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  LÊ ANH KIÊN PHÂN TÍCH HỆ THỐNG QUÁ TRÌNH ĐỐT NHIỆT PHÂN CHẤT THẢI RẮN CÔNG NGHIỆP ĐẶC TRƯNG Chuyên ngành: Máy Thiết Bò Công nghệ Thực phẩm Mã ngành: 2.01.20 HƯỚNG DẪN: PGS.TSKH LÊ XUÂN HẢI GS V.N.SHARIFI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – NĂM 2010 -i- Lời cam đoan Tôi xin cam đoan kết trình bày luận án thực từ kiến thức Tôi không nộp luận án cho trường viện để cấp -ii- Lời cảm ơn Trước hết xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn PGS.TSKH Lê Xuân Hải tận tình hướng dẫn, chia sẻ kinh nghiệm quý báu đường nghiên cứu khoa học Thầy chân tình động viên tạo điều kiện tốt cho để hoàn thành luận án Lòng biết ơn chân thành xin gửi đến GS.Vida Sharifi GS Jim Swithenbank tận tình hướng dẫn, đặc biệt với GS.Agba Salman, GS.Michael Hounslow hỗ trợ phần kinh phí không ngừng khuyến khích thời gian học tập trường Đại học Sheffield Lời cảm ơn sâu sắc hình thành từ ngôn từ ngữ văn thông thường xuất phát từ tất trái tim lý trí có lẽ nói lên đầy đủ mà người vợ yêu quý TS Lê Thò Kim Phụng dành trọn vẹn cho tôi, với gái Lê Phụng Anh Tâm trở thành nguồn động viên to lớn, giúp có đủ tinh thần, sức lực để vượt qua tất khó khăn suốt thời gian làm luận án Xin cảm ơn người thân, gia đình bạn bè đồng nghiệp Viện Kỹ Thuật Nhiệt Đới Bảo vệ Môi Trường, đặc biệt TS Nguyễn Quốc Bình, chia sẻ kinh nghiệm nghiên cứu với tôi, thường xuyên động viên, tạo điều kiện thuận lợi để chuyên tâm viết nên công trình nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn Thầy, cô khoa Công nghệ Hoá học, môn Máy Thiết Bò ủng hộ tôi, tạo điều kiện tốt đóng góp ý kiến qúy giá cho tôi, giúp hoàn thành công việc -iii- Cuối cùng, xin cảm ơn Bộ Giáo dục Đào tạo, Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh tài trợ cho thực công trình nghiên cứu -iv- Mục lục Lời cam đoan i Lời cảm ơn .ii Mục lục iii Danh mục kí hiệu viết tắt .ix Danh mục bảng .xi Danh mục hình vẽ, đồ thò xii Danh mục hình vẽ, đồ thò xii MỞ ĐẦU .1 ĐẶT VẤN ĐỀ .1 ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .3 Ý NGHĨA KHOA HỌC Ý NGHĨA THỰC TIỄN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 1.2 THIẾT BỊ LÒ ĐỐT CÓ VỈ LÒ DI CHUYỂN 12 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG THIẾT BỊ ĐỐT KIỂU CỘT NHỒI .19 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP, THIẾT BỊ VÀ VẬT LIỆU TRONG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 22 2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THIẾT BỊ LÒ ĐỐT CÓ VỈ LÒ DI CHUYỂN .22 2.1.1 Phương pháp tiếp cận hệ thống thiết bò lò đốt chất thải rắn 22 2.1.2 Phương pháp phân hoạch hệ thống 25 2.1.2 Phương pháp phân tích đònh tính cấu trúc hệ thống 25 -v- 2.2 THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN.25 2.2.1 Phân tích nhiệt vi sai .26 2.2.2 Thí nghiệm thiết bò lò đốt cột nhồi .28 2.2.2.1 Thiết lập hệ thống thí nghiệm 28 2.2.5.2 Buồng đốt .29 2.2.2.3 Thu mẫu nhiệt độ thành phần khí 30 2.2.2.4 Cấp khí .31 2.2.2.5 Thiết bò phân tích khí đọc liệu 31 2.2.2.6 Phương thức tiến hành thực nghiệm thiết bò cột nhồi.32 2.3 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 35 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 3.1 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH HỆ THỐNG .37 3.1.1 Kết phân hoạch hệ thống 37 3.1.2 Phân tích đònh tính cấu trúc hệ thống 38 3.2 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN TỔNG QUÁT, THÀNH PHẦN CƠ BẢN, NHIỆT TRỊ 42 3.2.1 Thành phần hóa học 42 3.2.2 Xác đònh thành phần nhiệt vật lý (nhiệt trò) .43 3.3 NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC CỦA QÚA TRÌNH CHÁY VẬT LIỆU RẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NHIỆT VI SAI 45 3.4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA VẬT LIỆU RẮN 50 3.4.1 Quá trình cháy hỗn hợp khăn giấy cáctông 50 3.4.2 Quá trình cháy hỗn hợp cáctông gỗ .66 3.4.3 Quá trình cháy hỗn hợp gỗ rơm 74 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ TẢ TOÁN HỌC .80 4.1 TÁC VỤ MÔ HÌNH HÓA TOÁN HỌC 80 4.2 XÂY DỰNG MÔ TẢ TOÁN HỌC CHO QUÁ TRÌNH CHÁY VẬT LIỆU RẮN TRONG HỆ DỊ THỂ ĐA PHÂN TÁN 81 4.2.1 Mô tả toán học hệ dò thể đa phân tán (lớp bốn) 82 -vi- 4.2.1.1 Phương trình bảo toàn vật chất 83 4.2.1.2 Phương trình bảo toàn động lượng 84 4.2.1.3 Phương trình bảo toàn lượng 85 4.2.1.4 Phương trình bảo toàn cấu tử pha khí .87 4.2.2 Mô tả toán học cho hệ dò thể hạt hệ đồng thể (lớp hai ba) 88 4.2.3 Mô hình truyền nhiệt xạ pha rắn 91 4.2.4 Mô hình truyền nhiệt cấp khối hai pha 91 4.2.5 Mô tả toán học thiết bò đốt kiểu cột nhồi 92 4.2.6 Điều kiện ban đầu điều kiện biên 94 4.2.6.1 Đối với pha khí .94 4.2.6.2 Đối với pha rắn .94 CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ĐỐT HỖN HP VẬT LIỆU RẮN TRONG THIẾT BỊ ĐỐT KIỂU CỘT NHỒI 96 5.1 PHƯƠNG PHÁP THỂ TÍCH HỮU HẠN .96 5.2 THUẬT TOÁN PHÂN LY GIẢI HỆ PHƯƠNG TRÌNH 97 5.3 ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP THỂ TÍCH HỮU HẠN GIẢI GẦN ĐÚNG HỆ CÁC PHƯƠNG TRÌNH MÔ TẢ QUÁ TRÌNH CHÁY VẬT LIỆU RẮN TRONG THIẾT BỊ ĐỐT KIỂU CỘT NHỒI 99 5.3.1 Lưới tổng quát .99 5.3.2 Sai phân phương trình liên tục 100 5.3.2.1 Phương trình liên tục pha khí .100 5.3.2.2 Phương trình liên tục pha rắn 103 5.3.3 Sai phân phương trình lượng 103 5.3.3.1 Sai phân phương trình lượng pha khí 103 5.3.3.2 Sai phân hóa phương trình lượng pha rắn 108 5.3.4 Sai phân phương trình bảo toàn động lượng 109 5.4 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH VÀ ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH110 5.4.1 Giới thiệu chương trình tính 110 5.4.2 Đánh giá tương thích mô hình 114 5.4.2.1 Kiểm đònh nhiệt độ cháy cột vật liệu 115 5.4.2.2 Kiểm đònh độ suy giảm khối lượng vật liệu cháy 122 -vii- 5.4.2.3 Kiểm đònh nồng độ khối lượng CO khí cháy 123 5.5 ĐÁNH GIÁ CÁC THÔNG SỐ KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH.129 5.5.1 Tốc độ bắt cháy 129 5.5.2 Tốc độ cháy .130 5.5.3 Tỉ lệ cấp khí giai đoạn bắt cháy 131 5.6 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG CỘT NHỒI SỬ DỤNG CIS 132 5.6.1 Ảnh hưởng lượng không khí cung cấp đến tốc độ cháy 132 5.6.2 Ảnh hưởng kích thước hạt 133 5.6.3 Ảnh hưởng nhiệt trò 136 5.6.4 Ảnh hưởng độ rỗng khối hạt .137 5.7 KẾT LUẬN 138 KẾT LUẬN 140 KẾT LUẬN 140 TÍNH KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 141 Tính khoa học đề tài 141 2.2 Tính thực tiễn đề tài 141 NHỮNG CÔNG VIỆC CẦN TIẾP TỤC THỰC HIỆN 142 Danh mục công trình 143 Tài liệu tham khảo 145 Phụ lục P1:PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM .PL1 P1.1 Phân tích thành phần tổng quát PL1 P1.1.1 Phân tích khối lượng ẩm PL P1.1.2 Xác đònh khối lượng tro PL P1.1.3 Khối lượng chất hữu bay .PL P1.1.4 Khối lượng cacbon cố đònh PL P1.2 Phân tích thành phần PL P1.2.1 Xác đònh thành phần Cacbon Hiđrô .PL P1.2.2 Thành phần ôxy mẫu PL P1.3 Phân tích nhiệt trò mẫu PL P1.4 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai PL -viii- P2 PHƯƠNG PHÁP THỂ TÍCH HỮU HẠN VÀ CÁC THUẬT GIẢIPL 12 P2.1 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP THỂ TÍCH HỮU HẠN (FVM)PL 12 P2.1.1 Lưới tổng quát .PL 12 P2.1.2 Sai phân hóa PL 13 P2.1.3 Rời rạc hoá phương trình tích phân PL 14 P2.2 CÁC THUẬT TOÁN SỬ DỤNG TRONG PHƯƠNG PHÁP FVMPL 16 P2.2.1 Thuật toán SIMPLE PL 17 P2.2.2 Thuật toán ma trận ba đường chéo TDMA (The tri-diagonal matrix algorithm) PL 22 P3 DỮ LIỆU THỰC NGHIỆM .PL 25 P3.1 Hỗn hợp giấy, Q=Q=468kg/m2h, m=1kg PL 25 P3.2 Hỗn hợp giấy, Q=936kg/m2h, m=1kg .PL 36 P3.3 Hỗn hợp giấy, Q=Q=1404kg/m2h, m=1kg PL 44 P4 CHƯƠNG TRÌNH TÍNH .PL 47 P5 KIỂM ĐỊNH THEO TIÊU CHUẨN KHI BÌNH PHƯƠNG (2) .PL 61 P5.1 GIỚI THIỆU TIÊU CHUẨN KHI BÌNH PHƯƠNG (2) PL 61 P5.1.1 Tiêu chuẩn Khi bình phương (2) PL 61 P5.1.2 Xác xuất phù hợp PL 61 P5.1.3 Giả thuyết “không” PL 62 P5.1.4 Áp dụng kiểm đònh Khi bình phương đánh giá tương hợp hai dãy số liệu thực nghiệm tính toán PL 62 P5.2 ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH PL 63 P5.2.1 Nhiệt độ PL 63 P5.2.1.1 Kiểm đònh theo thông số nhiệt độ vò trí 56cm, Q=Q=468kg/m2h PL 66 P5.2.1.2 Kiểm đònh theo thông số nhiệt độ vò trí 32cm, Q=Q=468kg/m2h PL 67 P5.2.1.3 Kiểm đònh theo thông số nhiệt độ vò trí 8cm, Q=Q=468kg/m2h 68 P5.2.1.4 Kiểm đònh theo thông số nhiệt độ vò trí 56cm, Q=936kg/m2h PL70 P5.2.1.5 Kiểm đònh theo thông số nhiệt độ vò trí 32cm, Q=936kg/m2h PL71 -ix- P5.2.1.6 Kiểm đònh theo thông số nhiệt độ vò trí 8cm, Q=936kg/m2h PL72 P5.2.1.7 Kiểm đònh theo thông số nhiệt độ vò trí 56cm, Q=Q=1404kg/m2h PL 73 P5.2.1.8 Kiểm đònh theo thông số nhiệt độ vò trí 32cm, Q=Q=1404kg/m2h PL 74 P5.2.1.9 Kiểm đònh theo thông số nhiệt độ vò trí 8cm, Q=Q=1404kg/m2h PL 75 P5.2.2 Độ giảm khối lượng PL 77 P5.2.2.1 Kiểm đònh độ suy giảm khối lượng với Q=Q=468kg/m2hPL 78 P5.2.2.2 Kiểm đònh độ suy giảm khối lượng với Q=936kg/m2h PL 79 P5.2.2.3 Kiểm đònh độ suy giảm khối lượng với Q=Q=1404kg/m2hPL 81 P5.2.3 Thành phần khí PL 82 P5.2.3.1 Kiểm đònh thành phần khí với Q=Q=468kg/m2h PL 84 P5.2.3.2 Kiểm đònh thành phần khí với Q=936kg/m2h PL 87 P5.2.3.3 Kiểm đònh thành phần khí với Q=Q=1404kg/m2h PL 90 -PL77- Khối lượng ghi lò, kg 1.2 Suy giảm khối lượng - M 0.8 Suy giảm khối lượng - E 0.6 0.4 0.2 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Thời gian, s Hình P5.5c Độ giảm khối lượng với không khí sơ cấp Q=1404 kg/m2h Dễ dàng nhận thấy độ suy giảm khối lượng nhiên liệu trình cháy thiết bò đốt cột nhồi diễn theo xu hướng đơn giản so với nhiệt độ cột nhiên liệu Khi trình bắt cháy diễn dọc theo chiều cao cột nhiên liệu, khối lượng vật chất chuyển từ pha rắn sang pha khí, suy giảm khối lượng xảy giai đoạn chủ yếu Tương tự, trình cháy nhiên liệu cột nhồi chia làm hai giai đoạn gồm: (i) giai đoạn bắt cháy xen lẫn khí hóa nhiên liệu cột; (ii) giai đoạn khí hóa hoàn toàn Tính toán độ suy giảm khối lượng trung bình giai đoạn cho thấy hai trường hợp tính toán thực nghiệm, độ suy giảm khối lượng chủ yếu xảy giai đoạn bắt cháy vật liệu rắn Trường hợp không khí cung cấp Q=468kg/m2h, khối lượng vật liệu rắn giảm 80% theo kết thực nghiệm; 85% theo kết mô thời điểm 850 giây Với lượng không khí cung cấp 936kg/m2h, độ suy giảm khối lượng trường hợp tính toán 68% trường hợp thực nghiệm 66% thời điểm 570 giây Trường hợp không khí cung cấp Q=1404kg/m2h, độ suy giảm khối lượng trường hợp thực nghiệm 78% mô 60% thời điểm 480 giây Kết đồ thò biểu diễn cho thấy trường hợp khơng khí cung cấp 936kg/m2h, diễn biến suy giảm khối lượng theo mơ thực nghiệm có độ tương thích cao -PL78- P5.2.2.1 Kiểm đònh độ suy giảm khối lượng với Q=Q=468kg/m2h Kiểm đònh toàn trình thực theo trung bình khối lượng sau: Kết tần suất kiện mô khoảng bảng sau: % Khối lượng 0.9-1.0 0.8-0.9 0.7-0.8 0.6-0.7 0.5-0.6 0.4-0.5 0.3-0.4 0.2-0.3 0-0.2 150300s 12 12 0 0 0 0-150s 24 0 0 0 300450s 0 12 18 0 0 450600s 0 12 12 0 600750s 0 0 0 6 18 750900s 0 0 0 0 30 Tổng 30 18 24 30 12 6 48 Tiến hành phân hoạch tương tự, tần suất thí nghiệm khoảng trình bày bảng sau: % Khối lượng 0.9-1.0 0.8-0.9 0.7-0.8 0.6-0.7 0.5-0.6 0.4-0.5 0.3-0.4 0.2-0.3 0-0.2 150300s 12 12 0 0 0-150s 24 0 0 0 300450s 0 12 18 0 0 450600s 0 12 12 0 600750s 0 0 6 12 750900s 0 0 0 6 18 Tổng 24 18 24 36 12 12 12 12 30 Theo tiêu chuẩn kiểm đònh Khi bình phương, tần suất xuất phải không bé 5; kiểm đònh thực với tổng tần suất kiện khoảng khối lượng từ 1.0 đến 0.4kg toàn thời gian quan trắc Kết thể sau: k ( X mod elling  X exp eriment ) i 1 X mod elling Bước 1: Tính tổng    = 8,4 -PL79- Bước 2: Tính bậc tự do: N = n-1 = 6-1 =5 Bước 3: Tính giá trò  p2 với p = 5%, N=5 =>  p2 = 11,07 Bước 4: Đánh giá độ tương thích: Ta có  <  p2 ; dãy số liệu tính toán thực nghiệm tương thích khoảng suy giảm khối lượng từ 1,0 đến 0,4kg P5.2.2.2 Kiểm đònh độ suy giảm khối lượng với Q=936kg/m2h Kết tần suất kiện mô khoảng bảng sau: % Khối lượng 0,9-1,0 0,8-0,9 0,7-0,8 0,6-0,7 0,5-0,6 0,4-0,5 0,3-0,4 0,2-0,3 0,1-0,2 0-0,1 0-150s 18 12 0 0 0 0 150300s 12 6 0 0 300450s 0 12 12 0 450600s 0 0 12 6 0 600750s 0 0 0 12 18 750900s 0 0 0 0 24 9001200s 0 0 0 0 30 Tổng 18 18 12 18 12 24 12 18 24 54 Tiến hành phân hoạch tương tự, tần suất thí nghiệm khoảng trình bày bảng sau: % Khối lượng 0,9-1,0 0,8-0,9 0,7-0,8 0,6-0,7 0,5-0,6 0,4-0,5 0,3-0,4 0,2-0,3 0,1-0,2 0-0,1 0-150s 12 12 0 0 0 150300s 12 12 0 0 0 300450s 0 0 12 18 0 0 450600s 0 0 12 6 600750s 0 0 0 6 18 750900s 0 0 0 12 12 9001200s 0 0 0 0 24 Tổng 12 18 18 12 12 30 18 30 54 -PL80- Theo tiêu chuẩn kiểm đònh Khi bình phương, tần suất xuất phải không bé 5; kiểm đònh thực với tổng tần suất kiện khoảng khối lượng từ 1,0kg đến 0kg toàn thời gian quan trắc Kết thể sau: k ( X mod elling  X exp eriment ) i 1 X mod elling Bước 1: Tính tổng    = 13,0 Bước 2: Tính bậc tự do: N = n-1 = 10-1 =9 Bước 3: Tính giá trò  p2 với p = 5%, N=9 =>  p2 = 16,92 Bước 4: Đánh giá độ tương thích: Ta có  <  p2 ; dãy số liệu tính toán thực nghiệm tương thích khoảng suy giảm khối lượng từ 1,0kg đến 0kg P5.2.2.3 Kiểm đònh độ suy giảm khối lượng với Q=Q=1404kg/m2h Kết tần suất kiện mô khoảng bảng sau: % Khối lượng 0,9-1,0 0,8-0,9 0,7-0,8 0,6-0,7 0,5-0,6 0,4-0,5 0,3-0,4 0,2-0,3 0,1-0,2 0-0,1 0-150s 18 0 0 0 150300s 0 12 12 0 0 300450s 0 0 12 12 0 450600s 0 0 12 12 0 6001200s 0 0 0 0 42 42 Tổng 18 18 12 18 24 12 12 42 42 Tiến hành phân hoạch tương tự, tần suất thí nghiệm khoảng trình bày bảng sau: % Khối lượng 0,9-1,0 0-150s 150300s 300450s 450600s 6001200s Tổng -PL81- % Khối lượng 0,8-0,9 0,7-0,8 0,6-0,7 0,5-0,6 0,4-0,5 0,3-0,4 0,2-0,3 0,1-0,2 0-0,1 0-150s 12 6 0 0 0 150300s 6 12 0 0 300450s 0 6 12 0 450600s 0 0 0 24 6001200s 0 0 0 30 54 Tổng 12 12 12 12 18 12 12 54 54 Theo tiêu chuẩn kiểm đònh Khi bình phương, tần suất xuất phải không bé 5; kiểm đònh thực với tổng tần suất kiện khoảng khối lượng từ 1.0kg đến 0kg toàn thời gian quan trắc Kết thể sau: k ( X mod elling  X exp eriment ) i 1 X mod elling Bước 1: Tính tổng    = 14,36 Bước 2: Tính bậc tự do: N = n-1 = 10-1 =9 Bước 3: Tính giá trò  p2 với p = 5%, N=9 =>  p2 = 16,92 Bước 4: Đánh giá độ tương thích: Ta có  <  p2 ; dãy số liệu tính toán thực nghiệm tương thích khoảng suy giảm khối lượng từ 1,0kg đến 0kg P5.2.3 Thành phần khí Nồng độ O2, CO, CO2 thu từ kết mô CIS biểu diễn đồ thò Hình P5.6a,b,c -PL82- CO2-M 30 CO-M O2-M Phần mol, % 25 CO2-E CO-E 20 O2-E 15 10 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Thời gian, s Hình P5.6a Nồng độ khí trường hợp Q=468 kg/m2h Chiều cao cột nhồi thí nghiệm tính toán 56cm Tuy nhiên, vò trí quan trắc nồng độ chất khí tính toán vò trí đỉnh cột nhồi (h=56cm) cao chiều cao đặt đầu dò thực nghiệm (40cm) Điều làm cho đồ thò biểu diễn nồng độ tính toán thực nghiệm thời điểm ban đầu khác Giá trò cực đại CO CO2 tính toán cao giá trò thực nghiệm, giá trò nồng độ O2 ngược lại Không có ôxy tìm thấy thời điểm từ 100s đến 800s kết tính toán Sau thời điểm này, trình cháy theo tính toán kết thúc tiếp diễn khoảng thời gian ngắn kết thực nghiệm Hình P5.6b mô tả nồng độ chất khí mô trường hợp không khí sơ cấp 936 kg/m2h 35 CO2-M 30 CO-M O2-M Phần mol, % 25 CO2-E CO-E 20 O2-E 15 10 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Thời gian, s Hình P5.6b Nồng độ chất khí 936 kg/m2h -PL83- Trong trường hợp này, đầu thu mẫu khí đặt vò trí cao 40cm cột thực nghiệm 56cm tính toán theo CIS Nồng độ CO2 cực đại thực nghiệm nhỏ tính toán, giá trò nồng độ CO cho kết ngược lại 25 CO2-M CO-M 20 O2-M Phần mol, % CO2-E CO-E 15 O2-E 10 0 200 400 600 800 1000 1200 Thời gian, s Hình P5.6c Nồng độ khí với không khí sơ cấp Q=1404 kg/m2h Trong trường hợp này, vò trí thu mẫu thực nghiệm tính toán đặt vò trí chiều cao thực cột nhồi Các giá trò nồng độ khí thực nghiệm tính toán dao động liên tục Giá trò cực đại CO2 thực nghiệm tính toán xấp xỉ, nồng độ CO thực nghiệm cao tính toán Nồng độ ôxy đo biểu thò lượng ôxy cung cấp lớn nhiều so với lượng ôxy cần thiết theo phản ứng hoá học Kết kiểm đònh tương thích mô hình nồng độ cấu tử khí cháy kết thực nghiệm cho thấy khoảng đònh, dãy số liệu tính toán thực nghiệm đạt tương thích Tuy nhiên, đánh giá toàn trình dẫn đến kết không tương thích Điều hiểu nhiều nguyên nhân Ngoại trừ nguyên nhân nêu trên, việc xác đònh nồng độ cấu tử thực nghiệm đòi hỏi thiết bò vô xác đồng điều chưa đáp ứng cách triệt để phòng thí nghiệm Bên cạnh đó, trình tính toán xác đònh thành phần cấu tử khí phức tạp, đòi hỏi nhiều kỹ thuật tính toán -PL84- phức tạp, cao cấp mà chương trình tính chưa đáp ứng P5.2.3.1 Kiểm đònh thành phần khí với Q=Q=468kg/m2h Kiểm đònh toàn trình thực theo trung bình phần mol khí CO, CO2, O2 sau: Kết tần suất kiện mô khoảng bảng sau: % Khối lượng Ôxy 20% 18-20% 16-18% 14-16% 12-14% 10-12% 8-10% 6-8% 4-6% 2-4% 0-2% CO2 20% 18-20% 16-18% 14-16% 12-14% 10-12% 8-10% 6-8% 4-6% 2-4% 0-2% CO 20% 18-20% 16-18% 14-16% 12-14% 0-150s 150300s 300450s 450600s 6001200s Tổng 30 0 0 0 0 0 24 0 0 0 0 0 6 0 0 6 0 0 0 6 18 6 6 12 24 42 12 54 18 6 6 12 18 30 48 36 0 0 0 0 0 30 0 0 0 0 24 0 0 18 0 12 6 0 0 0 48 24 12 6 0 12 54 36 18 12 6 18 18 60 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -PL85- % Khối lượng 10-12% 8-10% 6-8% 4-6% 2-4% 0-2% 0-150s 0 0 18 150300s 0 0 30 300450s 6 6 450600s 6 18 0 6001200s 12 18 24 60 Tổng 12 12 36 24 30 108 Tiến hành phân hoạch tương tự, tần suất thí nghiệm khoảng trình bày bảng sau: % Khối lượng Ôxy 20% 18-20% 16-18% 14-16% 12-14% 10-12% 8-10% 6-8% 4-6% 2-4% 0-2% CO2 20% 18-20% 16-18% 14-16% 12-14% 10-12% 8-10% 6-8% 4-6% 2-4% 0-2% CO 20% 18-20% 16-18% 14-16% 12-14% 10-12% 0-150s 150300s 300450s 450600s 6001200s Tổng 30 0 0 0 0 0 24 0 0 0 0 12 0 0 0 6 0 0 0 0 0 30 0 6 12 18 18 48 66 12 6 12 18 24 54 36 0 0 0 0 0 30 0 0 0 0 0 30 0 6 0 0 12 24 0 0 0 0 18 54 18 12 6 6 0 42 60 24 18 6 6 12 72 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 0 0 0 0 0 12 -PL86- % Khối lượng 8-10% 6-8% 4-6% 2-4% 0-2% 0-150s 0 0 30 150300s 0 0 30 300450s 6 18 450600s 12 0 6001200s 18 18 36 48 Tổng 12 30 24 36 126 Theo tiêu chuẩn kiểm đònh Khi bình phương, tần suất xuất phải không bé 5; kiểm đònh thực với tổng tần suất kiện khoảng nồng độ từ 0% đến >20% toàn thời gian quan trắc Kết thể sau: Tổng 2 Bậc tự N O2 12,62 10 CO2 13,84 CO 11,20  p2 ; p=5% 18,31 14,07 12,59 Ta có  <  p2 tất trường hợp Do mô hình tương thích với thực nghiệm P5.2.3.2 Kiểm đònh thành phần khí với Q=936kg/m2h Kiểm đònh toàn trình thực theo trung bình phần mol khí CO, CO2, O2 sau: Kết tần suất kiện mô khoảng bảng sau: % Khối lượng Ôxy 20% 18-20% 16-18% 14-16% 12-14% 10-12% 8-10% 6-8% 4-6% 2-4% 0-150s 150300s 300450s 450600s 6001200s Tổng 30 0 0 0 0 6 6 0 0 0 0 0 6 6 0 0 0 6 6 24 18 6 24 6 18 60 24 12 12 12 36 18 18 30 -PL87- % Khối lượng 0-2% CO2 20% 18-20% 16-18% 14-16% 12-14% 10-12% 8-10% 6-8% 4-6% 2-4% 0-2% CO 20% 18-20% 16-18% 14-16% 12-14% 10-12% 8-10% 6-8% 4-6% 2-4% 0-2% 0-150s 150300s 300450s 450600s 6001200s Tổng 12 0 0 0 0 0 30 0 0 0 0 12 12 6 6 0 18 12 0 0 0 0 12 18 12 18 6 12 18 30 24 18 18 18 12 12 18 18 60 0 0 0 0 12 18 0 0 12 0 6 0 0 6 12 0 0 0 0 18 12 0 0 0 0 0 30 90 0 0 12 18 30 12 54 114 Tiến hành phân hoạch tương tự, tần suất thí nghiệm khoảng trình bày bảng sau: % Khối lượng Ôxy 20% 18-20% 16-18% 14-16% 12-14% 10-12% 8-10% 6-8% 4-6% 0-150s 150300s 300450s 450600s 6001200s Tổng 30 0 0 0 0 12 0 6 0 0 0 0 12 0 0 0 0 12 30 24 12 12 12 72 30 12 12 12 30 12 12 -PL88- % Khối lượng 2-4% 0-2% CO2 20% 18-20% 16-18% 14-16% 12-14% 10-12% 8-10% 6-8% 4-6% 2-4% 0-2% CO 20% 18-20% 16-18% 14-16% 12-14% 10-12% 8-10% 6-8% 4-6% 2-4% 0-2% 0-150s 0 150300s 0 300450s 6 450600s 12 6001200s 18 Tổng 30 18 0 0 0 0 0 30 0 0 0 18 18 6 0 0 0 12 12 0 0 0 0 18 0 12 12 6 12 18 30 42 24 12 18 12 12 12 18 78 0 0 0 0 0 30 0 0 0 0 18 0 0 12 6 0 0 0 0 6 12 0 0 0 12 30 72 0 0 6 24 30 12 42 120 Theo tiêu chuẩn kiểm đònh Khi bình phương, tần suất xuất phải không bé 5; kiểm đònh thực với tổng tần suất kiện khoảng nồng độ từ 0% đến >20% toàn thời gian quan trắc Kết thể sau: Tổng Bậc tự N O2 17,90 10 CO2 14,07 CO 4,98  p2 ; p=5% 18,31 16,92 11,07 2 Ta có  <  p2 tất trường hợp Do mô hình tương thích với thực nghiệm -PL89- P5.2.3.3 Kiểm đònh thành phần khí với Q=Q=1404kg/m2h Kiểm đònh toàn trình thực theo trung bình phần mol khí CO, CO2, O2 sau: Kết tần suất kiện mô khoảng bảng sau: % Khối lượng Ôxy 20% 18-20% 16-18% 14-16% 12-14% 10-12% 8-10% 6-8% 4-6% 2-4% 0-2% CO2 20% 18-20% 16-18% 14-16% 12-14% 10-12% 8-10% 6-8% 4-6% 2-4% 0-2% CO 20% 18-20% 16-18% 14-16% 12-14% 10-12% 8-10% 6-8% 4-6% 0-150s 150300s 300450s 450600s 6001200s Tổng 12 0 0 0 0 0 6 12 0 0 6 6 0 0 6 12 0 36 12 12 12 0 0 42 12 18 18 18 24 18 12 18 12 12 0 0 0 0 18 6 6 0 12 6 0 0 0 12 6 0 0 0 0 0 12 18 18 12 24 30 12 12 24 12 24 18 30 36 0 0 0 0 0 0 0 0 12 0 0 0 6 12 0 0 0 12 12 0 0 0 0 24 0 0 0 30 54 -PL90- % Khối lượng 2-4% 0-2% 0-150s 30 150300s 6 300450s 450600s 6001200s 24 36 Tổng 42 72 Tiến hành phân hoạch tương tự, tần suất thí nghiệm khoảng trình bày bảng sau: % Khối lượng Ôxy 20% 18-20% 16-18% 14-16% 12-14% 10-12% 8-10% 6-8% 4-6% 2-4% 0-2% CO2 20% 18-20% 16-18% 14-16% 12-14% 10-12% 8-10% 6-8% 4-6% 2-4% 0-2% CO 20% 18-20% 16-18% 14-16% 12-14% 10-12% 8-10% 6-8% 4-6% 2-4% 0-150s 150300s 300450s 450600s 6001200s Tổng 6 0 0 6 0 0 6 12 0 0 6 0 12 0 6 12 0 0 36 12 18 6 0 0 42 12 18 24 18 18 12 24 12 18 12 0 6 0 0 12 12 0 0 0 12 0 12 0 0 0 0 12 6 0 0 0 12 24 42 24 18 18 18 24 24 24 42 0 0 12 6 0 0 0 18 0 0 0 0 12 18 0 0 0 0 12 0 0 0 0 12 0 0 18 60 42 -PL91- % Khối lượng 0-2% 0-150s 150300s 300450s 450600s 12 6001200s 66 Tổng 78 Theo tiêu chuẩn kiểm đònh Khi bình phương, tần suất xuất phải không bé 5; kiểm đònh thực với tổng tần suất kiện khoảng nồng độ từ 0% đến >20% toàn thời gian quan trắc Kết thể sau: Tổng Bậc tự N O2 13,50 10 CO2 15,90 CO 5,97  p2 ; p=5% 18,31 16,92 9,49 2 Ta có  <  p2 tất trường hợp Do mô hình tương thích với thực nghiệm Nhìn tổng thể kết đánh giá trên, mô hình xây dựng được kết luận tương thích với thực nghiệm Trong tất trường hợp kiểm đònh, kết tính toán thông số giai đoạn bắt cháy vật liệu hoàn toàn tương thích với thực nghiệm Trong giai đoạn bùng cháy hỗn hợp khí nhựa đường, kết mô không tương thích với thực nghiệm Trong giai đoạn cháy than sau đó, kết mô thực nghiệm tương thích [...]... lò đốt kiểu cột nhồi (là một mô hình vật thể thu nhỏ của thiết bò lò đốt có vỉ lò di chuyển);  Quá trình đốt: đốt nhiệt phân chất thải rắn;  Phương pháp mô hình hóa quá trình đốt nhiệt phân chất thải rắn;  Chương trình mô phỏng quá trình cháy chất thải rắn 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. .. hiện tiếp cận quá trình đốt rác thải trong -2- 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 án Tiến só Phân tích hệ thống quá trình đốt chất thải công nghiệp đặc trưng được đề... là phân tích hệ thống Các phương pháp được vận dụng để -4- 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  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. .. kiểu cột nhồi; -3-  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;  Xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả quá trình cháy của vật liệu rắn theo phương pháp phân tích hệ thống;  Xây dựng chương trình mô phỏng nghiên cứu quá trình đốt vật liệu rắn theo phương pháp thể tích hữu hạn; 4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU... đốt kiểu cột nhồi  Mô tả toán học quá trình cháy của vật liệu rắn trong thiết bò đốt kiểu cột nhồi đã được xây dựng trên cơ sở khai thác biểu đạt toán học tổng quát của các quá trình đa phân tán là phương trình cân bằng tính chất tập đoàn hạt  Các nghiên cứu thực nghiệm đối với một số chất thải rắn đặc trưng của quá trình phân loại tái chế rác thải đã đóng góp vào sự hiểu biết đầy đủ hơn về quá trình. .. 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 -6- 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... hoạt 16% Chất thải sản xuất năng lượng 31% Hình 1.1 Cơ cấu thành phần chất thải rắn -8- Hình 1.1 cho thấy lượng chất thải nông nghiệp chiếm tỉ lệ rất lớn, chất thải rắn sinh hoạt chiếm 6% tổng lượng chất thải hàng năm của các quốc gia công nghiệp phát triển Trong khi đó, thực tế tại Việt Nam tỉ lệ chất thải sinh hoạt khá lớn do chúng bao gồm cả chất thải từ các quá trình khác Theo kết quả thống kê... gia công nghiệp phát triển mà còn đang được triển khai ngày càng nhiều ở các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam Phần vật liệu sau xử lý, tiêu hủy được xem là một loại chất thải rắn của ngành công nghiệp tái chế chất thải Nguyên liệu đầu vào là chất thải rắn của các ngành sản xuất công nghiệp và sinh hoạt đô thò Phần chất thải rắn còn lại sau khi phân tách được xem là chất thải của chất thải, ... thải công nghiệp đặc trưng cho từng ngành sản xuất, dòch vụ Bên cạnh đó, công trình nghiên cứu về quá trình đốt, nhiệt phân chất thải trong lò đốt tónh hai cấp đáng kể nhất là công trình luận án Tiến só “Nghiên cứu công nghệ thích hợp xử lý rác từ quá trình súc rửa tàu dầu ở Việt Nam” của Nguyễn Quốc Bình vào năm 2002 Trong luận án này, vấn đề nghiên cứu ứng dụng công nghệ đốt, nhiệt phân để xử lý rác... thiêu đốt kết hợp phát điện Sơ đồ quy trình tổng thể xử lý chất thải rắn được thể hiện trong hình 1.2 sau: -10- Chất thải Phân loại tại nguồn Chất thải không nguy hại Phân loại, thu gom Tiêu hủy Thu hồi Tái chế Chất thải của chất thải Chôn lấp CH4 Năng lượng Sản phẩm Lò đốt Bùn thải Xử lý nước thải Ủ Compost Tái sử dụng Khí nóng thải từ hộ gia đình Một số loại chất Sản phẩm, phương tiện Phương pháp Chất