Nghiên cứu và mô phỏng hệ thống xử lý khí thải trong quá trình thiêu xác gia cầm bằng phần mềm ansys fluent

Trang iv


Luận văn đề cập đn vic xây dựng mô hình tính toán và ứng dng phn mềm
ANSYS FLUENT trong mô phỏng quá trình xử lỦ khí thải bên trong tháp hp th.
Phương pháp mô phỏng này dựa trên cơ sở tình toán kt quả xử lỦ khí thải, Code
Matlab và kt quả mô phỏng trên ANSYS FLUENT. Kt quả tính toán chính là
nồng độ các khí thải SO
2
, NO
2
, CO
2
trong quá trình thiêu đốt xác gia cm sinh ra
được xử lỦ bằng phương pháp hp th với cht hp th được sử dng là Ca(OH)
2
.
Các kt quả tìm được, đem phân tích đối chiu với kt quả tính toán, Code Matlab
và kt quả mô phỏng trên ANSYS FLUENT. Kt quả phân tích góp phn quan
trọng trong vic tính toán và tối ưu hóa h 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 SO
2
, NO
2
, CO

2
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 v



Trang tựa TRANG
Quyt định giao đề tài
LỦ lịch cá nhân i
Lời cam đoan ii
Cảm tạ iii
Tóm tắt iv
Mc lc v
Danh sách các chữ vit tắt x
Danh sách các bảng xii
Danh sách các hình xiv
 1
1.1 Các kt quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố. 1
1.1.1 Nghiên cứu nước ngoài 1
1.1.1.1 H thống xử lỦ nhiều tng 1
1.1.1.2 Phương pháp loại bỏ SOx và NOx từ h thống lò đốt 2
1.1.2 Các nghiên cứu trong nước 4

1.1.2.1 Lò đốt và xử lỦ khói thải lò đốt cht thải nguy hại 4
1.1.2.2 Lò đốt rác y t 6
1.1.3 Các vn đề khoa học còn tồn tại cn nghiên cứu để giải quyt hin nay 8
1.2 Tính cp thit ca đề tài, Ủ nghĩa khoa học và thực tin ca đề tài 8
1.3 Xác định mc đích nghiên cứu, khách thể và đối tượng nghiên cứu 9
1.4 Xác định nhim v nghiên cứu và giới hạn ca đề tài 9
1.5 Phương pháp nghiên cứu 9
1.6 K hoạch thực hin 10
 11
2.1 Xử lỦ khí và hơi bằng phương pháp thiêu hy 11
2.1.1 Thiêu hy bằng nhit 11
Trang vi

2.1.2 Thiêu hy bằng phương pháp hóa học 11
2.1.3 Thiêu hy bằng phương pháp đốt 11
2.1.3.1 Đốt không có cht xúc tác 12
2.1.3.2 Đốt có cht xúc tác 12
2.2 Phương pháp ngưng t 12
2.3 Xử lỦ hơi và khí thải bằng phương pháp hp ph 13
2.3.1 Khái quát về hin tượng hp ph 13
2.3.1.1 Hp ph vật lỦ 14
2.3.1.2 Hp ph hóa học 14
2.3 Xử lỦ khí thải bằng phương pháp hp th 15
2.3.1 Nguyên lỦ phương pháp hp th 15
2.3.1.1 Hp th vật lỦ 15
2.3.1.2 Hp th hóa học 17
2.3.1.2.1 Sự chuyển cht trong quá trình hp th 17
2.3.1.2.2 Cân bằng pha trong h khí – lỏng 18

 20

3.1 Đối với NO
X
20
3.1.1 Hp th NO
X
bằng than hoạt tính 20
3.1.2 Hp th NO
X
bằng silicagen 20
3.1.3 Hp th NO
X
bằng keo nhôm 20
3.1.4 Hp th NO
X
bằng than bùn có tính kiềm trong thit bị tng sôi 21
3.1.5 Hp th NO
x
bằng amoni cacbonat 21
3.1.6 Hp th NO
x
bằng nước 21
3.1.7 Hp th khí NOx bằng kiềm 22
3.2 Đối với khí SO
2
22

3.2.1 Hp th khí SO
2
bằng nước 22
3.2.2 Hp th khí SO

2
bằng dung dịch soda 23
3.2.3 Hp th khí SO
2
bằng dung dịch amoniac 23
3.2.4 Hp th khí SO
2
bằng các amin thơm 24
3.2.5 Hp th đồng thời khí SO
2
và NO
x
bằng NaOH và Na
2
CO
3
24
3.3 Đối với khí CO
2
25
Trang vii

3.3.1 Hp th khí CO
2
bằng các dung dịch etanolamin 25
3.3.2 Hp th khí CO
2
bằng dung dịch amoniac 25
3.3.3 Hp th khí CO
2

bằng dung dịch kiềm 26
3.3.4 Hp th khí CO
2
bằng nước 26
3.4 Đối với CO 27
C  29
4.1 Công sut và thành phn cn thiêu hy 29
4.2 Tính toán lượng vật cht vào lò và ra khỏi lò. 29
4.2.1 Cân bằng vật cht. 29
4.2.1.1 Lượng vật cht cp vào lò 30
4.2.1.1.1 Lượng không khí nạp vào lò 31
4.2.1.1.2 Tổng lượng vật cht vào lò 34
4.2.1.2 Lượng vật cht ra khỏi lò 34
4.2.2 Cân bằng nhit lượng 35
4.2.2.1 Nhit lượng đưa vào lò 36
4.2.2.2 Cân bằng nhit lượng ra khỏi lò 38
4.3 Tính toán thit k tháp hp th 40
4.4 Kt quả code matlab 44
C 5:  
 45
5.1 Mô hình hóa h thống. 45
5.2 Mô tả bài toán và điều kin biên. 46
5.2.1 Mô tả bài toán. 46
5.2.2 Điều kin biên 47
5.2.2.1 Điều kin biên vận tốc vào 47
5.2.2.2 Điều kin biên áp sut ra 48
5.3 Sử dung CFD trên ANSYS FLUENT mô phỏng quá trình xử lỦ bên trong tháp
hp th. 48
5.3.1 Chia lưới tháp hp th 48
5.3.2 Thit lập điều kin mô phỏng 50

5.3.2.1 Thit lập điều kin vận tốc khí thải vào 50
5.3.2.2 Thit lập điều kin bin vận tốc cht hp th 51
Trang viii

5.3.3 Kt quả ảnh hưởng ca vận tốc đn quá trình hp th 51
C  54
6.1 Kt quả xử lỦ 54
6.2 Kt luận 55
           
 57
1 Tính toán tháp làm nguội 57
2 Tính toán thit k xiclon 61
3 Tính toán thit k 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 thit bị ph 76
7.1 Lưới đỡ đm 76
7.2 Chọn vật liu 77
7.3 Tính bích 77
7.4 Tính chân đỡ 79
8 Kiểm tra bằng Code Matlab 80
   N TRONG
 93
5.1 Mô hình hóa h thống 93
5.1.1 Mô hình chi tit tháp hp th 93

5.1.2 Xut bản v 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 Tin hành mô phỏng (Setup) 96
5.2.4.1 Phn cài đặt 96
5.2.4.2 Phn Solution 102
Trang ix

5.2.4.3 Phn Results 104
5.2.4.4 Tháp đường kính 780mm cao 2500mm vận tốc khí bên trong tháp
v
tháp
=1,2m/s 104
5.2.4.5 Tháp đường kính 850mm cao 2800mm vận tốc khí bên trong tháp
v
tháp
=1,0m/s 110
5.2.4.6 Tháp đường kính 950mm cao 3200mm vận tốc khí bên trong tháp
v
tháp
=0,8m/s 115
5.2.4.7 Tháp đường kính 1100mm cao 3700mm vận tốc khí bên trong tháp
v
tháp
=0,6m/s 120
5.2.5 Kt quả mô phỏng 3 chiều 125
 127
Trang x


STT
Kụ HIU
CÁCH VIT ĐY Đ
1
TCVN
Tiêu chuẩn Vit Nam
2
DO
Diesel Oil (Du diesel)
3
QCVN
Quy chuẩn Vit Nam
4
QCVN 24:2009/BTNMT
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công
nghip
6
QCVN 02:2008/BTNMT
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải lò đốt cht
thải y t
7
NXB
Nhà xut bản
8
ĐHQG
Đại học Quốc gia
9
ĐHBKTPHCM

Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh
10
G
v

Lượng vật cht nạp vào lò
11
G
CT

Lượng xác gia cm tiêu hy
12
G
D
Lượng du DO nạp vào lò
13
G
kk
Lượng không khí nạp vào lò
14
ltO
G
2

Lượng oxi lỦ thuyt
15
G
KKTT
Lượng không khí tính toán

16
2
O


Khối lượng riêng ca Oxi
17
kk


Khối lượng riêng ca không khí
18
G
AM,KK
Lượng ẩm có trong không khí
19
G
KKAm,TT
Lượng không khí ẩm tính toán
20
Q
CT
Nhit lượng do xác gia cm đưa vào lò
21
Q
D
Nhit lượng do du DO mang vào
22
Q
KK

Nhit lượng do không khí đưa vào lò
23
Q
AM
Nhit lượng do ẩm không khí mang vào lò
24
C
CT
Q

Nhit lượng do cht thải cháy
25
C
CT
Q

Nhit lượng do nhiên liu cháy
26
Q
khoi
Nhit lượng ca khói mang đi
27
Q
tro
Nhit lượng ca tro xỉ
28
Q
hoi
Nhit lượng ca hơi nước
29

Q
Mo
Nhit lượng mt mát do mở cửa lò đốt
30
Q
T
Nhit lượng mt mát do tường lò
31
C
d
Nhit dung riêng ca du DO
32
t
d
Nhit độ ca du DO
33
C
hn
Nhit dung riêng ca hơi nước
34
r
Nhit ẩn hóa hơi
35
c
d
q

Nhit trị thp ca du DO
36
G

bui
Khối lượng bi
37
G
tro
Khối lượng tro
38
G
k

Khối lượng khói
39
L
k
Lưu lượng khói
40
D
1ln
Đường kính ca tháp làm nguội
41
H
1ln
Chiều cao phn hình tr ca tháp làm nguội
42
h
1ln
Chiều cao chóp trên ca tháp làm nguội
Trang xi

43

d
k
Đường kính ống khói
44
v
k
Vận tốc trong ống khói
45
h
2ln
Chiều cao chóp đáy tháp
46
G
n
Khối lượng nước làm nguội
47
d
nln
Đường kính ống dẫn nước vào tháp làm nguội
48
v
nln
Vận tốc nước trong ống
49
d
vln
Đường kính lỗ vòi phun nước
50
d
xln

Đường kính ống xả nước về bể
51
D
1ht
Đường kính tháp hp th
52
H
1ht
Chiều cao phn hình tr ca tháp hp th
53
h
1ht
Chiều cao chóp trên ca tháp hp th
54
h
2ht
Chiều cao nắp đáy ca tháp hp th
55
d
ddht
Đường kính ống dẫn dung dịch Ca(OH)2 vào tháp
hp th
56
d
xddht
Đường kính ống xả dd Ca(OH)2 về bể
57
v
xht
Vận tốc dung dich Ca(OH)2 trong đường ống xả

ca tháp hp th
58
H
h,ô
Chiều cao hình học ca đường ống hút
59
H
đ,ô
Chiều cao hình học ca đường ống đẩy
60
h
h,ô
Tổn tht áp sut trên đường ống hút
61
h
đ,ô
Tổn tht áp sut trên đường ống đẩy
62
h
f
Tổn tht áp sut ca vòi phun
63
P
m,h

Trở kháng ma sát trên đường ống hút
64
P
m,d

Trở kháng ma sát trên đường ống đẩy
65
P
c,h

Trở kháng cc bộ trên đường ống hút
66
P
c,d

Trở kháng cc bộ trên đường ống đẩy
67
P
ms

Trở lực ma sát trong ống dẫn khói
68
P
cb

Trở lực cc bộ trong ống dẫn khói
69
CMA
Calcium Magie Acetate
70
KPH
Không phát hin
71
C
R

Nồng độ hơi ở đu ra
72
C
o

Nồng độ hơi ban đu
73
m
i

Khối lượng ca cht i được ngưng t
74
M
i

Phân tử lượng ca cht
75
V
R

Lưu lượng khí ở đu ra
76
V
o

Lưu lượng khí ở đu vào
77
x
Nồng độ ca các cht khí hoặc hơi trong cht lỏng

78
T
Nhit độ làm vic
79
S
Din tích tip xúc giữa hai pha
80
P
Áp sut riêng phn ca hơi hoặc khí trong pha khí
81
k
D

H số khuch tán ca cht được hp th trong pha
lỏng
82
A
Hằng số
83
R
Hằng số khí = 8,31 kJ/kmol.độ
84
H
Nhit hòa tan ca khí
85
K
cb

Hằng số cân bằng
Trang xii

:


 Trang
Các yêu cu công ngh, thit bị ca lò đốt. 5
Kt quả phân tích khói thải và tro lò đốt rác thải y t tại Bnh đa khoa
Long Phú − Sóc Trăng 8
K hoạch thực hin. 10
2.1: Độ hòa tan một số khí trong nước 18
Độ hòa tan một số khí trong nước ở áp sut thường (cm
3
khí/lít nước) 19
3.1: Thứ tự hoạt động ca dung dịch kiềm 22
Thành phn hóa học ca xác gà theo khối lượng 29
 Thành phn du DO và khối lượng các cht có trong x kg du DO 31
 khối lượng mỗi cht tham gia quá trình cháy. 31
 Hằng số cân bằng đối với sự hình thành NO 32
 Hằng số cân bằng đối với sự hình thành NO 32
 Nhit dung riêng ca các khí ở nhit độ 1100
0
C 38
 Lượng vật cht ra khỏi lò. 40
 Kt quả ca tháp có đường kính 780mm vận tốc 1,2 m/s và ống phun
cht hp th 80mm vận tốc 3m/s 54
 Kt quả ca tháp có đường kính 850mm vận tốc 1m/s và ống phun cht
hp th 80mm vận tốc 3m/s 54
Trang xiii

 Kt quả ca tháp có đường kính 950mm vận tốc 0,8m/s và ống phun cht

hp th 80mm vận tốc 3m/s 54
 Kt quả ca tháp có đường kính 1100mm vận tốc 0,6m/s và ống phun
cht hp th 80mm vận tốc 3m/s 54
1: Nhit dung riêng và tỷ l phn trăm khối lượng thành phn
hỗn hợp khí 58
: Giá trị cơ bản các thông số trong cht lượng môi trường không khí xung
quanh có trong khí thải theo TCVN 5937:2005 63
3: Thông số cu
̉
a qua
̣
t hu
́
t 1 73
4: Thông số cu
̉
a qua
̣
t hu
́
t 2 76
Trang xiv

DANH SÁCH CÁC HÌNH.
HÌNH Trang
Hình 1.1: H thống xử lỦ khí thải nhiều tng 1
Hình 1.2: H thống xử lỦ khí thải Calcium Magnesium Acetate (CMA). 3
Hình 2.1: Đường cong hp ph đẳng nhit và đẳng áp 15
Hình 4.1: Sơ đồ khối cân bằng vật cht ca quá trình cháy xác gia cm 30
Hình 4.2: Nhập giá trị đu vào 45

Hình 4.3: Kt quả Matlab 45
Hình 5.1: Các chi tit chính ca tháp hp th 47
Hình 5.2: Mô hình tính toán và điều kin biên ca mô hình ba chiều 48
Hình 5.3: Chia lưới tháp hp th 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 đu vào 92
Hình 2: Kt quả Matlab 92




Chương 1: Tổng quan
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 1




 
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.



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



Chương 1: Tổng quan
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 2

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, SO
2
, polychloric acid, polychlorinated dibenzo – P – dioxin, kim
loại nặng và khói bụi.
1.1.1.2 i O
x
và NO
x

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



Chương 1: Tổng quan
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 3

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 NO
x
.
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



Chương 1: Tổng quan
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 4

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 SO
2
, 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:
)(42
2
1
2)( solidsolid
CaSOOSOCaO 

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
1.1
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



Chương 1: Tổng quan
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 5

tấn/năm) với các phương pháp khác là 20,97% [5]. Trên cơ sở phân tích và đánh giá
ở trên với ước tính lượng thu gom vào khoảng 70%, nên lượng chất thải rắn công
nghiệp nguy hại cần đốt chỉ khoảng 2,9 tấn/ngày[5]. Vì thế Hà Nội cần được lắp đặt
một lò đốt chất thải công nghiệp nguy hại có công suất khoảng 125 – 150 kg/h [5].
Các yêu cầu công nghệ, thiết bị của lò đốt.
Ký hiệu lò đốt.
CEETIA – CN150
Công suất
125 – 150 kg/h
Công nghệ đốt
Đốt đa vùng, lò đốt gồm buồng đốt sơ cấp đốt trực tiếp chất thải rắn công
nghiệp nguy hại ở nhiệt độ 750 – 850
0
C; buồng đốt thứ cấp đốt tiếp các
khí sinh ra từ buồng sơ cấp ở nhiệt độ từ 950
0
C – 1050
0
C. Thời gian lưu
khói khoảng 1 giây.
Đầu đốt của Italia
Loại RL 28, RL 58 (2 cấp điều chỉnh) và RL 38/M (điều chỉnh vô cấp)

Nhiên liệu đốt
Dầu Diesel (DO)
Hệ thống cấp gió
Cấp trực tiếp cho buồng đốt sơ cấp và buồng đốt thứ cấp. Lưu lượng gió
được điều chỉnh bằng các van điều khiển.
Vật liệu chịu
nhiệt
Gạch sa mốt loại A, gạch cao nhôm của Trung Quốc hay Cầu Đuống, vữa
chịu lửa theo TCVN 4710 – 89 (chịu nhiệt độ 1650
0
C)
Xử lý khói thải
Lắp đặt hệ thống xử lý khói thải đạt TCVN
Chế độ vận hành
Tự động và bán tự động
Quá trình cháy trong các buồng đốt phụ thuộc vào loại và độ ẩm của chất
thải rắn công nghiệp nguy hại đưa vào đốt cũng như quy trình vận hành lò đốt. Kinh
nghiệm cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng loại bỏ tối đa các chất gây ô
nhiễm hữu cơ quan trọng hơn thời gian lưu khí trong buồng đốt thứ cấp. Đốt cháy
điôxin/furan ở nhiệt độ cao và giữ nhiệt độ ở buồng đốt thứ cấp trên 1.000
0
C, đồng
thời phải đảm bảo nhiệt độ khói thải qua ống khói không cao quá để tránh tình trạng
tái hình thành khí điôxin/furan.
Quá trình đốt cháy chất thải rắn công nghiệp nguy hại xảy ra trong buồng đốt
rất phức tạp vì nhiệt độ cháy cao, thành phần và độ ẩm chất thải rắn công nghiệp
nguy hại đưa vào đốt không ổn định, áp suất khói thải trong buồng đốt thay đổi Vì

Chương 1: Tổng quan
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 6

vậy đă phải đốt thử nghiệm, tiến hành đo đạc và hiệu chỉnh chế độ làm việc của lò
đốt để các chỉ tiêu về bụi và các chất độc hại có trong khói thải thải ra từ ống khói
của lò đốt phải thấp hơn giới hạn cho phép theo TCVN.

Khi đốt chất thải rắn công nghiệp nguy hại khói thải ra còn chứa nhiều khí
độc hại như: khí CO, SO
2
, NO
x
, các axit, kim loại nặng, điôxin/furan v.v và bụi.
Những khí và bụi này gây ảnh hưởng đến môi trường, sức khỏe con người, năng
suất cây trồng, vật nuôi. Vì thế lò đốt được lắp đặt hệ thống xử lý khí thải đồng bộ.
Mục tiêu cơ bản khi thiết kế, lắp đặt hệ thống xử lý khói thải là giảm nồng độ bụi,
một số khí độc hại như CO, SO
x
, NO
x
, các axit điôxin/furan xuống dưới tiêu
chuẩn cho phép trước khi thải khói ra khí quyển. Các thông số sử dụng làm dữ liệu
tính toán thiết kế cho hệ thống xử lý khói thải được chọn như sau:
Khói thải ra khỏi buồng đốt thứ cấp với nhiệt độ khoảng 600
0
C có chứa
nhiều bụi, chủ yếu là mồ hóng và các khí độc hại được dẫn qua thiết bị thu hồi nhiệt
trước khi dẫn vào hệ thống thiết bị khử bụi kiểu ướt với hiệu quả khử bụi khoảng 70
– 80 % [5]. Lượng bụi còn lại đi theo khói thải qua thiết bị xử lý các khí độc hại.
Thiết bị này ngoài chức năng hấp thụ khí SO

2
, NO
2
, các hơi axit, còn có khả năng
khử bụi với hiệu quả khoảng 70 – 80 % [5]. Do vậy nồng độ bụi còn lại trong khói
thải nhỏ hơn tiêu chuẩn cho phép. Dung dịch hấp thụ khí SO
2
là nước với hiệu quả
hấp thụ khoảng 50%. Thiết bị khử khí SO
2
còn có khả năng hấp thụ một số chất
khác như các khí có tính axit v.v Do vậy nồng độ các khí độc hại nhỏ hơn tiêu
chuẩn cho phép trước khi thải vào khí quyển. Khói thải sau khi đi qua thiết bị khử
SO
2
được dẫn qua tấm chắn nước với mục đích tách các hạt nước ra khỏi khói thải
để tiếp tục đi vào quạt khói, sau đó đi qua thiết bị khử điôxin/furan bằng than hoạt
tính và cuối cùng thải qua ống khói ra ngoài.
1.1.2.2 
Trong nghiên cứu quá trình thiêu đốt rác thải y tế, khí thải sinh ra trong quá
trình thiêu đốt có những thành phần tương tự như quá trình thiêu đốt xác gia cầm



Chương 1: Tổng quan
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 7

nhưng có hàm lượng nhỏ hơn và có nhiều loại khí thải khác. Đặc điểm khí thải lò
đốt chất thải y tế [6]:
− Hàm lượng các khí HCl, HF thấp (vì thành phần nhựa trong rác thải chủ

yếu là PE)
− Hàm lượng CO, SO
x
, bụi, VOCs: không ổn định, thấp nhưng vẫn vượt quá
giới hạn cho phép.
− Hàm lượng NO
x
cao do đốt cháy thành phần N hữu cơ trong rác thải
(khoảng 70 ÷ 80% thành phần khí NO
x
sinh ra), và một phần tạo thành do oxi phản
ứng với nitơ trong không khí ở nhiệt độ cao.
Thành phần khí thải của lò đốt tùy thuộc vào thành phần rác thải và các yếu
tố ảnh hưởng đến quá trình đốt. Khí thải lò đốt chất thải y tế phải đảm bảo đạt
TCVN 6560:2005 quy định giới hạn tối đa cho phép đối với các thông số ô nhiễm
trong khí thải lò đốt chất thải rắn y tế. Hiện nay có hai phương pháp xử lý khói thải
lò đốt [6]:
 Dùng tháp phun dung dịch hóa chất. Phương pháp
này cho phép loại được bụi và giảm nhiệt độ đồng thời hấp thụ được khí axit trong
khí thải. Tuy nhiên phương pháp này không có khả năng loại được CO, VOC và
NO.
: Hỗn hợp than hoạt tính và soda (Na
2
CO
3
) được
phun trực tiếp vào dòng khí thải. Phương pháp này cho phép loại bỏ được cả khí
axit và CO, VOC, NO
x
nhờ hấp thụ hóa học trong soda lẫn hấp phụ vật lý trên than

hoạt tính. Tuy nhiên, chi phí đầu tư và vận hành đều cao đồng thời sinh ra chất thải
thứ cấp là than đã mất hoạt tính và các muối của natri cần phải xử lý.
Để bảo đảm xử lý triệt để khí thải, nên kết hợp phương pháp xử lý ướt với
phương pháp xúc tác [6]. Hỗn hợp khí trước khi thải vào môi trường sẽ được dẫn
qua thiết bị phản ứng chứa xúc tác (reactor) để xử lý CO, VOCs, NO
x
; tiếp đó qua
tháp hấp thụ (xử lý ướt) xử lý các khí axit (HCl, SO
x
, ) và NO
x
còn sót.
Từ kết quả của đề tài nghiên cứu: “Khảo sát đánh giá hiệu quả các lò đốt
chất thải y tế khu vực phía nam” do Sở Khoa học Công nghệ & Môi trường



Chương 1: Tổng quan
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 8

TPHCM khảo sát thực trạng các lò đốt ở khu vực phía nam hầu như không đạt về
một số chỉ tiêu CO, NO
x
, SO
x
trong thành phần khí thải theo TCVN 6560:2005 khi
lò đốt hoạt động ở chế độ cháy ổn định.
 Kết quả phân tích khói thải và tro lò đốt rác thải y tế tại Bệnh đa
khoa Long Phú − Sóc Trăng [6].
STT

Chỉ tiêu
Đơn vị
Kết quả
Tiêu chuẩn môi trường
TCVN 6560:2005
1
SO
X

Mg/m
3

0
300
2
NOx
Mg/m
3

1
250
3
HF
Mg/m
3

KPH
2
4
HCL

Mg/m
3

18,7
100
5
CO
Mg/m
3

49,5
100
6
Hg
Mg/m
3

KPH
0,55
7
Cd
Mg/m
3

KPH
0,16
8
Hàm lượng bụi
Mg/m
3

10
115

Trong 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" thì quá trình xử lý
khí thải độc hại NO
X
, SO
2
, CO
2
và CO chỉ mới 70 – 80 % [5] và chất hấp thụ dùng
cho hệ thống là nước nên khả năng xử lý chưa cao và xử lý rác thải y tế do có nồng
độ khí thải độc hại thấp hơn tiêu chuẩn. Nên vấn đề còn tồn tại trong hệ thống là
chưa xử lý tốt khí thải độc hại trong quá trình thiêu đốt, còn lượng khí thải chưa xử
lý được thải trực tiếp ra môi trường gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi
trường xung quanh. Do đó, đề tài này tập trung nghiên cứu xử lý khí thải tại vị trí
tháp hấp thụ trước khi đưa ra môi trường với chất hấp thụ là Ca(OH)
2
.

Trong thời điểm như hiện nay, do nhu cầu của người tiêu dùng và đời sống
kinh tế của người dân ngày càng tăng việc cung cấp các loại thực phẩm bắt nguồn
từ động vật thực ngày càng nhiều, kéo theo một lượng lớn rác thải sinh hoạt bắt
nguồn từ các loại thực phẩm này. Đồng thời, trong lĩnh vực chăn nuôi phát sinh
dịch bệnh trên động vật làm phát sinh lượng lớn chất thải từ xác động vật, mà cụ thể
ở gà có bệnh cúm A/H1N1 và H5N1, ở heo có heo tai xanh, trâu bò có bệnh lở

Chương 1: Tổng quan
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 9

mồng lông móng, vừa gây tổn thất trong chăn nuôi và nếu không xử lý tốt các bệnh
phẩm này sẽ gây ra dịch bệnh trên diện rộng.
Nên vấn đề xử lý xác động vật rất cần thiết, chủ yếu là chất thải ở dạng rắn.
Phương pháp xử lý chủ yếu xác động vật trước đây chủ yếu là chôn lắp và hiện nay
xử lý xác động vật là thiêu đốt, khi xử lý bằng cách này phát sinh thêm vấn đề là khí
thải sinh ra trong quá trình thiêu đốt. Nên phần nghiên cứu của đề tài chủ yếu về xử
lý khí thải sau khi thiêu đốt xác gia cầm.
1.3 M
Dựa trên lượng vật phẩm cần đốt là xác gia cầm, từ đó tính được lượng khí
thải sinh ra trong quá trình đốt và lượng nhiên liệu cần để đốt hết lượng chất thải.
Từ các giá trị về khí thải và nhiệt lượng sinh ra ta tính được hệ thống xử lý khí thải,
dựa trên những tính toán đạt được dùng phần mềm SOLIDWORKS để mô hình hóa
hệ thống xử lý khí thải và dùng phần mềm ANSYS FLUENT để tiến hành mô
phỏng trên máy tính quá trình xử lý khí thải bên trong tháp hấp thụ trước khi thải ra
môi trường. Tiến hành kiểm tra đối chiếu với việc tính toán trong quá trình nghiên
cứu chính xác, có cơ sở tối ưu hóa hệ thống xử lý khí thải đưa vào hoạt động.
1.4 N
Nhiệm vụ tính toán lượng khí thải sinh ra khi thiêu 500 kg xác gia cầm và
lượng nhiên liệu cần thiết để có thể đốt cháy hoàn toàn lượng xác gia cầm, tính toán
hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ, tìm chất hấp thụ cần thiết cho
quá trình xử lý. Từ đó, mô phỏng số quá trình xử lý bên trong tháp hấp thụ của hệ
thồng xử lý khí thải bằng phần mềm ANSYS FLUENT.

Tính toán hệ thống xử lý bằng phương pháp hấp thụ và mô phỏng quá trình
xử lý bên trong tháp hấp thụ bằng phần mềm ANSYS FLUENT.

Chương 1: Tổng quan
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 10


: Kế hoạch thực hiện.
Chương
Nội dung
Kế hoạch
1
Tổng quan
2 tuần
2
Cơ sở lý thuyết
2 tuần
3
Chọn chất hấp thụ
2 tuần
4
Tính toán hệ thống xử lý
4 tuần
5
Mô phỏng
8 tuần
6

Kết luận đánh giá
3 tuần





Chương 2: Cơ sở lý thuyết quá trình xử lý khí thải
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 11


 

2.1  
Để phân hủy một chất ở dạng khí hoặc hơi có hại cho môi trường thành một
hay nhiều chất khác ít hoặc không độc hại có thể thực hiện bằng nguồn nhiệt − phân
hủy nhiệt hoặc phân hủy thông qua các phản ứng hóa học, hoặc kết hợp cả hai như
phương pháp đốt.
2.1.1 
Phương pháp này phù hợp với khí thải chứa các hợp chất hữu cơ như các hơi
dung môi, hơi lò cốc hoá than, hơi đốt
Trong điều kiện nhiệt độ cao các chất hữu cơ sẽ bị phân huỷ thành than: khí
và hơi nước. Muốn phân hủy thành than, khí và hơi nước nhiệt độ phân hủy đòi hỏi
phải cao và tốc độ phân hủy thường chậm. Vì vậy người ta thường tiến hành phân
huỷ nhiệt với sự có mặt của các chất xúc tác.
2.1.2 
Đây là phương pháp được sử dụng khá phổ biến đối với các khí độc hại [7]
SO
2
(SO

3
) + NaOH → Na
2
SO
3
(Na
2
SO
4
) (2.1)
NO
x
+ NH
l
OH → NH
1
NO
x
(2.2)
Đối với các chất hữu cơ độc hại như thuốc trừ dịch hại, người ta thường sử
dụng các phản ứng oxy hóa khử hoặc thủy phân trong môi trường thích hợp để thay
đổi cấu trúc phân tử hay dạng tồn tại của chúng trở thành các sản phẩm ít hoặc
không có hại đối với người và động thực vật.
2.1.3  
Đây là phương pháp thường được dùng khi mà sản phẩm đó không thể tái
sinh hoặc thu hồi được. Quá trình đốt thực chất là quá trình tiêu huỷ bằng nhiệt
nhưng luôn phải có mặt không khí. Sản phẩm của quá trình đốt này thường là CO
2
,

Chương 2: Cơ sở lý thuyết quá trình xử lý khí thải
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 12

hơi nước và các khí không hoặc ít độc hại. Nhiệt độ đòi hỏi cho việc đốt khí và hơi
thải thường phải từ 800 − 1000
o
C [7]. Có 2 cách để đốt:
2.1.3.
Nhiệt độ của quá trình thiêu đốt này không đòi hỏi quá cao để phân huỷ hoàn
toàn chất và thường dùng khi nồng độ các chất độc hại cao (vượt quá giới hạn bốc
cháy). Ví dụ như đốt khí đồng hành trong khai thác dầu mỏ [7].
2.1.3.2 xúc tác
Trong phương pháp này người ta sử dụng các kim loại có bề mặt rất bền như
bạch kim, đồng, niken làm chất xúc tác. Nhiệt độ thiêu đốt thấp (từ 50 − 300
o
C) [7].
Phương pháp này thích hợp với các khí thải độc hại có nồng độ thấp, gần
với giới hạn bắt lửa. So với đốt không xúc tác thì nó rẻ tiền và sản phẩm thường an
toàn hơn.

Nguyên tắc của phương pháp là dựa trên sự hạ thấp nhiệt độ môi trường
xuống một giá vị nhất định thì hầu như các chất ở thể hơi sẽ ngưng tụ và sau đó
được thu hồi hoặc xử lý tiêu hủy.  điều kiện làm lạnh bình thường, nếu xử lý bằng
ngưng tụ thường khi thu hồi được hơi các dung môi hữu cơ, hơi axít. Phương pháp
này chỉ phù hợp với những trường hợp khí thải có nồng độ hơi tương đối cao (trên
20 g/m
3
) [7]. Trong trường hợp nồng độ nhỏ, người ta thường dùng các phương

pháp hấp phụ hay hấp thụ. Hiệu suất ngưng tụ (giá trị tương đối) được tính theo
công thức [7]:
100.
o
Ro
C
CC 


(2.3)
Trong đó:
C
R
: là nồng độ hơi ở đầu ra.
C
o
: là nồng độ hơi ban đầu.
Giá trị tuyệt đối của hiệu suất ngưng tụ tính theo công thức [7].
 
100.


100

ioo
RiRo
ioo
i
MVC
VMCC

MVC
m
P


(2.4)



Chương 2: Cơ sở lý thuyết quá trình xử lý khí thải
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 13

Trong đó:
m
i
: là khối lượng của chất i được ngưng tụ
M
i
: là phân tử lượng của chất
V
R
: là lưu lượng khí ở đầu ra
V
o
: là lưu lượng khí ở đầu vào.


Hấp phụ là một hiện tượng gây ra sự tăng nồng độ của một chất hoặc một
hỗn hợp chất trên bề mặt tiếp xúc giữa hai pha (rắn − khí, rắn − lỏng, lỏng − khí).
Các phần tử của cùng một chất nằm ở bề mặt và bên trong khối chất đó thường chịu

mức độ tương tác khác nhau dẫn đến hành vi của chúng cũng khác nhau.
Chẳng hạn như về trường lực, các phần tử ở bên trong khối chất chịu lực tác
dụng ở mọi phía đồng đều và như nhau; còn các phần tử ở trên bề mặt thì chịu lực
tác dụng không đều nhau mà luôn luôn có xu thế bị kéo vào bên trong khối chất làm
cho bề mặt khối chất có xu hướng bị co lại tạo ra một sức căng bề mặt (năng lượng
bề mặt tự do). Nói chung các phần tử bề mặt ngăn cách luôn có năng lượng tự do
cao hơn các phần tử nằm bên trong lòng chất của nó.
Khi bề mặt khối chất tiếp xúc với các phần tử của chất khác, các phần tử trên
bề mặt khối chất đó tác dụng lên các phần tử của pha khác những lực hướng về phía
mình nhằm cân bằng về lực theo mọi hướng. Đây chính là nguyên nhân của sự hấp
phụ chất trên bề mặt chất khác.
Chất giữ chất khác trên bề mặt của nó thì được gọi là chất hấp phụ. Ngược
lại chất được giữ lại trên bề mặt của một chất nào đó thì gọi là chất bị hấp phụ.
Trong trường hợp tương tác giữa bề mặt chất rắn với các phân tử khí hoặc lỏng khi
chúng tiếp xúc với nhau mà mạnh, tương tự như tương tác trong một phản ứng hóa
học, chúng sẽ tạo nên một hợp chất mới trên bề mặt tiếp xúc − hợp chất bề mặt.
Như vậy thực chất có thể chia hấp phụ làm hai loại: Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa
học.




Chương 2: Cơ sở lý thuyết quá trình xử lý khí thải
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 14

2
Là loại hấp phụ gây ra do tương tác yếu giữa các phân tử; nó giống như
tương tác trong hiện tượng ngưng tụ. Lực tương tác là lực Van Der Waals. Trong
nhiều quá trình hấp phụ khí, sự hấp phụ có thể xảy ra dưới tác động của các lực
phân tử gây ra sự vi phạm các định luật khí lý tưởng và hiện tượng ngưng tụ. Dạng

hấp phụ này còn gọi là hấp phụ phân tử hay hấp phụ Van Der Waals [7].
2
Là loại hấp phụ do tương tác mạnh giữa các phân tử và tạo ra hợp chất bề
mặt giữa bề mặt chất hấp phụ và các phần tử bị hấp phụ. Hấp phụ hoá học được tạo
ra do áp lực hoá học. Thông thường ở nhiệt độ thấp, tốc độ hấp phụ hoá học cũng
chậm.
Khi tăng nhiệt độ, tốc độ hấp phụ hoá học tăng nhưng lại làm giảm quá trình
hấp phụ vật lý. Sự hình thành các hợp chất bề mặt liên quan rất nhiều đến hàng rào
hoạt hoá đặc trưng cho quá trình tương tác giữa các phân tử khí và các nguyên tử bề
mặt chất rắn. Vì vậy hấp phụ hoá học còn được gọi là hấp phụ hoạt hoá (tuy nhiên
không phải lúc nào cũng vậy). Nhiệt độ hấp phụ của chất khí lên chất hấp phụ rắn
bao giờ cũng mang dấu dương, vì vậy để đáp ứng những yêu cầu về nhiệt động học
thì giá trị cân bằng của lượng chất hấp phụ bao giờ cũng giảm khi nhiệt độ tăng.
Đối với chất bị hấp phụ là chất khí, quá trình phụ thuộc vào nhiệt độ và áp
suất. Lượng khí bị hấp phụ (thường gọi tắt là lượng khí hấp phụ, ký hiệu bằng chữ
a) là một hàm phụ thuộc vào hai biến T và P [7].
a = f(T,P) (2.5)
Nếu giữ nhiệt độ không đổi ta được đường đẳng nhiệt [7]:
a = f ’(P) (2.6)
Nếu giữ áp suất không đổi ta có đường đẳng áp [7]:
a = f ”(T) (2.7)