Thiết kế công nghệ và thiết kế chi tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE- 80KG/H docx

- Công nghệ đối rác nhiệt phân hay đốt quay có xử lý khí thải hiện đang được phổ cập áp dụng: Đốt cháy chất thải rắn công nghiệp nguy hại về nguyên tắc thường sử dụng buồng đốt ghi, khôn

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

LIÊN HIỆP KHOA HỌC SẢN XUẤT CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

TT Z

BAO CAO

THIET KE CONG NGHE VA THIET KE CHI TIET LO DOT

CHAT THAI CONG NGHIEP UCE - 80KG/H

.Chủ nhiệm đề tài: PGS.TSKH Nguyễn Xuân Nguyên

HÀ NỘI - 2006

au 19106

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết lò đốt chất thai công nghiêp UCE công suất 80kg/h

MỤC LỤC

Tiêu đề

Các ký tự viết tát

Lời nói đầu

PHẦN 1 NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ ĐỐT CTNH

1 Cơ sở lựa chọn phương pháp đốt CTNH

2 Một số lò đốt chất thải ran đang sử dụng tại Việt Nam

3 Mục tiêu chỉ tiêu kính tế — kỹ thuật chế tạo lò đốt KC03.DA02

3.1 Mục tiêu của Dự án KC03.DA02

3.2 Các chỉ tiêu Kinh tế - Kỹ thuật

4, Các kết quả nghiên cứu

4.1 Cơ sở quá trình cháy và dự báo sản phẩm cháy

4.2 Tính toán thiết kế lò đốt chất thải công nghiệp nguy hại

PHAN IL KET QUA THIET KE — CHE TAO BO PHAN LO DOT

CHAT THAI UCE 80KG/H

1 Thông số kỹ thuật của lò đốt UCE 80kg/h

2 Mô tả kỹ thuật lò đốt UCE

3 Vận hành lò đốt

4 Cấu tạo các bộ phận khác

5 Tính toán tối ưu quá trình đốt - kiểm soát khói thải

6 Tự động hoá khâu thiết kế đáp ứng nhu cầu thiết kế chế tạo lò đốt chất

thải công nghiệp và y tế công suất lớn

7 Kết quả thu được từ dự án KC03.DA02

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chỉ tiết lò đốt chat thai công nghiệp UCE công suất 80kg/h

CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT

CTNH: Chất thải nguy hại

CEETIA: Trung tâm kỹ thuật môi trường đô thị và công nghiệp-Đại học xây dựng HN CTYTNH: Chất thải y tế nguy hại

KC03: Chương trình tự động hóa cấp nhà nước

KCN: Khu công nghiệp

UŒE: Liên hiệp Khoa học sản xuất Công nghệ hóa học

URENCO: Công ty môi trường đô thị Hà Nội

QLCTNH: Quản lý chất thải nguy hại

SPC: Sản phẩm cháy

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết lò đốt chat thai cong nghiép UCE công suất 80kg/h

LOI NOL DAU

Theo dự báo Việt Nam sẽ là nước có tốc độ phát triển công nghiệp nhanh nhất trên thế giới với tốc độ tăng trưởng dự báo 7% trong các thập kỷ tới Tuy nhiên công nghiệp hóa

và phát triển công nghiệp nhanh sẽ tạo ra áp lực về chất thải rắn đặc biệt là chất thải công nghiệp là vấn đề đang nổi cộm ở Việt Nam với tỷ trọng chiếm tới 17% hay | 2,6 triệu tấn trong tổng số hơn 15 triệu tấn chất thải ran phát sinh hàng năm, trong số đó phải kể đến trên 160.000 tấn/năm chất thải nguy hại nếu không được quản lý tốt thì tính độc hại, gây bệnh, nguy hại sẽ ảnh hưởng sức khỏe, người đân và môi trường [1]

Các hệ thống xử lý chất thải công nghiệp và nguy hại chưa đầy đủ, thiếu nhiều cơ sở xử

lý ở góc độ cho các Khu công nghiệp và Khu xử lý tập trung Các cơ sở xử lý chất thải

- nguy hại nhỏ lẻ hoạt động kinh doanh là chính nên đầu tư trang thiết bị, xử lý khói thải, tro xi có khả năng gây rủi ro môi trường do áp dụng phương phát đốt tại nhiệt độ thấp, công nghệ đốt chưa hòan chỉnh, không có các trang thiết bị giảm thiểu ô nhiễm, xử lý khói thải hay các thiết bị kiểm sóat ô nhiễm môi trường, hay kỹ năng thực hành của các cán bộ vận hành Vậy, cải tiến công nghệ đốt, kỹ năng vận hành, kiểm sóat ô nhiễm khí qua giảm thiểu và xử lý khói thải lò đốt an tòan là một định hướng quan trọng mà Liên hiệp KHSX Công nghệ hóa học tập trung trong nhiều năm

Dự án KC03.DA02 "Nghiên cứu thiết kế chế tạo lò đốt phục vụ các thành phố và khu công nghiệp” thuộc Chương trình tự động hóa cấp nhà nước KCO3, Liên hiệp KHSX Công nghệ hóa học (UCE) đã tiến hành thực hiện từ 10/2002 Các kết quả chính đã đạt

được

- _ Nghiên cứu về đặc thù rác thải công nghiệp tại các khu công nghiệp và thành

phố lớn

- _ Nghiên cứu công nghệ đốt nhiệt phân

- _ Nghiên cứu tính tóan thiết kế chế tạo lò đốt UCE-80kg/h

- Vận hành thử nghiệm và đưa vào sản xuất chính thức tại Công ty Môi trường

đô thị Hà Nội

Nội dung chính của báo cáo này là nghiên cứu thiết kế công nghệ lò đốt UCE — sản phẩm của dự án KC03.DA02

Báo cáo thiết kế công nghé va thiét kế chủ tiết lò đốt chất thai công nghiệp UCE céng sudt 80ke/h

PHAN I: NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ ĐỐT CHẤT THÁI NGUY HAI

1 Cơ sở lựa chọn phương pháp đốt chất thải nguy hại

Hiện nay, đốt rác là công đoạn xử lý cuối cùng được áp dụng cho một số loại rác nhất định chủ yếu là rác thải nguy hại như rác thải y tế, rác công nghiệp nguy hại, rác thải thú y, hoặc hoá chất bảo vệ thực vật Đây là quá trình oxy hoá nhiệt độ cao với sự có mặt của oxy không khí, trong đó chất độc hại được phân huỷ triệt để thành khí cháy và

và tro xỉ không cháy Chất thải có tính chất độc hại và lượng phát thải lớn thì phương pháp đốt là một giải pháp ưu việt nhất Vì các lý do sau:

- Lượng rác và nhiệt trị phà hợp cho phương pháp đốt: Rác thải phát sinh tại các KCN

có thể tính toán được trước khi thiết kế lò đốt rác cho lò đốt có năng suất phù hợp và

các phương án tận dụng nhiệt Theo kinh nghiệm, năng suất toả nhiệt của các rác công

nghiệp nguy hại, cặn sơn, bông amiäng, cặn đầu, chất thải y tế có nhiệt trị trên 3500 —

7000 kI/kg

- Các tiêu chuẩn môi trường đã được quy định: Đốt rác sẽ tạo ra khí thải vào không khí,

và được xử lý theo tiêu chuẩn môi trường Các kỹ thuật xử lý khí hiện đại (đốt phân huỷ khí ở nhiệt độ cao, hấp phụ xúc tác, hấp thụ ướt, hấp thụ khô, tách bụi) đáp ứng được việc xử lý khí đạt tiêu chuẩn khí thải đặt ra: TƯVN 5939-1995 đối với khí thải lò đốt công nghiệp và TCVN 6560-1999 đối với khói thải lò đốt rác y tế

- Công nghệ đối rác nhiệt phân hay đốt quay có xử lý khí thải hiện đang được phổ cập

áp dụng: Đốt cháy chất thải rắn công nghiệp nguy hại về nguyên tắc thường sử dụng buồng đốt ghi, không ghi, buồng đốt xoáy lốc, buồng đốt thùng quay hoặc hệ thống đốt cháy tổ hợp (vừa đốt cháy trên ghi và buồng đốt thùng quay đặt sau) và hệ thống đốt khí thứ cấp và xử lý khí thải Đây là công nghệ phù hợp với điều kiện kinh phí đầu tư,

vận hành, trình độ kỹ thuật, công nghệ có tính đến các biện pháp giảm và kiểm sóat ô

nhiễm môi trường sẽ phù hợp với mọi hòan cảnh

Xử lý chất thải rắn công nghiệp bằng phương pháp đốt hiện là giải pháp được quan tâm

và xử lý chủ đạo tại các nước công nghiệp phát triển và các quốc gia trong khu vực

2 Một số lò đốt chất thải rắn đang được sử dụng ở Việt Nam

Cho đến nay, số lượng lò đốt được sử dụng ở Việt Nam rất đa dạng về nguồn gốc, công suất đốt và về khả năng xử lý khói thải Tuy vậy, cho đến nay vẫn chưa có số liệu thống

kê đầy đủ về số lượng, nơi sử dụng, đặc tính kỹ thuật

Dưới đây là bảng một số lò đốt chất thải rắn điển hình đang sử dụng ở Việt Nam

Bảng 1: Các thông số cơ bản của một số lò đốt đang sử dụng ở Việt Nam

Hãng sản suất Del Monego 200 Hoval GG42 CEETIA-CN150

4

Báo cáo thiết kế công nghề và thiết kế chỉ tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

Loai 1d Khong ghi, phan tang Khong ghi Có ghi, phân tầng Công suất lò 4.8 tấn/ ngày 7.2 tấn/ ngày 3,6 tấn/ngày

Hệ thống xử lý khói ˆ ¬ , | 2 cấp xyclon ướt,

7 ` Fi

LO NHO

Hãng sản suất Hoval MZ2/ MZ4 400/ 200 CA HS-S0 CEETIA- YT30

nghệ và thiết kế chị tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

3 Mục tiêu, chỉ tiêu kinh tế -kỹ thuật lò đốt dự án KCO3.DA02

3.1 Mục tiêu dự án KC03.DA02

Với các tiếp cận trên mục tiêu của dự án KC03:1-) Nghiên cứu hòan thiện công nghệ

đốt nhiệt phân hai buồng đốt, lồng ghép biện pháp kiểm soát - xử lý các chất ô nhiễm trong khói thải lò đốt 2-) Tính tóan thiết kế lò đốt rác tự động nhằm đáp ứng các yêu cầu tính tóan thiết kế lò đốt cho các đối tượng rác thải khác nhau: rác sinh hoạt, rắc y

tế, rác công nghiệp độc hại khác nhau, công suất xử lý thay đổi phù hợp với cơ sở xử

lý, các địa phương 3-) Chế tạo lò đốt rác công suất phù hợp với quy mô đầu tư và quản

lý vận hành của các khu công nghiệp, các địa phương Lập phương án vận hành tiết kiệm chi phí nhiên liệu :

Bên cạnh đó, việc tính tóan thiết kế lò đốt tự động hóa phải được tự động hóa nhằm đặt

cơ sở khoa học nền móng cho việc chế tạo các lò đốt công suất công suất khác nhau và

lò đốt công suất lớn, từng bước tiếp cận với tính tóan thiết kế chế tạo lò đốt phức tạp

như lò đốt quay đáp ứng nhu cầu xử lý CTNH

3.2 Các chỉ tiêu kinh tế — Kỹ thuật

+ Lò đốt UCE80 hoàn thiện phần tự động nạp liệu nhằm đắm bảo nhiệt 16 đốt ở cả hai buồng đốt

+ Kiểm soát qui trình đốt qua các thông số được kiểm soát tại các đồng hồ do tự động

+ Giảm thiểu và xử lý khí - phân tích khí - kiểm soát nồng độ khí thải ra môi trường

+ La đốt được thiết kế, vận hành, bảo dưỡng thuận tiện, dễ dàng thay đổi chế độ đốt theo loại rác nhiệt trị, độ ẩm khác nhau

+ Công suất sử dụng lò đốt cao, tự động điều khiển

+ Tiết kiệm chi phí vận hành (nhiêu liệu, điện, nước, nhân công)

+ Thiết bị phụ tuổi thọ cao Công suất thiết kế: 80-100 kg/h, công suất vận hành 70- 80kg/h, vận hành liền tục trong ngày

+ Chuyển giao công nghệ - hướng dẫn vận hành theo chương trình kín: lý thuyết

- vận hành - duy tu bảo đưỡng - nhật ký - quản lý

4 Các kết quả nghiên cứu

4.1 Nghiên cứu quá trình cháy - dự báo khí cháy

4.1.1 Cơ sở lý thuyết cháy chung

* Thành phần chất thải rắn nguy hại, nhiệt trị

Thanh phần rác thải được chia 3 thành phần chính: thành phần cháy, tro, ẩm CẢ ba

thành phần trên đều thay đổi rất khác nhau đối với các loại rác khác nhau và đòi hỏi _

6

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chỉ tết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

các nghiên cứu khảo sát thích hợp Thành phần hóa học của các chất chấy trong nhiên liệu lỏngrắn gồm có cacbon (C,); hydro (Hp), nito (Np), oxy (Op), luu huynh (S,), do

tro (Ap) và độ ấm (W;) (1) Tỷ lệ giữa độ ẩm: thành phần cháy: độ tro là thông số quan

trọng với nhiêu liệu và chất thải đốt Ta có:

CTNH có thêm nhiều hợp chất như chất hữu cơ, các chất dung môi, các loại mỡ, các

PCB, hợp chất chứa Clo vv với các tỷ lệ khác nhau

Xử lý chất thải rắn công nghiệp nguy hại bằng phương pháp đốt hiện nay là một nhu cầu cấp thiết Chất thải rắn công nghiệp nguy hại có nhiệt trị tính theo trọng lượng khá cao nhưng tỷ trọng của chất thải rắn lại thấp (tỷ trọng trung bình là 0,3 tấn/m`) và khi đốt quá trình cháy diễn biến rất phức tạp Một số loại chất thải rắn công nghiệp khác như dầu cặn trong kho chứa dầu và sửa chữa tầu chở dầu có nhiệt trị cũng khá cao nhưng lại chứa nhiều chất trơ, cặn, sơn chống gi, cát, nên khi đốt là rất khó và tạo ra nhiều muội Một số loại chất thải rắn công nghiệp ngành hoá chất khi đốt lại tạo ra nhiều chất độc hại

Thành phần chất thải rắn công nghiệp nguy hại rất đa dạng tuỳ theo loại chất thải rắn công nghiệp của từng ngành Tuy vậy, về thành phần hoá học các chất trong chất thải rắn công nghiệp nguy hại các ngành cũng gần nhau Dựa theo thành phần các chất trong chất thải rắn nguy hại của một số ngành công nghiệp, trong tính toán lò đốt ta có thể ước lượng thành phần hoá học các chất như sau:

Bảng 2: Các thông số về thành phần chất thải của các loại chất thải [10]

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

lò đốt cũng như về mặt môi trường, thì nhiên liệu dùng để đốt trong lò đốt chất thải rắn

nguy hại chọn là đầu đốt

Dầu đốt trong các lò công nghiệp chủ yếu là dầu DO và dau diezel, dé sit dung mot cách có hiệu quả nhất về hiệu suất đốt, kinh tế và đặc biệt về mặt môi trường ta chọn

dầu DO loại chứa ít lưu huỳnh để đốt trong lò đốt chất thải rắn công nghiệp nguy hại Dầu DO loại chứa ít lưu huỳnh khi đốt tạo ra ít khí độc hại và giá thành rẻ hơn Về

thành phần dầu DO thường chứa các chất cho ở bảng sau đây:

Dựa trên các phản ứng cháy, ta xác định được: L) lượng oxy cần cho quá trình cháy, 2)

lượng không khí cần cung cấp và 3) lượng sản phẩm cháy (SPC) do 1 kg nhiên liệu -

ran/long thai ra, 4) tính nộng độ các chất trong SPC và nhu cầu kiểm sóat: SO2, NOx,

CO, CO2 và tro xỉ, bụi

* Lý thuyết quá trình đốt cháy

Đốt CTNH và đốt nhiên liệu là quá trình ôxy hoá nhiệt độ cao, có mặt của oxy không khí Phản ứng hoá học xảy ra giữa thành phần cháy được có trong nhiên liệu rắn/lỏng một lượng nhiệt, phát sáng và làm thay đối vẻ vật lý và hoá học phức tạp của các thành

phần đưa vào đốt Quá trình chia thành 4 giai đoạn chính sau: a) sấy nóng, khô nhiên liệu, chất thải rắn; b) thoát chất bốc, tạo cốc; c) cháy chất bốc/cháy cốc; d) Tao tro, xi

8

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết |ò đốt chất thai công nghiệp UCE công suất 80kg/h

Các giai đoạn của quá trình cháy tiến hành liên tục và xen kế nhau, thời gian phụ thuộc

yếu tố: đặc tính nhiên liệu rắn/lỏng, cấu tạo buồng đốt và phương thức vận hành Đối

với nhiên liệu lỏng không có giai đoạn tạo cốc và tạo xi nhưng có quá trình tạo bồ

hóng Các phương trình cháy và sản phẩm cháy được mô tả ở phần trên

1 Giai đoạn sấy nóng — sấy khô chất thải rắn và nhiên liệu

CTNH và nhiên liệu đưa vào buồng đốt đang vận hành nhận nhiệt từ không khí nóng,

các SPC theo phương thức đối lưu/bức xạ; từ lớp CỮNH đang cháy theo phương thức dẫn nhiệt và bức xạ; từ tường của buồng đốt theo phương thức chủ yếu là bức xạ

CTNH/nhiên liệu nhận nhiệt, hàm ẩm giảm dần; nhiệt độ tăng đến 100°C lượng ẩm sẽ

bốc hơi với cường độ mạnh, nhiên liệu và chat thai ran được sấy nóng và sấy khô

2 Giai đoạn thoát chất bốc và tạo cốc:

Sau khi được sấy khô, nếu cung cấp nhiệt thì nhiệt độ của CTNH và nhiên liệu sẽ tăng lên rất nhanh Khi nhiệt độ lớn hơn 250°C, ẩm còn sót lại, chất bốc (chất cháy được: như khí Hạ, CO .) thoát dần ra và có thể bất đầu bát cháy Tốc độ, điểm bắt đầu thoát chất bốc tuỳ thuộc từng loại chất thải rấn và nhiên liệu; hợp chất hữu cơ nhiều hyđrô dễ thoát chất bốc, phân huỷ và dễ cháy nhưng sinh nhiệt không cao, ngọn lửa không sáng

3 Giai đoạn cháy: Giai đoạn này xảy ra: a) cháy kiệt CTNH ở cuối mỗi mẻ đốt, nhiệt lượng tiêu thụ cho nung xỉ của lò đốt nhỏ hơn 0,5% b) cháy khí: quá trình đốt các khí được oxy hoá, một phần nhỏ quá trình cháy các khí xảy ra ỏ trên bề mặt CTNH

còn lại các khí sẽ oxy hoá trong buồng đốt thứ cấp ở nhiệt độ đạt tới 1050°C c) Quá

trình cháy sau để đốt cháy kiệt chất chưa cháy ở buồng đốt thứ cấp, tại đây cấp thêm không khí đốt cháy hết khí CO chứa trong khói thải Thời gian lưu lại của dòng khí

tại đây khoảng 1 - 2 giây ở nhiệt độ thấp nhất là 950°C và cao nhất là 1100°C Tốc độ

cháy phụ thuộc: Nhiệt độ, nồng độ chất cháy trong nhiên liệu rắn/lỏng Ở một nhiệt độ nhất định, tốc độ cháy phụ thuộc chủ yếu vào nồng độ chất cháy được trong hỗn hợp

nhiên liệu rắn/lỏng và không khí Nồng độ thấp tốc độ cháy chậm, khi nồng độ cao tốc

độ cháy nhanh hơn Ở nồng độ nhất định, tốc độ cháy phụ thuộc nhiều vào: Nhiệt độ, ảnh hưởng nhiệt độ tới quá trình cháy lớn hơn rất nhiều so với ảnh hưởng của nồng độ Khi chất thải rắn và nhiên liệu được sấy nóng đến nhiệt độ bắt lửa thì quá trình cháy Xây ra os :

e©_ Phản ứng cháy của chất thải rắn và nhiên liệu:

Trong chất thai ran và nhiên liệu chứa chủ yếu các thành phần C, H, N, S, ở nhiệt độ

cháy sẽ xaỷ ra phản ứng cháy với oxy trong không khí, nếu giả thiết chất thải rắn và nhiên liệu là C.H,N,S,P,Cl„ thì có thể biểu diễn phản ứng chung như sau:

C.HYN,SP,Cly + O2 ~» CO + CO, + H,0 + NOx + SO, + P,O; + HCl +Q

4 Giai doan tao tro, xi

Chất không cháy trong CTNH sẽ tạo thành tro và xỉ Tác động nhiệt, nhiên liệu và chất thai ran sẽ thay đổi nhiều về mặt tính chất vật lý và hoá học Nước trong một số chất _ như thạch cao (CaSO,.2H,O) hoặc Al;O;.25iO;.2H;O sẽ bốc hơi ở nhiệt độ khoảng 500-

9

Bao cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chí tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

°%C Khi nhiệt độ tiếp tục nâng cao một số muối khoáng phân huỷ thành các oxit và CO;

tự do thoát ra ngoài Ở nhiệt độ khoảng 500°C phản ứng phân huỷ có đạng:

MpgCO; > MgO + CO; †?

Ở nhiệt độ khoảng 800 — 950 lại xảy ra các phản ứng phân huỷ sau:

FeCO, > FeO + CO, t CaCO, > Cad + CO, T Nhiệt độ tiếp tục nâng cao, thành phần trong tro lần lượt nóng chảy, đầu tiên là các kim

loại kiểm và các hợp chất của chúng (K;O, Na;O nóng) nóng chảy ở 800—1000°C và

các clorua, sulfua sắt (EeS;) có thể nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 800 ~ 1070°C Khi

trong môi trường oxy hoá sẽ chuyển thành Fe;O:

4.1.3 Cơ sở quá trình cháy chất thải rắn

CTNH đưa vào buồng đốt đang vận hành có sắn không khí, SPC sẽ nhận nhiệt từ không khí nóng, lớp chất thải đang cháy, tường lò nhiệt độ cao, làm lượng ẩm trong chất thải

sẽ bốc hơi, chất thải được sấy khô Nếu được cung cấp tiếp nhiệt độ, chất bốc sẽ thoát dân ra Hơi nước, chất bốc bao bọc lấy cục chất thải rấn làm cản trở sự tiếp xúc giữa

trung tâm hoạt động với oxy Một mặt các phản ứng cháy tạo SPC, sự khuyếch tán theo

xu thế đồng đều nồng độ các khí nên hình thành sự phân bố các chất khí xung quanh bề

mặt cục chất thải rắn theo mô hình sau:

Nhờ sự khuyếch tán của hơi nước và chất bốc ra ngoài và sự khuyếch tán của oxy vào

trong tạo khả năng tiếp xúc với bể mặt cốc tạo thành phản ứng cháy Các sản phẩm

cháy mới tạo thành cũng tạo thành một lớp bao bọc cục chất thải và ngăn cách sự tiếp

xúc với oxy, nhưng quá trình khuyếch tán vẫn xảy ra nên quá trình cháy vẫn được tiếp

tục Quá trình khuyếch tán đồng đều nồng độ các khí hình thành nên sự phân bố các

chất khí xung quanh bề mặt cục chất thải rắn Phân bố như sau:

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị Hết lò đốt chất thải cộng nghiệp UCE công suất 80kg/h

- Khí oxit cacbon: Nằm sát chất thải rấn, có nồng độ lớn nhất, càng ra xa thì

lượng khí CO càng giảm vì cốc có nhiệt độ cao khi gặp oxy xảy ra đồng thời 2 phản

- Khí cácbonic: quá trình oxy hoá mặt cốc sẽ tạo thành đồng thời khí CO; và

CO Khí CO khuyếch tán ra ngoài gặp oxy sẽ cháy tạo thành khí CO;, càng ra ngoài bể

mặt cốc do khuyếch tán nên nồng độ khí CO; giảm dân

- Khí oxy: Oxy khuyếch tán từ ngoài vào mặt cốc, phản ứng với khí CO bên

ngoài nên càng vào nồng độ khí O; giảm, nồng độ khí O; sát bể mặt cốc có nồng độ nhỏ nhất

Vậy, CTNH cháy triệt để cần có các điều kiện: a) Nhiệt độ phải đủ cao b) Hệ số không

khí thừa thích hợp, nếu nhỏ quá thì không đủ oxy cho quá trình cháy, nếu lớn quá sẽ làm giảm nhiệt độ trong buồng đốt c) Thời gian lưu khí ở buồng đốt đử dài

4.2 Tính toán thiết kế lò đốt chất thải công nghiệp nguy hại

Theo định luật bảo toàn khối lượng thì tổng lượng vật chất vào buông đốt sẽ bằng tổng

lượng vật chất ra khỏi buồng đốt, tức là Gựy, = Gạu

Báo cáo thiết kế công nghề và thiết kế chị tiết lò đốt chất thai cong nghiép UCE công suất 80kg/h

- Luong vat chat vao Gy,, = Gop + Gp + Gy (kg/h)

trong đó: Ger, Gp , Gy: 14 lượng CTNH, dầu DO, không khí đưa vào buồng đốt để

dét trong | gid (kg/h)

- Lượng vật chất mang ra khỏi buồng đốt Gạ, (kg/h), bao gồm lượng khói thai và tro, xi mang ra khỏi buồng đốt

1 Lượng chất thải rắn công nghiệp đưa vào buồng đốt G„r (kg/h)

Chất thải công nghiệp nguy hại đem đốt có thành phần rất khác nhau, thành phần chất thải phụ thuộc vào từng loại chất thải công nghiệp tức phụ thuộc vào từng loại hình sản suất Khi thiết kế lò đốt cần phải phân tích cụ thể thành phần từng loại chất thải sẽ đem

đốt

Trong việc phân tích thành phần chất thải công nghiệp của từng loại hình sản suất là rất

phức tạp, thông thường chỉ phân tích thành phần chất thải của một số loại hình sản suất

2 Lượng nhiên liệu vào để đốt Gp (kgth)

Lò đốt chất thải rắn công nghiệp nguy hại thường dùng nhiên liệu là dầu DO chứa ít lưu huỳnh, có thành phần các chất tuỳ theo từng loại đầu DO

Giả sử trong 1 giờ lượng dầu DO cần bổ xung để đốt lượng chất thải rắn trong buồng

đốt là Gp (kg/h) Trong Gp kg dâu DO có các thành phần hoá học và ứng với khối lượng trung bình theo phân tích của từng nguyên tố ở bảng sau: Từ khối lượng các

thành phần trong chất thải rắn công nghiệp và trong dầu DO ta có khối lượng tổng các thành phần tham gia quá trình cháy

Bảng 5: Khoi luong các nguyên tố tham gia quá trình cháy

TT

3 Luong khong khi vao buéng dét Gy, (kg/h) - sản phẩm cháy (SPC)

Tính lượng O; cần thiết để đốt cháy hết các thành phần trong chất thải và trong nhiên

liệu được tính theo các công thức về dãn nở nhiệt của không khí, lượng khí cấp đủ để

12

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị Hết lò đốt chất thai công nghiệp UCE công suất 80kg/h

cháy hòan tòan các chất cháy Bảng công thức 2.5 và bảng 2.6 và chương trình tính

tóan (Phụ lục)

Lượng O; cần dùng cho quá trình cháy được cung cấp từ bên ngoài vào phải bằng tổng lượng Ò; cần dùng cho các phản ứng cháy trừ đi lượng O; sinh ra ở các phản ứng và

lượng O; có sẵn trong chất thải rân cũng như có trong đầu đốt

- _ Lượng O¿ cần dùng cho các phản ứng cháy được tính như sau:

Từ phản ứng (1), ta thấy:

Cứ 1 kmolC+ Ikmol O, > 1 kmoi CO,

12kgC + 32kgO; — 44kg CO;

hay được tính theo thể tích m° tiêu chuẩn/kg NL, bảng 2.5, 2.6

- Đốt cháy hết lượng c cần lượng O; là:

Sy = = Ge = 2.67 (C Gey + 0,865.Gp) (kg/h)

- Luong O¿ cần đốt hydrô là :Gfo; = ° G, = 8 (H,.Ge, + 0,105.Gp) (kg/h)

Từ phản ứng (5), lượng O; cần để đốt chay S Ia:

s 32

Gq) = 3 Gs = (S,.Ger + 0,004.Gp) (kg/h)

~ O; cần để đốt cháy N để tạo NO là :

GN = H Gy = 1,143 (N,.Gep + 0,004.Gp) (kg/h)

- Lượng O; cân để đốt cháy Plà: G?„„= = Gp=1,29.P.Ger (kg/h)

Luong O; sinh ra trong các phản ứng cháy và có trong chất thải rắn cũng như có trong

dầu DO:

- O, sinh ra do trong chất thải rắn có Clo là :

Báo cáo thiết kế công nghề và thiết kế chỉ tiết lò đốt chất thai cong nghiép UCE cong suat 80kg/h

- QO, có trong chất thải rắn công nghiệp nguy hại là: G°œ; = O„œy (kg/h)

Bang 6 Luong O; cần cung cấp và sinh ra

Luong O, sử dụng trong các phản ứng cháy (kg/h) Lương O; phát sinh (kg/h)

- Dung ẩm d : thường chọn d = 10 (g/kg không khí)

_- Khối lượng riêng của O, : ø„„ = 1,4289 (kg/m”)

- Khối lượng riêng của không khí : ø„ = 1,29 (kg/m”)

Báo cáo thiết kế công nghê và thiết kế chị Hết lò đốt chất thai cong nghiép UCE cong suat 80kg/h

Hình 2: Tương quan giữa hệ số dư không khí và nhiệt trị buồng đốt

Hệ số thừa không khí @ trong thực tế áp dụng với các lò đốt thường chọn từ I,1 — 1,25

Do chất thải rắn công nghiệp nguy hại có độ ẩm mức độ cổng kểnh thay đổi tuỳ theo loại chất thải công nghiệp, nên để cho quá trình cháy xảy ra một cách có hiệu quả thì theo kinh nghiệm thường chọn hệ số thừa không khí là a@ = 1.25 hay 1,4

Ta có: Gyg = Guy + Cục + Gự + Quy

1 Khối lượng tro, bụi bị cuốn theo khói thải được tinh theo: Gy, = đ 8a

Guoxi + Gurobay = Aat-Gp + G.”= Aer.Ger + 0,003.Gp

Trong đó hàm lượng tro bụi bay theo khói thường chiếm 20 - 30% tổng hàm lượng có

trong tro và nhiên liệu Chọn a = 0,25

Quay = 0,25-Agr = 0,25-Acr Ger

Gw¿ = 0,75.Axr = 0,75.Acp.Get

2 Khối lượng khói thải mang ra khỏi buồng đốt

Gai = Gco; + Gso2 + Gyo + Gpros + Gop + Guo + Gua + Gen (kg/h)

15

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chỉ tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

- Lượng khí CO; sinh ra khi đốt cháy cacbon:

- Luong khi HCl tao thành theo phản ứng: GC ae = 1 ,Cl Gcr

- Lượng khí N; có trong không khí cấp vào buồng đốt:G¿;¿ = 0,7574.G

- Lượng khí Cl; có trong khói thải ra là rất ít (coi Gẹ; ~ 0), vì trong thực tế với quá trình đốt chấy trong buồng đốt thì khí Clo phần ứng hết Khi phân tích khói thải thì có

mội lượng rất nhỏ khí Clo và có thể coi là khí vết

Bảng 7 Thành phần khí thải thoát ra khỏi lò đốt

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

- G„.„ : là lượng hơi nước sinh ra từ ẩm có trong chất thải rắn công nghiệp nguy hại acl *

- G2 : là lượng hơi nước mất đi do phản ứng với clo:G°„o = = DI

Vậy, khối lượng hơi nước có trong khói thải mang ra là:

Báo cáo thiết kế công nghê và thiết kế chỉ tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

4.2.2 Tính toán cân bằng nhiệt lượng

* Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng trong buồng đốt

Nhiệt đưa vào Nhiệt mang ra

Theo định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng ta có tổng lượng nhiệt đưa vào

Nhiệt lượng mang vào buồng đốt bao gồm có:

Nhiệt lượng do chất thải rắn mang vào , Qcr

Nhiệt lượng do dầu DO mang vào , Qp

Nhiệt lượng do không khí mang vao , Qy

Nhiệt lượng do ẩm có trong không khí mang vào , Quix

Nhiệt lượng do đốt cháy chất thải ran sinh ra , Q“„+

Nhiệt lượng do đốt cháy dầu DO sinh ra , Q°o

Nhiệt lượng ra khỏi buồng đốt bao gồm :

Nhiệt lượng do tro, xỉ mang ra, Nhiệt lượng do khói thải ra khỏi buồng đốt

_ Nhiệt lượng do hơi nước mang ra, Nhiệt lượng tổn thất qua tường lò

Nhiệt lượng tổn thất do mở cửa lò buồng đốt (khi cấp chất thải)

Các lượng nhiệt khác chưa tính đến

* Lượng nhiệt vào buồng đốt Quy:

bao gồm có: Qv¿¿ = Qẹt + Qp + Qúy + Quá, + QTcy + QCp

Lượng nhiệt do chất thải rắn công nghiệp nguy hại mang vào Qcr:

Với :

Qer = Ger Cer - tcr + Gey 1a luong cht thai ran công nghiệp nguy hại đưa vào buồng đốt (kg/h)

+ Cc+ là nhiệt dụng riêng của chất thải ran cong nghiép (kcal/kg °C)

+ tcr là nhiệt độ của chất thải rắn được lấy theo nhiệt độ trung bình của môi

trường nơi dự kiến lắp đặt lò đốt (°C), giá trị nhiệt độ này thường ở khoảng 25 —

30 °C, ở đây ta chọn giá trị tcy = 25°C

18

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

Do trong chất thải rắn và nhiên liệu có những thành phần cháy được (Ge+,), thành phần

tro không cháy được (Gc;) và lượng ẩm chứa (Ger„) trong đó nên ta có:

Qer = Qeri + Qe + Qerw (kcal/h) Tra các bảng nhiệt dung riêng của các chất trong sổ tay ta có các giá trị về nhiệt dung

riêng của các chất ở 25 °C được xác định như sau:

s _ Nhiệt dung của các thành phần cháy được có trong chất thải, xác định theo công thức [7]: Cp =837+3,7t+625x (J/kgđộ)

Với t=25°C, x: là % chất bốc trong các chất cháy được, x = 100%

e Nhiệt dung của thành phần không cháy được (phần tro chứa trong chất thải)

e Nhiệt dung của không khí, hơi nước tra ở sổ tay

Như vậy ta có nhiệt dung của các chất cho trong bảng sau:

Bảng 9: Nhiệt dụng riêng của các thành phần vật chất đưa vào buồng đốt

Ta có nhiệt dung của chất thải được tính theo công thức:

Cor = 0,76 Copy + 0,124 Com + 0,116 Copy

= 0,76*0,371 + 0,124*0,184 + 0,116*1 = 0,42 (kcal/kgdô)

Lượng nhiệt đo rác thải mang vào lò:

Qer = 0,42*25*Gez = 10,5*Gcr (kcal)

Lượng nhiệt do dâu DO mang vào Qọ: Qọ = Gọ Cọ -ty (kcal/h)

Chọn nhiệt độ của đầu vào lò đốt t = 25°C

Qp= 0,44 * 25*Gp =1J*GŒp Lượng nhiệt của không khí và của độ ẩm có trong không khí Qv\ + Q ¿được tính

tổng cộng theo: ˆ

Qe + Quik = Ga (Cee + Con) bạ + Gig ed Trong đó : d là độ chứa ẩm của không khí, chọn d = 0,01 kg/kg kk

r là nhiệt ẩn hoá hơi của nước , r = 540,5 kcal/kg

Qa t+ Qwix = Ge (Cy + 0,01 Cự) ty + 0,01 r G"y - +

= Gy, (0,24 + 0,01 0,478) 25 + 0,01 540,5 G1

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết lò đốt chất thai công nghiệp UCE công suất 80kg/h

= 69,147.[3,316.Gp + Gep(2,67C, + 8H, + S, + 1,143N, + 1,29Pr - 0,225CI, - O„.)]

Lượng nhiệt sinh ra do cháy chất thải rắn Q°e+: Q°cr = q°cr Get

Với : q er là nhiệt trị của chất thải được tính theo công thức thực nghiệm sau

ocr = 81.0%, +300 H™,, ~ 26.( 0", - $4) - 6.9 H™, + W",)

Q°c; =[(8100.C, + 24600 H, - 2600 O,„„ - S) - 600.W,].Gạy

Lượng nhiệt sinh ra do cháy dầu DO: Qp: Qfo =qfp Gẹt = dfp X

Với : qfo là nhiệt trị của dầu DO và được tính theo công thức thực nghiệm:

* Luong nhiệt mang ra khỏi buông đốt Quạ

bao gồm: Qạ,= Qu¿ + Quua + Qua + Qưng + Qua

Áp dụng công thức tính nhiệt lượng sau để tính các nhiệt lượng mang ra khỏi buồng

Trong quá trình tính toán ở đây lựa chọn khống chế nhiệt độ ở buồng đốt sơ cấp trong khoảng 800 — 950 °C và nhiệt độ của buồng đốt thứ cấp vào khoảng nhiệt độ 1000 ~

1100 °C, khói ra khỏi buồng đốt có nhiệt độ cao (khoảng 900 — 1000 °C)

Khi tính toán nhiệt lượng do khói thải mang ra khỏi buồng đốt ta lấy giá tri tye’ 1a

1000 °C.' Tro, xỉ được thải ra ở đáy buồng đốt sơ cấp với nhiệt độ tro, xỈ ra ở khoảng

700 — 800 °C Chọntuo„u„y = 800°C

Quoxidiy= Grroxiasy “Crroxigiy -Leoxiaay

Qheobay= Guay -Chohay “Ứuebay

Nhiệt dụng của tro xi được tính gần đúng theo công thức

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chỉ tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

Quy = 77,41AGen

Qưới = 288,46A,„Gẹr

2 Nhiệt do khói thải mang ra khỏi buông đốt Qua :

Quái = Qco¿ + Qso; + Quo + Qua + Qọa + Qọy + Qui + Qpr0s

Tra các bảng nhiệt dung riêng của các khí ở nhiệt độ 1000 °C trong sổ tay, ta có bảng :

Bảng 10: Nhiệt dụng riêng của các khí trong khói thải của lò đốt CTNH

Nhiệt do khí CO;, SO,, NO ra khỏi buông đốt:

~- Nhiệt do khí CO; mang ra khỏi buồng đốt Qcọ;:

Qco2 = Geo2 -Ccor -traz

= 3,67 (C,.Ger + 0,865 Gp) 0,3092 1000

= 1134,76C,.Gq, + 981,57 Gp (kcal/h)

- Nhiệt do khí SO; mang ra khỏi buồng đốt Qạọ; :

Qso2 = Gso2 -Cso2 -trae

=2.(S,.Ger + 0,004.Gp ) 0,205 1000

- Nhiét do khí NO mang ra khỏi buồng đốt Quo :

Qno = Ông CNo -đ;

= 2,143 (N,.Ge; + 0,004 Gp) 0,28 1000

- Nhiệt lượng do khí Ñ¿ có trong không khí mang ra:

Qụ = 0;7574 6 [3,316.G; + Ge.(2,67C, + 8H, + S, + 1,143N, + L29Pr - 0;225C|, - O„„)] 0,2903 1000 = Ge/(3522,36C, + 10553,9H, + 1319,25, + 1507,98N, + 1701,8P, - 296,8CI, — 1319,2O,„.) + 4374,59.G; (kcal/h)

- Nhiét do khi O, khong phản ứng mang ra khỏi buồng đốt Qọ; :

Qor = Goz -Con «tra

= 0,4.[3,316.Gp + Geq(2,67C, + 8H, + S, + 1,143N, + 1,29Pr 0,225CI, - O,„.)].0,2682 1000

= Gor(286,43C, + 858,24H, + 107,88, + 122,6N, + 138,2P, ~ 24,13Cl, - 107,28.O,.)+ 355,74.Gp (kcal/h)

- Nhiệt do khí HCI mang ra khỏi buồng đốt Qua :

Qua = Gates (Cha -thaa - 7

2r

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chỉ tiết lò đết chất thai cong nghiép UCE công suất 80kg/h

Qui = Gcr(4943,55C, + 1141,2H, + 18375, + 2210,58N, + 2549,4P, — 105,05C1, — 1624,6Ó,„.) + 5715,94Gp

Nhiệt lượng do hơi nước mang ra theo khói thải:

K, - Hệ số truyền nhiệt của từng phần thành lò, kW/ m?.°C

F, - Diện tích tương ứng của từng phần thành lò, m?

Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chỉ tiết lò đốt chất thải công nghiệp UCE công suất 80kg/h

Trong đó:

œax - hệ số truyền nhiệt bằng bức xạ, kW/m”.°C

œạ„ - hệ số truyền nhiệt bằng đối lưu, kW/m?.“C

C - hệ số bức xạ toàn phần của thành lò, kW/m?.°C4 Hệ số bức xạ toàn phần của

vật đen tuyệt đối là 5,76.10” kW/m”."C4, đối với thành lò người ta thường lấy hệ số này

bằng 4,5.10” kW/m?.°C 4

R=d/A = difAi gọi là nhiệt trở của thành lò

Hệ số dẫn nhiệt của các loại vật liệu là một hàm số của nhiệt độ:

Để thuận tiện cho quá trình tính toán, kết hợp kinh nghiệm thực tế, tiên lượng

tổn thất nhiệt qua tường lò <=0,5% lượng nhiệt do đầu và chất thải rắn cháy sinh ra, vì

vậy có: Quy = 0,005 (Q cr+ Qp)

= 0,005([(8100.Cr + 24600 Hr - 2600.( Orac - Sr) - 600.Wr].G«+ + 9584.Gp]

= Ge(405C, + 1230H, — 130O,„„ + 1308, — 30W,) + 479,2Gp

Nhiệt lượng tổn thất do mở cửa lò buông đốt:

Tổn thất nhiệt lượng do mở cửa lò buồng đốt được ước tính nhỏ hơn hoặc bằng

23-Báo cáo thiết kế công nghệ và thiết kế chị tiết lò đết chất thải công nghiệp UCE cộng suất 80kg/h

Qu¿ = Ger(40,5C, + 123H, - 13O,„ + 138, ~ 3W,) + 47,92Gp

Bảng 11 Bảng phân tích khối lượng và nhiệt lượng do khí thải mang ra

—

Tổng lượng nhiệt thoát ra khỏi buồng đốt:

` Qạ, = Qua + Quasi + Qha + Quuong + Quo

Qyao = Qra +

Bảng 12 Can bang nhiệt lượng cho lò đốt