CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ ĐỐT CHẤT THẢI CÔNG NGHIỆP
V.4. Tính toán các thông số của lò
V.4.3. Kích thước lò đốt
a. Buồng đốt sơ cấp.
Thế tích lý thuyết của buồng đốt sơ cấp được tính theo công thức :
Trong đó : là thể tích buồng đốt sơ cấp trên lý thuyết (m3).
là lượng nhiệt sinh ra trong buồng đốt sơ cấp, kcal/h.
qv là mật độ nhiệt thể tích của buồng đốt, kcal/m3.h.
qv= 250.103 – 500.103 (kcal/m3.h) Chọn qv= 250.103 (kcal/m3.h)
Mặt khác lượng nhiệt sinh ra trong lò đốt được phân phối vào hai buồng đốt.Ở buồng đốt sơ cấp cần lượng nhiệt nhiều hơn để chuyển hóa hoàn toàn lượng rác thải đem đốt thành hơi và tro.Giả thiết lượng nhiệt ở buồng đốt sơ cấp bằng 80%
Lượng nhiệt ra khỏi lò trong 1h là:
= 0,8.1449615,55 = 1159692,44 (kcal/h) Vậy thế tích của buồng đốt sơ cấp là :
Trên thực tế thể tích của buồng đốt sơ cấp phải tính đến lượng chất thải chiếm chỗ, hệ số ảnh hưởng của công suất, hệ số ảnh hưởng của thời gian.
Tỷ trọng riêng của chất thải 130 kg/m3, lượng chất thải cho vào lò trong 1 giờ là 400 kg được chia làm 3 mẻ, mỗi mẻ nạp 133 kg rác. Vậy thể tích chất thải chiếm chỗ là:
Chọn hệ số ảnh hưởng của công suất là 0,85 [1]
Hệ số ảnh hưởng của thời gian là 0,95 [1]
Vậy thể tích thực của buồng đốt sơ cấp là:
b. Buồng đốt thứ cấp.
Thế tích lý thuyết của buồng đốt thứ cấp được tính toán theo công thức :
Trong đó : - là thời gian lưu khí trong buồng đốt thứ cấp, để giảm khả năng hình thành các khí độc hại như dioxin và furan thường chọn thời gian lưu của khí trong buồng đốt thứ cấp là 1 2 giây, chọn
- q là lưu lượng dòng khí đi vào buồng đốt thứ cấp, lưu lượng này bao gồm khí sinh ra từ buồng đốt sơ cấp và lưu lượng không khí cấp cho lò:
54
BảngV.8 : Lượng khí và hơi sinh ra từ quá trình đốt rác trong 1 giờ [6]
Chất khí Khối lượng (kg) Khối lượng mol (kmol/h)
CO2 520,6 11,83
SO2 9,47 0,15
NO 3,26 0,15
N2 2402 85,23
O2 233,5 7,26
HCl 5,28 0,15
H2O 366,3 20,28
Tro 40,21 -
Tổng 3580,62 125,05
Mặt khác:
- Tổng số mol khí và hơi sinh ra trong 1h là : 125,05 (kmol/h) = 0,035 (kmol/s)
- Thế tích khí sinh ra trong 1s được tính như sau : Áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng p.V = n.R.T
Trong đó:
P- áp suất, at V- thể tích khí, m3 n- số kmol khí, kmol R - hằng số khí lý tưởng T - nhiệt độ, oK
0,035.0,082.(1100+273) /1 Vậy thế tích lý thuyết buồng đốt thứ cấp là :
Trên thực tế thể tích của buồng đốt thứ cấp phải tính đến hệ số ảnh hưởng của công suất và hệ số ảnh hưởng của thời gian.
Chọn hệ số ảnh hưởng của công suất là 0,85 [1]
Hệ số ảnh hưởng của thời gian là 0,95 [1]
Thể tích thực của buồng đốt thứ cấp là:
c. Diện tích mặt ghi lò.
Diện tích mặt ghi lò được tính theo công thức :
Trong đó : là thể tích chất thải chiếm chỗ trong lò đốt.
là chiều cao của phần chất thải chiếm chỗ trong lò; h = 0,2 - 0,3 (m) chọn h = 0,3m
Lượng chất thải được thiêu đốt trong 1h là 400 kg, lượng chất thải này được chia ra làm 3 mẻ , mỗi mẻ nạp là 133 kg, tỷ trọng riêng của rác là 130 kg/m3
Ta có :
Vậy diện tích mặt ghi lò là :
d. Diện tích đáy lò.
Chọn diện tích đáy lò bằng diện tích mặt ghi lò
Chọn đáy lò có thiết diện là hình vuông , vậy chiều dài cạnh hình vuông là: 1,84 m e. Chiều cao buồng đốt sơ cấp.
Chiều cao buồng đốt sơ cấp được tính :
f. Chiều cao buồng đốt thứ cấp.
Chiều cao buồng đốt thứ cấp được tính :
h. Tính toán mỏ đốt nhiên liệu.
Đối với thiết bị đốt nhiên liệu lỏng (ở đây là dầu FO) thì có 2 kiểu mỏ phun thường được sử dụng. Đó là mỏ phun thấp áp và mỏ phun cao áp. Nguyên lý hoạt động của 2 mỏ phun này là như nhau, mỏ phun bao gồm một ống dẫn dầu và một ống dẫn chất biến bụi (chất biến bụi có thể là không khí hoặc hơi nước). Chất biến bụi sẽ biến dầu thành những hạt bụi dầu có kích thước nhỏ khi dầu thoát ra khỏi mỏ phun và vào cháy trong buồng đốt.
Thiết bị mỏ phun cao áp làm việc ổn định, ngọn lửa phun thường dài từ 2,5 ÷ 4 m, nếu mỏ phun cao áp với công suất lớn thì độ dài ngon lửa có thể từ 6 ÷ 7 m.
Mỏ phun cao áp có cấu tạo phức tạp và thích hợp cho lò đốt có công suất lớn.
56
Thiết bị mỏ phun thấp áp có cấu tạo đơn giản, vận hành ổn định. Tuy nhiên loại mỏ phun này làm việc phải đảm bảo đủ công suất, vì sự thay đổi công suất sẽ ảnh hưởng tới khả năng biến bụi và ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng cháy của nhiên liệu. Thiết bị này phù hợp với loại lò có công suất vừa và nhỏ, chiều dài ngọn lửa phun khoảng 2 ÷ 2,5 m.
Đối với lò đốt thiết kế với công suất 400kg/h, lượng dầu tiêu hao trong 1 giờ là 29kg. Diện tích đáy lò là hình vuông mỗi cạnh dài 1,8 m. Vậy ta chọn thiết bị đốt cho lò này là mỏ phun thấp áp.
Tính toán mỏ phun thấp áp với các thông số sau:
Lượng tiêu hao nhiên liệu: Gd = 30 kg/h = 0,008 kg/s Áp suất không khí trước mỏ phun: pkk = 4,9 kN/m2 Nhiệt độ không khí: tkk = 25oC
Lượng tiêu hao không khí cho 1 kg dầu: 15,3 kgkk/kgd Áp suất trong môi trường lò: pl = 99,2 kN/m2
Áp suất thực tế ban đầu của khí
Do khí chuyển động trong ống dẫn có mất mát năng lượng thường vào khoảng 10% áp suất của không khí. Cho nên trước mỏ phun áp suất thực tế của không khí là: pkkt = k.pkk , Với k là hệ số tính đến tổn thất áp suất của không khí trong ống dẫn, k=0,9.
Pkkt = 0,9.4,9 = 4,41 kN/m3
Tính đến khắc phục trở lực của môi trường để không khí chuyển động thuận lợi. Áp suất thực ban đầu của không khí sẽ là: pd = pl + pkkt = 99,2 +4,41 = 103,62 kN/m2
Với áp suất ban đầu này có thể coi không khí chuyển động không bị nén và tốc độ chuyển động của không khí được xác định theo công thức sau:
, m/s [2]
Trong đó:
K là số mũ đoạn nhiệt của không khí, K = 1,4 R là hằng số khí, R = 288 N.m/kg.
Tkk là nhiệt độ ban đầu của không khí, Tkk = 273 + tkk = 298 Thay số vào ta có
= 85 (m/s)
Tiết diện miệng ra của không khí được tính theo công thức:
Trong đó: lưu lượng không khí cần để đốt cháy nhiên liệu, kg/s
khối lượng riêng của không khí, kg/m3
Tiết diện miệng ra của ống phun dầu được xác định theo công thức:
Trong đó: là lượng dầu tiêu hao, kg/s là tốc độ của dầu, lấy = 1 m/s
là khối lượng riêng của dầu,
Đường kính miệng ra của ống dẫn dầu
Để tránh tắc miệng của ống dẫn dầu do cặn bẩn, ta chọn = 4 mm. Nếu ống dẫn có thành dày 1 mm thì đường kính ngoài của ống dẫn dầu là 6 mm. Khi đó tiết diện của ống dẫn dầu là .
Vậy đường kính miệng ra của ống dẫn không khí là:
Chọn
58