Đồ án Tính toán thiết kế lò đốt rác y tế cho bệnh viện đa khoa tỉnh Tây Ninh

uan tâm xử lý triệt để, nếu không đây sẽ là nguồn lây lan ra cộng đồng. Trong quá trình hoạt động của mình các cơ sở y tế tại tỉnh Tây Ninh đã thải ra khoảng 0,5 tấn/ngày chất thải rắn độc hại, và khoảng 1 tấn chất thải sinh hoạt. Qua việc lấy mẫu và phân loại chất thải y tế tại các bệnh viện và trung tâm yết tại tỉnh Tây Ninh nư Bệnh viện Đa Khoa Tây Ninh, Viện Quân Y Tây Ninh, Trung tâm phòng chống lao và Trung tâm Y tế Châu Thành cho thấy kết quả như sau: Bảng 3.7 : Thành phần nguy hại trong chất thải y tế STT Thành phần Tỷ lệ (%) 1 Chất hưu cơ 38,5 – 48 2 Nhựa Plastic, ống tiêm, vv... 18 – 25 3 Kim loại, vỏ hộp, kim tiêm vv... 2,0 – 2,8 4 Bệnh phẩm, bông băng, hoá chất và các chất thải nguy hại khác 22 – 28 5 Các chất thải vô cơ khác 0,5 – 4,1 (Nguồn: Trung Tâm Công Nghệ Môi Trường CEFINEA – Viện Môi Trường Và Tài Nguyên tháng 05 – 2001 ) Qua kết quả khảo sát thu thập số liệu tại 14 bệnh viện, cơ sở y tế của Trung Tâm Công Nghệ Môi Trường CEFINEA – Viện Môi Trường & Tài Nguyên tháng 05/2001 cho thấy: Tình hình thu gom và phân loại chất thải rắn y tế tại các cơ sở y tế , bệnh viện trong tỉnh khá tốt. Các chất thải rắn sinh ra được thu gom triệt để. Việc xử lý chất thải nguy hại trong chất thải rắn y tế hầu hết chưa thực hiện tốt. Hiện nay chỉ mới có một vài bệnh viện, cơ sở y tế như: Bệnh Viện Đa Khoa Tây Ninh, Trung tâm phòng chống lao, Trung tâm y tế Tân Châu, Trung tâm y tế Châu Thành, và Trung tâm y tế Bến Cầu là đã được trang bị lò đốt rác y tế. Còn các bệnh viện cơ sở y tế khác chưa được trang bị, nên lượng chất thải rắn y tế thu gom được chỉ sử dụng biện pháp chôn lấp để xử lý. Đây chính là mối nguy hại cho cộng đồng dân cư gần nơi chôn lấp, nếu mạch nước ngầm bị nhiễm bẩn. Chương 4 DỰ BÁO KHỐI LƯỢNG PHÁT SINH CHẤT THẢI RẮN Y TẾ CHO BỆNH VIỆN ĐA KHOA TÂY NINH ĐẾN 2020 4.1 Dự báo về phát triển dân số Mục tiêu phát triển dân số của tỉnh Tây Ninh là trong thập kỷ tới sẽ phấn đấu giảm tỷ lệ tăng dân số tự nhiên từ 2% năm 2000 xuống còn 1,5% trung bình trong 10 năm từ 2001 – 2010 (trong đó giai đoạn 2001 -2005 là 1,6%, và giai đoạn 2005 – 2010 là 1,4%). Và giai đoạn 2010 -2020 giảm tỷ lệ tăng tự nhiên xuống còn 1,3% năm. Trong đó tốc độ tăng dân số thành thị tính theo cư trú tăng đều theo thời gian . dự báo dân số thành thị năm 2000 là chiếm 16% tổng dân số toàn tỉnh Tây Ninh, năm 2005 chiếm 23% và 2010 chiếm 30%. Dự báo với tốc độ đô thị hoá nhanh như hiện nay, xu hướng dân cư chuyển dịch về các khu công nghiệp tập trung, các khu vực Thị trấn, Thị xã thì tới 2020 số dân thành thị sẽ chiếm 44% tổng dân số toàn tỉnh. 4.2 Dự báo về khối lượng chất thải rắn Tỉnh Tây Ninh đang trên đà phát triển, do vậy tuỳ theo từng ngành công nghiệp mà có các hệ số phát sinh chất thải rắn khác nhau. Để tính toán, dự báo tốc độ thải chất thải rắn từ các ngành công nghiệp, ta có thể tính toán dựa trên việc sử dụng hệ số thải chất thải rắn / số lượng sản phẩm sinh ra của ngành công nghiệp. Bảng 4.1 : Một số sản phảm chủ yếu tới năm 2010 Ngành nghề Đơn vị KH 2000 KH 2005 KH 2010 Bột khoai mì Tấn 85.000 95.000 110.000 Đường kết tinh Tấn 120.000 180.000 200.000 Sản phẩm cao su Tấn 12.000 27.000 75.000 Giày dép xuất khẩu 1000 đôi 5.000 15.000 65.000 Hàng may mặc 1000 sp 2.000 5.000 15.000 Săm Honda 1000 cái 8.000 25.000 85.000 Lốp Honda 1000 cái 1.750 4.000 12.000 Săm xe đạp 1000 cái 5.500 14.000 40.000 Lốp xe đạp 1000 cái 5.000 14.000 40.000 Gạch nung 1000 viên 46.000 70.000 92.500 Gạch bông, granito 1000 viên 270 400 540 Khai thác đá 1000 m3 180 280 410 Khai thác cát xây dựng 1000m3 120 220 350 (Nguồn: Trung tâm Công Nghệ Môi Trường CEFINEA – 06/2001) Nếu xét về số lượng thì ngành Mía đường đứng ở vị trí cao nhất trong việc phát sinh ra chất thải rắn công nghiệp, tiếp đến là ngành chế biến bột mì và cao su. Qua thống kê các kết quả dự báo cho thấy tại thời điểm năm 2000 thì tổng lượng chất thải rắn sinh ra trong toàn bộ các ngành công nghiệp là 959,824 tấn/năm, dự báo tới năm 2005 thì số này sẽ là 1,402,628 tấn/năm và tới năm 2010 sẽ là 1,624,377 tấn/năm. Đây quả là một con số không nhỏ, nếu lượng chất thải rắn này không được quan tâm xử lý thì đó là một nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng tới môi trường. 4.3 Dự báo về phát sinh chất thải rắn y tế Để có thể dự báo được lượng chất thải rắn y tế sinh ra, ta có thể tính toán dựa trên các hệ số có thể phát sinh chất thải rắn nguy hại và hệ số phát sinh chất thải rắn sinh hoạt trên mỗi giường bệnh. Trong quá trình chữa bệnh thì ngoài các chất thải y tế là bông băng, bệnh phẩm ra còn sinh ra một lượng rác sinh hoạt của chính bệnh nhân và người thăm nuôi. Căn cứ theo kinh nghiệm đã từng khảo sát tại bệnh viện và trung tâm y tế tại thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh khác nhau, cho thấy với mỗi giường bệnh hằng ngày thải ra một lượng chất thải rắn: Chất thải rắn y tế nguy hại: 0,25 kg/giường bệnh. Chất thải sinh hoạt: 0,3 kg/giường bệnh. Căn cứ vào số liệu rác thải y tế của tỉnh Tây Ninh vào năm 2000 toàn tỉnh Tây Ninh có 104 cơ sở y tế và 1.735 giường bệnh. Với phương hướng phát triển là tới năm 2005 toàn tỉnh Tây Ninh sẽ phát triển và giữ ổn định tại con số 1.085 giường bệnh (xem bảng 3.4) như vậy trong khoảng 5 năm thì giường bệnh tăng lên là 70. Giả sử số giường bệnh tăng là tuyến tính, nghĩa là tăng đều trong 5 năm. Khi đó mỗi năm số giường bệnh tăng thêm là 14 giường. Như vậy có thể tính toán được số lượng chất thải rắn sinh ra theo bảng dưới đây: Bảng 4.2 : Tính toán dự báo tốc độ thải bỏ rác tới năm 2020 Năm tính toán Số giường bệnh Hệ số rác NH (kg/giường. ngày) Hệ số rác SH (kg/giường. ngày) Rác y tế nguy hại (kg/năm) Lượng rác sinh hoạt (kg/năm) 2000 1.735 0,25 0,30 158.319 189.983 2001 1.749 0,25 0,30 159.596 191.516 2002 1.763 0,25 0,30 160.874 193.049 2003 1.770 0,25 0,30 162.151 194.582 2004 1.791 0,25 0,30 163.429 196.115 2005 1.805 0,25 0,30 164.706 197.648 2006 1.805 0,25 0,30 164.706 197.684 2007 1.805 0,25 0,30 164.706 197.648 2008 1.805 0,25 0,30 164.706 197.648 2009 1.805 0,25 0,30 164.706 197.648 2010 1.805 0,25 0,30 164.706 197.648 2011 1.805 0,25 0,30 164.706 197.648 2012 1.805 0,25 0,30 164.706 197.648 2013 1.805 0,25 0,30 164.706 197.648 2014 1.805 0,25 0,30 164.706 197.648 2015 1.805 0,25 0,30 164.706 197.648 2016 1.805 0,25 0,30 164.706 197.648 2017 1.805 0,25 0,30 164.706 197.648 2018 1.805 0,25 0,30 164.706 197.648 2019 1.805 0,25 0,30 164.706 197.648 2020 1.805 0,25 0,30 164.706 197.648 Tổng cộng 3.439.669 4.127.603 Trong đó: Hệ số rác NH = hệ số rác nguy hại sinh ra hằng ngày/giường bệnh Hệ số rác SH = Hệ số rác sinh hoạt sinh ra hằng ngày/giường bệnh Căn cứ vào tính toán dự báo sự biến đổi về khối lượng chất thải rắn y tế sinh ra trên toàn tỉnh ta nhận thấy: Tại thời điểm năm 2000 lượng chất thải rắn y tế nguy hại (bông băng, bệnh phẩm, kim tiêm vv ...) sinh ra là 158.319 kg/năm hay tương đương với 158,32 tấn /năm = 0,433 tấn/ngày. Đây là lượng chất thải rắn có tính nguy hại rất cao, nếu không được xử lý thật tốt nó sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới con người và môi trường, còn đối với lượng chất thải rắn sinh hoạt sinh ra thì được thu gom riêng và xử lý chung cùng với các loại rác thải sinh hoạt khác. Chương 5 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ LÒ ĐỐT RÁC Y TẾ CÔNG SUẤT 30KG/H CHO BỆNH VIỆN ĐA KHOA TỈNH TÂY NINH 5.1 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% Nhiệt trị thấp của dầu được xác định theo công thức của D.I.Mendeleev: Qtd = 339Cd + 1256Hd – 108,8(Od – Sd) – 25,1(Wd + 9Hd) (KJ/Kg) (5 -1) Nhiệt trị thấp của dầu DO: Qtd = 5.1.1 Hệ số tiêu hao không khí và lượng không khí cần thiết 5.1.1.1 Hệ số tiêu hao không khí () Hệ số tiêu hao không khí () là tỷ số giữa lượng không khí thực tế (L) và lượng không khí lý thuyết (L0) khi đốt cùng một lượng nhiên liệu: Theo Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp Tập I, giá trị () khi đốt dầu DO được cho ở bảng sau 5.1 Bảng 5.1: Hệ số tiêu hao không khí Dạng nhiên liệu và kiểu thiết bị đốt () Đốt củi trong buồng đốt cứng. Đốt than đá, than nâu trong buồng đốt thủ công. Đốt than đá, than nâu trong buồng đốt cơ khí. Đốt than bụi. Đốt dầu DO. Đốt khí bằng mỏ đốt không có phần hỗn hợp. Đốt khí bằng mỏ đốt có phần hỗn hợp. 1,25 – 1,35 1,50 – 1,80 1,20 – 1,40 1,20 – 1,30 1,10 – 1,20 1,10 – 1,15 1,05 (Nguồn: Hoàng Kim Cơ. Nguyễn Công Cần. Đỗ Ngân Thanh – Tính Toán Kỹ Thuật Lò Nhiệt Lò Công Nghiệp .T1) Chọn = 1,2. 5.1.1.2 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. Khi tính sự cháy của nhiên liệu 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 5.2: 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 86,3 12 7,192 H 10,5 2 5,25 O 0,3 32 0,00938 N 0,3 28 0,0107 S 0,5 32 0,0156 A 0,3 - - W 1,8 18 0,1 Tổng 100 Các phản ứng cháy xảy ra khi đốt dầu DO: C + O2 = CO2 H + 1/2O2 = H2O S + O2 = SO2 N2 = N2 H2O = H2O Theo thành phần sử dụng và các phản ứng cháy, được kết quả sau: Bảng 5.3: Lượng không khí cần thiết để đốt 100 kg dầu DO. Nhiên liệu Không khí Thành phần Hàm lượng % Khối lượng (kg) Phân tử lượng Lượng mol (Kmol) O2 (Kmol) N2 (Kmol) Tổng Kmol n.m3 C 86,3 86,3 12 7,192 7,192 9,842 x 3,762 9,842 + 37,02 46,867 x 22,4 H 10,5 10,5 2 5,25 2,625 S 0,5 0,5 32 0,0156 0,0156 O 0,3 0,3 32 0,00938 - N 0,3 0,3 28 0,0107 0,00938 W 1,8 1,8 18 0,1 - A 0,3 0,3 - - - Tổng 100 100 9,842 37,02 46,867 1049,83 Lượng không khí thực tế cần thiết: Với = 1 L0 = 1049,83 (m3) Lượng không khí thực tế xác định theo công thức : L = x L0 = 1,2 x 1049,83 = 1259,796 (m3) (5 -2) Trong đó = 1,2 : hệ số tiêu hao không khí. 5.1.2 Xác định lượng và thành phần của sản phẩm cháy 5.1.2.1 Thành phần và lượng sản phẩm cháy Thành phần và lượng sản phẩm cháy khi đốt 100 kg dầu DO cho ở bảng sau: Bảng 5.4: Thành phần và lượng sản phẩm cháy khi đốt 100 kg dầu DO. Thành phần Từ không khí Sảnphẩm cháy Tổng cộng Kmol n.m3 % CO2 - 7,192 7,192 161,1 12,225 H2O - 5,25 5,25 117,6 8,924 SO2 - 0,0156 0,0156 0,35 0,026 O2 11,802 - 1,96 43,904 3,332 N2 44,399 0,0107 44,41 994,784 75,492 Tổng 12,47 58,83 1317,74 100 5.1.2.2 Xác định khối lượng riêng của sản phẩm cháy Khối lượng riêng của sản phẩm cháy được xác định ở điều kiện chuẩn: CO2, H2O, SO2, O2, N2 là số mol các khí trong thành phần của sản phẩm cháy. 5.2 Tính toán sự cháy của rác 5.2.1 Xác định nhiệt trị của rác Nhiệt trị của rác tính theo Medeleev: Qtr = 339C + 1256H – 108,8(O- S) – 25,1(W + 9H) (5 – 4) = 339 x 50,85 + 1256 x 6,71 – 108,8x( 19,15 – 2,71) – 25,1x(1,5 + 9x6,71) = 22323,8 (KJ/Kg). 5.2.2 Hệ số tiêu hao không khí () và lượng không khí cần thiết 5.2.2.1 Chọn hệ số tiêu hao không khí Hệ số tiêu hao không khí là tỉ số giữa lượng không khí thực tế Lvà lượng không khí lý thuyết L0 khi đốt cùng một lượng nhiên liệu. Theo kinh nghiệm thực tế đối với trường hợp đốt rác thải y tế thì nên chọn hệ số tiêu hao không khí =1,20. 5.2.2.2 Xác định lượng không khí cần thiết khi đốt cháy 100 kg rác y tế 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 5.5 : 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 H O N Ca P S Cl A W 50,85 6,71 19,15 2,75 0,1 0,08 2,71 15,1 1,05 1,5 50,85 6,71 19,15 2,75 0,1 0,08 2,71 15,1 1,05 1,5 12 2 32 28 40 15 32 71 - 18 4,2375 3,355 0,598 0,0982 0,00025 0,0053 0,0846 0,2126 - 0,0833 Tổng 100 100 - - Các phản ứng đốt cháy: 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 Theo các phản ứng, tính được lượng không khí cần để đốt 100 kg rác trong bảng 5.6 Bảng 5.6 : lượng không khí cần thiết để đốt 100 kg rác Rác Không khí Thành phần Hàm lượng % Khối lượng (Kg) Phân tử lượng (g) Lượng mol (Kmol) O2 (Kmol) N2 (Kmol) Tổng cộng Kmol n.m3 C 50,85 50,85 12 4,2375 4,2375 5,408 x 3 ,762 5,408 + 20,344 25,752 x 22,4 H 6,71 6,71 2 3,355 1,6775 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 - - 5,408 20,344 25,752 576,84 Lượng không khí theo lý thuyết: L0 = 576,84 (m3). Lượng không khí thực tế: L = x L0 = 576,84 x 1,2 = 692,2 (m3) (5 – 5) = 1,2 : hệ số tiêu hao không khí khi đốt rác. 5.2.3 Xác định lượng và thành phần sản phẩm cháy 5.2.3.1 Thành phần và lượng sản phẩm cháy Bảng 5.7: Thành phần và lượng sản phẩm cháy khi đốt 100 kg rác. Thành phần Từ không khí (Kmol) Sản phẩm cháy (Kmol) Tổng cộng Kmol n.m3 % thể tích CO2 - 4,2375 4,2375 94,92 12,732 H2O 0,0833 3,355 3.438 77,0112 10,33 SO2 - 0,0846 0,0846 1,895 0,254 HCl - 0,4252 0,4252 9,5244 1,278 N2 23,9353 24,0335 24,0335 538,35 72,211 CaO - 0,00025 0,00025 0,0056 0,00075 P2O5 - 0,00265 0,00265 0,05936 0,0079 O2 6,34 – 5,302 - 1,0604 23,753 3,186 Tổng 25,6013 32,744 33,2821 745,52 100 5.2.3.2 Xác định khối lượng riêng của sản phẩm cháy Khối lượng riêng của sản phẩm cháy được xác định ở điều kiện tiêu chuẩn: (5 - 6) 5.3 Xác định nhiệt độ thực tế và tính cân bằng nhiệt của lò 5.3.1 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; hàm nhiệt tổng được xác định theo công thức: Trong đó: Qtd: nhiệt trị thấp của dầu DO, Qtd = 40048,33 kJ/kg V : thể tích sản phẩm cháy khi đốt 1 kg dầu DO, V = 13,1774 nm3. (5 – 7) Theo phụ lục II Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp T1 và bảng 4.3 ( thành phần sản phẩm cháy của dầu DO). Xác định được i1, i2 ứng với giá trị t1, t2 : Giả thiết nhiệt độ cháy lý thuyết của lò: t1 = 1800oC < tlt < t2 = 1900oC Ứng với t1 = 1800oC: Ứng với t2 = 1900oC: CO2, H2O, O2, N2, SO2 lần lượt là % trọng lượng sản phẩm cháy khi đốt dầu DO.Theo kết quả: i1800< < i1900, giả thiết về nhiệt độ cháy lý thuyết phù hợp và nhiệt độ lý thuyết được xác định theo công thức: (5 -8) Vậy nhiệt độ cháy lý thuyết của lò: tlt = 1859,3oC ≈ 1860oC 5.3.2 Xác định nhiệt độ thực tế của lò Nhiệt độ thực tế của lò được xác định theo công thức: ttt = çtt x tlt Trong đó: çtt : hệ số tổn thất hàm nhiệt của sản phẩm cháy, theo bảng 1 – 9 sách Tính Toán Kỹ Thuật Nhiệt Lò Công Nghiệp T1, çtt = 0,6 – 0,83; chọn çtt = 0,6. Nhiệt độ thực tế của lò: ttt = 0,6 x 1860 = 1116 oC. (5 – 9) 5.3.3 Tính cân bằng nhiệt và lượng nhiên liệu tiêu hao 5.3.3.1 Mục đích tính cân bằng nhiệt Đánh giá chất lượng làm việc của thiết bị qua việc xác định các tham số. Xác định lượng nhiên liệu tiêu hao. 5.3.3.2 Tính cân bằng nhiệt a) Nhiệt thu: Nhiệt do cháy dầu DO: Q1 = Bd x Qtd (W) (5 - 10) Trong đó: Bd : lượng nhiên liệu tiêu hao (kg/s). Qtd = 40048,33 (kJ/kg) = 40048,33.103 (J/kg): nhiệt trị thấp của dầu DO. Do đó : Q1 = 40048,33.103 x Bd (W). Nhiệt do cháy rác: Q2 = Br x Qtr = 0,00833 x 22323,8 = 185,957 (kJ/s) (5 – 11) Br = 30 (kg/h) = 0,00833 (kg/s): lượng rác đốt trong lò. Qtr = 22323.8 (kJ/kg): nhiệt trị thấp của rác. b) Nhiệt chi: Nhiệt lượng để đốt cháy rác: Do thành phần của rác y tế 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 thì rác y tế 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 800oC: Q3 = Br x Qcr = 0,00833 x 22,44.106 = 186925,2 (W) (5 – 12) Nhiệt lượng mất do sản phẩm cháy khi đốt 1 kg dầu DO: Tại buồng sơ cấp, rác cháy ở 800oC: Q4 = v x Bd x Ck x tk0 (W) (5 -13) v = 13,1774 (n.m3): lượng sản phẩm cháy khi đốt 1 kg dầu DO. 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. Q4 = 13,1774 x 1194,214.103 x Bd= 15736635,56 Bd (W) (5 – 14) Nhiệt lượng mất do dẫn nhiệt qua nóc, tường, đáy lò, khe hở… Nhiệt lượng mất phụ thuộc vào thể tích, vật liệu xây lò…Thường chiếm 10% nhiên liệu tiêu hao lò. Q5 = 10%(185957 + 40048330.Bd) (5 -15) Nhiệt lượng mất do cháy không hoàn toàn: 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 là 12,14 kJ/n.m3 . Gọi P là phần sản phẩm chưa cháy ( P = 0,005 – 0,03), chọn P = 0,03. Q6 = P x Br x vr x 12,14.103 (5 – 16) = 0,03 x 0,00833 x 7,4552 x 12140 x 103 = 22617,48 (W) vr = 7,4552 (m3) : lượng sản phẩm cháy khi đốt 1 kg rác. 5.3.3.3 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. Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + Q5 +Q6 (5 – 17) → 40048,33.103Bd + 185957 = 186925,2 + 15736635,56Bd + 0,1(185957 + 40048330.Bd) + 22617,48 → Bd = 0,002 ( kg/s) = 7,2 (kg/h) Hệ số sử dụng nhiên liệu có ích: Hệ số sử dụng nhiên liệu có ích được xác định theo công thức: (5 – 18) Trong đó: Q1 : nhiệt lượng thu được do cháy dầu Q1 = Bd x Qtd = 0,002 x 40048,33.103 = 80096,66 (W) Bd = 0,002 (kg/s): lượng nhiên liệu tiêu hao. Qtd = 40048,33.103 (J/kg): nhiệt trị thấp của dầu. Q2 = 185957 (J/s): lượng nhiệt sinh ra do cháy rác. Q3 = 186925,2 (W): nhiệt chi để cháy rác ở buồng sơ cấp. Do đó: Suất tiêu hao nhiệt : (5 – 19) G = 0,00833 (kg/s): công suất lò. 5.3.4 Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn (5 -20 ) 5.3.5 Xác định kích thước buồng sơ cấp Kích thước lò được xác định gồm: tính thể tích buồng đốt và diện tích mặt ghi. 5.3.5.1 Xác định thể tích buồng đốt Thể tích buồng được xác định theo công thức (5 – 21) Qtd = 40048,33 (kJ/kg): nhiệt trị thấp của dầu. Qtr = 22323,8 (kJ/kg): nhiệt trị thấp của rác. Bd = 7,2 (kg/h): 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). 5.3.5.2 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: (5 – 22) 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. B = 7,2 + 0,9359 30 = 35,28 (kg/h) (5 – 23) Vậy : Diện tích mắt gió trên ghi lấy bằng 40% tổng diện tích ghi, diện tích ghi: F = 0,4 x 0,3528 + 0,3528 = 0,494 (m2) (5 – 24) Nếu thiết kế ghi hình vuông thì cạnh ghi: (5 – 25) 5.3.5.3 Xác định kích thước buồng đốt V = L x B x H = 1,65 (m2) (5 – 26) Chọn : L = 1,4 m B = 1,1 m H = 1,1 m 5.3.6 Tính thiết bị đốt 5.3.6.1 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 hoàn toàn nhiên liệu cần biến dầu thành các hạt nhỏ gọi là bụi dầu. Chất biến dầu thành bụi thường là không khí được cấp từ quạt ly tâm cao áp. Chất biến bụi có áp cao tác động đến dầu, phá vỡ độ bền vững của dầu và biến dầu thành các hạt nhỏ li ti. Bụi dầu trước khi cháy thành ngọn lửa phải đi qua các giai đoạn: Hoà trộn giữa bụi dầu và ôxi của không khí thành hỗn hợp. Hỗn hợp được sấy nóng và bụi dầu bốc hơi. Phân hủy các hợp chất hydrocacbon. 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 liệu tốt thì hỗn hợp được sấy nóng nhanh, dầu bốc hơi tốt và quá trình cháy xảy ra nhanh. Hạt dầu càng nhỏ, thời gian sấy ngắn, bốc hơi càng nhanh thì sự cháy xảy ra càng nhanh. Khi cháy, có sự phân hủy các hợp chất hydrocacbon nên có các hạt muội than. Để đốt cháy nhiên liệu dạng lỏng, thiết bị hay dùng là béc phun( mỏ phun). Béc phun biến dầu thành các hạt nhỏ li ti để đưa vào lò. Béc phun được chia làm 2 loại: béc phun thấp áp vá cao áp. Đặc tính của hai loại béc phun này được trình bày trong bảng sau: Bảng 5.8 : 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 1) Không khí nén 2) Hơi nước Áp suất của chất biến bụi (KN/m2) 2,95 – 8,8 1) Không khí nén: 90 - 780 2) Hơi nước: 590 – 1780 Lượng chất biến bụi(không khí)% của tổng lượng không khí cần đốt cháy nhiên liệu... 100 7 -12 Nhiệt độ nung không khí 0C 300 Không hạn chế Lượng chất biến bụi cho 1 Kg dầu (Kg) - 1) Không khí: 0,6 2) 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 Đối với lò đốt công suất 30 kg/h, dùng béc phun thấp áp. 5.3.6.2 Tính thiết bị đốt Nhiệt độ không khí: t = 27 0C. Áp suất không khí trước béc phun: h0 = 4,9 kN/m2. Lượng không khí dùng để đốt hoàn toàn nhiên liệu DO: Ln = 13,58 kg/kg. Áp suất môi trường lò: Pmt = 99,2 kN/m2 ( làm việc ở áp suất khí trời). a) Tính áp suất thực tế ban đầu của khí: Do không khí chuyển động trong ống dẫn có mất năng lượng, khoảng 10% áp suất không khí, cho nên trước béc phun áp suất thực tế là: ht = K x h0 = 0,9 x 4,9 = 4,41 (kN/m2) (5 – 27) K: hệ số tính đến hệ số tổn thất áp suất của không khí trong ống dẫn. Tính đến khắc phục trở lực của môi trường để không khí chuyển động thuận lợi, áp suất ban đầu của không khí: Pđ = Pmt + ht = 99,2 + 4,41 = 103,61(kN/m2) (5 – 28) Với áp suất ban đầu này có thể coi không khí chuyển động bị nén và tốc độ chuyển động của không khí: (5 – 29) R = 288 Nm/kg.oK: hằng số khí. Tkk : nhiệt độ ban đầu của không khí. b) Tính tiếp diện miệng ra của ống dẫn khí: (5 – 30) G2: lượng không khí cần đốt cháy nhiên liệu (kg/s). G2 = G1 x L = 0,002 x 13,58 = 0,027 (kg/s) (5 – 31) : khối lượng riêng của không khí (kg/m3) (5- 32) w2 = 85,76 (m/s): tốc độ của không khí. Vậy : c) Tính tiếp diện miệng ra của ống dẫn dầu: (5 - 33) G1 = 0,002 (kg/s): lượng dầu tiêu hao. w1 = 1 (m/s): tốc độ của dầu. = 900 (kg/m3): khối lượng riêng của dầu. d) Đường kính miệng ra của ống dẫn dầu và khí: Đường kính miệng ra ống dẫn dầu: (5 – 34) Chọn d1 = 2mm. Ống dẫn có thành dày 1mm, đường kính ngoài của ống là 4mm và tiếpdiện F1 = 12,56mm2. Đường kính miệng ra của ống dẫn khí: (5 – 35) Lấy d2 = 19 (mm) 5.4 Tính toán buồng đốt thứ cấp 5.4.1 Xác định lưu lượng và thành phần dòng vào Dòng khí vào buồng thứ cấp bao gồm sản phẩm đốt dầu và sản phẩm cháy khi đốt rác ở buồng sơ cấp. Lưu lượng dòng vào: Qv = Qd + Qr (m3/s) (5- 36) (5 – 37) Qv = 0,0264 + 0,0621 = 0,0885 (m3/s) (5 – 38) Xác định thành phần và lưu lượng dòng vào buồng đốt thứ cấp theo bảng 5.4 và 5.7 Bảng 5.9: 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 n.m3/s % CO2 1,4384.10-4 3,531.10-4 4,97.10-4 0,0111 12,514 H2O 1,05.10-4 2,865.10-4 3,915.10-4 8,77.10-3 9,887 SO2 3,12.10-7 7,05.10-6 7,362.10-6 1,65.10-4 0,186 O2 3,92.10-5 8,836.10-5 1,275.10-4 2,857.10-3 3,221 N2 8,882.10-4 2.10-3 2,888.10-3 0,065 72,28 HCl - 3,543.10-5 3,543.10-5 7,936.10-4 0,894 CaO - 2,083.10-8 2,083.10-8 4,666.10-7 5,26.10-4 P2O5 - 2,208.10-7 2,208.10-7 4,946.10-6 5,576.10-3 Tổng 1,176.10-3 2,77.10-3 3,95.10-3 0,0887 100 5.4.2 Tính cân bằng nhiệt và lượng nhiên liệu tiêu hao 5.4.2.1 Tính cân bằng nhiệt a) Nhiệt thu: Nhiệt cháy do dầu DO Q1 = B x Qtd = 40048330.B (W) (5 – 39) B: lượng dầu tiêu hao (kg/s). Nhiệt do các sản phẩm cháy không hoàn toàn ở buồng sơ cấp Q2 = 22617,48 (W) b) Nhiệt chi: Nhiệt để nung sản phẩm của buồng sơ cấp Lượng nhiệt cần cung cấp để nung sản phẩm từ buồng sơ cấp từ 800oC lên 1200oC: (5 – 40) v = 0,0887 m3/s): lưu lượng dòng vào buồng đốt thứ cấp. : hàm nhiệt trung bình của dòng khí