Đề tài Thiết kế lò đốt chất thải bệnh viện với công suất 250 kg/ngày

hay sinh học. Thực tế cho thấy lượng chất thải bệnh viện so với tổng lượng chất thải rắn phát sinh từ các họat động khác như sinh hoạt hay sản xuất công nghiệp… là không lớn, nhưng chúng lại chứa các chất độc hại và nguy hiểm (đặc biệt là rác thải y tế và nước thải từ khâu điều trị bệnh, phóng xạ) gây ô nhiễm môi trường đáng kể, ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân. Các chất hữu cơ có trong rác thải bị phân hủy dưới tác dụng của các vi sinh vật hiếu khí và yếm khí tùy theo từng điều kiện tại những nơi thu gom, vận chuyển, chôn lấp sẽ sinh ra các khí độc hại khác nhau. Trong điều kiện phân hủy yếm khí sẽ sinh ra CH4, NH3, H2S… Trong rác thải xảy ra các quá trình lý, hóa học khác nhau như quá trình hòa tan, quá trình thủy phân…làm vi sinh vật phát triển mạnh, chúng bám vào các hạt bụi và phát tán trong không khí gây ô nhiễm không khí. Nước thải từ các bệnh viện không qua khâu xử lý, thải ra các hệ thống cống rãnh chung cũng là nguồn ô nhiễm độc hại đối với các nguồn nước mặt và nước ngầm ở khu vực xung quanh. Vì vậy, chất lượng nước mặt và nước ngầm ở các nơi này thường bị suy giảm. Nếu chất thải bệnh viện không được phân loại mà thải chung với rác thải sinh hoạt bằng cách đem chôn lấp tại các bãi rác không đúng qui cách, nước rác sẽ ngấm xuống đất, làm thay đổi thành phần và gây ô nhiễm đất ở nơi chôn lấp. Ngoài ra các nghiên cứu dịch tễ học trên thế giới đã chứng minh rằng các chất thải bệnh viện có ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe cán bộ, nhân viên y tế, đến cộng đồng dân cư nếu chất thải bệnh viện không được thu gom, xử lý hợp vệ sinh. Các bệnh có nguy cơ lây lan rất lớn qua rác thải bệnh viện là bệnh tả, lỵ, thương hàn, viêm gan B,C… Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ RÁC THẢI Y TẾ Xử lý chất thải là quá trình biến đổi chất thải thành chất ít độc hại hơn hay không độc trước khi tới nơi thải bỏ cuối cùng. Như vậy, có thể hiểu xử lý chất thải là một quá trình được tiến hành từ khi chất thải bắt đầu phát sinh tới giai đoạn xử lý cuối cùng. Chất thải cần được thu gom phân loại ngay từ nguồn nhằm giảm khả năng gây ô nhiễm trong khi chất thải chưa được vận chuyển tới nơi xử lý cuối cùng. Sau đó áp dụng các biện pháp xử lý thích hợp với từng loại chất thải: Rác thải không nguy hại – mang đi xử lý chung với rác thải sinh hoạt đô thị. Rác thải nguy hại – xử lý bằng các phương pháp chôn lấp, phân hủy sinh học hay thiêu đốt. 2.1. Tổng quan về các phương pháp xử lý rác. 2.1.1. Phương pháp chôn lấp. Đây là phương pháp dễ làm, ít tốn kém nhưng lại chiếm nhiều diện tích xây dựng. Một bãi chôn lấp chất thải rắn bình thường cũng chiếm từ 10 – 15 ha, trong khi đó diện tích đất sử dụng cho các mục đích khác lại rất hạn chế. Thực chất, phương pháp này không giải quyết được triệt để rác thải. Chất thải sau khi chôn lấp vẫn có thể phân tán đi những nơi khác nhờ các loài chuột, côn trùng; hoặc nó có thể thấm xuống đất theo nước mưa và gây ô nhiễm nguồn nước của những vùng xung quanh. Chất thải sau khi chôn lấp có thể bị những người bới rác lấy lên để tận dụng những vật có thể tái sử dụng và khả năng ô nhiễm trở lại môi trường vẫn xảy ra. Do đặc tính nguy hại của chất thải bệnh viện, phương pháp chôn lấp chỉ áp dụng cho chất thải rắn sinh hoạt của bệnh viện và tro của chất thải bệnh viện sau quá trình xử lý bằng phương pháp đốt. 2.1.2. Phương pháp sinh học. Phương pháp này nhằm phân hủy các chất hữu cơ trong rác thải nhờ các loài vi sinh vật hô hấp kỵ khí hay hiếu khí để sản xuất phân bón, khí biogas phục vụ cho nông nghiệp và cho sinh hoạt. Phương pháp xử lý bằng hầm biogas (phương pháp yếm khí) : Rác được cắt nhỏ sau đó đưa vào hầm biogas hoặc bể liên hợp. Tại đây xảy ra quá trình lên men, khí thoát ra được thu lại để phục vụ cho sinh hoạt. Phương pháp sản xuất phân hữu cơ (phương pháp hiếu khí): Rác thu về được chất thành đống, sau đó được dảo trộn thường xuyên 3 lần/ngày (hoặc cấp khí cưỡng bức qua hệ thống phân phối khí ở đáy). Quá trình phân hủy kéo dài 30 ngày, nhiệt độ phải đảm bảo 55 – 60oC và độ ẩm 60 – 65 % để quá trình phân hủy hoàn toàn. Phân hữu cơ thu được dùng phục vụ trong nông nghiệp. Phương pháp này đơn giản, dễ làm nhưng đòi hỏi thời gian dài và không có khả năng phân hủy những chất độc vô cơ, do đó phương pháp này thường áp dụng cho các chất thải sinh hoạt, khó áp dụng với các bệnh viện vì không loại trừ được mầm bệnh có trong rác. 2.1.3.Phương pháp đốt. Đây là phương pháp xử lý cuối cùng, được coi là có hiệu quả cao. Phương pháp này sử dụng các lò đốt chuyên dụng để đốt rác thải y tế với công nghệ tiên tiến, dựa trên nguyên lý đốt phân giải nhiệt độ cao, đảm bảo đốt cháy hoàn toàn các hợp chất hữu cơ của chất thải; lượng khói bụi và lượng tro còn lại cũng rất ít. Đốt chất thải là quá trình ôxy hóa chất thải bằng oxy của không khí ở nhiệt độ cao. Ở nhiệt độ lớn hơn 1000oC, các chất hữu cơ và vô cơ bị phân hủy thành dạng khí và tro xỉ. Khí sinh ra sẽ được xử lý tiếp để giảm độ độc hại trước khi thải ra môi trường. Phần tro xỉ sau khi đốt được đem chôn lấp. Ưu điểm của phương pháp đốt: An toàn về mặt sinh học. Làm giảm tới 90 % thể tích rác thải. Không đòi hỏi mặt bằng lớn. Ít gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên trong điều kiện Việt Nam hiện nay thì chi phí cho xử lý rác bằng phương pháp đốt còn quá cao, và nếu không lắp đặt hệ thống xử lý khí sau lò đốt thì quá trình xử lý vẫn gây ảnh hưởng tới khu vực dân cư xung quanh. Phương pháp này được áp dụng cho các loại chất thải không thể tái sử dụng hoặc chất thải độc hại, chất thải bệnh viện. 2.2. Lựa chọn phương pháp xử lý rác thải bệnh viện nguy hại. Từ ưu nhược điểm của các biện pháp xử lý trên, ta thấy rằng chất thải bệnh viện nguy hại cần phải xử lý bằng phương pháp đốt. Khi áp dụng phương pháp này ta cần lựa chọn loại lò, công suất lò và lượng chất thải cần xử lý…Đây là những thông số cần thiết để thiết kế lò đốt. Lượng chất thải cần xử lý theo yêu cầu thiết kế là 250kg chất thải bệnh viện nguy hại trong 1 ngày. Nếu chọn thời gian hoạt động của lò là 3h thì công suất của lò cần thiết kế là 83,33 kg/h. Để dảm bảo có thể xử lý hết lượng chất thải theo yêu cầu, cần thiết kế lò có công suất 85 kg/h. Tóm lại, tôi sẽ thiết kế một lò đốt để xử lý tập trung chất thải: Với công suất 35 kg/h. Nhiên liệu đốt là dầu Diezen ( DO ). Nhiệt độ buồng đốt sơ cấp là 600oC, nhiệt độ buồng đốt thứ cấp là 1100oC. Thời gian hoạt động là 3h một ngày. Chương 3: TÍNH TOÁN LÒ ĐỐT CHẤT THẢI Y TẾ 3.1.Các yêu cầu chung. 3.1.1.Tiêu chuẩn thiết kế lò đốt. Thiết bị xử ký phải đảm bảo những yêu cầu sau: Chất thải phải được xử lý triệt để. Khói sinh ra sau quá trình khí hoá phải được tiếp tục cháy hết. Khói phải được xử lý tốt để đảm bảo những tiêu chuẩn vệ sinh trước khi thải vào môi trường. Chi phí vận hành thấp. Thao tác dễ dàng và đảm bảo an toàn lao động. Trong thời gian sử dụng, việc bảo dưỡng, sửa chữa phải nằm trong khả năng kỹ thuật có thể tự giải quyết được mà không cần tới chuyên gia nước ngoài. Ngoài ra thiết kế phải đảm bảo: Cấu tạo thiết bị không nên quá phức tạp, đòi hỏi những yêu cầu kỹ thuật thiết kế quá cao. Nguyên vật liệu chủ yếu phải có sẵn trong nước (trừ những thiết bị đặc biệt phải mua của nước ngoài như bộ phận tự động điều khiển chế độ cháy, mỏ phun…). 3.1.2.Chọn lò đốt. Giả sử ta chọn loại lò tĩnh để thiết kế. Chọn vật liệu. Theo thứ tự từ trong ra, ta chọn loại vật liệu như sau: Gạch chịu lửa, bông thuỷ tinh và ngoài cùng là lớp gạch xây dựng. Lò được bảo vệ nhờ một khung giằng bằng thép. Chọn ghi lò. Dựa vào đặc tính của lò tĩnh là lớp xỉ tạo thành bám trên bề mặt chất thải đang cháy và bám trên mặt ghi gây cản trở qúa trình cháy. Muốn hạn chế mặt yếu này cần phải rũ xỉ trong thời gian cháy. Bởi vậy việc chọn ghi ngang lật có thể giải quyết được yêu cầu này vì có thể rung ghi trong thời gian cháy để rũ xỉ ra. Vật liệu để làm ghi là gang, là loại vật liệu sẵn có để gia công chịu va đập và chịu nhiệt cao. Chọn phương thức nạp liệu. Chọn phương thức nạp liệu gián đoạn bằng phương thức đẩy thủ công. Chọn mỏ phun. Để cấu tạo thiết bị đỡ phức tạp ta sẽ chọn loại mỏ phun thấp áp để phun dầu vào lò đốt. Khi sử dụng mỏ phun này, chất tạo bụi là không khí từ quạt ly tâm, không phải dùng máy nén. Nếu cho 100% lượng không khí cần cho dầu cháy đi qua mỏ phun thì có thể dễ dàng điều chỉnh tỷ lệ không khí - dầu.. Chọn thể tích buồng đốt. Việc tạo sự cân đối giữa hai buồng đốt là rất cần thiết. Dựa vào tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng có thể chia lượng nhiệt toả ra trong toàn bộ quá trình thành hai phần: một phần cho buồng đốt chính và một phần cho buồng đốt thứ hai. Thể tích buồng đốt chính được tính theo công thức: Trong đó: V - Thể tích buồng đốt sơ cấp (m3). Q – Nhiệt lượng sinh ra trong 1 giờ (kcal/h). q - Mật độ nhiệt thể tích buồng đốt (kcal/m3.h). Thể tích buồng đốt thứ hai được tính theo công thức: Vtc = q.qra (m3) Trong đó: q - Thời gian lưu của khí (s) qra – lưu lượng dòng khí (m3/s) Thể tích buồng đốt sẽ được tính toán chi tiết trong mục 3.5 3.2.Tính cân bằng vật liệu. Dựa vào định luật bảo toàn vật chất, tổng khối lượng vật chất nạp vào lò sẽ bằng tổng khối lượng vật chất ra khỏi lò. Lượng vật chất vào lò bao gồm: Chất thải. Chất đốt thêm vào (ở đây ta dùng dầu DO làm chất đốt ). Không khí. Lượng vật chất ra lò gồm: Khói lò (gồm bụi, các khí sinh ra trong quá trình đốt, không khí thừa, ẩm... ) Xỉ. Quá trình cân bằng vật liệu được mô tả qua hình dưới: Lò đốt Chất thải Khói lò Chất đốt Xỉ Không khí Sơ đồ 2 - Sơ đồ CBVL. 3.2.1.Lượng vật chất nạp vào lò. Ký hiệu lượng vật chất nạp vào lò là: Gv ( kg/h ) Trong đó: Lượng chất thải nạp vào lò là: GCT ( kg/h ) Lượng chất đốt (dầu DO) nạp vào lò là: GD ( kg/h ) Lượng không khí nạp vào lò là: GKK ( kg/h ) Suy ra: Gv = GCT + GD + GKK ( 3.1) - Tính GD: Nhiên liệu sử dụng trong lò đốt chất thải rắn có thể là than, dầu hoặc khí đốt thiên nhiên. Để dảm bảo hiệu quả kinh tế cũng như đảm bảo tính an toàn về mặt môi trường thì ta chọn nhiên liệu để đốt chất thải là dầu đốt. Dầu đốt trong lò công nghiệp chủ yếu là dầu madút và dầu diesel. Tuy nhiên, dầu madút chứa nhiều S hơn nên khi đốt sẽ gây ô nhiễm hơn, do đó ta sẽ chọn dầu diesel ( dầu DO ). Thành phần của dầu diesel là: C N S H O Độ tro 85,5 % 0,3 % 2 % 12 % 0,2 % 0,005 % Nhiệt trị của dầu diesel là: 43,5kJ/kg. Gọi x là lượng dầu cho vào để dốt hết 85kg chất thải trong một giờ, tức là GD = x kg/h. Như vậy khối lượng từng chất trong x kg dầu là: C N S H O Độ tro Nhiệt trị 0,855x 0,003x 0,02x 0,12x 0,002x 0,00005x 9800(kcal/kg) - Tính GCT : Từ phần 1.3.2 ta đã biết thành phần hóa học của chất thải y tế như sau: Chất Phần trăm (%) Chất Phần trăm (%) C 27,7700 P 0,0696 H 3,6225 Cl 0,0421 O 10,6430 Tro 14,6580 N 1,1368 Ẩm 42,0000 S 0,0580 Như vậy khối lượng từng chất trong 85 kg chất thải là Chất Khối lượng ( kg ) Chất Khối lượng ( kg ) C 23,6045 P 0,0592 H 3,0791 Cl 0,0358 O 9,0466 Tro 12,4593 N 0,9663 Ẩm 35,7 S 0,0493 - Tính GKK: Để tính lượng không khí vào lò, ta cần phải dựa vào lượng O2 cần thiết cho quá trình cháy các chất. Ta có: Khối lượng các chất tham gia vào quá trình cháy ( trong chất thải và trong dầu) Chất Khối lượng ( kg/h ) Chất Khối lượng ( kg/h ) C 23,6045 + 0,855x P 0,0592 H 3,0791 + 0,12x Cl 0,0358 O 9,0466 + 0,002x Tro 12,4593 + 0,00005x N 0,9663 + 0,003x Ẩm 35,7 S 0,0493 + 0,02x Những phản ứng hóa học xảy ra khi đốt: C + O2 == CO2 ( 1 ) 2C + O2 == 2CO ( 2 ) S + O2 == SO2 ( 3 ) 2P + 2,5O2 == P2O5 ( 4 ) 2H + 0,5O2 == H2O ( 5 ) N + 0,5O2 == NO ( 6 ) 2NO + O2 2NO2 ( 7 ) Cl2 + H2O 2HCl + 0,5O2 ( 8 ) Xét phản ứng (2), trong điều kiện nhiệt độ cao và thừa O2, khí CO sinh ra sẽ phản ứng mạnh với O2 để chuyển thành CO2 theo phản ứng: 2CO + O2 == 2CO2 Kết hợp hai phản ứng (2) và (2’) ta sẽ được phản ứng (1). Bởi vậy có thể coi lượng CO = 0 Xét phản ứng (7), khi nhiệt độ tăng thì quá trình phân hủy NO2 thành NO và O2 sẽ tăng lên. Ở nhiệt độ trên 620oC thì hầu như NO2 phân hủy hết. Do vậy, trong điều kiện nhiệt độ cháy của buồng đốt, có thể coi lượng NO2 = 0. Suy ra, lượng O2 cần thiết cho quá trình cháy các chất được tính bằng tổng lượng O2 cần cho các phản ứng ( 1,2,3,4,5,6,7 ) trừ đi tổng lượng O2 sinh ra trong phản ứng (8), trong thành phần chất thải và trong dầu. Lượng O2 cần cho các phản ứng: (1) =62,9453 +2,28x (3) 0,0493 + 0,02x (4) 0,0764 (5) 24,6328 + 0,96x (6) 1,1043 + 0,0034x (8) 0,081 Vậy lượng O2 cần cung cấp cho lò đốt = Lượng O2 cần cho phản ứng – Lượng O2 trong chất thải và trong dầu – Lượng O2 tạo thành ở phản ứng (8). = (62,9453 +2,28x) + (0,0493 + 0,02x) +0,0764 + (24,6328 + 0,96x) + (1,1043 + 0,0034x) – 9,0466 – 0,002x - 0,081 = 79,7534 + 3,2614x ( kg/h ) Để đảm bảo cho quá trình cháy xảy ra được tốt, ta sẽ lấy dư k lần so với lượng O2 cần cung cấp. Thường chọn k =1,1 – 2,0. Do đó, lượng O2 thực tế cung cấp cho lò đốt là: k * (79,7534 + 3,2614x) ( kg/h ) Trong không khí, O2 chiếm 21% thể tích; N2 chiếm 78% thể tích; Lượng ẩm chiếm 10g/1kg không khí. Do đó, ta sẽ tính lượng không khí cần cung cấp cho lò đốt: rO2 = 1,4289 Kg/m3 rKK = 1,29 Kg/m3 suy ra => GKK = GKK = 4,299.k .(79,7534 + 3,2614x) = k.(342,8599 + 14,0208x) ( kg/h ) Trong đó, khối lượng N2 là: 0,78*GKK = k .(267,4307 + 10,4362x) lượng ẩm là: 10 * k.(342,8599 + 14,0208) ( gam/h ) = k .(3,4286 + 0,1402x) ( kg/h ) Như vậy, tổng khối lượng vật chất nạp vào lò là: Gv = GCT + GD + GKK = 85 + x + k.(342,8599 + 14,0208x) ( kg/h ) Trong đó k là tỷ lệ giữa lượng O2 thực tế và lượng O2 cần thiết. 3.2.2. Lượng vật chất ra lò. Lượng vật chất ra lò bao gồm hai phần: phần tro rắn (bao gồm bụi và xỉ ) và phần khí, hơi. Phần khí, hơi bao gồm CO2, P2O5, SO2, NO, HCl, hơi nước và N2, O2 (dư ). Khối lượng các chất được tính như sau: 86,5498 + 3,135x ( kg/h ) = 0,1356 ( kg/h ) 0,0986 + 0,04x ( kg/h ) 2,0706 + 0,0064x ( kg/h ) 0,0368 ( kg/h ) 0,78*GKK = k .(267,4307 + 10,4362x) ( kg/h ) (k-1)(79,7534 + 3,2614x) ( kg/h ) Ghơi nước = Gẩm trong CT + Gẩm trong KK + GH2O sinh ra ở (5) - GH2O phản ứng ở (8) = 35,7 + k .(3,4286 + 0,1402x) + 18/2*GH - 18/71*GCl = 35,7 + k .(3,4286 + 0,1402x) + 9(3,0791 + 0,12x) – 18/71*0,0358 = 63,4028 + 1,08x + k .(3,4286 + 0,1402x) ( kg/h ) GTro = 12,4593 + 0,00005x ( kg/h ) Ta có bảng số liệu về lượng các chất đi ra như sau: Bảng 3.2.2: các chất đi ra Chất đi ra Khối lượng (Kg/h) Chất đi ra Khối lượng (Kg/h) CO2 86,5498 + 3,135x N2 k.(267,4307+10,4362x) P2O5 0,1356 O2 (k-1)(79,7534+3,2614x SO2 0,0986 + 0,04x Hơi nước 63,4028 + 1,08x + k .(3,4286 + 0,1402x) NO 2,0706 + 0,0064x Tro 12,4593 + 0,00005x HCl 0,0368 Suy ra, khối lượng vật chất ra khỏi lò là: GR = 85,0002 + x + k .(350,6127 +14,3378x) Ta có kết quả cân bằng vật liệu như sau: Lượng vật chất vào lò Lượng vật chất ra lò GV =85 + x + k.(342,8599 + 14,0208x) GR=85,0002+x+k.(350,612714,3378x) Sai số giữa lượng vào và lượng ra là:. 3.3.Tính cân bằng nhiệt lượng. Quá trình tính cân bằng nhiệt lượng dựa vào định luật bảo toàn nhiệt lượng: Tổng nhiệt lượng chuyển vào lò bằng tổng nhiệt lượng ra khỏi lò, kể cả nhiệt tổn thất. Lượng nhiệt chuyển vào lò bao gồm: Lượng nhiệt do chất thải mang vào: QCT ( kcal/h ) Lượng nhiệt do dầu mang vào: QD ( kcal/h ) Lượng nhiệt do không khí mang vào: QKK ( kcal/h ) Lượng nhiệt do ẩm mang vào: QẨm ( kcal/h ) Lượng nhiệt tỏa ra khi chất thải cháy: QCTC ( kcal/h ) Lượng nhiệt tỏa ra khi dầu cháy: QDC ( kcal/h ) Lượng nhiệt tỏa ra gồm: Lượng nhiệt ở trong tro: QTro ( kcal/h ) Lượng nhiệt ở trong khí: QKhí ( kcal/h ) Lượng nhiệt ở trong hơi nước: Qhơi nước ( kcal/h ) Lượng nhiệt tổn thất qua tường: QTường ( kcal/h ) Lượng nhiệt tổn thất khi mở cửa: QMở cửa ( kcal/h ) Lò đốt QCT QTro QD QKhí QKK QV QR Qhơi nước QẨm QTường QCTC QMở cửa QDC Sơ đồ 3 - CBNL trong lò đốt. 3.3.1.Tính lượng nhiệt vào lò: Lấy nhiệt độ không khí trung bình là 25oC. - Lượng nhiệt do chất thải mang vào tính theo công thức sau: QCT = G.C.t (kcal/h) Trong đó: G là khối lượng chất (kg/h) C là nhiệt dung riêng (kcal/kg.độ) t là nhiệt độ (oC) Do chất thải đi vào gồm có 3 loại là phần chất thải không cháy được, phần chất thải cháy được và lượng ẩm trong chất thải nên lượng nhiệt do chất thải mang vào là tổng của 3 thành phần: Lượng nhiệt do chất thải không cháy (tro) mang vào: QCT1 = GCT1 .C1 . t (kcal/h) Lượng tro trong 85 kg chất thải là: GCT1 = 12,4593 kg/h C1 = 0,18 Kcal/kg.độ (xem bảng 3.3.1 ở dưới) Suy ra: QCT1 = 12,4593 *0,18*25 = 56,0669 (kcal/h) Lượng nhiệt do ẩm trong chất thải mang vào: QCT2 = GCT2.Cw.t (kcal/h) Lượng hơi nước trong 85 kg chất thải: GCT2 = GẨm = 35,7 kg/h Cw = 1 Kcal/kg.độ Suy ra: QCT2 = 35,7*1*25 = 892,5 (kcal/h) Lượng nhiệt do chất thải cháy được mang vào: QCT3 = GCT3 .C3 . t (kcal/h) Lượng chất thải cháy được trong 85kg chất thải: GCT3 = 85 – GTro – GẨm = 85 – 12,4593 – 35,7 = 36,8407 ( kg/h ) C3 = 0,26 Kcal/kg.độ Suy ra: QCT3 = 36,8407*0,26*25 = 239,4646 (kcal/h) Trong đó: GCT1 là khối lượng của phần chất thải không cháy được. GCT2 là khối lượng của ẩm trong chất thải. GCT3 là khối lượng của phần chất thải cháy được. C1 là nhiệt dung riêng của phần chất thải không cháy được (tro). Cw là nhiệt dung riêng của ẩm trong chất thải. C3 là nhiệt dung riêng của phần chất thải cháy được. Bảng 3.3.1: Nhiệt dung riêng ở 25oC Nhiệt dung riêng C1 C3 Cw CD CKK Chơinước Kcal/kg.độ 0,18 0,26 1 0,5285 0,24 0,487 Áp dụng công thức, ta có: QCT = QCT1 + QCT2 + QCT3 = 56,0669 + 892,5 + 239,4646 = 2188,0315 (kcal/h) - Lượng nhiệt do dầu mang vào tính theo công thức: QD = GD . CD . t (kcal/h) Lượng dầu cần để đốt 85 kg chất thải trong 1 giờ: GD = x kg/h CD = 0,5825 Kcal/kg.độ ( xem bảng 3.3.1 ) Suy ra: QD = x . 0,5285 . 25 = 13,2125x (kcal/h) - Lượng nhiệt do không khí mang vào và do ẩm trong không khí mang vào tính theo công thức: QKK = GKK . CKK . t + Gẩm KK .Cw . t + Gẩm . r = k .(342,8599 + 14,0208x)*0,24*25 + (3,4286 + 0,1402x)(0,487*25 + 540,5) = k .(20,5716 + 0,8412x) + 1894,9015 + 77,4850x (kcal/h) Trong đó r là ẩn nhiệt hóa hơi của nước, r = 540,5 kcal/kg - Nhiệt sinh ra khi chất thải cháy được tính theo công thức thực nghiệm: Q = 8700C + 26100H – 3260O - 600(9H + W) (kcal/kg) Trong đó: C, H, O, S, W lần lượt là phần trăm của C, H, O, S và của hàm lượng ẩm trong chất thải. Q = 8700*0,2777 + 26100*0,0362 – 3260*0,1064 – 600(9*0,0362 + 0,42) = 2566,466 (kcal/kg) Suy ra tổng lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy 85 kg chất thải là: QCTC = Q (kcal/kg) * 85 (kg/h) = 2566,466 * 85 = 218149 (kcal/h) - Nhiệt sinh ra khi dầu cháy: QDC = GD . qDC = x*9800 = 9800x (kcal/h) Trong đó qDC là nhiệt trị của dầu DO (xem mục 3.2.1). Ta có bảng giá trị các dòng nhiệt vào: Ký hiệu Lượng nhiệt (kcal/h) QCT 2188,0315 QD 13,2125x QKK k.(20,5716+0,8412x)+1894,9015+77,4850x QCTC 89826,31 QDC 9800x Tổng lượng nhiệt vào lò QV 221192,933 + 9890,6975x + k.(20,5716+0,8412x) 3.3.2.Tính lượng nhiệt ra lò: Lượng nhiệt ra lò gồm: Lượng nhiệt ở trong tro: QTro ( kcal/h ) Lượng nhiệt ở trong khí: QKhí ( kcal/h ) Lượng nhiệt ở trong hơi nước: Qhơi nước ( kcal/h ) Lượng nhiệt tổn thất qua tường: QTường ( kcal/h ) Lượng nhiệt tổn thất khi mở cửa: QMở cửa ( kcal/h ) Một số chú ý khi tính toán: Theo kinh nghiệm, nhiệt tổn thất qua tường bằng 5% tổng lượng nhiệt cháy của dầu và chất thải; và nhiệt tổn thất khi mở cửa bằng 10% nhiệt tổn thất qua tường. Nhiệt dung riêng của tro được tính theo công thức: C = 735,5 + 0,25( + 32) (J/kg.độ) Nếu lấy t = 1100oC và chuyển về kcal/kg.độ thì nhiệt dung riêng của tro là: C = 0,3 kcal/kg.độ Nhiệt dung riêng của khí và hơi ở 1100oC được lấy theo bảng sau: Bảng 3.3.2a: Nhiệt dung riêng của khí và hơi ở 1100oC (kcal/kg.độ) H2O CO2 SO2 NO N2 O2 Cl2 HCl P2O5 0,6 0,45 0,22 0,3 0,3 0,27 0,31 0,22 365,9* *: đơn vị của nhiệt dung riêng của P2O5 trong bảng là kcal/kmol.độ -Lượng nhiệt ra của từng chất: Qtro = GTro . CTro . t =(12,4593 + 0,00005x)* 0,3 * 1100 = 4111,569 + 0,0165x (kcal/h) 42842,151+1151,125x (kcal/h) 321,2192 (kcal/h) 23,8612 + 9,68x (kcal/h) 683,298 + 2,112x (kcal/h) = k .(88252,1383+3608,9539x) (kcal/h) = k .(23686,7598 + 968,6358x) – 23686,7598 – 968,6358x (kcal/h) 8,9056 (kcal/h) Suy ra: QKhí = 20192,6752 + 194,2812x + k .(111938,8981 + 4577,5897x ) (kcal/h) Qhơinước = Gnước.Cnước.t = [63,4028 + 1,08x + k .(3,4286 + 0,1402x)].0,6.1100 = 41845,848 + 712,8x + k .(2262,876 + 92,532x) (kcal/h) (các giá trị GTro, GNO …đã tính ở mục 3.2.2) -Ta đã có: Tổng lượng nhiệt do chất thải cháy và do dầu cháy là: QCTC =218149 kcal/h QDC = 9800x kcal/h Suy ra lượng nhiệt tổn thất qua tường là: QTường = 0,05(218149 + 9800x) = 10907,45 + 490x (kcal/h) Lượng nhiệt tổn thất khi mở cửa lò là: QMở cửa = 0,1.QTường = 1090,745 + 49x (kcal/h) Vậy tổng lượng nhiệt ra lò là: QR = Qtro + QKhí + Qhơinước + QTường + QMở cửa = (4111,569 + 0,0165x) + [20192,6752 + 194,2812x + k .(111938,8981 + 4577,5897x )] + [41845,848 + 712,8x + k .(2262,876 + 92,532x)] + (10907,45 + 490x) + (1090,745 + 49x) = 78148,2872 + 1446,0977x + k .(114201,7741 + 4670,1217x) (kcal/h) Ta có bảng các giá trị trong cân bằng nhiệt lượng : Bảng 3.3.2b:Kết quả cân bằng nhiệt lượng. Ký hiệu Lượng nhiệt (kcal/h) Ký hiệu Lượng nhiệt (kcal/h) QCT 2188,0315 Qtro 4111,569 + 0,0165x QD 13,2125x QKhí 20192,6752 + 194,2812x + k(111938,8981+4577,5897x ) QKK k.(20,5716+0,8412x) + 1894,9015+77,4850x Qhơinước 41845,848 + 712,8x + k.(2262,876 + 92,532x) QCTC 89826,31 QTường 10907,45 + 490x QDC 9800x QMở cửa 1090,745 + 49x QV 221192,933 + 9890,6975x + k.(20,5716+0,8412x) QR 78148,2872 + 1446,0977x + k.(114201,7741+4670,1217x) Theo định luật bảo toàn năng lượng thì tổng lượng nhiệt vào lò sẽ bằng tổng lượng nhiệt ra lò: GV = GR Giải phương trình này ta được hệ thức: x = (kg/h) Với k là giá trị ta chọn. Tuy nhiên để đảm bảo x > 0 thì k phải thỏa mãn điều kiện: 1,25< k <1,8 Ta có bảng giá trị x phụ thuộc vào k như sau: Bảng 3.3.2c:Quan hệ giữa k và x Ta sẽ chọn giá trị k sao cho lượng dầu tiêu tốn càng ít càng tốt, nhưng k phải đủ lớn để đảm bảo cung cấp đủ oxy cho quá trình cháy xảy ra hoàn toàn. Do đó chọn k =1,4 => x = 8,81 8,8 kg/h Vậy lượng dầu cần cung cấp để đốt 85kg chất thải trong 1 giờ là: 8,8 kg. Vậy tổng lượng nhiệt ra khỏi lò là: QR = 308372 kcal/h Lượng nhiệt ra khỏi lò được chia cho hai buồng đốt (sơ cấp và thứ cấp). Vì ở buồng đốt sơ cấp cần phải chuyển chất thải rắn và ẩm thành khí nên cần nhiều nhiệt hơn so với buồng thứ cấp. Buồng đốt sơ cấp cần khoảng 80% lượng nhiệt . Buồng đốt thứ cấp cần khoảng 20% lượng nhiệt . Vậy lượng nhiệt cần tại buồng đốt sơ cấp là: 0,8QR = 246698 kcal/h và lượng nhiệt tại buồng đốt thứ cấp là: 0,2QR =61674 kcal/h 3.4.Lượng vật chất ra lò trong 1 giây. Với x = 8.81 kg/h thì khối lượng của các chất khí ra khỏi lò trong 1 giờ là: Bảng 3.4: lượng các chất khí ra khỏi lò. Chất đi ra Khối lượng (Kg/h) Số mol (Kmol/h) Chất đi ra Khối lượng (Kg/h) Số mol (Kmol/h) CO2 114,1692 2,5948 N2 503,123 17,9687 P2O5 0,1356 0,00095 O2 43,3945 1,3561 SO2 0,451 0,007 Hơi nước 79,4469 4,4137 NO 2,1270 0,0709 Tro 12,460 - HCl 0,0368 0,0010 Chất thải bệnh viện khi đốt sẽ tạo ra tro và bụi. Trong quá trình cháy bụi sẽ bị cuốn theo khói lò, ta giả thiết lương bụi ở trong khói chiếm 30% lượng tro. Khối lượng bụi là: 12,460* 0,3 = 3,738 kg/h Lượng tro xỉ còn lại là: 8,722 kg/h Từ bảng 3.3.2.d ta có tổng số mol khí và hơi sinh ra trong 1 giờ là: N = 26,4132 kmol/h. suy ra lưu lượng khí là:7,737.10-3 kmol/s, tương ứng với thể tích khí là: P.V = n.R.T => V = với n – số Kmol khí R – Hằng số khí T - Nhiệt độ (oK) P – Áp suất (atm) V – Thể tích khí sinh ra trong 1giây (m3) => V = m3 Lượng bụi bị khí kéo theo trong 1 giây là: 1,038.10-3 kg/s 3.5.Tính thể tích buồng đốt. 3.5.1. Tính thể tích buồng đốt chính (buồng sơ cấp). Thể tích buồng đốt sơ cấp có thể tính theo công thức: Trong đó: V - Thể tích buồng đốt sơ cấp (m3). Q – Nhiệt lượng sinh ra trong 1 giờ (kcal/h). q - Mật độ nhiệt thể tích buồng đốt (kcal/m3.h). Ngoài ra còn phải cộng thêm thể tích mà chất thải rắn chiếm chỗ và phải tính tới hệ số ảnh hưởng công suất và hệ số ảnh hưởng thời gian. -Chọn q theo bảng sau: Bảng 3.5.1: Mật độ thể tích q (kcal/m3.h). Dạng nhiên liệu Buồng đốt của lò nung Buồng đốt của lò sấy 103kcal/m3.h 103W/m3 103kcal/m3.h 103W/m3 Than củi 300 – 400 348 – 465 200 –250 232- 290 Than đá 230 - 450 290 - 523 250 - 300 290 - 348 Dầu 250 - 500 290 - 581 200 - 300 232 - 348 Khí đốt 200 - 350 230 - 407 200 - 250 232 - 290 Chọn mật độ thể tích của buồng đốt là 300.103 kcal/m3.h Trọng lượng riêng chất thải rắn nguy hại có giá trị trung bình từ 125 – 350 kg/m3, nên ta chọn r =130 kg/m3. Lượng chất thải cần xử lý tro