Tài liệu Phân tích hệ thống quá trình đốt nhiệt phân chất thải rắn công nghiệp đặc trưng

ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA --------------X W-------------- LEÂ ANH KIEÂN PHAÂN TÍCH HEÄ THOÁNG QUAÙ TRÌNH ÑOÁT NHIEÄT PHAÂN CHAÁT THAÛI RAÉN COÂNG NGHIEÄP ÑAËC TRÖNG Chuyeân ngaønh: Maùy vaø Thieát Bò Coâng ngheä Thöïc phaåm Maõ ngaønh: 2.01.20 HÖÔÙNG DAÃN: 1. PGS.TSKH. LEÂ XUAÂN HAÛI 2. GS. V.N.SHARIFI LUAÄN AÙN TIEÁN SÓ KYÕ THUAÄT THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH – NAÊM 2010 -i- Lôøi cam ñoan Toâi xin cam ñoan nhöõng keát quaû ñöôïc trình baøy trong luaän aùn naøy laø do chính toâi thöïc hieän töø kieán thöùc cuûa chính mình. Toâi khoâng noäp luaän aùn naøy cho baát cöù tröôøng vieän naøo ñeå ñöôïc caáp baèng. -ii- Lôøi caûm ôn Tröôùc heát toâi xin chaân thaønh caûm ôn Thaày höôùng daãn chính laø PGS.TSKH Leâ Xuaân Haûi ñaõ taän tình höôùng daãn, chia seû nhöõng kinh nghieäm quyù baùu treân con ñöôøng nghieân cöùu khoa hoïc. Thaày ñaõ chaân tình ñoäng vieân vaø taïo moïi ñieàu kieän toát nhaát cho toâi ñeå toâi coù theå hoaøn thaønh luaän aùn naøy. Loøng bieát ôn chaân thaønh cuûa toâi cuõng xin ñöôïc göûi ñeán GS.Vida Sharifi vaø GS Jim Swithenbank đã tận tình hướng dẫn, đặc biệt cuøng vôùi GS.Agba Salman, GS.Michael Hounslow ñaõ hoã trôï phaàn kinh phí cuõng nhö khoâng ngöøng khuyeán khích toâi trong thôøi gian hoïc taäp taïi tröôøng Ñaïi hoïc Sheffield. Lôøi caûm ôn saâu saéc nhaát ñöôïc hình thaønh töø nhöõng ngoân töø vaø ngöõ vaên thoâng thöôøng nhöng xuaát phaùt töø taát caû traùi tim vaø lyù trí cuûa toâi coù leõ cuõng khoâng theå noùi leân ñöôïc ñaày ñuû nhöõng gì maø ngöôøi vôï yeâu quyù TS. Leâ Thò Kim Phuïng ñaõ daønh troïn veïn cho toâi, ñaõ cuøng vôùi con gaùi Leâ Phuïng Anh Taâm trôû thaønh nguoàn ñoäng vieân to lôùn, giuùp toâi coù ñuû tinh thaàn, söùc löïc ñeå vöôït qua taát caû nhöõng khoù khaên trong suoát thôøi gian laøm luaän aùn. Xin caûm ôn nhöõng ngöôøi thaân, gia ñình vaø baïn beø ñoàng nghieäp ôû Vieän Kyõ Thuaät Nhieät Ñôùi vaø Baûo veä Moâi Tröôøng, ñaëc bieät laø TS. Nguyeãn Quoác Bình, ñaõ chia seû kinh nghieäm nghieân cöùu vôùi toâi, thöôøng xuyeân ñoäng vieân, taïo moïi ñieàu kieän thuaän lôïi nhaát ñeå toâi chuyeân taâm vieát neân coâng trình nghieân cöùu naøy. Xin chaân thaønh caûm ôn caùc Thaày, coâ trong khoa Coâng ngheä Hoaù hoïc, trong boä moân Maùy Thieát Bò ñaõ uûng hoä toâi, taïo ñieàu kieän toát nhaát cuõng nhö ñaõ ñoùng goùp nhöõng yù kieán quùy giaù cho toâi, giuùp toâi hoaøn thaønh ñöôïc coâng vieäc cuûa mình. Cuoái cuøng, toâi xin caûm ôn Boä Giaùo duïc vaø Ñaøo taïo, Tröôøng Ñaïi hoïc Quoác Gia TP. Hoà Chí Minh ñaõ taøi trôï cho toâi thöïc hieän coâng trình nghieân cöùu naøy. -iii- Muïc luïc Lôøi cam ñoan ............................................................................................................i  Lôøi caûm ôn.............................................................................................................. ii  Muïc luïc .................................................................................................................. iii  Danh muïc caùc kí hieäu vieát taét ................................................................................ix  Danh muïc caùc baûng ...............................................................................................xi  Danh muïc caùc hình veõ, ñoà thò.............................................................................. xii  Danh muïc caùc hình veõ, ñoà thò.............................................................................. xii  MỞ ĐẦU .................................................................................................................1  1. ĐẶT VẤN ĐỀ..................................................................................................1  2. ÑOÁI TÖÔÏNG NGHIEÂN CÖÙU ..........................................................................2  3. MUÏC TIEÂU NGHIEÂN CÖÙU ............................................................................2  4. NOÄI DUNG NGHIEÂN CÖÙU ............................................................................3  5. PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU ....................................................................3  6. YÙ NGHÓA KHOA HOÏC ...................................................................................4  7. YÙ NGHÓA THÖÏC TIEÃN ...................................................................................6  CHƯƠNG 1: TOÅNG QUAN ...................................................................................7  1.1 VAÄT LIEÄU NGHIEÂN CÖÙU ...........................................................................7  1.2 THIEÁT BÒ LOØ ÑOÁT COÙ VÆ LOØ DI CHUYEÅN .............................................12  1.3 TÌNH HÌNH NGHIEÂN CÖÙU QUAÙ TRÌNH CHAÙY TRONG THIEÁT BÒ ÑOÁT KIEÅU COÄT NHOÀI.....................................................................................19  CHƯƠNG 2: PHÖÔNG PHAÙP, THIEÁT BÒ VAØ VAÄT LIEÄU TRONG NGHIEÂN CÖÙU THÖÏC NGHIEÄM ..........................................................................................22  2.1 PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU HEÄ THOÁNG THIEÁT BÒ LOØ ÑOÁT COÙ VÆ LOØ DI CHUYEÅN ...............................................................................................22  -iv- 2.1.1 Phương phaùp tieáp caän heä thoáng thieát bò loø ñoát chaát thaûi raén ................22  2.1.2 Phöông phaùp phaân hoaïch heä thoáng.......................................................25  2.1.2 Phöông phaùp phaân tích ñònh tính caáu truùc heä thoáng .............................25  2.2 THIEÁT BÒ NGHIEÂN CÖÙU VAØ PHÖÔNG PHAÙP THÖÏC HIEÄN ..................25  2.2.1 Phaân tích nhieät vi sai.............................................................................26  2.2.2 Thí nghieäm treân thieát bò loø ñoát coät nhoài ...............................................30  2.2.2.1 Thieát laäp heä thoáng thí nghieäm .......................................................30  2.2.5.2 Buoàng ñoát.......................................................................................32  2.2.2.3 Thu maãu nhieät ñoä vaø thaønh phaàn khí.............................................33  2.2.2.4 Caáp khí...........................................................................................34  2.2.2.5 Thieát bò phaân tích khí vaø ñoïc döõ lieäu .............................................34  2.2.2.6 Phöông thöùc tieán haønh thöïc nghieäm treân thieát bò coät nhoài ............35  2.3 VAÄT LIEÄU NGHIEÂN CÖÙU .........................................................................38  CHÖÔNG 3: KEÁT QUAÛ VAØ THAÛO LUAÄN .........................................................40  3.1 KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU PHAÂN TÍCH HEÄ THOÁNG ...............................40  3.1.1 Keát quaû phaân hoaïch heä thoáng...............................................................40  3.1.2 Phaân tích ñònh tính caáu truùc heä thoáng ...................................................41  3.2 KEÁT QUAÛ XAÙC ÑÒNH THAØNH PHAÀN TOÅNG QUAÙT, THAØNH PHAÀN CÔ BAÛN, NHIEÄT TRÒ .......................................................................................45  3.2.1 Thaønh phaàn hoùa hoïc .............................................................................45  3.2.2 Xaùc ñònh thaønh phaàn nhieät vaät lyù (nhieät trò) .........................................46  3.3 NGHIEÂN CÖÙU CAÙC THOÂNG SOÁ ÑOÄNG HOÏC CUÛA QUÙA TRÌNH CHAÙY VAÄT LIEÄU RAÉN BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP PHAÂN TÍCH NHIEÄT VI SAI........48  3.4 KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU QUAÙ TRÌNH CHAÙY CUÛA VAÄT LIEÄU RAÉN ..53  3.4.1 Quaù trình chaùy cuûa hoãn hôïp khaên giaáy vaø cactoâng ..............................53  3.4.2 Quaù trình chaùy cuûa hoãn hôïp cactoâng vaø goã ..........................................69  3.4.3 Quaù trình chaùy cuûa hoãn hôïp goã vaø rôm ................................................77  CHƯƠNG 4: XAÂY DÖÏNG MOÂ TAÛ TOAÙN HOÏC ................................................83  -v- 4.1 TAÙC VUÏ MOÂ HÌNH HOÙA TOAÙN HOÏC .....................................................83  4.2 XAÂY DÖÏNG MOÂ TAÛ TOAÙN HOÏC CHO QUAÙ TRÌNH CHAÙY VẬT LIEÄU RAÉN TRONG HEÄ DÒ THEÅ ÑA PHAÂN TAÙN.....................................................84  4.2.1 Moâ taû toaùn hoïc heä dò theå ña phaân taùn (lôùp boán)...................................85  4.2.1.1 Phöông trình baûo toaøn vaät chaát ......................................................86  4.2.1.2 Phöông trình baûo toaøn ñoäng löôïng.................................................87  4.2.1.3 Phöông trình baûo toaøn naêng löôïng .................................................88  4.2.1.4 Phöông trình baûo toaøn caáu töû trong pha khí ...................................90  4.2.2 Moâ taû toaùn hoïc cho heä dò theå moät haït vaø heä ñoàng theå (lôùp hai vaø ba).91  4.2.3 Moâ hình truyeàn nhieät böùc xaï trong pha raén ..........................................94  4.2.4 Moâ hình truyeàn nhieät vaø truyeàn khoái giữa hai pha...............................94  4.2.5 Moâ taû toaùn hoïc thieát bò ñoát kieåu coät nhoài .............................................95  4.2.6 Ñieàu kieän ban ñaàu vaø ñieàu kieän bieân ...................................................97  4.2.6.1 Ñoái vôùi pha khí ..............................................................................97  4.2.6.2 Ñoái vôùi pha raén ..............................................................................97  CHƯƠNG 5: XAÂY DÖÏNG CHÖÔNG TRÌNH MOÂ PHOÛNG QUAÙ TRÌNH ÑOÁT HOÃN HÔÏP VAÄT LIEÄU RAÉN TRONG THIEÁT BÒ ÑOÁT KIEÅU COÄT NHOÀI .........99  5.1 PHÖÔNG PHAÙP THEÅ TÍCH HÖÕU HAÏN ....................................................99  5.2 THUAÄT TOAÙN PHAÂN LY GIAÛI HEÄ PHÖÔNG TRÌNH .........................100  5.3 AÙP DUÏNG PHÖÔNG PHAÙP THEÅ TÍCH HÖÕU HAÏN GIAÛI GAÀN ÑUÙNG HEÄ CAÙC PHÖÔNG TRÌNH MOÂ TAÛ QUAÙ TRÌNH CHAÙY VAÄT LIEÄU RAÉN TRONG THIEÁT BÒ ÑOÁT KIEÅU COÄT NHOÀI ...................................................102  5.3.1 Löôùi toång quaùt.....................................................................................102  5.3.2 Sai phaân caùc phöông trình lieân tuïc .....................................................103  5.3.2.1 Phöông trình lieân tuïc trong pha khí..............................................103  5.3.2.2 Phöông trình lieân tuïc trong pha raén .............................................106  5.3.3 Sai phaân phöông trình naêng löôïng ......................................................106  5.3.3.1 Sai phaân phöông trình naêng löôïng trong pha khí .........................106  5.3.3.2 Sai phaân hoùa phöông trình naêng löôïng trong pha raén ..................111  -vi- 5.3.4 Sai phaân caùc phöông trình baûo toaøn ñoäng löôïng ................................112  5.4 XAÂY DÖÏNG CHÖÔNG TRÌNH TÍNH VAØ ÑAÙNH GIAÙ MOÂ HÌNH ........113  5.4.1 Giôùi thieäu chöông trình tính................................................................113  5.4.2 Ñaùnh giaù söï töông thích cuûa moâ hình .................................................117  5.4.2.1 Kieåm ñònh nhieät ñoä chaùy trong coät vaät lieäu .................................118  5.4.2.2 Kieåm ñònh ñoä suy giaûm khoái löôïng cuûa vaät lieäu chaùy ................125  5.4.2.3 Kieåm ñònh noàng ñoä khoái löôïng cuûa CO trong khí chaùy ...............126  5.5 ÑAÙNH GIAÙ CAÙC THOÂNG SOÁ KIEÅM SOAÙT QUAÙ TRÌNH.....................132  5.5.1 Toác ñoä baét chaùy ..................................................................................132  5.5.2 Toác ñoä chaùy ........................................................................................133  5.5.3 Tæ leä caáp khí trong giai ñoaïn baét chaùy ................................................134  5.6 MOÂ PHOÛNG QUAÙ TRÌNH CHAÙY TRONG COÄT NHOÀI SÖÛ DUÏNG CIS135  5.6.1 AÛnh höôûng cuûa löôïng khoâng khí cung caáp ñeán toác ñoä chaùy...............135  5.6.2 AÛnh höôûng cuûa kích thöôùc haït ............................................................136  5.6.3 AÛnh höôûng cuûa nhieät trò ......................................................................139  5.6.4 AÛnh höôûng cuûa ñoä roãng khoái haït ........................................................140  5.7 KEÁT LUAÄN ...............................................................................................141  KEÁT LUAÄN .........................................................................................................143  1. KEÁT LUAÄN .................................................................................................143  2. TÍNH KHOA HOÏC VAØ THÖÏC TIEÃN CUÛA ÑEÀ TAØI ..................................144  2. 1 Tính khoa hoïc cuûa ñeà taøi ......................................................................144  2.2 Tính thöïc tieãn cuûa ñeà taøi ........................................................................144  3. NHÖÕNG COÂNG VIEÄC CAÀN TIEÁP TUÏC THÖÏC HIEÄN ..............................145  Danh muïc coâng trình ...........................................................................................146  Taøi lieäu tham khaûo ..............................................................................................148  Phuï luïc P1:PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ............................... PL1  P1.2.1 Phaân tích thaønh phaàn toång quaùt ....................................................... PL1  -vii- P1.2.1.1 Phaân tích khoái löôïng aåm ........................................................... PL1  P1.2.1.2 Xaùc ñònh khoái löôïng tro ............................................................ PL2  P1.2.1.3 Khoái löôïng caùc chaát höõu cô bay hôi ......................................... PL3  P1.2.1.4 Khoái löôïng cacbon coá ñònh ....................................................... PL4  P1.2.2 Phaân tích thaønh phaàn cô baûn............................................................ PL4  P1.2.2.1 Xaùc ñònh thaønh phaàn Cacbon vaø Hiñroâ .................................... PL5  P1.2.2.2 Thaønh phaàn oâxy trong maãu....................................................... PL7  P1.2.3 Phaân tích nhieät trò cuûa maãu .............................................................. PL7  P2. PHÖÔNG PHAÙP THEÅ TÍCH HÖÕU HAÏN VAØ CAÙC THUAÄT GIAÛI ............. PL9  P2.1 GIÔÙI THIEÄU PHÖÔNG PHAÙP THEÅ TÍCH HÖÕU HAÏN (FVM) ............ PL9  P2.1.1 Löôùi toång quaùt ................................................................................. PL9  P2.1.2 Sai phaân hoùa .................................................................................. PL10  P2.1.3 Rôøi raïc hoaù phöông trình tích phaân ............................................... PL11  P2.2 CAÙC THUAÄT TOAÙN SÖÛ DUÏNG TRONG PHÖÔNG PHAÙP FVM..... PL13  P2.2.1 Thuaät toaùn SIMPLE....................................................................... PL14  P2.2.2 Thuaät toaùn ma traän ba ñöôøng cheùo TDMA (The tri-diagonal matrix algorithm) ................................................................................................. PL19  P3. DÖÕ LIEÄU THÖÏC NGHIEÄM ....................................................................... PL22  P3.1 Hoãn hôïp giaáy, Q=Q=468kg/m2h, m=1kg.......................................... PL22  P3.2 Hoãn hôïp giaáy, Q=936kg/m2h, m=1kg............................................... PL33  P3.3 Hoãn hôïp giaáy, Q=Q=1404kg/m2h, m=1kg........................................ PL41  P4. CHÖÔNG TRÌNH TÍNH............................................................................ PL44  P5. KIEÅM ÑÒNH THEO TIEÂU CHUAÅN KHI BÌNH PHÖÔNG (χ2)................ PL58  P5.1 GIÔÙI THIEÄU TIEÂU CHUAÅN KHI BÌNH PHÖÔNG (χ2)..................... PL58  P5.1.1 Tieâu chuaån Khi bình phöông (χ2) .............................................. PL58  P5.1.2 Xaùc xuaát phuø hôïp....................................................................... PL58  P5.1.3 Giaû thuyeát “khoâng” ................................................................... PL59  P5.1.4 AÙp duïng kieåm ñònh Khi bình phöông ñaùnh giaù söï töông hôïp giöõa hai daõy soá lieäu thöïc nghieäm vaø tính toaùn ............................................. PL59  -viii- P5.2 ÑAÙNH GIAÙ MOÂ HÌNH ........................................................................ PL60  P5.2.1 Nhieät ñoä ......................................................................................... PL60  P5.2.1.1 Kieåm ñònh theo thoâng soá nhieät ñoä taïi vò trí 56cm, Q=Q=468kg/m2h ................................................................................... PL63  P5.2.1.2 Kieåm ñònh theo thoâng soá nhieät ñoä taïi vò trí 32cm, Q=Q=468kg/m2h ................................................................................... PL64  P5.2.1.3 Kieåm ñònh theo thoâng soá nhieät ñoä taïi vò trí 8cm, Q=Q=468kg/m2h65  P5.2.1.4 Kieåm ñònh theo thoâng soá nhieät ñoä taïi vò trí 56cm, Q=936kg/m2hPL67  P5.2.1.5 Kieåm ñònh theo thoâng soá nhieät ñoä taïi vò trí 32cm, Q=936kg/m2hPL68  P5.2.1.6 Kieåm ñònh theo thoâng soá nhieät ñoä taïi vò trí 8cm, Q=936kg/m2hPL69  P5.2.1.7 Kieåm ñònh theo thoâng soá nhieät ñoä taïi vò trí 56cm, Q=Q=1404kg/m2h ................................................................................. PL70  P5.2.1.8 Kieåm ñònh theo thoâng soá nhieät ñoä taïi vò trí 32cm, Q=Q=1404kg/m2h ................................................................................. PL71  P5.2.1.9 Kieåm ñònh theo thoâng soá nhieät ñoä taïi vò trí 8cm, Q=Q=1404kg/m2h ................................................................................. PL72  P5.2.2 Ñoä giaûm khoái löôïng....................................................................... PL74  P5.2.2.1 Kieåm ñònh ñoä suy giaûm khoái löôïng vôùi Q=Q=468kg/m2h ...... PL75  P5.2.2.2 Kieåm ñònh ñoä suy giaûm khoái löôïng vôùi Q=936kg/m2h ........... PL76  P5.2.2.3 Kieåm ñònh ñoä suy giaûm khoái löôïng vôùi Q=Q=1404kg/m2h .... PL78  P5.2.3 Thaønh phaàn khí.............................................................................. PL79  P5.2.3.1 Kieåm ñònh thaønh phaàn khí vôùi Q=Q=468kg/m2h.................... PL81  P5.2.3.2 Kieåm ñònh thaønh phaàn khí vôùi Q=936kg/m2h......................... PL84  P5.2.3.3 Kieåm ñònh thaønh phaàn khí vôùi Q=Q=1404kg/m2h.................. PL87  -ix- Danh muïc caùc kí hieäu vieát taét ms khoái löôïng raén, kg Cp,s nhieät dung rieâng cuûa chaát raén, J/kg.ñoä As beà maët rieâng chaát raén, m2 Tg nhieät ñoäi trong pha lieân tuïc, K es ñoä phaùt xaï cuûa chaát raén TR nhieät ñoä böùc xaï, K I nhieät böùc xaï rieâng W/m2 kc heä soá caáp khoái m/s psat aùp suaát hôi baûo hoøa, Pa R haèng soá khí lyù töôûng, J.mol.ñoä Xi phaàn mol cuûa caáu töû i. p0 aùp suaát laøm vieäc, Pa rvol toác ñoä bay hôi, kg/s ms khoái löôïng chaát ñoát taïi thôøi gian t, kg ms,0 khoái löôïng ban ñaàu cuûa chaát ñoát, kg rtar toác ñoä phaûn öùng cuûa hôi nhöïa ñöôøng, kg/s Te nhieät ñoä trung bình taïi thôøi ñieåm tính toaùn, K Tf nhieät ñoä cuûa pha khí, K rchar, toác ñoä phaûn öùng cuûa than, kg/s mchar khoái löôïng than coøn laïi, kg ps,O2 aùp suaát rieâng phaàn cuûa oâxy treân beà maët raén, Pa J thoâng löôïng khueách taùn rieâng, [mol m-2 s-1] D heä soá khueách taùn, [m2 s-1] x vò trí, [m] -x- ka haèng soá bieåu thò söï haáp thu böùc xaï, Eb heä soá phaùt xaï vaät theå ñen Pr chuaån soá Prandtl Re chuaån soá Reynolds, kf,Kg heä soá daãn nhieät cuûa pha khí, [m-1] W/m.ñoä. ls kích thöôùc ñaëc tröng cuûa vaät lieäu, m Sh chuaån soá Sherwood Sc chuaån soá Schmidt r toác ñoä tieâu huyû cuûa vaät lieäu, kg/s k0 haèng soá toác ñoä trong phöông trình Arrhenius s-1 mair löôïng khoâng khí caàn thieát cho söï chaùy, kg/s α1 heä soá ñoái löu nhieät, W/m2.ñoä σ haèng soá Stefan-Boltzmann, σ = 5,67.10-8, W/m2.ñoä4 νf ñoä nhôùt ñoäng hoïc cuûa chaát khí, m2/s ρbulk khoái löôïng rieâng xoáp, kg/m3 -xi- Danh muïc caùc baûng Baûng 2.1 Vò trí ño nhieät ñoä vaø khí trong thieát bò ...................................................34  Baûng 2.2 Danh saùch caùc ñaàu doø noàng ñoä khí söû duïng ..........................................35  Baûng 2.3 Noàng ñoä khí chuaån .................................................................................35  Baûng 3.1 Phaân tích thaønh phaàn toång quaùt .............................................................45  Baûng 3.2 Phaân tích cô baûn (caên baûn khoâ) .............................................................46  Baûng 3.3 Nhieät trò (HHV)......................................................................................46  Baûng 5.1 Keát quaû ñaùnh giaù sai soá giöõa thöïc nghieäm vaø moâ phoûng ....................120  Baûng 5.2 Keát quaû ñaùnh giaù sai soá giöõa thöïc nghieäm vaø moâ phoûng ñoái vôùi ñaïi löôïng ñoä suy giaûm khoái löôïng vaø noàng ñoä khoái löôïng CO trong khí chaùy .........128  Baûng P5.1 Giaù trò nhaäp vaøo ban ñaàu cho chöông trình CIS.............................. PL60  Baûng P5.2 Nhieät ñoä chaùy trung bình trong coät vôùi Q=Q=468, 936, vaø Q=1404kg/m2h.................................................................................................. PL62  -xii- Danh muïc caùc hình veõ, ñoà thò Hình 1.3 Sô ñoà heä thoáng thieát bò loø ñoát væ loø di chuyeån ............................................12  Hình 1.4 Moâ hình chaùy vaät lieäu raén treân ghi loø di chuyeån ........................................13  Hình 1.5 Sô ñoà vaän ñoäng theo thôøi gian cuûa coät nhieân lieäu ......................................14  Hình 1.6 Thieát bò loø ñoát tónh hai caáp .........................................................................15  Hình 1.7 Sô ñoà thay ñoåi theå tích cuûa vaät lieäu raén trong quaù trình chaùy ....................20  Hình 2.1 Löôïc ñoà logic tieáp caän heä thoáng thieát bò ñoát chaát thaûi raén .........................24  Hình 2.4 Sô ñoà caáu taïo thieát bò phaân tích nhieät vi sai ...............................................26  Hình 2.5 Thieát bò phaân tích nhieät vi sai .....................................................................27  Hình 2.6 Thieát bò ñoát kieåu coät nhoài ...........................................................................32  Hình 2.7 Caáu taïo thieát bò thí nghieäm .........................................................................33  Hình 2.8 Thieát bò ghi nhaän döõ lieäu ............................................................................35  Hình 2.9 Sô ñoà heä thoáng thieát bò ñoát kieåu coät nhoài ...................................................36  Hình 2.10 Vaät lieäu ñaõ söû duïng trong thí nghieäm .......................................................39  Hình 3.1 Ñöôøng cong TG cuûa khaên giaáy ...................................................................48  Hình 3.2 TG cuûa cactoâng...........................................................................................48  Hình 3.3 Ñöôøng cong TG cuûa goã thoâng.....................................................................48  Hình 3.4 TG cuûa coû tranh ..........................................................................................48  Hình 3.5 Ñöôøng cong TG cuûa rôm.............................................................................48  Hình 3.6 Ñoä chuyeån hoaù vaø vi phaân cuûa ñoä chuyeån hoaù cuûa khaên giaáy ..................50  Hình 3.7 Ñoä chuyeån hoaù vaø vi phaân cuûa ñoä chuyeån hoaù cuûa cactoâng ......................50  Hình 3.8 Ñoä chuyeån hoaù vaø vi phaân cuûa ñoä chuyeån hoaù cuûa goã thoâng ....................50  Hình 3.9 Ñoä chuyeån hoaù vaø vi phaân cuûa ñoä chuyeån hoaù cuûa coû tranh .....................50  Hình 3.10 Ñoä chuyeån hoaù vaø vi phaân cuûa ñoä chuyeån hoaù cuûa rôm ..........................51  Hình 3.11 Dieãn bieán nhieät ñoä theo thôøi gian vôùi khoâng khí Q=468kg/m2h .............54  -xiii- Hình 3.12 Ñoä giaûm khoái löôïng theo thôøi gian...........................................................55  Hình 3.13 Dieãn bieán nhieät ñoä theo thôøi gian vôùi Q=1404kg/m2h .............................56  Hình 3.14 Ñoä giaûm khoái löôïng theo thôøi gian...........................................................56  Hình 3.15 Giaù trò IFS trong caùc thí nghieäm Q=468 kg/m2h vaø Q=1404 kg/m2h........57  Hình 3.16 Giaù trò BR vaø SBR tröôøng hôïp Q=468; Q=1404 kg/m2h...........................58  Hình 3.17 Khoái löôïng chaát trong töøng giai ñoaïn Q=468 vaø Q=1404 kg/m2h............59  Hình 3.18 Khoái löôïng vaät lieäu coøn laïi sau quaù trình baét chaùy ..................................61  Hình 3.19a Thaønh phaàn khí trong thí nghieäm Q=468 kg/m2h ...................................62  Hình 3.19b Thaønh phaàn khí trong thí nghieäm Q=1404 kg/m2h .................................62  Hình 3.20 Dieãn bieán nhieät ñoä theo thôøi gian taïi caùc vò trí trong coät nhoài .................63  Hình 3.21 Ñoä giaûm khoái löôïng theo thôøi gian...........................................................64  Hình 3.22 IFS trong Q=468 kg/m2h ...........................................................................64  Hình 3.23 Toác ñoä chaùy theo thôøi gian .......................................................................65  Hình 3.24 Nhieät ñoä caùc vò trí trong coät theo thôøi gian...............................................65  Hình 3.25 Ñoä giaûm khoái löôïng trong coät theo thôøi gian............................................66  Hình3.26 Dieãn bieán IFS theo thôøi gian .....................................................................66  Hình 3.27 Toác ñoä chaùy theo thôøi gian .......................................................................67  Hình 3.28 Khoái löôïng vaät lieäu tieâu huyû hoaëc sinh ra ................................................67  Hình 3.29 Khoái löôïng vaät chaát coøn laïi treân ghi.........................................................68  Hình 3.30 Thaønh phaàn khí chaùy vôùi khoâng khí sô caáp Q=468 kg/m2h......................68  Hình 3.31 Thaønh phaàn khí chaùy vôùi khoâng khí sô caáp Q=1404 kg/m2h....................69  Hình 3.32 Diễn biến nhiệt độ theo thời gian với Q=468kg/m2h ..................................70  Hình 3.33 Diễn biến độ suy giảm khối lượng theo thời gian với Q=468kg/m2h ..........70  Hình 3.34 Diễn biến nhiệt độ theo thời gian với Q=1404kg/m2h ................................71  Hình 3.35 Độ suy giảm khối lượng với Q=1404kg/m2h..............................................71  Hình 3.36 Noàng ñoä khí chaùy vôùi Q=468kg/m2h ........................................................72  -xiv- Hình 3.37 Noàng ñoä khí chaùy vôùi Q=1404kg/m2h ......................................................73  Hình 3.38 Dieãn bieán nhieät ñoä theo thôøi gian trong tröôøng hôïp 1 ..............................74  Hình 3.39 Dieãn bieán ñoä suy giaûm khoái löôïng trong tröôøng hôïp 1.............................74  Hình 3.41 Ñoä suy giaûm khoái löôïng trong tröôøng hôïp 2.............................................75  Hình 3.42 Noàng ñoä khí chaùy trong tröôøng hôïp 1.......................................................75  Hình 3.44 Dieãn bieán nhieät ñoä theo thôøi gian, tröôøng hôïp 1 ......................................77  Hình 3.45 Ñoä suy giaûm khoái löôïng, tröôøng hôïp 1 .....................................................78  Hình 3.46 Dieãn bieán nhieät ñoä theo thôøi gian, tröôøng hôïp 2 ......................................78  Hình 3.47 Ñoä suy giaûm khoái löôïng, tröôøng hôïp 2 .....................................................78  Hình 3.48 Dieãn bieán nhieät ñoä theo thôøi gian, tröôøng hôïp 3 ......................................79  Hình 3.49 Ñoä suy giaûm khoái löôïng, tröôøng hôïp 3 .....................................................79  Hình 3.50 Noàng ñoä khí chaùy trong tröôøng hôïp 1.......................................................80  Hình 3.51 Noàng ñoä khí chaùy trong tröôøng hôïp 2.......................................................80  Hình 3.52 Noàng ñoä khí chaùy trong tröôøng hôïp 3.......................................................80  Hình 5.1 Löu ñoà cuûa thuaät toaùn phaân ly ....................................................................101  Hình 5.2 Löôùi giôùi haïn tính toaùn ...............................................................................102  Hình 5.3 Maøn hình giao dieän chính cuûa chöông trình ...............................................113  Hình 5.4a Giao dieän nhaäp vaät lieäu trong CIS............................................................114  Hình 5.4b Giao dieän tính chaát vaät lieäu ......................................................................114  Hình 5.4c Giao dieän ñieàu kieän vaän haønh ..................................................................115  Hình 5.5a Dieãn bieán nhieät ñoä taïi caùc vò trí trong coät.................................................115  Hình 5.5b Khoái löôïng vaät lieäu coøn laïi treân ghi loø .....................................................116  Hình 5.5c Thaønh phaàn khí chaùy ................................................................................116  Hình 5.5d Toùm taét caùc thoâng soá kyõ thuaät cuûa quaù trình ............................................117  Hình 5.6 Dieãn bieán nhieät ñoä moâ phoûng vaø thöïc nghieäm taïi caùc vò trí ......................118  Hình 5.7 Dieãn bieán ñoä suy giaûm khoái löôïng moâ phoûng vaø thöïc nghieäm ..................126  -xv- Hình 5.8 Dieãn bieán noàng ñoä khoái löôïng CO trong khí chaùy .....................................127  Hình 5.9 Toác ñoä baét chaùy ..........................................................................................132  Hình 5.10 Toác ñoä chaùy cuûa vaät lieäu ..........................................................................133  Hình 5.11 Toác ñoä chaùy cuûa toaøn boä quaù trình ...........................................................133  Hình 5.12 Vaän toác baét chaùy .......................................................................................134  Hình 5.13 Tæ leä caáp khí töông ñöông (ER) trong giai ñoaïn baét chaùy ........................134  Hình 5.14 Toác ñoä baét chaùy ........................................................................................135  Hình 5.15 Tæ leä caáp khí töông ñöông ER ...................................................................136  Hình 5.16 Quan heä giöõa toác ñoä chaùy vaø kích thöôùc haït ............................................136  Hình 5.17 Quan heä ER vaø kích thöôùc haït ..................................................................138  Hình 5.18a,b Quan heä giöõa thaønh phaàn khí chaùy vaø kích thöôùc haït .........................138  Hình 5.19 Quan heä giöõa toác ñoä chaùy vaø nhieät trò ......................................................139  Hình 5.20 Quan heä giöõa tæ leä töông ñöông vaø nhieät trò..............................................139  Hình 5.21a,b Quan heä thaønh phaàn caùc chaát khí vaø nhieät trò......................................140  Hình 5.22 Töông quan toác ñoä chaùy vaø ñoä roãng cuûa coät ............................................140  Hình 5.23 Quan heä giöõa tæ leä töông ñöông vôùi ñoä roãng.............................................141  Hình 5.23 a,b Quan heä giöõa thaønh phaàn khí vaø ñoä roãng ...........................................141  Hình 3.2.1 Caân phaân tích maãu ...................................................................................PL1  Hình 3.2.2 Thieát bò saáy ..............................................................................................PL2  Hình 3.2.3 Thieát bò loø nung xaùc ñònh khoái löôïng tro .................................................PL3  Hình 3.2.4 Loø nung oáng xaùc ñònh khoái löôïng caùc chaát höõu cô bay hôi .....................PL4  Hình 3.2.5 Loø ñoát cho thí nghieäm phaân tích cô baûn ..................................................PL5  Hình 3.2.6 Sô ñoà thieát bò xaùc ñònh thaønh phaàn C vaø H..............................................PL5  Hình 3.2.7 Bình haáp thu.............................................................................................PL6  Hình 3.2.8 Thieát bò ño nhieät trò ..................................................................................PL7  Hình 3.2.9 Sô ñoà boá trí bom nhieät .............................................................................PL8  -xvi- Hình 3.2.10 Bom nhieät ..............................................................................................PL8  Hình P1.1 Theå tích kieåm soaùt trong khoâng gian 1 chieàu ...........................................PL9  Hình P1.2 Theå tích kieåm soaùt trong khoâng gian 3 chieàu ...........................................PL10  Hình P1.4 Theå tích kieåm soaùt voâ höôùng ñöôïc söû duïng trong sai phaân caùc phöông trình lieân tuïc ..............................................................................................................PL17  Hình P1.5 Sô ñoà thuaät toaùn SIMPLE trong doøng khoâng oån ñònh ..............................PL18  Hình P1.6 Sô ñoà tính toaùn cuûa TDMA trong hai höôùng ............................................PL21  Hình P4.4a Nhieät ñoä trong tröôøng hôïp khoâng khí sô caáp laø Q=468 kg/m2h..............PL60  Hình P4.4b Nhieät ñoä trong tröôøng hôïp khoâng khí sô caáp laø 936 kg/m2h...................PL61  Hình P4.4c Nhieät ñoä trong tröôøng hôïp khoâng khí sô caáp laø Q=1404 kg/m2h............PL61  Hình P4.5a Ñoä giaûm khoái löôïng vôùi khoâng khí sô caáp Q=468 kg/m2h .....................PL74  Hình P4.5b Ñoä giaûm khoái löôïng vôùi khoâng khí sô caáp 936 kg/m2h ..........................PL74  Hình P4.5c Ñoä giaûm khoái löôïng vôùi khoâng khí sô caáp Q=1404 kg/m2h ...................PL74  Hình P4.6a Noàng ñoä caùc khí trong tröôøng hôïp Q=468 kg/m2h..................................PL79  Hình P4.6b Noàng ñoä caùc chaát khí trong 936 kg/m2h .................................................PL80  Hình P4.6c Noàng ñoä khí vôùi khoâng khí sô caáp Q=1404 kg/m2h................................PL81  -1- MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Tieát kieäm söû duïng nhieân lieäu hoaù thaïch, giaûm thieåu löôïng raùc thaûi, taùi cheá, taùi söû duïng vaø taùi sinh naêng löôïng töø raùc thaûi hieän nay ñang laø vaán ñeà ñöôïc quan taâm ôû möùc toaøn caàu hoaù. Trong ñoù, taùi cheá chaát thaûi ñang daàn trôû thaønh moät ngaønh coâng nghieäp thöïc söï taïi caùc nöôùc coâng nghieäp phaùt trieån nhö Anh, Phaùp, Ñöùc, Myõ, Nga, Trung Quoác, Nhaät,… Ngaønh coâng nghieäp ñaëc bieät naøy taùi cheá chaát thaûi goùp phaàn cung caáp caùc loaïi nguyeân lieäu nhö nylon, nhöïa, giaáy, goã, kim loaïi, thuûy tinh,… vôùi chi phí thaáp hôn nhieàu so vôùi chi phí saûn xuaát caùc loaïi nguyeân lieäu ban ñaàu. Phaàn nguyeân lieäu baån coøn laïi coù nguoàn goác höõu cô sau khi ñöôïc phaân loaïi, moät laàn nöõa ñöôïc xem laø chaát thaûi cuûa ngaønh coâng nghieäp phaân loaïi taùi cheá, vaø thöôøng ñöôïc tieáp tuïc xöû lyù baèng caùc phöông phaùp ñoát khaùc nhau nhaèm taïo ñieàu kieän giaûm aùp löïc quyõ ñaát cuûa caùc baõi choân laáp. Vaán ñeà ñoát “chaát thaûi cuûa chaát thaûi” keát hôïp phaùt ñieän hieän nay cuõng ñang ñöôïc ñaàu tö nghieân cöùu ôû raát nhieàu caùc quoác gia coâng nghieäp phaùt trieån neâu treân. Moät trong nhöõng loaïi thieát bò söû duïng phoå bieán laø loø ñoát coù væ loø di chuyeån (travelling bed). Thieát bò loø ñoát coù væ loø di chuyeån ñöôïc söû duïng phoå bieán ñeå ñoát sinh khoái (biomass), chaát thaûi sinh hoaït taïi nhieàu nôi treân theá giôùi. Nhieàu coâng trình nghieân cöùu cuûa caùc tröôøng Ñaïi hoïc, caùc Vieän nghieân cöùu, caùc nhaø maùy coâng nghieäp ñoái vôùi loaïi thieát bò naøy ñaõ ñöôïc thöïc hieän vaø thu ñöôïc nhöõng keát quaû quan troïng, ñoùng goùp vaøo söï hieåu bieát veà quaù trình chaùy, veà phöông thöùc naâng cao hieäu quaû chaùy,… trong quaù trình xöû lyù raùc thaûi baèng phöông phaùp ñoát. Tuy nhieân, cho ñeán nay vaãn chöa coù moät nghieân cöùu naøo thöïc hieän tieáp caän quaù trình ñoát raùc thaûi -2- trong thieát bò loø ñoát coù væ loø di chuyeån moät caùch thöïc söï chuaån möïc vôùi nguyeân taéc thieát bò loø ñoát raùc thaûi ñöôïc xeùt nhö laø moät heä thoáng phöùc taïp. Treân cô sôû nhaän thöùc saâu saéc veà yù nghóa vaø giaù trò cuûa vieäc ñoát chaát thaûi raén trong thieát bò ñoát coù væ loø di chuyeån, ñeà taøi luaän vaên Tieán só “Phaân tích heä thoáng quaù trình ñoát chaát thaûi coâng nghieäp ñaëc tröng” ñöôïc ñeà xuaát thöïc hieän phoái hôïp taïi tröôøng Ñaïi hoïc Quoác gia TP.HCM vaø Ñaïi hoïc Sheffield, UK. Trong ñoù, ñoái töôïng nghieän cöùu ñöôïc xem xeùt nhö moät heä thoáng phöùc taïp vaø caùc taùc vuï nghieân cöùu ñöôïc xaùc laäp vaø trieån khai theo tinh thaàn cuûa phöông phaùp luaän Tieáp caän Heä thoáng. 2. ÑOÁI TÖÔÏNG NGHIEÂN CÖÙU Nhö ñaõ ñeà caäp ôû treân, ñoái töôïng nghieân cöùu trong ñeà taøi naøy bao goàm: ¾ Vaät lieäu nghieân cöùu: chaát thaûi raén höõu cô ñaõ phaân loaïi cho muïc ñích taùi cheá, taùi söû duïng (chaát thaûi cuûa chaát thaûi) vaø sinh khoái thöïc vaät (chaát thaûi cuûa ngaønh saûn xuaát noâng nghieäp); ¾ Thieát bò: loø ñoát kieåu coät nhoài (laø moät moâ hình vaät theå thu nhoû cuûa thieát bò loø ñoát coù væ loø di chuyeån); ¾ Quaù trình ñoát: ñoát nhieät phaân chaát thaûi raén; ¾ Phöông phaùp moâ hình hoùa quaù trình ñoát nhieät phaân chaát thaûi raén; ¾ Chöông trình moâ phoûng quaù trình chaùy chaát thaûi raén. 3. MUÏC TIEÂU NGHIEÂN CÖÙU Muïc tieâu ñaët ra trong Luaän aùn naøy laø: ¾ Nghieân cöùu tính chaát cuûa quaù trình chaùy cuûa hoãn hôïp vaät lieäu raén trong thieát bò ñoát kieåu coät nhoài; -3- ¾ Xaùc ñònh phöông trình ñoäng hoïc quaù trình chaùy cuûa töøng loaïi vaät lieäu laø chaát thaûi sau khi phaân loaïi taùi cheá, taùi söû duïng vaø sinh khoái noâng nghieäp; ¾ Xaây döïng heä phöông trình vi phaân moâ taû quaù trình chaùy cuûa vaät lieäu raén theo phöông phaùp phaân tích heä thoáng; ¾ Xaây döïng chöông trình moâ phoûng nghieân cöùu quaù trình ñoát vaät lieäu raén theo phöông phaùp theå tích höõu haïn; 4. NOÄI DUNG NGHIEÂN CÖÙU Caùc noäi dung nghieân cöùu chủ yếu trong luaän aùn naøy gồm: ¾ Toång quan caùc nghieân cöùu veà quaù trình ñoát chaát thaûi raén treân theá giôùi vaø trong nöôùc theo quan ñieåm của phöông phaùp luaän tieáp caän heä thoáng. ¾ Nghieân cöùu caùc aûnh höôûng chuû yeáu cuûa caùc yeáu toá vaät lyù ñeán quaù trình chaùy trong heä goàm: aûnh höôûng cuûa löu löôïng khoâng khí sô caáp, aûnh höôûng cuûa ñoä roãng cuûa heä. ¾ Vaän duïng phöông phaùp phaân tích heä thoáng nghieân cöùu xaây döïng moâ taû toaùn hoïc cho ñoái töôïng loø ñoát coù væ loø di chuyeån. ¾ Xöû lyù döõ lieäu nghieân cöùu thöïc nghieäm nhaèm xaùc ñònh caùc ñaëc tính caáu truùc, caáu taïo vaät chaát cuûa vaät lieäu; nghieân cöùu quaù trình chaùy cuûa vaät lieäu treân thieát bò ñoát kieåu coät nhoài ñeå xaùc ñònh caùc thoâng soá cuûa moâ hình. ¾ Xaây döïng moät chöông trình CIS döïa vaøo phöông phaùp theå tích höõu haïn ñeå moâ phoûng, kieåm chöùng moâ hình toaùn hoïc xaây döïng ñöôïc. 5. PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU Luaän aùn naøy ñöôïc thöïc hieän treân cô sôû cuûa phöông phaùp luaän tieáp caän heä thoáng vaø ñöôïc trieån khai theo moät löôïc ñoà logic töông öùng vôùi taùc vuï chuû ñaïo laø phaân