Tính toán thiết kế lò đốt rác thùng quay

Đỗ Ngân Thanh – Tính Toán Kỹ Thuật Lò Nhiệt Lò Công Nghiệp .T1 Chọn α=1,2 3/ Tính lượng không khí cần thiết để đốt 100 kg dầu DO Giả thiết: thành phần không khí chỉ có O2 và N2, các thàn

Tính toán thi t k lò đ t rác thùng quay (Rotary kiln) đ t rác sinh ho t thông th ạt thông thường Công suất 200 tấn/ngày ường Công suất 200 tấn/ngày ng Công su t 200 t n/ngày ất 200 tấn/ngày ất 200 tấn/ngày.

Gi s m i ngày đ t 10 gi => 20 t n /h ả sử mỗi ngày đốt 10 giờ => 20 tấn /h ử mỗi ngày đốt 10 giờ => 20 tấn /h ỗi ngày đốt 10 giờ => 20 tấn /h ờng Công suất 200 tấn/ngày ất 200 tấn/ngày.

I 1/ Tính toán sự cháy dầu DO

Theo Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp Tập I, thành phần sử dụng của dầu

DO:

Cd = 86,3% Hd = 10,5% Od = 0,3% Nd = 0,3%

Sd = 0,5% Wd = 1,8% Ad = 0,3%

Nhiệt trị của dầu được xác định theo công thức

Qtd = 327,81C+ 1504,1H– 188,0125O+92,59 S +49,69O +24,36N (KJ/Kg)

Nhiệt trị của dầu DO:

= 44095,1593 (KJ / Kg)

2/ 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 (L 0) khi đốt cùng một lượng nhiên liệu:

L0

Theo Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp Tập I, giá trị () khi đốt dầu DO được

cho ở bảng sau

Bảng: Hệ số tiêu hao không khí

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

1,25 – 1,35 1,50 – 1,80 1,20 – 1,40 1,20 – 1,30 1,10 – 1,20 1,10 – 1,15 1,05

(Nguồn: Hoàng Kim Cơ Nguyễn Công Cần Đỗ Ngân Thanh – Tính Toán Kỹ Thuật Lò Nhiệt Lò Công Nghiệp T1)

Chọn α=1,2

3/ 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:

+ 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 m3

+ Không tính sự phân hóa nhiệt của tro

+ Thể tích của không khí và sản phẩm cháy qui về ĐK chuẩn: 0oC, 760 mmHg

Các phản ứng cháy xảy ra khi đốt dầu DO:

C + O2 = CO2

H + 1/2O2 = H2O

S + O2 = SO2

N2 = N2

H2O = H2O

Theo thành phần sử dụng và các phản ứng cháy (Tính toán Kỹ Thuật Lò Công Nghiệp

Tập 1), được kết quả 2 bảng sau.

Thành phần nhiên liệu dầu DO theo lượng mol.

Thành phần nhiên liệu Hàm lượng

(kg/100 kg nhiên liệu)

Phân tử lượng (g)

Lượng mol (Kmol)

:

Lượng không khí cần thiết để đốt 100 kg dầu DO.

Nhiên liệu Không khí

Thành

phần

Hàm lượng

%

Khối lượng (kg)

Phân tử lượng

Lượng mol (Kmol)

O 2 (Kmol)

N 2 (Kmol)

Tổng

Kmol n.m 3

Lượng không khí thực tế cần thiết:

Với  = 1 L0 = 1047,72 (m3)

Lượng không khí thực tế xác định theo công thức :

Trong đó  = 1,2 : hệ số tiêu hao không khí

Thành phần và lượng sản phẩm cháy khi đốt 100 kg dầu DO.

Thành phần

Từ không khí

Sảnphẩm cháy

Tổng cộng

Khối lượng riêng của sản phẩm cháy được xác định ở điều kiện chuẩn:

ρ0=44 CO2+18 H2O+64 S O2+32 O2+28 N2

1316,41

= 44 7,129+18.5,25+64.0,0156+ 32.1,96+28.44,361316,41

 1,303(Kg / m 3 )

CO2, H2O, SO2, O2, N2 là số mol các khí trong thành phần của sản phẩm cháy

II 1/ Tính toán sự cháy của rác

Nhiệt trị của rác

Bảng thành phần các chất trong rác thải đô thị.

Trung bình lượng: %C = 54,75 %H = 7,0125, %O = 29,3125, %N = 2,125, %S =

0,18125, % tro = 6,61875

 Q r t= 327,81C+ 1504,1H– 188,0125O+92,59 S +49,69O +24,36N

=327,81*54,75+1504,1*7,0125-188,0125*29,3125+92,59*0,18125+46,69*29,3125+24,36*2,125

= 24427,50491 (kJ/kg)

2/ Hệ số tiêu hao không khí.

Chọn hệ số tiêu hao không khí α=1,2

3/ Lượng không khí cần thiết để đốt 100 kg rác thải.

Giả thiết thành phần không khí chỉ có oxi và nitơ, các thành phần khác không

đáng kể Khi tính sự cháy của rác quy ước:

+ 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 m3

+ Không tính sự phân hóa nhiệt của tro

+ Thể tích của không khí và sản phẩm cháy qui về điều kiện chuẩn: 0oC, 760 mmHg

Thành

phần

Hàm

lượng

%

Khối lượng (kg)

Phân tử lượng

Lượng mol (Kmol)

O2 (Kmol)

N2 (Kmol)

Tổng

Kmol n.m 3

Lượng không khí thực tế cần thiết:

Với  = 1 L0 = 576,5875 (m3)

Lượng không khí thực tế xác định theo công thức :

Trong đó  = 1,2 : hệ số tiêu hao không khí

4/ 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: Thành phần và lượng sản phẩm cháy khi đốt 100 kg dầu DO

Thành

phần

Từ không khí

Sảnphẩm cháy

Tổng cộng

Khối lượng riêng của sản phẩm cháy được xác định ở điều kiện tiêu chuẩn:

ρ0=44 CO2+18 H2O+64 S O2+32 O2+28 N2

743,8234 = 44 4,5625+18 3,5893+64.3,5893+ 32.1,038+28 24,0109743,8234

= 1,6141 (kg/m 3)

III Xác định nhiệt độ thực tế và tính cân bằng nhiệt của lò

Xác định nhiệt độ cháy lý thuyết của dầu DO

Khi không nung trước nhiên liệu và không khí, hệ số tiêu hao không khí  = 1,2; hàm nhiệt tổng được xác định theo công thức:

V

T

r ong đó : Qtd: nhiệt trị thấp của dầu DO, Qtd = 44095,1593 KJ/KG

V : thể tích sản phẩm cháy khi đốt 1 kg dầu DO, V = 13,1641 nm3

I ∑=44095,1593

13,16 41 =3349,6524(

KJ

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 = 1800oC < tlt < t2 = 1900oC

+ Ứng với t1 = 1800Oc

i C O2=[CO2] 4360,67 = 0,1374 4360,67 = 599,1561

i H2O=[H2O] 3429,9 = 0,1081 3429,9 = 370,7722

i O2=[O2] 2800,48 = 0,0313 2800,48 = 87,65502

i N2=[N2] 2646,74 = 0,7231 2646,74 = 1913,858

i SO2=[SO2] 4049,9 = 0,000172 4049,9 = 0,696583

i1800=¿2972,138 kJ/m 3

+ Ứng với t2 = 1900oc

i C O2=[CO2] 4634,76 = 0,12225.4634,76  566,6

i H2O=[H2O] 3657,65 = 0,08924.3657,65  326,41

i O2=[O2] 2971,3 = 0,03332.2971,3  99,0037

i N2=[N2] 2808,22 = 0,75492.2808,22  2119,98

i SO2=[SO2] 4049,9 = 0,00026.4049,9  1,053

( Không tìm được tài liệu khác, vì nhiệt lí thuyết lớn hơn 1900 )

Xác định nhiệt độ thực tế của lò

Nhiệt độ thực tế của lò được xác định theo công thức:

t tt = ç tt t lt

Trong đó:

çtt : hệ số tổn thất hàm nhiệt của sản phẩm cháy, theo bảng 1 – 9 sách Tính Toán Kỹ Thuật

Nhiệt độ thực tế của lò: t tt = 0,6 1860 = 1116 o C

IV Tính cân bằng nhiệt và lượng nhiên liệu tiêu hao

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

1 Tính cân bằng nhiệt

a) Nhiệt thu

Nhiệt cháy do dầu DO

Trong đó:

Bd: lượng dầu tiêu hao (kg/s)

Qtd = 44095,1593 (KJ/Kg) = 44095,1593 × 103 (J/Kg)

Do đó: Q1 = 44095,1593 × Bd (W)

Nhiệt do cháy rác

Trong đó:

Br = 20 tấn/h = 5,56 (Kg/s)

Qt = 24427,5049 (KJ/Kg)

Do đó: Q2 = 5,56 × 24427,5049 = 135816,9272 (KJ/s) = 1358169272 (W)

b) Nhiệt chi:

Nhiệt lượng để đốt cháy rác:

Theo Hazadous Waste incineration, rác y tế có nhiệt lượng cần để đốt cháy 1 kg rác y tế: Qcr = 22,44.106 J/kg

Q 3 = B r Q c r = 5,56 22,44.10 6 = 623383,2 (W)

Nhiệt lượng mất do sản phẩm cháy khi đốt 1 kg dầu DO:

Tại buồng sơ cấp, rác cháy ở 800oC:

Q 4 = v.B d C k t k0 (W)

v = 13,1641 (n.m3): 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

i C O2=[CO2] 1718,95 = 0,1374 1718,95 = 599,1561

i H2O=[H2O] 1328,11 = 0,1081 1328,11 = 370,7722

i O2=[O2] 1162,32 = 0,0313 1162,32 = 87,65502

i N2=[N2] 1094,65 = 0,7231 1094,65 = 1913,858

i SO2=[SO2] 1745,1 = 0,000172 1745,1 = 0,696583

 i  1194,214(kJ / m)

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

Gọi P là phần sản phẩm chưa cháy ( P = 0,005 – 0,03), chọn P = 0,03

= 0,03 5,56.7,4382.12140.10 3

= 15061997,97 (W)

Với: vr = 7,4382 (m3) : lượng sản phẩm cháy khi đốt 1 kg rác

Xác định lượng nhiên liệu tiêu hao

Lượng nhiên liệu tiêu hao xác định dựa vào cân bằng nhiệt thu và nhiệt chi:

Qthu =Qchi

→ 44095,1593.103 × Bd +1358169272 = Q3 + 15720752,52.B d + 10%(1358169272

→ B d = 0,0064 ( kg/s) = 23 (kg/h)

Hệ số sử dụng nhiên liệu có ích:

Hệ số sử dụng nhiên liệu có ích được xác định theo công thức:

T

r ong đó: Q1 : nhiệt lượng thu được do cháy dầu

Q1 = Bd Qtd = 0,0064 44095,1593.103 = 256309,3 (W)

Bd = 0,0064 (kg/s): lượng nhiên liệu tiêu hao

Qtd = 44095,1593.103 (J/kg): nhiệt trị thấp của dầu

Q2 = 1358169272 (J/s): lượng nhiệt sinh ra do cháy rác.

Q3 = 623383,2 (W): nhiệt chi để cháy rác ở buồng sơ cấp

Q1 = 623383,2- 1358169272 / 256309,3

Suất tiêu hao nhiệt :

b = Q1

G

= 0,0064 44095,1593 1035,56 = 50757,0179 (kg/s)

Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn

29300G=

0,0064 44095,1593 103

29300 5,56 = 1,7323 ( Kg/s )