Thiết kế lò đốt chất thải rắn thải rắn y tế và chất thải rắn nguy hại cho các địa phương

Thành phần Tổng cộng 3.2 Tính toán sự cháy của rác Xác định nhiệt trị của rác  Nhiệt trị của rác tính theo Medeleev: C,H,O,S,W,H - % khối lượng thành phần trong CTR cần đốt theo bảng 5,

Dạng 6 Thiết kế lò đốt chất thải rắn thải rắn y tế và chất thải rắn nguy hại cho các địa phương

I/ Phân tích nhiệm vụ

Qua đồ án môn học này, sinh viên sẽ nắm được cách thiết kế một lò đốt ctr theo đúng quy chuẩn, tiêu chuẩn

Tương tự dạng 1

Bảng 5 : Thành phần CTR cần đốt

Thành phần

% khối lượng (CTR y tế)

% khối lượng (CTR cn,sh nguy hại

% khối lượng CTR cần đốt

C H O N S A W Khác

50,85 6,71 19,15 2,75 2,71 1,05 1,5 19,04

50 10 9,43 6 0,5 11,6 12,4 0,07

ytX

yt+%

nhX

yt+m

nh)

tính tương tự

2/ Công suất thiết kế

1) Phương án xử lý rác thải phát sinh

Lượng rác thải phát sinh trong đô thị được phân loại và đem đi xử lý tuỳ theo thành phần cũng như tính chất độc hại của từng loại rác Tổng khối lượng các loại rác thải phát sinh trong giai đoạn từ 2015 đến năm 2035 được thống kê chi tiết trong bảng 4

Lập bảng khối lượng chất thải rắn được xử lý theo từng công nghệ

Tính công suất cần thiết cho đối tượng chất thải rắn ở đề bài trong thời gian 2015-2035 Lập bảng (quy khối lượng chất thải rắn ra tấn/h)

2/ Lựa chọn lò đốt

Tính toán công suất của lò đốt

Công suất của lò phải đảm bảo xử lý lượng chất thải biến động tăng của những năm sau (tới năm 2035)

Dữ liệu tính toán :

+ Lượng chất thải xử lý (đã được thống kê trong bảng dự báo lượng phát sinh chất thải từ năm

2015 đến năm 2035)

+ Hệ số ảnh hưởng công suất của lò sẽ giảm khi thành phần nhựa, nylon trong chất thải tăng lên,

sự không đồng đều về trị số calo, độ ẩm của chất thải … Ngoài ra công suât cũng có thể giảm theo thời gian sử dụng lò Để kể đến những ảnh hưởng này người ta đưa vào hệ số ảnh hưởng công suất Theo kinh nghiệm của một số hãng sản suất và chuyên gia dự án, thường lấy hệ số ảnh hưởng bằng 0.85 Hệ số ảnh hưởng thời gian ngưng lò cho mục đích chăm sóc kỹ thuật lò là 0.93, hệ số này tương ứng khi có trang bị hệ thống xử lý khói thải Trong trường hợp không có trang bị hệ thống xử lý, hệ số này lớn hơn thậm chí lấy bằng 1

b) Lựa chọn lò đốt

Tiêu chí khi lựa chọn công nghệ đốt chất thải rắn:

Dựa vào tính chất của chất thải.

Những đặc điểm mong muốn ở đầu ra sau khi xử lý

oĐộ thoả đáng về mặt kĩ thuật của các phương pháp xử lý thay thế

oXem xét về mặt kinh tế và tài chính

oXem xét về mặt môi trường

oCác khía cạnh năng lượng

oCác khía cạnh vận hành và bảo trì

Lò đốt CTR nguy hại và y tế thường dung nhiên liệu dầu DO,FO chứa ít lưu huỳnh, có thành phần các chất tùy theo từng loại dầu DO,FO

3/ Thiết kế thành phần lò đốt

3.1 Tính toán sự cháy dầu DO

Theo Tính Tóan Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp Tập I, thành phần sử dụng của dầu DO:

Cd = 86,3% Hd = 10,5% Od = 0,3% Nd = 0,3%

Sd = 0,5% Wd = 1,8% Ad = 0,3%

Q t d = 339C d + 1256H d – 108,8(O d – S d ) – 25,1(W d + 9H d ) (KJ/Kg) (5 -1)

Cd,Hd,Od,Sd,Wd,Hd - % khối lượng thành phần trong dầu DO

*Tính lượng không khí cần thiết để đốt 100 kg dầu DO

Giả thiết: thành phần không khí chỉ có O2 và N2, các thành phần khác không đáng kể

 Khối lượng nguyên tử của các khí lấy theo số nguyên gần đúng

 Mỗi Kmol phân tử khí bất kỳ đều có thể tích 22,4 m3

 Không tính sự phân hóa nhiệt của tro

 Thể tích của không khí và sản phẩm cháy qui về ĐK chuẩn: 0oC, 760 mmHg

Bảng 6: Thành phần nhiên liệu dầu DO theo lượng mol.

Thành phần nhiên liệu Hàm lượng

(Kg/100 Kg nhiên liệu)

Phân tử lượng (g)

Lượng mol (Kmol)

C + O2 = CO2 H + 1/2O2 = H2O S + O2 = SO2

N2 = N2 H2O = H2O

Bảng 7: Thành phần và lượng sản phẩm cháy khi đốt 100 kg dầu DO

Thành phần

Tổng cộng

3.2 Tính toán sự cháy của rác

Xác định nhiệt trị của rác

 Nhiệt trị của rác tính theo Medeleev:

C,H,O,S,W,H - % khối lượng thành phần trong CTR cần đốt (theo bảng 5, chú ý CTR cần đốt: CTR y tế +CTR nguy hại)

 Xác định lượng không khí cần thiết khi đốt cháy 100 kg rác y tế/rac cong nghiep

Giả thiết thành phần không khí chỉ có oxi và nitơ, các thành phần khác không đáng kể Khi tính sự cháy của rác quy ước:

 Khối lượng nguyên tử của các khí lấy theo số nguyên gần đúng

 Mỗi Kmol phân tử khí bất kỳ đều có thể tích 22,4 m3

 Không tính sự phân hóa nhiệt của tro

 Thể tích của không khí và sản phẩm cháy qui về đk chuẩn: 0oC, 760 mmHg

Bảng 8 : Thành phần rác y tế chuyển thành lượng mol

Thành phần % khối lượng

Khối lượng (kg)

Khối lượng phân

tử (g)

Lượng mol (kmol)

C + O2 = CO2 H2 + ½ O2 = H2O

S + O2 = SO2 Ca + ½ O2 = CaO

2P + 5/2 O2 = P2O5 H2 + Cl2 = 2HCl N2 = N2 H2O = H2O

Xác định lượng và thành phần sản phẩm cháy: cung cấp đủ không khí để rác đốt cháy

hoàn toàn

Bảng 9: Thành phần và lượng sản phẩm cháy khi đốt 100 kg rác

Thành phần

Lượng sản phẩm

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

Tính cân bằng nhiệt

a) Nhiệt thu:

Q1 = Bd x Qtd (W)

Trong đó:

Bd : lượng nhiên liệu tiêu hao (kg/s)

Qtd : nhiệt trị thấp của dầu DO((J/kg))

Q2 = Br x Qtr (W)

Br :lượng rác đốt trong lò (kg/s)

Qtr nhiệt trị thấp của rác (J/kg)

b) Nhiệt chi:

Do thành phần của CTR cần đốt 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 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 800 o C:

Q 3 = B r x Q c r (W)

Sản phẩm cháy khi đốt dầu DO gồm: CO2,H2O,O2,N2,SO2

Tại buồng sơ cấp, rác cháy ở 800oC:

Q 4 = v x B d x C k x t k0 (W) (5 -13)

v = 13,1774 (n.m3): lượng sản phẩm cháy khi đốt 1 kg dầu DO(Tính Tóan Kỹ Thuật Nhiệt

Lò Công Nghiệp Tập I).

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

























































) / ( 214 , 1194

454 , 0 1 , 1745 00026

, 0 1 , 1745

37 , 826 65 , 1094 75492

, 0 65 , 1094

73 , 38 32 , 1162 03332

, 0 32 , 1162

52 , 118 11 , 1328 08924

, 0 11 , 1328

14 , 210 95 , 1718 12225

, 0 95 , 1718

3 2

2 2 2 2

2 2 2 2

' 2

Q 4 = 13,1774 x 1194,214.10 3 x B d = 15736635,56 B d (W)

Nhiệt lượng mất phụ thuộc vào thể tích, vật liệu xây lò…Thường chiếm 10% nhiên liệu tiêu hao lò

Khi đốt cháy rác ở 800oC thì lượng sản phẩm cháy ra khỏi lò chứa khoảng 2% CO và 0,5%H2 chưa kịp cháy

Q 6 = P x B r x v r x 12,14.10 3 (W)

Nhiệt trị của hỗn hợp là 12,14 kJ/n.m3

Gọi P là phần sản phẩm chưa cháy ( P = 0,005 – 0,03)

vr = 7,4552 (m3) : lượng sản phẩm cháy khi đốt 1 kg rác

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

Q 1 + Q 2 = Q 3 + Q 4 + Q 5 +Q 6

Kích thước lò được xác định gồm: tính thể tích buồng đốt và diện tích mặt ghi

4.1 Xác định kích thước buồng đốt sơ cấp

) m ( q

G Q B Q



Qtd = nhiệt trị thấp của dầu

Qtr = nhiệt trị thấp của rác

Bd = lượng dầu tiêu hao

q = 581.103: mật độ nhiệt thể tích buồng đốt từ bảng 3-4/94 Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò

Công Nghiệp T1: q = (290 – 581).103 (W/m3)

Xác định diện tích bề mặt ghi lò

Diện tích bề mặt ghi phụ thuộc vào lượng nhiên liệu B đốt trong một đơn vị thời gian và cường độ cháy của ghi R, diện tích bề mặt ghi lò F:

) m ( R

B



Trong đó: B : lượng nhiên liệu chuẩn sử dụng trong 1 giờ (kg/h)

R = 100 kg/m2: cường độ cháy của ghi theo bảng 3-5/95 Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp T1.

1 kg rác = 0,9359 kg nhiên liệu tiêu chuẩn

Diện tích mắt gió trên ghi lấy bằng 40% tổng diện tích ghi, diện tích ghi:

F

a 

Diện tích đáy lò: Hệ số chênh lệch diện tích giữa mặt ghi và đáy lò đốt từ 0,65 – 0,7

->S md

Xác định kích thước buồng đốt lý thuyết

V = L x B x H(m 2 )

Trên thực tế thể tích buồng đốt sơ cấp còn phải tính đến phần không gian mà CTR chiếm chỗ, hệ

số ảnh hưởng của công suất, hệ số ảnh hưởng của thời gian

Thể tích chất thải rắn chiếm chỗ: Vcc=Gctr/(nρct)

Gctr – khối lượng CTR nạp trong một giờ (kg)

n - số lần nạp ctr trong 1 giờ

ρct – trọng lượng riêng CTR 240kg/m3(theo Hoàng Kim Cơ – Ô nhiễm không khí và xử lý khói bụi)

hệ số ảnh hưởng công suất từ 0.8-0.9

hệ số ảnh hưởng thời gian từ 0.9 – 0.95

Tính ra V thực của buồng sơ cấp

4.2 Xác định kích thước buồng đốt thứ cấp

Thể tích buồng đốt thứ cấp

 Vlt= t.q

t- thời gian lưu khí (s)

q – lưu lượng dòng khí(m3/s)

Thể tích thực buồng đốt thứ cấp:

Tương tự thể tích buồng đốt sơ cấp, thể tích thực buồng đốt thứ cấp phải tính đến ảnh hưởng công suất và hệ số thời gian

Chiều cao buồng đốt thứ cấp:

Htc = Vtt/Smd

Xác định thành phần, lưu lượng khí vào buồng thứ cấp

Bảng 10: Thành phần và lưu lượng dòng vào buồng đốt thứ cấp

Thành

phần

Từ đốt dầu

DO (Kmol/s)

Từ đốt rác (Kmol/s)

Tổng cộng

Thành phần và lưu lượng của khí thải ra khỏi lò đốt

Khí thải ra khỏi lò đốt gồm:

 Sản phẩm cháy khi đốt rác ở buồng đốt sơ cấp

 Sản phẩm cháy khi đốt dầu DO ở buồng đốt sơ cấp

 Sản phẩm cháy khi đốt dầu DO ở buồng đốt thứ cấp

Lượng nhiên liệu tiêu hao: B = 0,00344 (kg/s) = 12,384 (kg/h)

Theo bảng 11, xác định thành phần và lưu lượng của sản phẩm cháy khi đốt dầu DO ở buồng thứ cấp

Bảng 11: Thành phần và lưu lượng sản phẩm cháy khi đốt dầu ở buồng thứ cấp

Thành phần Kmol/s n.m 3 % thể tích

CO2

H2O

SO2

O2

Tổng

Từ bảng 10 và 11 ta xác định thành phần và lưu lượng của khí thải ra khỏi lò được trình bày trong bảng 12:

Bảng 12: Thành phần và lưu lượng khí thải ra khỏi lò đốt

Thành

phần

Từ buồng sơ cấp (Kmol/s)

Từ buồng thứ cấp (Kmol/s)

Tổng cộng Kmol/s n.m 3 % thể tích

6 Xử lý khói thải lò đốt

6.1 Xác định lưu lượng, thành phần các chất trong khói thải: từ bảng 12 so sánh với quy chuẩn

05/2009 hoặc QCVN 30-2010 (Về chất lượng không khí xung quanh)

6.2 Lựa chọn phương pháp xử lý và thiết kế (sử dụng kiến thức trong đồ án TKKSONK) Thiết bị xử lý khí và ống khói

V/ Kết luận và kiến nghị

Yêu cầu bản vẽ

2 bản vẽ A1:

01: mặt bằng xưởng đốt

01: bản vẽ một số chi tiết lò đốt (3 chi tiết)