Luận văn Thiết kế lò đốt chất thải rắn y tế cho bệnh viện đa khoa tỉnh Bình Định

0,03 0,4 41797 Dầu nhẹ 85,55 13,49 0,66 0,04 0,25 0,01 0 42915 Nhiên liệu chọn sử dụng ở đây là dầu DO (dầu nhẹ) Nhiệt trị thấp của dầu: = 42.915 Kj/Kg. 3.1.1. Chọn hệ số tiêu hao không khí() và xác định lượng không khí cần thiết: Chọn hệ số tiêu hao không khí(): Hệ số tiêu hao không khí () là tỉ số giữa lượng không khí thực tế (L) và lượng không khí lý thuyết (Lo) khi đốt cùng một lượng nhiên liệu: = Khi > thì >1 và gọi là hệ số không khí dư. Nếu <1 thì sự cháy của nhiên liệu không hoàn toàn. Hệ số lớn hay nhỏ phụ thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng, phương pháp đốt và kiểu thiết bị đốt. Theo bảng sau: Bảng 3.2. Hệ số tiêu hao không khí phụ thuộc dạng nhiên liệu và kiểu thiết bị đốt. Dạng nhiên liệu và kiểu thiết bị đốt Đốt củi trong buồng đốt đứng 1,25 – 1,35 Đốt than đá, than nâu trong buồng đốt thủ công 1,50 – 1,80 Đốt than đá, than nâu trong buồng đốt cơ khí 1,20 – 1,40 Đốt than bụi 1,20 – 1,30 Đốt dầu DO 1,10 – 1,20 Đốt khí bằng mỏ đốt không có phần hỗn hợp 1,10 – 1,15 Đốt khí bằng mỏ đốt không có phần hỗn hợp 1,05 Nguồn: Tính Toán Kỹ thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp. Dựa vào bảng trên, chọn hệ số tiêu hao không khí = 1,2 Tính lượng không khí cần thiết để đốt 100 kg dầu DO: Giả thiết: Thành phần không khí chỉ có Oxy và Nitơ, các thành phần khác không đáng kể. Khi tính sự cháy của nhiên liệu quy ước rằng: 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 độ của tro. Thể tích của không khí và sản phẩm cháy quy về điều kiện chuẩn: 0 0C, 760 mmHg. Bảng 3.3. Thành phần nhiên liệu DO theo lượng mol Thành phần nhiên liệu Thành phần nhiên liệu Kg/100 Kg nhiên liệu Phân tử lượng g Lượng mol Kmol C 86,5 12 7,21 H 10,5 2 5,25 O 0,3 32 0,00938 N 0,3 28 0,0107 S 0,3 32 0,00938 A 0,3 - - W 1,8 18 0,1 Tổng 100 Nguồn: Tính Toán Kỹ thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp. Các phản ứng cháy xảy ra khi đốt dầu DO: C + O2 = CO2 H + ½ O2 = H2O S + O2 = SO2 N2 = N2 H2O = H2O Theo thành phần sử dụng và các phản ứng cháy ta tính được kết quả cho bảng sau: Bảng 3.4. Lượng không khí lý thuyết để đốt 100 kg dầu DO khi a =1 Nhiên liệu Không khí Thành phần Hàm lượng % Khối lượng Kg Phân tử lượng Lượng kmol O2 Kmol N2 Kmol Tổng Kmol Lo m3 C 86,5 86,5 12 7,21 7,21 9,835 * 3,762 9,835+36,999 46,834 * 22,4 H 10,5 10,5 2 5,25 2,625 O 0,3 0,3 32 0,00938 -0,00938 N 0,3 0,3 28 0,0107 - S 0,3 0,3 32 0,00938 0,00938 A 0,3 0,3 - - - W 1,8 1,8 18 0,1 - Tổng 100 100 9,835 36,999 46,834 1.049,08 Lượng không khí thực tế xác định theo công thức: La = a * Lo Trong đó: a =1,2: hệ số tiêu hao không khí La = 1,2 * 1.049,08 = 1.259 m3 3.1.2. Xác định lượng và thành phần của sản phẩm cháy: Thành phần và lượng của sản phẩm cháy: Bảng 3.5. Thành phần và lượng sản phẩm cháy khi đốt 100 Kg dầu DO Thành phần Từ không khí Sản phẩm cháy Tổng cộng Kmol Thể tích m3 Phần trăm % CO2 7,21 7,21 161,504 12,252 H2O 5,25 5,25 117,6 8,921 SO2 0,00938 0,00938 0,21 0,016 O2 11,802 0 1,967 44,061 3,343 N2 44,399 0,0107 44,4097 994,777 75,468 Tổng 12,48008 58,846 1.318,152 100 Xác định khối lượng riêng của sản phẩm cháy: Khối lượng riêng của sản phẩm cháy ở điều kiện tiêu chuẩn được xác định như sau: Trong đó: Mi: lần lượt là khối lượng mol của các khí trong thành phần của sản phẩm cháy ni: lần lượt là số mol của các khí trong thành phần của sản phẩm cháy. MCO2 = 44 nCO2 = 7,21 MH2O = 18 nH2O = 5,25 MSO2 = 64 nSO2 = 0,00938 MO2 = 32 nO2 = 1,967 MN2 = 28 nN2 = 44,41 Suy ra: kg/m3 3.2. Tính toán sự cháy của rác. 3.2.1. Thành phần hóa lý của rác y tế: Bảng 3.6. Thành phần hóa lý của rác y tế Thành phần Hàm lượng % Khối lượng mol kg Phân tử lượng g Lượng mol Kmol C 50,.85 50,85 12 4,2375 H 6,71 6,71 2 3,355 O 19,15 19,15 32 0,598 N 2,75 2,75 28 0,0982 Ca 0,1 0,1 40 0,0025 P 0,08 0,08 15 0,0053 S 2,71 2,71 32 0,0846 sCl 15,1 15,1 71 0,2126 A 1,05 1,05 - - W 1,5 1,5 18 0,0833 Tổng 100 100 3.2.2. Xác định nhiệt trị của rác: Theo công thức tính nhiệt trị của Mendeleev thì: = 339* %C + 1256* %H – 108,8* (%O – %S) – 25,1* (%W + 9* %H). Trong đó % C = 50,85 % H = 6,71 % O = 19,15 % S = 2,71 % W = 1,5 = 22.324Kj/kg 3.2.3. Chọn hệ số tiêu hao không khí và xác định lượng không khí cần thiết: Chọn hệ số tiêu hao không khí Hệ số tiêu hao không khí là tỉ số giữa lượng không khí thực tế L và lượng không khí lý thuyết Lo khi đốt cùng một lượng nhiên liệu. Theo Nghiên cứu công nghệ thích hợp xử lý chất thải rắn do khai thác và vận chuyển dầu mỏ Việt Nam, Luận án tiến sĩ kỹ thuật môi trường của Nguyễn Quốc Bình, 2003, trong lò đốt nhiệt phân, tại buồng sơ cấp lượng không khí chỉ được cấp từ 20% – 80% nhu cầ cần thiết, do đó chọn Xác định lượng không khí cần thiết khi đốt cháy 100 Kg rác thải y tế Giả thiết thành phần không khí chỉ có Oxy và Nitơ, các thành phần khác không đáng kể. Khi tính sự cháy của rác quy ước rằng: Khối lượng nguyên tử của các khí lấy theo số nguyên gần đúng. Mỗi Kmol phân tử khí bất kỳ đều có thể tích 22,4m3 ở điều kiện chuẩn 0oC, 760 mm Hg. Bảng 3.7. Thành phần rác y tế chuyển thành lượng mol. Thành phần Phần trăm khối lượng Khối lượng kg Khối lượng phân tử, g Lượng mol kmol C 50,85 50,85 12 4,2375 H 6,71 6,71 2 3,355 O 19,15 19,15 32 0,598 N 2,75 2,75 28 0,0982 Ca 0,1 0,1 40 0,00025 P 0,08 0,08 15 0,0053 S 2,71 2,71 32 0,0846 Cl 15,1 15,1 71 0,2126 A 1,05 1,05 - - W 1,5 1,5 18 0,0833 Tổng 100 100 Các phản ứng đốt cháy: C + O2 = CO2 H2 + 1/2 O2 = H2O S + O2 = SO2 N2 = N2 Ca + 1/2O2 = CaO 2P + 5/2O2 = P2O5 Cl2 + H2 = 2HCl H2O = H2O Theo các phản ứng ta có thể tính được lượng không khí cần thiết để đốt cháy 100Kg rác như sau: Bảng 3.8. Lượng không khí lý thuyết để đốt 100Kg rác khi  = 1 Rác Không khí Thành phần Hàm lượng % Khối lượng kg Phân tử lượng g Lượng kmol Tổng cộng O2 Kmol N2 Kmol Kmol Lo m3 C 50,85 50,85 12 4,2375 4,2375 5,302025 * 3,762 5,303025 + 19,946218 25,2482 * 22,4 H 6,71 6,71 2 3,355 1,5712 O 19,15 19,15 32 0,598 -0,598 N 2,75 2,75 28 0,0982 Ca 0,1 0,1 40 0,00025 0,000125 P 0,08 0,08 15 0,0053 0,0066 S 2,71 2,71 32 0,0846 0,0846 Cl 15,1 15,1 71 0,2126 A 1,05 1,05 W 1,5 1,5 18 0,0833 Tổng 100 100 5,302025 19,946218 25,2482 565,6 Lượng không khí thực tế xác định theo công thức: Lr =Lo * r Trong đó r = 0,8: hệ số tiêu hao không khí khi đốt rác Lr = 565, 6 * 0,8 = 452,5 m3 3.2.4. Xác định lượng và thành phần sản phẩm cháy: Thành phần và lượng sản phẩm cháy: Thành phần và lượng sản phẩm cháy được tính ở bảng 3.9 dưới đây: Bảng 3.9. Thành phần và lượng sản phẩm cháy khi đốt 100 kg rác (r = 0,8) Thành phần Từ không khí Kmol Sản phẩm cháy Kmol Tổng cộng Kmol m3 % thể tích CO2 - 4,2375 4,2375 94,9200 17,4730 H2O 0,0833 3,355 3,4383 77,0179 14,1776 SO2 - 0,0846 0,0846 1,8950 0,3488 HCl - 0,4252 0,4252 9,5245 1,7533 N2 15,957 0,0982 16,0552 359,6365 66,2025 CaO - 0,00025 0,00025 0,0056 0,0010 P2O5 - 0,0106 0,0106 0,2374 0,0437 O2 4,2416 - - - - Tổng 20,2819 7,6134 24,25165 543,2370 100 Xác định khối lượng riêng của sản phẩm cháy: Khối lượng riêng của sản phẩm cháy khi đốt rác ở điều kiện tiêu chuẩn được xác định như sau: Trong đó: Mi: lần lượt là khối lượng mol của các khí trong thành phần của sản phẩm cháy ni: lần lượt là số mol của các khí trong thành phần của sản phẩm cháy. MCO2 = 44 nCO2 = 4,24 MH2O = 18 nH2O = 3,44 MSO2 = 64 nSO2 = 0,085 MHCl = 36,5 nHCl = 0,43 MN2 = 28 nN2 = 16,06 MCaO = 56 nCaO = 0,00025 MO2 = 32 nO2 = 0 MP2O5 = 110 nP2O5 = 0,011 Suy ra: kg/m3 3.3. Xác định nhiệt độ thực tế và tính cân bằng nhiệt của lò. 3.3.1. Xác định nhiệt độ cháy lý thuyết của dầu DO. Khi không nung trước nhiên liệu và không khí, hệ số tiêu hao không khí =1,2 thì hàm nhiệt tổng được xác định theo công thức sau: Trong đó: : Nhiệt trị thấp của dầu DO: 42.915 Kj/kg V: Thể tích của sản phẩm cháy khi đốt 1Kg dầu DO (= 1,2) , =13,18 m3 Do đó : Theo phụ lục II Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp T1 và bảng 3.5 (thành phần sản phẩm cháy của dầu DO). Ta xác định được i1, i2 ứng với t1, t2 như sau: Giả thiết nhiệt độ cháy lý thuyết của lò là: t1 =1800 oC < tlt < t2 = 2000 oC Ứng với t1 = 1800 oC ta có : = %CO2 * 4.360,67 = 536,4 = % H2O * 3.429,9 = 305,3 = % SO2 * 4.049,9 = 0,65 = % O2 *2.800,48 = 93,5 = % N2 * 2.646,74 = 1.998 i1800 = 2.934 Ứng với t2 = 2000 oC ta có : = %CO2 * 4.910,51 = 604 =% H2O * 3.889,72 = 346,2 = %SO2 * 4.049,9 = 0,65 = %O2 * 3.142,76 = 105 = %N2 * 2.970,25 = 2.242 i1900 = 3.298 Trong đó %CO2, %H2O, %SO2, %O2, %N2 lần lượt là % trọng lượng sản phẩm cháy khi đốt DO. %CO2 = 12,3% %H2O = 8,9 % %SO2 = 0,016% %O2 = 3,34% %N2 = 75,5% `Khi đó Trong đó t1 = 1.800 oC i ∑ = 3.256 i 1800 = 2.934 i2000 = 3.298 Suy ra tlt = 1.889 oC Từ kết quả nhận được : i1800 < <i2000 ta thấy việc chọn giả thiết nhiệt độ cháy lý thuyết phù hợp và được tính theo công thức 1.27 trang 15 Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp, T1. 3.3.2. Xác định nhiệt độ thực tế của lò: Nhiệt độ cháy thực tế của lò xác định theo công thức 1.28 trang 16, Tính toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò công Nghiệp, T1 = * tlt Trong đó: : Là hệ số tổn thất hàm nhiệt của sản phẩm cháy: theo bảng 1- 9 sách Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp. T1: = 0,6 - 0,83.Chọn = 0,6 Do đó nhiệt độ thực tế của lò: = 0,6 * 1.889 =1.133,4 oC 1.134 oC 3.3.3. Tính cân bằng nhiệt và xác định lượng tiêu hao nhiên liệu: Mục đích tính cân bằng nhiệt: Đánh giá chất lượng làm việc của thiết bị qua việc xác định các tham số kinh tế - kỹ thuật. Xác định lượng tiêu hao nhiên liệu. Buồng đốt sơ cấp Nhiệt thu Nhiệt chi Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Tính các khoảng cân bằng nhiệt: Nhiệt thu: Nhiệt do cháy dầu DO: Q1 = Bd * (W) Trong đó : Bd là lượng nhiên liệu tiêu hao Kg/s = 42.915 Kj/Kg = 42.915 * 103 j/Kg là nhiệt trị thấp của dầu DO. Do đó: Q1 = 42.915 * 103 * Bd W Nhiệt do cháy rác: Q2 = Br * Trong đó: Br: là lượng rác đốt trong lò, Br = 40 (kg/h) = 0,0111 Kg/s : là nhiệt trị thấp của rác. = 22.324 Kj/Kg Suy ra Q2 = 247,7964 Kj/s = 247.796 W Nhiệt chi: Nhiệt lượng để đốt cháy rác : Q3 = Br * Do thành phần của rác y tế khá phức tạp và luôn thay đổi nhiệt lượng cung cấp để cháy rác được xác định bằng thực nghiệm và chấp nhận rác cháy ở 800 oC. Theo Hazadous Waste incineration thì rác y tế có nhiệt lượng cần để đốt cháy 1Kg rác là: = 22.440.000 j/Kg Vậy nhiệt lượng cần thiết để đốt rác ở 800 oC: Q3 =0,0111 * 22.440.000 = 249.084 W Nhiệt lượng mất do sản phẩm cháy khi đốt 1Kg dầu DO: Tại buồng đốt sơ cấp, rác cháy ở nhiệt độ 800 oC: Q4 =* B * Ck * tko W Trong đó: : lượng sản phẩm cháy khi đốt 1 Kg dầu DO, =13,18 m3 B: lượng dầu DO tiêu hao Kg/s. ik = Ck * tk: hàm nhiệt trung bình của sản phẩm cháy ở nhiệt độ ra khỏi buồng đốt cấp I. Ta có: %CO2, %H2O, %SO2, %O2, %N2 lần lượt là % trọng lượng sản phẩm cháy khi đốt DO. %CO2 = 12,3% %H2O = 8,9 % %SO2 = 0,016% %O2 = 3,34% %N2 = 75,5% Suy ra iCO = %CO2 * 1718,95 = 211,4 iHO = %H2O * 1328,11 = 118,2 iSO = %SO2 * 1745,1 = 0,28 i = %O2 * 1162,32 = 38,8 iN= %N2 * 1094,65 = 826,5 1.195 (Kj/m3) = ik Q4 = 13,18 * B* 1195 * 103= 15.750.100* B W Nhiệt lượng mất do dẫn nhiệt qua nóc, tường, đáy lò và khe hở: Nhiệt lượng này phụ thuộc vào thể tích buồng đốt, vật liệu xây lò, chế độ đốt…. Thường thì nó chiếm 10% nhiệt thu của lò. Khi đó: Q5 = 0,1 * (Q1+Q2) Trong đó Q1 = 42.915*103*Bd W Q2 = 247.796 W Suy ra Q5 = 0,1 (42.915 * 103 * Bd + 247.796) W Nhiệt lượng mất do cháy không hoàn toàn hoá học: 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. Nhiệt trị của hỗn hợp này vào khoảng 12.140Kj/m3 Q6 = P * Br * * 12140*103 Trong đó P là phần lượng khí chưa cháy (thường P = 0,005 – 0,03). Chọn P = 0,03 : là lượng sản phẩm cháy khi đốt 1 Kg rác, = 5,43237 m3 Suy ra Q6 = 0,03 * 0,0111 * 5,43 * 12.140 * 103 = 21.951 W Xác định lượng nhiên liệu tiêu hao: Cân bằng nhiệt thu và nhiệt chi, xác định được lượng nhiên liệu tiêu hao: = Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + Q5 + Q6 Với Q1 = 42.915*103 * Bd Q2 = 247.796 Q3 = 249.084 Q4 = 15.750.100*B Q5 = 0,1(42.915*103 * Bd + 247.796) Q6 = 21.951 Suy ra 22.873.400* Bd = 48.018,6 B = 0,0021 Kg/s = 7,557 Kg/h * Suất tiêu hao nhiệt: Suất tiêu hao nhiệt được xác định như sau: b = Với G = 0,0111 kg/s : công suất của lò. Bd = 0,0021 kg/s = 42.915*103 j/kg b = 8.119 K j/kg 3.4.Tính toán buồng đốt sơ cấp. Kích thước lò đốt được xác định gồm: tính thể tích buồng đốt và diện tích mặt ghi. 3.4.1. Xác định thể tích buồng đốt. Thể tích buồng đốt được xác định theo công thức Trong đó: là nhiệt trị thấp của dầu, 42.915 kj/kg là nhiệt trị thấp của rác, 22.324 kj/kg Bd là lượng dầu tiêu hao, 0,0021 (kg/s) = 7,557 Kg/h q là mật độ nhiệt thể tích buồng đốt chọn từ bảng tra 34/94 Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp. T1 q = [290 – 581]. 103 W/m3, q = 581.103 W/m3 Gm khối lượng rác đốt trong một mẻ, Gm = 20 kg Vậy 3.4.2. Xác định thể tích bề mặt ghi lò: Tổng diện tích bề mặt các thanh ghi phụ thuộc vào lượng nhiên liệu đốt trong một đơn vị thời gian và cường độ cháy của ghi R, đại lượng này được xác định theo công thức: m2 Trong đó: Btc : lượng nhiên liệu tiêu chuẩn sử dụng trong một giờ Kg/h R: cường độ cháy của ghi theo Tính Toán Kỹ thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp. Bảng 3.5/95. R = 100 kg/ m2 1 kg rác = 0,9359 kg nhiên liệu tiêu chuẩn. kg Btc = 0,9359 * 40 = 37,436 Kg/h Suy ra: Diện tích mắt gió trên ghi lấy bằng 40% tổng diện tích bề mặt các thanh ghi nên diện tích ghi lò là: Fghi = Fmg + Ftg = 0,4 * 0,37436 + 0,37436 0,53 m2 Do đó nếu thiết kế ghi hình vuông thì cạnh ghi sẽ là: m 3.4.3. Xác định kích thước buồng đốt sơ cấp. V = dài * rộng * cao = a x b x c = 1,33 (m3) Chọn: a = 1 m b = 1 m c = 1,33 m 3.4.4. Tính thiết bị đốt. Đặc điểm chung và phân loại thiết bị đốt nhiên liệu lỏng. Nhiên liệu lỏng dùng trong các lò công nghiệp thường là các loại dầu như: DO, FO,… Để đốt cháy nhiên liệu cần phải biến dầu thành các hạt có kích thước nhỏ gọi là bụi dầu. Chất biến dầu thành bụi thường là không khí được cấp vào từ quạt li tâm cao áp. Chất biến bụi có áp suất cao tác động đến dầu, phá vỡ độ bền của dòng và biến chúng thành các hạt bụi dầu nhỏ li ti. Bụi dầu trước khi cháy thành ngọn lửa còn trải qua các giai đoạn: Hòa trộn giữa bụi dầu và oxy của không khí thành hỗn hợp. Hỗn hợp được sấy nóng và bụi dầu bốc hơi. Phân hủy các hợp chất hidrocacbua. Xảy ra các phản ứng cháy. Tuy tách biệt ra thành các giai đoạn cháy, song thực tế các khâu này có quan hệ mật thiết với nhau. Nếu quá trình trao đổi nhiệt của môi trường với hỗn hợp chất biến bụi và nhiên liêu tốt thì hỗn hợp được sấy nóng nhanh. Hạt dầu càng nhỏ, thời gian sấy ngắn, bốc hơi càng nhanh thì sự cháy diễn ra càng nhanh hơn. Khi cháy, trong ngọn lửa xảy ra sự phân hủy các hợp chất hidrocacbon nên có các hạt mụi than. Để đốt cháy nhiên liệu loại lỏng người ta dùng một loại thiết bị gọi là béc phun. Thiết bị này biến nhiên liệu dạng lỏng sang dạng bụi li ti để đưa vào lò đốt cháy. Béc phun được chia thành hai loại béc phun thấp áp và cao áp. Đặc tính của hai loại béc phun này được trình bày trong bảng sau Bảng 3.10. Các đặc tính của béc phun thấp áp và cao áp Đặc tính Béc phun Thấp áp Cao áp Chất biến bụi dầu.v.v… Không khí do quạt cấp Không khí nén Hơi nước Áp suất của chất biến bụi(KN/m2) 2,95 - 8,8 Không khí nén: 90 – 780 Hơi nước: 590 - 1780 Lượng chất biến bụi(không khí) % của tổng lượng không khícần đốt cháy nhiên liệu… 100 7 – 12 Nhiệt độ nung không khí oC 300 Không hạn chế Lượng chất biến bụi cho 1Kg dầu (kg) Không khí:0,6 Hơi nước: 0,8 Tốc độ chất biến bụi ra khỏi miệng ống (m/s) 50 – 80 Thường đến 330 đôi khi lớn hơn Mức độ biến bụi (đường kính hạt bụi dầu) (mm) Đến 0,5 0,1 – 0,2 Tính thiết bị đốt : Lượng tiêu hao nhiên liệu: G1 = Bd = 0,0021 Kg/s Nhiệt độ không khí : T = 27oC. Áp suất không khí trước béc phun : ho = 4,9 kN/m2. Lượng không khí dùng đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu DO: Lo = 10,49 Kg/Kg Áp suất môi trường lò : Pmt = 99,2 kN/m2 ( làm việc ở áp suất khí trời). Tính áp suất thực tế ban đầu của khí: Do không khí chuyển động trong ống dẫn có mất mát năng lượng, thường vào khoảng 10% áp suất của không khí, cho nên trước béc phun áp suất thực tế sẽ là : htt = K * ho Trong đó : K: là hệ số tính đến tổn thất áp suất của không khí trong ống dẫn. Suy ra htt = 0,9 x 4,9 = 4,41 kN/m2 Tính đến khắc phục trở lực của môi trường để không khí chuyển động thuận lợi, áp suất thực của không khí ban đầu sẽ là: Pđ = Pmt + ht = 99,2 + 4,41 = 103,61 KN/m2 Với áp suất ban đầu này có thể coi không khí chuyển động bị nén và tốc độ chuyển động của không khí được xác định theo công thức: W2 = Trong đó: R: hằng số khí. R = 288 Nm/Kg.oK Tkk: nhiệt độ ban đầu của không khí. oC W2 = Tính tiết diện miệng ra của ống dẫn dầu : F1 = Trong đó : G1: lượng tiêu hao nhiên liệu. G1 = 0,0021 Kg/s W1: tốc độ của dầu. W1 = 1 m/s : khối lượng riêng của dầu. 900 Kg/m3 F1 = Tính tiết diện ra của ống dẫn khí F2 = m2 Trong đó: G2: lượng không khí cấn đốt cháy nhiên liệu G2 = G1 * Ln = 0,0021 x 10,4908 = 0,022 Kg/s Kg/m3 W2 : tốc độ của không khí. W2 = 85,76 m/s F2 = m2 = 214 mm2. Đường kính miệng ra của ống dẫn dầu và khí: Đường kính miệng ra của ống dẫn dầu : d= Để tránh ách tắc miệng ra của ống dầu do bụi bẩn, lấy d1 = 2 mm. Nếu ống dẫn có thành dày 1mm thì đường kính ngoài của ống là 4 mm và tiết diện F1 = 12,57 mm2. Vậy đường kính miệng ra của ống dẫn hỗn hợp khí là : d 3.5. Tính toán buồng đốt thứ cấp. 3.5.1. Xác định lượng và thành phần của dòng vào. Dòng khí vào buồng đốt thứ cấp bao gồm sản phẩm cháy khi đốt rác ở buồng đốt sơ cấp. Lưu lượng dòng vào: Trong đó: Qd: là lưu lượng sản phẩm cháy khi đốt dầu ở buồng đốt sơ cấp với Bd = 0,0021 Kg/s. m3/s Qr: là lưu sản phẩm cháy khi đốt rác ở buồng đốt sơ cấp. Với G = 40kg/h = 0,0111 kg/s. m3/s Dựa theo bảng 3.5 và bảng 3.9 xác định được thành phần và lưu lượng dòng vào buồng đốt thứ cấp. Bảng 3.11. 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 Kmol/s Thể tích, m3 % Thể tích CO2 0,0001514 0,0004704 0,0006218 0,0139283 15,83062 H2O 0,0001103 0,0003817 0,0004920 0,0110208 12,52600 SO2 0,0000002 0,0000094 0,0000096 0,0002150 0,24441 O2 0,0000413 - 0,0000413 0,0009251 1,05147 N2 0,0009326 0,0017821 0,0027147 0,0608093 69,11450 HCl 0,0000472 0,0000472 0,0010573 1,20168 CaO 0,00000003 0,00000003 0,0000007 0,00076 P2O5 0,0000012 0,0000012 0,0000269 0,03055 Tổng 0,0012358 0,00269203 0,00392783 0,0879834 100 3.5.2. Tính cân bằng nhiệt và xác định lượng nhiên liệu tiêu hao. Tính các khoảng cân bằng nhiệt: Buồng đốt thứ cấp Nhiệt thu Nhiệt chi Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Nhiệt thu: Nhiệt do cháy dầu DO: Trong đó: Bd: lượng dầu tiêu hao kg/s Q1 = 42.915*103*Bd W Nhiệt do cháy các sản phẩm không cháy hoàn toàn ở buồng đốt sơ cấp. Q2 = 21.951 W - = Q6 : là lượng Nhiệt chi: Nhiệt để nung sản phẩm của buồng đốt sơ cấp: Nhiệt độ nung sản phẩm của buồng đốt sơ cấp từ 800oC đến 1200oC được tính như sau: Trong đó: : Lưu lượng dòng vào buồng đốt thứ cấp. = 0,088 m3/s : Là hàm nhiệt trung bình của dòng khí ra khỏi buồng đốt thứ cấp với nhiệt độ 1200oC. Ta có: %VCO2, %VH2O, %VSO2, %VO2, %VN2 lần lượt là phần trăm thể tích các khí trong sản phẩm cháy khi đốt DO. %VCO2 = 15,8% %VH2O = 12,5 % %VSO2 = 0,24% %VO2 = 1,05 % %VN2 = 69,1% %VHCl = 1,2% %VCaO = 0,0008% %VP2O5 = 0,031% Ta có: i = %V * 2.746,44 = 434 i = %V * 2.118,78 = 265 i = %V * 2.733,1 = 6,56 i = %V* 1.802,76 = 18,9 i =%V* 1.699,76 = 1.175 i= %V * 843,24406 = 10,4 = 1.910 kj/m3 Hàm nhiệt trung bình của dòng khí vào buồng đốt thứ cấp: Ta có: %VCO2, %VH2O, %VSO2, %VO2, %VN2 lần lượt là phần trăm thể tích các khí trong sản phẩm cháy khi đốt DO. %VCO2 = 15,8% %VH2O = 12,5 % %VSO2 = 0,24% %VO2 = 1,05 % %VN2 = 69,1% %VHCl = 1,2% %VCaO = 0,0008% %VP2O5 = 0,031% Suy ra i = %V x 1718,95 = 271,6 i = %V x 1328,11= 166 i = %V x 1745,1= 4,2 i = %Vx 1162,32 = 12,2 i = %Vx 1094,65 = 756,4 i= %V * 843,24406 = 10,4 = 1.221 kj/m3 Þ Q3 = 0,088 *(1.910 – 1.221) = 60,632 Kj/s = 60.632 W Nhiệt mất do dẫn qua tường, đáy và các khe hở của lò: Lượng nhiệt này phụ thuộc thể xây lò: thường nó chiếm 10% lượng nhiệt trong lò. Q4 = 0,1*(Q1 + Q2) = 0,1*( 42.915*103*Bd + 21.951) W Nhiệt mất do sản phẩm cháy khi đốt 1Kg dầu DO: Trong đó: Vthể tích khí khi đốt 1 Kg dầu DO sinh ra. V= 13,18 m3/Kg Bd: lượng dầu đốt trong 1 giây Kg/s Ck*tk = ik: hàm nhiệt trung bình của sản phẩm cháy khi đốt dầu DO với nhiệt độ ra khỏi lò là 1200oC. Ta có: %CO2, %H2O, %SO2, %O2, %N2 lần lượt là % trọng lượng sản phẩm cháy khi đốt DO. %CO2 = 12,3% %H2O = 8,9 % %SO2 = 0,016% %O2 = 3,34% %N2 = 75,5% Suy ra i = %CO2 x 2746,44 = 337,8 i = %H2O x 2118,78 = 188,6 i = %SO2 x 2733,1 = 0,44 i = %O2 x 1802,76 = 60,2 i = %N2 x 1699,76 = 1.283 = 1.870 kj/m3 Þ Q5 = 24.646.600*Bd W Xác định lượng tiêu hao nhiên liệu. Cân bằng nhiệt thu và nhiệt chi Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + Q5 Trong đó: Q1 = 42.915*103*Bd W Q2 = 21.951 W Q3 = 60.632 W Q4 = 0,1 *(42.915*103*Bd + 21.951) W Q5 = 24.646.600*Bd =>Bd = 0,0029 Kg/s = 10,44 Kg/h 3.5.3. Xác định chỉ tiêu kỹ thuật của lò. Suất tiêu hao nhiệt : Suất tiêu hao nhiệt được xác định như sau: j/Kg Trong đó: G: Năng suất lò G = * + * Với: : Khối lượng riêng của sản phẩm cháy khí đốt dầu. = 1,304 Kg/ m3 : Khối lượng riêng của sản phẩm cháy khi đốt rác. = 1,325 Kg/ m3 ; thể tích của sản phẩm cháy khi đốt dầu và rác. G = 1,304 *0,038 + 1,325 * 0,06 = 0,13 kg/s Vậy: 3.5.4. Xác định kích thước buồng đốt thứ cấp. Xác định thể tích buồng đốt: Thể tích buồng đốt được xác định theo công thức: m3 Trong đó: Q là nhiệt trị thấp của dầu. Q = 42.915 Kj/Kg B lượng dầu tiêu hao. B = 10,44 Kg/h Chọn q = 581*103 W/m3 theo bảng (3-4)/94 Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò CN T1, q = (190 – 581)*103 W/m3. Þ Xác định kích thước buồng đốt: Thể tích buồng đốt: V = 0,771 m3 Chọn kích thước buồng đốt thứ cấp: Dài x rộng x cao = a x b x c Chọn a = 0,6 m b = 1m c = 1,33m 3.5.5. Tính thiết bị đốt. Các thông số ban đầu: - Lượng tiêu hao nhiên liệu: G1 = 0,0029 Kg/s - Nhiệt độ không khí: t2 = 27 oC - Áp suất không khí trước béc phun: ho = 4,9 kN/m2 - Lượng không khí dùng để đốt cháy hoàn toàn 1Kg (dầu DO): ln = 12,6 Kg/Kg - Áp suất môi trường lò : Pmt = 99,2 kN/m2 Tính áp suất thực tế ban đầu của không khí. Do không 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 sẽ là : ht = K*ho = 0,9*4,9 = 4,41 kN/m2. Trong đó K là hệ số tính toán tổn thất áp suất của không khí trong ống dẫn, áp suất thực ban đầu của không khí là: Pđ = Pmt + ht = 99,2 + 4,41 = 103,61 kN/m2 Theo 3.50 trang 153, tính toán Kỹ thuật nhiệt lò công nghiệp tập I, NXB Khoa học và kỹ thuật 1985. Với áp suất ban đầu này coi không khí chuyển động không bị nén và tốc độ chuyển động của không khí được xác định như sau: W2 = W2 = Trong đó: R = 288 Nm/Kg.oK : hằng số khí. Tkk : nhiệt độ ban đầu của không khí. Tính tiết diện miệng ra của ống phun dầu: Tiết diện miệng ra của ống phun dầu được xác định theo công thức: Trong đó: G1 : lượng dầu tiêu hao, G1 = 0,0029 Kg/s W1: tốc độ của dầu. W1 = 1 m/s : Khối lượng riêng của dầu DO. = 900 Kg/m3 Suy ra F1 = 3,22*10-6 m2 = 3,22 mm2 Để tránh các cặn dầu làm nghẹn ống, lấy F1 = 4 mm2 Tính tiết diện miệng ra của không khí. Tiết diện miệng ra của béc đốt: m2 Theo 3.50 trang 153, tính toán Kỹ thuật nhiệt lò công nghiệp tập I, nxb Khoa học và kỹ thuật 1985. Trong đó: G2 là lượng không khí cần đốt cháy nhiên liệu Kg/s G2 = G1*Ln = 0,0029 * 12,6 = 0,037 là khối lượng riêng của không khí: kg/m3 tốc độ của không khí. = 86,3 m/s F2 = 3,6*10-4 m2 F2 = 360 mm2 Đường kính miệng ra của ống dẫn dầu và không khí: Đường kính miệng ra của ống dẫn dầu : = Lấy d1 = 3 mm Nếu ống dẫn dầu dày 1mm thì đường kính ngoài của ống sẽ là 5mm và tiết diện là: F = 19,64 mm220 mm2 Đường kính miệng ra của ống dẫn khí là: , Lấy d2 = 21(mm) 3.6. Thành phần và lưu lượng khí thải ra khỏi lò. Khí thải ra khỏi lò đốt bao 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 đố