phun ướt có thể loại HCl. 10 Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền -NO x : Lượng NO x sinh ra phụ thuộc vào nhiệt độ cháy và thời gian lưu cháy của lò đốt. Thiết bị loại bỏ NOx rất đắt tiền, thường chỉ được lắp đặt ở các lò đốt lớn. Lượng NO x sinh ra từ rác thải y tế thường rất ít. -Dioxin: Đây là những hợp chất hữu cơ có tính độc rất cao.Những lò đốt với nhiệt độ trên 850 0 C mới đốt được các hợp chất này. Hiệu quả đốt Dioxin phụ thuộc vào các thông số như thời gian lưu cháy, lượng oxy. Khi đạt đuợc các thông số: nhiệt độ 850 0 C – 1100 0 C, thời gian lưu cháy là 1 giây, lượng oxy trong khí cháy 8 – 12% thì lượng Dioxin còn lại trong khí thải rất thấp. -Kim loại nặng: Hàm lượng kim loại nặng trong khói thải của lò đốt rác y tế rất thấp, dưới giới hạn cho phép và không cần qua xử lý. Thành phần, lưu lượng và nồng độ khí thải Bảng 1: Thành phần, lưu lượng và nồng độ các chất trong khói thải cần phải xử lý. [...]... nước Q1 − Q2 = G.C p ∆t2 τ = G 2. 0,999.(140 − 25 ) = 122 24, 6 1 2 ⇒ G2 = 122 24, 6 = 106, 4(kg / h) 0,999(140 − 25 ) Phương trình trao đổi nhiệt: 25 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền Q = F K τ ∆t Q = 122 24,6( Kcal ) τ = 1h Tính ∆t G1.C p1 = 49, 7664.0, 26 7 = 13, 28 8 G2 C p2 = 106, 4.0,999 = 106, 29 4 → G2 C p2 > G1.C p1 → ∆td = td1 − tc2 = 1000... nó Khí được thổi vào qua lớp vật liệu hấp phụ, tại đây các chất bẩn sẽ bị giữ lại trong các lỗ rỗng của vật liệu hấp phụ, khí sạch tiếp tục đi ra khỏi tháp 15 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền III TÍNH TỐN Các phản ứng đốt cháy: C + O2 = CO2 S + O2 = SO2 V2O5 5 2 P + O2 = P2O5 2 400o C 1 H 2 + O2 = H 2 O 2 1 Ca + O2 = CaO 2 H 2 + Cl 2 = 2 HCl... SO2 trong 1m3 hỗn hợp khí ptr : Áp suất riêng phần của khí trơ Ta có: 2 22, 4 (t + 27 3) 27 3 pso2 = 1000 nso2 = ∑ nso2 rác + ∑ nsodâuDO = 3,109.10−3 + 5,551.10−4 = 3, 6641.10−3 ( Kmol ) nso2 → pso2 = 3, 6641.10−3 Ta có: ptr = po − pso 2 ⇒ ρ hh = 22 , 4 (1000 + 27 3) 27 3 = 0, 0 82( at ) = 62, 32( mmHg ) 1000 = 760 − 62, 32 = 697, 68(mmHg ) 27 3 (64. 62, 32 + 29 .697, 68) = 0, 001 42( Kg / m3 ) 22 , 4.(1000 + 27 3).760.. .Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại Khối lượng riêng của khí thải ở điều kiện tiêu chuẩn: Thành phần Kmol/s n.m3/s GVHD: Trần Thị Hiền mg/n.m3 Bụi 660 CO2 9, 72. 10-4 0, 021 8 25 5331 H2O 7,4675.10-4 0,0167 8 024 8 SO2 1,0 52. 10-5 2, 2 52. 10-3 4018 NOx 5,757.10-3 0, 129 9 623 64 HCl 4, 724 4.10-5 1,06.10-3 1 029 5 ρkt = 1,361 kg/n.m3 So sánh nồng độ chất ơ nhiễm trong khói thải. .. + 0, 79 .2, 905 = 2, 29 8( m3chn / kgNL) Lượ ng khí O2 trong khơng khí thừa: α = 1,4 hệ số thừa khơng khí 17 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền VO2 = 0 ,21 .(α − 1).Va = 0 ,21 .(1,4 − 1) .2, 075 = 0,174( m 3 chn / kgNL) Lượng sản phẩm cháy tổng cộng: VSPC = VSO2 + VCO + VCO2 + V H 2O + V N 2 + VO2 = 5,464.10 −4 + 6,863.10 −3 + 0,334 + 1,131 + 2, 298 + 0,174... Lượng khí hơi nước trong sản phẩm cháy: VH 2O = 0,111 H P + 0, 0 124 .WP + 0, 0016.d Vt = 0,111.10, 5 + 0, 0 124 .1,8 + 0, 0016 .25 .15, 28 8 = 1, 797( m 3chn / kgNL) Lượng khí N2 trong sản phẩm cháy: 20 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền VN 2 = 0,8.10 2 N P + 0,79.Vt = 0,8.10 2. 0, 3 + 0, 79.15, 28 8 = 12, 033( m 3chn / kgNL ) Lượng khí O2 trong khơng khí. .. 4 ,23 5.10 −3 THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Lưu lượng khí đầu vào Q=144,846(m3/h) Khối lượng riêng của hỗn hợp khí ρ hh = ρ so2 + ρ tr = M so2 pso2 T0 22 , 4.t p0 + M tr ptr T0 T0 = ( M so2 M tr + pso2 ptr ) 22 , 4.t p0 22 , 4.t p0 Trong đó: T0 :là nhiệt độ pha khí ở điều kiện chuẩn, T0 =27 3 oK T: nhiệt độ pha khí đang xét , T = (T +27 3)oK MSO2, Mtr : phân tử gram của so2 và khồng khí Po : Áp suất hỗn hợp khí. .. phun Hiệu suất thiết bị: Chọn ηe = 0,8 3 η v Q → η = 1 − exp − × e k + n n H ÷ 2 d n vn Qk 0,8 .2, 38.1, 448 3 = 1 − exp − × 0, 6 32 ÷ = 0,8 92 −3 2 3.10 424 8.144,846 - - Vậy hiệu suất thiết bị là 89 ,2% Nồng độ bụi sau khi xử lý: Cbụi ra = 4 82, 6.(1-0,8 92) = 52, 1(mg/m3) Đạt tiêu chuẩn đầu ra Đường kính ống dẫn nước vào 29 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy... sát ∆pn = λ l pvk 1 1, 28 .10 = 0, 02 = 3, 2( N / m 2 ) dtd 2 0, 04 2 Áp suất cần thiết để khác phục trở lực cục bộ: 30 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt rác thải y tế nguy hại GVHD: Trần Thị Hiền v 2 k ρ 1 02. 1, 28 ∆pc = ζ = 1,1 = 70, 4( N / m 2 ) 2 2 Áp suất cần thiết để khắc phục áp suất thủy tĩnh ∆ph = ρ g H = 1000.9,81.0, 63 = 6180( N / m 2 ) Áp suất cần thiết để khắc phục trở... đẳng nhiệt của CO Ta được bảng số liệu: Bảng 5: Tính toán đường hấp phụ đẳng nhiệt của CO dựa trên đường hấp phụ đẳng nhiệt của Benzen Đường hấp phụ đẳng nhiệt của Benzen Đường hấp phụ đẳng nhiệt của CO a1*, kg/kg p1, mmHg a2*, kg/kg p2, mmHg 0,103 0,105 0,0916 7,4755 0, 122 0 ,22 3 0,1085 10,4591 0 ,20 8 1 0,1851 20 , 420 7 0 ,23 3 3 0 ,20 73 33, 328 2 0 ,26 2 8 0 ,23 31 51,6111 0 ,27 6 13 0 ,24 56 64,0854 0 ,29 4 19 0 ,26 16