Luận văn Nghiên cứu và mô phỏng hệ thống xử lý khí thải trong quá trình thiêu xác gia cầm bằng phần mềm Ansys Fluent (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu và mô phỏng hệ thống xử lý khí thải trong quá trình thiêu xác gia cầm bằng phần mềm Ansys Fluent (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN LÊ QUỐC KHÁNG NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI TRONG QUÁ TRÌNH THIÊU XÁC GIA CẦM S K C 0 0 3 9 5 9 BẰNG PHẦN MỀM ANSYS FLUENT NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC 0 0 3 8 1 8 Tp. Hồ Chí Minh, 2012
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN LÊ QUỐC KHÁNG NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI TRONG QUÁ TRÌNH THIÊU XÁC GIA CẦM BẰNG PHẦN MỀM ANSYS FLUENT NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY – 10.025.204.013 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN LÊ QUỐC KHÁNG NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI TRONG QUÁ TRÌNH THIÊU XÁC GIA CẦM BẰNG PHẦN MỀM ANSYS FLUENT NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY - 10.025.204.013 Hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THANH HÀO Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyễn Lê Quốc Kháng Giới tính: Nam. Ngày, tháng, năm sinh: 20/07/1981 Nơi sinh: Sóc Trăng. Quê quán: Sóc Trăng Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 448/14 Quốc Lộ 1, Phường 2, TP. Sóc Trăng, Sóc Trăng. Điện thoại nhà riêng: 0793.610611 E-mail:nguyenquockhanhst44@yahoo.com.vn II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Tại chức Thời gian đào tạo từ 09/2000 đến 05/2005 Nơi học (trường, thành phố): ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh. Ngành học: KTCN III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2005 đến nay Trường THPT Hoàng Diệu – Sóc Trăng. Giáo viên Trang i
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2012 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang ii
6. LỜI CẢM TẠ Trước hết chân thành cảm ơn quý thầy trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM đã nhiệt tình giảng dạy trong suốt thời gian học vừa qua tại trường. Nhất là những thầy trong khoa Cơ khí Chế tạo máy đã cung cấp cho tôi những kiến thiết chuyên môn cần thiết cho tôi hoàn thành luận văn. Đặc biệt xin cảm ơn TS. Nguyễn Thanh Hào trường Đại học Công nghiệp TP.HCM đã tận tình hướng dẫn trong suốt thời gian làm luận văn. Thầy đã chuyền đạt những kiến thức chuyên môn và những tài liệu tham khảo hữu ích cho việc hoàn thành luận văn của mình. Xin chân thành cảm ơn các bạn cùng lớp đã đưa ra những ý kiến đóng góp, ổ trợ phương tiện cần thiết thực hiện luận văn. Một lần nữa xin cảm ơn tất cả! TP.HCM, tháng 10 năm 2012. Người thực hiện Nguyễn Lê Quốc Kháng. Trang iii
7. TÓM TẮT LUẬN VĂN. Luận văn đề cập đến việc xây dựng mô hình tính toán và ứng dụng phần mềm ANSYS FLUENT trong mô phỏng quá trình xử lý khí thải bên trong tháp hấp thụ. Phương pháp mô phỏng này dựa trên cơ sở tình toán kết quả xử lý khí thải, Code Matlab và kết quả mô phỏng trên ANSYS FLUENT. Kết quả tính toán chính là nồng độ các khí thải SO2, NO2, CO2 trong quá trình thiêu đốt xác gia cầm sinh ra được xử lý bằng phương pháp hấp thụ với chất hấp thụ được sử dụng là Ca(OH)2. Các kết quả tìm được, đem phân tích đối chiếu với kết quả tính toán, Code Matlab và kết quả mô phỏng trên ANSYS FLUENT. Kết quả phân tích góp phần quan trọng trong việc tính toán và tối ưu hóa hệ thống. ABSTRACT The thesis refers to the formation of computational models and ANSYS FLUENT sofware application in simulation of the exhaust fumes treatment process in the obsorption tower. This simulation method based on the calculation of CODE MATLAB exhaust fumes treatment results and ANSYS FLUENT simulation results. The calculation result is the concentration of the exhaust fumes SO2, NO2, CO2 born in the scorching process of identify birds and handled by the absorbing method that their absorbent is Ca(OH)2. The search results are analysed and compared with CODE MATLAB calculation results and ANSYS FLUENT simulation results. Analysis result played a key part to the calculation and optimization of the system. Trang iv
8. MỤC LỤC: Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục v Danh sách các chữ viết tắt x Danh sách các bảng xii Danh sách các hình xiv Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố. 1 1.1.1 Nghiên cứu nước ngoài 1 1.1.1.1 Hệ thống xử lý nhiều tầng 1 1.1.1.2 Phương pháp loại bỏ SOx và NOx từ hệ thống lò đốt 2 1.1.2 Các nghiên cứu trong nước 4 1.1.2.1 Lò đốt và xử lý khói thải lò đốt chất thải nguy hại 4 1.1.2.2 Lò đốt rác y tế 6 1.1.3 Các vấn đề khoa học còn tồn tại cần nghiên cứu để giải quyết hiện nay 8 1.2 Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 8 1.3 Xác định mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tượng nghiên cứu 9 1.4 Xác định nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài 9 1.5 Phương pháp nghiên cứu 9 1.6 Kế hoạch thực hiện 10 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KHÍ THẢI 11 2.1 Xử lý khí và hơi bằng phương pháp thiêu hủy 11 2.1.1 Thiêu hủy bằng nhiệt 11 Trang v
9. 2.1.2 Thiêu hủy bằng phương pháp hóa học 11 2.1.3 Thiêu hủy bằng phương pháp đốt 11 2.1.3.1 Đốt không có chất xúc tác 12 2.1.3.2 Đốt có chất xúc tác 12 2.2 Phương pháp ngưng tụ 12 2.3 Xử lý hơi và khí thải bằng phương pháp hấp phụ 13 2.3.1 Khái quát về hiện tượng hấp phụ 13 2.3.1.1 Hấp phụ vật lý 14 2.3.1.2 Hấp phụ hóa học 14 2.3 Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ 15 2.3.1 Nguyên lý phương pháp hấp thụ 15 2.3.1.1 Hấp thụ vật lý 15 2.3.1.2 Hấp thụ hóa học 17 2.3.1.2.1 Sự chuyển chất trong quá trình hấp thụ 17 2.3.1.2.2 Cân bằng pha trong hệ khí – lỏng 18 Chƣơng 3: CHẤT HẤP THỤ TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BẰNG PHƢƠNG PHÁP HẤP THỤ 20 3.1 Đối với NOX 20 3.1.1 Hấp thụ NOX bằng than hoạt tính 20 3.1.2 Hấp thụ NOX bằng silicagen 20 3.1.3 Hấp thụ NOX bằng keo nhôm 20 3.1.4 Hấp thụ NOX bằng than bùn có tính kiềm trong thiết bị tầng sôi 21 3.1.5 Hấp thụ NOx bằng amoni cacbonat 21 3.1.6 Hấp thụ NOx bằng nước 21 3.1.7 Hấp thụ khí NOx bằng kiềm 22 3.2 Đối với khí SO2 22 3.2.1 Hấp thụ khí SO2 bằng nước 22 3.2.2 Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch soda 23 3.2.3 Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch amoniac 23 3.2.4 Hấp thụ khí SO2 bằng các amin thơm 24 3.2.5 Hấp thụ đồng thời khí SO2 và NOx bằng NaOH và Na2CO3 24 3.3 Đối với khí CO2 25 Trang vi
10. 3.3.1 Hấp thụ khí CO2 bằng các dung dịch etanolamin 25 3.3.2 Hấp thụ khí CO2 bằng dung dịch amoniac 25 3.3.3 Hấp thụ khí CO2 bằng dung dịch kiềm 26 3.3.4 Hấp thụ khí CO2 bằng nước 26 3.4 Đối với CO 27 Chƣơng 4: TÍNH HỆ THỐNG XỬ LÝ BẰNG PHƢƠNG PHÁP HẤP THỤ 29 4.1 Công suất và thành phần cần thiêu hủy 29 4.2 Tính toán lượng vật chất vào lò và ra khỏi lò. 29 4.2.1 Cân bằng vật chất. 29 4.2.1.1 Lượng vật chất cấp vào lò 30 4.2.1.1.1 Lượng không khí nạp vào lò 31 4.2.1.1.2 Tổng lượng vật chất vào lò 34 4.2.1.2 Lượng vật chất ra khỏi lò 34 4.2.2 Cân bằng nhiệt lượng 35 4.2.2.1 Nhiệt lượng đưa vào lò 36 4.2.2.2 Cân bằng nhiệt lượng ra khỏi lò 38 4.3 Tính toán thiết kế tháp hấp thụ 40 4.4 Kết quả code matlab 44 Chƣơng 5: MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BÊN TRONG THÁP HẤP THỤ 45 5.1 Mô hình hóa hệ thống. 45 5.2 Mô tả bài toán và điều kiện biên. 46 5.2.1 Mô tả bài toán. 46 5.2.2 Điều kiện biên 47 5.2.2.1 Điều kiện biên vận tốc vào 47 5.2.2.2 Điều kiện biên áp suất ra 48 5.3 Sử dung CFD trên ANSYS FLUENT mô phỏng quá trình xử lý bên trong tháp hấp thụ. 48 5.3.1 Chia lưới tháp hấp thụ 48 5.3.2 Thiết lập điều kiện mô phỏng 50 5.3.2.1 Thiết lập điều kiện vận tốc khí thải vào 50 5.3.2.2 Thiết lập điều kiện biện vận tốc chất hấp thụ 51 Trang vii
11. 5.3.3 Kết quả ảnh hưởng của vận tốc đến quá trình hấp thụ 51 Chƣơng 6: KẾT LUẬN ĐÁNH GIÁ 54 6.1 Kết quả xử lý 54 6.2 Kết luận 55 PHỤ LỤC Chƣơng 4 TÍNH HỆ THỐNG XỬ LÝ BẰNG PHƢƠNG PHÁP HẤP THỤ 57 1 Tính toán tháp làm nguội 57 2 Tính toán thiết kế xiclon 61 3 Tính toán thiết kế ống khói 63 4 Tính toán chọn bơm dung dịch Ca(OH)2 65 5 Tính toán chọn bơm nước vào tháp làm nguội 67 6 Tính toán quạt hút 70 6.1 Tính quạt hút 1 70 6.2 Tính quạt hút 2 74 7 Tính toán các thiết bị phụ 76 7.1 Lưới đỡ đệm 76 7.2 Chọn vật liệu 77 7.3 Tính bích 77 7.4 Tính chân đỡ 79 8 Kiểm tra bằng Code Matlab 80 PHỤ LỤC Chƣơng 5: MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BÊN TRONG THÁP HẤP THỤ 93 5.1 Mô hình hóa hệ thống 93 5.1.1 Mô hình chi tiết tháp hấp thụ 93 5.1.2 Xuất bản vẽ sang file SAT 93 5.2 Mô phỏng bằng ANSYS FLUENT 93 5.2.1 Khởi động chương trình ANSYS FLUENT 93 5.2.2 Mô hình số (Geometry) 94 5.2.3 Chia lưới 94 5.2.4 Tiến hành mô phỏng (Setup) 96 5.2.4.1 Phần cài đặt 96 5.2.4.2 Phần Solution 102 Trang viii
12. 5.2.4.3 Phần Results 104 5.2.4.4 Tháp đường kính 780mm cao 2500mm vận tốc khí bên trong tháp vtháp=1,2m/s 104 5.2.4.5 Tháp đường kính 850mm cao 2800mm vận tốc khí bên trong tháp vtháp=1,0m/s 110 5.2.4.6 Tháp đường kính 950mm cao 3200mm vận tốc khí bên trong tháp vtháp=0,8m/s 115 5.2.4.7 Tháp đường kính 1100mm cao 3700mm vận tốc khí bên trong tháp vtháp=0,6m/s 120 5.2.5 Kết quả mô phỏng 3 chiều 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO 127 Trang ix
13. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT KÝ HIỆU CÁCH VIẾT ĐẦY ĐỦ 1 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 2 DO Diesel Oil (Dầu diesel) 3 QCVN Quy chuẩn Việt Nam Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công 4 QCVN 24:2009/BTNMT nghiệp Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải lò đốt chất 6 QCVN 02:2008/BTNMT thải y tế 7 NXB Nhà xuất bản 8 ĐHQG Đại học Quốc gia 9 ĐHBKTPHCM Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh 10 Gv Lượng vật chất nạp vào lò 11 GCT Lượng xác gia cầm tiêu hủy 12 GD Lượng dầu DO nạp vào lò 13 Gkk Lượng không khí nạp vào lò G 14 O2lt Lượng oxi lý thuyết 15 GKKTT Lượng không khí tính toán 16 O2 Khối lượng riêng của Oxi 17 kk Khối lượng riêng của không khí 18 GAM,KK Lượng ẩm có trong không khí 19 GKKAm,TT Lượng không khí ẩm tính toán 20 QCT Nhiệt lượng do xác gia cầm đưa vào lò 21 QD Nhiệt lượng do dầu DO mang vào 22 QKK Nhiệt lượng do không khí đưa vào lò 23 QAM Nhiệt lượng do ẩm không khí mang vào lò C 24 Q CT Nhiệt lượng do chất thải cháy 25 Nhiệt lượng do nhiên liệu cháy 26 Qkhoi Nhiệt lượng của khói mang đi 27 Qtro Nhiệt lượng của tro xỉ 28 Qhoi Nhiệt lượng của hơi nước 29 QMo Nhiệt lượng mất mát do mở cửa lò đốt 30 QT Nhiệt lượng mất mát do tường lò 31 Cd Nhiệt dung riêng của dầu DO 32 td Nhiệt độ của dầu DO 33 Chn Nhiệt dung riêng của hơi nước 34 r Nhiệt ẩn hóa hơi c 35 qd Nhiệt trị thấp của dầu DO 36 Gbui Khối lượng bụi 37 Gtro Khối lượng tro 38 Gk Khối lượng khói 39 Lk Lưu lượng khói 40 D1ln Đường kính của tháp làm nguội 41 H1ln Chiều cao phần hình trụ của tháp làm nguội 42 h1ln Chiều cao chóp trên của tháp làm nguội Trang x
14. 43 dk Đường kính ống khói 44 vk Vận tốc trong ống khói 45 h2ln Chiều cao chóp đáy tháp 46 Gn Khối lượng nước làm nguội 47 dnln Đường kính ống dẫn nước vào tháp làm nguội 48 vnln Vận tốc nước trong ống 49 dvln Đường kính lỗ vòi phun nước 50 dxln Đường kính ống xả nước về bể 51 D1ht Đường kính tháp hấp thụ 52 H1ht Chiều cao phần hình trụ của tháp hấp thụ 53 h1ht Chiều cao chóp trên của tháp hấp thụ 54 h2ht Chiều cao nắp đáy của tháp hấp thụ Đường kính ống dẫn dung dịch Ca(OH)2 vào tháp 55 d ddht hấp thụ 56 dxddht Đường kính ống xả dd Ca(OH)2 về bể Vận tốc dung dich Ca(OH)2 trong đường ống xả 57 v xht của tháp hấp thụ 58 Hh,ô Chiều cao hình học của đường ống hút 59 Hđ,ô Chiều cao hình học của đường ống đẩy 60 hh,ô Tổn thất áp suất trên đường ống hút 61 hđ,ô Tổn thất áp suất trên đường ống đẩy 62 hf Tổn thất áp suất của vòi phun 63 Pm,h Trở kháng ma sát trên đường ống hút 64 Pm,d Trở kháng ma sát trên đường ống đẩy 65 Pc,h Trở kháng cục bộ trên đường ống hút 66 Pc,d Trở kháng cục bộ trên đường ống đẩy 67 Pms Trở lực ma sát trong ống dẫn khói 68 Pcb Trở lực cục bộ trong ống dẫn khói 69 CMA Calcium Magie Acetate 70 KPH Không phát hiện 71 CR Nồng độ hơi ở đầu ra 72 Co Nồng độ hơi ban đầu 73 mi Khối lượng của chất i được ngưng tụ 74 Mi Phân tử lượng của chất 75 VR Lưu lượng khí ở đầu ra 76 Vo Lưu lượng khí ở đầu vào 77 x Nồng độ của các chất khí hoặc hơi trong chất lỏng 78 T Nhiệt độ làm việc 79 S Diện tích tiếp xúc giữa hai pha 80 P Áp suất riêng phần của hơi hoặc khí trong pha khí Hệ số khuếch tán của chất được hấp thụ trong pha 81 k D lỏng 82 A Hằng số 83 R Hằng số khí = 8,31 kJ/kmol.độ 84 H Nhiệt hòa tan của khí 85 Kcb Hằng số cân bằng Trang xi
15. PHỤ LỤC: DANH SÁCH CÁC BẢNG. BẢNG Trang Bảng 1.1: Các yêu cầu công nghệ, thiết bị của lò đốt. 5 Bảng 1.2: Kết quả phân tích khói thải và tro lò đốt rác thải y tế tại Bệnh đa khoa Long Phú − Sóc Trăng 8 Bảng 1.3: Kế hoạch thực hiện. 10 Bảng 2.1: Độ hòa tan một số khí trong nước 18 Bảng 2.2: Độ hòa tan một số khí trong nước ở áp suất thường (cm3 khí/lít nước) 19 Bảng 3.1: Thứ tự hoạt động của dung dịch kiềm 22 Bảng 4.1: Thành phần hóa học của xác gà theo khối lượng 29 Bảng 4.2: Thành phần dầu DO và khối lượng các chất có trong x kg dầu DO 31 Bảng 4.3: khối lượng mỗi chất tham gia quá trình cháy. 31 Bảng 4.4: Hằng số cân bằng đối với sự hình thành NO 32 Bảng 4.5: Hằng số cân bằng đối với sự hình thành NO 32 Bảng 4.6: Nhiệt dung riêng của các khí ở nhiệt độ 11000C 38 Bảng 4.7: Lượng vật chất ra khỏi lò. 40 Bảng 6.1: Kết quả của tháp có đường kính 780mm vận tốc 1,2 m/s và ống phun chất hấp thụ 80mm vận tốc 3m/s 54 Bảng 6.2: Kết quả của tháp có đường kính 850mm vận tốc 1m/s và ống phun chất hấp thụ 80mm vận tốc 3m/s 54 Trang xii
16. Bảng 6.3: Kết quả của tháp có đường kính 950mm vận tốc 0,8m/s và ống phun chất hấp thụ 80mm vận tốc 3m/s 54 Bảng 6.4: Kết quả của tháp có đường kính 1100mm vận tốc 0,6m/s và ống phun chất hấp thụ 80mm vận tốc 3m/s 54 Bảng 1: Nhiệt dung riêng và tỷ lệ phần trăm khối lượng thành phần hỗn hợp khí 58 Bảng 2: Giá trị cơ bản các thông số trong chất lượng môi trường không khí xung quanh có trong khí thải theo TCVN 5937:2005 63 Bảng 3: Thông số của quaṭ hút 1 73 Bảng 4: Thông số của quaṭ hút 2 76 Trang xiii
17. DANH SÁCH CÁC HÌNH. HÌNH Trang Hình 1.1: Hệ thống xử lý khí thải nhiều tầng 1 Hình 1.2: Hệ thống xử lý khí thải Calcium Magnesium Acetate (CMA). 3 Hình 2.1: Đường cong hấp phụ đẳng nhiệt và đẳng áp 15 Hình 4.1: Sơ đồ khối cân bằng vật chất của quá trình cháy xác gia cầm 30 Hình 4.2: Nhập giá trị đầu vào 45 Hình 4.3: Kết quả Matlab 45 Hình 5.1: Các chi tiết chính của tháp hấp thụ 47 Hình 5.2: Mô hình tính toán và điều kiện biên của mô hình ba chiều 48 Hình 5.3: Chia lưới tháp hấp thụ bằng ANSYS ICEM CFD 50 Hình 5.4: Lưu lượng khí thải tại vị trí ống phun 51 Hình 5.5: Lưu lượng khí thải ở độ cao 2m 52 Hình 5.6: Lưu lượng khí thải tại vị trí ống khói 52 Hình 1: Nhập giá trị đầu vào 92 Hình 2: Kết quả Matlab 92 Trang xiv
18. Chương 1: Tổng quan CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố Hiện tại trên thế giới có nhiều nghiên cứu về các lò thiêu xác động vật nhằm đạt mục làm giảm khí thải sinh ra trong qua trình thiêu đốt đến mức thấp nhất để làm giảm ô nhiểm môi trường xung quanh và xử lý khí thải trong thiêu đốt rác thải sinh hoạt đô thị, y tế và chất thải độc hại trong công nghiệp, nhưng trong vấn đề xử lý khí thải sau khi thiêu đốt xác súc vật và gia cầm vẫn chưa có nhiều nghiên cứu. Trong quá trình thiêu xác động vật có một số khí thải tương tự như thải các lò hơi [1], hệ thống xử lý khí thải trong khi thiêu đốt xác động vật dựa trên thiết kế những nghiên cứu các lò đốt rác thải sinh hoạt và lò hơi. 1.1.1 Nghiên cứu nƣớc ngoài 1.1.1.1 Hệ thống xử lý nhiều tầng Hình 1.1 Hệ thống xử lý khí thải nhiều tầng. Như hình 1.1 cho thấy khí thải sau khi thiêu đốt từ lò thiêu được đưa vào venturi, có hệ thống cung cấp không khí từ bên dưới thổi không khí nóng vào buồng gió, không khí làm xáo trộn bụi và khí thải bị bốc lên trên, tro bụi không xử lý được tháo ra ngoài. Bên trên có vòi phun nước kết hợp với khí thải còn lại bốc lên trên bị Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 1
19. Chương 1: Tổng quan hấp thụ được tháo ra ngoài, những chất khí còn lại được dẫn qua cyclone phản ứng với nước thu được acid bên dưới, một số khí thải bốc lên qua buồng chưng cất, các chất được hấp thụ bằng các phản ứng nhiệt. Khí thải còn lại được đưa đến hệ thống làm sạch. Hệ thống lò đốt rác thải dùng dầu cặn và rác thải sinh hoạt làm nhiên liệu là một qui trình đã được kiểm chứng với chi phí thấp bằng cách sử dụng rác thải như dạng nhiên liệu dùng để đốt lò không cần hổ trợ. Phương pháp này có thể dùng để xử lý riêng dầu cặn hoặc có thể sử dụng phối hợp xử lý chất dầu cặn và chất thải sinh hoạt. Sau khi hấp thụ nhiệt lượng do hơi nước/nhiên liệu tạo ra, hệ thống xử lý khí thải được sử dụng để loại bỏ bất kỳ chất gây ô nhiễm không khí. Trong các ứng dụng khác, lên tới 97% lưu huỳnh cho vào. Lò Enders Fluid Bed [2] có thể được hấp thụ bằng vôi, khi cho thêm vôi trên lò như trong lò cao cho hơi nước than lưu huỳnh. Bằng cách sử dụng công nghệ tầng dịch đang sử dụng trên toàn thế giới trong các nhà máy hóa chất, nhà máy bột giấy và nhà máy xử lý nước thải, chất thải sinh hoạt để xử lý chất thải lỏng, rắn, hầu hết thu hồi nhiệt hoặc tạo ra điện [2]. Đối với xử lý chất thải rắn, chất thải sinh hoạt, các chất dễ cháy trong chất thải đều đầu tiên là tách ra và cắt nhỏ theo yêu cầu rồi cho vào lò. Những chất không thể cháy có thể tái chế hoặc chôn lấp [2]. Lò đốt đơn giản như là một hệ thống venturi scrubber/hệ thống scrubber thứ cấp, hoặc một hệ thống phức tạp hơn trong lò có chứa vôi/than hoạt tính, hệ thống cung cấp vôi và bột than hoạt tính, nhiệt độ khí thải vẫn còn lưu giữ lại trong ống khói. Trước kia khí thải thường được loại bỏ không lưu giữ lại trong ống khói, đặt biệt xử lý là HCL, SO2, polychloric acid, polychlorinated dibenzo – P – dioxin, kim loại nặng và khói bụi. 1.1.1.2 Phƣơng pháp loại bỏ SOx và NOx từ hệ thống lò đốt Phương pháp này liên quan đến việc hình thành và phản ứng của chất hấp thụ là canxi magiê acetate (CMA) [20], được dùng để loại bỏ các chất ô nhiễm từ khí thải của hệ thống lò đốt sử dụng nhiên liệu có chứa một lượng đáng kể lưu huỳnh và Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 2
20. Chương 1: Tổng quan nitơ [4]. CMA một ở dạng khô phun (trong các dạng của một loại bột mịn), một dạng khác ở dạng phun ướt (dạng dung dịch) trong một môi trường nhiệt độ cao như một buồng đốt. Kỹ thuật thứ hai là khả thi vì CMA là một hình thức duy nhất hòa tan trong nước của canxi và magiê. Không giống như hydroxit canxi chỉ là hơi nước và cacbonat canxi không hòa tan trong nước, CMA có thể được hòa tan hoàn toàn trong nước ở nồng độ lên đến 30% tính theo trọng lượng [3]. Như vậy, một lớp CMA có kích thước micron hòa tan vào các giọt nước được phun vào lò đốt than, nước bốc hơi và acetate hữu cơ bay hơi và đốt cháy giảm lượng NOx. Theo đó, khối lượng chất thải hoặc chất hấp thụ không phản ứng được giảm thiểu. Trong số các kết quả là thấp hơn chi phí mua chất hấp thụ và chi phí thấp hơn chi phí chôn lấp. Hình 1.2: Hệ thống xử lý khí thải Calcium Magnesium Acetate (CMA). Trong hình 1.2 là một lò điển hình, bao gồm một nồi hơi 10 và máy lọc hơi nước 12, CMA được cung cấp ở dạng sương từ các giọt nước có kích cỡ micro ở trên cùng của lò hơi 10, qua vòi phun ướt 14 và đầu phun 15. Trong khi một dòng than bột được đưa vào lò hơi thông qua đường cấp than 16. Khi nước trong chất hấp thụ bốc hơi, acetate hữu cơ bay hơi và đốt cháy, phản ứng với các oxit nitơ. Đồng thời, hạt canxi oxit và magiê oxit được hình thành và phản ứng với khí lưu huỳnh độc hại. Các hạt phản ứng đã xử lý, tro rơi vào phễu tro 18 tại cửa lò hơi, trong khi khí thải không phản ứng đi qua vượt qua máy lọc hơi 12 bằng đường ống khói lò Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 3
21. Chương 1: Tổng quan 20. Ngoài ra, khí thải được tiếp xúc với CMA thông qua vòi phun 22 trong máy lọc hơi 12, tro được thu trong đáy phễu 24 của máy lọc hơi, và các khí thải thoát ra được lọc trong trở lại đường 26. Tùy thuộc vào nồng độ SO2, phản ứng có thể có nhiều thuận lợi ở nhiệt độ lạnh hơn ở lối ra của lò hơi. Cơ chế phản ứng tổng thể là: 1 CaO(solid ) SO2 2 O2 CaSO4(solid ) Khi nhiệt độ được tăng lên, phản ứng nhiệt động lực học không thuận lợi nhưng sản phẩm được thu hoàn thành với một tốc độ nhanh hơn. Calcium acetate bay hơi/phản ứng cháy giống như CMA và calcium tự nhiên. Ngoài ra, muối acetate của cation bất kỳ, ví dụ: Na+, có thể phản ứng như một hàm lượng oxit với các hợp chất khí của lưu huỳnh có thể được sử dụng trong phương pháp xử lý khói lò. 1.1.2 Các nghiên cứu trong nƣớc 1.1.2.1 Lò đốt và xử lý khói thải lò đốt chất thải nguy hại Trong 2 năm 2001 – 2002 Trung tâm Kỹ thuật Môi trường Đô thị và Khu công nghiệp, Trường Đại Học Xây dựng, được Bộ KHCN & MT, nay là Bộ KH&CN, giao cho thực hiện đề tài "Nghiên cứu công nghệ lò đốt và xử lý khói thải lò đốt chất thải công nghiệp nguy hại phù hợp với điều kiện Việt Nam". Đề tài đã tiến hành điều tra bổ sung đánh giá định lượng chất thải công nghiệp nguy hại của Hà Nội, nghiên cứu lựa chọn công nghệ và thiết kế lò đốt chất thải rắn công nghiệp nguy hại phù hợp với điều kiện Việt Nam, nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị xử lý khói thải của lò đốt đạt TCVN, chế tạo và lắp đặt lò đốt chất thải rắn công nghiệp nguy hại thử nghiệm tại khu xử lý chất thải Nam Sơn, thành phố Hà Nội, đốt thử nghiệm, đốt vận hành và khảo sát đo lường đánh giá chất lượng lò đốt cũng như hệ thống xử lý khói thải. Theo số liệu điều tra thực tế, tổng lượng chất thải rắn công nghiệp ở Hà Nội năm 2001 vào khoảng 74.600 tấn/năm [5], trong đó chất thải nguy hại lớn 12.000 tấn/năm, chiếm khoảng 16,1%. Trong tổng số chất thải rắn công nghiệp nguy hại của Hà Nội là 12.000 tấn/năm thì có 45,84% [5] có thể xử lý bằng phương pháp đóng rắn, 18,79% có thể chôn lấp, phần có thể đốt cháy là 14,4% (khoảng 1.500 Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 4