PHÂN TÍCH HỆ THỐNG QUÁ TRÌNH ĐỐT NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI RẮN CÔNG NGHIỆP ĐẶC TRƯNG
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------XW-------------- LÊ ANH KIÊN PHÂN TÍCH HỆ THỐNG QUÁ TRÌNH ĐỐT NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI RẮN CÔNG NGHIỆP ĐẶC TRƯNG Chuyên ngành: Máy và Thiết bò Công nghệ Thực phẩm Mã ngành: 2.01.20 HƯỚNG DẪN: 1. PGS.TSKH. LÊ XUÂN HẢI 2. GS. V.N.SHARIFI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – NĂM 2010 1 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan những kết quả được trình bày trong luận án này là do chính tôi thực hiện từ kiến thức của chính mình. Tôi không nộp luận án này cho bất cứ trường viện nào để được cấp bằng. Lời cảm ơn Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn chính là PGS.TSKH Lê Xuân Hải đã tận tình hướng dẫn, chia sẻ những kinh nghiệm quý báu trên con đường nghiên cứu khoa học. Thầy đã chân tình động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi để tôi có thể hoàn thành luận án này. Lòng biết ơn chân thành của tôi cũng xin được gửi đến GS.Vida Sharifi và GS Jim Swithenbank đã tận tình hướng dẫn, đặc biệt cùng với GS.Agba Salman, GS.Michael Hounslow đã hỗ trợ phần kinh phí cũng như không ngừng khuyến khích tôi trong thời gian học tập tại trường Đại học Sheffield. Lời cảm ơn sâu sắc nhất được hình thành từ những ngôn từ và ngữ văn thông thường nhưng xuất phát từ tất cả trái tim và lý trí của tôi có lẽ cũng không thể nói lên được đầy đủ những gì mà người vợ yêu quý TS. Lê Thò Kim Phụng đã dành trọn vẹn cho tôi, đã cùng với con gái Lê Phụng Anh Tâm trở thành nguồn động viên to lớn, giúp tôi có đủ tinh thần, sức lực để vượt qua tất cả những khó khăn trong suốt thời gian làm luận án. Xin cảm ơn những người thân, gia đình và bạn bè đồng nghiệp ở Viện Kỹ Thuật Nhiệt Đới và Bảo vệ Môi Trường, đặc biệt là TS. Nguyễn Quốc Bình, đã chia sẻ kinh nghiệm nghiên cứu với tôi, thường xuyên động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi chuyên tâm viết nên công trình nghiên cứu này. Xin chân thành cảm ơn các Thầy, cô trong khoa Công nghệ Hoá học, trong bộ môn Máy Thiết Bò đã ủng hộ tôi, tạo điều kiện tốt nhất cũng như đã đóng góp những ý kiến qúy giá cho tôi, giúp tôi hoàn thành được công việc của mình. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn Bộ Giáo dục và Đào tạo, Trường Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh đã tài trợ cho tôi thực hiện công trình nghiên cứu này. 1 MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Tiết kiệm sử dụng nhiên liệu hoá thạch, giảm thiểu lượng rác thải, tái chế, tái sử dụng và tái sinh năng lượng từ rác thải hiện nay đang là vấn đề được quan tâm ở mức toàn cầu hoá. Trong đó, tái chế chất thải đang dần trở thành một ngành công nghiệp thực sự tại các nước công nghiệp phát triển như Anh, Pháp, Đức, Mỹ, Nga, Trung Quốc, Nhật,… Ngành công nghiệp đặc biệt này tái chế chất thải góp phần cung cấp các loại nguyên liệu như nylon, nhựa, giấy, gỗ, kim loại, thủy tinh,… với chi phí thấp hơn nhiều so với chi phí sản xuất các loại nguyên liệu ban đầu. Phần nguyên liệu bẩn còn lại có nguồn gốc hữu cơ sau khi được phân loại, một lần nữa được xem là chất thải của ngành công nghiệp phân loại tái chế, và thường được tiếp tục xử lý bằng các phương pháp đốt khác nhau nhằm tạo điều kiện giảm áp lực quỹ đất của các bãi chôn lấp. Vấn đề đốt “chất thải của chất thải” kết hợp phát điện hiện nay cũng đang được đầu tư nghiên cứu ở rất nhiều các quốc gia công nghiệp phát triển nêu trên. Một trong những loại thiết bò sử dụng phổ biến là lò đốt có vỉ lò di chuyển (travelling bed). Thiết bò lò đốt có vỉ lò di chuyển được sử dụng phổ biến để đốt sinh khối (biomass), chất thải sinh hoạt tại nhiều nơi trên thế giới. Nhiều công trình nghiên cứu của các trường Đại học, các Viện nghiên cứu, các nhà máy công nghiệp đối với loại thiết bò này đã được thực hiện và thu được những kết quả quan trọng, đóng góp vào sự hiểu biết về quá trình cháy, về phương thức nâng cao hiệu quả cháy,… trong quá trình xử lý rác thải bằng phương pháp đốt. Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có một nghiên cứu nào thực hiện tiếp cận quá trình đốt rác thải trong thiết bò lò đốt có vỉ lò di chuyển một cách thực sự chuẩn mực với nguyên tắc thiết bò lò đốt rác thải được xét như là một hệ thống phức tạp. Trên cơ sở nhận thức sâu sắc về ý nghóa và giá trò của việc đốt chất thải rắn trong thiết bò đốt có vỉ lò di chuyển, đề tài luận văn Tiến só “Phân tích hệ thống quá trình đốt chất thải công nghiệp đặc trưng” được đề xuất thực hiện phối hợp tại trường Đại học Quốc gia TP.HCM và Đại học Sheffield, UK. Trong đó, đối tượng nghiện cứu được xem xét như một hệ thống phức tạp và các tác vụ nghiên cứu được xác lập và triển khai theo tinh thần của phương pháp luận Tiếp cận Hệ thống. 2. ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU Như đã đề cập ở trên, đối tượng nghiên cứu trong đề tài này bao gồm: Vật liệu nghiên cứu: chất thải rắn hữu cơ đã phân loại cho mục đích tái chế, tái sử dụng (chất thải của chất thải) ¾ và sinh khối thực vật (chất thải của ngành sản xuất nông nghiệp); Thiết bò: lò đốt kiểu cột nhồi (là một mô hình vật thể thu nhỏ của thiết bò lò đốt có vỉ lò di chuyển ¾ ); Quá trình đốt: đốt nhiệt phân chất thải rắn; ¾ Phương pháp mô hình hóa quá trình đốt nhiệt phân chất thải rắn; ¾ Chương trình mô phỏng quá trình cháy chất thải rắn. ¾ 3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Mục tiêu đặt ra trong Luận án này là: Nghiên cứu tính chất của quá trình cháy của hỗn hợp vật liệu rắn trong thiết bò đốt kiểu cột nhồi; ¾ Xác đònh phương trình động học quá trình cháy của từng loại vật liệu là chất thải sau khi phân loại tái chế, tái sử dụng và sinh khối nông nghiệp; ¾ Xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả quá trình cháy của vật liệu rắn theo phương pháp phân tích hệ thống; ¾ Xây dựng chương trình mô phỏng nghiên cứu quá trình đốt vật liệu rắn theo phương pháp thể tích hữu hạn; ¾ 4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Các nội dung nghiên cứu chủ yếu trong luận án này gồm: Tổng quan các nghiên cứu về quá trình đốt chất thải rắn trên thế giới và trong nước theo quan điểm của phương pháp luận tiếp cận hệ thống. ¾ Nghiên cứu các ảnh hưởng chủ yếu của các yếu tố vật lý đến quá trình cháy trong hệ gồm: ảnh hưởng của lưu lượng không khí sơ cấp, ảnh hưởng của độ rỗng của hệ. ¾ Vận dụng phương pháp phân tích hệ thống nghiên cứu xây dựng mô tả toán học cho đối tượng lò đốt có vỉ lò di chuyển. ¾ Xử lý dữ liệu nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác đònh các đặc tính cấu trúc, cấu tạo vật chất của vật liệu; nghiên cứu quá trình cháy của vật liệu trên thiết bò đốt kiểu cột nhồi để xác đònh các thông số của mô hình. ¾ 2 Xây dựng một chương trình CIS dựa vào phương pháp thể tích hữu hạn để mô phỏng, kiểm chứng mô hình toán học xây dựng được. ¾ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5. Luận án này được thực hiện trên cơ sở của phương pháp luận tiếp cận hệ thống và được triển khai theo một lược đồ logic tương ứng với tác vụ chủ đạo là tiếp cận hệ thống. Các phương pháp được vận dụng để tiến hành phân tích hệ thống quá trình đốt nhiệt phân chất thải rắn bao gồm: Phương pháp phân hoạch hệ thống: được sử dụng để nhận dạng những vấn đề cụ thể cần nghiên cứu trên những quy mô, phạm vi thuộc các phân hệ. ¾ Phương pháp tích hợp hệ thống: được sử dụng để tổng hợp các kết quả nghiên cứu trên các phân hệ, tạo ra kết quả cho các hệ có quy mô lớn hơn. ¾ Phương pháp nghiên cứu trên mô hình vật thể: từ kết quả phân hoạch hệ thống xác đònh được các mô hình vật thể (các thiết bò thực nghiệm) và tiến hành nghiên cứu trên các mô hình vật thể để nhận dạng quá trình đốt nhiệt phân các loại vật liệu đã được chọn làm đại diện cho các chất thải rắn. Phương pháp nghiên cứu trên mô hình vật thể bao hàm cả quá trình thống kê xử lý các dữ liệu thực nghiệm. ¾ Phương pháp nghiên cứu trên mô hình toán học: được sử dụng với mục đích hỗ trợ cho các nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình vật thể, nhằm tạo ra những biểu đạt có tính khái quát hơn và sau đó có thể tiến hành mô phỏng quá trình đốt nhiệt phân trên cơ sở các mô tả toán học thu được. ¾ Ý NGHĨA KHOA HỌC 6. • Luận án là công trình nghiên cứu đầu tiên ở trong và ngoài nước thực hiện vận dụng phương pháp luận Tiếp cận Hệ thống với tác vụ chủ đạo là Phân tích hệ thống trên hỗn hợp nhiên liệu rắn (hệ dò thể đa phân tán) trong thiết bò lò đốt kiểu cột nhồi; Đối tượng vật liệu nghiên cứu là hỗn hợp giấy và hỗn hợp sinh khối được sử dụng trong nghiên cứu này đã đóng góp vào các nghiên cứu chung của nhóm nghiên cứu của trường Đại học Sheffield (Vương Quốc Anh) về sự hiểu biết quá trình cháy của loại vật liệu “chất thải của chất thải”. Đây cũng được xem là các nghiên cứu mở đường cho việc nghiên cứu quá trình cháy của các loại chất thải rắn tương tự ở Việt Nam. • Ý NGHĨA THỰC TIỄN 7. Thiết bò đốt kiểu cột nhồi được nghiên cứu trong luận án là một mô hình vật thể thu được từ phép phân hoạch • thiết bò lò đốt có vỉ lò di chuyển và thiết bò lò đốt tónh hai cấp. Đây là hai loại lò đốt chất thải phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam. Kết quả nghiên cứu của đề tài này có thể được triển khai ứng dụng trong các loại lò đốt kể trên với vật liệu đốt là chất thải rắn nói chugn và sinh khối ; Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ góp phần vào lời giải của bài toán xử lý chất thải kết hợp tái sinh năng lượng • , phục vụ nhu cầu sinh hoạt và sản xuất công nghiệp. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU Chất thải Phân loại tại nguồn Chất thải nguy hại Chất thải không nguy hại Lò đốt Phân loại, thu gom Tái sử dụng Thu hồi Tái chế Ủ Compost Năng lượng Tiêu hủy Sản phẩm Chất thải của chất thải Chôn lấp CH 4 Xử lý nước thải Tro Khí cháy Xử lý khí Bùn thải Chất thải lỏng Khí nóng Một số loại chất thải từ hộ gia đình Phương pháp Sản phẩm, phương tiện Cơ cấu loại chất thải rắn trong hoạt động của nền kinh tế của các quốc gia công nghiệp phát triển khá đồng nhất, có thành phần như trong hình 1.1 sau [1, 2]: 31% 31% 16 % 15 % 6% 1% Chất thải xây dựng Chất thải nơng nghiệp Chất thải khống sản Chất thải sản xuất Chất thải sinh hoạt Chất thải sản xuất năng l ượng Hình 1.1 Cơ cấu thành phần chất thải rắn Hình 1.2 Sơ đồ tóm tắt quy trình xử lý chất thải rắn Việc đốt “chất thải của chất thải” được thực hiện chủ yếu trong ngành công nghiệp xử lý chất thải rắn. Cho đến nay, việc nghiên cứu bản chất quá trình đốt hỗn hợp các vật liệu này hầu như chưa được thực hiện tại các Viện nghiên cứu hoặc trường Đại học tiên tiến trên thế giới. 1.2 THIẾT BỊ LÒ ĐỐT CÓ VỈ LÒ DI CHUYỂN 3 nạp vào nằm trên ghi lò, sau đó nhiên liệu bắt cháy ắt đầu Tốc độ bắt cháy của than tuỳ thuộc vào nồng độ ôxy có mặt xung quanh phần tử than [7, 9-12]. Trong công nghiệp đốt xử lý chất thải, thiết bò lò đốt có vỉ lò di chuyển được sử dụng rất nhiều do những tính năng ưu việt như: công suất xử lý lớn, hiệu suất đốt chất thải lớn, chất thải được nạp vào liên tục và tro cũng được lấy ra liên tục. Ngoài ra còn có thể tối ưu quá trình cấp khí để đạt hiệu suất xử lý cao nhất, hiệu suất nhiệt sinh ra lớn nhất. Do công suất của lò lớn nên lượng khí cháy sinh ra cũng rất lớn, có thể sử dụng cấp cho lò hơi phục vụ cho việc phát điện [3-6]. Chất thải được cấp liên tục từ trên phễu xuống ghi lò. Ghi lò di chuyển tuần hoàn từ trái sang phải với góc nghiêng i = 10 o -15 o . Tro được tháo ra liên tục ở đoạn cuối ghi lò. Không khí cung cấp cho quá trình cháy từ dưới ghi lò được gọi là không khí sơ cấp. Khí cháy sơ cấp di chuyển lên khu vực bên trên và Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống thiết bò lò đốt vỉ lò di chuyển Hình 1.4 Mô hình cháy vật liệu rắn trên ghi lò di chuyển được cung cấp tiếp ôxy, gọi là không khí thứ cấp, để phản ứng cháy trong pha khí tiếp tục diễn ra. Tại khu vực này, các thành phần cháy được trong pha khí sẽ tiếp tục cháy toả năng lượng và được thu nhiệt để cung cấp cho lò hơi, phục vụ cho việc tái sinh năng lượng. Phần khí cháy sau khi tận dụng nhiệt sẽ được xử lý trước khi thải ra ngoài môi trường. Trong quá trình vận hành của lò đốt, vật liệu rắn được nạp vào lò thông qua phễu nạp liệu. Vật liệu rắn sẽ nằm trên các thanh ghi lò và di chuyển cùng với ghi lò. Các thanh ghi lò được gối nối tiếp lên nhau và mỗi thanh đều có lỗ thông khí từ bên dưới. Hệ thống các thanh ghi lò có chức năng tương tự như băng tải vận chuyển vật liệu rắn từ đầu đến cuối lò. Khi thanh ghi lò di chuyển đến cuối lò, thanh ghi lò sẽ tự quay đổi hướng và sẽ đổ tro trên bề mặt vào phễu thu tro. Thanh ghi lò tiếp tục di chuyển ngược trở lại đầu lò nạp liệu và đổi hướng một lần nữa trước khi nhận nhiên liệu mới đổ vào. Hệ thống thanh ghi lò được cấu tạo theo các gờ gối lên nhau với mục đích không để xảy ra hiện tượng khối vật liệu rắn trượt theo quán tính về cuối lò khi ghi lò di chuyển. Điều này có nghóa là khối vật liệu rắn đứng yên trên ghi lò trong suốt quá trình di chuyển của ghi từ đầu lò đến cuối lò. Tại đầu vào của ghi lò, vật liệu rắn thu nhiệt và bắt đầu các quá trình bay hơi ẩm. Trong quá trình di chuyển cùng với ghi lò về phía phễu thu hồi tro, vật liệu rắn tiếp tục diễn ra các quá trình giải phóng các chất, quá trình cháy của cacbon sau khi giải phóng các chất trong cấu trúc của vật liệu rắn. Vật liệu rắn đi đến cuối ghi lò còn lại chủ yếu chỉ là tro xỉ. Trong quá trình cháy và di chuyển của vỉ lò, không khí sơ cấp cung cấp từ dưới ghi lò vừa đủ để không làm xáo trộn lớp vật liệu rắn bên trên. Bức xạ nhiệt theo phương ngang nhỏ so với bức xạ nhiệt theo phương thẳng đứng, do vậy có thể xem như không có sự truyền nhiệt bức xạ theo phương ngang giữa các khối vật liệu trên hai thanh ghi liên tiếp. Xem xét một phân đoạn vật liệu rắn nằm trên một thanh ghi lò. Vật liệu rắn được từ đỉnh của cột vật liệu. Không khí sơ cấp cung cấp từ bên dưới vào cột để duy trì sự cháy. Lớp vật liệu bên trên bắt cháy sẽ truyền nhiệt chủ yếu bằng bức xạ nhiệt xuống lớp vật liệu bên dưới. Lớp vật liệu bên dưới tăng nhiệt độ, giải phóng hơi ẩm và nhiệt phân giải phóng các chất hữu cơ. Các chất hữu cơ được giải phóng sẽ bắt cháy và tiếp tục cung cấp năng lượng bằng truyền nhiệt bức xạ xuống lớp vật liệu thấp hơn. Như vậy, quá trình cứ tiếp tục cho đến khi lớp vật liệu ở đáy cột bắt cháy. Tốc độ giải phóng các chất hữu cơ và tốc độ bắt cháy của các chất khí được giải phóng của các loại vật liệu khác nhau được nghiên cứu ở nhiều nơi trên thế giới. Pedersen đã thực hiện các nghiên cứu trên vật liệu biomass [7], trong khi đó, các nghiên cứu của Desroches-Ducarne và những người khác đã tiến hành trên vật liệu là rác thải sinh hoạt đô thò [8]. Trong quá trình bắt cháy của toàn bộ lớp vật liệu, lớp vật liệu bên trên trở thành cacbonvà tiếp tục bắt cháy. Không khí thứ cấp Không khí sơ cấp Vật liệu rắn Không khí thứ cấp Không khí sơ cấp Vật liệu rắn Không khí thứ cấp Không khí sơ cấp Vật liệu rắn Tro, cacboncăn bản Tro Tro, cacboncăn bản Thời gian t = 0 t = t i t = t n b Hình 1.5 Sơ đồ vận động theo thời gian của cột nhiên liệu 4 đốt thông thường là loại lò đốt tónh hai cấp. buồng đốt sơ cấp, a thống thiết bò này, tiến hành phân hoạch hệ thống gồm ước, đặc biệt tập trung ở Thành phố Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh. h thiết bò lò đốt có vỉ lò hiện ên trên và bên dưới và nhiệt ủa pha khí trong một đơn vị thể tích kiểm rao t ái lượng than và khối lượng tro: áy của chất thải rắn trong thiết bò lò thực Đại học Sheffield và những nơi khác cũng đã thực hiện trên mô ất nhiều vào sự hiểu biết về quá trình cháy của các loại vật liệu trong Loại lò đốt chất thải này rất phổ biến ở Việt Nam, có dạng như hình 1.6. Với loại lò đốt nhiệt phân tónh hai cấp, vật liệu rắn được nạp vào một lần tại lớp vật liệu rắn được đốt mồi và không khí sơ ùy, lớp vật liệu rắn đứng yên trên ghi lò. Với hệ vật liệu rắn và vỉ lò, không gian cấp khí sơ cấp dưới vỉ lò và không gian bên trên lớp vật liệu rắn sẽ thu được một đối tượng tương đương với mô hình cột nhồi. Buồng đốt thứ cấp Vò trí cấp không khí sơ cấp áy Ống nối cấp được cung cấp từ đáy của vỉ lò. Trong quá trình ch Các nghiên cứu về quá trình cháy trên lò đốt tónh hai cấp được thực hiện bởi nhiều cơ quan nghiên cứu trong n 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG THIẾT BỊ ĐỐT KIỂU CỘT NHỒI Thiết bò đốt kiểu cột nhồi là một mô hình vật thể thu được từ quá trình phân hoạc di chuyển và lò đốt tónh hai cấp. Quá trình cháy trong thiết bò dạng cột nhồi được nhiều nơi thực nghiên cứu trong thời gian qua. Đáng kể là nhóm nghiên cứu tại Hàn Quốc, giáo sư Shin và cộng sự, của Viện KIST đã thực hiện nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng quá trình cháy của gỗ thông trong thiết bò đốt có ghi lò di chuyển. Trong nghiên cứu này, các tác giả đã phân hoạch thiết bò đốt có ghi di chuyển thành từng cột nhồi, xây dựng mô tả toán học cho từng cột nhồi trong hệ thống. Mô tả toán học được xây dựng cho một đơn vò thể tích kiểm soát trong một cột nhồi như sau [13, 14]: Nhiệt thu được trong pha rắn trong một đơn vò thể tích kiểm soát bằng nhiệt sinh ra do phản ứng hóa học cộng với nhiệt mất mát do bay hơi ẩm, nhiệt trao đổi với thể tích kiểm soát b trao đổi với pha khí. Tương tự, cân bằng nhiệt trong pha khí được viết như sau: Năng lượng thu được c ,1∆ 0 ,1 0 soát bằng nhiệt sinh ra do phản ứng hoá học cộng với nhiệt t Hình 1.6 Thiết bò lò đốt tónh hai cấp , , 1∆ , , 1 , 1, 1, 1, 0 , 0 1∆ 1 đổi với pha rắn. Khối lượng vật liệu rắn gồm khối lượng ẩm, khối lượng chấ bay hơi, kho M b =M moist +M vol +M char +M ash Tại trường Đại học Sheffield, nhóm nghiên cứu của giáo sư ành nghiên cứu quá trình ch Swithenbank và giáo sư Sharifi đã tiến h đốt có ghi di chuyển. Nhóm nghiên cứu cũng thực hiện việc phân hoạch thiết bò lò đốt có ghi lò di chuyển thành nhiều thiết bò cột nhồi, tiến hành thực nghiệm, xây dựng mô tả toán học và mô phỏng quá trình cháy trên thiết bò cột nhồi này [4, 15-17]. Những nghiên cứu ở đây khi hiện xây dựng mô tả toán học đã xem hệ gồm toàn bộ pha rắn có các lỗ xốp bên trong. Quá trình cháy của vật liệu rắn được khảo sát trong vùng thể tích này dựa trên sự thay đổi thể tích của vật liệu rắn trong quá trình cháy. Ngoài ra, các nghiên cứu khác tại trường hình thiết bò đốt kiểu cột nhồi với các loại vật liệu rắn khác nhau như gỗ, giấy các loại, cỏ mực, rơm,… nhằm tìm ra các ý nghóa ứng dụng thực tiễn như ảnh hưởng của kích thước vật liệu rắn ban đầu, ảnh hưởng của lượng không khí sơ cấp, ảnh hưởng của không khí thứ cấp đến tốc độ cháy, nồng độ cực đại các khí cháy sinh ra [3-6, 16-26]. Các nghiên cứu trên đã đóng góp r thiết bò đốt kiểu cột nhồi. Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có một công trình nào thực hiện nghiên cứu quá trình đốt hỗn hợp vật liệu “chất thải của chất thải” trong thiết bò đốt kiểu cột nhồi theo con đường Tiếp cận hệ thống với tác vụ Phân tích hệ thống. Bằng con đường Phân tích hệ thống này, các hiện tượng co rút của vật liệu do sự giải phóng vật chất trong quá trình cháy, hiện tượng quá trình cháy diễn ra không đều làm cho tình trạng mất cân bằng moment của khối vật liệu xảy ra, dẫn đến hiện tượng sụp của khối vật liệu rắn trong quá trình cháy do ảnh hưởng của độ rỗng của khối hạt cùng với sự di chuyển ngẫu nhiên của pha khí từ bên dưới sẽ được làm sáng tỏ thông qua việc phân hoạch hệ thống, phân tích đònh Sấy Nhiệt phân Khí hóa Chất thải (B): Ẩm Chất bay hơi Cacbon, tro Chất thải khô (C): Chất bay hơi Cacbon, tro Chất thải sau nhiệt phân (D ): Cacbon, tro Chất thải sau nhiệt phan và khí thải (A): Tro V B V C V D V A , , , 1∆ 1 5 tính cấu trúc hệ thống, việc bố trí thiết bò quan trắc các thông số kiểm soát quá trình ở những chương tiếp theo. CHƯƠ Không khí Không khí Béc đốt mồi ban à Hệ thống Thiết bò đo nồng độ khí Máy tính ghi nhận dữ liệu NG 2: PHƯƠNG PHÁP, THIẾT BỊ VÀ VẬT LIỆU TRONG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 2. háp phân hoạch hệ thống cấu ỨU VÀ PHƯƠNG vi sai Thiết bò cư l vật liệu quá Sơ hiết bò hoạt động ở điều kiện áp suất khí quyển. Thiết bò có thể hực hiện quá trình cơ học: đó là các thiết bò cung • bò truyền dẫn 2.2.2.6 P Vật liệu rắn được nạp vào cột từ cửa nạp liệu ở đỉnh của thiết bò thiết bò và truyền dẫn thông tin về máy tính. Khí cháy được trích ra tại 1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THIẾT BỊ LÒ ĐỐT CÓ VỈ LÒ DI CHUYỂN 2.1.1 Phương pháp tiếp cận hệ thống thiết bò lò đốt chất thải rắn 2 .1.2 Phương p ĐỐI TƯỢNG CƠNG NGHỆ 2 .1.3 Phương pháp phân tích đònh tính trúc hệ thống 2 .2 THIẾT BỊ NGHIÊN C PHÁP THỰC HIỆN 2 .2.1 Phân tích nhiệt nghiên ùu độ suy giảm khối ượng theo sự gia tăng nhiệt độ trong trình nhiệt đồ cấu tạo thiết bò gồm các bộ phận chính như sau: 2 phân được thực hiện trong thiết bò NETZSCH TG 209. .2.2 Thí nghiệm trên thiết bò lò đốt cột nhồi 2 .2.2.1 Thiết lập hệ thống thí nghiệm Hệ thống t chia làm hai nhóm chính: • Cụm các thiết bò t cấp ôxy sơ cấp và ôxy thứ cấp. Không khí sơ cấp được cung cấp từ đáy của thiết bò cột nhồi. Không khí thứ cấp được cung cấp vào bên trong thiết bò tại vò trí h=0 ,75cm kể từ đáy của thiết bò. Không khí cung cấp được kiểm soát bởi lưu lượng kế rotameter. Cụm các thiết bò truyền dẫn thông tin: đó là các thiết thông tin về khối lượng vật liệu rắn còn lại, nhiệt độ của các vò trí dọc theo cột nhiên liệu trong thiết bò, nồng độ các chất khí. Mô hình thiết bò được treo trên hệ thống cân điện để ghi nhận các giá trò khối lượng thay đổi. Các đầu dò nhiệt độ được bố trí dọc theo chiều cao của thiết bò, mỗi đầu dò cách nhau 8cm kể từ đáy đến đầu dò thứ 8. đầu dò nhiệt độ thứ 8, 9 cách nhau 340cm, dầu dò thứ 9, 10 cách nhau 10cm. Ống hút khí được đặt cách đáy 40cm hoặc 56cm hương thức tiến hành thực nghiệm trên thiết bò cột nhồi Phát hiện v sao cho chiều cao cột nhiên liệu không quá một nửa chiều cao của thiết bò. Sau khi nạp liệu, cấp không khí sơ cấp vào cột từ bên dưới thiết bò với lưu lượng không đổi và tiến hành đốt mồi lớp vật liệu rắn từ bên trên. Tùy thuộc điều kiện và mục đích thí c cung cấp vào thiết bò với những giá trò xác đònh. Khí cháy di chuyển lên trên đỉnh thiết bò cột nhồi và thoát ra ngoài qua ống thoát khí. nghiệm, không khí thứ cấp có thể đượ Trong khi quá trình cháy xảy ra, giá trò nhiệt độ trong cột nhiên liệu được ghi nhận bởi các đầu dò cặp nhiệt điện cắm dọc theo chiều cao vò trí xác đònh trong thiết bò sao cho phù hợp với mục đích thí nghiệm sẽ được ngưng tụ hơi ẩm, tách các khí có thể gây nguy hại cho cảm biến nồng độ khí, và đi vào thiết bò đo nồng độ các khí như CO, CO 2 , ấn đề Đặt vấn đề Xác định các mục tiêu phải đạt được Nhận dạng các rào cản Xác định các tác vụ tiếp cận hệ thống (và các điều kiện để thực hiện) Thực hiện các tác vụ để giải quyết các vấn đề đã đặt ra Thẩm định kết quả thực hiện Thẩm định mức độ hồn thành khâu thực hiện Xác nhận kết quả và dự kiến phát triển Kết luận Hiệu chỉnh các tác vụ Thẩm định khâu đặt vấn đề Thẩm định khâu xác định mục tiêu Thẩm định khâu xác định rào cản Thẩm định khâu xác định tác vụ Thẩm định khâu thực hiện Đạt u cầu Đạt u cầu Hiệu chỉnh hoặc đặt lại vấn đề Khơng đạt u cầu Hiệu chỉnh các mục tiêu Hiệu chỉnh các rào cản Khơng đạt u cầu Đúng Sai Đúng Sai Sai Đúng Sai Đúng Sai Đúng Hiệu chỉnh q trình thực hiện Hình 2.1 Lược đồ logic tiếp cận h đốt chất thải rắn ệ thống thiết bò Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo thiết bò phân tích nhiệt vi sai Hình 2.4 Thiết bò đốt kiểu cột nhồi Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống thiết bò đốt kiểu cột nhồi 6 ïi vật liệu được sử dụng trong CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN O 2 , CH 4 . Giá trò nồng độ các khí được biến đổi và truyền dẫn về máy tính. Ngoài ra, trong khi quá trình cháy xảy ra, khối lượng vật liệu cũng giảm theo thời gian và được ghi nhận bởi hệ thống cân tự động và cũng được truyền dẫn thông tin về máy tính. Máy tính có nhiệm vụ nhận các thông tin truyền dẫn về theo quy luật tương tự, mã hoá và biến đổi các tín hiệu này thành các giá trò số và biểu đạt trên mô hình đồ hoạ thông qua một phần mềm chuyên dụng. 2 Các tông Khăn giấy Gỗ thông Cỏ tranh Rơm .3 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU Hình 2.8 trình bày các loa thí nghiệm 3.1 ỐNG 3.1.1 Kết quả phân hoạch hệ thống i nghiên cứu của luận án này, khu vực buồng lò di chuyển (S 5 ) khi được tiến hành phân hoạch theo không gian phần thể tích n phân tích đònh tính cấu trúc hệ thống thiết ba của cấu t coi tán S s ). Nhiệt lượng Q từ quá trình cháy của hí ở bề mặt phân chia pha và đi vào pha liên tục tại các nút mạng tinh thể trong cấu tạo của vật liệu sẽ trở nên linh động hơn, làm cho các KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH HỆ TH Áp dụng phương pháp phân hoạch hệ thống trong phạm v đốt sơ cấp của đối tượng thiết bò vỉ thành những cột thẳng đứng gồm phần đáy vỉ lò có lỗ cho phép không khí sơ cấp đi vào khối vật liệu rắn từ bên dưới, khối vật liệu rắn nằm trên ghi lò (S 5b ) và khoảng không gian bên trên khối vật liệu rắn (S 5a ). Xét hệ thống thiết bò đốt kiểu cột nhồi chất thải rắn (S 5b ). Phân hoạch theo không gian thiết bò sẽ thu được hai vùng cơ bản là vùng sơ cấp (còn gọi là buồng sơ cấp) và vùng thứ cấp (buồng thứ cấp). Tiến hành phân hoạch vùng sơ cấp theo không gian thành những vùng nhỏ hơn gọi là thể tích hữu hạn (control volume hoặc finite volume) trong đó có chứa cả pha liên tục và pha phân tán. Phần không gian này là một hệ thống mới được gọi là quần thể các hạt đa phân tán trong môi trường liên tục (S 4 ). Tiếp tục phân hoạch quần thể các hạt đa phân tán thành các phần nhỏ hơn. Chọn một phần nhỏ mới tạo thành chỉ gồm một hạt rắn duy nhất và phần không gian bao quanh hạt rắn và nằm trong hữu hạn. Đến đây ta được hệ dò thể một hạt (S 3 ). Tiếp tục phân hoạch hệ dò thể một hạt này, xét hệ chỉ gồm hoàn toàn pha rắn hoặc hoàn toàn pha khí, ta thu được hệ thống mới này là hệ đồng thể vi mô (S 2 ). Các hệ đồng thể vi mô này là các chất hỗn hợp chứa các đơn chất và hợp chất ở cấp độ phân tử. Tiếp tục phân hoạch hệ đồng thể vi mô này ta sẽ thu được một tập hợp gồm các phân tử (S 1 ). Cấu trúc phân tầng của hệ thống đốt/nhiệt phân vật liệu rắn như sau: Vùng sơ cấp (vật Vùng thứ cấp S 5a 3 .1.2 Phân tích đònh tính cấu trúc hệ thống Việc thực hiệ bò đốt kiểu cột nhồi được thực hiện ở lớp thứ trúc hệ thống (hệ dò thể một hạt vật liệu rắn thứ i nào đó được ký hiệu là S 3,i ) pha liên tục S 3,i s bao quanh một phần là một hạt vật liệu rắn hay một hạt vật liệu rắn - pha phân lớp vật liệu bên trên truyền vận tới các pha S ử rác thải rắn (trong trường hợp này được 3,i 3,i g , S 3,i s làm cho nội năng U g , U s của pha khí S 3,i g và hạt vật liệu rắn S 3,i s tăng lên. Lượng nhiệt Q truyền vận vào hệ S 3,i phụ thuộc vào cường độ năng lượng phát xạ I s của lớp vật liệu cháy bên trên, khả năng hấp thụ bức xạ e s của vật chất trong pha liên tục và pha phân tán. Trong quá trình tăng nội năng của hệ, các phân tử nước thuộc cấu trúc của S 3,i s bắt đầu di chuyển từ bên trong ra bên ngoài bề mặt, khuếch tán qua lớp phim k S 3,i g với động lực khuếch tán hơi ẩm là độ chênh lệch áp suất hơi bão hoà trên bề mặt ΔP H2O . Tốc độ khuếch tán còn phụ thuộc vào cấu trúc vật liệu, kích thước hình học cũng như diện tích bề mặt của pha phân tán. Các phần tử khí trong pha liên tục di chuyển ra khỏi hệ S 3,i đang xét và đi vào các hệ S 3,i+1 liền kề. Theo nghiên cứu của Ryu và cộng sự (2001), thời gian sấy vật liệu thường kết thúc trong khoảng 2 phút [14]. Đồng thời với quá trình thoát hơi ẩm tự do và hơi ẩm liên kết ra khỏi bề mặt hạt vật liệu rắn, các nguyên tử C, H, O,. liên kết giữa cacbonvà cạc bon, cacbonvà hydro, cacbonvà ôxy hoặc các gốc tự do khác nếu có trở nên yếu đi. Khi hạt chất thải rắn nhận một năng lượng đủ lớn, các liên kết trong phần tử hạt rắn sẽ bò đứt gãy, dẫn đến kết quả sẽ tạo thành các chất hữu cơ, mà chủ yếu là các hydrocacbon và aldehyt. Lượng và thành phần chất hữu cơ được tạo thành tuỳ thuộc vào nhiệt độ và thành phần cấu tạo bên trong của hạt liệu rắn) Hệ dò thể đa phân tán Hệ dò thể một hạt Hệ đồng thể vi mô Hệ các phân tử S 5b S 4 S 3 S 2 S 1 Hình 2.8 Vật liệu đã sử dụng trong thí n ghiệm Hình 3.1Cấu trúc phân tầng hệ hóa lý 7 ä tạo thành ứng cháy (phản ứng én giải phóng hơi ẩm, phần tử hơi nước khuếch tán từ trong hạt vật ha khí và truyền nhiệt ngược đến pha ûa pha liên tục chứa một quần thể các NHIỆT TRỊ Khăn giấy Các tông Gỗ thôn vật liệu rắn trong hệ S 3,i . Các chất hữu cơ được tạo thành sẽ thoát ra khỏi hạt vật liệu rắn, đi vào trong pha khí. Nghiên cứu của Goh và cộng sự, (1998) đã chỉ ra các chất hữu cơ bay hơi được giải phóng ở nhiệt độ khoảng 260 o C [15] hoặc theo nghiên cứu của Ryu và cộng sự, (2001) là 300°C [14]. Khi các liên kết ban đầu của vật liệu bò đứt gãy, kích thước hạt vật liệu rắn S 3,i s sẽ giảm dần đồng thời các liên kết mới cũng được tạo thành, tạo ra sản phẩm mới ở thể rắn là bitum và than. Tốc đo than và bitum cũng phụ thuộc vào nhiệt độ và thành phần cấu tạo của vật liệu rắn. Lúc này, ôxy tự do từ trong pha khí bao quanh bên ngoài hạt rắn khuếch tán đến bề mặt của hạt vật liệu rắn, sẽ tiếp xúc với các nguyên tử cacbon của phần tử than, bitum và tạo ra phản ôxy hoá khử), sinh ra năng lượng. Tốc độ cháy của than được kiểm soát bởi sự khuếch tán của lớp phim khí hỗn hợp và tốc độ phản ứng [15]. Tương ứng với các quá trình xảy ra trong pha rắn, pha khí bao quanh một hạt vật liệu rắn cũng xảy ra các quá trình tương ứng. Khi hạt vật liệu ra liệu ra bên ngoài pha khí bao quanh làm cho mật độ của phần tử hơi nước tăng lên tại một thời điểm tức thời. Phần tử hơi ẩm ngay lập tức bò lôi cuốn bởi pha khí đi từ dưới lên làm giảm mật độ hơi ẩm trong vùng thể tích hữu hạn bao quanh hạt rắn. Khi các chất hữu cơ trong pha rắn được tạo thành và khuếch tán ra khỏi lớp bề mặt của hạt vật liệu rắn, các phần tử chất hữu cơ sẽ tiếp xúc với ôxy và bắt cháy, sinh năng lượng. Sản phẩm cháy và các chất hữu cơ bay hơi chưa cháy, ôxy và các phần tử khí khác sẽ chuyển động sang những thể tích hữu hạn khác ở bên cạnh và bên trên. Năng lượng sinh ra từ các phản ứng cháy sẽ trao đổi nhiệt trực tiếp với p Quá trình cháy của các chất hữu cơ trong pha khí Quá trình giải phóng ẩm, nhiệt phân, khí hoá than của pha rắn rắn bằng bức xạ. Lớp thứ tư trong cấu trúc phân tầng quan tâm đến phần thể tích hữu hạn cu hạt đa phân tán (hệ S 4,i ). Mô tả quan trọng nhất đối với hệ đa phân tán ở lớp bốn sẽ là phương trình cân bằng tính chất tập đoàn hạt (thường được gọi tắt là phương trình cân bằng hạt) phản ảnh sự biến đổi hàm mật độ phân bố hạt trong quá trình cháy. 3.2 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN TỔNG QUÁT, THÀNH PHẦN CƠ BẢN, Bảng 3.1 Phân tích thành phần tổng quát Thông số g Rơm Cỏ tranh %M 5,48 3,63 5,5 7,26 7,91 %VM 82,44 79,17 81,2 80,12 82,21 %FC 8,51 10,73 12,1 6,84 5,55 %A 3,57 6,47 1,2 5,78 4,33 Bả Phân tích cơ bản (c hô) Thông số Khăn giấy Ca g Go âng Co h ng 3,2 ăn bản k ùc tôn ã tho Rơm û tran C, % 43,0 38,8 49,8 43,6 43,2 H, % 10,0 5,7 8,1 5,5 5,7 O, % 37,3 45,9 38,3 36,8 37,0 Bản Nhiệt trò (HHV) Thông số Khăn giấy C g G ng C h g 3,3 ác tôn ỗ thô Rơm ỏ tran HHV, MJ/kg 16,1825 15,9755 18,4437 16,6112 16,1746 M à tổ c biể thơn iên hệ sau: = b.% s (3.1) âng, rơm và cỏ %FC+0,1659*%VM – 0,0178*%Ash HHV = 0,4576*%FC+0,1749*%VM – 0,1078*%Ash (3.6) ối liên hệ giữa nhiệt trị v thành phần ng qt đượ u diễn g qua mối l HHV a.%FC+ VM – c.%A h Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm ở trên, giá trò HHV của khăn giấy, các tông, gỗ tho tranh theo thành phần tổng quát như sau: Đối với khăn giấy: HHV = 0,3746*%FC+0,156*%VM – 0,0078*%Ash (3.2) Đối với các tông: HHV = 0,3037* (3.3) Đối với gỗ thơng: HHV = 0,3136*%FC+0,1789*%VM – 0,0278*%Ash (3.4) Đối với rơm: Nhiệt sinh ra từ các phản ứng cháy trong pha khí và sự chá Khối lượng vật chất trong pha rắn chuyển sang pha khí do khuếch tán y của than Gradient hóa thế Gradient nhiệt độ Gradient vận tốc Gradient NL bề mặt Giảm kích thước của hạt vật liệu rắn Phân bố hạt theo kích thước LỚP 4 Hình 3.2 Phân tích đònh tính cấu trúc hệ thống 8 Đối với cỏ tranh: HHV = 0,2536*%FC+0,1871*%VM – 0,1071*%Ash 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.9 0 200 400 600 800 Temperature, o C 0.5 0.6 0.7 0.8 1 0.00 0.00 0.00 0.006 0.014 0.016 d 0 2 4 0.008 0.010 0.012 /dt d α /dt α Nhiệt độ, 0 C 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.8 0.9 0 200 400 600 800 Temperature, o C 0.5 0.6 0.7 1 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 0.070 0.080 0.090 0.100 d /dt, o C -1 α d α /dt 0 0.1 0.2 0.3 0 200 400 600 800 Temperature, o C 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.09 d 0.4 0.5 0.6 α 0.05 0.06 0.07 0.08 α /dt d α /dt α 0.7 0.8 0.1 Nhiệt độ, 0 C tương đối như sau: (3.7) Đánh giá sai số giữa kết quả tính tốn HHV theo cơng thức từ (3.4) đến (3.7) với kết quả 100x H TN TN = δ (3.8) HV HV ối quan hệ giữa các phân tích hiều. ûa khăn giấy ca Từ kết quả th các loại vật liệu rắn, có thể rút ra một số kết Quá trình bắt cháy của hạt vật liệu diễn ra qua bốn giai đoạn chồng lấn gi nhiệt phân Đồ thò đo hiện Hình 3.8-3.12 Độ chuyển hoá và vi phân của độ chuyển hoá của khăn giấy, các tông, gỗ thông, cỏ tranh, rơm Mô hình động học quá trình cháy của hạt vật liệu rắn trong không khí được xác đònh theo phương trình Arrhenius như sau: HHHV tính − Kết quả cho thấy, đối với khăn giấy, δ = 1,1%; đối với các tông, δ = 1,9%; đối với gỗ thông, δ = 0,8%; đối với rơm, δ = 0,5%; và đối với cỏ tranh, δ = 0,9%. M thành phần tổng quát, phân tích cơ bản đã được nghiên cứu rất n Năm 1997, Demirbas tính HHV của sinh khối dựa vào phân tích thành phần tổng quát HHV = 0 ,196[FC]+13,119 [27]. Năm 2005, Sheng, C. và cộng sự, đã đề nghò công thức tính HHV của sinh khối ,3675+0,3137[C]+0,7009[H]+0, dựa vào phân tích cơ bản HHV = -1 0318[O] [28]. Parikh, J. và cộng sự, đã tính HHV từ phân tích thành phần tổng quát của vật liệu rắn HHV = 0 ,3536[FC]+0,1559[VM]- 0 ,0078[Ash] [29]. Kết quả thu được trong nghiên cứu này so với công thức của Parikh, J. và cộng sự, là thích hợp nhất. 3.3 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH NHIỆT VI SAI 80 90 100 6% 54% 80 90 100 8% 80 90 100 8% 3% 67% 80 90 100 3% Hình 3.3-3.7 Đường cong TG cu ùc tông, gỗ thông, cỏ tranh, rơm ể hiện trên đồ thò TG của luận như sau: lên nhau gồm: quá trình ải phóng ẩm, quá trình thu nhiệt gia tăng nhiệt độ trong toàn hạt vật liệu, quá trình giải phóng vật chất và quá trình cháy của than cơ bản. Với tất cả các loại vật liệu nghiên cứu, sự giải phóng ẩm diễn ra trong khoảng từ 3 đến 6 phút. Kết quả này phù hợp với nhiều nghiên cứu đã công bố đối với các loại vật liệu tương tự [14, 30]. Trong quá trình giải phóng hơi ẩm, hạt vật liệu tiếp tục gia tăng nhiệt độ đến nhiệt độ nhiệt phân. Khi hạt vật liệu đạt đến nhiệt độ nhiệt phân, tốc độ giải phóng vật chất diễn ra rất nhanh trong khoảng 15 đến 25 phút, sau đó tốc độ giải phóng vật chất giảm dần. Điều này cho phép dự đoán đã có xảy ra một quá trình ngưng tụ một phần vật chất đã được giải phóng trên bề mặt lớp vật liệu còn lại, tạo ra lớp vỏ bọc ngăn cản làm cho qúa trình giải phóng vật chất từ pha rắn vào pha khí diễn ra chậm hơn. Vấn đề này sẽ tiếp tục được nghiên cứu làm rõ trong mô hình lớn hơn, tức là hệ thống thiết bò đốt kiểu cột nhồi. Trong khi vật liệu rắn giải phóng vật chất hữu cơ, quá trình cháy của than cũng diễn ra. Do tốc độ cháy của than diễn ra chậm, đường cong TG biểu diễn sự suy giảm khối lượng cũng diễn ra theo xu hướng tiệm cận với giá trò độ tro trong vật liệu. ä chuyển hóa và vi phân độ chuyển hoá theo thời gian của các loại vật liệu nghiên cứu được thể trong các hình như sau: n RTdt ⎦⎣ ⎠⎝ E k d )1(exp. 0 α α − ⎥ ⎤ ⎢ ⎡ ⎟ ⎞ ⎜ ⎛ −= 3.9) ại như sau: ( Với, α là độ chuyển hoá của vật liệu rắn ; E là năng lượng hoạt hoá ; k 0 là hằng số tốc độ n là bậc của phản ứng ; R là hằng số khí ; Logarite hoá hai vế của phương trình (3.9), phương trình mới được viết l 1E n ⎞⎛ )(])1.(ln[ln 0 k d ⎟⎜ −+−= ⎟ ⎞ ⎜ ⎛ α α TRdt ⎠⎝⎠⎝ (3.10) Sắp xếp lại phương trình (3.10), có: [ ] RTEnkdtd /)1ln(ln/ln −−+= αα (3.11) 0 0 1 0.9 1 0 200 400 600 800 1000 Temperature, o C 0. 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140 d 0.160 0.180 /dt d α/ dt α Nhiệt độ, 0 C 0 0.01 0.02 0 200 400 600 800 Temperature, o C 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 d 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 /dt α d α /dt Nhiệt độ, 0 C 0 10 60 70 0 200 400 600 800 Temperature, o C % 20 30 40 50 TG, Nhiệt độ, 0 C 8% 0 10 20 30 40 50 60 70 0 200 400 600 800 Temperature, o C TG, % Nhiệt độ, 0 C 67% 4% 0 10 20 30 40 50 60 70 0 200 400 600 800 Temperature, o C TG, % Nhiệt độ, 0 C 62% 3% 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 200 400 600 800 1000 Temperature, o C TG, % 0 10 60 70 0 200 400 600 800 1000 Temperature, o C % 67% 20 30 40 50 TG, 20% 20% 0 Nhiệt độ, 0 C Nhiệt độ, 0 C [...]... đã đặt ra đối với việc nghiên cứu quá trình đốt chất thải rắn công nghiệp đặc trưng gồm: 1 Xác đònh được đặc tính thành phần tổng quát, thành phần cơ bản, nhiệt trò của từng loại vật liệu rắn đặc trưng trong hỗn hợp chất thải của chất thải 24 2 Xây dựng được biểu thức liên hệ giữa thành phần tổng quát và nhiệt trò HHV của từng loại vật liệu 3 Xây dựng được phương trình động học cháy của từng loại... dụng thành công phương pháp luận Tiếp cận hệ thống thông qua tác vụ phân tích hệ thống để xây dựng mô tả toán học, phương pháp nghiên cứu này đã được triển khai ứng dụng xây dựng mô tả toán học trong đề tài "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đốt nhiệt phân để xử lý chất thải rắn nguy hại tại TP.HCM" và đề tài "Nghiên cứu ứng dụng quá trình nhiệt phân để xử lý thành phần hữu cơ trơ trong chất thải rắn sinh... 3.4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA VẬT LIỆU RẮN 3.4.1 Quá trình cháy của hỗn hợp khăn giấy và các tông Quá trình bắt cháy của vật liệu rắn diễn ra theo các giai đoạn chính: bay hơi ẩm, nhiệt phân để giải phóng các chất hữu cơ ở nhiệt độ khoảng 260oC [14] Quá trình tiếp theo là quá trình cháy của than và tạo thành tro Liên quan đến quá trình khí hóa, ở nhiệt độ cao, các hợp chất hữu cơ mạch lớn... quá trình bắt cháy của lớp vật liệu bên dưới diễn ra nhanh hơn so với quá trình cháy của vật liệu riêng lẻ Diễn biến nhiệt độ còn cho thấy không có quá trình tăng nhiệt độ đột biến, điều này có nghóa là quá trình cháy của hỗn hợp vật liệu có tính chất khác nhau diễn ra “đều” hơn Các nhận đònh trên được làm rõ hơn qua thí nghiệm đốt hỗn hợp rơm-gỗ sau đây 3.4.3 Quá trình cháy của hỗn hợp gỗ và rơm Quá. .. THUẬT TOÁN PHÂN LY GIẢI HỆ PHƯƠNG TRÌNH 5.3 ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP THỂ TÍCH HỮU HẠN Bắt đầu GIẢI GẦN ĐÚNG HỆ CÁC PHƯƠNG TRÌNH MÔ TẢ t = t + Δt QUÁ TRÌNH CHÁY VẬT LIỆU RẮN TRONG THIẾT BỊ ĐỐT KIỂU CỘT NHỒI Bổ sung đặc tính 5.3.1 Lưới tổng quát Các lưới được chia dưới Giải các phương trình dạng đồng đều Các ô tứ giác 5mmx5mm được thành Giải phương trình áp suất (liên Hội tụ tục) lập như một thể tích kiểm... được một chương trình tính toán mô phỏng quá trình cháy trong lò đốt kiểu cột nhồi trong môi trường Matlab theo phương pháp thể tích hữu hạn • Việc vận dụng phân tích thống kê làm chuẩn đánh giá sự tương thích giữa mô hình và thực nghiệm cho quá trình cháy của vật liệu rắn trong thiết bò đốt kiểu cột nhồi là một nghiên cứu đầu tiên được thực hiện ở nhóm nghiên cứu năng lượng và lò đốt ở trường Đại... VỤ MÔ HÌNH HÓA TOÁN HỌC 4.2 XÂY DỰNG MÔ TẢ TOÁN HỌC CHO QUÁ TRÌNH CHÁY VẬT LIỆU RẮN TRONG HỆ DỊ THỂ ĐA PHÂN TÁN n n w ∂ ∂f (X) Phương trình cân bằng tính chất quần thể hạt đa phân tán [36, 37]: ∂f (X) + ∂ ⎡f (X).∂xi ⎤ − D =q ∂t ∑∂x ⎢ ⎣ i=1 i ∂t ⎥ ⎦ 4.2.1 Mô tả toán học hệ dò thể đa phân tán (lớp bốn) 4.2.1.1 Phương trình bảo toàn vật chất Pha phân tán: ∂ (ε s ρ s ) = S (4.5) Pha liên tục: ∂ (1 − ε... từ kết quả phân tích nhiệt vi sai 4 Nghiên cứu sự cháy của hỗn hợp vật liệu trong mô hình thiết bò cháy kiểu cột nhồi trên quan điểm Tiếp cận Hệ thống 5 Xây dựng được các thông số kiểm soát quá trình để làm rõ hiện tượng cháy không đều, hiện tượng cháy của than trong giai đoạn khí hóa, tác động của việc sản sinh khí hơi nhựa đường đến quá trình cháy 6 Xây dựng được mô tả toán học của quá trình cháy... cháy của khối hạt 10mm ở cùng điều kiện Có thể giải thích điều này qua bốn nguyên nhân sau: • Đây là quá trình xảy ra trong hệ dò thể đa phân tán, do vậy quá trình truyền nhiệt và truyền khối xảy ra tại bề mặt phân chia pha Kích thước hạt lớn dẫn đến diện tích bề mặt riêng của khối hạt nhỏ, làm cho quá trình truyền vận xảy ra khó khăn hơn • Yếu tố bò ảnh hưởng thứ hai là bức xạ hấp thu Kích thước hạt... biết quá trình cháy của loại vật liệu phế thải không có khả năng tái chế Đây cũng được xem là các nghiên cứu mở đường cho nghiên cứu quá trình cháy của vật liệu tương tự ở Việt Nam 2.2 Tính thực tiễn của đề tài • Thiết bò đốt kiểu cột nhồi được nghiên cứu trong luận án có thể được triển khai ứng dụng cho thiết bò lò đốt có vỉ lò di chuyển và thiết bò lò đốt tónh hai cấp Đây là hai loại lò đốt chất thải