Lời mở đầu 3 Chương 1 4 TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN Y TẾ 4 1.1 Khái niệm chất thải rắn y tế 4 1.2 Phân Loại 4 1.3 Tính chất chất thải y tế 6 1.3.1 Tính chất vật lý 6 1.3.2 Tính chất hoá học và giá trị nhiệt lượng 7 Chương 2 9 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ RÁC THẢI Y TẾ 9 2.1 Phương pháp chôn lấp 9 2.2 Phương pháp sinh học 9 2.3 Phương pháp đốt 9 Chương 3 15 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ LÒ ĐỐT RÁC Y TẾ CÔNG SUẤT 250KG/H BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT PHÂN 15 3.1 Tính toán sự cháy dầu DO 15 3.1.1 Hệ số tiêu hao không khí và lượng không khí cần thiết 15 3.1.2 Xác định lượng và thành phần của sản phẩm cháy 17 3.2 Tính toán sự cháy của rác 18 3.2.1 Xác định nhiệt trị của rác 18 3.2.2 Hệ số tiêu hao không khí ( ) và lượng không khí cần thiết 18 3.3 Xác định nhiệt độ thực tế và tính cân bằng nhiệt của lò 21 3.3.1 Xác định nhiệt độ cháy lý thuyết của dầu DO 21 3.3.2 Xác định nhiệt độ thực tế của lò 22 3.3.3 Tính cân bằng nhiệt và lượng nhiên liệu tiêu hao 22 3.3.4 Xác định kích thước buồng sơ cấp 26 3.3.5 Tính thiết bị đốt 27 3.5 Thể xây lò và tính toán khung lò 29 3.5.1 Thể xây lò 29 3.5.2 Các chi tiết khác. 33 3.5.3 Cửa tiếp liệu. 34 3.5.4. Cổng khói. 35 3.5.5 Khung lò 35 3.5.6 Kiểm tra tổn thất nhiệt qua xây lò 36 3.6 Vận hành lò đốt chất thải rắn y tế 39 KẾT LUẬN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 Lời 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 ngày càng tăng. 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 những biện pháp xư lý thích hợp chất thải này sẽ gây ô nhiễm môi trường do vượt quá khả năng tự phân huỷ của tự nhiên. Chất thải rắn hiện nay đã và đang trở thành vấn đề bức xúc trong cuộc sống đô thị và ảnh hưởng xấu của nó đến xã hội. Bên cạnh các vấn đề quan tâm, ta cũng cần quan tâm đến lượng chất thải rắn y tế nguy hại phát sinh. 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…Lượng chất thải rắn y tế nguy hại phát sinh chiếm tỉ lệ rất nhỏ (0,14%) so với tổng lượng chất thải rắn phát sinh trên địa bàn toàn quốc. Tuy nhiên, nếu chúng không được quản lí tốt sẽ gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng tới sức khoẻ cộng đồng. 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 hiện nay, quỹ đất ngày càng thu hẹp, dẫn đến khó khăn trong việc lựa chọn vị trí làm bãi chôn lấp rác.
Khái niệm chất thải rắn y tế
Chất thải y tế (CTYT) là chất thải phát sinh trong các cơ sở y tế, từ các hoạt động khám chữa bệnh, chăm sóc, xét nghiệm, nghiên cứu…CTYT nguy hại là chất thải có các thành phần như: máu, dịch cơ thể, chất bài tiết, các bộ phận, cơ quan; bơm, kim tiêm, vật sắc nhọn, dược phẩm, hóa chất, chất phóng xạ…thường ở dạng rắn, lỏng, khí CTYT được xếp là chất thải nguy hại, cần có phương thức lưu giữ, xử lý, thải bỏ đặc biệt, có quy định riêng; gây nguy hại sức khỏe, an toàn môi trường hay gây cảm giác thiếu thẩm mỹ.
Rác sinh hoạt y tế là chất thải không xếp vào chất thải nguy hại, không có khả năng gây độc, không cần lưu giữ, xử lý đặc biệt; là chất thải phát sinh từ các khu vực bệnh viện: giấy, plastic, thực phẩm, chai lọ…được xử lý như rác thải sinh hoạt bình thường.
Rác y tế (RYT) là phần chất thải y tế ở dạng rắn, không tính chất thải dạng lỏng và khí, được thu gom và xử lý riêng.
Phân Loại
Nhóm A: chất thải nhiễm khuẩn, chứa mầm bệnh với số lượng, mật độ đủ gây bệnh, bị nhiễm khuẩn bởi vi khuẩn, virus, ký sinh trùng, nấm…bao gồm các vật liệu bị thấm máu, thấm dịch, chất bài tiết của người bệnh như gạc, bông, găng tay, bột bó gãy xương, dây truyền máu…
Nhóm B: là các vật sắc nhọn: bơm tiêm, lưỡi, cán dao mổ, mảnh thủy tinh vỡ và mọi vật liệu có thể gây ra các vết cắt hoặc chọc thủng, dù chúng có được sử dụng hay không sử dụng.
Nhóm C: chất thải nguy cơ lây nhiễm phát sinh từ phòng xét nghiệm: găng tay, lam kính, ống nghiệm, bệnh phẩm sau khi xét nghiệm, túi đựng máu…
Nhóm D: chất thải dược phẩm, dược phẩm quá hạn, bị nhiễm khuẩn, dược phẩm bị đổ, không còn nhu cầu sử dụng và thuốc gây độc tế bào
Nhóm E: là các mô cơ quan người – động vật, cơ quan người bệnh, động vật, mô cơ thể (nhiễm khuẩn hay không nhiễm khuẩn), chân tay, nhau thai, bào thai…
1.2.2 Chất thải gây độc tế bào
Vật liệu bị ô nhiễm như bơm tiêm, gạc, lọ thuốc… thuốc quá hạn, nước tiểu, phân… chiếm 1% chất thải bệnh viện.
Chất thải có hoạt độ riêng như chất phóng xạ Chất thải phóng xạ phát sinh từ hoạt động chuẩn đoán, hoá trị liệu và nghiên cứu Chất thải phóng xạ gồm chất thải rắn, lỏng, khí.
Chất thải phóng xạ rắn: vật liệu sử dụng trong xét nghiệm, chuẩn đoán như ống tiêm, bơm tiêm, giấy thấm…
Chất thải phóng xạ lỏng: dung dịch chứa nhân tố phóng xạ, tham gia điều trị, chất bài tiết.
Chất thải phóng xạ khí: khí dùng trong lâm sàng, khí từ kho chứa chất phóng xạ.
Chất thải từ nhiều nguồn, chủ yếu từ hoạt động xét nghiệm, chuẩn đoán bao gồm: formaldehyd, hoá chất quang học hoá, dung môi, etylen, hỗn hợp hoá chất…
1.2.5 Các loại bình chứa có áp
Bình chứ khí có áp như bình CO2, O2, gas, bình khí dung, bình khí dùng 1 lần…các bình dễ gây cháy nổ, khi thiêu đốt cần thu riêng.
Chất thải không bị coi là chất thải nguy hại, phát sinh từ bệnh viện, phòng làm việc… giấy báo, tài liệu, vật liệu đóng gói, thùng, túi nilon, thức ăn dư thừa…
Khả năng gây ô nhiễm của các loại chất thải rắn
- Các loại bông, băng, gạc, đồ vải chứa rất nhiều vi trùng gây bệnh Qua trung gian của các loài côn trùng như ruồi, muỗi các loại vi trùng này sẽ xâm nhập nhiều nơi, qua đường thức ăn, nước uống có thể gây ra các dịch bệnh trên phạm vi rộng.
- Các loại bệnh phẩm ngoài các khả năng gây bệnh cho con người còn dễ bị thối rửa, hôi thối làm ô nhiễm môi trường không khí và làm mất mỹ quan xung quanh.
- Các vật sắc nhọn như kim tiêm, ống chích nếu đưa thẳng ra bãi chôn lấp sẽ gây nguy hiểm cho công nhân thu dọn vệ sinh hoặc những người nhặt rác về các bệnh lây truyền qua đường máu khi giẫm phải.
Vì vậy: để đảm bảo an toàn trong lúc vận chuyển hoặc thu gom đem đi xử lý thích hợp Một số bệnh viện chưa trang bị lò đốt rác y tế đã kí hợp đồng xử lý rác y tế với Công ty Môi trường Đô thị và Công ty Môi trường Đô thị đã có những quy trình bắt buộc thực hiện đối với loại rác thải nguy hại này.
Quy trình quản lý, xử lý chất thải y tế bao gồm :
- Quy trình lập chỉ tiêu kế hoạch thu gom, vận chuyển, xử lý rác y tế.
- Quy trình thu gom, vận chuyển rác y tế.
- Quy trình xử lý rác y tế.
Tính chất chất thải y tế
Là thông số quan trọng đánh giá khả năng thu hồi phế liệu, lựa chọn công nghệ thích hợp.
STT Thành phần vật lý Phần trăm trọng lượng
2 Đất đá và các vật rắn 21
5 Thủy tinh, ống tiêm, chai lọ 3
6 Bông, băng, bột bó xương 9
Bảng 1.1: thành phần của rác y tế
(Nguồn: Kết quả điều tra của dự án hợp tác giữa Bộ y tế và WHO,2009)
Bảng 1.2: thành phần hóa lý của rác y tế 1.3.1.2 Độ ẩm Độ ẩm của chất thải rắn là thông số liên quan đến giá trị nhiệt lượng, xem xét khi lựa chọn, phương pháp xử lý, thiết kế bãi chôn lấp và lò đốt Độ ẩm thay đổi theo thành phần và theo mùa trong năm Tùy từng loại chất thải có độ ẩm khác nhau 8,5 – 17%, chủ yếu là giấy, plastic chiếm tỷ lệ cao Độ ẩm tương đối thường thích hợp với phương pháp xử lý bằng công nghệ thiêu đốt.
Xác định bằng tỷ số giữa trọng lượng của mẫu rác và thể tích chiếm chỗ Tỷ trọng thay đổi theo thành phần, độ ẩm, độ nén chặt của rác Tỷ trọng là thông số quan trọng phục vụ cho công tác thu gom, vận chuyển và xử lý vì liên quan tới khối lượng rác thu gom và thiết kế qui mô lò đốt RYT có thành phần hữu cơ cao nên tỷ trọng chất thải thấp 208 – 345kg/m 3
1.3.2 Tính chất hoá học và giá trị nhiệt lượng
Tính chất hóa học và nhiệt lượng được xem là nhân tố khi lựa chọn phương án xử lý chất thải, tham gia thu gom, vận chuyển Rác thải có giá trị nhiệt lượng cao nên xử lý bằng phương pháp thiêu đốt, rác có thành phần hữu cơ cao, dễ phân hủy phải thu gom trong ngày và ưu tiên xử lý bằng phương pháp sinh học.
Thành phần hữu cơ: được xác định là phần vật chất có thể bay hơi sau khi nung ở 800 o C.
Thành phần vô cơ (tro): là phần tro còn lại sau khi nung ở 800 0 C.
Thành phần phần trăm (%): phần trăm của các nguyên tố C, H, O, N, S và tro Thành phần % các nguyên tố trong rác được xác định để tính giá trị nhiệt lượng của rác.
Nhiệt thoát ra từ việc đốt CTYT là một thông số quan trọng, có đơn vị kJ/kg Các lò đốt đều có bộ phận cấp khí bên trong trực tiếp ảnh hưởng đến khả năng cháy Vì vậy, khối lượng chất thải có thể đốt mỗi giờ phụ thuộc vào giá trị nhiệt lượng mỗi kg chất thải.
Nhiệt trị thấp (Q) của nhiên liệu được tính theo công thức
Trong đó: C: phần trăm (%) trọng lượng Cacbon trong rác.
H: phần trăm (%) trọng lượng Hidro trong rác.
O: phần trăm (%) trọng lượng Oxy trong rác.
N: phần trăm (%) trọng lượng Nitơ trong rác.
S: phần trăm (%) trọng lượng lưu huỳnh trong rác.
W: phần trăm (%) trọng lượng tro trong rác.
Phương pháp chôn lấp
Phương pháp chôn lấp là phương pháp lưu giữ chất thải trong một bãi và có phủ đất lên trên Phương pháp này dễ làm, ít tốn kém nhưng lại chiếm nhiều diện tích xây dựng, một bãi chôn lấp chất thải rắn bình thường chiến từ 10 - 15 ha đất.
Thực chất phương pháp này không xử lý triệt để rác thải Chất thải sau khi chôn lấp vẫn có thể phân tán đi những nơi khác bởi chuột, côn trùng hoặc thấm xuống đất theo nước mưa
Do đặc tính nguy hại của chất thải bệnh viện, phương pháp chôn lấp chỉ thích hợp cho các loại chất thải sinh hoạt.
Phương pháp sinh học
Phương pháp này nhằm phân hủy các chất hữu cơ trong rác thải nhờ các loại vi sinh
Phương pháp này đơn giản, dễ làm nhưng đòi hỏi thời gian dài và không có khả năng phân hủy những chất độc vô cơ, do đó thường áp dụng cho rác thải sinh hoạt, khó áp dụng cho rác bệnh viện vì không loại trừ được mầm bệnh trong rác.
Phương pháp đốt
Phương pháp đốt là phương pháp oxy hoá nhiệt độ cao trong điều kiện thiếu Oxi, rác thải được khí hóa thành các khí gas và được đốt tiếp ở >1050 o C để đốt cháy hoàn toàn.
Ưu điểm: xử lý triệt để rác, tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh và các chất ô nhiễm khác, diện tích xây dựng nhỏ, vận hành đơn giản và có thể xử lý rác có chu kỳ phân hủy dài.
Nhược điểm: chi phí đầu tư vận hành cao, thiêu đốt một số chất thải chứa clo, kim loại nặng phát sinh ra bụi, chất ô nhiễm độc hại như dioxin…
Chất thải rắn từ khí nạp vào lò tới khi cháy được có thể trải qua các giai đoạn:
- Sấy: là quá trình nâng nhiệt độ chất thải tử nhiệt độ ban đầu tới khoảng 200 o C, trong khoảng nhiệt độ này độ ẩm vật lý trong chất thải được thoát ra, sau đó là ẩm hóa học Tốc độ sấy phụ thuộc vào kích thước, bề mặt tiếp xúc, độ xốp vật rắn, và nhiệt độ buồng đốt
- Nhiệt phân: từ khoảng nhiệt độ 200 o C tới nhiệt độ bắt đầu cháy, xảy ra những quá trình phân hủy chất rắn bằng nhiệt Những chất hữu cơ có thể bị nhiệt phân thành những hợp chất phân tử lượng nhỏ hơn ở thể lỏng như axit, axeton, metanol, một số hydrocacbon ở thể lỏng Một số chất khí cũng được sinh ra trong quá trình nhiệt phân như CH4, H2, CO, CO2…Thành phần của sản phẩm nhiệt phân phụ thuộc vào bản chất của chất thải, nhiệt độ và tốc độ nâng nhiệt độ.
- Quá trình cháy: là phản ứng hoá học giữa oxy trong không khí và lượng khí hóa được ở buồng sơ cấp sinh ra lượng nhiệt lớn Tốc độ cháy phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ chất cháy có trong nhiên liệu và chất thải rắn Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với quá trình cháy lớn hơn nhiều ảnh hưởng của nồng độ Sau khi bắt lửa, quá trình cháy xảy ra mãnh liệt, nồng độ chất cháy trong nhiên liệu và chất thải giảm dần, nhiệt độ buồng đốt tăng cao
- Quá trình tạo xỉ: Sau khi khí hóa thì những chất rắn không khí hóa được sẽ tạo thành tro xỉ Sự tạo thành tro xỉ phụ thuộc vào nhiệt độ buồng đốt Mỗi loại chất thải rắn không cháy có nhiệt độ nóng chảy khác nhau Các chất không cháy được và không bị nóng chảy tạo thành tro, còn xỉ là tro bị nóng chảy tạo thành Thường người ta lựa chọn nhiệt độ thải xỉ là 800 o C.
Lựa chọn lò đốt chất thải
Hệ thống lò quay dùng trong xử lý chất thải nguy hại bao gồm bộ phận nạp liệu, bộ phận phận cấp khí, lò quay, buồng đốt thứ cấp và thiết bị gom tro Khí đi ra từ buồng đốt thứ cấp được dẫn qua hệ thống xử lý và được quạt đưa lên ống khói.
Lò quay bao gồm một buồng đốt hình trụ, bên trong có lót gạch chịu lửa đặt trên các bánh răng răng truyền động và quay với tốc độ 3 – 5 vòng/phút theo trục dọc của nó Độ nghiêng của lò từ khoảng 3 o – 5 o theo chiều từ đầu nhập liệu đến đầu tháo tro và do vậy chất thải có thể chuyển động song phẳng theo phương ngang và theo phương bán kính của lò Trong lúc di chuyển, chất thải cũng đồng thời được đốt cháy Tại phần cuối của lò, tro được tháo ra và đồng thời khí thải tiếp tục đi vào buồng đốt thứ cấp đâng được duy trì ở nhiệt độ cao hơn để hoàn thành quá trình tiêu hủy chất thải.
Do cấu tạo, hệ thống lò quay thường xảy ra rò rỉ khí thải và nhiệt lượng trong lúc vận hành Các điểm có khả năng gây ra rò rỉ gồm: cửa nhập liệu, cửa tháo tro, điểm chuyển tiếp giữa lò quay và buồng thứ cấp… Để khống chế điều này, phải bố trí một quạt hút nhằm tạo sự cân bằng áp suất giữa môi trường bên trong và bên ngoài lò Thực tế, việc duy trì áp suất cân bằng này đòi hỏi các kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại và tốn kém.
Lò tầng sôi có cấu tạo hình trụ, tường bằng gạch chịu lửa, bên trong có sử dụng một tầng vật liệu đang “sôi” của cát hoặc nhôm, đá vôi, vật liệu gốm… mà tại đó quá trình đốt cháy diễn ra Thiết bị ngoại vi quan trọng nhất của lò là quạt thổi khí, vừa có chức năng tạo tầng sôi vừa có nhiệm vụ cấp khí cháy cho lò Trong trường hợp cần xử lý khí thải của lò, phải trang bị thêm quạt ly tâm
Chất thải được nạp trực tiếp vào bên trên hoặc bên trong của tầng sôi, tùy thuộc vào độ ẩm của bùn Với chất thải có độ ẩm cao, cần phải nạp liệu cách xa về phía trên so với tầng sôi để đảm bảo thời gian và hiệu quả tách ẩm, và trường hợp này cần diện tích bề mặt tầng sôi lớn, dẫn đến yêu cầu về diện tích tiết diện lò phải lớn
Ngược lại, tiết diện lò có thể nhỏ hơn nếu chất thải được nạp vào bên trong tầng sôi.
Do đặc điểm cấu tạo cấu tạo, chất thải sau khi nạp vào lò tầng sôi đạt được sự ti ếp xúc mãnh liệt với không khí để thực hiện quá trình thiêu đốt hiệu quả các thành phần cháy được và tách hết độ ẩm Nhiệt độ tầng sôi thường dao động trong khoảng 1300 o K đến1500 o K, tùy thuộc vào trạng thái vật lý của chất thải được đốt Thời gian lưu của không khí trong lò khá lớn, trong khoảng 3 – 6 giây
Tro còn lại sau khi đốt sẽ lẫn lộn với vật liệu tầng sôi, một phần theo dòng khí thải ra ngoài Với chất thải chứa các muối kim loại, lượng tro sau khi đốt thường gây ra hiện tượng kết tụ tầng sôi Hiện tượng kết tụ tầng sôi là sự tăng kích thước của các hạt vật liệu tầng sôi, kéo theo sự kết hợp của chúng thành các hạt rắn lớn, dễ dàng lắng tụ, dẫn đến giảm hiệu quả sử dụng của tầng sôi và hiệu suất làm việc của lò
- Lò đứng/ngang nhiệt phân 2 cấp
Lò đứng 2 cấp bao gồm một buồng đốt sơ cấp và một buồng đốt thứ cấp Hai buồng sơ cấp và thứ cấp có thể bố trí theo chiều ngang hoặc chiều dọc Nếu bố trí theo chiều dọc, thì buồng đốt thứ cấp ở phía trên và thông thường đó là loại lò đốt có kiểm soát không khí Đối với các lò đốt có công suất nhỏ, chất nạp từng mẻ vào buồng sơ cấp, còn tro xỉ được tháo ra khi đã tích lũy với số lượng lớn gây ảnh hưởng đến chế độ hoạt động của lò. Đối với các lò đốt có công suất lớn, chất thải được nạp vào và tro được lấy ra liên tục nhờ các hệ cơ khí Buồng đốt thứ cấp có nhiệm vụ đốt tiếp để tiêu hủy hoàn toàn các thành phần hữu cơ hiện diện trong khí thải từ buồng sơ cấp.
Tính toán sự cháy dầu DO
Theo Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp Tập I, thành phần sử dụng của dầu DO:
Nhiệt trị thấp của dầu được xác định theo công thức của D.I.Mendeleev:
Nhiệt trị thấp của dầu DO:
3.1.1 Hệ số tiêu hao không khí và lượng không khí cần thiết 3.1.1.1 Hệ số tiêu hao không khí ( )
Hệ số tiêu hao không khí ( ) là tỷ số giữa lượng không khí thực tế (L) và lượng không khí lý thuyết (L0) khi đốt cùng một lượng nhiên liệu:
Theo Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp Tập I, giá trị ( ) khi đốt dầu DO được cho ở bảng sau 3.1
Dạng nhiên liệu và kiểu thiết bị đốt ( ) Đốt củi trong buồng đốt cứng. Đốt than đá, than nâu trong buồng đốt thủ công. Đốt than đá, than nâu trong buồng đốt cơ khí. Đốt than bụi. Đốt dầu DO. Đốt khí bằng mỏ đốt không có phần hỗn hợp. Đốt khí bằng mỏ đốt có phần hỗn hợp.
Bảng 3.1: Hệ số tiêu hao không khí
(Nguồn: Hoàng Kim Cơ Nguyễn Công Cần Đỗ Ngân Thanh – Tính Toán Kỹ Thuật Lò
Nhiệt Lò Công Nghiệp T1) Chọn = 1,15.
3.1.1.2 Tính lượng không khí cần thiết để đốt 100 kg dầu DO Giả thiết: thành phần không khí chỉ có O2 và N2, các thành phần khác không đáng kể.
Khi tính sự cháy của nhiên liệu quy ước:
Mỗi Kmol phân tử khí bất kỳ đều có thể tích 22,4 m 3
Không tính sự phân hóa nhiệt của tro.
Thể tích của không khí và sản phẩm cháy qui về ĐK chuẩn: 0 o C, 760 mmHg.
Thành phần nhiên liệu Hàm lượng
Bảng 3.2: Thành phần nhiên liệu dầu DO theo lượng mol.
Các phản ứng cháy xảy ra khi đốt dầu DO (coi phản ứng diễn ra hoàn toàn):
N2 = N2 H2O = H2O theo thành phần sử dụng và các phản ứng cháy, được kết quả sau:
Bảng 3.3: Lượng không khí cần thiết để đốt 100 kg dầu DO.
Lượng không khí thực tế cần thiết: Với = 1 L 0 = 1049,83 (N.m 3 )
Lượng không khí thực tế xác định theo công thức :
L= x L 0 = 1,15 x 1049,83 = 1207,3 (N.m) = 1,15: hệ số tiêu hao không khí.
Vậy lượng không khí dư khi cấp Oxy vào là:
Lượng Oxy dư tại điểm lấy mẫu phù hợp với tiêu chuẩn lượng Oxy dư từ 6-15% của bảng 1 QC 02:2008/BTNMT.
3.1.2 Xác định lượng và thành phần của sản phẩm cháy 3.1.2.1 Thành phần và lượng sản phẩm cháy
Thành phần và lượng sản phẩm cháy khi đốt 100 kg dầu DO cho ở bảng sau:
Bảng 3.4: Thành phần và lượng sản phẩm cháy khi đốt 100 kg dầu DO.
3.1.2.2 Xác định khối lượng riêng của sản phẩm cháy
Khối lượng riêng của sản phẩm cháy được xác định ở điều kiện chuẩn:
CO2, H2O, SO2, O2, N2 là số mol các khí trong thành phần của sản phẩm cháy.
Tính toán sự cháy của rác
Nhiệt trị của rác tính theo công thức Medeleev:
3.2.2 Hệ số tiêu hao không khí ( R ) và lượng không khí cần thiết 3.2.2.1 Chọn hệ số tiêu hao không khí
Hệ số tiêu hao không khí là tỉ số giữa lượng không khí thực tế L và lượng không khí lý thuyết L0 khi đốt cùng một lượng nhiên liệu.
Theo kinh nghiệm thực tế đối với trường hợp đốt rác thải y tế thì nên chọn hệ số tiêu hao không khí R =1,15.
3.2.2.2 Xác định lượng không khí cần thiết khi đốt cháy 100 kg rác y tế
Giả thiết thành phần không khí chỉ có oxi và nitơ, các thành phần khác không đáng kể
Khối lượng nguyên tử của các khí lấy theo số nguyên gần đúng.
Mỗi Kmol phân tử khí bất kỳ đều có thể tích 22,4 m 3
Không tính sự phân hóa nhiệt của tro.
Thể tích của không khí và sản phẩm cháy qui về đk chuẩn: 0 o C, 760 mmHg.
Các phản ứng đốt cháy hoàn toàn:
Thành phần % khối lượng Khối lượng
Bảng 3.5 : Thành phần rác y tế chuyển thành lượng mol.
Theo các phản ứng, tính được lượng không khí cần để đốt 100 kg rác trong bảng 3.6:
576,8 4 Bảng 3.6 : lượng không khí cần thiết để đốt 100 kg rác
Lượng không khí theo lý thuyết: L0 = 576,84 (m 3 ).
Lượng không khí thực tế:
= 1,15 : hệ số tiêu hao không khí khi đốt rác.
Vậy lượng không khí dư khi cấp Oxy vào là:
Lượng Oxy dư tại điểm lấy mẫu phù hợp với tiêu chuẩn lượng Oxy dư từ 6-15% của bảng 1 QC 02:2008/BTNMT.
3.2.3 Xác định lượng và thành phần sản phẩm cháy 3 2.3.1 Thành phần và lượng sản phẩm cháy
Thành Từ không Sản phẩm Tổng cộng phần khí (Kmol) cháy (Kmol) Kmol n.m 3 % thể tích
Bảng 3.7: Thành phần và lượng sản phẩm cháy khi đốt 100 kg rác.
3.2.3.2 Xác định khối lượng riêng của sản phẩm cháy
Khối lượng riêng của sản phẩm cháy được xác định ở điều kiện tiêu chuẩn:
Xác định nhiệt độ thực tế và tính cân bằng nhiệt của lò
Khi không nung trước nhiên liệu và không khí, hệ số tiêu hao không khí
= 1,15; hàm nhiệt tổng được xác định theo công thức:
Trong đó: Qt d: nhiệt trị thấp của dầu DO, Qt d = 40048,33 kJ/kg
V : thể tích sản phẩm cháy khi đốt 1 kg dầu DO, V = 12,66142 Nm 3
Theo phụ lục II Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp T1 và bảng 4.3 (thành phần sản phẩm cháy của dầu DO) Xác định được i1, i2 ứng với giá trị t1, t2 :
Giả thiết nhiệt độ cháy lý thuyết của lò: t1 = 1800 o C < tlt < t2 = 1900 o C
CO2, H2O, O2, N2, SO2 lần lượt là % trọng lượng sản phẩm cháy khi đốt dầu DO.Theo kết quả: i1800< i < i1900, giả thiết về nhiệt độ cháy lý thuyết phù hợp và nhiệt độ lý thuyết được xác định theo công thức:
Vậy nhiệt độ cháy lý thuyết của lò: tlt = 1801,2 o C ≈ 1802 o C
3.3.2 Xác định nhiệt độ thực tế của lò
Nhiệt độ thực tế của lò được xác định theo công thức: ttt = ỗtt x tlt
Trong đó: ỗtt : hệ số tổn thất hàm nhiệt của sản phẩm chỏy, theo bảng 1 – 1 sỏch Lũ cụng nghiệp, ỗtt = 0,65 – 0,70; chọn ỗtt = 0,65.
Nhiệt độ thực tế của lò: ttt = 0,6 x 1802 = 1081 o C.
3.3.3 Tính cân bằng nhiệt và lượng nhiên liệu tiêu hao 3.3.3.1 Mục đích tính cân bằng nhiệt Đánh giá chất lượng làm việc của thiết bị qua việc xác định các tham số.
Xác định lượng nhiên liệu tiêu hao.
3.3.3.2 Tính cân bằng nhiệt a) Nhiệt thu:
Nhiệt do cháy dầu DO:
Bd : lượng nhiên liệu tiêu hao (kg/s).
Qt d = 40048,33 (kJ/kg) = 40048,33.10 3 (J/kg): nhiệt trị thấp của dầu DO.
Q2 = Br x Qt r = 0,0695 x 22323,8 = 1550,26 (kJ/s) Br = 250 (kg/h) = 0,0695 (kg/s): lượng rác đốt trong lò.
Qt r = 22323.8 (kJ/kg): nhiệt trị thấp của rác. b) Nhiệt chi:
Nhiệt lượng để đốt cháy rác:
Do thành phần của rác y tế khá phức tạp nên nhiệt lượng cung cấp để cháy rác được xác định bằng thực nghiệm và chấp nhận rác cháy ở 800 o C.
Theo Hazadous Wastc incineration thì rác y tế có nhiệt lượng cần để đốt cháy 1 kg rác y tế: Qc r = 22,44.10 6 J/kg.
Nhiệt lượng cần thiết để đốt rác ở 800 o C:
Nhiệt lượng mất do sản phẩm cháy khi đốt 1 kg dầu DO:
Tại buồng sơ cấp, rác cháy ở 800 o C:
Q4 = v x Bd x Ck x tk0 (W) Trong đó :
v = 12,66142 (N.m 3 ): lượng sản phẩm cháy khi đốt 1 kg dầu DO.
Bd: lượng dầu Do tiêu hao (kg/s).
ik = Ck.tk: hàm nhiệt trung bình của sản phẩm cháy ở nhiệt độ ra khỏi buồng sơ cấp k SO
Nhiệt lượng mất do dẫn nhiệt qua nóc, tường, đáy lò, khe hở…
Nhiệt lượng mất phụ thuộc vào thể tích, vật liệu xây lò…Thường chiếm 10% nhiên liệu tiêu hao lò.
Nhiệt lượng mất do cháy không hoàn toàn
Khi đốt cháy rác ở 800 o C thì lượng sản phẩm cháy ra khỏi lò chưa kịp cháy Nhiệt trị của hỗn hợp là 12,14 kJ/n.m 3
Gọi P là phần sản phẩm chưa cháy ( P = 0,005 – 0,03), chọn P = 0,03.
= 0,03 x 0,069 x 7,57994 x 12140 x 10 3 = 187 (W) v r = 7,57994 (m 3 ) : lượng sản phẩm cháy khi đốt 1 kg rác
3.3.3.3 Xác định lượng nhiên liệu tiêu hao Lượng nhiên liệu tiêu hao xác định dựa vào cân bằng nhiệt thu và nhiệt chi:
Hệ số sử dụng nhiên liệu có ích:
Hệ số sử dụng nhiên liệu có ích được xác định theo công thức:
Q1 : nhiệt lượng thu được do cháy dầu
Q1 = Bd x Qt d = 0,00792 x 40048,33.10 3 = 317182,7726 (W) Bd = 0,00792 (kg/s): lượng nhiên liệu tiêu hao.
Qt d = 40048,33.10 3 (J/kg): nhiệt trị thấp của dầu.
Q2 = 1550260 (J/s): lượng nhiệt sinh ra do cháy rác.
Q3 = 1559580 (W): nhiệt chi để cháy rác ở buồng sơ cấp.
Tổng lượng nhiệt sinh ra trong 1 giờ là:
Nhiệt lượng cần cấp cho buồng sơ cấp chiếm 70%=0,7 1142,93.10 6 8.10 5 (kj/h) => lượng dầu cấp cho buồng sơ cấp là 0,005544 (kg/s ).
Nhiệt lượng do buồng thứ cấp tạo ra chiếm 30% = 0,3.1142,93.10 6 3,43.10 5 (kj/h) => lượng dầu cấp cho buồng thứ cấp là 0,002367 (kg/s ).
3.3.3.4 Tính toán nồng độ các chất thải trong khói lò
Theo giáo trình Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, Trần Ngọc Chấn ta tính toán được nồng độ các chất ô nhiễm có trong khói thải theo bảng sau:
1 Lưu lượng không khí khô lý thuyết (N.m3/kgNl)
2 Lượng không khí ẩm lý thuyết dg/kg (t0 độ) Va = (1+0,0016.d)Vo 5,89 N.m 3 /kg 10,74 N.m 3 /kg
3 Lượng không khí ẩm thực tế với hệ số thừa kk = 1,5 Vt = 1,5Va 8,835 N.m 3 /kg 16,11 N.m 3 /kg 4 Lượng SO2 trong SPC V SO2 = 0,683.10 -2 Sp 0,0185 N.m 3 /kg 3,4.10 -3 N.m 3 /kg
5 Lượng CO trong SPC với hệ số cháy không hoàn toàn = 0,6% V CO = 1.853.10 -2 η Cp 5,69.10 -3 N.m 3 /kg 9,67.10 -3 N.m 3 /kg 6 Lượng CO2 trong SPC V CO2 = 1,853.10 -2 (1- η ).Cp 0,94 N.m 3 /kg 1,59 N.m 3 /kg
7 Lượng hơi nước trong SPC V H2O = 0,1113.Hp+0,0124.Wp+
8 Lượng O 2 trong không khí thừa V O2 = 0,21.( α -1)Va 0,62 N.m 3 /kg 1,13 N.m 3 /kg 9 Lượng N 2 trong SPC V N2 = 0,8.10-2Np+0,79Vt 7 N.m 3 /kg 12,81 N.m 3 /kg
10 a, Lượng khí NOx trong SPC b, Quy đổi ra N.m 3 /kg c, thể tích N 2 tham gia vào phản ứng của Nox
11 Lượng SPC ở đktc 9,59 N.m 3 /kg 20,67 N.m 3 /kg
12 Lượng SPC ở điều kiện thực tế (180 o C)
Lc = V SPC B/3600 Lt = Lc(273+t khói )/273
13 Tải lượng khí SO 2 với ρ = 2,926 kg/m 3 M SO2 = 10 3 V SO2 B.ρ SO2 /3600 3, g/s 0,079 g/s
14 Tải lượng khí CO với ρ = 1,25 kg/m 3 M CO = 10 3 V CO B.ρ CO /3600 0,5 g/s 0,096 g/s stt Đại lượng tính Công thức Kết quả đốt rác Kết quả đốt dầu
15 Tải lượng khí CO2 với ρ = 1,997 kg/m 3 M CO2 = 10 3 V CO2 B.ρ CO2 /3600 0,52 g/s 0,88 g/s 16 Tải lượng NOx M NOx = 10 3 M NOx /3600 2,7.10 -4 g/s 0,025 g/s
17 Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm trong khói: a, SO 2 b, CO c, CO 2 d, NOx
C SO2 = M SO2 /Lt C CO = M CO /Lt C CO2 = M CO2 /Lt C NOx = M NOx /Lt
Ta thấy khí thải lò đốt y tế có nồng độ phù hợp với Bảng 2: giá trị tối đa cho phép trong khói thải của QCVN 02/2012/BTNMT về lò đốt chất thải y tế
3.3.4 Xác định kích thước buồng sơ cấp
Kích thước lò được xác định gồm: tính thể tích buồng đốt và diện tích mặt ghi.
3.3.4.1 Xác định thể tích buồng đốt
Thể tích buồng được xác định theo công thức
Trong đó : Q: nhiệt lượng sinh ra trong 1h,(kj/h).
V : thể tích buồng sơ cấp, m 3
Ngoài ra còn phải cộng thêm thể tích mà chất rắn chiếm chỗ va phải tính tới hệ số ảnh hưởng công suất và hệ số ảnh hưởng thời gian.
- Chọn q = 581.10 3 : mật độ nhiệt thể tích buồng đốt từ bảng 3-4 Lò công nghiệp: q (250 – 581).10 3 (W/m 3 ).
- Do ảnh hưởng của nhựa, nilong trong thành phần chất thải, sự không đồng đều về độ ẩm của chất thải nên hệ số ảnh hưởng công suất là 0,8-0,9 Chọn là 0,8.
- Hệ số ảnh hưởng của thời gian là 0,9-0,95 Chọn 0,9.
Khối lượng riêng của chất thải rắn có giá trị trung bình từ 125-350 kg/m 3 , vậy 250 kg rác chiếm 0,714 m 3
3.3.4.2 Xác định diện tích bề mặt ghi lò
Diện tích bề mặt ghi phụ thuộc vào lượng nhiên liệu B đốt trong một đơn vị thời gian và cường độ cháy của ghi R, diện tích bề mặt ghi lò F:
Trong đó: B : lượng nhiên liệu chuẩn sử dụng trong 1 giờ (kg/h).
R = 200 kg/m 2 h: cường độ cháy của ghi theo bảng 3-3 Lò công nghiệp.
1 kg rác = 0,9359 kg nhiên liệu tiêu chuẩn.
Vậy : F B R 253 200 , 9334 1 , 27 ( m 2 ) Diện tích mắt gió trên ghi lấy bằng 40% tổng diện tích ghi, diện tích ghi:
Nếu thiết kế ghi hình vuông thì cạnh ghi:
3.3.4.3 Xác định kích thước buồng đốt
V = L x B x H = 1,95 (m 3 ) Chọn : L = 1,2 m B = 1,2 m H = 1,35 m => Vsc = 2,16 m 3 3.3.5 Tính thiết bị đốt
Nhiên liệu lỏng dùng trong các lò công nghiệp thường là các loại dầu như: DO, FO Để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu cần biến dầu thành các hạt nhỏ gọi là bụi dầu.
Chất biến dầu thành bụi thường là không khí được cấp từ quạt ly tâm cao áp Chất biến bụi có áp cao tác động đến dầu, phá vỡ độ bền vững của dầu và biến dầu thành các hạt nhỏ li ti.
Bụi dầu trước khi cháy thành ngọn lửa phải đi qua các giai đoạn:
Hoà trộn giữa bụi dầu và ôxi của không khí thành hỗn hợp.
Hỗn hợp được sấy nóng và bụi dầu bốc hơi.
Phân hủy các hợp chất hydrocacbon.
Xảy ra các phản ứng cháy.
Tuy tách biệt ra thành các giai đoạn cháy, song thực tế các khâu này có quan hệ mật thiết với nhau Nếu quá trình trao đổi nhiệt của môi trường với hỗn hợp chất biến bụi và nhiên liệu tốt thì hỗn hợp được sấy nóng nhanh, dầu bốc hơi tốt và quá trình cháy xảy càng nhanh Khi cháy, có sự phân hủy các hợp chất hydrocacbon nên có các hạt muội than. Để đốt cháy nhiên liệu dạng lỏng, thiết bị hay dùng là béc phun( mỏ phun) Béc phun biến dầu thành các hạt nhỏ li ti để đưa vào lò Béc phun được chia làm 2 loại: béc phun thấp áp vá cao áp Đặc tính của hai loại béc phun này được trình bày trong bảng sau: Đặc tính Béc phun
Chất biến bụi dầu v.v Không khí do quạt cấp
1) Không khí nén 2) Hơi nước Áp suất của chất biến bụi (KN/m 2 ) 2,95 – 8,8 1) Không khí nén: 90 - 780
Lượng chất biến bụi(không khí)% của tổng lượng không khí cần đốt cháy nhiên liệu
Nhiệt độ nung không khí 0 C 300 Không hạn chế
Lượng chất biến bụi cho 1 Kg dầu (Kg) - 1) Không khí: 0,6
Tốc độ chất biến bụi ra khỏi miệng ống
(m/s) 50 – 80 Thường đến 330 đôi khi lớn hơn
Mức độ biến bụi(đường kính hạt bụi dầu) (mm) Đến 0,5 0,1 – 0,2
Bảng 3.8 : Các đặc tính của béc phun thấp áp và cao áp Đối với lò đốt công suất 30 kg/h, dùng béc phun thấp áp.
Số hiệu mỏ phun Đường vào nhiên liệu (mm)
Lưu lượng dầu, kg/h, với áp suất không khí, mm H 2 O Đường kính miệng phun mm
Bảng 3.9 : Thông số của các mỏ phun thấp áp
Chọn mỏ có số hiệu với các thông số: Đường kính ra của ống dẫn dầu 3mm, dường kính ống ra của không khí 40 mm.
3.4 Tính toán buồng đốt thứ cấp
Thể tích buồng đốt thứ cấp được tính theo công thức sau:
Trong đó: ס : thời gian lưu, chọn 2 s. qra : lưu lượng khí di chuyển trong buồng đốt,(m 3 /s). qra = tổng lượng khí sinh ra khi đốt hoàn toàn rác và dầu = 0,57 (m 3 /s).
Vậy thể tích buồng thứ cấp là:
Xác định kích thước buồng đốt:
V = L x B x H = 1,54 (m 3 ) Chọn : L = 0,73 m B = 1,2 m H = 1,75 m => Vtc = 1,55 m 3, Tính thiết bị đốt
Dựa vào bảng 3.8Chọn mỏ có số hiệu với các thông số: Đường kính ra của ống dẫn dầu 2,5 mm, dường kính ống ra của không khí 21 mm.
Thể xây lò và tính toán khung lò
3.5.1.1 Cơ sở lựa chọn vật liệu Để xây dựng một lò đốt rác, cần một lượng lớn các loại vật liệu khác nhau như: vật liệu chịu lửa, cách nhiệt và các vật liệu xây dựng thông thường khác.
Gạch chịu lửa có đặc điểm là có khả năng chịu được nhiệt độ cao mà không bị thay đổi hình dạng và tính chất vật lý Khi chọn gạch hay vật liệu để xây lò cần phải căn cứ vào điều kiện làm việc của lò để chọn gạch và vật liệu xây dựng thích hợp đảm bảo thể xây lò làm việc tốt, không gây lãng phí. Đối với lò đốt rác y tế vận hành ở nhiệt độ 800 – 1200 o C, trong điều kiện khắc nghiệt như vậy đòi hỏi vật liệu xây dựng phải có độ bền lớn, chịu được nhiệt độ và tính ăn mòn cao Do đó, việc lựa chọn thể xây lò quyết định rất lớn khả năng làm việc của lò.
Lò đốt gồm hai cấp
Kích thước buồng đốt: L = 1,2 m B = 1,2 m H = 1,35 m Kích thước ghi: F = 1,27 m 2 , ghi hình vuông cạnh 1,1 m.
Lượng nhiên liệu tiêu hao: B = 20,412 kg/h.
Kích thước buồng đốt: L= 0,73 m B = 1,2 m H = 1,75 m Lượng nhiên liệu tiêu hao: B = 8,748 kg/h.
- Theo giáo trình Lò công nghiệp, bảng 4-3, gạch Samốt A là loại gạch thích hợp để xây tường chịu nhiệt 1200 0 C Theo bảng 4-10/189, đối với tường cao hơn 1m ( H = 1,35 m) thì chiều dày lớp gạch chịu lửa từ 230 – 350 mm.
- Gạch xây tường được chọn là gạch Samốt A số hiệu H1 có các thông số:
+ Thể tích V = 1690 cm 3 ; trọng lượng 3,3 kg.
+ Hệ số dẫn nhiệt = 0,88 + 0,00023t (W/m.độ).
+ Nhiệt dung c = 0,865 + 0,00021t (kJ/kg.độ).
- Cơ sở lựa chọn vật liệu:
+ Để xây dựng lò đốt cần sử dụng các loại vật liệu: vật liệu chịu lửa, cách nhiệt và các vật liệu xây dựng thông thường khác nhau.
+ Khi chọn gạch hoặc vật liệu để xây lò cần căn cứ vào điều kiện làm việc của lò để đảm bảo lò làm việc tốt, không gây lãng phí
+ Lò đốt rác công nghiệp vận hành ở nhiệt độ cao nên đòi hỏi vật liệu xây dựng phải có độ bền lớn, chịu được nhiệt và tính ăn mòn cao.
Hình 3.10 : Sơ đồ cấu tạo tường lò đốt chất thải rắn công nghiệp.
- Chọn cấu tạo của lớp tường buồng đốt:
+ Bên trong cùng là gạch chịu lửa Samốt A (đây là loại gạch thích hợp để xây tường chịu nhiệt 1300 o C), chiều dày 1.
+ Lớp thứ 2 là gạch chống nóng Điatomit, chiều dày 2
+ Lớp thứ 3 là bông thuỷ tinh, chiều dày 3. + Lớp thứ 4 là thép tấm CT3, chiều dày 4. Trong đó : 1, 2 , 3 hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu Samot, Điatomi, Bông thủy tinh, Thép CT3. α1, α2 lần lượt là hệ số tỏa nhiệt bên trong và bên ngoài lò đốt
Vật liệu Khối lượng riêng
Bảng 3.11 : Thông số cơ bản vật liệu làm lò.
Chọn loại gạch chuẩn là : 230 x 113 x 65.
- Chiều dày của lớp gạch chịu lửa samot :
- Chiều dày của lớp gạch Điatomit :
- Chiều dày của lớp bông thủy tinh :
- Chiều dày của lớp vỏ thép CT3 :
Tính toán chiều dày lớp bông thủy tinh sao cho nhiệt độ bề mặt ngoài của lò ( mặt ngoài lớp vỏ thép) là 50 o C. Áp dụng công thức truyền nhiệt qua tường phẳng ta có :
Vậy nhiệt độ mặt trong của vỏ thép được tính :
Lượng nhiệt truyền qua tường lò :
Lượng nhiệt trên đúng bằng lượng nhiệt truyền qua các lớp tường lò vì vậy ta có
Chiều dày lớp bông thủy tinh :
Vậy tổng chiều dày tường lò là :
3.5.2.1 Thể xây đáy lò. Đáy lò được xây trực tiếp trên móng lò Đáy lò được xây phẳng, mạch nhiệt 5mm/m chiều dài Đáy lò được xây 2 lớp:
Lớp dưới: gạch cách nhiệt Diatômit dày 115mm.
Lớp trên: gạch Samốt A dày 230mm.
Lớp gạch làm việc thường được xây nghiêng để tăng tác dụng chống va đập và mài mòn trong quá trình lò vận hành.
Nóc lò được xây cong dày 230mm, tạo với tường lò góc 90 o Thể xây nóc lò là gạchSamốt A.
Chiều rộng nóc lò bằng với chiều rộng lò: B = 1,2 m. Ở giữa là lớp gạch cách nhiể diatomit dày 115 mm và ngoài cùng là lớp vỏ thép dày 30mm.
Lò có góc ở tâm: ϕ = 45 o nên tỷ số B/R = 0,765, bán kính nóc lò R = B/0,765 1200/0,765 = 1568 mm
Chiều dày mạch xây d = 2mm.
Gạch vát có kích thước 230x113x65x55
Số gạch xây một đường kính
R: bán kính vòm, mm. s: chiều dày gạch xây nóc lò,mm. a: chiều ngang viên gạch, mm. d: chiều dày mạch xây, mm. ϕ: góc ở tâm vòm.
Độ chênh giữa cung ngoài và trong tính theo công thức sau:
Độ chênh giữa chiều dày 2 đầu viên gạch vát l1 = 65-55 mm
Số lượng gạch thẳng nt = n – nv = 36 – 18 = 18 (viên)
Số gạch dùng cho toàn bộ nóc lò:
Chọn gạch chân vòm có chiều dày viên gạch là 115 mm Số gạch chân vòm cần dùng là:
Cửa tiếp liệu làm bằng thép tấm (CT3) dày 0,003m Bên trong tấm thép là lớp cách nhiệt bằng bông thủy tinh dày 85mm tiếp đến là lớp gạch cách nhiệt Diatomit và cuối cùng là lớp gạch chịu lửa Samot A được xây ép vào tấm thép.
Kích thước cửa tiếp liệu là : 580x425 mm
Cửa dẫn sản phẩm cháy từ buồng sơ cấp sang buồng thứ cấp Thể tích khí sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 250 kg rác là
Tổng thể tích khí sinh ra ở điều kiện bắt đầu xảy ra quá trình khí hóa ở 250 o C là:
Vận tốc khí chảy qua ống dẫn là 20 m/s Vậy thiết diện của ống là
Gồm hai cửa kích thước (800x200) mm Cửa thứ nhất cách trần lò 200mm, cửa thứ hai cách trần lò 1600mm.
Cửa có kích thước (240x250) mm Cửa được làm bằng 2 lớp thép tấm 10 mm Giữa hai tấm thép là lớp bông thuỷ tinh cách nhiệt dày 50 mm Và lớp gạch chịu lửa 65mm.
Do khói thải có nhiệt độ cao 1081 o C vì vậy cổng khói được xây bằng gạch chịu nhiệt (Samot A) để đám bảo được độ bền vững của lò.
Tính tiết diện cổng khói : Thể tích khí sinh ra ở buồng thứ cấp ở 250 o C là:
Tổng thể tích khí sinh ra sau khi bị đốt cháy hoàn toàn ở 1083 o C là:
Vận tốc khí chảy qua ống dẫn là 15 m/s Vậy thiết diện của ống là
Chọn cống dẫn khói có thiết diện hình vuông, đỉnh cống khói dạng vòm với góc ở tâm 60 o Kích thước tiêu chuẩn của cống khói như sau :
Chiều rộng cống khói: B = 500 mm Chiều cao cống khói: H = 500 mm
3.5.5 Khung lò 3.5.5.1 Đặc điểm của khung và vỏ lò
Khung lò và vỏ lò gíup thể xây ổn định trong quá trình làm việc, phía ngoài thể xây được bao bọc bởi lớp thép tấm 5 mm Bên ngoài lớp thép là hệ thống khung làm bằng thép góc (50x50x5) kiềng chặt ở các cạnh lò.
Khung lò liên kết tĩnh, được đặt trên nền móng lò, có các thông số:
Góc ở tâm = 180 o Bán kính trong của nóc lò: R = 1568 mm.
Khoảng cách giữa 2 cột theo chiều dài lò: a = 3410– 230x2 = 2950 mm.
Khối lượng riêng của gạch: gạch = 1,9 tấn/m 3 Chiều dài lò: L = 3410 mm.
Chiều dày nóc lò: s = 230 mm.
Chiều dài trung bình của cung vòm nóc:
R1 = R+s/2 – bán kính tủng bình của góc.
Trọng lượng gạch nóc lò đối với 1 bước cột:
Lực ngang P: p H 4 f B 0 Đối với lò nốc bằng f = 0 nên thực tế lực ngang P không tồn tại Do đó chỉ có lực nén trung tâm H tác dụng lên phần tường lò bên dưới.
3.5.6 Kiểm tra tổn thất nhiệt qua xây lò 3.5.6.1 Buồng đốt sơ cấp
Buồng lò có kích thước: L = 1,2 m B = 1,2 m H = 1,35 m.
Rác được nung ở nhiệt độ 800 o C.
Tường dày 230 mm và nóc lò dày230 mm bằng gạch Samốt A. Đáy gồm 230 mm gạch Samốt A và 115 mm gạch Diatomit.
Năng lượng nhiệt mất qua nóc :
Nóc là tấm phẳng, nhiệt độ bên trong 800 o C, nhiệt độ không khí 30 o C Nhiệt độ trung bình của lớp gạch xây nóc coi như là trung bình cộng của nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt trong lò: ttb = 420 O C.
Hệ số dẫn nhiệt của gạch Samốt A ở 420 o C là 420 = 1,167 (W/m.độ).
Nhiệt lượng mất qua nóc lò:
F: diện tích nóc lò, m 2 F = 1,2 m 1 , 2 m 1 , 44 (m 2 ). s: chiều dày nóc, m. tl, tkk : nhiệt độ mặt trong lò và nhiệt độ không khí, 0 C.
0,06 : nhiệt trở khi có trao đổi nhiệt ở mặt ngoài tường ra môi trường không khí xung quanh, m 2 độ/W
n : hệ số dẫn nhiệt của tường lò, W/m.độ.
Nhiệt lượng mất qua tường và đáy lò :
Diện tích ngoài của tường và đáy lò ( không tính tường phía trước và phía sau )
Xem như đường phân bố nhiệt trong tường lò là bậc nhất, nhiệt độ trung bình mỗi lớp:
Nhiệt độ trung bình của lớp Samốt:
Nhiệt độ trung bình của lớp diatomit:
Hệ số dẫn nhiệt của lớp Samốt ở t s :
Hệ số dẫn nhiệt của lớp Diatomit ở t d :
Nhiệt lượng mất qua thể xây:
Q: nhiệt lượng mất qua nóc buồng sơ cấp, W Qt : nhiệt lượng mất qua tường buồng sơ cấp, W Nhiệt giả sử mất qua nóc, tường, đáy lò… là : Q5 = 10%(1550,26.10 3 + 40048330.Bd) = 0,1(1550260 + 40048330.0,005544) = 177228,79(W)
Q5 > Qx : giả thiết hợp lý.
Buồng lò có kích thước: L = 0,73 m B = 1,2 m H = 1,75 m.
Rác được nung ở nhiệt độ 1200 o C.
Tường và nóc lò dày 230 mm bằng gạch Samốt A. Đáy gồm 230 mm gạch Samốt A và 115 mm gạch Diatomit.
Năng lượng nhiệt mất qua nóc
Nhiệt độ trung bình của lớp gạch nóc: ttb = 620 O C.
H hệ số dẫn nhiệt của gạch Samốt A ở 620 o C là 620 = 1,143 (W/m.độ).
Nhiệt lượng mất qua nóc lò
S: chiều dày nóc, m tl, tkk : nhiệt độ mặt trong lò và nhiệt độ không khí, 0 C.
0,06 : nhiệt trở khi có trao đổi nhiệt ở mặt ngoài tường ra môi trường không khí xung quanh, m 2 độ/W
n: hệ số dẫn nhiệt của tường lò, W/m.độ.
Nhiệt lượng mất qua tường và đáy lò
Diện tích ngoài của tường và đáy lò ( không tính tường phía trước và phía sau )
Xem như đường phân bố nhiệt trong tường lò là bậc nhất, nhiệt độ trung bình mỗi lớp: t C t tb t l kk 615 o
Nhiệt độ trung bình của lớp Samốt: t C t s t l tb 907 , 5 o
Nhiệt độ trung bình của lớp diatomit: t C t d t kk tb 322 , 5 o
Hệ số dẫn nhiệt của lớp Samốt ở t s :
Hệ số dẫn nhiệt của lớp Diatomit ở t d :
Nhiệt lượng mất qua thể xây:
Qx = Q + Qt = 3912,53 + 7986 = 11898 (W) Q: nhiệt lượng mất qua nóc buồng thứ cấp, W Qt : nhiệt lượng mất qua tường buồng thứ cấp, W
Nhiệt giả sử mất qua nóc, tường, đáy lò…
Q`5 > Qx : giả thiết hợp lý.
Vậy, ta thiết kế lò đốt rác Y tế bằng lò đốt nhiệt phân với các kích thước như sau:
(Xem bản vẽ kỹ thuật)
Vận hành lò đốt chất thải rắn y tế
Bước 1: Khởi động hệ thống xử lý khí thải;
Bước 2: Khởi động và sấy nóng tất cả các vùng đốt Chỉ được nạp một số loại chất thải không nguy hại có nhiệt trị lớn (như chất thải sinh khối) để thay thế, bổ sung nhiên liệu truyền thống sau khi sử dụng nhiên liệu truyền thống để sấy nóng vùng đốt sơ cấp trên nhiệt độ trên 300 o C và vùng đốt thứ cấp nhiệt độ trene 800 o C Các loại chất thải không nguy hại sử dụng trong quá trình khổi động này phải được xác định và ghi rõ trong quy trình;
Bước 3: Chính thức nạp chất thải vào lò đốt CTRYT Chỉ được nạp CTRYT nguy hại khi nhiệt độ các vùng đốt đạt giá trị tương ứng với quy định tại bảng 1 QC 02:2008/BTNMT.
- Quy trình kết thúc lò đốt chất thải:
Bước 1: Ngừng nạp chất thải, tiếp tục đảo trộn chất thải còn lại trong buồng đốt sơ cấp và cấp nhiên liệu (nếu cần thiết) cho đến khi chất thải cháy hoàn toàn;
Bước 2: Ngừng cấp nhiên liệu vào vùng đốt sơ cấp sau khi chất thải đã cháy hoàn toàn (không còn dấu hiệu cháy);
Bước 3: Ngừng cấp nhiên liệu vào cùng đốt thứ cấp sau khi không còn khói trong vùng đốt sơ cấp và không còn khí thải thải qua ống khói;
Bước 4: Dừng hệ thống xử lý khí thải và kết thúc toàn bộ hoạt động của lò đốt khi nhiệt độ vùng đốt xuống dưới 300 o C.
Ngày nay, lượng chất thải y tế ngày một gia tăng do gánh nặng dân số, thiên tai lũ lụt, sự xuất hiện của nhiều loại dịch bệnh nguy hiểm Thành phần chất thải rắn y tế gồm chất thải sinh hoạt và chất thải nguy hại, tuy lượng chất thải y tế nguy hại chỉ chiếm một phần nhỏ trong thành phần rác y tế nhưng nếu ta không có biện pháp quản lý xử lý phù hợp thì chúng ta khó mà lường được hậu quả của chúng tới môi trường
Do vậy ta cần xử lý chất thải rắn y tế bằng phương pháp thiêu đốt rất phù hợp với một nước đang phát triển như nước ta hiện nay Xử lý chất thải rắn y tế nguy hại bằng phương pháp thiêu đốt nó sẽ giúp giải quyết được một phần vấn đề cấp bách trong việc xử lý chất thải bảo vệ môi trường Tuy nhiên phương pháp này chỉ hiệu quả về mặt môi trường khi có hệ thống xử lý chất thải đạt tiêu chuẩn quy định.
Với điều kiện vật tư, thiết bị để chế tạo trong nước là có sẵn, lò đốt rác y tế sẽ có thể được thiết kế và chế tạo trong nước nhưng vẫn đảm bảo điều kiện kĩ thuật Đối với lò đốt rác thiết kế trong nước, chi phí thiết kế – xây dựng thấp hơn nhiều so với lò đốt ngoại nhập Do vậy, việc sản xuất lò đốt rác y tế trong nước sẽ tiết kiệm một khoảng ngoại tệ không nhỏ cho Nhà nước Khi sử dụng lò đốt rác y tế ta cần vận hành lò theo đúng quy trình, tránh gây lãng phí nhiên liệu và xử lý triệt để lượng rác cần thiết đốt cũng như đảm bảo an toàn đối với khí thải, không gây ô nhiễm môi trường.
Công nhân vận hành cần phải được đào tạo và hướng dẫn để có thể vận hành lò đốt theo đúng quy trình đã đề xuất.
Chất thải rắn trước khi đem đốt cần tổ chức thu gom, phân loại và bảo quản theo đúng quy định.
1 Hoàng kim cơ (1987),Tính toán kỹ thuật nhiệt lò công nghiệp tập 1, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
2 Phạm Văn Trí (2003),Giáo trình lò công nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
3 Trần Ngọc Chấn (2001), Ô nhiễm không khí & xử lý khí thải tập 3, Nhà xuất bảnKhoa học và Kỹ thuật, Hà nội.
