CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ ĐỐT CHẤT THẢI CÔNG NGHIỆP
V.4. Tính toán các thông số của lò
V.4.2. Cân bằng nhiệt lượng
Áp dụng định luật bảo toàn: Tổng nhiệt lượng đi vào lò bằng tổng nhiệt lượng đi ra khỏi lò đốt.
Nhiệt lượng đi vào lò.
- Lượng nhiệt đi vào lò:
+ Lượng nhiệt do chất thải mang vào: (kcal/h).
+ Lượng nhiệt do dầu mang vào: (kcal/h).
+ Lượng nhiệt do không khí mang vào: (kcal/h).
+ Lượng nhiệt toả ra khi cháy chất thải: (kcal/h).
+ Lượng nhiệt toả ra khi nhiên liệu cháy: (kcal/h).
+ Tổng lượng nhiệt vào lò: (kcal/h).
Vậy ta có :
a. Lượng nhiệt do chất thải mang vào lò.
Qct = Qtro + Qcháy + Qẩm= Gtro.C1.tct + Gcháy.C2.tct + Gẩm.Cw.tct Trong đó :
- C1 là nhiệt dung riêng phần chất thải không cháy ( C1= 0,18 kcal/kgoC ) - C2 là nhiệt dung riêng chất thải cháy được
(C2=0,26 kcal/kgoC) - Cw là nhiệt dung riêng phần ẩm trong chất thải
( Cw=1 kcal/kgoC) - Nhiệt độ môi trường là : tmt = 25oC
- Nhiệt độ chất thải đem đốt: tct = tmt = 25oC
Vậy : Qct = tct.( Gtro.C1 + Gcháy.C2 + Gẩm.Cw)
= 25.(40,12.0,18 + 191,88.0,26+168.1) =5627,76 (kcal/h) b. Nhiệt lượng do dầu FO đưa vào.
Qd= Gd.Cd.td [7]
trong đó:
Gd: lượng dầu đưa vào lò trong 1h.
Cd : Nhiệt dung riêng của dầu
td : Nhiệt độ của dầu FO, td = tmt = 25oC
Vậy : Qd = Gd.Cd.td = x.0,44.25 = 11x (kcal/h) c. Nhiệt lượng do không khí mang vào lò đốt.
Nhiệt lượng này bao gồm nhiệt của không khí khô thực tế ( ) và không khí ẩm ( ẩ ) cấp vào lò
Qkk = Qkktt+ Qẩm = Gkktt.Ckk.t + Gkktt .( ro+ Ch.t ).d = Gkktt.Ckk.t + Gkktt.ro.d + Gkktt.Ch. t.d
Trong đó : Gkktt: Lượng không khí thực tế cấp vào lò đốt, kg/h
Ckk: Nhiệt dung riêng của không khí, Ckk = 0,24 kcal/kgoC ro: Nhiệt hoá hơi của nước, ro = 540,5 kcal/kg
Ch: Nhiệt dung riêng của nước, Ch = 0,487 kcal/kgoC d: Phần ẩm của không khí, d = 0,015 kg/kg không khí khô
t: Nhiệt độ của không khí, t = 25oC
Vậy: Qkk = 34620,3 + 296,66.x - 108,75.y (kcal/h) d. Nhiệt tỏa ra khi đốt chất thải.
( kcal/h ) [7]
50
Trong đó là nhiệt trị của chất thải. Nhiệt trị của chất thải được tính theo công thức :
= 81.C + 246.H – 26.(O – S ) – 6.W (kcal/kg) [1]
Trong đó C, H, O, S, W là thành phần phần trăm của cacbon, hydro, oxy, lưu huỳnh và ẩm có chất thải. Thay số vào ta có:
= 81.29,016 + 246.3,45 – 26.(12,79 – 1,064) – 6.42 = 2642,12 kcal/kg Vậy ta có : = 2642,12.417 = 1101764,04 (kcal/h)
e. Nhiệt tỏa ra khi nhiên liệu cháy trong lò đốt.
(kcal/h) [7]
Trong đó là nhiệt trị của dầu (kcal/kg) Vậy: = 10275.x (kcal/h)
Như vậy tổng nhiệt lượng đi vào lò :
= 1142022,1 + 10582,66.x – 108,75.y (kcal/h)
Nhiệt lượng ra khỏi lò.
- Lượng nhiệt đi ra khỏi lò bao gồm:
+ Lượng nhiệt do tro mang ra: (kcal/h).
+ Lượng nhiệt do khói lò mang ra: (kcal/h).
+ Lượng nhiệt do hơi nước mang ra: (kcal/h).
+ Lượng nhiệt tổn thất qua tường: (kcal/h).
+ Lượng nhiệt tổn thất khi mở cửa lò đốt: (kcal/h).
Vậy tổng lượng nhiệt đi ra khỏi lò ( ) là:
a. Lượng nhiệt thất thoát do tro mang ra.
, kcal/h [7]
Trong đó : Ctro là nhiệt dung riêng của tro , kcal/kgoC Nhiệt dung riêng của tro được tính theo công thức
(J/kgoC)
Nhiệt độ của khói lò khi ra khỏi buồng đốt thứ cấp là 1100oC nên ta có :
= 1238,5 (J/kgoK) = 0,3 (kcal/kgoC)
Vậy = 0,3. (40,12 + 0,003.x).1100 =13239,6 + 0,99.x (kcal/h) b. Nhiệt lượng khói lò mang ra.
Ta có : (kcal/h)
Bảng V.7: Nhiệt dung riêng của khí và hơi ở 1100oC (kcal/kgoC) [6]
Khí CO2 SO2 NO N2 O2 Cl2 HCl
Ckl
(kcal/kgoC)
0,45 0,21 0,28 0,3 0,27 0,13 0,22
Từ đó ta tính được như sau : - Nhiệt tốn thất do SO2 mang ra :
- Nhiệt tổn thất do CO2 mang ra :
(kcal/h) - Nhiệt tổn thất do NO mang ra :
(kcal/h)
- Nhiệt tổn thất do N2 mang ra :
639718,2 + 5134,8.x – 1986,6.y (kcal/h)
- Nhiệt tốn thất do O2 dư mang ra khỏi lò :
(kcal/h)
- Nhiệt tốn thất do Cl2 mang ra :
(kcal/h) - Nhiệt tổn thất do hơi HCl mang ra :
(kcal/h) Vậy nhiệt lượng đi khỏi lò mang ra là:
= 909599,57 + 7195,652.x - 2892,72.y (kcal/h) c. Nhiệt lượng do hơi nước mang ra.
Áp dụng công thức : (kcal/h) [7]
Trong đó : nhiệt lượng do hơi nước mang ra
nhiệt dung riêng của nước, = 0,61 (kcal/kgoC) t nhiệt độ hơi nước thoát ra, t = 1100oC
52
là lượng hơi nước mang ra, kg/h Vậy nhiệt lượng do hơi nước mang ra là:
d. Nhiệt lượng tổn thất qua tường lò đốt.
Nhiệt lượng tổn thất qua tường bằng 5% lượng nhiệt sinh ra do cháy chất thải và nhiên liệu cháy ta có
e. Nhiệt lượng tổn thất trong quá trinh mở của lò nạp liệu.
Nhiệt lượng tổn thất do mở cửa lò bằng 10% lượng nhiệt thất thoát qua tường lò đốt ta có :
= 5508,82 + 51,38.x (kcal/h) Tổng nhiệt lượng ra khỏi lò đốt là :
Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng, tổng lượng nhiệt đi vào lò bằng tổng lượng nhiệt đi ra :
Vậy ta có phương trình: 61951,66 – 1947,246.x – 3730,08.y = 0 Giải phương trình với điều kiện 0 ≤ y ≤ 1 ta có :
- Khi y = 0 tương ứng với lượng Cl2 trong chất thải không tham gia phán ứng .
x = 31 (kg/h)
- Khi y =1 tương ứng với Cl2 trong chất thải tham gia hoàn toàn vào phản ứng
x = 30 (kg/h)
Ta có sai số của phép tính : δ = (31 – 30)/31 = 0,03
Vậy lượng không khí cần thiết để cấp cho lò đốt, đốt hết 400kg chất thải rắn công nghiệp nguy hại trong 1 giờ như sau :
= 2467,47 + 21,69.x - 7,61.y = 3110,56 (kg/h) Mặt khác ρkk= 1,29 (kg/m3)
Lưu lượng không khí cần cấp vào lò là :