3.3 Xác định nhiệt độ thực tế và tính cân bằng nhiệt của lò
3.3.3 Tính cân bằng nhiệt và lượng nhiên liệu tiêu hao
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:
Q1 = Bd x Qtd (W) Trong đó:
Bd : lượng nhiên liệu tiêu hao (kg/s).
Qtd = 40048,33 (kJ/kg) = 40048,33.103 (J/kg): nhiệt trị thấp của dầu DO.
Do đó : Q1 = 40048,33.103 x Bd (W).
Nhiệt do cháy rác:
Q2 = Br x Qtr = 0,0695 x 22323,8 = 1550,26 (kJ/s) Br = 250 (kg/h) = 0,0695 (kg/s): lượng rác đốt trong lò.
Qtr = 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 800oC.
Theo Hazadous Wastc incineration thì rác y tế có nhiệt lượng cần để đốt cháy 1 kg rác y tế: Qcr = 22,44.106 J/kg.
Nhiệt lượng cần thiết để đốt rác ở 800oC:
Q3 = Br x Qcr = 0,0695 x 22,44.106 = 1559580 (W)
Nhiệt lượng mất do sản phẩm cháy khi đốt 1 kg dầu DO:
Tại buồng sơ cấp, rác cháy ở 800oC:
Q4 = v x Bd x Ck x tk0 (W) Trong đó :
v = 12,66142 (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.
k SO
N O
O H CO
i m kJ i
SO i
N i
O i
O H i
CO i
i i i i
) / ( 855 , 1206
455 , 0 1 , 1745 000261 ,
0 1 , 1745
82 , 824 65 , 1094 7535
, 0 65 , 1094
34 , 30 32 , 1162 0261 , 0 32 , 1162
25 , 132 11 , 1328 0928
, 0 11 , 1328
72 , 218 95 , 1718 12724
, 0 95 , 1718
3 2
2 2
2 2
2 2 2 2 ' 2
Q4 = 12,66142 x 1206,855.103 x Bd= 15277079,45 Bd (W)
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.
Q5 = 10%(1550,26.103 + 40048330.Bd).
Nhiệt lượng mất do cháy không hoàn toàn
Khi đốt cháy rác ở 800oC thì lượng sản phẩm cháy ra khỏi lò chưa kịp cháy. Nhiệt trị của hỗn hợp là 12,14 kJ/n.m3 .
Gọi P là phần sản phẩm chưa cháy ( P = 0,005 – 0,03), chọn P = 0,03.
Q6 = P x Br x vr x 12,14.103(5 – 16)
= 0,03 x 0,069 x 7,57994 x 12140 x 103 = 187 (W)
vr = 7,57994 (m3) : 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:
Qthu = Qchi. Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + Q5 +Q6
→ 40048,33.103Bd + 1550260 = 1559580 + 15277079,45Bd
+ 0,1.(1550,26.103+ 40048330.Bd) + 0,05.(1550,26.103+ 40048330.Bd)
→ Bd = 0,00792 ( kg/s) = 28,5 (kg/h)
Hệ số sử dụng nhiên liệu có ích:
Hệ số sử dụng nhiên liệu có ích được xác định theo công thức:
1 2
nl 3Q
Q Q
Trong đó:
Q1 : nhiệt lượng thu được do cháy dầu
Q1 = Bd x Qtd = 0,00792 x 40048,33.103 = 317182,7726 (W) Bd = 0,00792 (kg/s): lượng nhiên liệu tiêu hao.
Qtd = 40048,33.103 (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.
Do đó:
025 , 7726 0
. 317182
1550260 1559580
1 2
3
Q
Q Q
nl
Tổng lượng nhiệt sinh ra trong 1 giờ là:
Q tổng = Q1 + Q2 = 40048,33.103 .28,5 + 1550260 = 1142,93.106 (kj/h)
Nhiệt lượng cần cấp cho buồng sơ cấp chiếm 70%=0,7. 1142,93.106 = 8.105(kj/h) => lượng dầu cấp cho buồng sơ cấp là 0,005544 (kg/s ).
Nhiệt lượng do buồng thứ cấp tạo ra chiếm 30% = 0,3.1142,93.106= 3,43.105(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)
Vo = 0,089Cp+0,264Hp-0,0333
(Op-Sp) 5,73 N.m3/kg 10,74 N.m3/kg
2 Lượng không khí ẩm lý thuyết d=17g/kg (t=30 độ) Va = (1+0,0016.d)Vo 5,89 N.m3/kg 10,74 N.m3/kg
3 Lượng không khí ẩm thực tế với hệ số thừa kk = 1,5 Vt = 1,5Va 8,835 N.m3/kg 16,11 N.m3/kg 4 Lượng SO2 trong SPC VSO2 = 0,683.10-2 .Sp 0,0185 N.m3/kg 3,4.10-3 N.m3/kg
5 Lượng CO trong SPC với hệ số cháy không hoàn toàn = 0,6% VCO = 1.853.10-2.η.Cp 5,69.10 -3 N.m3/kg 9,67.10-3 N.m3/kg 6 Lượng CO2 trong SPC VCO2 = 1,853.10-2(1-η).Cp 0,94 N.m3/kg 1,59 N.m3/kg
7 Lượng hơi nước trong SPC VH2O = 0,1113.Hp+0,0124.Wp+
0,0016.d.Vt 1 N.m3/kg 1,63 N.m3/kg
8 Lượng O2 trong không khí thừa VO2 = 0,21.(α-1)Va 0,62 N.m3/kg 1,13 N.m3/kg 9 Lượng N2 trong SPC VN2 = 0,8.10-2Np+0,79Vt 7 N.m3/kg 12,81 N.m3/kg
10 a, Lượng khí NOx trong SPC
b, Quy đổi ra N.m3/kg c, thể tích N2 tham gia vào phản ứng của Nox
MNOx rác = 3,953.10-8.Q1,18 MNOx DO = 1,723.10-3B1,18
VNOx=MNOx/B.ρNOx
VN2=0,5VNOx
9,8.10-4 kg/h
1,9.10-6 N.m3/kg 0,95.10-6 N.m3/kg
0,0897 kg/h 1,5.10-3 N.m3/kg 0,75.10-3 N.m3/kg
11 Lượng SPC ở đktc 9,59 N.m3/kg 20,67 N.m3/kg
12 Lượng SPC ở điều kiện thực tế (180 oC)
Lc = VSPC.B/3600 Lt = Lc(273+tkhói)/273
0,67 m3/s 1,11 m3/s
0,16 m3/s 1,375 m3/s
13 Tải lượng khí SO2 với ρ = 2,926 kg/m3 MSO2 = 103.VSO2.B.ρSO2/3600 3, g/s 0,079 g/s
14 Tải lượng khí COvới ρ = 1,25 kg/m3 MCO = 103.VCO.B.ρCO/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 CO2với ρ = 1,997 kg/m3 MCO2 = 103.VCO2.B.ρCO2/3600 0,52 g/s 0,88 g/s 16 Tải lượng NOx MNOx = 103MNOx/3600 2,7.10-4 g/s 0,025 g/s
17 Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm trong khói:
a, SO2 b, CO c, CO2 d, NOx
CSO2 = MSO2/Lt CCO = MCO/Lt CCO2 = MCO2/Lt CNOx = MNOx/Lt
278 mg/m3 45 mg/m3 47 mg/m3 0,24 mg/m3
5,7 mg/m3 7 mg/m3 64 mg/m3 2 mg/m3
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